عوامل موثر بر تضعیف سیگنال در سیستم های رادیویی

تضعیف (Attenuation)

« تضعیف » به معنای کاهش شدت سیگنال رادیویی است. عوامل متعددی در تضعیف سیگنال دخیل هستند. یکی از بدیهی ترین عوامل کاهش انرژی سیگنال آنتن گیرنده از آنتن فرستنده است؛ با افزایش فاصله شدت سیگنال دریافتی کاهش می یابد. عوامل دیگری نیز می توانند تضعیف سیگنال را زیادتر کنند ؛ عواملی که احتمال حضور آنها در محیطی که با آن مواجهید بسیار زیاد است. این عوامل تضعیف را باید بشناسید و در طرح خود آنها را از نظر دور ندارید:

[B]۱) تضعیف ناشی از کابل دنباله آنتن [/B]
برای اتصال آنتن یک دستگاه مخابراتی (مثل پل یا AP) گاهی مجبور هستید از یک کابل رابط استفاده کنید که همین کابل خود یک عامل تضعیف سیگنال به حساب می آید. لذا باید طرح خود را به گونه ای تدوین کرده باشید که فاصله آنتن تا دستگاه حداقل باشد. هرگز توصیه نمی کنیم که فاصله آنتن تا دستگاه مخابراتی از چند ده سانتی متر تجاوز کند چرا که کابلهای دنباله بطور معمول به ازای هر متر حدود 2.2 dB تضعیف انرژی دارند. دلیل این تضعیف آن است که سیگنال تولید شده در دستگاه مخابراتی در طی مسیر از دیتگاه تا آنتن ولتاژی را روی کابل القاء خواهد کرد که باعث کاهش توان سیگنال تحویلی به انتن خواهد شد. میزان کاهش توان به طول کابل بستگی دارد البته کابلهاب طولانی تر (مثلا ده متری ) با تضعیف پایین در بازار یافت می شوند ولی بسیار گران هستند. ( به عنوان مثال یک نوع کابل دنباله به طول ده متر حدود چهارصد دلار تمام می شود).

[B]۲) تضعیف ناشی از عوامل موجود در محیط آزاد [/B]
در طراحی شبکه برای فضای بیرونی باید ملاحظات جدی تری را مد نظر قرار بدهید. خصوصا وقتی طرح شما بر اساس ایجاد لینکهای بی سیم با برد زیاد شکل گرفته است. محیط آزاد با پیدیده هایی روبروست که محیط های بسته داخلی چنین شرایطی را تجربه نمی کنند . انحنای زمین , باران, برف, مه غلیظ, جذب اتمسفر, تضعیف ناشی از چند مسیرگی (Multipath Fading) و موضوع منطقه فرنل مشکلاتی هستند که در فضاهای آزاد بیشتر خودنمایی می کنند.
[LIST][*][B] انحنای زمین [/B]انحنای زمین به گونه ای است که پرتوهای امواج تابیده شده توسط آنتن جهتدار پس از طی مسیری کمتر از ده کیلومتر به زمین برخورد خواهند کرد . برخورد سیگنال با زمین باعث جذب یا پراش انرژی سیگنال و حذف آن خواهد شد. طبعا در صورت بعد مسافت دو آنتن از یکدیگر, باید با لحاظ کردن ارتفاع منطقه فرنل و محایبه انحنای زمین , آنتنها را بر روی دکل و در زاویه دید مستقیم یکدیگر قرار بدهید . عدم در نظر گرفتن ارتفاع منطقه فرنل در محاسبات باعث تضعیف ل یا بخشی از انرژی سیگنال خواهد شد.[*][B] برف و باران و مه[/B] کلا ً آب در رده مواد جاذب امواج الکترومغناطیسی قرار می گیرد. و به همین دلیل دستگاههای مخابرات زیرآب از امواج رادیویی بهره نمی گیرند. با افزایش فرکانس سیگنال میزان تضعیف آب نیز افزایش می یابد. آنچه که بیان شد در مورد آب در محیطی یکپارچه مثل دریا و اقیانوس صادق است ولی باران, مه و برف که ذرات معلق آب در هوا هستند, در شرایط خاص انرژی سیگنال رادیویی را منعکس, پراکنده یا جذب می کنند: « هرگاه قطرات آب قطری حدود طول موج سیگنال رادیویی داشته باشند باعث تضعیف جدی سیگنال خواهند شد » مشکل محیط های مرطوب و بارانی فرکانسهای بالای ۱۲ گیگاهرتز جدی می شود. جایی که طول موج سیگنال از دو و نیم سانتی متر کمتر است و قطرات باران و برف (حتی به تعداد محدود) باعث تضعیف جدی و غیر قابل جبران سیگنال خواهد شد. در فرکانس ۲/۴ گیگاهرتز طول موج سیگنال حدود ۱۲/۵ سانتی متر است و در فرکانس ۵ تا ۶ گیگاهرتز حدود ۶ سانتی متر است و خوشحالیم که قطرات باران یا برف با چنین قطری دیده نشده است. بنابر این در فرکانسهای کار شبکه بی سیم 802.11 فعلا تضعیف ناشی از برف یا بارن یا مه را نا چیز تلقی می کنیم مگر آنکه این پدیده ها به همراه وارونگی هوا ( جو) ظاهر شوند. پدیپه وارونگی زمانی اتفاق می افتد که دمای لایه های هوا در سطوح نزدیک به زمین سردتر از لایه فوقانی باشد. این پدیده عموماً در فصل زمستان و آن هم در شرایط خاصی اتفاق می افتد. از آنجایی که امواج الکترومغناطیسی بسته به طول موجشان اندکی شکسته و منحرف می شوند لذا پدیده وارونگی می تواند منجر به شکست غیر قابل پیش بینی امواج و عدم دریافت سیگنال توسط آنتن های دور از هم شود.[*][B] جذب اتمسفر[/B] جو زمین را نمی توان خلا تصور کرد و وجود گازها در این جو خود عامل تضعیف سیگنال است . در فواصل کوتاه این تضعیف بسیار ناچیز نشان می دهد و در فرکانسهای بالا مقدار تضعیف تا حد قابل توجهی افزایش می یابد. در صورت نیاز به طراحی لینک هایی با فاصله زیاد ممکن است بخواهید میزان تضعیف ناشی از جذب اتمسفر را در محاسبات خود دخالت بدهید.[*][B] تضعیف یا اعوجاج ناشی از چند مسیرگی [/B]سطح آب برکه یا استخر , ساختمانهای بلند و سطوح فلزی امواج مایکروویو را منعکس می کنند بنابراین آنتن گیرنده ممکن است پس از دریافت سیگنال مستقیم نسخه های بازتاب شده آن را نیز با تاخیر دریافت کند. در بدترین حالت سیگنال بازتاب شده با اختلاف فازی به آنتن می رسد که باعث حذف سیگنال حامل داده خواهد شد. در بقیه حالات دریافت نسخه های تاخیر یافته سیگنال اصلی منجر به تضعیف یا اعوجاج ( بسته به مقدار اختلاف فاز) خواهد شد. و بدین نحو کیفیت سیگنال پایین آمده و نرخ خطا بشدت افزایش می یابد. این مشکل زمانی که محیط شبکه را برجها و ساختمانهای بلند فرا گرفته اند به مراتب بیشتر خواهد بود. بهترین راه حل کاهش تضعیف ناشی از چند مسیرگی استفاده از آنتهای جهتدار با زاویه تابش عمودی ( و افقی) باریک است چرا که آنتنهای جهتدار پرتو های انعکاس یافته سیگنال اصلی را بدلیل آنکه در زاویه باریک دریافت آنتن نیستند, دریافت نخواهد کرد. آنتهای سهمی گون و آنتنهای یاگی نمونه های خوبی از آنتها برای مقابله با این پدیده مزاحم به شمار می آیند.[/LIST]
منبع : اصول طراحی شبکه های کامپیوتر - احسان ملکیان