เหตุใดคลื่นความถี่สูงจึงมีการบุกที่ดีกว่า

ในพื้นที่ว่างสัญญาณความถี่ที่ต่ำกว่าดูเหมือนจะไกลออกไปเพราะสัญญาณอาจกระจายไปตามพื้นดินหรือสะท้อนจากชั้นบรรยากาศชั้นบน

ในสภาพเมืองที่เราต้องเจาะกำแพง 2.4GHz เดินทางไกลกว่าวิทยุ 433MHz หรือไม่?

ในสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้ารังสีแกมม่าและรังสีเอกซ์มีการแทรกซึมที่ดีเพราะมีความถี่สูงหรือไม่?

ไม่เป็นความจริงเลยที่ความถี่สูงกว่าจะแทรกซึมมากกว่าความถี่ที่ต่ำกว่าเสมอ กราฟของความโปร่งใสของวัสดุต่าง ๆ ซึ่งเป็นฟังก์ชั่นของความยาวคลื่นนั้นค่อนข้างเป็นก้อน ลองนึกถึงฟิลเตอร์สีและสิ่งเหล่านี้จะใช้กับความยาวคลื่นคู่ที่แคบเท่านั้นที่เราเรียกว่าแสงที่มองเห็นได้

สิ่งที่คุณคิดคือความยาวคลื่นสั้นมากว่าพลังงานสูงมากเช่นรังสีเอกซ์และรังสีแกมมา สิ่งเหล่านี้ผ่านไปเพียงเพราะพลังงานสูง ที่พลังงานต่ำกว่า (ความยาวคลื่นที่ยาวขึ้น) คลื่นจะมีปฏิสัมพันธ์กับวัสดุในรูปแบบต่าง ๆ เพื่อให้พวกมันสามารถดูดซับหักเหสะท้อนและปล่อยออกมาอีกครั้ง เอฟเฟกต์เหล่านี้แตกต่างกันไปในรูปแบบที่ไม่ใช่โมโนโพนิคซึ่งเป็นฟังก์ชั่นของความยาวคลื่นความลึกของวัสดุความต้านทานความหนาแน่นและคุณสมบัติอื่น ๆ

ข้อได้เปรียบหลักของความถี่ที่สูงขึ้นคือต้องการเสาอากาศที่สั้นลงเพื่อคุณภาพการรับสัญญาณที่ดีและเป็นสิ่งสำคัญสำหรับอุปกรณ์มือถือ พวกเขายังอนุญาตให้วงกว้างขึ้นสำหรับการปรับสัญญาณดังนั้นคุณสามารถรับส่งความถี่สูงขึ้น

แต่ความถี่สูงนั้นมีความไวต่อการสะท้อนแสงมากกว่าดังนั้นพวกเขาจึงมีเวลาที่ยากลำบากกว่าในการผ่านกำแพงและสิ่งกีดขวางโดยทั่วไป ในเวลาเดียวกันพวกเขาจะรั่วไหลผ่านรูได้ง่ายกว่า: กฎง่ายๆคือถ้าคุณมีรูขนาดของความยาวคลื่นสัญญาณจะรั่วไหลผ่านรู แต่ในขณะเดียวกันคุณไม่สามารถพึ่งพามันสำหรับการส่งสัญญาณที่ดีดังนั้นฉันจะบอกว่าขีด จำกัด ค่อนข้างคลุมเครือ

สำหรับข้อมูลเชิงลึกเพิ่มเติมให้ดูที่การแพร่กระจายของสายตา : ความถี่ไมโครเวฟสามารถหักเหได้โดยวัตถุขนาดเล็กกว่าความถี่วิทยุที่ต่ำกว่าเนื่องจากมันขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นอย่างมาก การเปรียบเทียบเกิดขึ้นจากความจริงที่ว่าไมโครเวฟมีคลื่นความถี่ที่มีความคล้ายคลึงกับความยาวคลื่นแสงมากขึ้นดังนั้นพวกเขาจะได้รับผลกระทบจากปรากฏการณ์บางอย่างที่เกิดขึ้นกับเลนส์

ในความเป็นจริงความถี่สูงมีความสามารถในการเจาะที่แย่ลง หากคุณพิจารณาแบบจำลองทางทฤษฎีอย่างลึกซึ้งความลึกของผิวหนังที่เรียกว่าซึ่งให้ความหนาของชั้นของตัวนำซึ่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของความถี่ที่กำหนดสามารถแทรกซึมได้คุณจะเห็นว่าความลึกของผิวหนังนั้นแปรผกผัน ด้วยรากที่สองของความถี่:

$\delta = \sqrt{\frac{2\rho}{\omega\mu}}$

($\rho$ คือความต้านทาน $\mu$ การซึมผ่านของแม่เหล็กของวัสดุ)

สิ่งนี้ยังเป็นผลให้กระแส AC ไม่ได้ใช้ cross-section ทั้งหมดของลวด (และกลวงที่ออกแบบมาอย่างเหมาะสมจะทำงานเดียวกัน) และนั่นคือ (ส่วนหนึ่ง) ว่าทำไมเสาอากาศขนาดเล็กจะทำหน้าที่ส่งสัญญาณที่เหมาะสม

แต่ในความเป็นจริงสิ่งต่าง ๆ มีความซับซ้อนมากกว่านั้น วิดีโอ HD แบบไร้สายเป็นความท้าทายทางวิศวกรรมที่ร้ายแรง (ส่วนหนึ่ง) เนื่องจากสัญญาณความถี่สูงที่จำเป็นในการให้แบนด์วิดท์ที่เหมาะสมมีแนวโน้มที่จะกระเด้งออกมาจากผนัง ที่ความถี่สูงจริง ๆ (เช่น ~ 60 GHz) ที่จำเป็นสำหรับการใช้งานดังกล่าวปรากฏการณ์การดูดซับ / การสะท้อนอื่น ๆ อาจทำให้การส่งผ่านลดลงเช่นการดูดซับโดยออกซิเจน (ในอากาศ) สิ่งนี้ขึ้นอยู่กับสื่อที่คลื่นของคุณต้องการผ่าน

ดังนั้นคำตอบสั้น ๆ คือไม่ความถี่ที่สูงกว่าจะไม่สามารถผ่านกำแพงได้ดีกว่าความถี่ต่ำ

"กฏของฟิสิกส์สามารถโค้งงอได้ แต่ไม่หัก"

วิธีการที่สัญญาณแพร่กระจายผ่านชั้นบรรยากาศ / อวกาศกระทบและผ่านถูกดูดซับและเด้งไปตามเส้นทางที่สะท้อนเมื่อการสนทนาถูกเปิดเผยมีความซับซ้อน ที่ความถี่ต่ำกว่าความยาวคลื่นจะนานขึ้นทำให้ยากต่อการออกแบบเสาอากาศให้เหมาะกับอุปกรณ์ขนาดเล็ก สัญญาณเดินทางไกลซึ่งทำให้ครอบคลุมได้ง่ายขึ้นและมีค่าใช้จ่ายน้อยลง อย่างไรก็ตามนั่นเป็นสาเหตุที่ทำให้สัญญาณรบกวนหากสัญญาณที่ข้ามเข้าไปในพื้นที่ / พื้นที่ส่วนกลางนั้นมีความแตกต่างกันในบางรูปแบบเพื่อที่จะสามารถกรองสัญญาณรบกวนได้โดยใช้วิธีอะนาล็อกหรือการประมวลผลสัญญาณดิจิตอล

ที่ความถี่สูงความยาวคลื่นจะสั้นลงทำให้การบรรจุเสาอากาศเป็นอุปกรณ์เล็ก ๆ น้อย ๆ ที่ท้าทายและทำให้สามารถจับสัญญาณที่สูงขึ้นถึงเสาอากาศ อย่างไรก็ตามสัญญาณจะถูกดูดซับมากขึ้นในวัสดุก่อสร้างทั่วไปใบไม้และวัตถุอื่น ๆ สัญญาณมีแนวโน้มที่จะกระเด้งกระดอนมากขึ้นทำให้สัญญาณสะท้อนกลับจำนวนมากเกิดขึ้นในพื้นที่ที่สัญญาณไม่ได้อยู่ในแนวสายตา (NLOS) สิ่งเหล่านี้คือข้อควรพิจารณาในการออกแบบที่โดดเด่น

เทคโนโลยีไร้สายรวมถึงการประมวลผลสัญญาณและการออกแบบเสาอากาศความยาวคลื่นแบบเศษส่วนกำลังถูกนำมาใช้มากขึ้นเพื่อตอบโต้ผลกระทบด้านลบของการแพร่กระจายสัญญาณเพื่อให้สามารถใช้งานได้จริงสำหรับการสื่อสาร ผลกระทบด้านลบเช่นการแพร่กระจายสัญญาณแบบหลายเส้นทางได้รับประโยชน์จากการประมวลผลสัญญาณเพื่อให้สัญญาณถูกรวมกันเพื่อเพิ่มสัญญาณที่ได้รับเป็น SNR ที่สูงขึ้นอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนเมื่อเปรียบเทียบกับวิธีอะนาล็อกที่อาจพยายามกรองออกทั้งหมด สัญญาณที่แรงขึ้น แทนที่จะใช้เสาอากาศแบบย่านความถี่แคบเช่น MIMO วิธีการส่งสัญญาณแบบหลายอินพุตหลายเอาต์พุตสัญญาณได้รับสัญญาณหลายเส้นทางและแยกความแตกต่างในเวลาว่างฟังก์ชันอะนาล็อกดิจิทัลและใช้การประมวลผลสัญญาณเพื่อจัดตำแหน่ง ความแตกต่างของเวลาที่เกิดจากการเดินทางของสัญญาณ

ปัญหาที่สัญญาณเดินทางนั้นซับซ้อนและต้อง จำกัด อยู่เฉพาะในกรณีใช้งานเพื่อชั่งน้ำหนักผลกระทบหรืออื่น ๆ ที่ไม่สะดวกสบาย อย่างไรก็ตามวิธีการที่ครอบคลุมทั้งในรูปแบบเชิงทฤษฎีและวิธีการพัฒนาเพื่อตอบโต้หรือใช้ประโยชน์จากวิธีการที่สัญญาณเดินทางการดูดซับจะลดการรบกวนรวมทั้งขัดขวางการรับสัญญาณและการสะท้อนที่สามารถเพิ่มแบนด์วิดท์

การนำความเข้าใจนี้เข้าสู่โลกของการใช้งานจำเป็นต้องมีการพิจารณาในทางปฏิบัติขององค์ประกอบ (เสาอากาศ, ชิป, ฯลฯ ) ความพร้อมของอุปกรณ์และอุปกรณ์และค่าใช้จ่ายที่เกี่ยวข้องกับทางเลือก และสุดท้ายใช้วิธีการส่งสัญญาณหลายความถี่เพื่อเพิ่มความน่าเชื่อถือและแบนด์วิดธ์รวมของการสื่อสารไร้สายและวิธีการที่ส่งผลกระทบต่อสมการค่าใช้จ่ายจะต้องนำมาพิจารณาภายในสภาพแวดล้อมการใช้งานการแข่งขัน

วิธีการที่สัญญาณโต้ตอบกับสิ่งกีดขวางนั้นซับซ้อนกว่าการคำนวณพื้นฐาน: วิธีกำแพงหรือวัสดุอื่น ๆ สามารถก่อให้เกิดสัญญาณในระดับที่มากขึ้น / น้อยลงขึ้นอยู่กับความยาวคลื่น ที่ความถี่สูงความยาวคลื่นจะลดลงเช่นที่พวกเขาอาจผ่านโครงสร้างช่องเปิดหรือขัดแตะในขณะที่สัญญาณความถี่ต่ำอาจถูกดูดซับหรือสะท้อน ในทางกลับกันโมเลกุลหรือโครงสร้างส่วนประกอบของวัสดุสามารถเรโซแนนท์กับความถี่ที่เฉพาะเจาะจง: ตัวอย่างเช่นโมเลกุลของน้ำจะดังก้องที่โหนดหลักใกล้ 2.4 GHz, 3.1 GHz นั่นคือเหตุผลที่เตาไมโครเวฟโดยทั่วไปใช้งานได้ประมาณ 2.4 GHz ที่แนะนำช่วงของการรบกวนที่เฉพาะเจาะจงเนื่องจากการปรากฏตัวของน้ำในใบไม้ฝนและหิมะ ฯลฯ บางคนอาจมีประสบการณ์กับสิ่งนี้ว่าพวกเขารู้หรือไม่:

เมื่อหลายปีก่อน MIMO เกิดขึ้นจากการใช้งานก่อนหน้านี้ในด้านการป้องกันและการบินและอวกาศและการสื่อสารไปสู่การประดิษฐ์เป็นสารกึ่งตัวนำที่ใช้ใน WiFi และการสื่อสารเคลื่อนที่ ก่อนหน้านั้นวิศวกรการออกแบบชั้นนำหลายคนสงสัยในประโยชน์กับต้นทุนและการใช้งานจริง สาขาย่อยของระบบไร้สายได้ก่อให้เกิดประโยชน์อย่างมากต่อการสื่อสารไร้สายเรดาเชิงพาณิชย์และแอพพลิเคชั่นอื่น ๆ คลื่นความถี่ที่สูงขึ้นได้รับประโยชน์มากที่สุดเนื่องจากการกระจัดกระจายของเส้นสายตาที่แคบลงทำให้การแบ่งแยก / แยกสัญญาณดีขึ้น ยิ่งสามารถส่งผลให้มีความสะดวกและคุณสมบัติการส่งสัญญาณแบบหลายเส้นทางได้ดีขึ้นเมื่อเทียบกับย่านความถี่ต่ำ

อย่างไรก็ตามอายุที่เราอาศัยอยู่ในขณะนี้คืออายุของการสื่อสารด้วยคลื่นความถี่ที่หลากหลายซึ่งเป็นย่านความถี่ที่ดีที่สุดเป็นโอกาสที่ดีที่สุดและเหมาะสมกับความต้องการของแอปพลิเคชัน

สามสิ่งเกิดขึ้นกับรังสี EM เมื่อพบสิ่งกีดขวาง มันสามารถเด้ง (สะท้อนแสงหรือกระจาย), ผ่าน (การส่งผ่าน) หรือเพียงแค่หยุดธรรมดา (การดูดกลืนแสง)

ความเข้มของการแผ่รังสีขึ้นอยู่กับหลายสิ่ง: ความยาวคลื่นของการแผ่รังสีความเข้มของรังสีที่กระทบกับสิ่งกีดขวางองค์ประกอบทางเคมีของสิ่งกีดขวางจุลภาคทางกายภาพของสิ่งกีดขวางความหนาของสิ่งกีดขวาง

ด้วยเหตุผลทางเทคนิคที่หลากหลายการเปรียบเทียบที่ต่ำกว่า (ช่วงกลาง 433MHz) และความถี่ที่สูงกว่า 2.4GHz) เปรียบเทียบดังนี้: สัญญาณความถี่ต่ำเดินทางไกลกว่าเพราะพลังงานสูงขึ้นและเข้มข้นขึ้นในรูปแบบคงที่เดียวที่ไม่ถูกดูดซึม ได้อย่างง่ายดายทางอากาศซึ่งประกอบด้วยความชื้นจำนวนมาก ความถี่ที่สูงกว่าที่ 2.4 GHz สามารถตัดเส้นทางผ่านโครงสร้างโมเลกุลของวัสดุหลายชนิด แต่การแลกเปลี่ยนก็คือความชื้นในอากาศฟรีมีแนวโน้มที่จะทำให้สัญญาณชื้น มนูเครื่องส่งสัญญาณความถี่สูงได้รับการออกแบบด้วยการกระโดดความถี่และการเข้ารหัสบางประเภท มันสามารถค้นหาเส้นทางผ่านสิ่งกีดขวางบางส่วนได้ง่ายกว่าความถี่ต่ำกว่าคลื่นขนาดใหญ่สามารถ