Name: continuous-wave propagation channel-sounding measurement system - testing, verification, and measurements
Uploaded: 2021-06-25T14:00:00
Duration: 9 min 36 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Continuous-Wave Propagation Channel-Sounding Measurement System - Testing, Verification, and Measurements at JoVE.com

شكرا لمكتب الطيف الدفاعي (DSO) لتمويل العمل المقدم في هذه المقالة.

<ol>
	<li>Commerce Spectrum Management Advisory Commmittee. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> 1755-1850 MHz Airborne Operations: Air Combat Training System Sub-Working Group Final Report. , (2014).</li><li>Best practices for radio propagation measurements. NTIA Technical Memo TM-19-535. U.S. Dept. of Commerce Available from: <a target="_blank" href="https://www.its.bldrdoc.gov/publications/3211.aspx">https://www.its.bldrdoc.gov/publications/3211.aspx</a> (2018)</li><li>Hammerschmidt, C. A., Johnk, R. T., Tran, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Calibration+of+a+Vector+Network+Analyzer+for+Measurements+in+Radio+Frequency+Propagation+Channels.">Calibration of a Vector Network Analyzer for Measurements in Radio Frequency Propagation Channels.</a> Journal of Visualized Experiments. (160), e60874 (2020).</li><li>Channel sounder measurement verification: conducted tests. NTIA Joint Report JR-20-549. U.S. Department of Commerce Available from: <a target="_blank" href="https://www.its.bldrdoc.gov/publications/3241.aspx">https://www.its.bldrdoc.gov/publications/3241.aspx</a> (2020)</li><li>Molisch, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Wireless communications. 2nd edition. , (2010).</li><li>Anderson, C. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+and+implementation+of+an+ultrabroadband+millimeter-wavelength+vector+sliding+correlator+channel+sounder+and+in-building+multipath+measurements+at+2.5+&amp;+60+GHz.">Design and implementation of an ultrabroadband millimeter-wavelength vector sliding correlator channel sounder and in-building multipath measurements at 2.5 &amp; 60 GHz.</a> Virginia Polytechnic Institute and State University. , (2002).</li><li>Johnk, R., Hammerschmidt, C. A., Stange, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+high-performance+CW+mobile+channel+sounder.">A high-performance CW mobile channel sounder.</a> Proceedings of the 2017 IEEE International Symposium on Electromagnetic Compatibility &amp; Signal/Power Integrity (EMCSI. , (2017).</li><li>Johnk, R., Hammerschmidt, C. A., McFarland, M. A., Lemmon, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+fast-fading+mobile+channel+measurement+system.">A fast-fading mobile channel measurement system.</a> Proceedings of the 2012 IEEE International Symposium on Electromagnetic Compatibility (EMC). , 584-587 (2012).</li><li>Vector signal analysis basics. Keysight Technologies Available from: <a target="_blank" href="https://www.keysight.com/us/en/assets/7018-02891/application-notes/5990-7451.pdf?success=true">https://www.keysight.com/us/en/assets/7018-02891/application-notes/5990-7451.pdf?success=true</a> (2020)</li><li>Johnk, R. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+mobile+propagation+measurement+system.">A mobile propagation measurement system.</a> Proceedings of the 2009 IEEE International Symposium on Electromagnetic Compatibility (EMC. , (2009).</li><li>. 3.5 GHz Exclusion zone analysis and methodology. NTIA Technical Report 15-517 Available from: <a target="_blank" href="https://www.its.bldrdoc.gov/publications/2805.aspx">https://www.its.bldrdoc.gov/publications/2805.aspx</a> (2015)</li><li>The national map. United States Geological Survey Available from: <a target="_blank" href="https://viewer.nationalmap.gov/basic">https://viewer.nationalmap.gov/basic</a> (2017)</li><li>Radiocommunication Sector of International Telecommunication Union. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Propagation+by+diffraction.">Propagation by diffraction.</a> Propagation by diffraction. ITU-R Recommendation. , 526 (2019).</li><li>Yoza, N. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Narrowband+5+GHz+mobile+channel+characterization.">Narrowband 5 GHz mobile channel characterization.</a> Interdisciplinary Telecommunications Program, University of Colorado at Boulder. , (2015).</li></ol>

من المهم جدا اختبار نظام كما هو موضح في هذا البروتوكول قبل محاولة إجراء قياسات في بيئة خارجية. وبهذه الطريقة ، يمكن تتبع أي مكونات سيئة أو عدم استقرار وتحديدها في نظام القياس ويمكن حلها. الخطوات الحاسمة في هذا البروتوكول هي 1) اختبار المكونات الفردية أولا ، والتحقق من أنها تعمل ضمن مواصفاتها ، 2) تجميع جوانب الإرسال والاستقبال بشكل منفصل واختبار سلسلة المكونات ، 3) تجميع جانب الإرسال والاستقبال عن طريق إدخال مخفف متدرج وقياس مستويات الإشارة أثناء تغيير التوهين للتأكد من أن مستويات الإشارة المستلمة في VSA و SA كما تم حسابها. يمكن إجراء مزيد من استكشاف الأخطاء وإصلاحها باستخدام VSG ، مثل ذلك الموضح في جدول المواد ، والذي يحتوي على خيار لإنشاء محاكاة باهتة ، والتي يمكن استخدامها لاختبار النظام باستخدام أشكال موجية محاكاة في بيئات تلاشي مختلفة تصادف في بيئات الانتشار في العالم الحقيقي. بمجرد أن يعمل نظام القياس بشكل صحيح ، يمكن إجراء القياسات في بيئة خارجية مع الثقة في أن القياسات ستكون دقيقة.
خطوة أخرى مهمة هي مراقبة طاقة الإرسال طوال القياس للتحقق من أن النظام يعمل بشكل صحيح. يتميز مضخم الطاقة ويختبر بشكل منفصل لفهم خطيته وأطياف الانبعاثات خارج النطاق. يمكن التحقق من صحة مضخم الطاقة على سطح الطاولة مع بقية الإعداد ، ولكن يجب توخي الحذر لتقليل طاقة الإشارة إلى أقل من الحد الأقصى لإدخال الطاقة المقدر إلى VSA باستخدام مخففات مصنفة بشكل مناسب. لا ينبغي استخدام هوائي GPS ولا إعداداته للتحقق من المختبر والتحقق من صحته. نظرا لأن شاشة VSA غير قادرة على توفير مراقبة في الوقت الفعلي للبيئة ، فإن إضافة SA كشاشة في الوقت الفعلي تساعد في تحديد الحالة الحالية للنظام. هناك عدة أنواع من أنظمة قياس سبر القناة لالتقاط خصائص القناة للأنظمة الراديوية: CW ، النبض المباشر ، مجال التردد باستخدام VNA ، القائم على الارتباط ، التأخير عبر التأخير في الوقت الكاسح.
ويتمثل أحد قيود هذا النظام في أن إشارة الأسلحة الكيميائية التي تسبر البيئة المحلية لا تحتوي على معلومات عن المجال الزمني مثل ملفات تعريف التأخير الزمني. يوفر ملف تعريف التأخير الزمني معلومات حول توقيت انعكاسات مصدر الإشارة في البيئة المحلية. بيد أن إحدى مزايا استخدام إشارة الأسلحة الكيميائية هي أنه من الأسهل الحصول على إذن بالإرسال على تردد واحد في نطاقات مختلفة باستخدام إشارة الأسلحة الكيميائية ضيقة النطاق بدلا من محاولة إرسال إشارة واسعة النطاق. يمكن أن يكون لأنظمة الأسلحة الكيميائية نطاق ديناميكي أكبر من الأنظمة الأخرى ، ويمكن للإشارة عادة أن تنتشر بشكل أكبر في البيئة. تحتوي إشارة CW أيضا على معدلات أخذ عينات صوتية تؤدي إلى أحجام ملفات أصغر من الأنواع الأخرى من أنظمة سبر القنوات. باستخدام هذا النظام ، تكون عمليات جمع البيانات مستمرة ويمكن أن تستمر لعدة ساعات. يمكن استخدام نظام قياس مسبار قناة CW الذي تمت مناقشته في هذه المقالة بترددات مختلفة ، اعتمادا على نطاق المكونات المجمعة المختلفة. ويمكن استخدام النظام في بيئة انتشار خارجية أو بيئة انتشار داخلية15.

معهد علوم الاتصالات (ITS) هو مختبر أبحاث الإدارة الوطنية للاتصالات والمعلومات (NTIA) ، وهي وكالة تابعة لوزارة التجارة الأمريكية. تتمتع ITS بتاريخ طويل في إجراء قياسات دقيقة ومحترمة لانتشار الترددات الراديوية (RF). وقد اقترنت الزيادة في تقاسم الطيف بالحاجة إلى قياسات دقيقة وقابلة للتكرار توفر فهما أفضل للبيئة الراديوية التي سيتعين على خدمات متعددة تقاسمها. وعلى مدى السنوات القليلة الماضية، دأبت الخدمات العسكرية على وضع ترتيبات لتقاسم الطيف مع شركات الاتصالات اللاسلكية التجارية في النطاق 3-3 للخدمات اللاسلكية المتقدمة (1755-1780 ميغاهرتز)(1). سيسمح ذلك لشركات الاتصالات اللاسلكية التجارية باستخدام نطاق AWS-3 قبل التخلص التدريجي من الخدمات العسكرية من النطاق. وسيتم تنسيق استخدام النطاق من خلال أنظمة العزل جغرافيا ونمذجة سيناريوهات تداخل الترددات. ولتقاسم نطاق الطيف هذا، من الضروري إجراء قياسات الانتشار لتطوير وتحسين نماذج الانتشار لتقييم تداخل الترددات اللاسلكية بين الأنظمة اللاسلكية العسكرية والتجارية داخل النطاق.
منظمة الطيف الدفاعي (DSO) مسؤولة عن إدارة انتقال AWS-3 وكلفت ITS وغيرها بإجراء سلسلة من قياسات سبر القناة. سيتم استخدام هذه القياسات لبناء نماذج جديدة لحساب تأثير أوراق الشجر والهياكل التي من صنع الإنسان في البيئة (المعروفة مجتمعة باسم الفوضى). ويمكن أن يؤدي تحسين نمذجة الانتشار التي تمثل الفوضى إلى فرض قيود أقل على أجهزة الإرسال التجارية بالقرب من الأنظمة العسكرية. تم استخدام نظام مسبار قناة CW الذي تمت مناقشته في هذه المقالة على مدى السنوات الخمس الماضية لجمع بيانات قياس الانتشار الراديوي وحساب توهين الفوضى. ينتج عن نظام القياس هذا نتائج دقيقة وقابلة للتكرار وغير متحيزة، وشجعت واحة دبي للسيليكون أنظمة النقل الذكية على مشاركة معرفتها المؤسسية - بما في ذلك أفضل ممارسات القياس لقياس ومعالجة بيانات انتشار الترددات اللاسلكية - مع المجتمع التقني الأوسع.
تتطلب أفضل ممارسات القياس فهم النظام من مستوى المكون إلى مستوى النظام المجمع. وقد تم توثيق أفضل ممارسات القياس هذه في المذكرة الفنية NTIA TM-19-5352 التي نشرت مؤخرا والتي تصف مجموعة من أفضل الممارسات لإعداد أنظمة قياس الانتشار الراديوي والتحقق منها. أكملت ITS مؤخرا مقالة JoVE حول معايرة VNA المستخدمة لقياس خسائر المكونات وتحديد المكونات السيئة لنظام القياس هذا 3. هذه المقالة هي استمرار في توثيق أفضل ممارسات القياس هذه للمجتمع الأوسع. وعلى الرغم من مناقشة أفضل الممارسات في هذه المقالة من أجل مسبار قناة CW، يمكن استخدام هذه التقنيات نفسها للتحقق من الأنظمة الأخرى المسنودة للقنوات: أنظمة VNA؛ ونظم ال نظم الأسلحة الكيميائية؛ عرض النطاق الترددي الكامل ، والأنظمة القائمة على الارتباط ؛ أنظمة النبض المباشر والأنظمة المنزلقة القائمة على الارتباط4،5،6.
توضح هذه المقالة بالتفصيل كيفية إعداد نظام قياس مسبار قناة CW باستخدام محلل إشارة متجه (VSA) ، ومحلل الطيف (SA) ، واثنين من مذبذبات الروبيديوم ، ومقياس طاقة ، ومولد إشارة متجه (VSG) ، والعديد من المرشحات وفواصل الطاقة للقياسات في بيئة قياس خارجية7,8. يتكون جانب الإرسال من النظام من VSG ، الذي يولد إشارة CW التي يتم تعزيزها بواسطة مضخم الطاقة. ثم يتم تقسيم هذا بواسطة زوجين اتجاهيين لتحويل بعض الإشارة إلى عداد الطاقة ، مما يسمح للمستخدم بمراقبة إخراج النظام. يتم إرسال بقية الإشارة إلى الجانب المتلقي من النظام عبر قناة الانتشار. يتكون الجانب المتلقي من مرشح منخفض التمرير لتقليل التداخل والتوافقيات التي ينتجها مضخم الطاقة. يتم تقسيم الإشارة المصفاة في مقسم طاقة ويتم إدخالها في SA للمراقبة أثناء القياس إلى جانب طابع زمني وموقع نظام تحديد المواقع العالمي (GPS). يتم إرسال النصف الآخر من الإشارة إلى VSA ليتم تحويلها إلى بيانات تربيع في الطور (I-Q) في نطاق 1-5 كيلو هرتز. يتم تحديد معدل أخذ العينات من خلال امتداد الجهاز9 ويسترشد بتحولات طيف دوبلر المتوقعة ، والتي هي دالة على سرعة السيارة. ثم يتم نقل السلاسل الزمنية الناتجة إلى جهاز كمبيوتر للمعالجة اللاحقة وتحليل البيانات.
تستخدم ساعات الروبيديوم في كل من جهاز الإرسال والاستقبال لتوفير قياسات دقيقة للغاية وترددات مستقرة للغاية. تحتوي ساعة الروبيديوم في الطرف المتلقي على تعديل تردد دقيق للمحاذاة الدقيقة لترددات الإرسال والاستقبال. عادة ، يتم ضبط الترددات لتكون في حدود 0.1 هرتز من بعضها البعض للاختبار. ساعات الروبيديوم ضرورية لقياسات انتشار الأسلحة الكيميائية عالية الدقة. فهي تضمن دقة قاعدة زمنية دقيقة على مدار القياسات وتمنع انحراف تردد جهاز الإرسال والمستقبل. توضح هذه المقالة أيضا كيفية التحقق من صحة النظام والتحقق من أنه يقوم بإجراء قياسات دقيقة في بيئة مختبرية، سواء مع هوائي أو بدونه، قبل إجراء قياسات في بيئة خارجية. وقد استخدم النظام لإجراء سلسلة واسعة من الاختبارات الخارجية والداخلية على ترددات تتراوح من 430 ميغاهرتز إلى 5.5 غيغاهرتز وللعديد من قوى الإرسال المختلفة7،8،10.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Cabling</td>
			<td>Micro-Coax</td>
			<td></td>
			<td>Various lengths</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Directional Coupler</td>
			<td>Anatech Electronics, Inc.</td>
			<td></td>
			<td>AM1650DC833</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Filter 1</td>
			<td>K&#38;L Microwave, Inc.</td>
			<td></td>
			<td>8FV50-1802-T95-O/O</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>GPS Antenna</td>
			<td>Trimble</td>
			<td></td>
			<td>SMA connection to SA</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Instrument Control &#38; Processing Software</td>
			<td>MATLAB</td>
			<td></td>
			<td>Used to store and process measurement data</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Power Amplifier</td>
			<td>Ophir RF</td>
			<td></td>
			<td>5263-003</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Power Divider</td>
			<td>Mini-Circuits</td>
			<td></td>
			<td>ZAPD-20+</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Power Meter and Power Sensor</td>
			<td>Keysight</td>
			<td></td>
			<td>E4417A/E4412A</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Receiving Antenna</td>
			<td>Cobham</td>
			<td></td>
			<td>OA2-0.3-10.0V/1505</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rubidium Frequency Standard</td>
			<td>Stanford Research Systems</td>
			<td></td>
			<td>FS725</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SA</td>
			<td>Agilent</td>
			<td></td>
			<td>N9344C</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Transmitting Antenna</td>
			<td>COMTELCO</td>
			<td></td>
			<td>BS1710XL6</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vector Signal Generator</td>
			<td>Rohde &#38; Schwarz</td>
			<td></td>
			<td>SMIQ</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>VSA</td>
			<td>Keysight Technologies</td>
			<td></td>
			<td>N9030A</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

continuous-wave propagation channel-sounding measurement system - testing, verification, and measurements

تستخدم أجهزة سبر القنوات لقياس خصائص القناة للأنظمة الراديوية. هناك عدة أنواع من أجهزة سبر القنوات المستخدمة اليوم: الموجة المستمرة (CW) ، النبض المباشر ، مجال التردد باستخدام محلل الشبكة المتجهة (VNA) ، القائم على الارتباط ، والربط عبر تأخير الوقت الكاسح. كل من هذه لها مزايا وعيوب فريدة من نوعها. وتتمتع أنظمة الأسلحة الكيميائية بنطاق ديناميكي أكبر من الأنظمة الأخرى ذات الإشارة التي يمكن أن تنتشر أكثر في البيئة. نظرا لأن معدلات أخذ العينات الصوتية تسمح بأحجام ملفات أصغر من الأنظمة الأخرى ، يمكن أن يكون جمع البيانات مستمرا ويستمر لعدة ساعات. تناقش هذه المقالة نظام مسبار قناة CW ، والذي تم استخدامه لإجراء العديد من قياسات فقدان الانتشار في مدن مختلفة في الولايات المتحدة الأمريكية. يجب أن تكون قياسات الانتشار هذه دقيقة وقابلة للتكرار وخالية من القطع الأثرية أو التحيزات. توضح هذه المقالة كيفية إعداد القياس، وكيفية التحقق من صحة النظام والتحقق من أنه يقوم بإجراء قياسات موثوقة، وأخيرا، تعرض نتائج بعض حملات القياس مثل قياسات قابلية التكرار، وقياسات فقدان الفوضى (حيث يتم تعريف فقدان الفوضى على أنه الخسارة الزائدة الناجمة عن فقدان الإرسال في الفضاء الحر)، وقياسات المعاملة بالمثل.

تم الحصول على النتائج التالية أثناء التحقق الميداني من النظام المعروض. كان جهاز الإرسال موجودا على Kohler Mesa خلف مختبرات بولدر التابعة لوزارة التجارة في بولدر ، كولورادو. تم قيادة جهاز الاستقبال عبر بولدر ، كولورادو ، في مركبة قياس مصممة خصيصا (انظر الشكل 6) ، وتم أخذ قياسات مستمرة. يقوم SA بتخزين البيانات التي تم اجتياحها كتنسيق حجم السجل في بنية بيانات الحدث ، بينما يتم تخزين بيانات GPS في بنية بيانات حدث منفصلة داخل نفس الملف. ويرد في الشكل 7 مثال على بيانات عملية مسح واحدة. يتم تحويل البيانات المخزنة إلى طاقة خطية بالواط. يتم حساب المتوسط لجميع النقاط في هذا الاجتياح ثم يتم تحويله مرة أخرى إلى حجم السجل. يتم تعيين معلومات GPS لهذه القيمة المتوسطة للمسح الذي يظهره X الأحمر بقيمة -71.5 ديسيبل. تتم هذه العملية لكل عملية مسح في الملف.
بعد ذلك ، تتم معالجة بيانات I-Q الأساسية من VSA كما هو موضح في المعادلة 1. يتم حساب الطاقة بالديسيبل لكل عينة I-Q. يقوم VSA بتجميع بيانات الذروة ، والتي يجب تحويلها إلى dBm ، خلال هذه الخطوة.
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/62124/62124eq01.jpg">(1)
أثناء القياس، يتم تخزين بيانات I-Q ذات النطاق الأساسي في ملف مؤقت. لا يتم الحصول على معلومات GPS من قبل VSA. يتم اختيار طول الملف بحيث يكون عدد السجلات المطلوبة مساويا لعدد ثواني وقت محرك الأقراص. بمجرد الانتهاء من القياس ، تتم كتابة البيانات إلى ملف تتم برمجة هيكله مسبقا بواسطة مطوري برامج VSA. تتضمن البيانات المحفوظة في هذا الملف الفرق الزمني بين عينات القياس والتردد وعينات البيانات المعقدة. تتضمن خطوة المعالجة تنعيم حجم بيانات I-Q ذات النطاق الأساسي عبر نافذة 500 مللي ثانية لمجموعة البيانات بأكملها لتقريب مسافة القيادة ذات الطول الموجي 40. يوضح الشكل 8 كيف يقارن متوسط الطاقة الملساء بالبيانات الأولية لجزء أكبر من اختبار القيادة. يتم عرض البيانات الخام بواسطة التتبع الأزرق ، ويتم عرض متوسط الطاقة الملساء بواسطة التتبع الأحمر.
تتم محاذاة مجموعات بيانات VSA و SA باستخدام التفاف دائري. تتم محاذاة نقطة بيانات VSA في كل ثانية مع عينات SA التي تم إنشاؤها في كل ثانية لنقل إحداثيات GPS من SA إلى نقاط بيانات VSA. يقوم نموذج الانحدار الخطي بمحاذاة البيانات عن طريق تقليل البقايا بين مستويات الطاقة المقاسة لمجموعتي البيانات. يتم تقديم البيانات المحاذاة عن طريق رسم طاقة SA بالديسيبل بالديسيبل على المحور x وقوة VSA بالديسيبل على المحور y (الشكل 9). نظرا لأن أرضية ضوضاء نظام SA أعلى من أرضية ضوضاء نظام VSA ، فسيظهر الرسم البياني انحناء لأسفل عند نقاط أقل من -115 ديسيبل تقريبا لمجموعات البيانات القريبة من أرضية الضوضاء. يوضح الشكل 9 والشكل 10 محاذاة طاقة VSA وطاقة SA مقابل الوقت المنقضي بالثواني. ثم يتم إرفاق الطابع الزمني GPS من متوسط الطاقة SA بنقطة البيانات الأولى من سلسلة بيانات الطاقة متوسطة السلاسة VSA. يتم التخلص من الإزاحة الرأسية بين مجموعتي البيانات عن طريق تصحيح فقدان الكابلات من مقسم الطاقة إلى SA ؛ ومع ذلك ، نظرا لاستخدام بيانات VSA المختومة زمنيا فقط ، فإن هذه الخطوة الإضافية غير ضرورية. ثم يتم حفظ هذه البيانات واستخدامها في نموذج Longley-Rice / Irregular Terrain Model (ITM) 11,12 للتنبؤ بخسائر التضاريس. يتم تصحيح بيانات VSA عن طريق إضافة خسائر النظام وإزالة مكاسب النظام للحصول على فقدان الإرسال الأساسي المقاس (BTL) أو كسب الإرسال الأساسي (BTG) على طول مسار القيادة كما هو موضح في الشكل 11 والشكل 12 ويعطى بواسطة المعادلة 2.
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/62124/62124eq02.jpg">(2)
حيث أن BTL هي فقدان الإرسال الأساسي ، Pt و Pr هما قوتا الإرسال والاستقبال في dBm ، Gt و Gr هما مكاسب هوائيات الإرسال والاستقبال في dBi ، على التوالي ، و Lt و Lr هما فقدان النظام لنظام الإرسال ونظام الاستقبال في ديسيبل ، على التوالي.
في الشكل 11 ، النجم الأرجواني هو موقع الإرسال. تمثل النقطتان الصفراء والأرجوانية أعلى وأدنى مستويات الإشارة المستلمة ، على التوالي. يوضح الشكل 12 مخططا ل BTG المقاسة (Black x's) ، و BTG (الأزرق +'s) على غرار ITM ، وكسب الإرسال في المساحة الحرة (FSTG) (الدوائر الحمراء) ، وأرضية ضوضاء النظام (النقاط الوردية). عندما يساوي ITM BTG FSTG ، لا توجد تفاعلات تضاريس ، ويمكن افتراض أن جميع الخسائر (الفرق بين FSTG و MBTG) تأتي من المباني أو أوراق الشجر أو التفاعلات الأخرى مع البيئة المحيطة. ويظهر ذلك في الشكل 13، حيث الخط الأسود هو التضاريس التي تم سحبها من قاعدة بيانات التضاريس USGS13، والخط الأحمر المتقطع هو خط البصر (LOS) بين هوائي الإرسال وهوائي الاستقبال، والخطوط الزرقاء والمنقطة والمتقطعة هي مناطق فريسنل الأولى العلوية والسفلية14 حيث يتم توطين معظم الطاقة.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62124/62124fig01.jpg"> الشكل 1: رسم تخطيطي لمكونات الإرسال والاتصالات. الجانب الناقل من مسبار قناة الموجة المستمرة (CW). الاختصارات: RF = تردد الراديو; المرجع = المرجع. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62124/62124fig01large.jpg" target="_blank">يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62124/62124fig02.jpg"> الشكل 2: رسم تخطيطي لمكونات الاستقبال والاتصالات. الجانب المتلقي لقناة الموجة المستمرة (CW) أكثر صحة. الاختصارات: GPS = نظام تحديد المواقع العالمي; RF = تردد الراديو ؛ المرجع الفرعي = مرجع خارجي؛ GPS Ant = هوائي GPS ؛ Ext Trig/Ref = الزناد/المرجع الخارجي؛ TCP/IP = بروتوكول التحكم في الإرسال/بروتوكول الإنترنت؛ تردد Adj = تردد معدل; DC = التيار المباشر. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62124/62124fig02large.jpg" target="_blank">يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62124/62124fig03.jpg"> الشكل 3: نظام مسبار قناة CW في المختبر. نشر قناة معهد علوم الاتصالات (ITS) على الطاولة للتحقق من صحة النظام واختبار الدقة الذي يظهر المكونات الرئيسية. الاختصارات: VSA = محلل إشارة متجه ؛ VSG = مولد إشارة متجه. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62124/62124fig03large.jpg" target="_blank">يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62124/62124fig04.jpg"> الشكل 4: شاشة I-Q. ضبط التردد باستخدام مخطط الطور والتربيع (I-Q). الاختصارات: CW = موجة مستمرة; TimeLen = الطول الزمني; I-axis = محور في الطور ؛ Q-axis = المحور التربيعي. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62124/62124fig04large.jpg" target="_blank">يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62124/62124fig05.jpg"> الشكل 5: إعداد نظام التحقق والتحقق. إعداد النظام للتحقق والتحقق من صحة القياسات. الاختصارات: I-Q = التربيع في الطور. RF = تردد الراديو ؛ المرجع = المرجع; GPS = نظام تحديد المواقع العالمي; Ext Trig/Ref = الزناد/المرجع الخارجي؛ TCP/IP = بروتوكول التحكم في الإرسال/بروتوكول الإنترنت؛ تردد Adj = تردد معدل. DC = التيار المباشر. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62124/62124fig05large.jpg" target="_blank">يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62124/62124fig06.jpg"> الشكل 6: العجلات الخلوية (COW) وشاحنة القياس. صورة تظهر شاحنة خضراء تستخدم لنظام الاستقبال وخلوية على عجلات (COW) تستخدم لإيواء نظام الإرسال. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62124/62124fig06large.jpg" target="_blank">يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62124/62124fig07.jpg"> الشكل 7: كنس محلل الطيف ومتوسط الاجتياح. مسح واحد لالتقاط بيانات محلل الطيف يتكون من 461 نقطة خلال وقت اكتساح 0.5 ثانية. اختصار: SA = محلل الطيف. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62124/62124fig07large.jpg" target="_blank">يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62124/62124fig08.jpg"> الشكل 8: محلل إشارة متجه تلقى الطاقة والمتوسط المتحرك. بيانات الحجم داخل الطور والتربيع (I-Q) (التتبع الأزرق) لشريحة صغيرة من تشغيل أكبر مقارنة بمتوسط القدرة (التتبع الأحمر) المحسوب عبر نافذة 0.5 ثانية. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62124/62124fig08large.jpg" target="_blank">يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62124/62124fig09.jpg"> الشكل 9: محاذاة إشارة VSA و SA. محاذاة طاقة محلل الإشارة المتجهة وطاقة محلل الطيف. الاختصارات: VSA = محلل إشارة متجه ؛ SA = محلل الطيف. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62124/62124fig09large.jpg" target="_blank">يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>
<img alt="Figure 10" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62124/62124fig10.jpg"> الشكل 10: تلقى VSA و SA الطاقة بعد محاذاة الإشارة. محاذاة قدرة محلل إشارة متجه وقدرة محلل الطيف مقابل الوقت المنقضي بالثواني. الاختصارات: VSA = محلل إشارة متجه ؛ SA = محلل الطيف. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62124/62124fig10large.jpg" target="_blank">يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>
<img alt="Figure 11" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62124/62124fig11.jpg"> الشكل 11: تحديد الموقع الجغرافي لمكاسب الإرسال الأساسية المقاسة. قياس كسب ناقل الحركة الأساسي على طول مسار القيادة. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62124/62124fig11large.jpg" target="_blank">يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>
<img alt="Figure 12" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62124/62124fig12.jpg"> الشكل 12: قياس ونمذجة مكاسب الإرسال الأساسية. كسب ناقل الحركة الأساسي المقاس (الأزرق x)، وكسب الإرسال الأساسي لطراز التضاريس غير المنتظمة (ITM) (BTG) (الأسود +'s)، وكسب الإرسال في المساحة الحرة (الدوائر الحمراء)، وأرضية ضوضاء النظام (النقاط الوردية) مقابل الوقت المنقضي على طول مسار القيادة. الاختصارات: MBTG = قياس كسب الإرسال الأساسي; ITM = نموذج التضاريس غير المنتظمة. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62124/62124fig12large.jpg" target="_blank">يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>
<img alt="Figure 13" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62124/62124fig13.jpg"> الشكل 13: ملف تعريف التضاريس ومنطقة فريسنل الأولى. ملف تعريف تضاريس هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية (الخط الأسود) للوقت المنقضي 1636.2 ثانية. كما يتم رسم منطقة فريسنل العليا (الأولى) (الخط الأزرق المنقط) ومنطقة فريسنل السفلى (الأولى) (الخط الأزرق المتقطع) جنبا إلى جنب مع خط خط البصر (الأحمر ، الخط المتقطع) بين هوائي الإرسال وهوائي الاستقبال. الاختصارات: USGS = هيئة المسح الجيولوجي للولايات المتحدة; NED = قاعدة بيانات الارتفاع الوطنية. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62124/62124fig13large.jpg" target="_blank">يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Continuous-Wave Propagation Channel-Sounding Measurement System - Testing, Verification, and Measurements at JoVE.com

Continuous-Wave Propagation Channel-Sounding Measurement System - Testing, Verification, and Measurements

يصف هذا التقرير الإعداد والتحقق والتحقق من الصحة والتحقق والنتائج الناتجة عن قياسات الانتشار باستخدام نظام قياس مستمر الموجات وقنوات الترددات الراديوية.

نظام قياس قناة الانتشار الموجي المستمر - الاختبار والتحقق والقياسات

Channel sounders are used to measure channel characteristics for radio systems. There are several types of channel sounders used today: continuous-wave ...

وتستند قياسات الانتشار إلى النماذج والسياسات. يعد التحقق من نظام القياس والتحقق من صحته قبل إجراء هذه الأنواع من القياسات المهمة أمرا بالغ الأهمية. لقد استخدمنا هذه التقنية للتحقق من صحة أنظمة القياس الأخرى بحيث تكون القياسات متسقة.هذا النظام سهل التجميع والاستخدام. سيضمن لك استخدام هذا البروتوكول فهمك لنظامك قبل إجراء القياسات في بيئة أكثر تعقيدا. لا يعالج هذا البروتوكول مشكلات التداخل الكهرومغناطيسي أو التوافق الكهرومغناطيسي التي يمكن أن تظهر عند وضع المعدات بالقرب من بعضها البعض.هذه هي القضايا التي يمكن تجاهلها من قبل مهندس RF جديد ، وبالتالي من المهم العمل مع المهندسين الأكثر خبرة. لا يمكن شرح بعض جوانب هذا الإعداد بشكل كامل بالكلمات. يمكن أن تكون الصور مفيدة في تجميع مكونات القياس بشكل صحيح.قبل تجميع النظام، استخدم VNA لقياس معلمات S للكابلات والمخففات ومقسمات الطاقة وقارنات التوصيل الاتجاهية ومرشحات التمرير المنخفض. لقياس نظام الإرسال باستخدام VNA، قم بتجميع كبل النوع N الذي يتصل بمخرج مضخم الطاقة، وقارنة التوصيل الاتجاهية، ومرشح ممر النطاق الترددي، وكبل النوع N الذي سيتم توصيله بالهوائي. استخدم VNA لقياس سلسلة المكونات وتسجيل قيمة S21 ، والتي ستكون رقما سالبا.لقياس معدات الاستقبال باستخدام VNA ، قم بتجميع كابل النوع N الذي سيتم توصيله بهوائي الاستقبال ، والمرشح ، والكبل بين المرشح ، ومقسم الطاقة ، وكبل النوع N الذي سيتم توصيله ب VSA. استخدم VNA لقياس S21 لجانب VSA من جهاز الاستقبال ، ثم قم بتوصيل الكبل الذي يربط جانب محلل الطيف ب VNA وقياس المكونات مرة أخرى للحصول على قيم S21 الخاصة بها. قبل إجراء أي قياسات ، قم بتشغيل مولد الإشارة المتجهة ، مع التأكد من ضبطه على إيقاف تشغيل الترددات اللاسلكية وعداد الطاقة ومضخم الطاقة.اسمح للأدوات بالإحماء لمدة ساعة قبل إجراء أي قياسات. عند تسخين الأجهزة، قم بتكوين VSA في وضع VSA 89601B. بعد تكوين محلل الطيف، اضغط على Enter على محلل الطيف للوصول إلى القوائم مع الاستمرار على زر Shift أثناء تحديد زر النظام لتمكين المرجع الخارجي.استخدم المفاتيح اللينة لتحديد المزيد، وإعدادات المنفذ، والإدخال الخارجي، والمرجع، وتحديد إخراج موجة مستمر. لتكوين VSG، اضبط التردد على 1،717 ميغاهرتز. اضبط سعة خرج VSG على ناقص أربعة ديسيبل ميلي واط والحد الأعلى للنطاق الخطي لمضخم الطاقة.لمعايرة عداد الطاقة، قم بتوصيل الرأس بالمنفذ المرجعي وقم بتوصيل النهاية بمنفذ قياس. اضبط تردد عداد الطاقة على 1،770 ميغاهرتز وصفر ومعايرة عداد الطاقة ، مع التأكد من أن قراءة عداد الطاقة تظل في حدود 0.2 ديسيبل من صفر ديسيبل ميلي واط. ثم افصل رأس عداد الطاقة من المنفذ المرجعي وقم بتوصيله بإخراج المخفف.لمزامنة مذبذبات الروبيديوم ، اضبط الجهد ، مع الحرص على عدم تجاوز الحد الأقصى لجهد الإدخال المسموح به في منفذ مزامنة الروبيديوم وتعيين الجدول الزمني إلى 100 مللي ثانية والمحور y IQ.To محاذاة ترددات مصدر الطاقة ، اضغط على زر الجهد الحالي على مصدر الطاقة أثناء مشاهدة النقطة على شاشة VSA. إذا كانت النقطة تدور ذهابا وإيابا، تتم محاذاة الترددات. إذا كانت النقطة تدور باستمرار في اتجاه واحد ، فقم بتغيير الجهد حتى تبدأ النقطة الموجودة على مخطط IQ في التباطؤ أثناء التحرك ذهابا وإيابا في حركة بندول.عند محاذاة الترددات، اضبط المخطط الزمني مرة أخرى على ثانية واحدة وأعد المحور y إلى حجم السجل. لمعايرة VSA، حدد الأدوات المساعدة والمعايرة والمعايرة، واضبط زر RF على VSG على تشغيل. ثم الحصول على 10 سجلات للاقتناء على محلل الطيف للتحقق من أن جميع المعلمات قد تم تعيينها بشكل صحيح وأن مستوى إشارة محلل الطيف يتطابق مع مستوى إشارة VSA.للتحقق من المختبر، أدخل مخففا متغيرا بين جانبي الإرسال والاستقبال في النظام دون توصيل هوائيات واضبط توهين مخفف الخطوة على صفر ديسيبل وعدد السجلات على VSA إلى 120. اضبط عدد عمليات المسح على 120 سجلا وسعة إخراج VSG إلى صفر ديسيبل ميلي واط. اضبط زر RF على VSG على تشغيل.قم بتعيين علامة ذروة لإيجاد قيمة قوة الإشارة. إذا كان من الممكن ملاحظة إشارة على VSA، فاضغط على Record لبدء التحقق، ثم ابدأ قياس SA في برنامج التحكم في الأداة. في هذا التحليل التمثيلي ، تم رسم التقاط بيانات محلل طيف واحد يتكون من 461 نقطة خلال وقت اكتساح 0.5 ثانية وتم تعيين معلومات GPS إلى القيمة المتوسطة.ثم تمت مقارنة بيانات الطور والحجم التربيعي بمتوسط الطاقة السلس على نافذة 0.5 ثانية لمجموعة البيانات بأكملها لتقريب مسافة القيادة ذات الطول الموجي 40. يمكن استخدام تخطيط بيانات محاذاة VSA ومحلل الطيف كوظائف للوقت المنقضي للتنبؤ بخسائر التضاريس. يتم تصحيح بيانات VSA عن طريق إضافة خسائر النظام وإزالة مكاسب النظام للحصول على خسارة أو مكاسب ناقل الحركة الأساسية المقاسة على طول مسار القيادة كما هو موضح.وفي هذا التحليل، كان مكسب الإرسال الأساسي مساويا لمكاسب الإرسال الأساسي والحر لنموذج التضاريس غير المنتظمة، مما يؤكد عدم وجود تفاعلات تضاريس. عندما تساوي مكاسب الإرسال الأساسية لنموذج التضاريس غير المنتظمة مكاسب انتقال الفضاء الحر ، يمكن افتراض أن جميع الخسائر تأتي من المباني أو أوراق الشجر أو غيرها من التفاعلات مع البيئة المحيطة. من المهم جدا التحقق من جميع مكونات النظام قبل القياس.الكابلات المكسورة شائعة جدا. كما يتم اختبار النظام في البداية في المختبر لفهم قياس وحساب توهين المسار. ستساعد القياسات الخارجية القصيرة بالقرب من المنشأة على فهم القياسات المأخوذة في البيئات المعقدة.يجب أن تتضمن المسارات بين هوائي الإرسال والاستقبال مسارات مع وبدون عوائق. يمكن أن تكون هذه العوائق أشجارا أو مباني أو هياكل أخرى. وقد استخدم هذا النظام لدراسة الانتشار في الهواء الطلق في بيئات مختلفة مثل المناطق الحرجية والمناطق الحضرية والمناطق الريفية.لقد قدمنا تقديرات التوهين للعملاء بناء على القياسات. يمكن بعد ذلك تطوير النماذج مع العلم أنه تم التحقق من صحة القياس.

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Physics

Engineering

Unit 1

Electromagnetic Waves

SCIENTISTS IN ACTION

Quantum State Engineering of Light with Continuous-wave Optical Parametric Oscillators

الدولة الكم هندسة الضوء مع استمرار موجة حدودي البصرية المذبذبات

Engineering non-classical states of the electromagnetic field is a central quest for quantum optics1,2. Beyond their fundamental significance, such states ...

Optical Trap Loading of Dielectric Microparticles In Air

فخ تحميل البصري للعازل المجهرية الدقيقة في الهواء

We demonstrate a method to trap a selected dielectric microparticle in air using radiation pressure from a single-beam gradient optical trap. Randomly ...

High-speed Continuous-wave Stimulated Brillouin Scattering Spectrometer for Material Analysis

عالية السرعة كونتينووسوافي برلين حفز نثر مطياف لتحليل المواد

Recent years have witnessed a significant increase in the use of spontaneous Brillouin spectrometers for non-contact analysis of soft matter, such as ...

Subsurface Defect Localization by Structured Heating Using Laser Projected Photothermal Thermography

توطين العيوب تحت السطح عن طريق التدفئة المنظمة باستخدام الليزر الحرارية الحرارية المتوقعة

The presented method is used to locate subsurface defects oriented perpendicularly to the surface. To achieve this, we create destructively interfering ...

Cutting Procedures, Tensile Testing, and Ageing of Flexible Unidirectional Composite Laminates

إجراءات القطع، اختبار الشد، وشيخوخة الرقائق المركبة أحادية الاتجاه المرنة

Many body armor designs incorporate unidirectional (UD) laminates. UD laminates are constructed of thin (&#60;0.05 mm) layers of high-performance yarns, ...

Full-field Strain Measurements for Microstructurally Small Fatigue Crack Propagation Using Digital Image Correlation Method

قياسات سلالة المجال الكامل للتعب ميكروستروكتورالي الصغيرة الكراك نشر استخدام أسلوب ارتباط الصورة الرقمية

A novel measurement approach is used to reveal the cumulative deformation field at a sub-grain level and to study the influence of microstructure on the ...

Method Development for Contactless Resonant Cavity Dielectric Spectroscopic Studies of Cellulosic Paper

تطوير الأسلوب للحصول علي تماس الرنانة تجويف الرنين عازله الدراسات الطيفية للورق السليوليك

The current analytical techniques for characterizing printing and graphic arts substrates are largely ex situ and destructive. This limits the amount of ...

Calibration of Vector Network Analyzer for Measurements in Radio Frequency Propagation Channels

معايرة محلل شبكة ناقلات للقياسات في قنوات نشر الترددات الراديوية

In situ measurements of radio frequency (RF) spectrum activity provide insight into the physics of radio frequency wave propagation and validate existing ...

Measuring Sub-23 Nanometer Real Driving Particle Number Emissions Using the Portable DownToTen Sampling System

قياس دون 23 نانومتر الحقيقي القيادة عدد انبعاثات الجسيمات باستخدام نظام أخذ العينات downToTen المحمولة

The current particle size threshold of the European Particle Number (PN) emission standards is 23 nm. This threshold could change because future ...

Solution Blow Spinning of Polymeric Nano-Composite Fibers for Personal Protective Equipment

حل ضربة الغزل من الألياف البوليمرية نانو مركب لمعدات الحماية الشخصية

Light-weight, protective armor systems typically consist of high modulus (&#62;109 MPa) and high-strength polymeric fibers held in place with an elastic ...