信号衰减论文（共6篇）
信号衰减论文 篇1
1、问题的提出
能够引发网络故障的因素有很多, 其中由光纤或相关设备所引发的故障比较容易让人忽视和不好排查, 本文所阐述的就是如何一步一步的排查光纤故障以及对光纤施工的验收标准。
2、组网环境
我厂各单位的网络拓扑结构基本上都是小队所有用户全部通过双绞线连接到一台交换机上, 这台交换机都放置在专用配线间中, 为了实现与局域网网络的高速连接, 小队的接入交换机连接光纤收发器, 并通过百兆单模光纤连接到该单位的核心交换机上, 它们之间采用的连接方式为:接入交换机——光纤收发器——光纤接线架——核心交换机。为了防止广播风暴对整个局域网的运行产生影响, 各单位的所有电脑根据所在处小队的不同, 划分在不同的VLAN, 每个VLAN的网关统一设置在该单位的核心交换机上。
3、故障排查
如果某单位的一个小队网络出现故障, 而其他小队正常, 根据经验可以推断出问题就应该出在该小队的交换机或连接该小队的光纤线路上, 范围缩小了以后我们就可以按顺序一步一步的排查。
3.1 查交换机
观察该小队接入交换机上连接光纤收发器的端口的信号灯状态, 如果该信号灯处于熄灭状态, 这就说明交换机端口没有被正常启用;如果信号灯处于点亮状态, 说明该端口启用了, 但仍存在该端口有问题的情况。对于以上两种情况我们采取重启交换机并更换收发器端口的方法, 如果问题依旧且处于这个交换机上的电脑之间是互通的, 说明交换机没有问题。
3.2 查光纤收发器
首先观察光纤收发器上的状态指示灯, 如果RJ45线的指示灯熄灭, 说明RJ45线存在故障, 更换网线。如果光纤的指示灯熄灭, 有可能有以下三种情况引起:
(1) 光纤跳线损坏或者模式不匹配。解决方法是更换无损的跳线或使用正确模式的跳线, 单模收发器对应单模跳线, 多模收发器对应多模跳线。
(2) 光纤的两端接入顺序不匹配。解决方法是将接入收发器的两根跳线的顺序改变一下, 以前接TX的跳线接到RX上, 接到RX上的跳线接到TX上。
(3) 光纤收发器本身存在故障。使用短接头短接收发器上的两根跳线, 如果光纤状态指示灯亮, 说明收发器没有问题;如果光纤状态指示灯不亮, 说明收发器有故障, 需要更换收发器。
3.3 查光纤
由于单位没有专业的工具, 于是邀请网络公司的技术人员到故障现场进行检测、查看。技术人员首先使用光功率计测量来判断光纤线路通与不通;如果发现光纤线缆存在很大的信号衰减, 导致其中一根光纤根本无法正常收到光信号, 那么就要使用光时域反射计, 对光纤线缆的信号收发进行测试, 这样就可以最终找到光信号大幅度衰减的原因, 有可能是光纤耦合器自身性能问题造成了信号衰减或光纤存在断路, 这就必须使用新的光耦合器设备进行替换过或对有断路的光纤进行熔接来解决。
4、故障总结与施工验收
为了更好地解决由光纤信号衰减引起的网络不通故障, 现对其形成原因进行总结, 造成光纤信号衰减主要有以下几个因素:
(1) 跳线因素。在铺设光纤线缆的时候, 使用有性能保障的的正规厂家的产品, 如有必要需对光纤线缆的性能进行测试;质量不好的光纤跳线, 光纤信号能够衰减10db, 这个衰减幅度足以造成网络连接不通故障。
(2) 耦合器因素。光纤耦合器一般都是安装在光纤配线盒上, 在选择上也要使用有质量保障的正规厂家的产品, 如果光纤耦合器性能不好, 也容易造成幅度比较大的信号衰减, 所以如果在组网的过程中需要使用光纤耦合器的时候, 要使用高质量的光纤配线盒, 而且一个单点接头的损耗不应大于0.08db。
(3) 耦合次数因素。把位于不同地点的光纤线缆连接起来, 需要对光纤线路进行耦合;通常情况下, 对光纤线路每进行一次耦合, 光纤信号就会衰减1db左右, 如果耦合的次数比较多的话, 光纤信号的衰减幅度就会大大增加, 所以一定要严格控制耦合次数。
(4) 光纤接头因素。光纤线路工作时间比较长或者光纤线路处于灰尘比较多的工作环境中时, 每隔一段时间应该使用酒精来擦拭光纤线缆的接头, 这样能够减小光纤信号的衰减。
(5) 光纤收发器因素。收发器要选用高品质的产品, 而且跳线的模式也起必须匹配, 如果不匹配就会引发数据严重丢包、信号衰减幅度增大等问题。
5、结语
基于上述理论分析, 在排查光纤线路连接故障时, 可以按照下面的步骤来进行:
首先使用专业的光功率计或光时域反射计, 来检查光纤线路的连通性是否正常, 如果能够正常收发光信号的, 那就意味着光纤线缆的连通性是正常的;要是发现光纤线路不能正常收光的话, 那就存在两种可能:一是光纤线缆的两侧没有正确匹配, 二是光纤线路存在断裂现象, 这个时候我们须请专业铺设光纤线路的人员来检查、解决问题。
在确认光纤线路连通性正常的情况下, 如果光纤收发器状态指示灯不正常的话, 那需要重点检查光纤跳线、光纤收发器本身以及光纤耦合器, 具体的排查步骤可以参照上面的顺序来进行。
摘要：能引起网络故障的因素有很多, 其中由光纤或光纤设备引起的占很大一部分, 包括光纤、光纤跳线、光纤耦合器、光纤接头和光纤收发器等。在确定了是由光纤引起的故障后, 按顺序排查设备, 可以更高效地解决问题。
关键词：网络故障,光纤,光纤耦合器,光纤收发器,光纤跳线
信号衰减论文 篇2
关键词：通信传输,信号衰减,原因,解决对策
在当今信息化社会高速发展的过程中, 人们对于通信的质量需求越来越高。所以通信行业越来越注重保证通信过程中信号的强度, 以便于用户能够准确的接收到信息。我们知道通信传输质量的好坏在于信号的衰减程度。信号的衰减程度越低i, 那么用户就能得到越好的通信体验。在通常状况下, 信息在传输过程中会有很多的因素对信号产生影响, 从而导致信号衰减。下面本文将详细介绍在通信传输中造成信号衰减的原因。
一、通信传输中信号衰减的原因
从整体上来说使通信传输中信号衰减的原因有以下三种:第一, 本证特征衰减;第二, 制造过程衰减;第三, 附加因素衰减。在这三大类衰减因素中前两类因素主要是因为在线缆制造的过程中, 由于使用的材料的物理特性以及工艺上的一些制作方法使得通信信号在传输过程中不可避免的发生衰减。比如说缆线制作材料过于廉价或者线路过于粗制滥造。如果想要尽量减少这两大类因素的影响的话就会使得制作成本大大提升。所以一般来说, 通信产业都是通过减少附加因素对信号产生的影响。所谓的附加因素主要指的是由于线缆接头问题导致信号衰减的因素。下面本文将对附加因素造成信号衰减的原因单独进行介绍。
二、附加因素造成信号衰减原因分析
2.1 由缆线的本体特征所造成的信号衰减
这里指的缆线的本体特征主要指的是由于缆线在制作的过程中可能存在着质地并不均匀或者缆线的内径不统一等因素导致两根缆线在进行对接的时候造成连接点不连续。我们知道当信号传播到一个不连续点的时候信号的强度就会受到影响并且产生衰减的现象。所以说, 由于缆线这些本征因素造成了信号的衰减。
2.2 由缆线的不连续所造成的信号衰减
这方面的因素指的是当对缆线进行熔后续接时, 缆线面不整齐造成不均匀不连续的连续点。我们知道在对缆线进行切割的时候或多或少都会使得缆线的切面具有一定的角度。另外, 在空气中存在着尘埃等小颗粒。这些小颗粒用肉眼很难观察到。所以当空气中例如尘埃等物质掉落在缆线断面处, 而后又被通过连接留在了缆线的内部。一方面, 这些尘埃等就会在内部产生小气泡从而大大的影响信号的强度。另一方面, 这些小颗粒还会对氧化物进行散射。所以种种因素加起来, 由于缆线不连续的原因造成信号衰减的程度最大。
2.3 由缆线弯曲所造成的信号衰减
如果缆线是弯曲的, 那么信号在缆线中传播时也会产生偏移现象。当信号发生偏移时信号的传输方式就会进行改变。我们知道不同强度的信号在进行传播时的传输方式不同。所以就可以明白, 为什么信号偏移就会造成信号的衰减。并且通过研究发现, 当缆线的弯曲程度越大时, 信号衰减程度反倒越小, 而当缆线的弯曲程度越小的时候, 信号的衰减程度反而会增大。它们之间存在了一个反比的关系。
三、解决措施和对策
1、注意缆线弯曲程度。由上文提到的影响因素可知, 当缆线的弯曲程度大于一个具体的数值之后, 那么缆线的弯曲程度对于信号衰减的影响就可以忽略不计。那么在缆线进行铺设的时候就一定要注意缆线的弯曲程度, 因为在实际施工的过程中, 常常会因为一些随机的因素导致曲率半径偏小。所以, 一定要注意保证弯曲程度大于这一数值, 这样就可保证信号不会因为缆线的弯曲程度过小而导致大幅度的衰减。
2、提高线缆本体特征。在生产通信电缆的时候就一定要对其制作工艺做到严格的规范, 这样可以大大的提高通信线缆的质量。并且在正式施工之前还应该对于这些电缆进行仔细的检查, 确保这些电缆没有瑕疵。而且, 如果有条件最好是使用同一厂家同一批次的产品。这样的话在电缆的直径上就会尽可能的吻合, 降低不连续点存在的可能性。
3、选用先进的连接方法。这是最重要的一项对策。在对缆线进行连接时最好采用一些工作特性以及工作状态较为良好的连接仪器, 这样就会降低连接点不连续的现象。另外对于切割面存在一定角度的问题时, 就需要保证切割仪器的质量以及操作的规范性。具体操作时还应该对切刀等工具进行清洁工作, 切割完成后, 断面也要进行清洁处理, 防止因为附着尘埃等造成内部气泡的产生。
小结:信号衰减程度决定了通信的质量, 同样正是因为信号衰减的存在, 通信技术的发展才会受到影响。这就需要在通信类产业工作的技术人员能够对线缆连接问题足够的重视, 严格按照规范进行操作, 从而降低信号衰减程度, 提高通信的质量。
参考文献
[1]王文韬.通信传输中信号衰减的原因及解决对策[J].黑龙江科技信息, 2014, 18:156.
[2]张蕾.浅析通信传输中信号衰减的原因及解决对策[J].中国石油和化工标准与质量, 2012, 08:244.
信号衰减论文 篇3
信号衰减程度在通信传输过程中具有重要地位, 一方面, 它可以作为衡量通信质量的指标, 另一方面它也直接影响着缆线布置中的中继距离、系统的扩容升级等特性。通信过程中的信号衰减是由多方面原因产生的, 比如、缆线的制造缺失、使用过程中的散射、弯曲、吸收等。
总得来说, 我们可以将这些因素归分为三种:本体特征衰减、制造过程衰减及附加因素衰减。本体特征衰减、制造过程中的信号衰减指的是, 在缆线的制造过程中, 由于材料的物理、几何特征及制造工艺等不可避免的因素所造成的信号衰减, 在避免这种因素时需要的控制成本较高, 所以不推荐从这方面进行人为控制。附加因素衰减指的是, 连接缆线所使用的接头造成的信号衰减, 这种因素所造成的信号衰减可以通过人为手段进行避免, 比如通过提高缆线的续接质量等手段, 以达到减小信号衰减、提高通信质量的目的。在下文中, 我们通过对信号衰减中附加因素的分析, 来探究减小信号衰减的解决对策。
2 附加因素所造成的信号衰减原因分析
2.1 由缆线的本体特征所造成的信号衰减
在缆线制造过程中就会产生一定损耗, 这些损耗可能是由以下原因造成的:缆线的质地不均、缆线的包层和内径有偏心现象、缆线内径不均等原因。由于以上这些原因, 在缆线续接时就会存在不均匀、不连续的缆线续接点, 信号传播的连续性及质量均会受到影响。由信号传播知识可知, 信号强度会在这些不连续的续接点受到影响, 进而发生信号衰减等现象。为减小由缆线的本体特征所带来的信号衰减现象, 我们在铺设缆线前需要进行合理的配盘工作, 以保证缆线续接点的连续、均匀性。另外, 我们还可以通过更为先进的续接手段、调整续接参数等方法达到减小缆线本体所造成的信号衰减。
2.2 由缆线的不良续接所造成的信号衰减
一方面, 在对缆线进行熔后续接时, 如果缆线断面不整齐会造成不均匀、不连续的续接点, 对信号强度产生负面影响, 造成信论采用哪种缆线切割手段, 都可能会造成一定倾斜角度的断面, 但是, 通过更为先进的切割方法、准确的切割步骤, 由缆线断面倾斜所造成的信号衰减可以控制在一定程度之内。
另一方面, 空气中所含有的包括尘埃在内的物质都会对缆线的熔接点产生较大影响, 比如, 尘埃如果沾染在缆线熔接的断面处, 在缆线接续时仍会停留在缆线内部, 甚至会产生气泡现象。如此以来, 信号在传输的过程中在这些点会收到极大的影响, 信号会因衰减程度过大而无法到达接收终端。此外, 这些杂质对信号的影响还表现在氧化物散射等方面。这些对信号的衰减效果叠加在一起更为明显。由此可见, 由缆线的不良续接所造成的信号衰减是最为严重的因素。这就要求我们在对缆线的续接工作中, 一定要保证过程的清洁性, 务必保证认真仔细。
2.3 由缆线弯曲所造成的信号衰减
由信号传播理论分析可知, 要传输不同强度的信号所使用的传输模式也是不同的, 缆线作为传输线路, 它的弯曲会使得信号的传播方向发生偏移, 方向的偏移也会影响到传输模式的改变。如果缆线的弯曲程度太大, 信号在通过弯曲部分时会穿过纤芯而发生辐射现象, 这样就会使得信号不能完全通过缆线的弯曲部分, 从而产生信号衰减现象。信号衰减的程度和缆线的弯曲半径有着反比关系, 具体来说, 缆线的弯曲半径越大、信号衰减程度越小, 而当弯曲半径越小时, 信号衰减越为严重。
3 信号衰减的解决措施及对策
3.1 尽量减低缆线的弯曲程度
由实践经验可知, 当缆线的弯曲半径大于某一数值时, 由缆线弯曲所造成的信号衰减几乎可以忽略不计。在缆线铺设的具体工作中, 要时刻留意随机因素对弯曲半径的影响, 保证弯曲半径处在这一固定数值之上, 以避免过小的缆线弯曲半径所带来的信号衰减。
3.2 最大程度提高缆线的本体特征
在缆线开盘时, 需要使用专用设备逐根进行检验, 以确保所使用的缆线没有任何断裂痕迹和瑕疵点。此外, 在配盘过程中, 对同一中继段应该尽量选择来自同一生产厂家由接头损耗所带来的信号衰减。
3.3 选用先进的接续方法
首先, 在对缆线进行续接等实际工作中, 会存在超出允许范围的续接现象。一般来说, 缆线的尺寸不规范、直径偏差大等因素都可能造成缆线续接的不良性。而由这种原因造成信号衰减主要是因为续接仪器的工作特性状态不良。为避免由缆线尺寸不规范及直径偏差大等原因造成信号衰减就必须保证续接仪器的工作保持在良好状态, 能够识别缆线的优劣。
其次, 在对缆线进行切割过程中, 如果断面的倾斜角度过大也会造成信号衰减程度的增加, 操作不规范、切割设备的质量不过关都可能造成断面的倾斜角度过大。所以说, 我们要保证切割仪器质量及操作作用明确规范, 此外, 我们还要满足切割过程中的清洁度要求, 在切割进行前, 需要做好充分的设备准备, 将切刀等工具清洗干净, 在切割完成后, 还需要对切刀及断面进行清洁处理, 保证断面之上没有任何杂质存在, 以达到消除因切割过程所引起的信号衰减的目的。
再次, 我们要确保操作人员的专业技能及素质能力。必须要求操作人员熟练掌握续接工艺, 了解熟悉通信传输的原理及系统构造等知识, 能够对续接工作中出现的问题进行及时分析、解决, 熟练使用续接工作所用的设备, 及设备参数设置, 在此基础上, 把握放电时间、间隙、电流大小等细节操作, 将信号衰减降到最低程度。
4 结语
当今社会信息的传播主要是通过通信传输这一方式进行的, 这种方式使用的广泛性和重要性使通信传输过程中减小信号衰减变得十分重要。信号衰减程度不仅关系着通信质量, 也制约着通信技术的进一步发展。这就要求我们技术人员充分重视缆线续接工作, 严格按照规范流程标准进行操作, 以达到降低信号衰减、提高通信质量的目的。
参考文献
[1]李国瑞.光纤通讯系统.《北京邮电大学出版社》, 2006.[1]李国瑞.光纤通讯系统.《北京邮电大学出版社》, 2006.
信号衰减论文 篇4
随着笔记本电脑、智能手机和平板电脑等终端的普及, 无线路由器也成为了移动上网的必需品[1]。有线网络虽然更加稳定可靠, 但是布线繁复, 既不美观也不方便, 比较之下无线网络更加灵活便捷, 更能够满足现代人移动办公和娱乐的需求[2]。而无线路由器则是稳定的无线局域网的核心设备。市面上的无线路由器的信号覆盖范围大部分号称“室内100m, 室外200m”, 实际值可能一般只有一半左右。论文选取了某型路由器, 以上海某地商用办公建筑为研究区, 通过无线传输流媒体进行了无线信号覆盖范围和其影响因素进行了测试, 并提出了一些合理的解决方案。
1 基础理论及相关设备概述
1.1 无线路由传输
无线路由器数据传输率无线网络的传输速率是指它在一定的网络标准之下接收和发送数据的能力[3,4]。该性能和环境有很大的关系, 因为在无线网络中, 数据的传输是通过信号进行, 而实际的使用环境会对传输信号造成一定的干扰而影响传输率[5,6]。无线路由器的实际传输速度一般只能达到产品标称最大传输率的一半左右, 因此在选购产品时, 在需要的传输速率的基础上, 应作上浮考虑。
无线网络的协议目前无线路由器产品支持的主流协议标准为IEEE802.11b和IEEE 802.11g。802.11n是新制定的无线传输标准协议, 可以将WLAN的传输速率提高到300Mbps以上[7]。本研究从目前市场上从产品需求考虑, 论文选用能同时支持IEEE802.11b、IEEE 802.11g和802.11n的无线路由设备。
无线路由器的信号覆盖范围只有在无线路由器的信号覆盖范围内, 其他无线设备才能进行无线连接。信号覆盖范围即“有效工作距离”, 这一项是无线路由器的重要参数之一。
1.2 无线视频传输
无线视频传输就是指不用布线 (线缆) 利用无线电波来传输视频、声音、数据等信号的监控系统。通过无线路由器对接收设备进行视频传输, 可对不同测试条件下的无线传输强度进行实时监测。就路由器而言, 一般情况下, 信号强度在-75dBm以上时, 认为该信号较为良好。当信号强度低于-80dBm时, 信号时断时续, 极不稳定, 且数据流量极低。
1.3 相关研究设备概述
由于部分办公建筑面积大, 结构多变, 障碍物多, 对无线网络的信号衰减很大, 导致无线覆盖不够全面, 部分区域无线信号强度弱、无线速率低, 甚至存在无线盲点等情况, 不能满足对无线网络的使用体验要求。论文选用市场通用型号的无线路由器, 进行商用办公建筑对无线路由不同条件下的传输强度进行测算。
2 研究结果
2.1 路由器信号在建筑物内的衰减情况
论文选取一间规则的办公区域, 运用测试软件比较距离路由器分别在1倍功率和10倍功率情况下, 测试距离最近点和最远点的无线信号强度。
测试结果:当路由器开至10倍功率时, 1点的信号强度只有-30dBm, 这是因为大功率路由器近距离的信号并不好, 其优势主要体现在远距离时的信号强度。
2.2 路由器信号穿越实心砖墙时的衰减情况
为测试路由器信号穿越实心砖墙时的无线强度衰减情况, 论文选取以下方法路由器位置固定, 运用软件测试比较距离路由器分别在1倍功率和10倍功率时, 测量比较穿越普通实心砖墙前后的信号强度。
测试结果:由测试数据可以看出, 在封闭的建筑物中, 穿越较近的一面实心砖墙信号衰减大约20dBm, 穿越较远的一面实心砖墙信号衰减大约10dBm。且10倍功率时, 衰减后的信号强度明显优于1倍功率。这也就是为什么会强调布置路由器的位置时, 尽量不要靠近墙壁放置的原因。
2.3 路由器竖直方向穿越楼板时的信号衰减情况
为测试路由器信号穿越楼板情况, 论文将路由器调至10倍功率, 固定放置在5楼的办公室中, 分别到四楼和六楼选取三个相对位置一样的点, 测试比较信号强度。
测试结果:在路由器的正上方和正下方, 信号很强, 垂直穿越楼板情况较好。在距离最远的斜下方, 信号较弱, 尤其在3点, 信号时断时续, 虽然还有一些信号强度, 但是已基本上没有数据流量, 即不可用。
2.4 电梯对路由器信号的影响
将接收端在放置于电梯内, 路由器放在电梯外, 分别测试标胶电梯门开和关情况下的信号强度, 由于距离较短, 此时自由空间的衰减可忽略不计。
测试结果:电梯门关上之后, 信号衰减了30dBm。可见, 电梯对信号的衰减作用非常大。
2.5 路由器与中继器同时使用时的情况
路由器调制10倍功率, 固定放置在508中, 此时在519中可以看到路由器的信号强度, 但是没有数据流量, 即不可用。在走廊中找到一个合适的点, 仍然可以接受到路由器信号, 但信号较弱。把中继器布置到此点, 然后再到519中检测, 是否可以接受到数据。
测试结果:原本在A点, 即接收端放置点, 可以搜索到微弱的路由器信号, 但是没有数据流量, 不可用。在B点加装了中继器后, 在A点可以搜索到有效的中继器信号, 并且连接后可以打开摄像机的IP网页, 接受到图像。正确设置并且合理安放的中继器可以有效的延长目标路由器信号。
3 研究结论与建议
3.1 研究结论
论文选取商用办公建筑, 利用无线视频传输检测手段, 对五种不同情景下的无线路由发射设备信号传输强度进行测算, 得出以下结论:
(1) 大功率路由器近距离的信号并不好, 其优势主要体现在远距离时的信号强度。
(2) 在封闭的建筑物中, 穿越较近的一面实心砖墙前后路由器的信号衰减大约10到20dBm, 明显大于自由空间的信号衰减幅度。
(3) 在路由器的正上方和正下方, 信号很强, 垂直穿越楼板情况较好。但是, 路由器的信号水平传播明显强于竖向传播。楼板对信号的衰减作用大于普通实心砖墙。
(4) 电梯对路由器信号的衰减作用很大。
3.2 建议
(1) 无线发射设备放置方位建议。无线设备发射出的信号是以圆圈形式发散的, 其传输最大距离是其半径, 因此应该尽量将无线设备放到中间位置, 尤其避免放在墙角处, 使无线信号可以直线穿过的墙体和天花板, 减少路由器发射端到接收端的直线距离。金属门或铝制骨架会严重削弱无线信号。将接入点、无线路由器以及其他网络设备摆放到信号可穿过不涂泥灰的石墙或者打开的门道的地方。材料和物体, 如玻璃、钢材、金属、带绝缘体、水 (鱼缸) 、镜子、文件柜、砖块和混凝土的墙体会削弱无线信号。
(2) 采用大功率的增益天线。天线增益是指:在输入功率相等的条件下, 实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。增加增益就可以在一确定方向上增大网络的覆盖范围, 或者在确定范围内增大增益余量。
(3) 采用WDS中继技术延长信号覆盖范围。在小型网络中, WDS的功能是充当无线网络的中继器, 通过在无线路由器上开启WDS功能, 让其可以延伸扩展无线信号, 从而覆盖更广更大的范围。说白了WDS就是可以让无线AP或者无线路由器之间通过无线进行桥接 (中继) , 而在中继的过程中并不影响其无线设备覆盖效果的功能。这样就可以用两个无线设备, 让其之间建立WDS信任和通讯关系, 从而将无线网络覆盖范围扩展到原来的一倍以上, 大大方便了用户无线上网。
摘要：文章从路由器的概念及原理入手, 分析了路由器的指标和参数, 并选取商用办公建筑, 利用无线视频传输检测手段, 对五种不同情景下的无线路由发射设备信号传输强度进行测算, 并为用户在路由器放置方位和增加中继技术延长信号范围提供建议。
关键词：无线路由,信号衰减,办公建筑
参考文献
[1]Steve Rackley, 吴怡, 朱晓荣等.无线网络技术原理与应用[M].电子工业出版社, 2008
[2]段水福, 历晓华, 段炼.无线局域网 (WLAN) 设计与实践[M], 浙江大学出版社.2007
[3]马辉.家庭无线局域网路由器的配置与调试[J].安徽电子信息职业技术学院学报, 2010 (6) :1-4
[4]赵炳, 陈欣欣, 刘茜.浅析路由器原理及路由协议[J], 山西广播电视大学学报.2007 (06) :40-41
[5]吴昊.家用无线设备信道干扰的影响分析[J], 电信技术.2011 (01) :58-60
[6]李竹林, 栾晓东, 吕海燕, 等.浅析无线路由器信号覆盖范围的拓展[J], 农业网络信息.2009 (07) :66-68
信号衰减论文 篇5
关键词：遗传算法,最小二乘,参数估计
0引言
由物理系统产生的时间序列信号通常可以表示成正弦信号叠加形式，由于能量的耗散，最常见的信号形式是多组指数衰减正弦(exponentially damped sinusoid)叠加。故对指数衰减正弦信号参数的估计广泛应用于很多领域，如振动控制、线性系统辨识、雷达信号分析、暂态分析等。
一些指数衰减正弦信号参数估计方法被相继提出，如基于线性预测和奇异值分解的方法[1,2,3,4]，对单个目标信号参数依次进行迭代估计的方法如AP、EM、FML等[5,6,7]，基于离散频域参数估计方法[8]。它们各有优缺点，基于线性预测和奇异值分解的方法计算量较大，且对信噪比的门限要求较高;基于迭代的方法，收敛性对初值依赖性较高;非线性最小二乘法对初值敏感，容易陷于局部最优。智能计算方法因全局搜索能力强，被广泛应用于参数估计，并表现出良好的估计性能，如遗传算法[9,10]、PSO等。文献[10]采用遗传算法，并将其与其他方法进行比较，得到在低信噪比条件下遗传算法有很好的表现。但是单纯的遗传算法将参数放在满足要求的空间之中寻优，一旦确定了寻优规则，不会考虑系统参数间的模型关系。本文根据模型特性将参数分别采用不同的方法估计。从而提高遗传算法的搜索效率。本文将遗传算法与最小二乘法结合用于指数衰减正弦信号的参数估计，此算法能够减少搜索空间维数，提高参数估计精度。
1算法设计
1.1问题描述
指数衰减正弦和可以表示成:
式中：为第i个基波的幅值、衰减尺度、频率、相位;N表示基波的个数;n(t)表示噪声，通常假定为高斯白噪声。
是需要估计的参数，假定采集到的时间序列信号为yo(t)，则估计参数的目的是使得y(t)与yo(t)充分接近，可转化成使得e2(t)=(yo(t)-y(t))2最小，e(t)表示误差。
本文根据形式将参数分成线性形式部分Ai和非线性形式部分。用遗传算法来估计非线性部分的参数。再根据每个子代中最优秀个体的参数来估计线性部分的参数Ai。这样一方面可以减少遗传算法搜索的空间维数，另一方面考虑了参数之间内在关系，从而达到提高整体寻优效率，提高估计精度的效果。
仿真发现估计参数时，误差对频率的敏感度最大，若能较好确定频率的估计范围，频率能很快且准确地对准，且能达到很高的频率精确度。所以先通过傅里叶变换初步确定各基波频率的变换范围至关重要。由指数衰减正弦的特点可知。
1.2遗传算法
遗传算法(Genetic Algorithms)是一种借鉴生物界自然选择和遗传变异机制的随机搜索算法，具有高度的并行、随机、自适应的特点。它采用群体搜索技术，用种群代表需要解决问题的解，通过对当前种群进行选择、交叉和变异等一系列遗传操作，产生新一代的种群，淘汰不适应个体，保留适应个体，并逐步使得种群进化到包含近似最优解的状态。其基本流程见图1所示。
1.3本文的算法设计步骤
(1)首先根据基波的数量N随机产生满足幅值范围的N个幅值，即，其中gen表示代数，MaxGen为设定的遗传算法的最大代数，再根据已知系统知识确定的参数范围，对每一个基波的衰减尺度、频率、相位进行遗传编码，编码的方式一般为二进制编码和实数编码，本文采用的是二进制编码。
(2)随机产生设定数量Nind个个体的初始种群。种群可表示为
(3)将编码的参数映射到实参数，对每个个体进行适应度计算，本文采用的适应度函数为：
式中L为采集的信号总共的离散点数。
根据适应度大小选择出参与遗传个体组成父代种群，再进行交叉变异的遗传操作，产生子代种群。对新种群进行适应度计算，淘汰低适应度的个体，保留高适应度的个体。
(4)在子代中选出适应度最高的个体，解码确定一组，显然是关于的线性函数，则根据最小二乘法可确定
(5)将代入判断新种群的最优个体是否满足需要，不满足则继续做第(3)步的遗传操作，直到设定的最大代数;满足则搜索结束。
2仿真实验
遗传算法的预备工作，种群规模Nind=120，最大代数为MaxGen=500代，代沟为0.8，单点交叉率70%，变异率5%。选择离散信号的长度为2000。
2.1无噪声条件下
给定如下形式的4个指数衰减正弦和信号，波形图见图2所示。
单纯的遗传算法拟合波形，图3为标准遗传算法对指数衰减正弦信号的拟合。
在相同的代沟、交叉率、变异率下，采用本文设计的算法拟合图，见图4所示。
大量仿真实验表明，本文设计的算法在无噪声信号的参数估计上，收敛精度高于单纯的遗传算法。在参数选取范围、代沟、交叉率、变异率等都相同的条件下分别独立做了28组仿真实验，表1为两种算法在无噪声条件下的拟合误差。
将误差按从小到大排序，各取前20组，误差均值分别为0.0146(GA-LS)、0.3578(GA)。可见在无噪声情况下前者误差小于后者。
2.2有10dB噪声条件下
对2.1小节中给定信号加入信噪比为10dB的高斯白噪声，同是种群规模120个，最大搜索代数500代，见图5。
遗传算法拟合波形，图6为标准遗传算法对指数衰减正弦信号的拟合。
在相同的代沟、交叉率、变异率下，采用本文设计的算法拟合图见图7所示。
有噪声条件下，仿真实验结果见表2，对最优秀的前十组结果做统计，发现在10dB高斯白噪声背景下，GA-LS估计的参数与标称信号的参数估计误差均值在5%以内，其中频率的误差均值小于1%。
3冲击实验采集信号的拟合
在工程应用中，冲击作用往往是未知的，在进行实验的时候需要逼近自然冲击状态，通常要求对获取的冲击输入信号进行拟合，即要获得冲击信号的理论上的描述，以便进一步地研究。冲击响应谱匹配方法中所用的基波对冲击信号的拟合具有较强的适用性，故采用指数衰减正弦形式进行冲击信号的拟合[11]。
图8为质量为1.35kg，弹簧刚度为11.32N/mm的冲击实验的原理图。实验为将质量块提高3mm后自由下落，通过加速度传感器采集的信号波形如图9所示，采样频率1000Hz，单位为mV，取2000个点进行拟合，根据频谱图大致确定主要频率的范围。
采用本文设计的算法拟合见图11。
从整体拟合结果看，本文提出的参数估计方法优于单纯的遗传算法。冲击实验获得的冲击信号理论表达式能够满足后续的研究需要。
4结论
信号衰减论文 篇6
1 特高频检测技术概述
目前用于局部放电源检测定位的方法有很多种, 包括超声波法、紫外成像法、脉冲电流法、特高频法、红外检测法等方法。作为局部放电源检测技术的一种, 特高频检测技术是通过检测局部放电发出的电磁波信号来进行局部放电定位的。与其他检测技术相比, 特高频检测技术具有较强的抗干扰能力和较高的灵敏度, 且对所有的放电类型都比较敏感。因此特高频检测技术的应用范围非常广泛, 涉及了局部放电研究的诸多领域。
局部放电特高频定位技术是指通过获得局部放电发出的500~3000MHz的特高频电磁脉冲信号来定位局部放电的位置。当局部放电在很小的范围发生时, 由于气体击穿过程很快, 所以每一次局部放电都伴随一个非常陡的脉冲电流, 并且脉冲电流会向周围辐射出特高频电磁波。因为电气设备的绝缘结构均为非铁磁材料, 绝缘性能比较好, 可以透射超高频电磁波信号, 所以当局部放电发生后可以通过绝缘结构向外辐射很高频率的电磁波。这些电磁波中的特高频分量非常丰富, 运用电容传感器或者微波天线就可以捕获到这些电磁波信号。在得到电磁波信号之后通过定位方法对电磁波进行分析, 对放电源进行准确定位。
目前, 局部放电特高频定位技术采用频率最高的定位方法是到达时间差定位方法。然而, 到达时间差定位法对于时间差的精确度的依赖性非常大, 而由于目前测量技术的限制, 时间差的精确度仍然存在一定的不稳定性。为了提高局部放电定位的精确度, 需要考虑一种不需要计算电磁波信号时延的方法, 尽量减少时延对局部放电定位的影响。
2 局部放电辐射电磁场的分布特性
电气设备每一次局部放电都伴随一个非常陡的脉冲电流。这种脉冲电流在电气设备的内部和外部空间产生光、声、电气等一系列的物理现象和化学变化, 而电气方面的直接表现就是高电压引起了电极间电荷的移动。因此, 局部放电源的电磁场可以用电流元辐射电磁场来表示 (图1) 。
假设这个电磁场的电流为I、长度为l, 电磁场内任意一点为A, A点与磁场中心O点之间的距离为R, 夹角为θ, 则电磁场内任意点A沿φ方向的磁场强度可以描述为:
由于任意点A的磁场强度分别有R方向和θ两个分量, 因此, 可以将A点的磁场强度表示为:
3 接收天线的灵敏度系数
传感器的灵敏度关系到传感器获得的电磁波质量, 对局部放电定位的准确度有间接影响。接收天线是常见的用于局部放电电磁波检测的工具。接收天线的灵敏度系数高低关系到接收天线接收到的电磁波质量。接收天线的灵敏度系数一般用于表示接收天线的输出电压与所处电场的关系。因此, 假设接收天线的输出电压为U, 所处电场的强度为E, 磁场强度为H, 可以将接收天线的灵敏度系数描述为:
其中, G为天线增益, Z0为天线的输入阻抗, λ为电磁波波长。
由式 (12) 可以看出, 影响接收天线的灵敏度系数的因素只有电磁波的波长。在变电站的局部放电定位工作中, 由于同一个局部放电源发出的电磁波信号波长相近, 而位于同一范围内的天线阵列收到的电磁波多来自相同的局部放电源, 因此可以认为位于一定范围内的天线阵列收到的电磁波信号波长相近。将每一组天线阵列的输出电压记为U, 将该天线所处的电磁场磁场强度记为E, 则可以将输出电压与磁场强度的关系描述为:
其中, K2为天线接收电磁波信号的灵敏度系数, 是AF的倒数。
4 电磁波信号传播衰减模型
假设待检测的电气设备的局部放电源P的位置为 (x, y, z) , 任意点A的位置为 (xA, yA, zA) , 电磁元的方向为z轴方向。任意点A在电磁场中的位置表示如图2:
综合上述式子, 可以将局部放电源点P到任意点A之间的电磁场强度描述为:
其中, K为常量。
假设, 在变电站的一定检测范围内放置4个接收天线, 记为S1、S2、S3、S4, 以S1为参考天线, 利用式19) 求解出S1、S2、S3、S4的输出电压, 并求出S2、S3、S4与S1之间的输出电压比值, 得出方程组:
由于天线阵列的输出电压可以表述U=K2|E|, 综合上述的分析情况可以得到:
由以上分析可知, 当在变电站一定空间内放置i个接收天线时, 可以利用式21) 类似于方程组20) 的非线性方程组。通过求解该方程组就可以得到接收天线组所在范围内的放电源的物理坐标 (x, y, z) 。
5 结语
为了减少局部放电对变电站内的电气设备造成的不良影响, 要对局部放电进行定位, 及时排除局部放电带来的安全隐患。特高频检测技术是目前局部放电源定位方法中最有效的一种。局部放电特高频定位技术需要采用相关定位方法来对感应器捕获的电磁波信号进行分析和计算。特高频检测技术的常见采用方法是时间差定位法。但是由于时间差计算法对于时间差的精确度的依赖性非常大, 一旦时间差的精确度出现问题, 整个局部放电定位结果的精确度就会大幅度下降。为了降低局部放电定位的难度, 本文通过分析局部放电辐射电磁场的传播特性, 以及接收电磁波的传感器的相关因素, 建立起一个信号传播衰减模型, 基于该数学模型来获得变电站内电气设备局部放电的位置。
然而, 从上述分析, 我们也可以看出, 这个数学模型也是由非线性方程组组成的, 计算过程比较复杂。为了提高变电站局部放电定位的准确度, 提高定位计算的简易性, 我们要不断加强理论研究, 增加实践经验, 不断提高局部放电定位的研究水平。
参考文献
[1]侯慧娟, 盛戈嗥, 孙岳, 孙旭日, 崔荣花, 江秀臣.基于电磁波信号传播衰减模型的变电站局部放电定位方法[J].电工技术学报, 2014.
[2]彭超, 阮江军, 黄道春, 雷清泉, 周瑜.基于特高频谱图统计参量的局部放电定位方法研究[J].电机与控制学报, 2014.