บล็อก

สายป้อนสัญญาณโคแอกเชียล RF: ประสิทธิภาพต่ำในการสูญเสียสัญญาณสำหรับการเชื่อมต่อสถานีแมโคร

เหตุใดสายป้อนสัญญาณโคแอกเชียลแบบมีร่อง ขนาด 7/8 นิ้ว และ 1-1/4 นิ้ว จึงครองตลาดการติดตั้งระบบ 4G/5G แมคโครกำลังสูง

สำหรับสถานีแมโครเซลที่ใช้พลังงานสูง โดยเฉพาะอย่างยิ่งสถานีที่ทำงานกับระบบ 4G LTE และ 5G NR ในช่วงความถี่กลางที่ประมาณ 3.5 กิกะเฮิรตซ์ การใช้สายส่งสัญญาณโคแอกเชียลแบบมีร่องหยักขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่ได้กลายเป็นมาตรฐานทั่วไป ในช่วงความถี่นี้ สายขนาด 7/8 นิ้วจะลดการสูญเสียสัญญาณลงได้ประมาณ 40 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับสายขนาดครึ่งนิ้วทั่วไป หากใช้สายขนาด 1-1/4 นิ้ว การสูญเสียสัญญาณจะลดลงอีกประมาณหนึ่งในสี่ ประสิทธิภาพเช่นนี้มีความสำคัญมากเมื่อมีการส่งสัญญาณแนวตั้งในระยะทางเกิน 30 เมตร ซึ่งเป็นเรื่องปกติสำหรับอุปกรณ์ที่ติดตั้งบนหอคอย การหุ้มด้วยทองแดงของสายเหล่านี้สามารถกันสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าได้มากกว่า 90 เดซิเบล ทำให้สายทำงานได้ดีแม้อยู่ในพื้นที่ที่มีกิจกรรมไร้สายอื่น ๆ หนาแน่น การออกแบบแบบร่องหยักพิเศษยังช่วยระบายความร้อนที่เกิดจากการส่งสัญญาณต่อเนื่องที่มากกว่า 100 วัตต์ จึงไม่ทำให้คุณสมบัติทางไฟฟ้าของสายเปลี่ยนแปลงและส่งผลต่อคุณภาพสัญญาณ สายเหล่านี้แสดงให้เห็นถึงการสูญเสียสัญญาณต่ำอย่างสม่ำเสมอ ต่ำกว่า 3 เดซิเบลต่อ 100 เมตร ที่ความถี่ 3.5 กิกะเฮิรตซ์ อีกทั้งยังทนทานพอที่จะรองรับการใช้งานหนักและคงค่าความต้านทานขวาง (impedance) ที่ 50 โอห์ม รายงานจากอุตสาหกรรมในปี 2023 ระบุว่า โครงสร้างพื้นฐานแมโคร 5G ทั่วโลกประมาณสามในสี่ใช้โซลูชันสายส่งสัญญาณประเภทนี้ ตามการสำรวจโดยสมาคมโครงสร้างพื้นฐานโทรคมนาคมเคลื่อนที่สากล

ทองแดงเทียบกับฉนวนโฟม-พีอี: ข้อแลกเปลี่ยนด้านการสูญเสียสัญญาณ, PIM และความเสถียรทางความร้อนที่ 3.5 กิกะเฮิรตซ์ เอ็นอาร์

การเลือกวัสดุฉนวนมีผลโดยตรงต่อพฤติกรรมของสายส่งสัญญาณที่ 3.5 กิกะเฮิรตซ์ ซึ่งเป็นช่วงความถี่หลักสำหรับความจุ 5G NR แถบกลาง ถึงแม้ว่าฉนวนทองแดงแบบเต็มแท่งและฉนวนโฟม-พอลิเอทิลีน (โฟม-พีอี) จะผ่านเกณฑ์ IEC 61196-1 ทั้งคู่ แต่ข้อแลกเปลี่ยนในการใช้งานจริงจำเป็นต้องมีการตัดสินใจอย่างรอบคอบในระดับระบบ

ไดอิเล็กทริกทองแดงให้การลดทอนสัญญาณที่ยอดเยี่ยม ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานสายฟีดแนวตั้งยาวๆ อย่างไรก็ตาม มีข้อเสียเมื่อระดับ PIM เข้าใกล้ประมาณ -155 dBc โดยเฉพาะเมื่อเผชิญกับแรงเครียดทางกลหรือการสั่นสะเทือน ในทางตรงกันข้าม วัสดุโฟม PE สามารถลดระดับ PIM ลงได้ถึงประมาณ -165 dBc ได้จากขอบเขตที่สม่ำเสมอและไม่เป็นเชิงเส้นน้อยลงที่บริเวณต่อประสาน แต่วัสดุดังกล่าวมีปัญหาในการดูดซึมน้ำเร็วกว่าในสภาพแวดล้อมที่มีความชื้น และมักแสดงการเปลี่ยนแปลงค่าคงที่ของไดอิเล็กทริกเมื่ออุณหภูมิเกิน 65 องศาเซลเซียส ซึ่งส่งผลต่อความเสถียรของเฟส โดยเฉพาะในตู้กลางแจ้งที่ประสบกับการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ เมื่อต้องตัดสินใจระหว่างตัวเลือกต่างๆ วิศวกรจำเป็นต้องพิจารณาเงื่อนไขเฉพาะของสถานที่ติดตั้งอย่างละเอียด ทองแดงเหมาะสมที่สุดสำหรับการติดตั้งบนหอคอยสูงที่มีความยาวสายเคเบิลมากและมีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างมาก ขณะที่โฟม PE จะกลายเป็นตัวเลือกที่แนะนำสำหรับการติดตั้งระยะสั้นที่ไวต่อการสั่นสะเทือน โดยเฉพาะในระบบหลายแถบความถี่ที่การบรรลุระดับ PIM ต่ำมากเป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่งต่อการทำงานที่เหมาะสม

การออกแบบที่สำคัญสำหรับ PIM: การรักษาระดับสัญญาณให้มีความสมบูรณ์ในระบบสายส่งสัญญาณ 4G/5G แบบหลายช่วงความถี่

การบรรลุเกณฑ์ PIM ที่ -165 dBc: แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดสำหรับวัสดุ ขั้วต่อ และการประกอบ

การรักษาระดับพาสซีฟอินเตอร์โมดูเลชัน (PIM) ให้ต่ำกว่า -165 dBc มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อประสิทธิภาพของสเปกตรัมในเครือข่าย 4G/5G แบบหลายแถบความถี่ หากค่า PIM สูงกว่าระดับนี้ ความจุของเครือข่ายจะลดลงประมาณ 20% ในพื้นที่ที่มีผู้ใช้งานหนาแน่น เนื่องจากสัญญาณอินเตอร์โมดูเลชันลำดับที่สามจะรบกวนแถบรับสัญญาณ ระบบสายอากาศที่ดีที่สุดจะแก้ปัญหานี้ด้วยวิธีหลักสามประการ ประการแรก ใช้ตัวนำทองแดงไร้ออกซิเจน ซึ่งช่วยลดปัญหากระแสไฟฟ้าที่ไม่เป็นเชิงเส้น ประการที่สอง ใช้ขั้วต่อแบบบีบอัดแทนขั้วต่อแบบบัดกรี เพราะช่องว่างเล็กๆ ระหว่างรอยบัดกรีสามารถทำให้สมรรถนะ PIM เสียหายได้อย่างมาก โดยทั่วไปจะให้ข้อได้เปรียบประมาณ 30 dBc ประการที่สาม คือการควบคุมแรงบิดในการติดตั้งให้อยู่ในช่วง ±10% ของค่าที่กำหนด เพื่อป้องกันการบิดเบือนจากแรงทางกลที่จุดเชื่อมต่อ เมื่อพิจารณาตามข้อกำหนดในเอกสาร 3GPP TR 38.811 สำหรับองค์ประกอบ RF วิศวกรยังจำเป็นต้องใส่ใจกับปัจจัยต่างๆ เช่น ลวดลายร่องเกลียวแบบเฮลิคัล และวัสดุไดอิเล็กทริกที่มีความสม่ำเสมอ ปัจจัยเหล่านี้มีบทบาทสำคัญในการรักษาระดับสมรรถนะ PIM ที่ดี แม้อุณหภูมิจะเปลี่ยนแปลง หรือมีการทำงานพร้อมกันหลายแถบความถี่

รูปแบบการล้มเหลวของ PIM ในโลกความเป็นจริง: การกัดกร่อน ความแปรปรวนของแรงบิด และการบิดเบี้ยวจากไมโครแก็ป

การทดสอบภาคสนามพบสาเหตุหลักสามประการที่ทำให้เกิดความล้มเหลวของ PIM ในระบบฟีดเดอร์แบบแอคทีฟจากการติดตั้งในหลายพื้นที่ ปัญหาที่ใหญ่ที่สุดเกิดจากปฏิกิริยาการกัดกร่อนของอากาศ โดยเฉพาะเมื่อไคลอไรด์ทำให้เกิดออกซิเดชันที่จุดเชื่อมต่อ ซึ่งจะสร้างจุดต่อไม่เป็นเชิงเส้น (nonlinear junctions) ที่อาจเพิ่มระดับการบิดเบือนสัญญาณได้มากถึง 15 dBc ในพื้นที่ใกล้ชายฝั่งหรือพื้นที่อุตสาหกรรม อีกปัญหาหนึ่งที่พบบ่อยคือการติดตั้งที่ใช้แรงบิดไม่เหมาะสม ส่งผลให้ความต้านทานการสัมผัสไม่สม่ำเสมอ เมื่อเกิดขึ้น เราจะสังเกตเห็นการรั่วของสัญญาณ RF และอัตราการถ่ายโอนข้อมูลลดลง ซึ่งมักสอดคล้องกับตัวชี้วัดประสิทธิภาพเครือข่ายที่ผิดปกติ ปัญหาที่ซับซ้อนที่สุดอาจเกี่ยวข้องกับช่องว่างเล็กมาก (น้อยกว่า 0.1 มม.) ระหว่างตัวนำไฟฟ้าและวัสดุฉนวน หรือระหว่างขาเชื่อมต่อ (connector pins) กับซ็อกเก็ต ช่องว่างขนาดเล็กเหล่านี้ทำหน้าที่คล้ายไดโอดที่ไม่ต้องการเมื่อสัมผัสกับสัญญาณ RF ที่มีความแรงสูง ทำให้เกิดการรบกวนจาก intermodulation อย่างกว้างขวาง ข้อมูลจากรายงานความน่าเชื่อถือภาคสนามล่าสุดของ Ericsson แสดงให้เห็นว่า ปัญหาทั้งสามประการนี้รวมกันมีส่วนรับผิดชอบต่อการสูญเสียความสามารถในการให้บริการจาก PIM มากกว่า 20% ในสถานีฐานเซลลูลาร์ที่ตั้งอยู่ในเขตเมือง เพื่อลดปัญหาเหล่านี้ ผู้ให้บริการมักจะใช้การอัดไนโตรเจนในขั้วต่อภายนอกอาคาร ใช้เทคโนโลยีเลเซอร์แต่งผิว (laser texturing) บนพื้นผิวที่ต้องสัมผัสกันเพื่อให้การติดต่อดีขึ้น และใช้อุปกรณ์ตรวจสอบแรงบิดอัตโนมัติในขั้นตอนการติดตั้งเริ่มต้น

ทางเลือกของสายเคเบิลฟีดเดอร์ใยแก้วนำแสงสำหรับการติดตั้งที่มีความหนาแน่นสูงและรองรับการใช้งานในอนาคต

สายเคเบิลฟีดเดอร์ใยแก้วนำแสงชนิดทนต่อการโค้งงอ สำหรับสถานีฐานไมโครภายในอาคารและจุดติดตั้งขนาดเล็กในเขตเมือง

สถานีฐานไมโครภายในอาคาร ระบบ DAS และเซลล์ขนาดเล็กในเขตเมืองเหล่านี้ มักประสบปัญหาข้อจำกัดด้านพื้นที่และการรับส่งสัญญาณ ซึ่งเป็นจุดที่สายเคเบิลฟีดเดอร์ใยแก้วนำแสงชนิดทนต่อการโค้งงอ (BIF) เข้ามาช่วยแก้ปัญหาต่างๆ เหล่านี้ แทนวิธีการใช้สายโคแอ็กเชียลแบบดั้งเดิม เทคโนโลยี BIF สามารถลดรัศมีการโค้งงอขั้นต่ำลงได้ถึงประมาณ 5 มม. ซึ่งดีกว่าเส้นใยโหมดเดี่ยวทั่วไปถึงประมาณ 70% ส่งผลให้ติดตั้งอุปกรณ์ในพื้นที่แคบได้อย่างมีประสิทธิภาพ เช่น ภายในช่องลิฟต์ การเดินสายเคเบิลหลังผนัง หรือการวางสายในสำนักงานที่มีเฟอร์นิเจอร์หนาแน่น และที่สำคัญที่สุดคือ การสูญเสียสัญญาณยังคงต่ำกว่าเกณฑ์วิกฤต 0.1 dB แม้ในระหว่างการติดตั้งและเดินสายอย่างหนาแน่น

ข้อดีหลัก ได้แก่:

• การเพิ่มประสิทธิภาพพื้นที่ : แกน BIF ขนาด 250-ไมครอน ช่วยลดเส้นผ่านศูนย์กลางสายเคเบิลลงได้ 40% เมื่อเทียบกับการออกแบบมาตรฐาน — สิ่งสำคัญสำหรับการติดตั้งในอาคารเดิม
• ความน่าเชื่อถือ : รักษาระดับการสูญเสียสัญญาณต่ำกว่า 0.5 dB/km หลังจากการโค้งงอแน่นมากกว่า 100 รอบ ตามโปรโตคอลการทดสอบ ITU-T G.657.A1
• ความปลอดภัย : ปลอกหุ้มแบบไม่มีสารฮาโลเจนและควันต่ำ (LSZH) เป็นไปตามมาตรฐานความปลอดภัยจากไฟไหม้ IEC 61034 และ UL 1666 สำหรับการใช้งานในร่ม

สายป้อน BIF ทำงานร่วมกับการแบ่งความยาวคลื่น (WDM) ได้สูงถึง 1625 นาโนเมตร ซึ่งหมายความว่าสามารถใช้งานได้อย่างเหมาะสมกับระบบฟรอนท์โฮลของ 5G-Advanced และแม้แต่ 6G ในอนาคต สายเคเบิลเหล่านี้ถูกออกแบบมาให้มีความต้านทานแรงบดอัดเกินกว่า 400 นิวตันต่อเซนติเมตร โดยอ้างอิงตามมาตรฐาน IEC 60794-1-2 การทดสอบ E3 แสดงให้เห็นว่ามีประสิทธิภาพดีเยี่ยมในพื้นที่เขตเมืองที่มีผู้คนสัญจรหนาแน่น นอกจากนี้ สายเคเบิลเหล่านี้ไม่เกิดรอยแตกร้าวเล็กๆ จากการโค้งงอ ซึ่งมักเป็นสาเหตุของปัญหาโดยทั่วไป ทำให้ช่างเทคนิคจำเป็นต้องออกไปแก้ไขปัญหาบ่อยครั้งลดลงประมาณ 35% เมื่อเทียบกับทางเลือกอื่นๆ อีกทั้งยังสามารถเชื่อมต่อได้อย่างง่ายดายและสะดวกกับโครงข่ายแบบผสมทั้งทองแดงและไฟเบอร์ ที่องค์กรธุรกิจและเมืองต่างๆ ได้ติดตั้งไว้แล้ว

คำถามที่พบบ่อย

ข้อดีหลักของการใช้สายป้อนแบบโคแอกเชียลขนาด 7/8 นิ้ว และ 1-1/4 นิ้ว ในการติดตั้งระบบ 4G/5G มีอะไรบ้าง

ข้อได้เปรียบหลัก ได้แก่ การลดการสูญเสียสัญญาณลง 40% หรือมากกว่า การป้องกันสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าได้อย่างยอดเยี่ยม และความสามารถในการจัดการความร้อนที่สะสมจากการส่งสัญญาณต่อเนื่องเกิน 100 วัตต์

ตัวนำไฟฟ้าแบบทองแดงแท่งและโฟม-PE แตกต่างกันอย่างไรในแง่ของประสิทธิภาพ

ตัวนำไฟฟ้าแบบทองแดงแท่งให้การลดทอนสัญญาณได้ดีเยี่ยม แต่อาจเกิดระดับ PIM สูงขึ้นภายใต้แรงเครียดทางกล ขณะที่ตัวนำไฟฟ้าแบบโฟม-PE มีค่า PIM ต่ำกว่า แต่อาจมีปัญหาเกี่ยวกับอุณหภูมิและความชื้น

อะไรเป็นสาเหตุของความล้มเหลวจาก PIM ในระบบสายส่งสัญญาณ

ความล้มเหลวจาก PIM มักเกิดจากปฏิกิริยาการกัดกร่อนของอากาศ แรงบิดในการติดตั้งที่ไม่เหมาะสม และการบิดเบือนที่เกิดจากช่องว่างเล็กๆ เหล่านี้ทำให้เกิดการบิดเบือนสัญญาณเพิ่มขึ้นและลดความสามารถในการรองรับเครือข่าย

เหตุใดผู้ใช้งานจึงอาจเลือกใช้สายไฟเบอร์ที่ทนต่อการโค้งงอมากกว่าสายโคแอ็กเชียลแบบดั้งเดิม

สายไฟเบอร์ที่ทนต่อการโค้งงอมีความยืดหยุ่นดีขึ้นสำหรับพื้นที่แคบ รักษาระดับการสูญเสียสัญญาณต่ำ และเป็นไปตามมาตรฐานความปลอดภัยจากอัคคีภัย ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการติดตั้งภายในอาคาร