Понимание радиус действия беспроводной Расчеты

Одним из ключевых расчетов в любой беспроводной конструкции является диапазон, максимальное расстояние между передатчиком и приемником для нормальной работы. В этой статье указаны факторы, участвующие в расчете диапазон и показывает, каким образом оценивать спектр для обеспечения надежного канала связи.

Почему фактический диапазон, может не совпадать указанном диапазоне

Вы когда-нибудь купил беспроводную связь для встроенных проекта и обнаружил, что вы не достичь радиочастотной (РЧ) диапазоне, указанном в спецификации? Почему это? Это, вероятно, из-за различий между тем, как поставщик измерили спектр, и как вы используете радио.

Поставщики обычно определяют диапазон путем вывода его эмпирически из реальных тестов или с помощью расчетов. Любой подход прекрасно до тех пор, пока вы зарегистрированы для всех переменных. Эмпирическое решение, однако, может выявить реальные условия, что расчеты не обсуждаю.

Перед сравнить подходы, давайте определим несколько терминов для понимания число производитель или соответствующих переменных для диапазона.

Сила и дБм Расчеты

ВЧ-мощность наиболее часто выражается и измеряется в децибелах с эталонным мВт, или дБм. Децибел логарифмическая единица, которая представляет собой отношение мощности системы некоторой ссылки. Значение децибел 0 эквивалентно соотношении 1. Децибел милливатт равна мощность в децибелах привязаны к 1 мВт.

Так дБм основано на логарифмической шкале, это абсолютное измерение мощности. Для каждого увеличения 3 дБм есть примерно в два раза мощность, и каждый увеличение 10 дБм представляет собой десятикратное увеличение мощности. 10 дБм (10 мВт) является 10 раз более мощные, чем 0 дБм (1 мВт), и 20 дБм (100 мВт) является 10 раза мощнее 10 дБм.

Вы можете конвертировать между мВт и дБм с использованием следующих формул:

Р (дБм) = 10 • log10 (Р (мВт))

Р (мВт) = 10 (Р (дБм) / 10)

Например, мощность 2.5 мВт в дБм:

дБм = 10log2.5 = 3.979

или о 4 дБм. Значение дБм из 7 дБм мВт является:

P = 107 / 10 = 100.7 = 5 мВт

Потери на трассе

Потери на трассе является уменьшение плотности мощности, что происходит в радиоволна распространяется на расстояние. Основным фактором в потерях в тракте уменьшение силы сигнала на расстоянии самих радиоволн. Радиоволны следовать закону обратных квадратов для плотности мощности: плотность мощности пропорциональна обратно пропорционально квадрату расстояния. Каждый раз, когда вы дважды расстояние, вы получите лишь четверть мощности. Это означает, что каждое увеличение 6-дБм выходной мощности удваивает возможное расстояние, которое достижимо.

Кроме мощности передатчика, другой фактор, влияющий диапазон является чувствительность приемника. Это, как правило, выражается в -dBm. Так как выходная мощность и чувствительность приемника приведены в дБм, вы можете использовать простейшее сложение и вычитание, чтобы вычислить максимальную потери на трассе, что система может понести:

Максимальная потери на трассе = мощность передачи - чувствительность приемника + прибыль - убытки

Доходы включают любые доходы в результате направленного передачи и / или приемных антенн. усиления антенны, как правило, выражается в дБ привязаны к изотропной антенне. Потери включают любой фильтр или затухание кабелей или известные экологические условия. Это соотношение может быть также указано как бюджете линии, которая является учет всех доходов и убытков системы для измерения уровня сигнала в приемнике:

Полученное мощность = мощность передачи + прибыль - убытки

Цель состоит в том, чтобы сделать принимаемая мощность превышает чувствительность приемника

В свободном пространстве (идеальное состояние), закон обратных квадратов является единственным фактором, влияющим диапазон. В реальном мире, однако, диапазон также может ухудшаться другими факторами:

• Препятствия в виде стен, деревьев и холмов может вызвать значительную потерю сигнала.

• Вода в воздухе (влажность) может поглотить радиочастотную энергию.

• Металлические предметы могут отражать радиоволны, создание новых версий сигнала. Эти многочисленные волны достигают приемника в разное время и деструктивно (а иногда и конструктивно) вмешиваться с собой. Это называется многолучевой.

Fade Margin

Есть много формул для количественной эти препятствия. При публикации числа диапазона, однако, производители часто игнорируют препятствия и состояние только линии прямой видимости (LOS) или номер идеальный диапазон путь. В справедливости по отношению к производителю, это невозможно знать все места, где может быть использован радио, так что невозможно рассчитать определенный диапазон можно достичь. Производители иногда включают запас на замирание в их расчета для обеспечения таких условий окружающей среды. Таким образом, уравнение для вычисления расстояний становится:

Максимальная потери на трассе = мощность передачи - потери - - чувствительность приемника + прирост запас на замирание

Fade маржа пособие разработчик системы включает в себя для учета неизвестных переменных. Чем выше запас на замирание, тем лучше общее качество связи будет. С запас на замирание установлено равным нулю, ссылочный бюджет остается в силе, только в условиях LOS, что не очень практично для большинства конструкций. Количество запаса на замирания включить в расчет зависит от среды, в которой система, как ожидается, будут развернуты. Маржа исчезают из 12 дБм это хорошо, но лучше номер будет 20 чтобы 30 дБм.

В качестве примера предположим, что мощность передачи 20 дБм, чувствительность приемника -100 дБм, получить усиление антенны 6 дБи, передает усиление антенны 6 дБи, и запас на замирание в 12 дБ. потери в кабеле можно пренебречь:

Максимальная потери на трассе = мощность передачи - потери - - чувствительность приемника + прирост запас на замирание

V - максимальная потеря путь = 20 - (-100) + 12 - 12 = 120 дБ

После того, как максимальная потеря путь был найден, вы можете найти диапазон от формулы:

Расстояние (км) = 10 (максимум потерь на трассе - 32.44 - 20log (е)) / 20

где F = частота в МГц. Например, если максимальное потери на трассе 120 дБ на частоте 2.45 ГГц или 2450 МГц, диапазон будет:

Расстояние (км) = 10 (120 - 32.44 - 67.78) / 20 = 9.735 км

Рисунок 1 показывает зависимость между максимальным потерь на трассе и диапазона на частоте 2.45 ГГц.

1. Кривая показывает зависимость между бюджетом связи или максимальному потерь на трассе в дБм и расчетной дистанции в километрах.

Интерпретация эмпирические результаты

Хотя эмпирические методы являются очень полезными в определении диапазона, часто трудно добиться идеального LOS для реальных измерений и трудно понять, сколько исчезают рентабельность построить в системе. Результаты измерений могут помочь идентифицировать проблемы вне распространения РФ, которые могут повлиять на выбор системы, такие как многолучевого распространения, помех и поглощения РФ. Но не все реальные испытания являются одинаковыми, так реальные измерения должны быть использованы в первую очередь для укрепления номера ссылочный бюджет, рассчитанные выше.

Факторы, которые могут повлиять на выбор, достигнутый в эмпирической проверке включают усиление антенны, высоту антенны и помехи. Коэффициент усиления антенны является ключевым источником прироста в системе. Часто производители будут сертифицировать свои радио работать с различными типами антенн из высоким коэффициентом усиления Яги и патч-антенн до более умеренного усиления всенаправленные антенны. Важно обеспечить тесты проводились с тем же типом антенны, с которой вы в настоящее время используют радио. Переход от антенны 6-дБм к антенне 3-дБм на обоих передающих и приемных сторону вызовет разницу 6-дБм в бюджете линии и уменьшить диапазон наполовину.

Антенна высотой и зоны Френеля

Высота антенны Еще одной проблемой является для эмпирических измерений. Повышение высоты антенны делает две основные вещи. Во-первых, он может помочь вам выше любых возможных препятствий, таких как автомобили, людей, деревьев и зданий. Во-вторых, он может помочь получить истинный путь радиосигнала Лос крайней мере 60% зазор в зоне Френеля.

Зона Френеля представляет собой эллипсоид объем между передатчиком и приемником, площадь которой определяется длиной волны сигнала. Это расчетная область, которая стремится объяснить закупоркой или дифракции радиоволн. Он используется для расчета требуемого зазора сигнал должен иметь вокруг препятствий для достижения оптимального сигнала. Общее правило заключается в том, чтобы иметь путь ЛОС четкое выше препятствий, которые являются не более чем 60% от высоты антенны.

Кривизна Земли может также повлиять на ЛВ для беспроводных линий связи дальнего действия. В таблице приведены некоторые примеры воздействия, где высота Земли в середине пути ссылка не учитывает холмов или других особенностей рельефа и высоты антенны достигает сигнал, который, по крайней мере 60% в зоне Френеля.
Во многих практических установок, ваши приемопередатчики могут функционировать с более низкой высоте антенны, но это хорошая ставка, что производители размещают свои антенны на соответствующей высоте. Для вашего приложения, вы должны стремиться иметь соответствующую высоту антенны для достижения наилучшего диапазон. Рисунок 2 иллюстрирует, как путь расстояние, высота препятствием, и высота антенны связаны зоны Френеля.

2. Требуемая высота антенны определяется высотой препятствий и факторинга в 60% маржи, чтобы компенсировать условиях зоны Френеля.

Наконец, шум и помехи могут оказать негативное влияние на дальность беспроводной системы. Шум не может быть контролируемой, но должны быть учтены в диапазоне, если это является проблемой. В промышленных, научных, медицинских и (ISM) диапазонах на 902 чтобы 928 МГц (Северная Америка) и 2.4 ГГц (по всему миру), вмешательство часто можно ожидать, но приходится это трудно. Производители могут выполнять эмпирические тесты только тогда, когда помехи нет. Это, конечно, вполне вероятно, что ваша среда имеет большие помехи, чем присутствовал во время испытаний производителя.

Обзор

С таким большим количеством переменных в системе, как вы можете знать, является ли заявленный диапазон производителем будет применяться к вашей системе? Часто это невозможно знать, были ли выполнены эмпирически испытания или если были рассчитаны цифры дальности. В любом случае, анализируя максимальную мощность передачи и чувствительность приемника, можно создать базовую для сравнения одного радио к другому. Используя эти цифры, наряду с запасом набор выцветанию и любых прибылей за счет антенн или потери в результате радиочастотных кабелей, вы можете рассчитать максимальный ссылочный бюджет. Затем с помощью уравнения расстоянии над рассчитать свой собственный диапазон. По различным радиоустройств, это должно обеспечить хороший базовый для сравнения двух или трех систем, которые отвечают вашим потребностям.

Чтобы понять, если радиостанции будут работать в вашем приложении, вы должны стремиться к точные тесты реальных, что можно объяснить высоты антенны, многолучевого, помех и препятствий. Отсрочка реальных тестов для вашего приложения и только принимая число производителя дословно может оставить вас спрашивать: "Что мой диапазон?"

Оставить сообщение 

Список сообщений