Разбирането Wireless Range Изчисленията

Един от ключовите изчисленията в някоя безжична дизайн е диапазон, максималното разстояние между предавателя и приемника за нормална експлоатация. Тази статия идентифицира факторите, участващи в изчисляването диапазон и показва как да изчислите диапазон, за да се осигури надеждна комуникационна връзка.

Защо Жилищна Range не е равнозначна на посочения обхват

Били ли сте някога закупили безжична радио за внедрен проект и открих, че не сте се постигне радиочестота (RF) диапазон се посочва в листа с данни? Защо така? Това е може би се дължи на разлики между начина, по който доставчикът измерва обхвата и начина, по който използвате радиото.

Доставчиците обикновено определят диапазон от нея, произтичащи от емпирично реални тестове или чрез използване на изчисление. Или подход е добре, стига да отчита всички променливи. Емпирично решение, обаче, може да разкрие реални ситуации, които не се отнасят до изчисления.

Преди да сравнявате подходите, нека да дефинирате няколко условия, за да се разбере номера на производителя или съответните променливи за обхват.

Мощност И DBM Изчисления

RF енергия е най-често се изразява и измерва в децибели с позоваване на milliwatt или стока. А децибели е логаритмична единица, която е съотношение на силата на системата за някои справка. А децибели стойност на 0 е еквивалентен на съотношение 1. Decibel-milliwatt е изходната мощност в децибели съотнесени към 1 MW.

Тъй като стока се основава на логаритмична скала, той е абсолютно измерване на мощността. За всяко увеличение на 3 стока има близо два пъти изходната мощност, и всяко повишаване на 10 стока представлява увеличение десетократно във властта. 10 стока (10 MW) е 10 пъти по-силни от 0 стока (1 MW) и 20 стока (100 MW) е 10 пъти по-мощен от 10 стока.

Можете да конвертирате между MW и стока се използват следните формули:

P (стока) = 10 • log10 (P (MW))

P (MW) = 10 (P (стока) / 10)

Например, с мощност от 2.5 MW в стока е:

стока = 10log2.5 = 3.979

или около 4 стока. A стока стойност на 7 стока в MW на властта е:

P = 107 / 10 100.7 = = 5 MW

Path Загуба

Загуба Path е намаляването на плътността на мощността, която се проявява като радио вълни се разпространява на разстояние. Основният фактор за загубата от път е намаляването на силата на сигнала над разстояние на радио самите вълни. Радиовълните следват обратнопропорционална квадратен закон за плътност на мощността: плътност на мощността е пропорционална на обратния квадрата на разстоянието. Всеки път, когато се удвои разстоянието, вие получавате само една четвърт властта. Това означава, че всеки 6-стока увеличение на изходна мощност удвоява възможното разстояние, че е постижимо.

Освен мощността на предавателя, друг фактор, който влияе гама е чувствителността на приемника. Тя обикновено се изразява в -dBm. Тъй като и изходна мощност и чувствителността на приемника се посочва в стока, можете да използвате прост събиране и изваждане да се изчисли максималната загуба от път, че една система може да понесе:

Максимална загуба път = предава властта - чувствителността на приемника + печалби - загуби

Печалбите включват всички печалби, произтичащи от посока на предаване и / или приемни антени. Антена печалби обикновено се изразяват в DBI съотнесени към изотропна антена. Загубите включват всеки филтър или кабелна затихване или известни условия на околната среда. Тази връзка може да се посочи също като бюджет линк, който е отчитането на всички печалби и загуби на система за измерване на силата на сигнала в приемника:

Получени захранване = предава мощност + печалби - загуби

Целта е да се направи приетата мощност по-голяма от чувствителността на приемника

В свободното пространство (идеално състояние), закона за обратна пропорционалност е единственият фактор, който влияе диапазон. В реалния свят, обаче, обхватът също може да бъде разградено от други фактори:

• Препятствия, като например стени, дървета и хълмове могат да причинят значителни загуби в сигнала.

• Вода във въздуха (влажност) може да поеме радиочестотна енергия.

• Метални обекти могат да отразяват радиовълни, създаване на нови версии на сигнала. Тези няколко вълни достигат до приемника в различни времена и деструктивно (а понякога и конструктивно) пречи на себе си. Това се нарича многопосочно.

Fade Margin

Има много формули за количествено определяне на тези пречки. При публикуване на номера обсег, обаче, производителите често пренебрегват пречки и посочете само една линия на видимост (LOS) или идеал номера на канала обхват. В интерес на истината на производителя, че е невъзможно да се знаят всички среди, където могат да се използват радио, така че е невъзможно да се изчисли специфичен диапазон може да се постигне. Производители понякога ще включват надбавка избледняват в изчисляването им да предвидят такива условия на околната среда. Така уравнението за изчисления разстояние става:

Максимална загуба път = предава властта - Чувствителност на приемника + печалби - загуби - избледняват марж

Fade марж е корективна дизайнер система включва за отчитане на неизвестни променливи. Колкото по-висок марж на избледняване, толкова по-добре за цялостното качество на връзката ще бъде. С марж избледняват до нула, бюджета на линк все още е валиден, само в Лос условия, което не е много практично за повечето модели. Размерът на избледняват марж да се включат в изчисление зависи от средата, в която се очаква системата да бъдат разположени. A марж избледняване на 12 стока е добро, но по-добър брой ще бъдат 20 да 30 стока.

Като пример, да предположим, а мощността на предаване на 20 стока, а чувствителността на приемника на -100 стока, приемна антена печалба от 6 DBI, предавателна антена печалба от 6 DBI и марж на избледняване на 12 децибела. Загуба Cable е незначителен:

Максимална загуба път = предава властта - Чувствителност на приемника + печалби - загуби - избледняват марж

V - максималната загуба път = 20 - (-100) + 12 - 12 120 db =

След като максималната загуба път е било установено, можете да намерите на диапазона от формулата:

Разстояние (км) = 10 (максимална загуба от път - 32.44 - 20log (е)) / 20

където F = честота в MHz. Например, ако максималната загуба от път е 120 db при честота на 2.45 GHz или 2450 MHz, обхвата ще бъде:

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

Фигура 1 показва връзката между максималната загуба път и обхват при честота от 2.45 GHz.

1. Кривата показва връзката между бюджета за връзка или максималната загуба път в стока и оценява обхвата в километри.

Тълкуване на емпиричните резултати

Докато емпирични методи са много полезни при определяне на обхвата, тя често е трудно да се постигне идеална LOS за реалния свят измервания и трудно да се разбере колко избледняват марж, за да се изгради в система. Измерените резултати може да помогне за идентифициране на проблеми извън RF размножаване които могат да повлияят на обхвата на системата, като например многопосочно разпространение, смущения и абсорбиране RF. Но не всички реални тестове са едни и същи, така че в реалния свят измервания трябва да се използват преди всичко за укрепване номерата на бюджетните линк изчислени по-горе.

Факторите, които могат да повлияят на обхвата, постигнат в емпиричен тест включват усилване на антената, височина на антената, и смущения. Антена печалба е ключов източник на печалба в системата. Често производителите ще удостоверяват радиото да работи с различни видове антени от високо наддаване Яги и кръпка антени за по-умерено-печелите ненасочени антени. Важно е да се гарантира, тестове са проведени с една и съща вида антена, с която сте в момента с помощта на радиото. Промяна от 6-стока антена към 3-стока антена, както на предаване и приемане страна ще доведе до разлика 6-стока в бюджета за връзка и да се намали обхвата на половина.

Антена височината и Френел зона

Антена височина е друг проблем за емпирични измервания. Повишаване на височината на антената прави две основни неща. Първо, тя може да ви помогне да получите по-горе всички възможни препятствия, като коли, хора, дървета и сгради. Второ, тя може да ви помогне да получите вашия вярно RF LOS път на сигнала поне 60% клирънс в зоната на Френел.

На Fresnel зона е елипсоид обем между предавателя и приемника, чиято площ се определя от дължината на вълната на сигнала. Тя е изчислена площ, която се стреми да се отчита за запушване или дифракция на радиовълните. Той е използван за изчисляване на правилното клирънс сигнал трябва да има около препятствия, за да се постигне оптимална сила на сигнала. Общо правило е да има на пътя ясно, над препятствията, които са не повече от 60% от височината на антената LOS.

Кривината на Земята може също да повлияе LOS за далечен обсег на безжични връзки. В таблицата са посочени няколко примера на въздействието, когато височината на Земята в средата на пътя на линк не отчита хълмове или други характеристики на терена и височината на антената постига сигнал, че е най-малко 60% в зоната на Френел.
В много практични настройки, ви предаватели могат да функционират с по-ниска височина на антената, но това е добър залог, че производителите поставят своите антени на подходяща височина. За кандидатурата си, трябва да се стремим да имаме подходяща височина на антената, за да постигне най-добър обхват. Фигура 2 илюстрира как пътека разстояние, височина пречка, и височина на антената са свързани зона на Френел.

2. Желаната височина на антената се определя от височината на пречка и факторинга в 60% марж за компенсиране на условията на Френел зона.

Накрая, шум и смущения може да има отрицателно въздействие върху обхвата на безжична система. Шумът не може да се контролира, но трябва да се взима предвид при границите, ако това е проблем. В промишлени, научни и медицински (ISM) радиочестотни обхвати на 902 да 928 MHz (Северна Америка) и 2.4 GHz (в световен мащаб), често може да се очаква намеса, но отчитането на това е трудно. Производителите могат да извършват емпирични изследвания само при намеса не е налице. Това със сигурност е вероятно, че вашата среда има по-голяма намеса, отколкото е присъствал по време на тестването на производителя.

Oбобщение

С толкова много променливи в една система, как можеш да знаеш дали диапазона доминираха от производител ще се прилага за вашата система? Често това е невъзможно да се знае дали тестовете са проведени емпирично или ако номерата на разстояния са изчислени. Така или иначе, чрез анализиране на максимална мощност на предаване и чувствителността на приемника, можете да генерирате базово да сравнявате едно радио за следващата. Използването на тези номера, заедно с марж набор избледняват и печалби, дължащи се на антени или загуби, дължащи се на радиочестотни кабели, може да се изчисли с максимален бюджет линк. След това използвайте уравнението разстояние над да изчислите своя собствена гама. За различните радио устройства, това трябва да се осигури добро изходно ниво за сравняване на два или три системи, които отговарят на вашите нужди.

За да се разбере, ако радиостанциите ще работят в кандидатурата си, трябва да се стремим към точни тестове в реалния свят, които могат да заемат височината на антената, многопосочно, смущения и препятствия. Отлагането на реални тестове за вашето приложение и само като номер на производителя дословно може да ви остави пита: "Каква е моята гама?"

Остави съобщение 

Списък на ЛС