Comprender Cálculos alcance sen fíos

Un dos cálculos fundamentais en calquera deseño sen fíos é a gama, a distancia máxima entre o transmisor eo receptor para a operación normal. Este identifica os factores implicados no cálculo de gama e mostra como estimar gama para asegurar un enlace de comunicación fiable.

Por alcance real pode non ser igual Dito Gama

Algunha vez xa comprou un radio sen fíos para un proxecto integrado e descubrín que non pode a frecuencia de radio (RF) franxa indicada na folla de datos? Por que é iso? É probabelmente debido a diferenzas entre o xeito no que o provedor mediu o alcance e como está a usar a radio.

Provedores xeralmente determinan gama derivando empíricamente dende probas do mundo real ou a través dun cálculo. Calquera visión é moi ben sempre que conta para todas as variables. Unha solución empírica, con todo, pode revelar situacións do mundo real que os cálculos non tratan.

Antes de comparar as abordaxes, imos definir os termos para entender os números dun fabricante ou variables relevantes para a gama.

Poder e cálculos dBm

Potencia de RF é máis comunmente expresa e medida en decibéis cunha referencia miliwatt, ou dBm. Un decibelio é unha unidade logarítmica que representa unha relación entre a potencia do sistema de algunha referencia. Un valor de decibéis 0 é equivalente a unha proporción de 1. Decibelio-miliwatts é a potencia de saída en decibéis referenciado para 1 mW.

Desde dBm baséase nunha escala logarítmica, que é unha medida da enerxía absoluta. Para cada aumento de 3 dBm hai preto de dúas veces a potencia de saída, e cada aumento de 10 dBm representa un aumento de dez veces no poder. 10 dBm (10 mW) é ​​10 veces máis potentes que 0 dBm (1 mW), e 20 dBm (100 mW) é ​​10 veces máis poderoso do que 10 dBm.

Pode converter entre mW e dBm utilizando as seguintes fórmulas:

P (dBm) = 10 • log10 (P (mW))

P (mW) = 10 (P (dBm) / 10)

Por exemplo, un poder de 2.5 mW en dBm é:

dBm = 10log2.5 = 3.979

ou preto de 4 dBm. Un valor dBm de 7 dBm en mW de potencia é:

P = 107 / 10 100.7 = = 5 mW

Path loss

Perda de percorrido é a redución da densidade de enerxía que se produce como unha onda radio propágase ao longo dun raio. O factor principal na caída de camiño é a diminución da intensidade do sinal coa distancia das propias ondas de radio. As ondas de radio seguen unha lei do inverso do cadrado para densidade de potencia: a densidade de potencia é proporcional á inversa do cadrado da distancia. Cada vez que dobrar a distancia, recibe só un cuarto do poder. Isto significa que cada aumento de 6-dBm en potencia de saída duplica a distancia posible que é posible.

Ademais potencia do transmisor, outro factor que afecta a gama é a sensibilidade do receptor. É xeralmente expresada en -dBm. Xa que tanto a potencia de saída e sensibilidade do receptor están en dBm, pode utilizar simple adición e subtracción para calcular a perda de camiño máximo que un sistema pode incorrer:

Perda máxima path = transmitir enerxía - sensibilidade do receptor + ganancias - perdas

As ganancias inclúen as plusvalías resultantes da transmisión direccional e / ou antenas de recepción. Ganancias de antena son xeralmente emitidos en dBi referenciado a unha antena isotrópica. Perdas incluír calquera filtro ou atenuación do cable ou condicións ambientais coñecidas. Esa relación tamén pode ser indicado como un orzamento enlace, que é a contabilidade de todos os beneficios e perdas de un sistema para medir a intensidade do sinal no receptor:

Potencia recibida = transmitir enerxía + ganancias - perdas

O obxectivo é facer que a potencia recibida maior que a sensibilidade de recepción

No espazo libre (unha condición ideal), a lei do inverso do cadrado é o único factor que afecta intervalo. No mundo real, con todo, a gama poden ser degradados por outros factores:

• Obstáculos como paredes, árbores e outeiros pode causar a perda de sinal significativo.

• Auga no aire (humidade) poden absorber enerxía de RF.

• Os obxectos metálicos reflicten as ondas de radio, creando novas versións do sinal. Estas múltiples ondas alcanzan o receptor en diferentes épocas e destrutiva (e ás veces de forma construtiva) interferir con eles mesmos. Isto chámase traxectorias múltiples.

Desvanece-se Margin

Hai moitas fórmulas para cuantificar eses obstáculos. Ao publicar as cifras de descanso, con todo, os fabricantes moitas veces ignoran os obstáculos e estado só unha liña-of-sight (LOS) ou o número ideal gama camiño. Para ser xusto co fabricante, é imposible coñecer todos os ambientes en que se poden empregar un radio, polo que é imposible calcular o rango específico que se podería alcanzar. Os fabricantes, ás veces, inclúen unha marxe de fade no seu cálculo para prever que estas condicións ambientais. Así, a ecuación para o cálculo da distancia convértese en:

Perda máxima path = potencia de transmisión - de sensibilidade + beneficios receptor - perdas - marxe de fade

Marxe desvanece-se é un subsidio de un estudio sistema inclúe a conta para variables descoñecidas. Canto maior sexa a marxe de desbotar, mellor será a calidade global conexión será. Cunha marxe de fade definido a cero, o orzamento enlace aínda é válida, só en condicións los, o que non é moi práctico para a maioría dos proxectos. A cantidade de marxe desvaneza para incluír nun cálculo depende do ambiente en que o sistema está previsto para ser implantado. A marxe de fade de 12 dBm é bo, pero un número mellor sería 20 30 para dBm.

Como exemplo, asumir unha potencia de transmisión de 20 dBm, a sensibilidade do receptor -100 dBm, recibir a ganancia da antena de 6 dBi, transmitir ganancia de antena de 6 dBi, e unha marxe de fade de 12 dB. Perda do cabo é insignificante:

Perda máxima path = potencia de transmisión - de sensibilidade + beneficios receptor - perdas - marxe de fade

V - perda máxima path = 20 - (-100) + 12 - 12 120 = dB

Xa que a perda máxima camiño se atopou, pode atopar a franxa desde a fórmula:

Distancia (km) = 10 (perda máxima camiño - 32.44 - 20log (f)) / 20

onde f = frecuencia en MHz. Por exemplo, se a perda máxima camiño é 120 dB cunha frecuencia de 2.45 2450 GHz ou MHz, a franxa será:

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

Figura 1 mostra a relación entre a perda máxima camiño e alcance a unha frecuencia de 2.45 GHz.

1. A curva mostra a relación entre o orzamento ligazón ou perda de camiño máximo en dBm e alcance estimado en quilómetros.

Interpretación dos resultados empíricos

Mentres os métodos empíricos son moi útiles na determinación da gama, que moitas veces é difícil de conseguir LOS ideal para medidas do mundo real e difícil de entender o que marxe de fade para construír nun sistema. Os resultados medidos poden axudar a identificar cuestións alén de propagación de RF que poden afectar o alcance dun sistema, como a propagación multipath, interferencia, e absorción de RF. Pero non todas as probas do mundo real son os mesmos, entón medicións do mundo real debe ser usado principalmente para reforzar os números de conexión orzamentarios calculados anterior.

Os factores que poden influír na gama alcanzado nunha proba empírico inclúen a ganancia da antena, a altura da antena, e interferencias. A ganancia da antena é unha fonte clave de ganancia no sistema. Moitas veces, os fabricantes van certificar a súa radio para traballar con distintos tipos de antenas de alta ganancia Yagi e antenas parche a ganancia moderado antenas omnidirecionais máis. É importante asegurarse probas foron realizadas co mesmo tipo de antena coa que está a usar agora o radio. Cambiando dunha antena de 6-dBm a unha antena 3-dBm tanto na transmisión e recepción lado causará unha diferenza 6-dBm no orzamento enlace e reducir a franxa á metade.

Altura da antena e da zona Fresnel

Altura da antena é outra preocupación para medidas empíricas. Aumentar a altura dunha antena fai dúas cousas principais. En primeiro lugar, el pode axudar sobre calquera posibles obstáculos como coches, persoas, árbores e edificios. En segundo lugar, pode axudar a conseguir o seu camiño de sinal RF LOS verdade, polo menos, 60 clasificación% na zona Fresnel.

A zona de Fresnel é un raio volume de entre o transmisor eo receptor, cuxa área é definida pola lonxitude de onda do sinal. É unha zona de cálculo que se está traballando para explicar o bloqueo ou de difracción de ondas de radio. Se usa para calcular a folga adecuada debe ter un sinal en torno de obstáculos para alcanzar a forza do sinal ideal. A regra xeral é que o camiño LOS clara enriba dos obstáculos que non son máis que 60% da altura da antena.

A curvatura da Terra tamén pode impactar LOS para conexións sen fíos de longo alcance. A táboa proporciona algúns exemplos do impacto, onde a altura da Terra no punto medio do camiño ligazón non representan montañas ou outras características do terreo ea altura da antena alcanza un sinal que é, polo menos, 60% na zona Fresnel.
En moitos contextos prácticos, os seus transceptores poden funcionar cunha altura de antena inferior, pero é unha boa aposta que os fabricantes poñer as súas antenas a unha altura apropiada. Para a súa aplicación, ten que esforzarse para ter unha altura de antena adecuada para lograr a mellor variedade. Figura 2 ilustra como distancia camiño, altura do obstáculo, e altura da antena están relacionados coa zona de Fresnel.

2. A altura da antena desexada é determinada pola altura do obstáculo e factoring en 60% de marxe para compensar as condicións de zonas de Fresnel.

Finalmente, o ruído e interferencia pode ter un impacto negativo sobre o conxunto de un sistema sen fíos. Ruído non pode ser controlada, pero hai que ter en conta o rango se é un problema. Nas pistas industriais, científicos e médicos (ISM) en 902 928 para MHz (América) e 2.4 GHz (en todo o mundo), a interferencia pode adoitan ser esperado, pero respondendo polo que é difícil. Os fabricantes poden realizar probas empíricos só cando a interferencia non está presente. É certamente probable que o ambiente ten maior interferencia do que estaba presente durante as probas do fabricante.

Resumo

Con tantas variables nun sistema, como pode saber se o intervalo reivindicado por un fabricante se aplican ao seu sistema? Moitas veces é imposible saber se as probas realizáronse empíricamente ou os números de intervalo foron calculadas. De calquera xeito, a través da análise da potencia de transmisión máxima ea sensibilidade do receptor, pode xerar unha liña de base para a comparación de radio para o outro. Usando estas cifras, xunto cunha marxe de conxunto desbotar e os eventuais beneficios debido a antenas ou perdas debido a cables de RF, pode calcular un orzamento máximo ligazón. A continuación, use a ecuación distancia enriba para calcular a súa propia gama. Para varios dispositivos de radio, esta debe proporcionar unha boa base para comparar dous ou tres sistemas que atender ás súas necesidades.

Para entender os radios funcionarán na súa aplicación, ten que esforzarse para probas do mundo real precisas que poden explicar altura da antena, multipath, interferencia, e obturacións. Atrasar probas do mundo real para a súa aplicación e tendo só números do fabricante verbatim pode deixalo pregunta: "Cal é o meu rango?"

Deixar unha mensaxe 

Lista de mensaxes