Memahami Pengiraan Julat Tanpa Wayar

Salah satu pengiraan utama dalam mana-mana reka bentuk wayarles adalah pelbagai, jarak maksimum antara pemancar dan penerima untuk operasi normal. Artikel ini mengenal pasti faktor-faktor yang terlibat dalam pengiraan jarak dan menunjukkan bagaimana untuk menganggarkan julat untuk memastikan pautan komunikasi yang boleh dipercayai.

Mengapa Julat Sebenar Mungkin Tidak Sama Dinyatakan Range

Pernahkah anda membeli sebuah radio tanpa wayar untuk projek terbenam dan mendapati bahawa anda tidak mencapai frekuensi radio (RF) julat yang dinyatakan di dalam helaian data? Kenapa begitu? Ia mungkin disebabkan oleh perbezaan antara bagaimana pembekal yang diukur julat dan bagaimana anda menggunakan radio.

Pembekal biasanya menentukan julat dengan menerbitkan ia secara empirik daripada ujian dunia sebenar atau dengan menggunakan pengiraan. Pendekatan sama ada adalah baik selagi anda mengambil kira semua pembolehubah. Penyelesaian empirikal, bagaimanapun, boleh mendedahkan keadaan dunia sebenar yang pengiraan tidak menangani.

Sebelum kita membandingkan pendekatan, mari kita menentukan beberapa terma memahami nombor pengilang atau pembolehubah yang berkaitan bagi pelbagai.

Power And Pengiraan dBm

Kuasa RF adalah yang paling biasa dinyatakan dan diukur dalam desibel dengan rujukan milliwatt, atau dBm. Desibel adalah unit logaritma yang merupakan nisbah kuasa sistem kepada beberapa rujukan. Nilai desibel daripada 0 bersamaan dengan nisbah 1. Desibel-milliwatt adalah kuasa keluaran dalam desibel dirujuk kepada 1 mW.

Sejak dBm adalah berdasarkan kepada skala logaritma, ia adalah satu pengukuran kuasa mutlak. Untuk setiap peningkatan sebanyak 3 dBm terdapat kira-kira dua kali ganda kuasa output, dan setiap peningkatan sebanyak 10 dBm mewakili peningkatan sepuluh kali ganda dalam kuasa. 10 dBm (10 mW) adalah kali 10 lebih berkuasa daripada 0 dBm (1 mW), dan 20 dBm (100 mW) adalah kali 10 lebih berkuasa daripada 10 dBm.

Anda boleh menukar antara mW dan dBm menggunakan rumus berikut:

P (dBm) = 10 • log10 (P (mW))

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

Sebagai contoh, kuasa 2.5 mW dalam dBm ialah:

dBm = 10log2.5 = 3.979

atau kira-kira 4 dBm. Nilai dBm daripada 7 dBm dalam mW kuasa adalah:

P = 107 / 10 100.7 = = 5 mW

Kehilangan jalan

Kehilangan Path adalah pengurangan dalam ketumpatan kuasa yang berlaku sebagai gelombang radio merambat dari suatu jarak. Faktor utama dalam penurunan jalan adalah penurunan dalam kekuatan isyarat pada jarak gelombang radio sendiri. Gelombang radio mengikuti undang-undang yang songsang persegi untuk ketumpatan kuasa: ketumpatan kuasa adalah berkadar dengan kuasa dua songsang jarak yang jauh. Setiap kali anda dua kali ganda jarak, anda menerima hanya satu perempat kuasa. Ini bermakna bahawa setiap peningkatan 6-dBm dalam kuasa keluaran beregu kemungkinan jarak yang boleh dicapai.

Selain daripada kuasa pemancar, satu lagi faktor yang mempengaruhi pelbagai adalah sensitiviti penerima. Ia biasanya dinyatakan dalam -dBm. Oleh kerana kedua-dua kuasa output dan sensitiviti penerima dinyatakan dalam dBm, anda boleh menggunakan tambahan mudah dan penolakan untuk mengira kehilangan jalan yang maksimum yang sistem yang boleh menanggung:

Kehilangan lintasan maksimum = menghantar kuasa - sensitiviti penerima + keuntungan - Kerugian

Keuntungan termasuk apa-apa keuntungan yang terhasil daripada penghantar arah dan / atau menerima antena. Keuntungan antena biasanya dinyatakan dalam dBi dirujuk kepada antena isotropik. Kerugian termasuk mana-mana penapis atau kabel pengecilan atau keadaan alam sekitar yang dikenali. Hubungan ini juga boleh dinyatakan sebagai belanjawan link, yang merupakan perakaunan semua keuntungan dan kerugian daripada sistem untuk mengukur kekuatan isyarat pada penerima:

Kuasa menerima = menghantar kuasa + keuntungan - Kerugian

Matlamatnya adalah untuk membuat kuasa yang diterima lebih besar daripada sensitiviti penerima

Dalam ruang bebas (satu keadaan yang ideal), undang-undang persegi songsang adalah satu-satunya faktor yang mempengaruhi pelbagai. Dalam dunia sebenar, bagaimanapun, julat juga boleh dihina oleh faktor-faktor lain:

• Halangan seperti dinding, pokok-pokok, dan bukit boleh menyebabkan kehilangan isyarat ketara.

• Air di udara (kelembapan) boleh menyerap tenaga RF.

• objek logam boleh mencerminkan gelombang radio, mewujudkan versi baru isyarat. Ini pelbagai gelombang mencapai penerima pada masa yang berlainan dan destructively (dan kadang-kadang secara membina) mengganggu dengan diri mereka sendiri. Ini dipanggil pelbagai arah.

Fade Margin

Terdapat banyak formula untuk mengukur halangan-halangan ini. Apabila menerbitkan nombor pelbagai, bagaimanapun, pengeluar sering mengabaikan rintangan dan negeri hanya garis-penglihatan (LOS) atau ideal nombor rangkaian jalan. Dalam keadilan kepada pengilang, ia adalah mustahil untuk mengetahui semua persekitaran di mana radio boleh digunakan, jadi ia adalah mustahil untuk mengira julat tertentu seseorang mungkin dicapai. Pengeluar akan kadang-kadang termasuk margin pudar ke dalam pengiraan mereka untuk menyediakan untuk keadaan alam sekitar seperti. Oleh itu, persamaan untuk pengiraan jarak menjadi:

Kehilangan lintasan maksimum = menghantar kuasa - penerima sensitiviti + keuntungan - kerugian - margin pudar

Margin Fade adalah elaun pereka sistem termasuk untuk mengambil kira pembolehubah yang tidak diketahui. Semakin tinggi margin pudar, lebih baik kualiti link keseluruhan akan. Dengan margin pudar ditetapkan kepada sifar, belanjawan pautan masih sah, hanya dalam keadaan LOS, yang tidak sangat praktikal bagi kebanyakan reka bentuk. Jumlah margin pudar untuk dimasukkan ke dalam pengiraan bergantung kepada persekitaran di mana sistem itu dijangka akan digunakan. Ruangan berukuran pudar daripada 12 dBm adalah baik, tetapi bilangan yang lebih baik akan 20 untuk 30 dBm.

Sebagai contoh, andaikan satu kuasa penghantar daripada 20 dBm, kepekaan penerima -100 dBm, menerima keuntungan antena 6 dBi, menghantar keuntungan antena 6 dBi dan margin pudar daripada 12 dB. Kehilangan kabel diabaikan:

Kehilangan lintasan maksimum = menghantar kuasa - penerima sensitiviti + keuntungan - kerugian - margin pudar

V - maksimum penurunan jalan 20 = - (-100) + 12 - 12 = 120 dB

Setelah kehilangan jalan yang maksimum telah dijumpai, anda boleh mencari julat dari formula:

Jarak (km) = 10 (kerugian jalan maksimum - 32.44 - 20log (f)) / 20

di mana f = kekerapan dalam MHz. Sebagai contoh, jika kehilangan jalan yang maksimum adalah 120 dB pada frekuensi GHz atau 2.45 2450 MHz, julat yang akan:

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

Rajah 1 menunjukkan hubungan antara kerugian jalan yang maksimum dan pelbagai pada frekuensi 2.45 GHz.

1. Keluk menunjukkan hubungan antara bajet pautan atau kerugian jalan maksimum dalam dBm dan pelbagai dianggarkan dalam kilometer.

Mentafsir Keputusan empirikal

Walaupun kaedah empirikal yang sangat berguna dalam menentukan julat, ia selalunya adalah sukar untuk mencapai LOS sesuai untuk ukuran dunia sebenar dan sukar untuk memahami berapa banyak margin pudar untuk membina ke dalam sistem. Keputusan diukur boleh membantu mengenal pasti isu-isu luar pembiakan RF yang boleh menjejaskan pelbagai sistem, seperti pembiakan pelbagai arah, gangguan, dan penyerapan RF. Tetapi tidak semua ujian dunia sebenar adalah sama, jadi ukuran dunia sebenar boleh digunakan terutamanya untuk menyokong nombor bajet pautan dikira atas.

Faktor-faktor yang boleh mempengaruhi julat yang dicapai dalam ujian empirikal termasuk keuntungan antena, ketinggian antena, dan gangguan. Keuntungan antena adalah sumber utama keuntungan dalam sistem. Selalunya pengeluar akan mengesahkan radio mereka untuk bekerja dengan pelbagai jenis antena dari tinggi keuntungan Yagi dan antena patch untuk lebih sederhana-gain antena omnidirectional. Ia adalah penting untuk memastikan ujian telah dijalankan dengan jenis yang sama antena yang anda kini menggunakan radio. Berubah dari antena 6-dBm kepada antena 3-dBm di kedua-dua penghantar dan menerima sampingan akan menyebabkan perbezaan 6-dBm dalam bajet link dan mengurangkan julat separuh.

Tinggi antena And The Zon Fresnel

Ketinggian antena adalah satu lagi kebimbangan untuk ukuran empirikal. Meningkatkan ketinggian antena melakukan dua perkara utama. Pertama, ia boleh membantu mendapatkan anda di atas sebarang halangan yang mungkin seperti kereta, orang, pokok-pokok, dan bangunan. Kedua, ia boleh membantu mendapatkan pusat isyarat RF LOS benar anda% kelulusan sekurang-kurangnya 60 di zon Fresnel.

Zon Fresnel merupakan jumlah ellipsoid antara pemancar dan penerima yang kawasan ditakrifkan oleh panjang gelombang isyarat. Ia merupakan kawasan yang dikira yang berusaha untuk mengambil kira tersumbat atau pembelauan gelombang radio. Ia digunakan untuk mengira pelepasan yang betul isyarat yang perlu ada di sekeliling halangan untuk mencapai kekuatan isyarat yang optimum. Satu peraturan am ibu jari adalah untuk mempunyai laluan LOS yang jelas di atas halangan-halangan yang tidak lebih daripada 60% daripada ketinggian antena.

Kelengkungan bumi juga boleh memberi kesan LOS untuk jarak jauh pautan tanpa wayar. Jadual di menyediakan beberapa contoh kesan, di mana ketinggian Bumi pada titik tengah jalan link tidak mengambil kira bukit atau ciri-ciri rupa bumi yang lain dan ketinggian antena mencapai isyarat yang sekurang-kurangnya 60% di zon Fresnel.
Dalam pelbagai situasi praktikal, penghantar terima anda boleh berfungsi dengan ketinggian antena yang lebih rendah, tetapi ia adalah satu pertaruhan yang baik bahawa pengeluar meletakkan antena mereka pada ketinggian yang sesuai. Untuk permohonan anda, anda perlu berusaha untuk mempunyai ketinggian antena sesuai untuk mencapai pelbagai yang terbaik. Rajah 2 menggambarkan bagaimana jarak laluan, ketinggian halangan, dan ketinggian antena berkaitan dengan zon Fresnel.

2. Ketinggian antena yang dikehendaki ditentukan oleh ketinggian halangan dan pemfaktoran dalam% margin 60 untuk mengimbangi Fresnel keadaan zon.

Akhirnya, bunyi dan gangguan boleh memberi kesan negatif ke atas pelbagai sistem tanpa wayar. Bunyi tidak boleh dikawal tetapi perlu diambil kira dalam julat jika ia adalah satu isu. Dalam jalur industri, saintifik dan perubatan (ISM) di 902 untuk 928 MHz (Amerika Utara) dan 2.4 GHz (seluruh dunia), gangguan sering boleh dijangka, tetapi mencakupi ia adalah sukar. Pengeluar boleh melaksanakan ujian empirikal hanya apabila gangguan tidak hadir. Ia sudah tentu mungkin bahawa persekitaran anda mempunyai gangguan lebih besar daripada hadir semasa ujian pengilang.

Ringkasan

Dengan begitu banyak pembolehubah dalam sistem, bagaimana anda boleh tahu sama ada julat yang dituntut oleh pengilang akan memohon kepada sistem anda? Selalunya ia adalah mustahil untuk mengetahui sama ada ujian telah dijalankan secara empirikal atau jika nombor-nombor rangkaian telah dikira. Cara sama ada, dengan menganalisis kuasa penghantar maksimum dan sensitiviti penerima, anda boleh menjana garis asas untuk membandingkan satu radio ke depan. Menggunakan nombor-nombor ini, bersama-sama dengan margin set pudar dan apa-apa keuntungan kerana antena atau kerugian yang disebabkan oleh kabel RF, anda boleh mengira pautan bajet maksimum. Kemudian gunakan persamaan jarak di atas untuk mengira pelbagai anda sendiri. Untuk pelbagai peranti radio, ia akan menyediakan asas yang baik untuk membandingkan dua atau tiga sistem yang memenuhi keperluan anda.

Untuk memahami jika radio akan bekerjasama dalam permohonan anda, anda perlu berusaha untuk ujian dunia sebenar yang tepat yang boleh mengambil kira ketinggian antena, pelbagai arah, gangguan, dan halangan. Melengahkan ujian dunia sebenar untuk permohonan anda dan hanya mengambil nombor pengilang kata demi kata boleh meninggalkan anda bertanya, "Apa yang pelbagai saya?"

Tinggalkan pesanan 

Senarai mesej