Pochopenie bezdrôtový dosah výpočty

Jednou z kľúčových výpočtov v každom bezdrôtovom prevedení je rozsah, maximálna vzdialenosť medzi vysielačom a prijímačom pre normálnu prevádzku. Tento článok identifikuje faktory zahrnuté do výpočtu rozsah a ukazuje, ako odhadnúť rozsah zaručujú spoľahlivé komunikačné spojenie.

Prečo Skutočný rozsah nemusí zodpovedať uvedený rozsah

Už ste niekedy zakúpili bezdrôtový vysielač pre vložený projekt a zistili, že ste nedosiahol rádiové frekvencie (RF) Dosah je uvedené v manuáli? Prečo to tak je? Je to pravdepodobne spôsobené rozdielmi medzi tým, ako dodávateľ meraný rozsah a ako používate rádio.

Dodávatelia zvyčajne určujú rozsah odvodenie to empiricky od reálnych testov alebo pomocou výpočtu. Buď prístup je v poriadku, ak máte účet pre všetky premenné. Empirický riešenie však môže odhaliť reálnych situáciách, že výpočty nie sú riešiť.

Než sme sa porovnať prístupy, poďme definovať niekoľko termínov pochopiť čísla výrobcu alebo relevantných premenných pre rozsah.

Napájanie a dBm Výpočty

RF energia je najčastejšie vyjadrená a meraná v decibeloch s odkazom mW, alebo dBm. Decibel je logaritmická jednotka, ktorá je pomerom medzi výkonom systému k nejakému prvku. Hodnota decibely 0 sa rovná pomeru 1. Decibel-miliwattov je výstupný výkon v decibeloch vztiahnutá k 1 mW.

Vzhľadom k tomu, dBm je založený na logaritmickej stupnici, je to absolútna meranie výkonu. Pre každú zvýšenie 3 dBm je zhruba dvakrát vyšší výstupný výkon, a každé zvýšenie o 10 dBm predstavuje nárast desaťnásobné pri moci. 10 dBm (10 mW) je 10 krát silnejšie ako 0 dBm (1 MW) a 20 100 dBm (MW) je 10 krát silnejšie ako 10 dBm.

Môžete prevádzať medzi mW a dBm pomocou nasledujúceho vzorca:

P (dBm) = 10 • log10 (P (mW))

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

Napríklad sila 2.5 mW v dBm je:

dBm = 10log2.5 = 3.979

alebo o 4 dBm. Hodnota dBm z 7 dBm v mW sily je nasledujúci:

P = 107 / 10 100.7 = = 5 mW

path Loss

straty na trase je zníženie hustoty energie, ktorá sa vyskytuje ako rádiové vlny šíria cez vzdialenosť. Hlavným faktorom v straty na trase je pokles sily signálu na vzdialenosť samotných rádiových vĺn. Rádiové vlny sledovať klesá s druhou mocninou pre výkonové hustoty: hustota energie je úmerná inverzný štvorci vzdialenosti. Zakaždým, keď zdvojnásobiť vzdialenosť, obdržíte len jednu štvrtinu napájania. To znamená, že každé zvýšenie 6-dBm výstupný výkon zdvojnásobí možnú vzdialenosť, ktorá je dosiahnuteľná.

Okrem vysielacieho výkonu, ďalším faktorom, ktorý ovplyvňuje rozsah je citlivosť prijímača. To je zvyčajne vyjadrená v -dBm. Vzhľadom k tomu, ako výstupný výkon a citlivosť prijímača sú uvedené v dBm, môžete použiť jednoduché sčítanie a odčítanie pre výpočet maximálnej straty na ceste, že systém môže utrpieť:

Maximálna strata path = vysielací výkon - citlivosť prijímača + zisky - straty

Zisky zahŕňajú všetky zisky vyplývajúce z smerového vysielania a / alebo prijímacích antén. Zisk antény sú zvyčajne vyjadrené v dBi vztiahnutá k izotropné anténe. Straty zahŕňajú akýkoľvek filter alebo útlm kábla alebo známych podmienok v oblasti životného prostredia. Tento vzťah môže byť tiež uvedené ako odkaz rozpočet, ktorý je účtovanie všetkých ziskov a strát systému pre meranie sily signálu v prijímači:

Prijatý výkon = vysielací výkon + zisky - straty

Cieľom je, aby sa dostal výkon je viac ako citlivosť prijímača

Vo voľnom priestore (ideálny stav), inverzný štvorcový zákon je jediným faktorom, ktorý ovplyvňuje rozsah. V reálnom svete, ale rozsah môže byť tiež znížená inými faktormi:

• Prekážky, ako sú steny, stromy a kopce môže spôsobiť značnú stratu signálu.

• vody vo vzduchu (vlhkosti) môže absorbovať rádiofrekvenčnú energiu.

• Kovové predmety môžu odrážať rádiové vlny, vytvárať nové verzie signálu. Tieto viac vlny dosiahnu prijímača v rôznych časoch a deštruktívne (a niekedy konštruktívne) interferovať s sebou. Tento jav sa nazýva multipath.

fade Margin

Existuje mnoho vzorca pre kvantifikáciu týchto prekážok. Pri publikovaní čísel doletu, však výrobcovia často ignorujú prekážky a stáť len linka-of-sight (LOS) alebo ideálneho počtu rozsahu cesta. Pre spravodlivosť pre výrobcov, to je nemožné poznať všetky prostredia, kde môžu byť použité rádio, takže je možné vypočítať určitý rozsah by sa dalo dosiahnuť. Výrobcovia budú niekedy zahŕňať fade rezervu do ich výpočtu, aby boli také podmienky prostredia. To znamená, že rovnica pre výpočet vzdialenosti sa stáva:

Maximálna strata path = vysielací výkon - citlivosť prijímača + zisky - straty - fade margin

Fade margin je príspevok systém designer zahŕňa zodpovedať za neznámych premenných. Čím vyššia je vyblednutie marže, tým lepšie je celková kvalita spojenia byť. S fade margin nastavený na nulu, odkaz rozpočet je stále platný, len v Los podmienok, čo nie je príliš praktické pre väčšinu návrhov. Množstvo blednutiu marže zahrnúť do výpočtu závisí od prostredia, v ktorom sa očakáva, že tento systém má byť nasadený. Prelínanie rozpätie 12 dBm je dobrá, ale lepšie číslo by 20 30 na dBm.

Ako príklad predpokladajme, že vysielací výkon 20 dBm, citlivosti prijímača -100 dBm, prijímacou anténou zisk 6 dBi, vysielacia anténa zisk 6 dBi a fade rozpätie 12 dB. Strata kábel je zanedbateľný:

Maximálna strata path = vysielací výkon - citlivosť prijímača + zisky - straty - fade margin

V - maximálna strata path = 20 - (-100) + 12 - 12 120 = dB

Potom, čo sa zistilo, že maximálna strata cesta, môžete nájsť rad z nasledujúceho vzorca:

Vzdialenosť (km) = 10 (maximálna strata cesta - 32.44 - 20log (f)) / 20

kde f = frekvencia v MHz. Napríklad, ak je maximálna straty na trase je 120 dB pri frekvencii 2.45 GHz alebo 2450 MHz, rozsah bude:

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

Obr 1 ukazuje vzťah medzi maximálnou straty na trase a rozsahu pri frekvencii 2.45 GHz.

1. Krivka ukazuje vzťah medzi rozpočtom odkazu alebo maximálnej straty na trase v dBm a odhadovaného rozsahu v kilometroch.

Interpretácia empirické výsledky

Kým empirické metódy sú veľmi užitočné pri určovaní rozsahu, často je ťažké dosiahnuť ideálneho LOS na reálnych meraní a ťažké pochopiť, ako moc fade rozpätie postaviť do systému. Namerané výsledky môžu pomôcť identifikovať problémy presahujúce RF rozmnožovanie, ktoré môžu mať vplyv na rozsah systému, ako je napríklad viaccestného šírenia, rušenie, a absorpciu RF. Ale nie všetky real-world testy sú rovnaké, takže meranie v reálnom svete by mali byť použité predovšetkým na posilnenie čísel odkaz rozpočtu vypočítané vyššie.

Faktory, ktoré môžu mať vplyv na rozsah dosiahnutý v empirickom teste zahŕňajú zisk antény, výšku antény a rušenia. Zisk antény je kľúčovým zdrojom zisku v systéme. Často výrobcovia budú certifikovať svoje rádio pre prácu s rôznymi typmi antén z high-gain Yagi alebo patch antén pre miernejší ziskom všesmerových antén. Je dôležité zabezpečiť, aby testy boli vykonané s rovnakým typom antény, s ktorou sa teraz pomocou rádia. Prechod z antény 6-dBm na anténe 3-dBm na oboch vysielacieho a prijímacieho stranu spôsobí rozdiel 6-dBm v rozpočte prepojenia a znížiť rozsah o polovicu.

Anténa výšku a Fresnelove zóny

výška antény je ďalší starosť o empirických meraní. Zvyšovanie výšky antény robí dve hlavné veci. Po prvé, môže pomôcť dostať sa vyššie prípadné prekážky, ako sú automobily, ľudí, stromov a budov. Po druhé, to môže pomôcť dostať svoju pravú RF Los signálové ceste aspoň 60% vôľu v Fresnelove zóny.

Fresnelova zóna je elipsoidné objem medzi vysielačom a prijímačom, ktorého plocha je daná vlnovou dĺžkou signálu. Ide o oblasť, ktorá sa snaží vypočítaná k účtu pre zablokovanie alebo difrakcie rádiových vĺn. Používa sa na výpočet správnej vôle signál by mal mať okolo prekážok, aby sa dosiahla optimálna silu signálu. Všeobecným pravidlom je mať cestu LOS jasný nad prekážkami, ktoré sú nie viac ako 60% z výšky antény.

Zakrivenie Zeme môže tiež ovplyvniť LOS k ďalekonosné bezdrôtové spojenie. V tabuľke je uvedených niekoľko príkladov vplyvu, kde Zem je výška v strede odkazu cesty neberie do úvahy kopcov či iných terénnych prvkov a výškou antény dosahuje signál, ktorý je aspoň 60% do Fresnelove zóny.
V mnohých praktických nastavení, vaše vysielača a prijímača môže fungovať s nižšou výškou antény, ale je to dobrá stávka, že výrobcovia umiestňujú svoje antény vo vhodnej výške. Pre vašu aplikáciu, mali by ste sa snažiť mať zodpovedajúcu výšku antény, aby sa dosiahla čo najlepší rozsah. Obrázok ukazuje, ako 2 cesta vzdialenosť, výšku prekážky, a výška antény sú spojené s Fresnelove zóny.

2. Požadovanej výšky antény je určená výškou prekážok a zohľadnenie 60% marže pre vyrovnanie podmienok Fresnelove zóny.

Konečne, šumu a rušenia môže mať negatívny dopad na dosah bezdrôtového systému. Hluk nemožno kontrolovať, ale mali by byť zapracované do rozsahu, ak je to problém. V priemyselnej, vedeckej a lekárske (ISM) pásmach v 902 928, aby MHz (Severná Amerika) a 2.4 GHz (celosvetovo), rušenie môže často dalo očakávať, ale predstavuje to je ťažké. Výrobcovia môžu vykonávať empirické testy len v prípade rušenia nie je prítomný. Celkom iste je pravdepodobné, že vaše prostredie má väčší zásah než bol prítomný počas testovania výrobcu.

zhrnutie

S toľkými premennými v systéme, ako môžete vedieť, či rozsah tvrdí výrobca bude platiť pre váš systém? Často je možné zistiť, či testy boli vykonané empiricky, alebo ak boli vypočítané čísla rozsah. Či tak alebo onak, analýzou maximálny vysielací výkon a citlivosť prijímača, môžete vygenerovať základnú líniu pre porovnanie jedného rádia na ďalšie. Pomocou týchto čísel, spolu s nastavenou fade marže a zisky vďaka antén alebo strát spôsobených RF káblov, môžete vypočítať maximálny rozpočet odkazu. Potom použite dištančné vyššie uvedenej rovnice pre výpočet vlastný rozsah. Pre rôzne rádiové zariadenia, malo by to zaistiť dobrú východiskovú porovnať dva alebo tri systémy, ktoré zodpovedajú vašim potrebám.

Aby sme pochopili, v prípade, že rádiostanica bude fungovať vo vašej aplikácii, mali by ste usilovať o presných reálnych testov, ktoré môže predstavovať výšky antény, odrazov, interferencií, a prekážkami. Odloženie reálnych testov pre vašu aplikáciu a to iba pri čísel výrobca doslovne vás môže zanechať otázkou: "Aký je môj dosah?"

Zanechajte správu 

zoznam správ