Înțelegerea Calculele Wireless Range

Una dintre cele mai calculelor cheie în orice design fără fir este gama, distanța maximă dintre emițător și receptor pentru funcționarea normală. Acest articol identifică factorii implicați în calcularea raza de acțiune și arată cum să se estimeze gama pentru a asigura o legătură de comunicații de încredere.

De aceea Gama actuală poate să difere de declarată Gama

Ai cumpărat vreodată un radio fără fir pentru un proiect încorporat și a descoperit că nu au atins frecvența radio (RF) domeniul specificat în fișa tehnică? De ce este asta? Este, probabil, din cauza diferențelor între modul în care furnizorul măsurat gama și modul în care sunt utilizați la radio.

Furnizorii determina, de obicei, gama de derivând l empiric din testele din lumea reală sau prin utilizarea unui calcul. Fie abordare este bine atâta timp cât ține cont de toate variabilele. O soluție empirică, cu toate acestea, ar putea dezvălui situații reale, care calculele nu se adresează.

Înainte de a compara abordările, să definim cativa termeni pentru a înțelege numere ale unui producător sau variabile relevante pentru gama.

De putere și calculele dBm

putere RF este exprimată cel mai frecvent și măsurat în decibeli, cu o referință milliwatt, sau dBm. Un decibel este o unitate logaritmică, care este raportul dintre puterea sistemului într-o anumită referință. O valoare decibel de 0 este echivalentă cu un raport de 1. Decibel-milliwatt este puterea de ieșire în decibeli referire la 1 mW.

Din moment ce dBm se bazează pe o scară logaritmică, este măsurarea curentului absolută. Pentru fiecare creștere de 3 dBm există aproximativ de două ori puterea de ieșire, și fiecare creștere a 10 dBm reprezintă o creștere de zece ori a puterii. 10 dBm (10 mW) este 10 de ori mai puternic decât 0 dBm (1 mW), și 20 dBm (100 mW) este 10 de ori mai puternic decât 10 dBm.

Poți converti între mW și dBm folosind următoarele formule:

P (dBm) = 10 • log10 (P (mW))

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

De exemplu, o putere de 2.5 mW în dBm este:

dBm = 10log2.5 = 3.979

sau aproximativ 4 dBm. O valoare dBm de 7 dBm în mW de putere este:

P = 107 / 10 = 100.7 = 5 mW

Pierderea Cale

Pierderea cale este reducerea densității de putere care apare ca o unda radio se propagă pe o distanță. Factorul principal pierderii de traiectorie este scăderea puterii semnalului pe distanțe undelor radio în sine. Undele radio urmeze o pătratul pentru densitatea de putere: densitatea de putere este proporțională cu pătratul distanței inversa a. De fiecare dată când se dubleze distanta, primiți doar un sfert de putere. Acest lucru înseamnă că fiecare creștere 6-dBm în putere de ieșire dublează distanța posibilă care poate fi atins.

În afară de puterea de emisie, un alt factor care afectează gama este sensibilitatea receptorului. Acesta este de obicei exprimat în -dBm. Din moment ce atât puterea de ieșire și sensibilitatea receptorului sunt exprimate în dBm, puteți utiliza simpla adunare și scădere a calcula pierderea maximă cale care un sistem poate suporta:

Pierderea maximă de cale = puterea de emisie - sensibilitatea receptorului + câștiguri - pierderile

Câștiguri includ orice câștiguri rezultate din transmisie direcțional și / sau antene de recepție. Câștigurile de antenă sunt de obicei exprimate în dBi referire la o antenă izotropă. Pierderile includ un filtru sau atenuarea de cablu sau de mediu cunoscute. Această relație poate fi, de asemenea, a declarat ca un buget legătură, care este contabilizarea tuturor câștigurilor și pierderilor de un sistem de măsurare puterea semnalului la receptor:

Câștigurile de putere recepționat = transmite putere + - pierderi

Scopul este de a face puterea recepționată mai mare decât sensibilitatea receptorului

În spațiul liber (o condiție ideală), legea pătrat invers este singurul factor care afectează raza de acțiune. În lumea reală, însă, gama de asemenea, poate fi degradat de alți factori:

• Obstacolele, cum ar fi pereți, copaci, si dealuri pot provoca pierderi semnificative de semnal.

• Apa din aer (umiditatea) poate absorbi energie RF.

• obiecte metalice pot reflecta undele radio, crearea de noi versiuni ale semnalului. Aceste unde mai multe ajunge la receptor la momente diferite și distructiv (și, uneori, în mod constructiv) interfera cu ei înșiși. Aceasta se numește multipath.

Fade Marja

Există mai multe formule pentru cuantificarea acestor obstacole. La publicarea numere gama, cu toate acestea, producătorii ignora adesea obstacole si de stat doar o linie de vizare (LOS) sau ideală indicele intervalului cale. În corectitudine la producător, este imposibil să cunoască toate mediile în care pot fi folosite un radio, așa că este imposibil să se calculeze domeniul specific s-ar putea realiza. Producătorii vor include, uneori, o marjă estompeze în calcul a acestora de a furniza astfel de condiții de mediu. Astfel, ecuația de calcul la distanță devine:

Pierderea maximă de cale = puterea de emisie - pierderi - - sensibilitate receptor + câștiguri marja decolorare

marjă decolorare este o alocație un designer de sistem include a tine cont de variabile necunoscute. Cu cât mai mare marja se estompeze, cu atât mai bine calitatea generală link va fi. Cu o marjă decolorare setat la zero, bugetul link-ul este încă valabilă, decât în ​​condiții LOS, ceea ce nu este foarte practic pentru cele mai multe modele. Cantitatea de marjei decolorare a include într-un calcul depinde de mediul în care se așteaptă ca sistemul să fie desfășurate. O marjă decolorare a 12 dBm este bun, dar un număr mai bună ar fi 20 să 30 dBm.

Ca un exemplu, să presupunem o putere de transmisie de 20 dBm, o sensibilitate receptor de -100 dBm, de a primi câștigul antenei de 6 dBi, transmite câștigul antenei de 6 dBi, și o marjă estompeze de 12 dB. Pierderea de cablu este neglijabil:

Pierderea maximă de cale = puterea de emisie - pierderi - - sensibilitate receptor + câștiguri marja decolorare

V - pierderea maximă de cale = 20 - (-100) + 12 - 12 = 120 dB

Odată ce pierderea maximă traiectorie a fost găsit, puteți găsi domeniul de la formula:

Distanța (km) = 10 (pierderea maximă de cale - 32.44 - 20log (f)) / 20

unde f = frecvența în MHz. De exemplu, dacă pierderea maximă cale este 120 dB la o frecvență de 2.45 GHz sau 2450 MHz, gama va fi:

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

Figura 1 arată relația dintre pierderea maximă de cale și domeniul de la o frecvență de 2.45 GHz.

1. Curba arată relația dintre bugetul link-ul sau pierderea maximă de cale în dBm și intervalul estimat în kilometri.

Interpretarea rezultatelor empirice

În timp ce metodele empirice sunt foarte utile pentru a determina intervalul, de multe ori este dificil să se realizeze ideale LOS pentru măsurători lumea reală și greu de înțeles cât de mult marja de decolorare a construi într-un sistem. Rezultatele măsurate pot ajuta la identificarea problemelor dincolo de propagare RF care pot afecta gama de sistem, cum ar fi propagarea multiple, interferență, și absorbția de RF. Dar nu toate testele din lumea reală sunt la fel, astfel încât măsurătorile din lumea reală ar trebui să fie utilizate în primul rând pentru a susține numerele de buget link-ul de mai sus calculate.

Factorii care pot influența intervalul realizat într-un test de empiric includ câștigul antenei, inaltimea antenei, și interferențe. Câștigul antenei este o sursă importantă de câștig în sistem. Adesea, producătorii vor certifica de radio lor de a lucra cu diferite tipuri de antene de la high-gain Yagi și antene patch-uri pentru a mai moderata câștig antene omnidirecționale. Este important să se asigure testele au fost efectuate cu același tip de antenă cu care sunt acum, folosind aparatul de radio. Schimbarea de la o antenă 6-dBm la o antenă 3-dBm pe ambele transmisie și recepție parte va determina o diferență 6-dBm în bugetul link-ul și de a reduce intervalul la jumătate.

Antenă înălțimea și Fresnel Zona

Înălțimea antenei este o altă preocupare pentru măsurători empirice. Ridicarea înălțimea unei antene face două lucruri principale. În primul rând, ea poate ajuta să se ridice deasupra oricăror obstacole posibile, cum ar fi masini, oameni, copaci și clădiri. În al doilea rând, aceasta poate ajuta obține adevărata ta cale de semnal RF LOS cel puțin 60 clearance% în zona Fresnel.

Zona Fresnel este un volum elipsoid între emițător și receptor al cărui domeniu este definit prin lungimea de undă a semnalului. Este o zonă calculată care se străduiește să țină seama de blocarea sau difracție a undelor radio. Este folosit pentru a calcula clearance-ul propriu-zis un semnal ar trebui să aibă în jurul valorii de obstacole pentru a obține puterea optimă a semnalului. O regulă generală de degetul mare este de a avea calea LOS clar deasupra obstacolele care sunt nu mai mult de 60% din înălțimea antenei.

Curbura Pământului poate avea un impact, de asemenea, LOS pentru conexiunile fără fir cu rază lungă durată. Tabelul conține câteva exemple de impact, în cazul în care înălțimea Pământului, la punctul de mijloc al căii link nu ține cont de dealuri sau alte caracteristici ale terenului, iar înălțimea antenei atinge un semnal care este cel puțin 60% în zona Fresnel.
În numeroase medii practice, emițătoare-receptoare dvs. poate funcționa cu o înălțime mai mică antenă, dar este un pariu bun că producătorii plasează antenele lor, la o înălțime adecvată. Pentru aplicația dvs., ar trebui să se străduiască să aibă o înălțime adecvată antenă pentru a obține cea mai bună gamă. Figura 2 ilustrează modul calea distanță, înălțime obstacol și înălțimea antenei sunt legate de zona Fresnel.

2. Inaltimea antenei dorit este determinată de înălțimea obstacol și luarea în calcul% marja 60 pentru a compensa condițiile din zona Fresnel.

In cele din urma, zgomotul și interferențele pot avea un impact negativ asupra intervalului unui sistem wireless. Zgomot nu pot fi controlate, dar ar trebui să fie luate în considerare în intervalul dacă este o problemă. În benzile industriale, științifice și medicale (ISM) de la 902 la 928 MHz (America de Nord) și 2.4 GHz (la nivel mondial), interferență poate fi de multe ori se aștepta, dar reprezentând este dificil. Producătorii pot efectua teste empirice numai atunci când interferența nu este prezent. Cu siguranță este posibil ca mediul dumneavoastră are mai mare interferențe decât a fost prezent în timpul testării de către producător.

Rezumat

Cu atât de multe variabile într-un sistem, cum poți ști dacă intervalul revendicat de către un producător se va aplica la acest sistem? De multe ori este imposibil să se știe dacă testele au fost efectuate empiric sau în cazul în care numerele gama au fost calculate. Oricum ar fi, prin analiza puterea maximă de transmisie și de sensibilitatea receptorului, puteți genera o linie de bază pentru a compara o de radio la altul. Folosind aceste numere, împreună cu o marjă stabilită la decolorare, iar orice creșteri datorate antene sau pierderile cauzate de cabluri RF, se poate calcula un buget maxim link. Apoi, utilizați ecuația de mai sus pentru a calcula distanta propriul interval. Pentru diverse dispozitive radio, acest lucru ar trebui să ofere o bază bună pentru a compara două sau trei sisteme care să satisfacă nevoile tale.

Pentru a înțelege dacă radiourile vor lucra în aplicație, ar trebui să depună eforturi pentru precizarea testelor din lumea reală, care pot reprezenta inaltimea antenei, multiple, interferență, și de obstacole. Întârziind teste reale pentru aplicația dumneavoastră și numai a lua numere ale producătorului textual s-ar putea părăsi întreabă: "Ce-i range-ul meu?"

Lăsaţi un mesaj 

Lista de mesaje