Entendre Càlculs abast sense fils

Un dels càlculs clau en qualsevol disseny sense fil és gamma, la distància màxima entre el transmissor i el receptor per al funcionament normal. En aquest article s'identifiquen els factors que intervenen en el càlcul de rang i mostra com estimar gamma per assegurar un enllaç de comunicació fiable.

Per quin abast real pot no ser igual Dit d'Rang

Alguna vegada va comprar una ràdio sense fils per a un projecte integrat i va descobrir que no van aconseguir la freqüència de ràdio (RF) interval indicat al full? Perquè és això? És probablement a causa de les diferències entre com el proveïdor mesura l'abast i la forma en que utilitza la ràdio.

Els proveïdors solen determinar gamma derivant empíricament a partir de proves del món real o mitjançant l'ús d'un càlcul. Qualsevol d'aquests enfocaments és ben sempre que es donin compte de totes les variables. Una solució empírica, però, pot revelar situacions del món real que els càlculs no aborden.

Abans de comparar els enfocaments, definirem alguns termes per entendre els números d'un fabricant o variables rellevants per a la gamma.

Energia i els càlculs dBm

potència de RF s'expressa amb més freqüència i es mesura en decibels amb una referència milivatios o dBm. Un decibel és una unitat logarítmica que és una relació de la potència del sistema a alguna referència. Un valor de decibels de 0 és equivalent a una proporció de 1. Decibels milivatios és la potència de sortida en decibels referenciats a 1 mW.

Des dBm es basa en una escala logarítmica, és una mesura de la potència absoluta. Per cada augment de 3 dBm hi ha aproximadament el doble de la potència de sortida, i cada augment de 10 dBm representa un augment de deu vegades en el poder. 10 dBm (10 mW) és 10 vegades més potent que 0 dBm (1 mW), i 20 dBm (100 mW) és 10 vegades més potent que 10 dBm.

Pot convertir entre dBm i mW usant les següents fórmules:

P (dBm) = 10 • log10 (P (MW))

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

Per exemple, una potència de 2.5 mW en dBm és:

dBm = = 10log2.5 3.979

o sobre 4 dBm. Un valor dBm de 7 dBm en mW de potència és:

P = 107 / 10 100.7 = = 5 mW

Pèrdua en el trajecte

pèrdua de trajectòria és la reducció en la densitat de potència que es produeix com una ona de ràdio es propaga a través d'una distància. El principal factor en la pèrdua de trajectòria és la disminució de la intensitat del senyal sobre la distància dels propis ones de ràdio. Les ones de ràdio segueixen una llei del quadrat invers de la densitat de potència: la densitat de potència és proporcional al revés del quadrat de la distància. Cada vegada que es duplica la distància, rep només una quarta part de l'energia. Això vol dir que cada augment 6-dBm en potència de sortida es duplica la possible distància a la qual es pot aconseguir.

A més de la potència del transmissor, un altre factor que afecta la gamma és la sensibilitat del receptor. Generalment s'expressa en dBm. Atès que tant la potència de sortida i la sensibilitat del receptor s'expressen en dBm, es pot usar una simple suma i la resta per calcular la pèrdua de trajectòria màxima que un sistema pot implicar:

la pèrdua de trajectòria màxima potència de transmissió = - + sensibilitat del receptor guanys - pèrdues

Els guanys inclouen qualsevol guany resultant de la transmissió direccional i / o antenes de recepció. guanys d'antena s'expressen normalment en dBi fa referència a una antena isotròpica. Les pèrdues inclouen qualsevol filtre o l'atenuació del cable o les condicions ambientals coneguts. Aquesta relació també es pot plantejar com un balanç d'enllaç, que és la comptabilitat de tots els guanys i pèrdues d'un sistema per mesurar la intensitat del senyal en el receptor:

= Potència rebuda transmetre energia + guanys - pèrdues

L'objectiu és fer que la potència rebuda superior a la sensibilitat del receptor

A l'espai lliure (una condició ideal), la llei del quadrat invers és l'únic factor que afecta gamma. En el món real, però, la gamma també es pot degradar per altres factors:

• Els obstacles, com parets, arbres, turons i poden causar la pèrdua de senyal significativa.

• L'aigua en l'aire (humitat) pot absorbir l'energia de RF.

• Els objectes metàl·lics poden reflectir les ones de ràdio, la creació de noves versions del senyal. Aquestes múltiples ones arriben al receptor en diferents moments i destructiva (i, de vegades de forma constructiva) interfereixen amb ells mateixos. Això es diu multitrajecte.

Marge d'esvaniment

Hi ha moltes fórmules per a la quantificació d'aquests obstacles. En publicar números de rang, però, els fabricants solen ignorar els obstacles i Estat només una línia de visió directa (LOS) o nombre ideal gamma camí. Per ser justos amb el fabricant, és impossible conèixer tots els entorns en què es pot utilitzar una ràdio, pel que és impossible calcular el rang específic que es podria aconseguir. Els fabricants de vegades incloure un marge de esvaniment en el seu càlcul per establir aquestes condicions ambientals. Per tant, l'equació per als càlculs de distància es converteix en:

la pèrdua de trajectòria màxima potència de transmissió = - pèrdues - - sensibilitat del receptor + guanys de marge de esvaniment

marge d'esvaïment és una assignació d'un dissenyador del sistema inclou per tenir en compte variables desconegudes. Com més gran sigui el marge de desmai, millor serà la qualitat general d'enllaç serà. Amb un marge d'esvaïment estableix en zero, el pressupost de l'enllaç segueix sent vàlida, només en condicions ELS, que no és molt pràctic per a la majoria dels dissenys. La quantitat de marge de esvaniment per incloure en un càlcul depèn de l'entorn en el qual s'espera que el sistema per ser desplegat. Un marge de esvaniment de 12 dBm és bo, però un nombre millor seria que 20 30 dBm.

A tall d'exemple, suposem que una potència de transmissió de 20 dBm, una sensibilitat del receptor d'-100 dBm, rebrà guany d'antena de 6 dBi, transmetre guany d'antena de 6 dBi, i un marge d'esvaïment de 12 dB. pèrdua del cable és menyspreable:

la pèrdua de trajectòria màxima potència de transmissió = - pèrdues - - sensibilitat del receptor + guanys de marge de esvaniment

V - màxima pèrdua de trajectòria 20 = - (-100) + 12 - 12 120 dB =

Una vegada que s'ha trobat la pèrdua de trajectòria màxima, es pot trobar el rang de la fórmula:

La distància (km) = 10 (pèrdua màxima del trajecte - 32.44 - 20log (f)) / 20

on f = freqüència en MHz. Per exemple, si la pèrdua de trajectòria màxima és 120 dB a una freqüència de 2.45 2450 GHz o MHz, el rang serà:

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

Figura 1 mostra la relació entre la pèrdua de trajectòria màxima i el rang a una freqüència de 2.45 GHz.

1. La corba mostra la relació entre el pressupost d'enllaç o pèrdua de trajectòria màxima en dBm i rang estimat en quilòmetres.

Interpretació dels resultats empírics

Mentre que els mètodes empírics són molt útils en la determinació de la gamma, sovint és difícil d'aconseguir ELS ideal per a mesuraments del món real i difícil d'entendre la quantitat de marge de esvaniment per construir en un sistema. Els resultats mesurats poden ajudar a identificar els temes més enllà de propagació de RF que poden afectar l'abast d'un sistema, com la propagació per trajectes múltiples, interferència, i l'absorció de radiofreqüència. Però no totes les proves del món real són els mateixos, de manera que els mesuraments del món real s'han d'utilitzar principalment per reforçar els números del pressupost d'enllaç calculats anteriorment.

Els factors que poden influir en el rang assolit en una prova empírica inclouen guany de l'antena, alçada de l'antena, i la interferència. guany de l'antena és una font clau de guany en el sistema. Sovint, els fabricants van a certificar la seva ràdio per treballar amb diferents tipus d'antenes d'alt guany i Yagi antenes de pegat a les antenes omnidireccionals més moderada guany. És important assegurar-se proves es van dur a terme amb el mateix tipus d'antena amb la que ara està usant la ràdio. El canvi d'una antena de 6-dBm a una antena de 3-dBm tant a la banda de transmissió i recepció causarà una diferència 6-dBm en el pressupost de l'enllaç i reduir l'interval a la meitat.

Alçada de l'antena i de la zona de Fresnel

alçada de l'antena és un altre motiu de preocupació per als mesuraments empíriques. L'augment de l'altura d'una antena fa dues coses principals. En primer lloc, pot ajudar a aconseguir que per sobre de qualsevol possible obstrucció, com els automòbils, persones, arbres i edificis. En segon lloc, pot ajudar a aconseguir el seu veritable ruta del senyal de RF ELS espai lliure almenys 60% a la zona de Fresnel.

La zona de Fresnel és un el·lipsoide de volum entre el transmissor i el receptor l'àrea del qual està definida per la longitud d'ona del senyal. És una àrea calculada que s'esforça per tenir en compte el bloqueig o de difracció de les ones de ràdio. S'utilitza per calcular la distància adequada un senyal ha de tenir al voltant dels obstacles per aconseguir una resistència òptima del senyal. Una regla general és que el trajecte de visibilitat clara per sobre dels obstacles que no són més que 60% de l'alçada de l'antena.

La curvatura de la Terra també pot afectar ELS pels enllaços sense fils de llarg abast. La taula proporciona alguns exemples de l'impacte, on l'altura de la Terra en el punt mitjà del trajecte de l'enllaç no dóna compte de pujols o altres característiques del terreny i l'alçada de l'antena arriba un senyal que és almenys 60% a la zona de Fresnel.
En moltes situacions pràctiques, els seus transceptors poden funcionar amb una alçada de l'antena més baixa, però és una bona aposta que els fabricants col·loquen les seves antenes a una alçada adequada. Per a la seva aplicació, s'ha d'esforçar per tenir una alçada d'antena adequat per aconseguir la millor gamma. La figura il·lustra com 2 distància de la trajectòria, altura dels obstacles, i l'altura de l'antena estan relacionats amb la zona de Fresnel.

2. L'altura de l'antena desitjada està determinada per l'alçada dels obstacles i la factorització al marge% 60 per compensar les condicions de la zona de Fresnel.

Finalment, el soroll i la interferència pot tenir un impacte negatiu en el rang d'un sistema sense fil. El soroll no es pot controlar, però cal tenir en compte el rang de si es tracta d'un problema. A les bandes industrials, científics i metges (ISM) en 902 928 per MHz (Amèrica del Nord) i 2.4 GHz (mundial), sovint es pot esperar que la interferència, però que representa el que és difícil. Els fabricants poden realitzar proves empíriques només quan la interferència no està present. Sens dubte, és probable que l'entorn té una major interferència que va estar present durant les proves del fabricant.

resum

Amb tantes variables en un sistema, com es pot saber si l'interval reivindicat per un fabricant s'aplicarà al seu sistema? Sovint és impossible saber si les proves es van dur a terme empíricament o si es van calcular els números de rang. De qualsevol manera, mitjançant l'anàlisi de la potència de transmissió màxima i la sensibilitat del receptor, es pot generar una línia de base per comparar una ràdio a la següent. L'ús d'aquests números, juntament amb un marge de esvaniment conjunt i qualsevol guany deguda a les antenes o pèrdues degudes als cables de RF, es pot calcular un pressupost d'enllaç màxim. A continuació, utilitzeu l'equació de distància per sobre per calcular la seva pròpia gamma. Per diversos dispositius de ràdio, això hauria de proporcionar una bona base per comparar dos o tres sistemes que satisfacin les seves necessitats.

Per entendre si els radis treballaran en la seva aplicació, vostè ha d'esforçar per a les proves del món real precisos que poden donar compte d'altura de l'antena, per trajectes múltiples, la interferència i les obstruccions. El retard de les proves del món real per a la seva aplicació, i només prenent els números del fabricant Verbatim pot deixar a la pregunta: "Quin és el meu rang?"

Deixa un missatge 

Llista de missatges