הבנת חישובי טווח אלחוטי

אחד החישובים מפתח בכל עיצוב אלחוטי הוא מגוון, המרחק מרבי בין המשדר והמקלט עבור פעולה רגילה. מאמר זה מזהה את הגורמים המעורבים חישוב טווח ומראה כיצד להעריך מגוון כדי להבטיח קישור תקשורת אמין.

למה טווח בפועל לא ייתן שוויון נקוב טווח

האם אי פעם רכשת רדיו אלחוטי עבור פרויקט מוטבע וגיליתי כי אתה לא להשיג את תדר הרדיו (RF) הטווח שצוין ב הגיליון? למה? זה ככל הנראה בשל ההבדלים בין האופן שבו הספק נמדד בטווח ואיך אתה משתמש ברדיו.

ספקים בדרך כלל לקבוע טווח על ידי גזירה אותו בצורה אמפירית מבדיקות בעולם האמיתי או באמצעות חישוב. הגישה שתי האפשרויות בסדר כל עוד אתה מסביר את כל המשתנים. פתרון אמפירי, לעומת זאת, עלול לחשוף מצבים בעולם האמיתי כי החישובים אינם לטפל.

לפני נשווה את הגישות, הבה להגדיר כמה מונחים להבין מספרים של יצרן או משתנים רלוונטי טווח.

כוח וחישובי dBm

הספק RF מתבטאת לרוב ו נמדדת בדציבלים עם הפניה מיליוואט, או dBm. דציבל היא יחידת לוגריתמים כי הוא יחס בין הכח של מערכת הפניה מסוימת. ערך הדציבלים של 0 שווה יחס של 1. דציבל-מיליוואט הוא הספק המוצא בדציבלים הפניה אל 1 mW.

מאז dBm מבוסס על סולם לוגריתמים, זה מהווה מדד כוח מוחלט. עם כל עלייה של 3 dBm יש בערך פעמיים את הספק המוצא, וכל עלייה של 10 dBm מייצג גידול של פי עשרה כוח. 10 dBm (10 mW) גדול פי 10 יותר חזקה ממה 0 dBm (1 mW), ו 20 dBm (100 mW) גדול פי 10 חזק יותר 10 dBm.

אתה יכול להמיר בין mW ו dBm תוך שימוש בנוסחאות הבאות:

P (dBm) = 10 • log10 (P (mW))

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

לדוגמה, כוח 2.5 mW ב dBm הוא:

dBm = 10log2.5 = 3.979

או על 4 dBm. ערך dBm של 7 dBm ב מגוואט של חשמל הוא:

P = 107 / 10 = 100.7 = 5 mW

פסד נתיב

אובדן Path הוא ירידה בצפיפות כוח המתרחשת כגל רדיו מתפשט על פני מרחק. הגורם העיקרי לאובדן נתיב הוא הירידה עוצמת האות על פני מרחק של גלי רדיו עצמם. גלי רדיו אחרי חוק היפוך ריבוע עבור צפיפות הספק: צפיפות ההספק היא פרופורציונלית לריבוע ההופכי של המרחק. בכל פעם שאתה להכפיל את המרחק, אתה מקבל רק רבע הכוח. משמעות הדבר היא שכל עלייה 6-dBm בשלטון פלט מכפיל את המרחק אפשרי כי הוא בר השגה.

מלבד כוח המשדר, גורם נוסף משפיע הטווח הוא רגישות מקלט. זה בדרך כלל לידי ביטוי -dBm. מאז הוא כוח הפלט ורגישות מקלט מוצג dBm, אתה יכול להשתמש חיבור וחיסור פשוטים לחישוב אובדן הנתיב המרבי כי מערכת יכול להיגרם:

אובדן נתיב מרבה = לשדר כוח - רגישות מקלט + רווחים - פסדים

רווחים כוללים רווחים הנובעים השידור כיוונית ו / או לקבל אנטנות. רווחי אנטנה מתבטאים בדרך כלל dBi הפניה לאנטנה איזוטרופיים. הפסדים כוללים כל מסנן או הנחתת כבל או תנאים סביבתיים ידועים. מערכת יחסים זו ניתן לומר גם תקציב קישור, המהווה את חשבונאי כל רווחים והפסדים של מערכה למדידת עוצמת האות במקלט:

רווחי כוח שהתקבל = לשדר + כוח - פסדים

המטרה היא להפוך את הכוח קיבל יותר מאשר רגישות מקלט

בשנת מקום פנוי (מצב אידיאלי), חוק הריבוע המהופך הוא הגורם היחיד המשפיע מגוון. בעולם האמיתי, לעומת זאת, בטווח גם יכול להיות מושפל על ידי גורמים אחרים:

• מכשולים כגון קירות, עצים, וגבעות יכולים לגרום לאובדן אות משמעותית.

• מים באוויר (לחות) יכול לספוג אנרגיה RF.

• חפצים מתכתיים עלולה להחזיר גלי רדיו, יצירת גרסאות חדשות של האות. גלים מרובים אלה מגיעים למקלט בזמנים הרסני שונים (ולפעמים באופן קונסטרוקטיבי) להפריע עצמם. זה נקרא multipath.

Fade שולי

ישנן נוסחאות רבות לכימות המכשולים הללו. בעת פרסום טווח מספרים, עם זאת, יצרנים בדר"כ להתעלם מכשולים מדינה יחיד קו ראייה (LOS) או טווח מספרי נתיב אידיאלי. למען ההגינות כלפי היצרן, אי אפשר לדעת את כל הסביבות שבו רדיו ניתן להשתמש, אז זה בלתי אפשרי לחשב את הטווח מסוים אפשר להשיג. תעשיינים לפעמים יכללו שולי רעש לתוך החישוב שלהם לספק תנאים סביבתיים כאלה. לפיכך, המשוואה עבור חישובי מרחק הופכת להיות:

אובדן נתיב מרבה = לשדר כוח - מקלט רגיש + רווחים - פסדים - שולי רעש

שולי רעש הוא קצבה מעצב מערכת כולל לתת דין וחשבון על משתנים בלתי ידועים. ככל שולה הרעש, את האיכות הקישור הכללית הטובה יותר תהיה. עם שולי רעש נקבעו לאפס, תקציב הקישור עדיין בתוקף, רק בתנאי LOS, וזה לא מאוד מעשי עבור רוב העיצובים. הסכום שולי הרעש לכלול חישוב תלוי בסביבה שבה המערכת הצפויה להתפרס. שולי הרעש של dBm 12 הוא טוב, אבל מספר טוב יהיה 20 כדי 30 dBm.

כדוגמה, להניח הספק השידור של 20 dBm, רגישות מקלט של -100 dBm, לקבל שבח אנטנה של 6 DBI, לשדר שבח אנטנה של 6 DBI, וכן שולי הרעש של 12 dB. אובדן בכבלים זניח:

אובדן נתיב מרבה = לשדר כוח - מקלט רגיש + רווחים - פסדים - שולי רעש

V - אובדן נתיב מרבי = 20 - (-100) + 12 - 12 = 120 dB

לאחר הפסד הנתיב המרבי כבר נמצא, אתה יכול למצוא את המגוון מהנוסחא:

מרחק (ק"מ) = 10 (הפסד נתיב מרבי - 32.44 - 20log (f)) / 20

כאשר f = תדירות MHz. לדוגמא, אם הפסד הנתיב המרבי הוא 120 dB בתדר של 2.45 GHz או 2450 MHz, טווח יהיה:

מרחק (ק"מ) = 10 (120 - 32.44 - 67.78) / 20 = 9.735 ק"מ

איור 1 מראה את הקשר בין אובדן הנתיב וטווח מרביים בתדר של 2.45 GHz.

1. העקומה מציגה את הקשר בין תקציב הקישור או פסד נתיב מרבי ב dBm ו הטווח המשוער בקילומטרים.

פירוש תוצאות אמפירי

בעוד שיטות אמפיריות שימושיים מאוד בקביעת הטווח, זה בדרך כלל קשה להשיג LOS האידיאלי למדידות בעולם האמיתי קשה להבין עד כמה שולי רעש לבנות לתוך מערכת. תוצאות נמדדות יכול לעזור לזהות בעיות מעבר התפשטות RF שעשוי להשפיע על הטווח של מערכת, כמו התפשטות multipath, הפרעה, וקליטת RF. אבל לא את כל בדיקות בעולם האמיתי זהה, כך מדידות בעולם אמיתי אמורות לשמש בעיקר כדי לחזק את מספרי תקציב הקישור מחושב לעיל.

גורמים שיכולים להשפיע על מגוון שהושגה למבחן אמפירי כוללים שבח אנטנה, גובה האנטנה, והפרעה. שבח אנטנה הוא מקור מרכזי של רווח במערכת. לעתים קרובות יצרנים יאשרו רדיו שלהם כדי לעבוד עם סוגים שונים של אנטנות מ- high-רווח יאגי ואנטנות תיקון לאנטנות omnidirectional יותר מתון-רווח. חשוב להבטיח הבדיקות בוצעו עם אותו סוג של אנטנה שבה אתה משתמש כעת ברדיו. שינוי ממצב אנטנה 6-dBm לאנטנה 3-dBm משני השידור והקליטה בצד יגרום הבדל 6-dBm בתקציב הקישור ולצמצם את טווח בחצי.

גובה האנטנה ואת אזור פרנל

גובה האנטנה הוא חשש אחרת למדידות אמפיריות. העלאת גובה אנטנה עושה שני דברים עיקריים. ראשית, הוא יכול לעזור לך מעל מכשולים אפשריים כמו מכוניות, אנשים, עצים, ומבנים. שנית, זה יכול לעזור לקבל נתיב האות LOS RF האמיתי שלך לפחות סיקול% 60 באזור פרנל.

אזור פרנל הוא נפח אליפסואיד בין המשדר והמקלט ששטחו מוגדר על ידי אורך הגל של האות. זהו האזור חשבו ומצאו כי שואף להסביר את החסימה או העקיף של גלי רדיו. הוא משמש כדי לחשב את הפינוי הנאה אות צריכה להיות סביב מכשולים כדי להשיג עוצמת אות אופטימלית. כלל מנחה הוא לקבל את נתיב LOS הברור מעל המכשולים כי הם לא יותר מאשר 60% מגובה האנטנה.

העקמומיות של כדור הארץ גם יכול להשפיע LOS עבור קישורים אלחוטיים ארוכי טווח. הטבלה מספק כמה דוגמאות של ההשפעה, שבו הגובה של כדור ארץ בנקודת האמצע של הנתיב הקישור אינו לוקח בחשבון גבעות או תכונות שטח אחרות ואת גובה האנטנה משיגה אות כי הוא לפחות 60% בגוש פרנל.
ברבי הגדרות מעשיות, המשדרים שלך יפעלו עם גובה אנטנה נמוכה, אבל זה הימור טוב כי יצרנים להציב האנטנות שלהם בגובה מתאים. עבור יישום שלך, אתה צריך לשאוף להיות בעל גובה אנטנה מתאימה כדי להשיג את המגוון ביותר. איור 2 מדגים כיצד נתיב מרחק, גובה מכשול ועל גובה אנטנה קשור לאזור פרנל.

2. גובה האנטנה הרצוי נקבע על פי גובה מכשול ופקטורינג במרווח% 60 כדי לפצות על תנאי אזור פרנל.

לבסוף, רעש והפרעה יכולים להיות בעל השפעה שלילית על המגוון של מערכה אלחוטית. רעש יכול לא להיות נשלט אבל צריך להיות בחשבון את הטווח אם זה בעיה. בענפי התעשייה, מדעי רפואה (ISM) להקות 902 כדי 928 MHz (צפון אמריקה) ו 2.4 GHz (ברחבי עולם), הפרעה לעתים קרובות יכולים להיות צפוי, אבל והיווינו קשה. תעשיינים עשויים לבצע בדיקות אמפיריות רק כאשר ההתערבות אינה נוכחות. זה בהחלט סביר להניח כי הסביבה שלך יש הפרעה גדולה יותר מאשר היה נוכח במהלך הבדיקה של יצרן.

<br> סיכום

עם כל כך הרבה משתנים במערכת, איך אתה יכול לדעת אם בטווח שנטען על ידי היצרן יהיה חל על המערכת שלך? לעתים קרובות אי אפשר לדעת אם הבדיקות בוצעו באופן אמפירי או אם המספרים מגוון חושבו. כך או כך, על ידי ניתוח ההספק השידור מרבית ואת רגישות המקלט, אתה יכול ליצור בסיס להשוואת רדיו אחד למשנו. באמצעות מספרים אלה, יחד עם מרווח סט לדעוך וכל רווחי בשל אנטנות או הפסדים בשל כבלי RF, אתה יכול לחשב תקציב קישור מרבי. לאחר מכן השתמשתי המשוואה המרחקת לעיל כדי לחשב מגוון משלך. עבור מכשירי רדיו שונה, זה אמור לספק בסיס טוב להשוות שתיים או שלוש מערכות העונים על צרכיך.

כדי להבין אם הרדיו יעבוד ביישום שלך, אתה צריך לשאוף בדיקות בעולם האמיתי מדויקות שיכול להסביר גובה אנטנה, רב-נתיב, הפרעות, וחסימות. דחיית בדיקות בעולם האמיתי עבור יישום שלך ורק לוקח את המספרים של יצרן מילה במילה עלולה להשאיר אותך שואל, "מה הטווח שלי?"

השאר הודעה 

רשימת הודעות