Arusaamine Wireless Range Arvutused

Üks peamisi arvutusi mis tahes traadita ühenduse korral on vahemik, maksimaalne kaugus saatja ja vastuvõtja vahel normaalseks tööks. See artikkel tuvastab vahemiku arvutamisel osalevad tegurid ja näitab, kuidas usaldusväärset sideühenduse tagamiseks vahemikku hinnata.

Miks tegelik vahemik ei pruugi olla võrdne esitatud vahemikuga

Kas olete kunagi ostnud traadita raadio manustatud projekti jaoks ja avastanud, et te ei saavutanud andmelehel toodud raadiosageduse (RF) vahemikku? Miks nii? Tõenäoliselt on see tingitud erinevustest teenuseosutaja vahemiku mõõtmise ja raadio kasutamise vahel.

Tarnijad määravad vahemiku tavaliselt tuletades selle empiiriliselt reaalsetest testidest või kasutades arvutust. Mõlemad lähenemisviisid on korras, kui arvestate kõigi muutujatega. Empiiriline lahendus võib siiski paljastada reaalse olukorra olukorrad, mida arvutused ei käsitle.

Enne lähenemisviiside võrdlemist määratleme mõned mõisted, et mõista tootja numbreid või vahemiku asjakohaseid muutujaid.

Võimsuse ja dBm arvutused

Raadiosagedusvõimsust väljendatakse kõige sagedamini detsibellides, mille viiteväärtus on milliwatt või dBm. Detsibell on logaritmiline ühik, mis on süsteemi võimsuse ja mingi võrdluse suhe. 0 detsibelli väärtus võrdub 1 suhtega. Detsibell-millivatti on väljundvõimsus detsibellides, millele viidatakse 1 mW.

Kuna dBm põhineb logaritmilisel skaalal, on see absoluutse võimsuse mõõtmine. Iga 3 dBm suurendamise korral on väljundvõimsus umbes kaks korda suurem ja iga 10 dBm suurendamine tähendab võimsuse kümnekordset suurenemist. 10 dBm (10 mW) on 10 korda võimsam kui 0 dBm (1 mW) ja 20 dBm (100 mW) on 10 korda võimsam kui 10 dBm.

Te saate teisendada mW ja dBm vahel järgmiste valemite abil:

P (dBm) = 10 • log10 (P (mW))

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

Näiteks võimsus 2.5 mW (dBm) on:

dBm = 10log2.5 = 3.979

või umbes 4 dBm. 7 dBm dBm väärtus (MW) võimsus on:

P = 107 / 10 = 100.7 = 5 mW

Tee kaotus

Teekaotus on võimsuse tiheduse vähenemine, mis toimub raadiolaine levimisel teatud vahemaa tagant. Teekonnakaotuse peamine tegur on signaali tugevuse vähenemine raadiolainete endi kaugusel. Raadiolained järgivad võimsuse tiheduse pöördvõrdelist seadust: võimsuse tihedus on võrdeline kauguse pöördvõrdelise ruuduga. Iga kord, kui te kahekordistate vahemaad, saate energiat ainult ühe neljandiku. See tähendab, et iga 6-dBm väljundvõimsuse suurendamine kahekordistab saavutatavat võimalikku vahemaad.

Saatja võimsuse kõrval on vastuvõtja tundlikkus ka teine ​​vahemikku mõjutav tegur. Tavaliselt väljendatakse seda –dBm. Kuna nii väljundvõimsus kui ka vastuvõtja tundlikkus on väljendatud dBm, saate süsteemile tekitatava maksimaalse teekadu arvutamiseks kasutada lihtsat liitmist ja lahutamist:

Maksimaalne teekadu = saatevõimsus - vastuvõtja tundlikkus + võimendus - kaod

Võimendus hõlmab suund- ja / või vastuvõtuantennidest tulenevat võimendust. Antenni võimendust väljendatakse tavaliselt dBi-s, viidates isotroopsele antennile. Kaod hõlmavad filtri või kaabli sumbumist või teadaolevaid keskkonnatingimusi. Seda suhet võib nimetada ka linkieelarveks, mis kajastab süsteemi kõigi kasumite ja kadude arvestamist signaali tugevuse mõõtmiseks vastuvõtjas:

Vastuvõetud võimsus = saatevõimsus + võimendused - kaod

Eesmärk on muuta vastuvõetud võimsus vastuvõtja tundlikkusest suuremaks

Vabas ruumis (ideaaltingimus) on pöördvahemiku seadus ainus vahemikku mõjutav tegur. Reaalses maailmas võivad vahemikku halvendada ka muud tegurid:

• Takistused, nagu seinad, puud ja mäed, võivad signaali märkimisväärselt kaotada.

• Õhus olev vesi (niiskus) võib absorbeerida raadiosageduslikku energiat.

• Metallobjektid võivad peegeldada raadiolaineid, luues signaalist uusi versioone. Need mitu lainet jõuavad vastuvõtjani erinevatel aegadel ja hävitavalt (ja mõnikord ka konstruktiivselt) segavad iseennast. Seda nimetatakse mitmerealiseks.

Fade Margin

Nende takistuste kvantifitseerimiseks on palju valemeid. Vahemiku numbrite avaldamisel eiravad tootjad aga sageli takistusi ja teatavad ainult vaatevälja (LOS) või ideaalse teepikkuse numbri. Tootjaga võrreldes on võimatu teada kõiki keskkondi, kus raadio võib kasutada, seega on võimatu välja arvutada, millist konkreetset vahemikku see võiks saavutada. Tootjad lisavad selliste keskkonnatingimuste tagamiseks mõnikord arvutustesse tuhmimarginaali. Seega saadakse vahemaa arvutamisel saadav võrrand:

Maksimaalne teekadu = saatevõimsus - vastuvõtja tundlikkus + võimendused - kaod - fade margin

Fade margin on soodustus, mille süsteemi disainer hõlmab tundmatute muutujate arvestamiseks. Mida suurem on pleekimismäär, seda parem on üldine lüli kvaliteet. Kui tuhmimarginaal on seatud nullile, on lingi eelarve endiselt kehtiv, ainult LOS-i tingimustes, mis pole enamiku kujunduste jaoks eriti praktiline. Arvutusse lisatav tuhmumimarginaali suurus sõltub keskkonnast, kus süsteemi eeldatavasti kasutatakse. Hävimismarginaal 12 dBm on hea, kuid parem arv oleks 20 kuni 30 dBm.

Näiteks eeldage, et saatevõimsus on 20 dBm, vastuvõtja tundlikkus –100 dBm, vastuvõtu antenni võimendus 6 dBi, saateantenni võimendus 6 dBi ja tuhmumismarginaal 12 dB. Kaabli kadu on tühine:

Maksimaalne teekadu = saatevõimsus - vastuvõtja tundlikkus + võimendused - kaod - fade margin

V - maksimaalne teekadu = 20 - (–100) + 12 - 12 = 120 dB

Kui maksimaalne teekadu on leitud, leiate vahemiku valemist:

Kaugus (km) = 10 (maksimaalne teekadu - 32.44 - 20log (f)) / 20

kus f = sagedus MHz-des. Näiteks kui maksimaalne teekadu on 120 dB sagedusel 2.45 GHz või 2450 MHz, on vahemik järgmine:

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

Joonis 1 näitab suhet maksimaalse teekao ja vahemiku vahel 2.45 GHz sagedusel.

1. Kõver näitab seost lingi eelarve või maksimaalse teekao vahel dBm ja hinnangulise vahemiku vahel kilomeetrites.

Empiiriliste tulemuste tõlgendamine

Ehkki empiirilised meetodid on vahemiku määramisel väga kasulikud, on sageli keeruline saavutada reaalsetes mõõtmistes ideaalset LOS-i ja keeruline mõista, kui palju tuhmuservu süsteemi sisse ehitada. Mõõdetud tulemused võivad aidata tuvastada raadiosageduslikust levikust kaugemale jäävaid probleeme, mis võivad mõjutada süsteemi ulatust, näiteks mitme raja levik, häired ja raadiosagedusliku neeldumine. Kuid mitte kõik reaalmaailma testid pole ühesugused, nii et reaalmaailma mõõtmisi tuleks kasutada peamiselt ülaltoodud arvutatud lingi eelarve numbrite suurendamiseks.

Tegurid, mis võivad empiirilises testis saavutatud vahemikku mõjutada, on antenni võimendus, antenni kõrgus ja häired. Antenni võimendus on süsteemis võtmeallikas. Sageli sertifitseerivad tootjad oma raadio töötamiseks erinevat tüüpi antennidega, alates suure võimendusega Yagi ja patch-antennidest kuni mõõduka võimendusega kõikides suundades kasutatavate antennideni. Oluline on tagada, et testid viidi läbi sama tüüpi antenniga, millega te nüüd raadiot kasutate. Üleminek 6-dBm-antennilt 3-dBm-antennile nii saate- kui ka vastuvõtupoolel põhjustab 6-dBm erinevust lüli eelarves ja vähendab vahemikku poole võrra.

Antenni kõrgus ja Fresneli tsoon

Antenni kõrgus on veel üks probleem empiiriliste mõõtmiste jaoks. Antenni kõrguse tõstmine teeb kaks peamist asja. Esiteks võib see aidata teil pääseda kõigist võimalikest takistustest, nagu autod, inimesed, puud ja ehitised. Teiseks võib see aidata teie tõelise RF LOS-signaali teekonnal saada Fresneli tsoonis vähemalt 60% kliirensiga.

Fresneli tsoon on saatja ja vastuvõtja vahelise ellipsoidi maht, mille pindala on määratletud signaali lainepikkusega. See on arvutatud ala, mille eesmärk on arvestada raadiolainete ummistust või difraktsiooni. Seda kasutatakse õige kliirensi arvutamiseks, mis signaalil peaks optimaalse tugevuse saavutamiseks olema takistuste ümber. Üldine rusikareegel on see, et LOS-tee oleks vaba takistuste kohal, mis ei ületa 60% antenni kõrgusest.

Maa kumerus võib mõjutada ka pikamaa traadita ühenduste LOS-i. Tabelis on mõned näited löögist, kus Maa kõrgus lingitee keskpunktis ei arvesta küngaste ega muude maastikuomadustega ning antenni kõrgus saavutab signaali, mis on Fresneli tsoonis vähemalt 60%.
Paljudes praktilistes seadetes võivad transiiverid töötada madalama antenni kõrgusega, kuid on hea kihla, et tootjad asetavad oma antennid sobivale kõrgusele. Teie rakenduse jaoks peaksite püüdma parima antenni kõrguse saavutamiseks parima ulatuse saavutamiseks. Joonis 2 illustreerib, kuidas vahemaa, takistuse kõrgus ja antenni kõrgus on seotud Fresneli tsooniga.

2. Antenni soovitud kõrgus määratakse takistuse kõrguse ja Fresneli tsooni tingimuste kompenseerimiseks 60% marginaaliga arvestamise teel.

Lõpuks, müra ja häired võivad negatiivselt mõjutada traadita süsteemi ulatust. Müra ei saa kontrollida, kuid kui see on probleem, tuleks see arvesse võtta. Tööstuslikes, teaduslikes ja meditsiinilistes (ISM) sagedusalades sagedustel 902 kuni 928 MHz (Põhja-Ameerika) ja 2.4 GHz (kogu maailmas) võib sageli oodata häireid, kuid selle arvestamine on keeruline. Tootjad võivad empiirilisi katseid teha ainult siis, kui häireid pole. Kindlasti on tõenäoline, et teie keskkonnas on rohkem häireid kui tootja katsetamise ajal.

kokkuvõte

Kuna süsteemis on nii palju muutujaid, kuidas saate teada, kas tootja nõutud vahemik rakendub teie süsteemile? Sageli on võimatu teada, kas testid viidi läbi empiiriliselt või arvutati vahemike numbrid. Mõlemal juhul saate maksimaalse saatevõimsuse ja vastuvõtja tundlikkuse analüüsimisel genereerida baasjoone, et võrrelda ühte raadiot järgmisega. Kasutades neid numbreid koos kindlaksmääratud häiringumarginaali ja antennidest tuleneva kasumi või raadiosageduskaablitega seotud kahjudega, saate arvutada maksimaalse lingi eelarve. Seejärel kasutage oma vahemiku arvutamiseks ülaltoodud vahemaavõrrandit. Erinevate raadioseadmete jaoks peaks see andma hea lähtepunkti, et võrrelda kahte või kolme süsteemi, mis vastavad teie vajadustele.

Et mõista, kas raadiod teie rakenduses töötavad, peaksite püüdma täpsete reaalainete testide järele, mis arvestaksid antenni kõrgust, mitme suuna, häireid ja takistusi. Kui viivitate oma rakenduse reaalajas testimisega ja võtate ainult tootja numbreid sõna-sõnalt, võite küsida: „Mis on minu valik?“

Jäta sõnum 

Sõnumite nimekiri