Capire Calcoli portata wireless

Uno dei calcoli chiave in qualsiasi disegno wireless è gamma, la distanza massima tra trasmettitore e ricevitore per il funzionamento normale. Questo articolo identifica i fattori coinvolti nel calcolo gamma e mostra come stimare gamma per garantire un collegamento di comunicazione affidabile.

Perché gamma attuale potrebbe non corrispondere Stated Gamma

Avete mai acquistato un radio senza fili per un progetto integrato e ha scoperto che non hai raggiungere la frequenza radio (RF) range indicato nella scheda tecnica? Perché? E 'probabilmente a causa delle differenze tra come il fornitore ha misurato la gamma e come si utilizza la radio.

Fornitori di solito determinano gamma derivandola empiricamente da prove del mondo reale o utilizzando un calcolo. Entrambi gli approcci sono bene finché tuo account per tutte le variabili. Una soluzione empirica, tuttavia, può rivelare situazioni del mondo reale che i calcoli non affrontano.

Prima mettiamo a confronto gli approcci, definiamo alcuni termini per capire i numeri di un produttore o di variabili rilevanti per la gamma.

Potenza E Calcoli dBm

Potenza RF è più comunemente espressa e misurata in decibel con un riferimento milliwatt o dBm. Un decibel è un'unità logaritmica che è un rapporto della potenza del sistema a qualche riferimento. Un valore di decibel 0 è equivalente ad un rapporto di 1. Decibel-milliwatt è la potenza di uscita in decibel riferito a 1 mW.

Poiché dBm si basa su una scala logaritmica, che è una misura potere assoluto. Per ogni aumento di 3 dBm vi è circa il doppio della potenza di uscita, e ogni aumento di 10 dBm rappresenta un aumento di dieci volte in potenza. 10 dBm (10 mW) è 10 volte più potente di 0 dBm (1 mW), e 20 dBm (100 mW) è 10 volte più potente di 10 dBm.

È possibile convertire tra mW e dBm utilizzando le seguenti formule:

P (dBm) = 10 • log10 (P (mW))

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

Ad esempio, una potenza di 2.5 mW in dBm è:

dBm = 10log2.5 = 3.979

o circa 4 dBm. Un valore di dBm 7 dBm in mW di potenza è:

P = 107 / 10 = 100.7 = 5 mW

Perdita Percorso

Perdita di percorso è la riduzione della densità di potenza che si verifica come un'onda radio si propaga su una distanza. Il fattore primario nella perdita di percorso è la diminuzione della potenza del segnale sulla distanza delle onde radio stessi. Le onde radio seguono una legge dell'inverso del quadrato per densità di potenza: la densità di potenza è proporzionale al quadrato della distanza. Ogni volta che si raddoppia la distanza, viene visualizzato solo un quarto della potenza. Ciò significa che ogni aumento 6-dBm in potenza raddoppia la distanza massima che è realizzabile.

Oltre potenza del trasmettitore, un altro fattore che influenza gamma è la sensibilità del ricevitore. Di solito è espressa in -dBm. Dal momento che sia la potenza di uscita e la sensibilità del ricevitore sono espressi in dBm, è possibile utilizzare semplici addizioni e sottrazioni per calcolare la perdita massima del percorso che un sistema può sorgere:

Perdita massima del percorso = potenza di trasmissione - la sensibilità del ricevitore + guadagni - perdite

Gli utili sono le plusvalenze derivanti dalla trasmissione direzionale e / o ricevere antenne. Antenna guadagni sono generalmente espressi in dBi riferimento ad un'antenna isotropa. Le perdite includono qualsiasi filtro o attenuazione del cavo o condizioni ambientali note. Questo rapporto può anche essere indicato come un link budget, che è la contabilizzazione di tutti gli utili e le perdite di un sistema di misura della potenza del segnale al ricevitore:

Potenza ricevuta = trasmettere potenza + guadagni - perdite

L'obiettivo è quello di rendere la potenza ricevuta maggiore della sensibilità del ricevitore

Nello spazio libero (una condizione ideale), la legge dell'inverso del quadrato è l'unico fattore che influenza gamma. Nel mondo reale, tuttavia, l'intervallo può essere degradato anche da altri fattori:

• Ostacoli come muri, alberi, e le colline possono provocare una significativa perdita di segnale.

• L'acqua in aria (umidità) in grado di assorbire energia RF.

• Gli oggetti di metallo possono riflettere le onde radio, la creazione di nuove versioni del segnale. Questi multipli onde raggiungono il ricevitore in tempi e distruttivo (e talvolta in modo costruttivo) diversi interferire con se stessi. Questo è chiamato multipath.

Fade Margine

Ci sono molte formule per quantificare questi ostacoli. Quando si pubblica numeri gamma, tuttavia, i produttori spesso ignorano ostacoli e stato solo un line-of-sight (LOS) o numero di serie percorso ideale. In tutta onestà il produttore, è impossibile conoscere tutti gli ambienti in cui può essere utilizzato una radio, quindi è impossibile calcolare la gamma specifica si potrebbe raggiungere. I produttori a volte includere un margine di dissolvenza nel loro calcolo per prevedere tali condizioni ambientali. Così, l'equazione per il calcolo della distanza diventa:

Perdita massima del percorso = potenza di trasmissione - Ricevitore sensibilità + Utili - perdite - Margine di dissolvenza

Margine Fade è un assegno un progettista sistema include per tenere conto di variabili sconosciute. Più alto è il margine di dissolvenza, migliore è la qualità complessiva collegamento sarà. Con un margine di dissolvenza impostato a zero, il link budget è ancora valida, solo in condizioni LOS, che non è molto pratico per la maggior parte dei disegni. L'ammontare del margine dissolvenza da includere in un calcolo dipende dall'ambiente in cui il sistema dovrebbe essere implementato. Un margine di dissolvenza 12 dBm è buono, ma un certo numero meglio sarebbe 20 a 30 dBm.

A titolo di esempio, assumere una potenza di trasmissione di 20 dBm, una sensibilità del ricevitore di -100 dBm, ricevere guadagno di antenna di 6 dBi, trasmettere guadagno di antenna di 6 dBi, e un margine di dissolvenza 12 dB. Perdita del cavo è trascurabile:

Perdita massima del percorso = potenza di trasmissione - Ricevitore sensibilità + Utili - perdite - Margine di dissolvenza

V - perdita massima path = 20 - (-100) + 12 - 12 = 120 dB

Una volta trovata la perdita massima del percorso, è possibile trovare la gamma dalla formula:

Distanza (km) = 10 (perdita massima del percorso - 32.44 - 20log (f)) / 20

dove f = frequenza in MHz. Ad esempio, se la perdita massima del percorso è 120 dB alla frequenza di 2.45 GHz o 2450 MHz, la gamma sarà:

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

Figura 1 mostra la relazione tra la perdita massima del percorso e la gamma di frequenza di 2.45 GHz.

1. La curva mostra la relazione tra il bilancio collegamento o la perdita massima del percorso in dBm e autonomia stimata in chilometri.

Interpretazione dei risultati empirici

Mentre i metodi empirici sono molto utile per determinare la gamma, è spesso difficile ottenere LOS ideale per misure reali e difficile capire quanto dissolvenza margine di costruire in un sistema. Risultati misurati possono aiutare a identificare i problemi al di là di propagazione RF che possono influenzare la scelta di un sistema, come la propagazione multipath, interferenze, e l'assorbimento RF. Ma non tutti i test del mondo reale sono la stessa cosa, in modo da misure reali dovrebbero essere utilizzati principalmente per sostenere i numeri di bilancio collegamento calcolati in precedenza.

I fattori che possono influenzare la gamma raggiunto in un test empirico includono guadagno dell'antenna, altezza dell'antenna, e le interferenze. Guadagno dell'antenna è una fonte essenziale di guadagno nel sistema. Spesso i produttori dovranno certificare la loro radio di lavorare con diversi tipi di antenne di alto guadagno Yagi e antenne patch al più moderato guadagno antenne omnidirezionali. E 'importante garantire test sono stati effettuati con lo stesso tipo di antenna con il quale si sta ora utilizzando la radio. Passaggio da un'antenna 6-dBm a un'antenna 3-dBm sia sul lato di trasmissione e ricezione causerà una differenza 6-dBm nel bilancio collegamento e ridurre la portata della metà.

Antenna Altezza e la zona di Fresnel

Altezza dell'antenna è un'altra preoccupazione per le misure empiriche. Aumentare l'altezza di un'antenna fa due cose principali. In primo luogo, può aiutare a ottenere sopra eventuali ostacoli, come le automobili, persone, alberi, e gli edifici. In secondo luogo, può aiutare a ottenere il vostro vero percorso del segnale RF LOS almeno 60 spazio% nella zona di Fresnel.

La zona di Fresnel è un volume ellissoide tra il trasmettitore e il ricevitore cui area è definita dalla lunghezza d'onda del segnale. È una zona calcolato che si sforza di spiegare il blocco o la diffrazione delle onde radio. E 'utilizzato per calcolare la corretta distanza un segnale dovrebbe avere intorno gli ostacoli per raggiungere la forza ottimale del segnale. Una regola generale è quella di avere il percorso LOS chiaro sopra gli ostacoli che non sono altro che 60% dell'altezza dell'antenna.

La curvatura della Terra può anche avere un impatto LOS per collegamenti wireless a lungo raggio. La tabella fornisce alcuni esempi dell'impatto, in cui l'altezza della Terra a metà del percorso di collegamento non tiene conto di colline o altre caratteristiche del terreno e l'altezza dell'antenna ottiene un segnale che è almeno 60% nella zona di Fresnel.
In molti ambienti pratici, i vostri ricetrasmettitori possono funzionare con un altezza dell'antenna più bassa, ma è una buona scommessa che i produttori piazzano le loro antenne ad un'altezza adeguata. Per la vostra applicazione, si dovrebbe cercare di avere un altezza dell'antenna appropriata per ottenere la migliore gamma. Figura 2 illustra come distanza del percorso, altezza degli ostacoli e altezza dell'antenna sono legati alla zona di Fresnel.

2. L'altezza dell'antenna desiderata viene determinata dalla altezza ostacolo e factoring del margine% 60 per compensare le condizioni di zona di Fresnel.

Infine, il rumore e le interferenze possono avere un impatto negativo sulla portata di un sistema senza fili. Il rumore non può essere controllata, ma deve essere preso in considerazione in range se si tratta di un problema. Nelle bande industriali, scientifiche e mediche (ISM) a 902 a 928 MHz (Nord America) e 2.4 GHz (mondiale), le interferenze possono spesso essere previsto, ma che rappresentano è difficile. I costruttori possono eseguire test empirici solo quando l'interferenza non è presente. È certamente probabile che l'ambiente ha una maggiore interferenza di era presente durante i test del produttore.

Sommario

Con così tante variabili in un sistema, come si fa a sapere se il campo sostenuto da un produttore si applicherà al vostro sistema? Spesso è impossibile sapere se sono state eseguite prove empiricamente o se sono stati calcolati i numeri gamma. Ad ogni modo, analizzando la massima potenza di trasmissione e la sensibilità del ricevitore, è possibile generare una base per confrontare una radio al successivo. Utilizzando questi numeri, insieme a un margine prestabilito dissolvenza e gli utili a causa di antenne o perdite dovute a cavi RF, è possibile calcolare un budget massimo di collegamento. Quindi utilizzare l'equazione distanza di cui sopra per calcolare la propria gamma. Per vari dispositivi radio, questo dovrebbe fornire una buona base per confrontare due o tre sistemi che soddisfano le vostre esigenze.

Per capire se le radio funzionerà nella vostra applicazione, si dovrebbe cercare di accurati test del mondo reale che può spiegare altezza dell'antenna, multipath, interferenze e ostacoli. Ritardare le prove del mondo reale per la vostra applicazione, e solo prendendo i numeri del produttore Verbatim può lasciare chiedendo: "Qual è il mio campo?"

Lasciate un messaggio 

Elenco dei messaggi