Pag-unawa sa Mga Kalkulasyon Wireless Range

Isa sa mga pangunahing mga kalkulasyon sa anumang wireless na disenyo ay na hanay, ang maximum na distansya sa pagitan ng transmiter at receiver para sa normal na operasyon. Ang artikulong ito ay kinikilala ang mga kadahilanan na kasangkot sa pagkalkula range at nagpapakita kung paano upang matantya hanay upang masiguro ang isang maaasahang link komunikasyon.

Bakit Actual Range Maaaring Iba Equal Nakasaad Range

Nakarating na ba kayo bumili ng isang wireless radio para sa isang naka-embed na mga proyekto at natuklasan na hindi mo makamit ang radio frequency (RF) saklaw nakasaad sa datasheet? Bakit na? Ito ay marahil dahil sa mga pagkakaiba sa pagitan ng kung paano ang mga supplier sinusukat ang saklaw at kung paano mo ginagamit ang radio.

Supplier karaniwang matukoy hanay sa pamamagitan ng panggagaling ito empirically mula sa mga pagsubok sa totoong buhay o sa pamamagitan ng paggamit ng isang pagkalkula. Alinman diskarte ay pagmultahin hangga't ang account mo para sa lahat ng mga variable. Isang empirical na solusyon, gayunman, ay maaaring magbunyag ng real-world sitwasyon na kalkulasyon ay hindi matugunan.

Bago namin ihambing ang mga approach na ito, sabihin tukuyin ang ilang mga termino upang maunawaan numero ng manufacturer o mga kaugnay na mga variable para sa range.

Power At dBm Pagkalkula

RF kapangyarihan ay pinaka-karaniwang ipinahayag at sinusukat sa decibels may milliwatt reference, o dBm. A decibel ay isang logarithmic yunit na ay isang ratio ng kapangyarihan ng sistema sa ilang mga reference. A decibel halaga ng 0 ay katumbas ng isang ratio ng 1. Decibel-milliwatt ay ang output kapangyarihan sa decibels na isinangguni sa 1 MW.

Since dBm ay batay sa isang logarithmic scale, ito ay isang ganap na kapangyarihan pagsukat. Para sa bawat pagtaas ng 3 dBm may halos dalawang beses ang output kapangyarihan, at ang bawat pagtaas ng 10 dBm ay kumakatawan sa isang sampung ulit na pagtaas sa kapangyarihan. 10 dBm (10 mW) ay 10 beses na mas malakas kaysa sa 0 dBm (1 mW), at 20 dBm (100 mW) ay 10 beses na mas malakas kaysa sa 10 dBm.

Maaari mong i-convert sa pagitan ng MW at dBm gamit ang mga sumusunod na formula:

P (dBm) = 10 • log10 (P (MW))

P (MW) = 10 (P (dBm) / 10)

Halimbawa, ang isang kapangyarihan ng 2.5 mW sa dBm ay:

dBm = 10log2.5 = 3.979

o tungkol sa 4 dBm. A dBm halaga ng 7 dBm sa MW ng kapangyarihan ay:

P = 107 / 10 100.7 = = 5 mW

Path Loss

Path ng timbang ay ang pagbawas sa kapangyarihan density na nangyayari bilang isang radio wave propagates sa loob ng isang distansya. Ang pangunahing kadahilanan sa landas pagkawala ay ang pagbawas sa lakas ng signal sa paglipas ng distansya ng radio waves sa kanilang sarili. Radio waves sundin ang isang kabaligtaran square batas para sa kapangyarihan density: ang kapangyarihan density ay proporsyonal sa ang kabaligtaran square ng distansya. Sa bawat oras na i-double sa iyo ang distansya, nakatanggap ka lamang ng isang-ikaapat na ang kapangyarihan. Ang ibig sabihin nito na ang bawat 6-dBm pagtaas sa output kapangyarihan doubles ang posibleng distansya na ay achievable.

Bukod transmiter kapangyarihan, isa pang kadahilanan na nakakaapekto saklaw ay receiver sensitivity. Ito ay karaniwang ipinahayag sa -dBm. Dahil parehong output kapangyarihan at receiver sensitivity ay nakasaad sa dBm, maaari mong gamitin ang mga simpleng karagdagan at pagbabawas upang makalkula ang maximum landas pagkawala na ang isang sistema ay maaaring kapasukan:

Maximum landas pagkawala = magpadala ng kapangyarihan - receiver sensitivity + nadagdag - pagkalugi

Nadagdag magsama ng anumang mga nadagdag na nagreresulta mula sa itinuro magpadala at / o makatanggap antennas. Antenna nadagdag ay karaniwang ipinahayag sa dBi isinangguni sa isang isotropic antena. Pagkatalo magsama ng anumang filter o cable pagpapalambing o kilala kondisyon sa kapaligiran. Relasyon na ito ay maaari ding nakasaad bilang isang link na badyet, kung saan ay ang accounting ng lahat mga nadagdag at pagkalugi ng isang sistema upang masukat ang lakas ng signal sa receiver:

Natanggap kapangyarihan = magpadala ng kapangyarihan + nadagdag - pagkalugi

Ang layunin ay upang gawin ang mga nakatanggap ng kapangyarihan mas malaki kaysa sa receiver sensitivity

Sa libreng espasyo (isang ideal na kondisyon), ang kabaligtaran square batas ay ang tanging kadahilanan na nakakaapekto range. Sa tunay na mundo, gayunpaman, ang hanay din ay maaaring nagpapasama sa pamamagitan ng iba pang mga kadahilanan:

• Obstacles tulad ng mga pader, mga puno, at mga burol ay maaaring maging sanhi ng makabuluhang pagkawala ng signal.

• Tubig sa hangin (kahalumigmigan) ay maaaring makuha ang RF energy.

• Metal mga bagay ay maaaring sumalamin radio waves, ang paglikha ng mga bagong bersyon ng signal. Ang mga maramihang waves maabot ang receiver sa iba't ibang oras at destructively (at kung minsan constructively) makagambala sa kanilang mga sarili. Ito ay tinatawag na multipath.

Fade Margin

Maraming mga formula para sa quantifying ang mga obstacles. Kapag pag-publish ng mga numero na hanay, gayunpaman, mga tagagawa madalas na huwag pansinin obstacles at estado lamang ng isang line-of-paningin (LOS) o ideal na bilang landas range. In fairness sa tagagawa, ito ay imposible upang malaman ang lahat ng mga kapaligiran kung saan ang isang radio ay maaaring gamitin, kaya ito ay imposible upang makalkula ang mga tiyak na hanay ang isa ay maaaring makamit. Manufacturers ay minsan isama ang isang fade margin sa kanilang pagkalkula upang magbigay ng para sa tulad kondisyon sa kapaligiran. Kaya, ang equation para sa distansya kalkulasyon ay magiging:

Maximum landas pagkawala = magpadala ng kapangyarihan - receiver sensitivity + nadagdag - pagkalugi - fade margin

Fade margin ay isang allowance ng isang sistema designer ay nagsasama sa account para sa hindi kilalang mga variable. Ang mas mataas na fade margin, mas mabuti ang pangkalahatang link ng kalidad ay magiging. Sa pamamagitan ng isang fade margin-set sa zero, ang link na badyet ay may-bisa pa, lamang sa LOS kondisyon, na kung saan ay hindi masyadong praktikal para sa karamihan disenyo. Ang halaga ng fade margin na isama sa isang masusing pagsusuri ay depende sa kapaligiran na kung saan ang sistema ay inaasahan na maging deployed. A fade margin ng 12 dBm ay mabuti, ngunit isang mas mahusay na bilang ay 20 30 sa dBm.

Bilang halimbawa, ipagpalagay na ang isang pagpapadala ng kapangyarihan ng 20 dBm, isang receiver sensitivity ng -100 dBm, tumanggap antena makakuha ng 6 dBi, ihatid antena makakuha ng 6 dBi, at isang fade margin ng 12 db. Cable pagkawala ay bale-wala:

Maximum landas pagkawala = magpadala ng kapangyarihan - receiver sensitivity + nadagdag - pagkalugi - fade margin

V - maximum landas pagkawala = 20 - (-100) + 12 - 12 120 = DB

Sa sandaling ang maximum landas pagkawala ay natagpuan, maaari mong mahanap ang hanay mula sa formula:

Distance (km) = 10 (maximum landas pagkawala - 32.44 - 20log (f)) / 20

kung saan f = dalas sa MHz. Halimbawa, kung ang maximum na landas pagkawala ay 120 DB sa isang dalas ng 2.45 GHz o 2450 MHz, ang hanay ay magiging:

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

Figure 1 ay nagpapakita ng mga relasyon sa pagitan ng maximum landas pagkawala at hanay sa isang dalas ng 2.45 GHz.

1. curve ay nagpapakita ng mga relasyon sa pagitan ng link na badyet o maximum landas pagkawala sa dBm at tinatayang saklaw sa kilometers.

Pagbibigay-kahulugan sa empirical Resulta

Habang empirical pamamaraan ay lubhang kapaki-pakinabang sa pagtukoy ng hanay, ito madalas ay mahirap na makamit ang ideal LOS para sa mga sukat sa totoong buhay at mahirap upang maunawaan kung magkano fade margin upang bumuo sa isang sistema. Sinusukat ang mga resulta ay maaaring makatulong sa makilala ang mga isyu na lampas RF pagtatanim ng halaman na maaaring makaapekto sa hanay ng isang sistema, tulad ng multipath paghahayupan, panghihimasok, at RF pagsipsip. Ngunit hindi lahat ng real-world pagsubok na ito ay ang parehong, kaya sa totoong buhay measurements ay dapat na ginagamit lalo na sa magbolster ang mga numero link budget kinakalkula sa itaas.

Mga kadahilanan na maaaring maka-impluwensya ang hanay nakakamit sa isang mula sa obserbasyon test isama antena makakuha, antena taas, at panghihimasok. Antenna makakuha ay isang mahalagang pinagkukunan ng pakinabang sa sistema. Kadalasan mga tagagawa ay patunayan ang kanilang mga radio upang gumana sa iba't ibang uri ng antennas mula sa mataas na makakuha Yagi at patch antennas sa mas katamtaman-pakinabang omnidirectional antennas. Ito ay mahalaga upang matiyak mga pagsusulit ay ginanap gamit ang parehong uri ng antena na may na ngayon ikaw ay gumagamit ng radio. Ang pagbabago mula sa isang 6-dBm antena sa isang 3-dBm antena sa parehong magpadala at tumanggap ng side ay magiging sanhi ng 6-dBm pagkakaiba sa link na badyet at bawasan ang saklaw ng kalahati.

Antenna Taas At Ang Fresnel Zone

Antenna taas ay isa pang pag-aalala para empirical measurements. Ang pagpapataas sa taas ng isang antena ay dalawang pangunahing mga bagay-bagay. Una, ito ay makakatulong sa makakuha ka sa itaas ng anumang mga posibleng obstructions tulad ng mga kotse, ang mga tao, mga puno, at mga gusali. Pangalawa, ito ay makakatulong sa makuha ang iyong mga tunay na RF LOS signal path ng hindi bababa sa 60% clearance sa Fresnel zone.

Ang Fresnel zone ay isang ellipsoid volume sa pagitan ng transmiter at receiver na ang mga lugar ay natutukoy ng mga haba ng daluyong ng signal. Ito ay isang kinakalkula na lugar na Nagsusumikap upang account para sa pagbara o pagdidiprakt ng radio waves. Ito ay ginagamit upang makalkula ang tamang clearance ng isang senyas ay dapat magkaroon ng sa paligid ng obstacles upang makamit ang pinakamainam na lakas ng signal. Ang isang pangkalahatang patakaran ng hinlalaki ay ang magkaroon ng LOS landas malinaw sa itaas ng mga obstacles na hindi hihigit sa 60% ng taas antenna.

Ang kurbada ng Earth ay maaari ring epekto LOS para sa pang-range wireless link. nagbibigay ng table ang ilang mga halimbawa ng epekto, kung saan taas ng Earth sa midpoint ng link landas ay hindi account para burol o iba pang mga tampok na lupain at ang antena taas achieves ng isang senyas na ay hindi bababa sa 60% sa Fresnel zone.
Sa maraming mga praktikal na mga setting, ang iyong transceivers maaaring hindi gumana sa isang mas mababang antena taas, ngunit ito ay isang magandang pumusta na ang mga tagagawa ilagay ang kanilang mga antennas sa isang naaangkop na taas. Para sa iyong application, dapat mong nagsusumikap upang magkaroon ng isang naaangkop na taas antena upang makamit ang pinakamahusay na saklaw. Figure 2 ay naglalarawan kung paano landas distance, balakid taas, at antena taas ay may kaugnayan sa Fresnel zone.

2. Ang ninanais na taas antenna ay tinutukoy ng mga balakid taas at factoring sa 60% margin sa pagpunan para sa Fresnel kondisyon zone.

Sa wakas, ingay at panghihimasok ay maaaring magkaroon ng negatibong epekto sa hanay ng isang wireless system. Ingay ay hindi maaaring kinokontrol ngunit dapat na isinasali sa hanay kung ito ay isang isyu. Sa pang-industriya, pang-agham, at mga medikal (ISM) pangawan sa 902 928 sa MHz (North America) at 2.4 GHz (sa buong mundo), panghihimasok ay kadalasang maaaring inaasahan, ngunit accounting para ito ay mahirap. Manufacturers maaaring gumanap empirical pagsubok lamang kapag panghihimasok ay hindi kasalukuyan. Tiyak na ito ay malamang na ang iyong kapaligiran ay may mas higit na panghihimasok kaysa ay naroroon sa panahon ng pagsubok ng gumagawa.

Buod

Sa gayon maraming mga variable sa isang sistema, kung paano maaari mong malaman kung ang hanay inaangkin ng isang tagagawa ay ilalapat sa iyong system? Kadalasan ito ay imposible upang malaman kung pagsusulit ay ginanap empirically o kung ang mga numero na hanay ay kalkulahin. Alinman sa dalawa, sa pamamagitan ng pagsusuri ang maximum pagpapadala ng kapangyarihan at ang receiver sensitivity, maaari kang bumuo ng isang baseline upang ihambing ang isang radio sa susunod. Paggamit ng mga numero, kasama ang isang set fade margin at anumang mga nadagdag dahil sa antennas o pagkalugi dahil sa RF cable, maaari mong kalkulahin ang isang maximum na link badyet. Pagkatapos ay gamitin ang distansya equation sa itaas upang kalkulahin ang iyong sariling hanay. Para sa iba't ibang aparatong de-radyo, ito ay dapat magbigay ng isang magandang baseline upang ihambing ang dalawa o tatlong mga sistema na nakakatugon sa iyong mga pangangailangan.

Upang maunawaan kung ang radios ay gagana sa iyong application, dapat magsikap ka para sa tumpak na mga pagsusulit real-mundo na maaaring account para sa antena taas, multipath, panghihimasok, at obstructions. Bimbin pagsusulit sa totoong buhay para sa iyong application at lamang pagkuha numero ng gumawa verbatim maaaring mag-iwan ka nagtatanong, "Ano ang aking mga hanay?"

Mag-iwan ng mensahe 

Listahan ng Mensahe