Κατανόηση Wireless Σειρά Υπολογισμοί

Ένα από τα βασικά υπολογισμών σε οποιοδήποτε ασύρματο σχεδιασμού είναι σειρά, η μέγιστη απόσταση μεταξύ πομπού και δέκτη για την κανονική λειτουργία. Το άρθρο αυτό προσδιορίζει τους παράγοντες που εμπλέκονται στον υπολογισμό εύρος και δείχνει πώς να εκτιμούν σειρά για να εξασφαλιστεί μια αξιόπιστη σύνδεση επικοινωνιών.

Γιατί πραγματική εμβέλεια μπορεί να μην ισούται καθορισμένο εύρος

Έχετε αγοράσει ποτέ ένα ασύρματο ραδιόφωνο για ένα ενσωματωμένο πρόγραμμα και ανακάλυψε ότι δεν έχετε επιτύχει η ραδιοσυχνότητα (RF) εύρους που αναγράφεται στο δελτίο; Γιατί αυτό? Είναι πιθανόν να οφείλεται σε διαφορές μεταξύ του πώς ο προμηθευτής μετράται το εύρος και τον τρόπο που χρησιμοποιείτε το ραδιόφωνο.

Προμηθευτές καθορίσει κυμαίνονται συνήθως από απορρέει ότι εμπειρικά από πραγματικό κόσμο δοκιμές ή με τη χρήση ενός υπολογισμού. Είτε προσέγγιση είναι μια χαρά, αρκεί να ευθύνονται για όλες τις μεταβλητές. Μια εμπειρική λύση, ωστόσο, μπορεί να αποκαλύψει πραγματικές καταστάσεις που υπολογισμοί δεν αντιμετωπίζουν.

Πριν συγκρίνουμε τις προσεγγίσεις, ας ορίσουμε ορισμένες όρους για να καταλάβουν τους αριθμούς κατασκευαστή ή σημαντικές μεταβλητές για τη σειρά.

Ισχύς και υπολογισμοί dBm

ισχύος RF είναι πιο συχνά εκφράζεται και μετριέται σε ντεσιμπέλ με μια αναφορά milliwatt, ή dBm. Ένα ντεσιμπέλ είναι λογαριθμική μονάδα που είναι ένας λόγος της ισχύος του συστήματος σε κάποιο αναφοράς. Μια τιμή ντεσιμπέλ των 0 είναι ισοδύναμη με αναλογία 1. Ντεσιμπέλ-milliwatt είναι η ισχύς εξόδου σε ντεσιμπέλ που αναφέρεται στο 1 mW.

Από dBm βασίζεται σε μια λογαριθμική κλίμακα, είναι μια απόλυτη μέτρηση ισχύος. Για κάθε αύξηση των 3 dBm υπάρχει σχεδόν διπλάσια ισχύ εξόδου, και κάθε αύξηση των 10 dBm αντιπροσωπεύει δεκαπλάσια αύξηση στην εξουσία. 10 dBm (10 mW) είναι 10 φορές πιο ισχυρό από 0 dBm (1 mW), και 20 dBm (100 mW) είναι 10 φορές πιο ισχυρό από 10 dBm.

Μπορείτε να μετατρέψετε μεταξύ mW και dBm με τους ακόλουθους τύπους:

P (dBm) = 10 • log10 (P (mW))

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

Για παράδειγμα, μια δύναμη του 2.5 mW σε dBm είναι:

dBm = 10log2.5 = 3.979

ή περίπου 4 dBm. Μια τιμή dBm των 7 dBm σε mW της εξουσίας είναι:

P = 107 / 10 100.7 = = 5 mW

Απώλεια διαδρομής

απώλεια διαδρομής είναι η μείωση της πυκνότητας ισχύος που παρουσιάζεται ως ένα ραδιοκύμα διαδίδεται σε μια απόσταση. Ο πρωταρχικός παράγοντας στην απώλεια διαδρομής είναι η μείωση της ισχύος του σήματος για την απόσταση των ίδιων των ραδιοκυμάτων. Τα ραδιοκύματα ακολουθούν ένα αντίστροφο τετράγωνο νόμο για την πυκνότητα ισχύος: η πυκνότητα ισχύος είναι ανάλογη με το αντίστροφο τετράγωνο της απόστασης. Κάθε φορά που θα διπλασιάσει την απόσταση, θα λάβετε μόνο το ένα τέταρτο της ισχύος. Αυτό σημαίνει ότι κάθε αύξηση 6-dBm σε ισχύ εξόδου διπλασιάζει τη δυνατή απόσταση που είναι εφικτό.

Εκτός από την ισχύ του πομπού, ένας άλλος παράγοντας που επηρεάζει εύρος είναι δέκτης ευαισθησία. Είναι συνήθως εκφράζεται σε -dBm. Δεδομένου ότι τόσο ισχύς εξόδου και η ευαισθησία του δέκτη αναφέρονται σε dBm, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε απλή πρόσθεση και αφαίρεση να υπολογιστεί η μέγιστη απώλεια διαδρομής ότι ένα σύστημα μπορεί να θεμελιωθεί:

Η μέγιστη απώλεια διαδρομής = μετάδοση ισχύος - ευαισθησία του δέκτη + κερδών - ζημιών

Κέρδη περιλαμβάνουν τυχόν κέρδη που προκύπτουν από κατεύθυνσης εκπομπής και / ή τη λήψη κεραιών. Τα κεραία κέρδη συνήθως εκφράζεται σε dBi αναφέρεται σε μια ισοτροπική κεραία. Απώλειες περιλαμβάνει οποιοδήποτε φίλτρο ή εξασθένηση καλωδίου ή γνωστές περιβαλλοντικές συνθήκες. Η σχέση αυτή μπορεί επίσης να δηλώνεται ως προϋπολογισμός σύνδεση, η οποία είναι η λογιστική όλων των κερδών και ζημιών ενός συστήματος για τη μέτρηση της ισχύος του σήματος στο δέκτη:

Λαμβανόμενη ισχύς = μετάδοση ισχύος + κερδών - ζημιών

Ο στόχος είναι να γίνει η λαμβανόμενη ισχύς είναι μεγαλύτερη από την ευαισθησία του δέκτη

Σε ελεύθερο χώρο (μια ιδανική κατάσταση), το αντίστροφο τετράγωνο νόμος είναι ο μόνος παράγοντας που επηρεάζει φάσμα. Στον πραγματικό κόσμο, ωστόσο, το εύρος μπορεί επίσης να αποικοδομούνται από άλλους παράγοντες:

• Εμπόδια όπως τοίχοι, τα δέντρα και τους λόφους μπορεί να προκαλέσει σημαντική απώλεια σήματος.

• Το νερό στον αέρα (υγρασία) μπορεί να απορροφήσει την ενέργεια RF.

• Τα μεταλλικά αντικείμενα μπορούν να αντανακλούν τα ραδιοκύματα, δημιουργώντας νέες εκδόσεις του σήματος. Αυτά τα πολλαπλά κύματα φτάνουν στο δέκτη σε διαφορετικούς χρόνους και καταστροφικά (και μερικές φορές εποικοδομητικά) παρεμβαίνουν με τον εαυτό τους. Αυτό ονομάζεται πολλαπλών διαδρομών.

fade Margin

Υπάρχουν πολλοί τύποι για την ποσοτικοποίηση αυτών των εμποδίων. Κατά τη δημοσίευση αριθμούς σειράς, ωστόσο, οι κατασκευαστές συχνά αγνοούν τα εμπόδια και τις κρατικές μόνο ένα line-of-sight (LOS) ή ιδανικός αριθμός εύρος διαδρομής. Για να είμαστε δίκαιοι με τον κατασκευαστή, είναι αδύνατο να γνωρίζουμε όλα τα περιβάλλοντα όπου μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα ραδιόφωνο, έτσι είναι αδύνατο να υπολογιστεί το συγκεκριμένο εύρος θα μπορούσε κανείς να επιτύχει. Οι κατασκευαστές θα περιλαμβάνουν μερικές φορές ένα περιθώριο εξασθένησης σε υπολογισμό τους να παρέχουν τέτοιες περιβαλλοντικές συνθήκες. Έτσι, η εξίσωση για τον υπολογισμό απόσταση γίνεται:

Η μέγιστη απώλεια διαδρομής = μετάδοση ισχύος - ευαισθησία του δέκτη + κερδών - ζημιών - περιθώριο εξασθένησης

Fade περιθώριο είναι ένα επίδομα ένας σχεδιαστής σύστημα περιλαμβάνει να λογοδοτήσουν για άγνωστες μεταβλητές. Όσο υψηλότερο είναι το περιθώριο εξασθένησης, τόσο καλύτερη είναι η συνολική ποιότητα σύνδεσμος θα είναι. Με ένα περιθώριο εξασθένησης στο μηδέν, ο προϋπολογισμός σύνδεση εξακολουθεί να ισχύει, μόνο σε συνθήκες LOS, το οποίο δεν είναι πολύ πρακτικό για τους περισσότερους σχέδια. Το ποσό των περιθώριο εξασθένησης να συμπεριλάβει στον υπολογισμό εξαρτάται από το περιβάλλον στο οποίο το σύστημα αναμένεται να αναπτυχθεί. Ένα περιθώριο εξασθένησης των 12 dBm είναι καλό, αλλά μια καλύτερη σειρά θα 20 30 σε dBm.

Ως παράδειγμα, ας υποθέσουμε ότι μια δύναμη μετάδοσης των 20 dBm, ευαισθησία δέκτη της -100 dBm, λαμβάνουν το κέρδος της κεραίας του 6 dBi, μεταδίδει το κέρδος της κεραίας του 6 dBi, και ένα περιθώριο εξασθένησης των 12 dB. απώλεια καλωδίου είναι αμελητέα:

Η μέγιστη απώλεια διαδρομής = μετάδοση ισχύος - ευαισθησία του δέκτη + κερδών - ζημιών - περιθώριο εξασθένησης

V - μέγιστη απώλεια διαδρομής = 20 - (-100) + 12 - 12 120 = dB

Μόλις βρεθεί η μέγιστη απώλεια διαδρομής, μπορείτε να βρείτε την περιοχή από τον τύπο:

Απόσταση (χλμ) = 10 (μέγιστη απώλεια διαδρομής - 32.44 - 20log (στ)) / 20

όπου f = συχνότητα σε MHz. Για παράδειγμα, εάν η μέγιστη απώλεια διαδρομής είναι 120 dB σε συχνότητα 2.45 GHz ή 2450 MHz, η σειρά θα είναι:

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

Το Σχήμα 1 δείχνει τη σχέση μεταξύ της μέγιστης απώλειας διαδρομής και το εύρος σε συχνότητα 2.45 GHz.

1. Η καμπύλη δείχνει τη σχέση μεταξύ του προϋπολογισμού σύνδεσμο ή μέγιστη απώλεια διαδρομής σε dBm και εκτιμώμενο εύρος σε χιλιόμετρα.

Ερμηνεύοντας τα εμπειρικά αποτελέσματα

Ενώ οι εμπειρικές μέθοδοι είναι πολύ χρήσιμες για τον προσδιορισμό της σειράς, συχνά είναι δύσκολο να επιτευχθεί ιδανική LOS σε πραγματικό κόσμο μετρήσεις και είναι δύσκολο να καταλάβουμε πόσο fade περιθώριο να χτίσει σε ένα σύστημα. Αποτελέσματα της μέτρησης μπορεί να βοηθήσει στον εντοπισμό των θεμάτων πέρα ​​μετάδοσης RF που μπορεί να επηρεάσει το εύρος του συστήματος, όπως η διάδοση πολλαπλών διαδρομών, παρεμβολές, και την απορρόφηση RF. Αλλά δεν είναι όλες οι δοκιμές σε πραγματικό κόσμο είναι το ίδιο, έτσι ώστε οι μετρήσεις του πραγματικού κόσμου θα πρέπει να χρησιμοποιούνται κατά κύριο λόγο για την ενίσχυση των αριθμών σύνδεσμο προϋπολογισμό υπολογίστηκε παραπάνω.

Παράγοντες που μπορούν να επηρεάσουν το εύρος επιτυγχάνεται σε μια εμπειρική δοκιμή περιλαμβάνουν κέρδος κεραίας, το ύψος της κεραίας, και παρεμβολές. κέρδος κεραίας είναι μια βασική πηγή κέρδους στο σύστημα. Συχνά οι κατασκευαστές θα πιστοποιεί το ραδιόφωνο τους να εργαστούν με διαφορετικούς τύπους κεραιών από υψηλής απολαβής Yagi και κεραίες patch για πιο μέτρια αύξηση κατευθυντική κεραία. Είναι σημαντικό να εξασφαλιστεί δοκιμές πραγματοποιήθηκαν με τον ίδιο τύπο κεραίας με την οποία χρησιμοποιούν σήμερα το ραδιόφωνο. Η αλλαγή από μια κεραία 6-dBm σε μια κεραία 3-dBm τόσο για την εκπομπή και λήψη πλευρά θα προκαλέσει μια διαφορά 6-dBm στον προϋπολογισμό σύνδεσμο και να μειώσει το εύρος κατά το ήμισυ.

Ύψος της κεραίας και ο Fresnel Zone

ύψος της κεραίας είναι μια άλλη ανησυχία για την εμπειρική μετρήσεις. Αυξάνοντας το ύψος της κεραίας κάνει δύο βασικά πράγματα. Πρώτον, μπορεί να σας βοηθήσει να πάρετε πάνω από τυχόν εμπόδια, όπως τα αυτοκίνητα, οι άνθρωποι, τα δέντρα και τα κτίρια. Δεύτερον, μπορεί να βοηθήσει να πάρει πραγματική διαδρομή του σήματος RF LOS σας τουλάχιστον 60% κάθαρση στη ζώνη Fresnel.

Η ζώνη Fresnel είναι ελλειψοειδές όγκος μεταξύ του πομπού και του δέκτη του οποίου η περιοχή ορίζεται από το μήκος κύματος του σήματος. Είναι μια περιοχή υπολογισμού που προσπαθεί να εξηγήσει την απόφραξη ή περίθλαση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Είναι που χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό της σωστής κάθαρση ένα σήμα πρέπει να έχει γύρω από τα εμπόδια για να επιτευχθεί η βέλτιστη ισχύς του σήματος. Ένας γενικός κανόνας είναι να έχουμε την πορεία LOS σαφές πάνω από τα εμπόδια που δεν είναι τίποτα περισσότερο από ό, τι 60% του ύψους της κεραίας.

Η καμπυλότητα της Γης μπορεί επίσης να επηρεάσει LOS για ασύρματες συνδέσεις μεγάλης εμβέλειας. Ο πίνακας παρέχει μερικά παραδείγματα των επιπτώσεων, όπου το ύψος της Γης στο μέσο της διαδρομής σύνδεσμος δεν αντιπροσωπεύουν λόφους ή άλλα χαρακτηριστικά του εδάφους και το ύψος της κεραίας επιτυγχάνει ένα σήμα που είναι τουλάχιστον 60% στη ζώνη Fresnel.
Σε πολλές πρακτικές ρυθμίσεις, πομποδέκτες σας μπορεί να λειτουργήσει με χαμηλότερο ύψος της κεραίας, αλλά είναι ένα καλό στοίχημα ότι οι κατασκευαστές τοποθετούν τις κεραίες τους σε κατάλληλο ύψος. Για την εφαρμογή σας, θα πρέπει να προσπαθήσουν να έχουν ένα κατάλληλο ύψος της κεραίας για να επιτευχθεί η καλύτερη σειρά. Το σχήμα απεικονίζει τον τρόπο 2 απόσταση διαδρομής, το ύψος εμπόδιο, και το ύψος της κεραίας συνδέονται με τη ζώνη Fresnel.

2. Το επιθυμητό ύψος της κεραίας καθορίζεται από το ύψος του εμποδίου και factoring στην 60 περιθώριο% για να αντισταθμίσει τις συνθήκες της ζώνης Fresnel.

Τέλος, ο θόρυβος και η παρεμβολή μπορεί να έχει αρνητικό αντίκτυπο στην εμβέλεια ενός ασύρματου συστήματος. Ο θόρυβος δεν μπορεί να ελεγχθεί, αλλά θα πρέπει να ληφθεί υπόψη και το εύρος αν είναι ένα ζήτημα. Στις βιομηχανικές, επιστημονικές και ιατρικές (ISM) ζώνες στο 902 928 σε MHz (Βόρεια Αμερική) και 2.4 GHz (σε παγκόσμιο επίπεδο), μπορεί συχνά να αναμένεται παρέμβαση, αλλά αντιπροσωπεύοντας είναι δύσκολο. Οι κατασκευαστές μπορούν να εκτελούν εμπειρικές δοκιμές μόνο όταν η παρεμβολή δεν είναι παρούσα. Είναι σίγουρα πιθανό ότι το περιβάλλον σας έχει μεγαλύτερη παρέμβαση από ό, τι ήταν παρών κατά τη διάρκεια της δοκιμής του κατασκευαστή.

Χαρακτηριστικά

Με τόσες πολλές μεταβλητές σε ένα σύστημα, πώς μπορείτε να ξέρετε αν η περιοχή ζητηθεί από έναν κατασκευαστή θα ισχύει για το σύστημά σας; Συχνά είναι αδύνατο να γνωρίζουμε αν οι δοκιμές έγιναν εμπειρικά ή αν υπολογίστηκαν οι αριθμοί σειράς. Είτε έτσι είτε αλλιώς, αναλύοντας τη μέγιστη ισχύ μετάδοσης και την ευαισθησία του δέκτη, μπορείτε να δημιουργήσετε μια βάση για να συγκρίνετε ένα ραδιόφωνο στο επόμενο. Χρησιμοποιώντας αυτούς τους αριθμούς, μαζί με ένα περιθώριο σύνολο ξεθωριάζει και τυχόν κέρδη λόγω κεραίες ή ζημίες που οφείλονται σε καλώδια RF, μπορείτε να υπολογίσετε το μέγιστο προϋπολογισμό σύνδεσμο. Στη συνέχεια, χρησιμοποιήστε την εξίσωση απόσταση παραπάνω για να υπολογίσετε το δικό σας εύρος. Για διάφορες ασύρματες συσκευές, αυτό θα πρέπει να παρέχει μια καλή βασική γραμμή για να συγκρίνει δύο ή τρία συστήματα που ανταποκρίνονται στις ανάγκες σας.

Για να καταλάβετε αν τα ραδιόφωνα θα λειτουργήσει στην αίτησή σας, θα πρέπει να καταβάλουν προσπάθειες για ακριβή πραγματικό κόσμο τεστ που μπορεί να ευθύνεται για το ύψος της κεραίας, πολλαπλών διαδρομών, παρεμβολές και εμπόδια. Η καθυστέρηση στον πραγματικό κόσμο δοκιμές για την εφαρμογή σας και λαμβάνοντας μόνο αριθμούς του κατασκευαστή λέξη μπορεί να σας αφήσει ζητώντας, "Τι είναι σειρά μου;"

Αφήστε μήνυμα 

Λίστα μηνυμάτων