درک محاسبات محدوده بی سیم

یکی از محاسبات کلیدی در هر طراحی بی سیم وسیعی است، حداکثر فاصله بین فرستنده و گیرنده برای عمل طبیعی است. این مقاله شناسایی عوامل موثر در محاسبه دامنه و نشان می دهد که چگونه به برآورد وسیعی برای اطمینان از یک لینک ارتباطی قابل اعتماد.

چرا محدوده واقعی ممکن است مساوی نباشد بیان محدوده

آیا تا به حال یک رادیو بی سیم برای یک پروژه جاسازی شده خریداری و کشف کرد که شما به آن دست نیافت فرکانس رادیویی (RF) محدوده در datasheet بیان شده است؟ چرا اینطور است؟ این احتمالا به دلیل تفاوت بین چگونه تامین کننده اندازه گیری محدوده و چگونه شما با استفاده از رادیو و تلویزیون.

تامین کننده معمولا وسیعی توسط استخراج آن را به تجربه از آزمون در دنیای واقعی و یا با استفاده از یک محاسبه تعیین می کند. هر دو روش تا زمانی که شما برای همه متغیرها به حساب خوب است. یک راه حل تجربی، با این حال، ممکن است موقعیت های دنیای واقعی که محاسبات را حل نمیکند را نشان دهد.

قبل از اینکه ما روش مقایسه، اجازه دهید چند اصطلاح تعریف به درک اعداد یک تولید کننده یا متغیرهای مربوط به محدوده.

قدرت و محاسبات DBM به

قدرت RF است که اغلب بیان و در دسی بل با یک مرجع میلی وات یا DBM را اندازه گیری کرد. دسیبل یک واحد لگاریتمی است که نسبت توان این سیستم را به برخی مرجع است. مقدار دسی بل 0 معادل نسبت 1 به است. دسیبل-میلی وات توان خروجی در دسی بل اشاره به 1 میلی وات است.

از آنجا که به dBm است در یک مقیاس لگاریتمی است، آن را به یک اندازه گیری قدرت مطلق است. با هر افزایش 3 DBM به وجود تقریبا دو برابر توان خروجی، و هر افزایش 10 DBM را نشان دهنده یک افزایش ده برابر در قدرت است. 10 DBM به (10 میلی وات) است بار 10 قوی تر از 0 DBM به (1 میلی وات)، و 20 DBM به (100 میلی وات) است بار 10 قوی تر از 10 DBM.

شما می توانید بین میلی وات و dBm با استفاده از فرمول های زیر تبدیل:

P (DBM) = 10 • log10 (P (میلی وات))

P (میلی وات) = 10 (P (DBM) / 10)

برای مثال، یک قدرت 2.5 میلی وات در DBM است:

DBM به = 10log2.5 = 3.979

و یا در مورد 4 DBM. ارزش DBM را از 7 DBM در مگاوات برق است:

P = 107 / 10 = 100.7 = 5 میلی وات

از دست دادن مسیر

از دست دادن مسیر کاهش تراکم قدرت است که رخ می دهد به عنوان یک موج رادیویی منتشر بیش از یک فاصله است. عامل اصلی در از دست دادن مسیر کاهش قدرت سیگنال از راه دور از امواج رادیویی خود است. امواج رادیویی را دنبال قانون مربع معکوس برای تراکم قدرت: چگالی توان متناسب با مربع معکوس فاصله است. هر بار که شما دو برابر فاصله، شما دریافت فقط یک چهارم قدرت. این به این معنی است که هر افزایش 6-DBM در قدرت خروجی فاصله ممکن است که دست یافتنی دو برابر.

علاوه بر قدرت فرستنده، عامل دیگری موثر بر محدوده حساسیت گیرنده است. این است که معمولا در -dBm بیان شده است. از آنجا که هر دو قدرت خروجی و حساسیت گیرنده می در DBM اظهار داشت، شما می توانید علاوه بر ساده و تفریق برای محاسبه از دست دادن مسیر حداکثر است که یک سیستم می تواند متحمل استفاده کنید:

حداکثر از دست دادن مسیر = انتقال قدرت - حساسیت گیرنده + سود - ضرر و زیان

دستاوردهای شامل هر گونه سود حاصل از انتقال جهت و / یا دریافت آنتن. دستاوردهای آنتن ها معمولا در دسی بلی بیان اشاره به یک آنتن ایزوتروپیک. ضرر و زیان هر فیلتر و یا میرایی کابل و یا شرایط محیطی شناخته شده است. این رابطه می تواند به عنوان یک بودجه لینک است که حسابداری از همه سود و زیان از یک سیستم برای اندازه گیری قدرت سیگنال در گیرنده اظهار کرد:

دریافت قدرت = انتقال قدرت + سود - ضرر و زیان

هدف این است که به قدرت دریافت بیشتر از حساسیت گیرنده

در فضای آزاد (یک وضعیت ایده آل)، قانون مربع معکوس تنها عامل موثر محدوده است. در دنیای واقعی، با این حال، طیف وسیعی همچنین می تواند توسط عوامل دیگر تخریب:

• موانع مانند دیوار، درخت و تپه می از دست دادن سیگنال قابل توجهی شود.

• آب در هوا (رطوبت) می تواند انرژی RF را جذب کند.

• اشیاء فلزی می توانید امواج رادیویی منعکس کننده، ایجاد نسخه های جدید از سیگنال قرار دارند. این امواج چند رسیدن به گیرنده در زمان و مخرب (و گاهی اوقات سازنده) مختلف تداخل با خود. این است که به نام چند.

محو شدن حاشیه

فرمولهای بسیاری برای کمی این موانع وجود دارد. هنگام انتشار تعداد وسیعی، با این حال، تولید کنندگان اغلب موانع و دولت تنها یک خط از دید (LOS) و یا شماره وسیعی مسیر ایده آل را نادیده گرفت. در عدالت به تولید کننده، آن را غیر ممکن است که تمام محیط های که در آن یک رادیو استفاده می شود، به طوری که آن را غیر ممکن به محاسبه محدوده خاص ممکن است دست یابد. تولید کنندگان گاهی اوقات شامل یک حاشیه محو شدن را به محاسبه خود را برای چنین شرایطی زیست محیطی. بنابراین، معادله برای محاسبات از راه دور می شود:

حداکثر از دست دادن مسیر = انتقال قدرت - تلفات - - حساسیت گیرنده + سود حاشیه محو

حاشیه محو شدن کمک هزینه یک طراح سیستم شامل به حساب برای متغیرهای ناشناخته است. حاشیه محو شدن بالاتر، بهتر کیفیت کلی لینک خواهد شد. با حاشیه محو مجموعه به صفر، بودجه لینک است که هنوز هم معتبر است، تنها در شرایط LOS، که بسیار عملی برای بسیاری از طرح های است. میزان مارجین محو شامل در یک محاسبه بستگی به محیطی که در آن سیستم انتظار می رود مستقر می شود. حاشیه محو از 12 DBM را خوب است، اما تعداد بهتر خواهد بود به 20 DBM به 30.

به عنوان مثال، فرض کنیم یک انتقال قدرت از 20 DBM، حساسیت گیرنده -100 DBM، دریافت آنتن از 6 دسی بلی، انتقال آنتن از 6 دسی بلی، و یک حاشیه محو از 12 دسی بل. از دست دادن کابل قابل اغماض است:

حداکثر از دست دادن مسیر = انتقال قدرت - تلفات - - حساسیت گیرنده + سود حاشیه محو

V - حداکثر از دست دادن مسیر = 20 - (-100) + 12 - 12 = 120 دسی بل

هنگامی که از دست دادن مسیر حداکثر یافت شده است، شما می توانید محدوده از فرمول را پیدا کنید:

فاصله (کیلومتر) = 10 (حداکثر از دست دادن مسیر - 32.44 - 20log (F)) / 20

که در آن f = فرکانس در مگاهرتز. برای مثال، اگر از دست دادن مسیر حداکثر 120 دسی بل در فرکانس 2.45 گیگاهرتز یا 2450 مگاهرتز است، طیف وسیعی خواهد بود:

فاصله (کیلومتر) = 10 (120 - 32.44 - 67.78) / 20 = 9.735 کیلومتر

شکل 1 رابطه بین از دست دادن مسیر حداکثر و وسیعی در فرکانس 2.45 گیگاهرتز نشان می دهد.

1. منحنی رابطه بین بودجه از لینک و یا حداکثر از دست دادن مسیر در DBM و دامنه برآورد در کیلومتر نشان می دهد.

تفسیر نتایج تجربی

در حالی که روش های تجربی در تعیین محدوده بسیار مفید هستند، اغلب دشوار برای رسیدن به ایده آل سرویس برای اندازه گیری در دنیای واقعی و دشوار به درک چه مقدار حاشیه محو به ساخت را به یک سیستم است. نتایج اندازه گیری می تواند کمک به شناسایی مسائل فراتر از انتشار RF که ممکن است طیف وسیعی از یک سیستم تاثیر می گذارد، مانند انتشار چند، تداخل، و جذب RF. اما همه آزمایش در دنیای واقعی یکسان هستند، بنابراین اندازه گیری در دنیای واقعی باید در درجه اول استفاده برای تقویت اعداد بودجه لینک محاسبه شده در بالا.

عواملی که می تواند طیف وسیعی به دست آمده در یک آزمون تجربی عبارتند از آنتن، ارتفاع آنتن، و دخالت. آنتن منبع اصلی افزایش در سیستم است. اغلب تولید کنندگان خواهد رادیویی خود گواهی برای کار با انواع مختلف آنتن از بالا دست آوردن یاگی و آنتن پچ به دست آوردن معتدل تر چندوجهی با آنتن. این مهم است که برای اطمینان از آزمون با همان نوع از آنتن انجام شد که شما با آن در حال حاضر با استفاده از رادیو و تلویزیون. تغییر از یک آنتن 6-DBM را به یک آنتن 3-DBM در هر دو طرف ارسال و دریافت خواهد شد که تفاوت 6-DBM در بودجه لینک علت و کاهش دامنه به نصف.

آنتن ارتفاع و فرنل منطقه

ارتفاع آنتن یکی دیگر از نگرانی برای اندازه گیری های تجربی است. بالا بردن ارتفاع آنتن می کند دو چیز اصلی. اول، آن را می توانید به شما کمک کند هر مانعی را از بالا ممکن است مانند اتومبیل، مردم، درختان، و ساختمان. دوم، آن می تواند کمک به درست RF LOS مسیر سیگنال خود را حداقل 60 ترخیص کالا از گمرک٪ در منطقه فرنل.

منطقه فرنل حجم بیضی بین فرستنده و گیرنده که منطقه توسط طول موج سیگنال تعریف شده است. این منطقه محاسبه شده است که تلاش به حساب برای انسداد یا پراش امواج رادیویی است. آن را مورد استفاده برای محاسبه ترخیص کالا از گمرک مناسب یک سیگنال باید در اطراف موانع باید برای رسیدن به قدرت سیگنال مطلوب. یک قانون کلی این است که مسیر LOS بالاتر از موانعی که بیش از 60٪ از ارتفاع آنتن روشن است.

انحنای زمین همچنین می توانید سطح سرویس برای لینک های بی سیم دور برد تاثیر بگذارد. جدول فراهم می کند برخی از نمونه های ضربه ای، که در آن ارتفاع زمین در نقطه میانی از مسیر لینک می کند تپه یا دیگر ویژگی های زمین و ارتفاع آنتن را به خود اختصاص نمی دستیابی یک سیگنال حداقل 60٪ است که در منطقه فرنل.
در بسیاری از تنظیمات عملی، فرستنده و گیرنده شما ممکن است با ارتفاع آنتن کمتر تابع، اما آن را شرط خوب که تولید کنندگان آنتن های خود و در ارتفاع مناسب است. برای استفاده خود را، شما باید در تلاش برای یک ارتفاع آنتن مناسب برای رسیدن به بهترین محدوده. شکل 2 نشان میدهد که چگونه فاصله مسیر، ارتفاع مانع، و ارتفاع آنتن به منطقه فرنل مربوط.

2. ارتفاع آنتن مورد نظر را توسط ارتفاع مانع و با در٪ حاشیه 60 برای شرایط منطقه فرنل جبران تعیین می شود.

در نهایت، نویز و تداخل می تواند تاثیر منفی بر روی طیف وسیعی از سیستم های بی سیم. سر و صدا نمی تواند کنترل شود اما باید به محدوده عامل اگر آن را یک مسئله است. در گروههای صنعتی، علمی و پزشکی (ISM) در 902 به 928 مگاهرتز (شمال امریکا) و 2.4 گیگاهرتز (در سراسر جهان)، تداخل اغلب می تواند انتظار می رود، اما حسابداری برای آن دشوار است. تولید کنندگان ممکن است آزمون های تجربی انجام تنها زمانی که دخالت وجود ندارد. این قطعا احتمال وجود دارد که محیط زیست خود را دارد دخالت بیشتر از طول تست سازنده حاضر بود.

خلاصه

با متغیرهای بسیاری در یک سیستم، چگونه می تواند به شما می دانم که آیا محدوده ادعا شده توسط یک تولید کننده را به سیستم خود اعمال خواهد شد؟ اغلب غیر ممکن است به مطمئن شوید که آزمایشهای تجربی انجام شد و یا اگر تعداد محدوده محاسبه شد. در هر صورت، با تجزیه و تحلیل حداکثر انتقال قدرت و حساسیت گیرنده، شما می توانید یک پایه به مقایسه یک رادیو به بعد تولید کند. با استفاده از این شماره، همراه با یک حاشیه مجموعه ای محو شدن و هر گونه سود با توجه به آنتن و یا تلفات ناشی از کابل RF، شما می توانید حداکثر بودجه لینک را محاسبه کند. سپس معادله فاصله بالا برای محاسبه دامنه خود استفاده کنید. برای دستگاه های رادیویی مختلف، این باید یک خط مبنا خوب برای مقایسه دو یا سه سیستم است که نیازهای خود را.

به درک اگر رادیو را در برنامه خود کار خواهد کرد، شما باید برای آزمایش دقیق در دنیای واقعی که می تواند برای ارتفاع آنتن، چند، تداخل، و موانع حساب تلاش. به تاخیر انداختن آزمایش در دنیای واقعی برای نرم افزار ها و تنها در نظر گرفتن اعداد سازنده کلمه به کلمه ممکن است از شما خواسته است، ترک "محدوده من چیست؟"

ترک یک پیام 

فهرست پیام