了解無線範圍計算

一密鑰的計算中的任何無線設計的是範圍，對正常操作發射器和接收器之間的最大距離。 本文確定參與計算範圍內的因素，並展示了如何估計的範圍，以確保可靠的通信鏈路。

為什麼實際範圍可能不等於指定範圍

你有沒有購買無線電台的嵌入式項目，發現你沒有達到射頻（RF）範圍在數據表中規定？ 這是為什麼？ 這可能是由於供應商如何測量的範圍，以及如何使用無線電之間的差異。

供應商通常由來自真實測試憑經驗導出，或通過使用一個計算確定範圍。 無論哪種方式是罰款，只要你佔了所有變量。 一個經驗溶液，但是，可能揭示現實世界該計算不處理的情況。

在我們比較的方法，讓我們來定義一些術語，了解製造商的數字或相關變量的範圍。

權力與dBm的計算

RF功率是最常見的，並表示以分貝與毫瓦參考，或dBm測量。 甲分貝是一個對數裝置，它是系統的一些參考的功率的​​比率。 0的分貝值相當於1的比率。 分貝毫瓦的輸出功率，單位為分貝參考1毫瓦。

因為dBm的是基於對數尺度，它是一個絕對功率測量。 對於每增加3 dBm時有大致輸出功率的兩倍，而且每增加10 dBm為代表增加了10倍的力量。 10 dBm的（10 MW）是10倍0 dBm的（1毫瓦），和20 dBm的（100毫瓦），更強大的是10倍10 dBm的更強大。

您可以使用下列公式毫瓦和dBm的之間的轉換：

P（DBM）= 10•log10（P（MW））

P（MW）= 10（P（DBM）/ 10）

例如，2.5毫瓦的以dBm的功率是：

dBm的= 10log2.5 = 3.979

或約4 dBm的。 7 dBm的的dBm的價值兆瓦的是：

P = 107 / 10 = 100.7 = 5毫瓦

路徑損耗

路徑損耗是發生作為無線電波傳播一段距離中功率密度的減少。 在路徑損耗的主要因素是減小的信號強度隨距離的無線電波本身。 無線電波遵循平方反比定律功率密度：功率密度成比例的距離的平方成反比。 你加倍的距離每一次，你只能得到四分之一的電力。 這意味著每6-dBm的增加的輸出功率增加一倍的距離可以是可以實現的。

除了發射功率，影響範圍的另一個因素是接收機的靈敏度。 它通常表示在-dBm。 由於輸出功率和接收靈敏度的單位為dBm的說明，您可以用簡單的加減法計算最大路徑損耗，一個系統可以產生：

最大路徑損耗=發送功率 - 接收靈敏度+收益 - 虧損

收益包括任何的收益，定向傳送產生和/或接收天線。 天線增益通常用dBi的參考全向天線。 損失包括任何過濾器或電纜衰減或已知的環境條件。 這種關係也可以被表示為一個鏈路預算，這是所有增益和一個系統來測量接收機處的信號強度的損失的會計：

接收功率=發射功率+收益 - 虧損

我們的目標是使接收到的功率比的接收靈敏度更大的

在自由空間（理想狀態），平方反比定律是影響範圍內的唯一因素。 在現實世界中，但是，也量程可降解由其他因素：

•障礙如牆壁，樹木，和丘陵可引起顯著信號損失。

•水在空氣（濕度）可以吸收RF能量。

•金屬物體會反射無線電波，創造了信號的新版本。 這些多重波到達接收器在不同時間和破壞性（有時建設性）干擾自己。 這就是所謂的多徑。

衰落餘量

有許多公式量化這些障礙。 當發布範圍內的數字，但是，廠家往往忽略了障礙，國家只（LOS）或理想的路徑數範圍的視線線。 公平地講，製造商，它不可能知道所有的地方可以使用無線的環境中，所以不可能計算出特定範圍內的一個可能實現的。 製造商有時將包括衰落餘量到他們的計算來提供這種環境條件。 因此，該方程為距離計算變成：

最大路徑損耗=發射功率 - 接收靈敏度+收益 - 虧損 - 衰落餘量

衰落餘量是津貼制度設計，包括考慮到未知變量。 在衰落餘量越高，更好的整體鏈路質量會。 與衰落餘量設置為零，鏈路預算仍然是有效的，僅在LOS條件，這是不適合大多數設計非常實用。 衰落餘量的量，以包括在一個計算取決於在該系統預計要部署的環境。 12 dBm的衰落餘量是好的，但一個更好的數量將20 30到dBm的。

作為一個例子，假設20 dBm時，-100 dBm的接收靈敏度的傳輸功率，接收6 dBi的天線增益，發射6 dBi的天線增益，和12分貝的衰落餘量。 電纜損耗可以忽略不計：

最大路徑損耗=發射功率 - 接收靈敏度+收益 - 虧損 - 衰落餘量

v - 輸出的最大路徑損耗= 20 - （-100）+ 12 - 12 120 =分貝

一旦最大路徑損耗已經找到了，你可以找到從公式的範圍內：

距離（公里）= 10（最大路徑損耗 - 32.44 - 20log（F））/ 20

其中f =頻率以MHz為單位。 例如，如果最大路徑損耗是120分貝2.45 GHz或2450兆赫的頻率，範圍將是：

距離（公里）= 10（120 - 32.44 - 67.78）/ 20 9.735 =公里

圖1示出了在2.45 GHz的頻率的最大路徑損耗和範圍之間的關係。

1。 曲線顯示以dBm鏈路預算或最大路徑損耗和估計的範圍以公里之間的關係。

解釋實證結果

雖然經驗方法是在確定的範圍內非常有用的，它往往是難以實現的理想LOS真實世界的測量，很難理解多少衰落餘量構築成一個系統。 測得的結果可以幫助確定超出RF傳播問題可能影響系統的範圍內，如多徑傳播，干擾，和RF吸收。 但不是所有的真實測試是相同的，所以實際的測量值應主要用於加強上述計算出的鏈路預算的數字。

這可以影響進行了實證檢驗所取得的一系列因素包括天線增益，天線高度和干擾。 天線增益是系統的增益的主要來源。 通常，製造商將證明他們的電台與不同類型的高增益八木天線和貼片天線，以較溫和的增益全向天線工作。 以確保測試與您現在使用的無線用相同類型的天線進行是重要的。 從6-dBm的天線到3-dBm的天線改變在兩個發送和接收側將導致在鏈路預算中一個6-dBm的差異和減少一半的範圍內。

天線高度和菲涅耳區

天線高度是實驗測量的另一個問題。 提高天線的高度做兩件事。 首先，它可以幫助你上面，如汽車，人，樹和建築物的任何可能的障礙物。 第二，它可以幫助你的真實的RF LOS信號通路中的菲涅耳區至少有60％的間隙。

菲涅耳帶是在發射機和接收機，其面積是由信號的波長定義之間的橢球的體積。 這是致力於考慮無線電波的堵塞或衍射的計算面積。 它被用來計算適當的間隙信號應該繞過障礙，以達到最佳的信號強度。 一般的經驗法則是有LOS路徑明確以上是天線的高度不超過60％的障礙。

地球的曲率也可以影響的LOS遠距離無線鏈路。 該表提供的影響，其中，在地球的鏈接路徑的中點高度不佔丘陵或其他地形特徵和天線高度一些實例中實現的信號是至少60％，在菲涅耳區。
在很多實際的設置，您可以收發器具有較低的天線高度的功能，但它是一個不錯的選擇，該製造商將它們的天線在適當的高度。 對於您的應用程序，你應該力爭有一個合適的天線高度，以達到最佳的範圍。 圖2說明如何路徑距離，障礙物的高度，和天線高度相關的菲涅耳帶。

2。 所需的天線高度由障礙物高度和保在60％的保證金確定為補償菲涅耳區的條件。

最後，噪聲和干擾可以對無線系統的範圍內的負面影響。 噪聲不能被控制，但應考慮的因素的範圍，如果它是一個問題。 在902工業，科學，和醫學（ISM）頻帶928兆赫（北美）和2.4千兆赫（全球），干擾通常可以預期的，但佔它是困難的。 只有當干擾不存在，製造商可以進行實證檢驗。 這當然是可能是您的環境中有更大的干擾比是製造商的測試時在座。

總結

隨著系統中這麼多的變數，你怎麼能知道由製造商聲稱的範圍是否適用於你的系統？ 常是不可能知道的測試是否憑經驗進行，或者如果計算的範圍內的數字。 無論哪種方式，通過分析最大發送功率和接收靈敏度，可以生成一個基線到一個無線電比較到下一個。 利用這些數據，擁有一整套的衰落餘量，並且由於天線或由於射頻電纜損失的任何收益一起，就可以計算出最大鏈路預算。 然後使用以上的距離公式來計算自己的範圍。 對於各種無線電設備，這應該提供一個良好的基線將兩個或三個系統滿足您的需求進行比較。

要了解如果收音機會在你的應用程序中工作，你應該努力準確真實世界的測試，可以考慮天線高度，多徑干擾和阻礙。 延遲真實測試您的應用程序，僅採取製造商的數量逐字可能會離開你問，“什麼是我的範圍是多少？”

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