فهم الحسابات المدى اللاسلكي

واحد من الحسابات الرئيسية في أي تصميم لاسلكي هو المدى، المسافة القصوى بين المرسل والمستقبل للتشغيل العادي. تحدد هذه المادة العوامل التي تدخل في حساب مجموعة ويظهر كيفية تقدير مدى لضمان وجود صلة اتصالات موثوقة.

لماذا المدى الفعلي قد لا المتساوية الواردة المدى

هل سبق لك أن اشتريت لاسلكية لمشروع جزءا لا يتجزأ من واكتشفت أنك لم تحقق تردد الراديو (RF) النطاق المحدد في ورقة البيانات؟ لماذا هذا؟ انها على الارجح بسبب الخلافات بين كيفية قياس المورد نطاق وكيف كنت تستخدم الراديو.

الموردين عادة تحديد مجموعة عن طريق اشتقاق ذلك تجريبيا من التجارب في العالم الحقيقي أو باستخدام حساب. أما النهج على ما يرام طالما أنك حساب لجميع المتغيرات. حل عملي، ومع ذلك، قد تكشف عن حالات العالم الحقيقي أن الحسابات لا تعالج.

قبل قارنا النهج، دعونا تعريف بعض المصطلحات لفهم الأرقام منتج أو المتغيرات ذات الصلة لمجموعة.

السلطة والحسابات ديسيبل

وأعرب الأكثر شيوعا السلطة RF وتقاس بوحدة الديسيبل مع إشارة الواط، أو ديسيبل. A ديسيبل هو وحدة لوغاريتمي التي هي نسبة قوة النظام لبعض المراجع. قيمة ديسيبل من 0 ما يعادل نسبة 1. ديسيبل الواط هو انتاج الطاقة في ديسيبل المشار إليه 1 ميغاواط.

منذ يستند ديسيبل على مقياس لوغاريتمي، هو قياس القوة المطلقة. مقابل كل زيادة من 3 ديسيبل هناك ما يقرب من ضعف انتاج الطاقة، وكل زيادة 10 ديسيبل تمثل زيادة عشرة أضعاف في السلطة. 10 ديسيبل (10 ميغاواط) غير مرة 10 أقوى من 0 ديسيبل (1 ميغاواط)، و20 ديسيبل (100 ميغاواط) هي الأوقات 10 أقوى من 10 ديسيبل.

يمكنك تحويل بين ميغاواط وديسيبل باستخدام الصيغ التالية:

P (ديسيبل) = 10 • log10 (P (ميغاواط))

P (ميغاواط) = 10 (P (ديسيبل) / 10)

على سبيل المثال، قوة 2.5 ميغاواط في ديسيبل هي:

ديسيبل = = 10log2.5 3.979

أو عن 4 ديسيبل. قيمة ديسيبل من 7 ديسيبل في ميغاواط من الطاقة هي:

P = 107 / 10 100.7 = = 5 ميغاواط

فقدان الطريق

فقدان الطريق هو انخفاض في كثافة الطاقة الذي يحدث كما تنتشر موجة الراديو على مسافة. العامل الرئيسي في خسارة المسار هو انخفاض في قوة الإشارة على مسافة موجات الراديو أنفسهم. موجات الراديو تتبع قانون التربيع العكسي لكثافة الطاقة: كثافة القدرة يتناسب مع التربيع العكسي للمسافة. في كل مرة كنت مضاعفة المسافة، تتلقى ربع فقط قوة. وهذا يعني أن كل زيادة 6-ديسيبل في انتاج الطاقة تضاعف مسافة ممكنة يمكن تحقيقه.

إلى جانب قوة الارسال، وعامل آخر يؤثر على النطاق حساسية المتلقي. عادة ما يتم التعبير عن ذلك في -dBm. منذ يتم إدراج كل من انتاج الطاقة وحساسية المتلقي في ديسيبل، يمكنك استخدام إضافة بسيطة والطرح لحساب خسارة مسار القصوى التي يمكن للنظام تتكبد:

فقدان مسار القصوى = نقل الطاقة - حساسية المتلقي + المكاسب - خسائر

وتشمل المكاسب أي مكاسب الناتجة عن الإرسال الاتجاه و / أو هوائيات استقبال. عادة ما يتم التعبير عن المكاسب الهوائي في ديسيبل الإشارة إلى هوائي موحد الخواص. وتشمل الخسائر أي مرشح أو كابل توهين أو الظروف البيئية المعروفة. ويمكن أيضا أن يذكر هذه العلاقة كميزانية الارتباط، الذي هو محاسبة جميع المكاسب والخسائر من نظام لقياس قوة الإشارة في جهاز الاستقبال:

القدرة المستقبلة = نقل الطاقة + المكاسب - خسائر

الهدف هو جعل السلطة تلقت أكبر من حساسية المتلقي

في الفضاء الحر (وهي حالة مثالية)، وقانون التربيع العكسي هو العامل الوحيد الذي يؤثر على المدى. في العالم الحقيقي، ولكن، ومجموعة ويمكن أيضا أن تدهورت بفعل عوامل أخرى:

• العقبات مثل الجدران والأشجار والتلال يمكن أن يسبب فقدان إشارة كبيرة.

• الماء في الهواء (الرطوبة) يمكن أن تمتص الطاقة RF.

• يمكن الأجسام المعدنية أن تعكس موجات الراديو، وخلق الإصدارات الجديدة للإشارة. هذه الموجات متعددة تصل إلى المتلقي في أوقات مختلفة والمدمر (وأحيانا بناء) تتداخل مع أنفسهم. وهذا ما يسمى المتعددة.

تتلاشى الهامش

هناك العديد من الصيغ لقياس هذه العقبات. عند نشر أرقام مجموعة، ولكن الشركات المصنعة غالبا ما تتجاهل العقبات والدولة فقط خط البصر (LOS) أو المثالي عدد مجموعة المسار. في الإنصاف للمصنع، فإنه من المستحيل أن يعرف كل البيئات التي يمكن استخدام جهاز لاسلكي، لذلك فمن المستحيل لحساب مجموعة محددة يمكن للمرء أن تحقيق. وسوف تشمل مصنعي أحيانا هامش تتلاشى في حسابها لتوفير مثل هذه الظروف البيئية. وبالتالي، فإن المعادلة لحساب المسافة تصبح:

فقدان مسار القصوى = نقل الطاقة - حساسية المتلقي + المكاسب - خسائر - هامش تتلاشى

هامش تتلاشى هو بدل يتضمن نظام مصمم لحساب المتغيرات غير معروفة. وارتفاع هامش تتلاشى، وسيكون ذلك أفضل نوعية الارتباط الشاملة. مع وضع هامش تتلاشى إلى الصفر، وميزانية الوصلة لا تزال سارية المفعول، إلا في ظروف LOS، وهي ليست عملية جدا بالنسبة لمعظم التصاميم. مقدار هامش تتلاشى لتشمل في عملية حسابية يعتمد على البيئة التي من المتوقع أن النظام ليتم نشرها. هامش تتلاشى من 12 ديسيبل هو جيد، ولكن سيتم 20 عددا من الأفضل أن 30 ديسيبل.

وكمثال على ذلك، افترض قوة الإرسال من 20 ديسيبل، حساسية المتلقي -100 ديسيبل، وتلقي كسب هوائي 6 ديسيبل، أن يحيل كسب هوائي 6 ديسيبل، وهامش تتلاشى من 12 ديسيبل. فقدان كابل لا يكاد يذكر:

فقدان مسار القصوى = نقل الطاقة - حساسية المتلقي + المكاسب - خسائر - هامش تتلاشى

V - الحد الأقصى للخسارة مسار = 20 - (-100) + 12 - 12 120 = ديسيبل

مرة واحدة وقد تم العثور على الحد الأقصى للخسارة مسار، يمكنك العثور على مجموعة من الصيغة:

المسافة (كم) = 10 (الحد الأقصى للخسارة مسار - 32.44 - 20log (و)) / 20

حيث f = التردد في ميغاهرتز. على سبيل المثال، إذا كان الحد الأقصى للخسارة المسار هو 120 ديسيبل على تردد 2.45 غيغاهرتز أو 2450 ميغاهيرتز، فإن مجموعة على النحو التالي:

المسافة (كم) = 10 (120 - 32.44 - 67.78) / 20 9.735 = كم

الرقم 1 يوضح العلاقة بين الحد الأقصى للخسارة المسار ومجموعة على تردد 2.45 غيغاهرتز.

1. ويوضح منحنى العلاقة بين ميزانية الوصلة أو الخسارة القصوى المسار في ديسيبل ومجموعة تقدر بالكيلومترات.

تفسير النتائج التجريبية

بينما الأساليب التجريبية مفيدة جدا في تحديد النطاق، فإنه غالبا ما يكون من الصعب تحقيق المثالية LOS للمقاييس العالم الحقيقي والصعب أن نفهم كم تتلاشى هامش لبناء إلى النظام. قياس النتائج يمكن أن تساعد في تحديد القضايا وراء انتشار RF التي قد تؤثر على مجموعة من هذا النظام، مثل انتشار المتعددة، والتدخل، وامتصاص الترددات اللاسلكية. ولكن ليس كل التجارب في العالم الحقيقي هي نفسها، لذلك القياسات في العالم الحقيقي ينبغي أن تستخدم في المقام الأول لتعزيز أرقام ميزانية الوصلة المحسوبة أعلاه.

وتشمل العوامل التي يمكن أن تؤثر في مدى تحقيقه في اختبار تجريبي كسب الهوائي، ارتفاع الهوائي، والتدخل. كسب الهوائي هو المصدر الرئيسي للربح في النظام. في كثير من الأحيان المصنعين سوف يشهد الراديو للعمل مع أنواع مختلفة من الهوائيات من تحقيق مكاسب عالية ياغي والهوائيات التصحيح لأكثر اعتدالا مكسب الهوائيات المتعددة الاتجاهات. من المهم لضمان اختبارات أجريت مع نفس النوع من الهوائي الذي تستخدمه الآن الراديو. تغيير من هوائي 6-ديسيبل لهوائي 3-ديسيبل على كل من الإرسال وتلقي الجانب سوف تؤدي إلى اختلاف 6-ديسيبل في ميزانية الوصلة والحد من نطاق بمقدار النصف.

ارتفاع الهوائي والمنطقة فريسنل

ارتفاع الهوائي هو مصدر قلق آخر للقياسات التجريبية. رفع ارتفاع هوائي يفعل أمرين رئيسيين. أولا، يمكن أن تحصل على مساعدة من فوق أي عوائق محتملة مثل السيارات والناس والأشجار والمباني. ثانيا، يمكن أن تساعد في الحصول على الطريق الصحيح لديك إشارة RF LOS إزالة 60٪ على الأقل في منطقة فريسنل.

منطقة فريسنل هو حجم الإهليلجي بين المرسل والمتلقي الذي يحدده الطول الموجي للإشارة المنطقة. إنها منطقة المحسوبة التي تسعى جاهدة لحساب انسداد أو حيود موجات الراديو. انها تستخدم لحساب التخليص السليم يجب أن يكون إشارة حول العقبات التي تحول دون تحقيق قوة إشارة الأمثل. وهناك قاعدة عامة من الإبهام هو أن يكون الطريق واضحا LOS فوق العقبات التي ليست أكثر من 60٪ من ارتفاع الهوائي.

انحناء الأرض يمكن أيضا أن تؤثر LOS طويل المدى وصلات لاسلكية. ويقدم الجدول بعض الأمثلة على التأثير، حيث لا يأخذ في الحسبان ارتفاع الأرض في منتصف الطريق الرابط جبلي أو التضاريس الأخرى وارتفاع الهوائي يحقق إشارة إلى أن 60٪ على الأقل في منطقة فريسنل.
في كثير من البيئات العملية، قد الاستقبال الخاص بك يعمل مع ارتفاع الهوائي أقل من ذلك، وإنما هو رهان جيد أن الشركات المصنعة مكان الهوائيات على ارتفاع مناسب. للتطبيق الخاص بك، يجب أن نسعى جاهدين أن يكون هناك ارتفاع الهوائي المناسب لتحقيق أفضل النطاق. يوضح الشكل 2 كيف ترتبط مسافة الطريق، ارتفاع عقبة، وارتفاع الهوائي إلى منطقة فريسنل.

2. يتم تحديد ارتفاع الهوائي المطلوب من ارتفاع عقبة والتخصيم في هامش 60٪ للتعويض عن ظروف منطقة فريسنل.

وأخيرا، يمكن أن الضوضاء والتداخل يكون لها تأثير سلبي على مجموعة من نظام لاسلكي. لا يمكن السيطرة عليها الضوضاء ولكن يجب أن تؤخذ في نطاق ما اذا كان هو القضية. في النطاقات الصناعية والعلمية والطبية (ISM) في 902 إلى 928 ميغاهيرتز (أمريكا الشمالية) و2.4 غيغاهرتز (في العالم)، وتدخل كثيرا ما يمكن متوقعا، ولكن يمثل فمن الصعب. المصنعين قد إجراء اختبارات تجريبية فقط عندما تدخل غير موجود. فمن المحتمل بالتأكيد أن البيئة لديه أكبر تدخل من كان حاضرا خلال اختبار الشركة المصنعة.

نبذة عامة

مع الكثير من المتغيرات في النظام، كيف يمكنك أن تعرف ما إذا كانت مجموعة ادعى من قبل الشركة المصنعة سوف تنطبق على النظام الخاص بك؟ في كثير من الأحيان أنه من المستحيل معرفة ما إذا تم إجراء اختبارات تجريبية أو إذا تم حساب الأرقام النطاق. وفي كلتا الحالتين، من خلال تحليل الحد الأقصى لنقل الطاقة وحساسية المتلقي، يمكنك إنشاء خط الأساس للمقارنة إذاعة واحدة إلى أخرى. باستخدام هذه الأرقام، جنبا إلى جنب مع هامش مجموعة تتلاشى وأي مكاسب بسبب الهوائيات أو الخسائر الناجمة عن الكابلات RF، يمكنك حساب ميزانية الوصلة القصوى. ثم استخدم معادلة المسافة المذكورة لحساب مجموعة الخاصة بك. لأجهزة الراديو المختلفة، وهذا ينبغي توفير قاعدة جيدة للمقارنة بين اثنين أو ثلاثة أنظمة التي تلبي احتياجاتك.

لفهم إذا كانت أجهزة الراديو ستعمل في التطبيق الخاص بك، يجب أن نسعى جاهدين لاختبارات دقيقة في العالم الحقيقي التي يمكن أن تمثل ارتفاع الهوائي، المتعددة، والتدخل، والعراقيل. تأجيل الاختبارات في العالم الحقيقي للتطبيق الخاص بك وأخذ فقط أرقام الشركة المصنعة حرفيا قد أترك لكم متسائلا "ما هو نطاق بلدي؟"

اترك رسالة 

قائمة الرسالة