무선 범위 계산을 이해

어떤 무선 디자인의 핵심 계산 중 하나는 정상 작동을위한 송신기와 수신기 사이의 최대 거리 범위입니다. 이 문서의 범위를 계산에 포함 된 요소를 식별하고 안정적​​인 통신 연결을 보장하기 위해 범위를 추정하는 방법을 보여줍니다.

왜 실제 범위는 같지 않음은 범위 말하면 수 있습니다

만약 당신이 포함 된 프로젝트의 무선 라디오를 구입하고 무선 주파수 (RF)는 데이터 시트에 명시된 범위를 달성하지 않은 것을 발견 했습니까? 그 이유는 무엇입니까? 이 때문에 당신이 라디오를 사용하는 방법에 대해 공급자가 범위를 측정하는 방법의 차이에 아마.

공급 업체는 일반적으로 실제 시험에서 경험적으로 유도하거나 계산을 사용하여 범위를 결정합니다. 어느 쪽의 접근 방식은 당신이 모든 변수를 고려로 괜찮습니다. 실험 용액 그러나, 계산 처리하지 않은 실제 상황을 공개 할 수있다.

우리는 접근 방식을 비교하기 전에, 제조 업체의 숫자 나 범위에 대한 관련 변수를 이해하는 몇 가지 용어를 정의 할 수 있습니다.

전원 및 dBm의 계산

RF 전력은 가장 많이 발현되고 밀리 와트 기준 또는 데시벨로 dBm으로 측정된다. 데시벨 일부 기준으로 시스템의 전력 비율 로그 단위이다. 0의 데시벨 값 1의 비율과 동등하다. 데시벨 밀리 와트는 mW의를 1하는 참조 데시벨 출력 전력이다.

로 dBm 대수 눈금에 기초하기 때문에, 절대 전력 측정이다. 3 dBm의 모든 증가가 약 두 배의 출력 전력, 그리고 10 dBm의 모든 증가는 전력의 10 배의 증가를 나타냅니다. 10 dBm의 (10 Mw)은 10 dBm의 (0 MW), 및 1 dBm의 (20 MW)보다 더 강력한 100 시간이 10 dBm의보다 10 시간이 더 강력하다.

다음과 같은 공식을 사용 mW의와 dBm의 사이에 변환 할 수 있습니다 :

P (dBm의) = 10 • log10 (P (MW))

P (MW) = 10 (P (dBm의) / 10)

예를 들어, dBm 단위 2.5 mW에의 전력은 다음과 같습니다

dBm의 = 10log2.5 = 3.979

또는 4 dBm의 약. 전원의 mW의에서 7 dBm의의 dBm의 값은 다음과 같습니다

P = 107 / 10 = 100.7 = 5 mW의

경로 손실

경로 손실 전파 거리를 통해 전파로 발생 전력 밀도의 감소이다. 경로 손실의 요인이 전파 거리에 자신의 신호 강도의 저하이다. 전파는 전력 밀도에 대한 역 제곱 법칙을 따르 전력 밀도는 거리의 역 제곱에 비례한다. 당신이 거리를 두 배로 때마다, 당신은 단지 하나의 네 번째에게 힘을받을 수 있습니다. 이 출력 전력의 모든 6-dBm의 증가는 달성 가능한 거리를 두 배로 것을 의미한다.

송신기 전력 외에도, 범위에 영향을 미치는 또 다른 요인은 수신기 감도이다. 이것은 보통 -dBm 표현된다. 출력 전력 및 수신기 민감도 dBm의 모두에 명시되어 있기 때문에,이 시스템에서 발생할 수있는 최대 경로 손실을 계산하는 단순한 덧셈과 뺄셈을 사용할 수있다 :

수신 감도 향상 + - - 최대 경로 손실 = 전송 전력 손실

이익은 이익이 방향 전송의 결과 및 / 또는 수신 안테나를 포함한다. 안테나 이득은 일반적으로 등방성 안테나를 기준으로 dBi로 표현된다. 손실은 필터 또는 케이블 감쇠 또는 알려진 환경 조건을 포함한다. 이 관계는 모든 이득 및 수신기에서의 신호 강도를 측정하는 시스템의 손실의 통계는 링크 버짓 (link budget)으로 언급 될 수있다 :

수신 전력 = 송신 전력 + 이익 - 손실

목표 수신 감도보다 큰 수신 전력을 만드는 것이다

여유 공간 (이상적인 조건)에서, 역 제곱 법칙 범위에 영향을 미치는 유일한 요소이다. 실제 세계에서, 그러나, 또한 다양한 다른 요인에 의해 저하 될 수있다 :

같은 벽, 나무, 언덕 등 • 장애물은 중요한 신호 손실이 발생할 수 있습니다.

• 공기 (습도) 중의 물 RF 에너지를 흡수 할 수있다.

• 금속 오브젝트 신호의 신규 버전을 생성 전파를 반영 할 수있다. 이러한 여러 파도는 서로 다른 시간과 (때로는 건설적과) 상쇄에서 수신기 자체를 방해에 도달합니다. 이것은 다중라고합니다.

페이드 마진

이러한 장애물을 정량화 많은 수식이 있습니다. 범위 번호를 게시 할 때, 그러나 제조업체들은 종종 장애물 만 가시선 (LOS) 또는 이상적인 경로 범위 번호 상태를 무시합니다. 제조업체에 공정에서는 라디오를 사용 될 수있는 모든 환경을 알 수 없다, 그래서 그것은 하나의 달성 수있는 특정 범위를 계산하는 것은 불가능하다. 제조업체들은 때때로 환경 조건을 제공하기 위해 자신의 계산으로 페이드 마진이 포함됩니다. 따라서, 거리 계산을위한 방정식이된다 :

최대 경로 손실 = 전송 전력 - 수신기 감도 + 이익 - 손실 - 페이드 마진

페이드 마진은 시스템 설계자가 미지 변수를 설명하기 위해 포함 허용한다. 페이드 마진이 높을수록 전체 링크 품질이 될 것이다. 페이드 마진이 제로로 설정하면, 링크 예산은 대부분의 설계에 매우 실용적되지 않습니다 LOS 조건에서 여전히 유효합니다. 산출 시스템이 배치 될 것으로 예상되는 환경에 따라 페이드 마진의 양을 포함한다. 12 dBm으로의 페이드 마진은 좋지만, 더 좋은 수는 20 dBm의에 30 될 것이다.

예를 들어, dBm의 20, -100 dBm으로 수신 감도의 송신 전력을 가정 6 dBi의 안테나의 이득을 받게 6 dBi의 안테나의 이득 및 12 dB의 페이드 마진을 전송한다. 케이블 손실은 무시할 수있다 :

최대 경로 손실 = 전송 전력 - 수신기 감도 + 이익 - 손실 - 페이드 마진

V - 최대 경로 손실 = 20 - (-100) + 12 - 12 = 120 dB

최대 경로 손실이 발견되면, 당신은 수식의 범위를 찾을 수 있습니다 :

거리 (km) = 10 (최대 경로 손실 - 32.44 - 20log (F)) / 20

여기서 메가 헤르츠에서 F = 주파수. 최대 경로 손실 dB가 120 2.45 GHz 이상 2450 MHz의 주파수 인 경우, 예를 들어, 범위가 될 것이다 :

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

도 1 2.45은 헤르쯔의 주파수에서 최대 경로 손실 및 범위 사이의 관계를 나타낸다.

1. 곡선 킬로미터 링크 버짓 또는 최대 경로 손실 dBm 단위 추정 범위 사이의 관계를 나타낸다.

실증 결과를 해석

경험적 방법의 범위를 결정하는데 매우 유용하지만, 종종 시스템으로 구축 얼마나 페이드 마진 이해 실제 측정에 적합 LOS를 달성하기 어렵고 힘들다. 측정 된 결과는 다중 경로 간섭 및 RF 흡수와 같은 시스템의 범위에 영향을 미칠 수있는 RF 전파를 넘어 문제를 식별 할 수있다. 그러나 모든 실제 테스트는 동일하므로 실제 측정은 위에서 계산 링크 버짓 번호를 강화하기 위해 주로 사용되어야하지.

실험 테스트에서 달성 범위에 영향을 미칠 수있는 요인은 안테나 이득, 안테나 높이, 및 간섭을 포함한다. 안테나 이득은 시스템의 이득의 주요 원이다. 제조업체에서는 더 온건 이득 무 지향성 안테나 고 이득 야기에서 안테나와 패치 안테나의 서로 다른 유형의 작업을 자신의 라디오를 증명합니다. 지금 라디오 사용되는 안테나와 동일한 유형 수행 된 시험을 확보하는 것이 중요하다. 모두 전송에 6-dBm의 안테나에 3-dBm의 안테나에서 변경 및 링크 예산 6-dBm의 차이의 원인과 반으로 범위를 줄일 측을받을 수 있습니다.

안테나 높이와 프레 넬 존

안테나 높이가 경험적인 측정을위한 또 다른 관심사입니다. 안테나의 높이를 올리면 두 가지 일을한다. 첫째, 자동차, 사람, 나무, 건물 등 가능한 모든 장애물 위에 당신을 얻을 수 있습니다. 둘째, 당신의 진정한 RF LOS 신호 경로를 프레 넬 영역에서 적어도 60 %의 허가를 얻을 수 있습니다.

프레 넬 존 영역 신호의 파장에 의해 정의되는 송신기와 수신기 사이 타원체 체적이다. 이는 전파 방해 또는 회절을 설명하기 위해 노력 산출 영역이다. 이는 최적의 신호 세기를 달성하기 위해 신호가 장애물 주위 있어야 적절한 간격을 계산하도록 사용된다. 엄지 일반적 안테나 높이 넘지 60 %없는 장애물 위 맑은 LOS 경로를 가지고있다.

지구의 곡률은 장거리 무선 링크 로스에 영향을 미칠 수 있습니다. 테이블 링크 경로의 중간 지점에서 지구의 높이가 언덕이나 지형 특징과 안테나 높이를 고려하지 않은 영향의 예를 제공 넬 존 내에 적어도 60 % 인 신호를 얻을 수있다.
많은 실제 설정에서 사용자 송수신기 하부 안테나 높이로 기능 할 수 있지만, 제조는 적절한 높이로 자신의 안테나를 배치 맞는데. 응용 프로그램의 경우, 최적의 범위를 달성하기 위해 적절한 안테나 높이를 갖도록 노력해야한다. 도 2 경로 거리, 장애물의 높이 안테나 높이 프레 넬 영역에 관련이 있는지 나타낸다.

2. 원하는 안테나 높이 프레 넬 존 조건에 맞춰 60 %의 마진 장애물의 높이와 인수 분해에 의해 결정된다.

마지막으로, 잡음 및 간섭이 무선 시스템의 범위에 부정적인 영향을 미칠 수있다. 노이즈를 제어 할 수 있지만,이 문제인지 범위에 반영되어야한다. 902의 산업, 과학, 및 (ISM) 의료 대역에서 메가 헤르츠 (북미) 및 928 GHz의 (전세계), 간섭은 종종 예상 할 수 2.4하지만를 차지하기 어려운합니다. 간섭이 존재하지 않는 경우에만 제조 경험적 테스트를 수행 할 수있다. 확실히 환경에서 제조업체의 테스트 기간 동안 존재보다 더 큰 간섭이 가능성이 높습니다.

요약

시스템의 많은 변수로, 당신은 어떻게 제조 업체에 의해 청구 된 범위를 시스템에 적용할지 여부를 알 수 있습니까? 종종 테스트를 실험적으로 수행되었다 또는 범위의 숫자를 계산한다면 여부를 알 수 없다. 어느 쪽이든, 최대 송신 전력과 수신 감도를 분석하여, 다음에 하나의 무선을 비교하는 기준을 생성 할 수있다. 세트 페이드 마진 인해 안테나 또는 RF 케이블로 인한 손실에 대한 이득과 함께,이 번호를 사용하면 최대 링크 예산을 계산할 수 있습니다. 그런 다음 자신의 범위를 계산하기 위해 위의 거리 방정식을 사용합니다. 다양한 무선 디바이스의 경우, 이것은 좋은 기준이 요구 사항을 충족 두 개 또는 세 개의 시스템을 비교하기 위해 제공해야합니다.

라디오 응용 프로그램에서 작동하는지 이해하려면 안테나 높이, 다중 경로 간섭, 장애물 설명 할 수 정확한 실제 테스트를 위해 노력해야한다. 응용 프로그램에 대한 실제 테스트를 지연 만 그대로 제조업체의 번호를 복용, 물어 당신을 떠날 수있다 "어떻게 내 영역이야?"

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