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无线距离预测中需注意的一些因素

导读: 所有这些预测因素都不包括噪声。如果发射功率可以保持较高水平、路径损耗保持较低、接受灵敏度较高,通常能克服任何无线系统内的噪声。

  设计短距离无线系统的人一定都知道Friis公式与路径预测帮助很大:

  

  Pr是天线接收到的信号功率;Pt是发射功率;Gt和Gr分别是发射天线增益和接收天线增益——单位为功率比而非dB,来自各向同性辐射;λ是信号波长,单位为米;d是发射机与接收机之间的距离,单位也是米。

  你可以转换公式以预测距离d:

  

  Friis公式在进行性能预测时非常好用,特别适用于超出视距(LOS)的UHF和微波频率。公式需要两端的天线采用相同的极化方式。尽管它不是所有应用都合适,但依然非常实用。

  Friis公式也为无线传输的一些关键元素提供了实用的见解。例如:波长很重要,波长越长或频率越低,距离就越长(λ = 300/fMHz)。这意味着在相同的功率水平下,采用900MHz无线连接比2.4GHz或5GHz连接传输距离更远。Friis公式也指明了定向天线的重要性。增益天线是一种相对简单的办法,可以在不增加传输功率与功耗的前提下增加距离与连接可靠性。

  其它方面的因素也会影响对传输距离和性能的预测,其中有一个重要的因素是接收机灵敏度。接收机灵敏度通常根据接收机电路的最小触发功率计算,单位是损失多少dBm。典型的芯片无线接收机的灵敏度范围是-80到-110 dBm,数字越大,灵敏度越高。不过要注意灵敏度范围须在特定的数据率条件下测定,较低的数据率意味着更低的误码率(bit error ratio,BER)和更高的接收灵敏度。因此,为了提升路径和传输距离的可靠性,在应用中应该尽可能使用最低的有效数据率。

  另一个实用的公式是路径损耗(path loss)。

  

  公式中的f单位为MHz,d单位为英里。米除以0.000621可换算为英里。

  在做路径损耗预测的时候,你可以算出链路预算,单位是db/dBm。

  接收天线接收到的功率为:

  Pt+Gt+Gr–路径损耗–裕量

  得出的数字应当比接收灵敏度更大,若非如此,就应该先考虑天线增益,因为增加天线以增强发射功率的方法通常更难且更贵。

  保守地说,你也可以把裕量包含进去,裕量考虑了电器和环境因素对信号强度的影响。如果范围在5-15dB就还不错,也能保证链路中有可靠的裕量。

  还有其它因素需要考虑:这种频率下传输线损耗可能很惊人。同轴电缆可以正常传输 UHF 或微波信号,但信号衰减很致命,几英尺的距离就可能带来相当程度的信号衰减量。因此使用线缆的长度也是一个因素。

  要记住,上述公式基于视距路径。如果应用要求穿墙、树或其他障碍物,以上公式则不准确。你可以为上述公式增加路径损耗数据作为补充,但数字范围可能较大(10-30dB)。

  最后一点,所有这些预测因素都不包括噪声。如果发射功率可以保持较高水平、路径损耗保持较低、接受灵敏度较高,通常能克服任何无线系统内的噪声。

  这些公式都非常有用,我之前在不同的无线应用里用到了无数次。或许它们也能帮到你。

  作者:Lou Frenzel

  来源:ElectronicDesign

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