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[導(dǎo)讀]設(shè)計(jì)短距離無線系統(tǒng)的人一定都知道Friis公式與路徑預(yù)測(cè)幫助很大:Pr是天線接收到的信號(hào)功率;Pt是發(fā)射功率;Gt和Gr分別是發(fā)射天線增益和接收天線增益——單位為功率比而非dB,來自各向同性輻射;λ是

設(shè)計(jì)短距離無線系統(tǒng)的人一定都知道Friis公式與路徑預(yù)測(cè)幫助很大:

Pr是天線接收到的信號(hào)功率;Pt是發(fā)射功率;Gt和Gr分別是發(fā)射天線增益和接收天線增益——單位為功率比而非dB,來自各向同性輻射;λ是信號(hào)波長(zhǎng),單位為米;d是發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的距離,單位也是米。

你可以轉(zhuǎn)換公式以預(yù)測(cè)距離d:

Friis公式在進(jìn)行性能預(yù)測(cè)時(shí)非常好用,特別適用于超出視距(LOS)的UHF和微波頻率。公式需要兩端的天線采用相同的極化方式。盡管它不是所有應(yīng)用都合適,但依然非常實(shí)用。

Friis公式也為無線傳輸?shù)囊恍╆P(guān)鍵元素提供了實(shí)用的見解。例如:波長(zhǎng)很重要,波長(zhǎng)越長(zhǎng)或頻率越低,距離就越長(zhǎng)(λ = 300/fMHz)。這意味著在相同的功率水平下,采用900MHz無線連接比2.4GHz或5GHz連接傳輸距離更遠(yuǎn)。Friis公式也指明了定向天線的重要性。增益天線是一種相對(duì)簡(jiǎn)單的辦法,可以在不增加傳輸功率與功耗的前提下增加距離與連接可靠性。

其它方面的因素也會(huì)影響對(duì)傳輸距離和性能的預(yù)測(cè),其中有一個(gè)重要的因素是接收機(jī)靈敏度。接收機(jī)靈敏度通常根據(jù)接收機(jī)電路的最小觸發(fā)功率計(jì)算,單位是損失多少dBm。典型的芯片無線接收機(jī)的靈敏度范圍是-80到-110 dBm,數(shù)字越大,靈敏度越高。不過要注意靈敏度范圍須在特定的數(shù)據(jù)率條件下測(cè)定,較低的數(shù)據(jù)率意味著更低的誤碼率(bit error ratio,BER)和更高的接收靈敏度。因此,為了提升路徑和傳輸距離的可靠性,在應(yīng)用中應(yīng)該盡可能使用最低的有效數(shù)據(jù)率。

另一個(gè)實(shí)用的公式是路徑損耗(path loss)。

公式中的f單位為MHz,d單位為英里。米除以0.000621可換算為英里。

在做路徑損耗預(yù)測(cè)的時(shí)候,你可以算出鏈路預(yù)算,單位是db/dBm。

接收天線接收到的功率為:

Pt+Gt+Gr–路徑損耗–裕量

得出的數(shù)字應(yīng)當(dāng)比接收靈敏度更大,若非如此,就應(yīng)該先考慮天線增益,因?yàn)樵黾犹炀€以增強(qiáng)發(fā)射功率的方法通常更難且更貴。

保守地說,你也可以把裕量包含進(jìn)去,裕量考慮了電器和環(huán)境因素對(duì)信號(hào)強(qiáng)度的影響。如果范圍在5-15dB就還不錯(cuò),也能保證鏈路中有可靠的裕量。

還有其它因素需要考慮:這種頻率下傳輸線損耗可能很驚人。同軸電纜可以正常傳輸 UHF 或微波信號(hào),但信號(hào)衰減很致命,幾英尺的距離就可能帶來相當(dāng)程度的信號(hào)衰減量。因此使用線纜的長(zhǎng)度也是一個(gè)因素。

要記住,上述公式基于視距路徑。如果應(yīng)用要求穿墻、樹或其他障礙物,以上公式則不準(zhǔn)確。你可以為上述公式增加路徑損耗數(shù)據(jù)作為補(bǔ)充,但數(shù)字范圍可能較大(10-30dB)。

最后一點(diǎn),所有這些預(yù)測(cè)因素都不包括噪聲。如果發(fā)射功率可以保持較高水平、路徑損耗保持較低、接受靈敏度較高,通常能克服任何無線系統(tǒng)內(nèi)的噪聲。

這些公式都非常有用,我之前在不同的無線應(yīng)用里用到了無數(shù)次?;蛟S它們也能幫到你。

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