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              安防知識

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              無線傳輸距離的計算

              作者: admin 時間:2017-06-02 來源:未知
              摘要:無線傳輸距離計算 Pr(dBm)=Pt(dBm)-Ct(dB)+Gt(dB)-FL(dB)+Gr(dB)-Cr(dB) Pr :接受端靈敏度 Pt: 發送端功率 Cr: 接收端接頭和電纜損耗 Ct: 發送端接頭和電纜損耗 Gr: 接受端天線增益 Gt: 發送端天線增益...

              無線傳輸距離計算

               

              Pr(dBm) = Pt(dBm) - Ct(dB) + Gt(dB) - FL(dB) + Gr(dB) - Cr(dB) 

               

               

              Pr

              :接受端靈敏度

               

              Pt: 

              發送端功率

               

              Cr: 

              接收端接頭和電纜損耗

               

              Ct: 

              發送端接頭和電纜損耗

               

              Gr: 

              接受端天線增益

               

              Gt: 

              發送端天線增益

               

              FL: 

              自由空間損耗

               

               

              FL(dB)=20 lg R (km) +20 lg f (GHz) + 92.44 

               

              R

              是兩點之間的距離

               

              f

              是頻率

              =2.4 

                

              自由空間通信距離方程

               

              自由空間通信距離方程

               

               

               

              設發射功率為

              PT

              ,發射天線增益為

              GT

              ,工作頻率為

              f . 

              接收功率為

              PR

              ,接收天線增益為

              GR

              ,收、發天線間距離

              R

              ,那么電波在無環境干擾時,傳播途中的電波損耗

               

              L0 

              有以下表達式:

               

               

              L0 (dB) = 10 Lg

               

              PT / PR 

               

              = 32.45 + 20 Lg f ( MHz ) + 20 Lg R ( km ) - GT (dB) - GR (dB) 

              [

              舉例

              設:

              PT = 10 W = 40dBmw 

              ;

              GR = GT = 7 (dBi) 

              ;

               

              f = 1910MHz 

               

              問:

              R = 500 m 

              時,

               

              PR = 

              ?

               

               

              解答:

               

              (1) L0 (dB) 

              的計算

               

              L0 (dB) = 32.45 + 20 Lg 1910( MHz ) + 20 Lg 0.5 ( km ) - GR (dB) - GT (dB)= 32.45 + 

              65.62 - 6 - 7 - 7 = 78.07 (dB)) 

               

              2

               

              PR 

              的計算

               

               

              PR = PT / ( 10 7.807 ) = 10 ( W ) / 

              ( 10 7.807 ) = 1 ( μW ) / ( 10 0.807 ) = 1 ( μW ) / 6.412 = 0.156 ( μW ) = 156 

              ( mμW ) # 

              順便指出,

              1.9GHz

              電波在穿透一層磚墻時,大約損失

               

              (10~15) dB 

              無線傳輸距離估算

               

              傳輸距離估算

                

              無線網絡系統的傳輸距離或覆蓋范圍受多種因素的影響,

              除了信號源的發射功率、

              天線的增益、

               

              收設備的靈敏度、

              頻率、自由空間衰減、噪聲干擾外,還有現場環境的影響,例如建筑物、樹木和墻壁的遮擋,人體、氣候等對電磁

              波的衰減,純粹自由空間的傳輸環境在實際應用中是不存在的。

               

              由于無線網絡系統是一個實際應用的工程,必須在實施前進行設計和預算,必須事前對無線網絡系統的傳輸距離或

              覆蓋范圍進行估算,進而對系統部署規模有一個估計,下面的表格就是對一個

              基站

              的覆蓋能力進行估算的辦法。

               

              第一步:計算無線通信系統上下行總增益。

               

              第二步:計算最大視距傳輸距離。計算公式為:

               

              最大視距傳輸距離

              (m)

              10(

              系統總增益-

              40

              /30 

              第三步:估算現場實際覆蓋距離。

               

              例如:

                

               

              傳輸距離估算

                

              總增益

              (dBm) 

              最大距離

              (m) 

              實際距離

              (m)  

              91

               

               

               

               

               

               50 

               

               

               

               

               

               43  

              100 

               

               

               

               

              100 

               

               

               

               

               

              80  

              109 

               

               

               

               

              200 

               

               

               

               

               

              149  

              121 

               

               

               

               

              500 

               

               

               

               

               

              342  

              125 

               

               

               

               

              700 

               

               

               

               

               

              463  

              130 

               

               

               

               

              1000  

               

               

               

               

              639  

              139 

               

               

               

               

              2000  

               

               

               

               

              1194  

              148 

               

               

               

               

              4000  

               

               

               

               

              2233  

              153

               

               

               

               

               6000  

               

               

               

               

              3220  

              160 

               

               

               

               

              10000  

               

               

               

              5106  

              169 

               

               

               

               

              20000  

               

               

               

              9548  

              181 

               

               

               

               

              50000  

               

               

               

              21838  

               

              通過上述三個步驟可以對每個基站所覆蓋的范圍有一個初步的估計,

              進一步估算出所要覆蓋區域的基站數量和網絡

              規模。

               

              無線通信距離的計算

               

              這里給出自由空間傳播時的無線通信距離的計算方法:

              所謂自由空間傳播系指天線周圍為無限大真空

              時的電波傳播,它是理想傳播條件。電波在自由空間傳播時,其能量既不會被障礙物所吸收,也不會

              產生反射或散射。

               

                  

              通信距離與發射功率、接收靈敏度和工作頻率有關

               

              Los

              (dB)=32.44 +20lgD(km) +20lgF(MHz)

               

                  

              式中

              Lfs

              為傳輸損耗,

              D

              為傳輸距離,頻率的單位以

              MHz

              計算。

               

              由上式可見,

              自由空間中電波傳播損耗

              (亦稱衰減)

              只與工作頻率

              f

              和傳播距離

              D

              有關,

              F

              D

              增大一倍時,

              Lfs

              將分別增加

              6dB. 

                  

              下面的公式說明在自由空間下電波傳播的損耗

               

                  

              Los = 32.44 +20lg D(Km) +20lg F(MHz)

               

                  Los 

              是傳播損耗,單位為

              dB 

                  D

              是距離,單位是

              Km 

                  F

              是工作頻率,單位是

              MHz 

                  

              下面舉例說明一個工作頻率為

              433.92MHz

              ,發射功率為+

              10dBm(10mW)

              ,接收靈敏度為

              -105dBm

              的系統在自

              由空間的傳播距離

              :   

                  1. 

              由發射功率

               

              10dBm

              ,接收靈敏度為

              -105dBm 

                    

              Los = 115dB 

                  2. 

              Los

              、

              F

              計算得出

              D =31

              公里

                  

              這是理想狀況下的傳輸距離,實際的應用中是會低于該值,這是因為無線通信要受到各種外界因素的影響,如大

              氣、阻擋物、多徑等造成的損耗,將上述損耗的參考值計入上式中,即可計算出近似通信距離。

               

                  

              假定大氣、遮擋等造成的損耗為

              25dB

              ,可以計算得出通信距離為

              : D =1.7

              公里

                 

                

              Los = 32.44 +20lg D(Km) +20lg F(MHz) 

              F=433MHz 

              Los=

              接收靈敏度

               

              LNA Gain Tx power 

              天線增益

              大氣衰減

               

              NRF905

              接收靈敏度

               

              -100dBm 

              LNA Gain: 25dB 

              TX power 26dBm 

              天線增益

              2dB 

              大氣衰減

              : 35dB(

              根據目前市場上的模塊實際傳輸距離算出的

                

              Los=100 +25 +26 +2-35=32.44 +20lg D(Km) +20lg 433 

              D=45.34Km 

               

              實際測試結果

              : D=1.3Km 

              代入上面公式可算出實際大氣的衰減量

              Los = 32.44 20lg 1.3 20lg 433 

                

              Los=

              接收靈敏度

               

              LNA Gain Tx power 

              天線增益

              大氣衰減

               

              NRF905

              接收靈敏度

               

              -100dBm 

              LNA Gain: 25dB 

              TX power 26dBm 

              天線增益

              2db 

              大氣衰減

              : 35dB(

              根據目前市場上的模塊實際傳輸距離算出的

              Los=100 +25 +26 +2-x=32.44 +20lg 1.3 +20lg 433 

              X=65.55dB 

                

              從而可以推算出如果

              D=20Km

              ,至少需要輸出

              Power

              多大

                

              Los=100 +25 +Tx +2-65.55=32.44 +20lg20 +20lg433 

              Tx=49.74dBm 

                

              若用三菱公司的

              RD06HVF1

              RD15HVF1

              作放大,

              最大輸出約

              20W

              ,

              轉換成

              dBm

              后為

              10lg20000mW=43dBm

              ;

              則可以傳輸的實際距離為

                

              Los=100 +25 +43 +2-65.55=32.44 +20lgD +20lg433 

              D=9.2Km 

               

              無線傳輸距離和發射功率以及頻率的關系

               

               

              功率

               

              靈敏度

                

              dBm  

              dBmV   

              dBuV

               

              dBm=10log(Pout/1mW)

              ,其中

              Pout

              是以

              mW

              為單位的功率值

               

              dBmV=20log(Vout 

              /1mV)

              ,其中

              Vout

              是以

              mV

              為單位的電壓值

               

              dBuV=20log(Vout 

              /1uV)

              ,其中

              Vout

              是以

              uV

              為單位的電壓值

               

              換算關系:

               

              Pout

              Vout×

              Vout/R

               

              dBmV=10log(R/0.001)+dBm

              ,

              R

              為負載阻抗

               

              dBuV=60+dBmV

               

              應用舉例

               

               

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