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            ZigBee ISM頻帶傳輸距離估算

            作者: 時間:2010-02-05 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
            對于在1-2GHz范圍操作的實際系統(tǒng),室內(nèi)環(huán)境的參考是1公尺,戶外環(huán)境則為100公尺。

            本文引用地址:http://www.biyoush.com/article/157645.htm

            常用的射頻功率強(qiáng)度單位是毫瓦分貝或瓦分貝,而不是絕對功率強(qiáng)度。因此方程式(6)可表示為:

            (7)

            下例說明這些觀念。假設(shè)發(fā)射頻率900MHz,發(fā)射功率6.3mW (8dBm),并且使用單位增益的發(fā)射和接收天線,則在戶外視線范圍1200公尺處的接收功率可計算如下:戶外環(huán)境的參考為100公尺,900MHz訊號的波長為0.33公尺,因此可先利用方程式(1)的值計算100公尺處的接收功率如下:


            (8)

            要計算毫瓦分貝功率值,就必須將功率表示為如下的毫瓦值:

            PR(100) = 0.44 × 10-6mW.(9)

            這可得到:

            PR(100) = 10log(0.44 × 10-6mW) = -63.6dBm.(10)

            利用方程式(7)可得到1200公尺處的接收功率為:

            (11)

            以及

            PR(1200) = -63.6dBm C 21.58dB = -85dBm.(12)

            您還可利用方程式(5)驗證接收功率就是這個值。

            故在沒有障礙物且視線可及的理想環(huán)境里,當(dāng)發(fā)射功率為8dBm時,1200公尺位置的接收功率約為-85dBm。當(dāng)然,實際環(huán)境下的接收功率會低于該理想值,因為目標(biāo)點與發(fā)射機(jī)之間可能有障礙物,或根本就在視線外。從前述例子得知路徑損耗為PT C PR,因此它等于8dBm C (-85dBm) = 93dB。

            實際路徑損耗公式
            任何實用的無線傳感器系統(tǒng)都必須知道其最大可靠距離。這個無線系統(tǒng)距離直接由鏈路預(yù)算參數(shù)決定:

            LB = PT + GT + GR C RS(13)

            其中LB是以分貝表示的鏈路預(yù)算,PT是以毫瓦或瓦分貝表示的發(fā)射功率,GT是以分貝表示的發(fā)射機(jī)天線增益,GR是以分貝表示的接收機(jī)天線增益,RS是接收機(jī)靈敏度,代表系統(tǒng)能夠偵測并提供適當(dāng)訊號雜波比的最小射頻訊號。接收機(jī)靈敏度如方程式14所示:

            S = -174dBm/Hz + NF + 10logB + SNRMIN(14)

            其中-174dBm/Hz是熱噪聲基準(zhǔn),NF是以分貝表示的接收機(jī)總噪聲指數(shù),B是接收機(jī)總頻寬,SNRMIN則是最小訊號雜波比。如果發(fā)射機(jī)與目標(biāo)接收機(jī)之間的總路徑損耗大于鏈路預(yù)算,數(shù)據(jù)就會遺失,通訊也無法進(jìn)行。因此,設(shè)計人員在發(fā)展最終系統(tǒng)時必須精確分析路徑損耗特性,并與鏈路預(yù)算比較以獲得初步的距離值。

            室內(nèi)信道路徑損耗
            室內(nèi)無線電信道不同于戶外信道,這是因為室內(nèi)通道的距離較短,通道損耗的變動也較大,所以接收訊號強(qiáng)度的變化較大。但對固定無線裝置而言,這個部分卻可忽略不計。建筑物的平面配置、類型和建筑材料都會對室內(nèi)訊號傳播產(chǎn)生很大影響。研究人員將室內(nèi)通道分為兩種,一種視線可及的信道,另一種是受到不同程度阻隔的通道(參考文獻(xiàn)1)。建筑物的內(nèi)部與外部結(jié)構(gòu)可能含有許多不同的隔間和障礙物,隔間方式取決于該建筑是在家庭或辦公室環(huán)境。建筑結(jié)構(gòu)的隔間是固定隔間,活動隔間則能到處移動,而且隔間頂端不會碰到天花板。家庭通常采用木板隔間,辦公室建筑則會在樓層之間使用鋼筋混凝土,并且采用活動隔間方式。

            建筑物有許多不同的隔間方式,它們的實體和電氣特性也差異很大,很難靠著通用模型來分析室內(nèi)信道。但經(jīng)由廣泛的研究,業(yè)界已將常用材料的訊號損耗制成表格(表1)。


            樓層衰減因子代表樓層之間的隔離損耗 (表2)。




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