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淺述無線通信的傳輸距離

一、影響通信距離的主要因素

影響通信距離的主要因素有無線產(chǎn)品的功率、無線產(chǎn)品的接收靈敏度、無線產(chǎn)品的選擇性、無線產(chǎn)品的信號(hào)調(diào)制方式、工作頻段、供電系統(tǒng)、天線的高度、天線的類型、饋線的長(zhǎng)度及線徑、所在地區(qū)無線電干擾的頻譜分布、高大建筑或金屬物體與天線的相對(duì)位置、地形地貌等環(huán)境因素。

直接上公式:Los=32.45+20lgd+20lgf

這是自由空間傳輸、理想的傳播條件下的計(jì)算公式,其中Los為傳輸損耗,單位是dB;d為傳輸距離,單位是kM;f為工作頻率,單位是MHz。?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(guān),當(dāng)f或d增大一倍時(shí),空間傳輸損耗將分別增加6dB。反過來我們也可以這樣理解,在工作頻率不變的情況下,空間上的損耗每增加6dB,無線的傳輸距離就會(huì)減小一倍。

這樣我們可以知道影響傳輸距離d的因素就有傳輸損耗Los與工作頻率,其中傳輸損耗Los=發(fā)射功率-接收靈敏度,當(dāng)無線產(chǎn)品的工作頻率固定時(shí),想要增加無線傳輸?shù)木嚯x那么就只能通過增加Los來提高,也就是增加發(fā)射功率和提高接收靈敏度這兩種方法。

二、增加發(fā)射功率

那么在其他條件不變的情況下增加發(fā)射功率就一定會(huì)提高無線產(chǎn)品的傳輸距離單模光纖與多模光纖對(duì)傳輸距離的區(qū)別嗎?

答案是否定的

咱們這里引入一個(gè)新的概念“EVM”,什么是EVM?

EVM表征的是調(diào)制精度,是衡量現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)中數(shù)字調(diào)制質(zhì)量的一項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo),EVM是發(fā)射信號(hào)的理想的測(cè)量分量I(同相位)和Q(正交相位)(稱為基準(zhǔn)信號(hào)“R”)與實(shí)際接收到的測(cè)量信號(hào)“M”的 I和Q分量幅值之間的矢量差。EVM是一個(gè)幅值量,表示為一個(gè)百分比,說的簡(jiǎn)單一點(diǎn)兒就是,EVM的值用來表示信號(hào)的質(zhì)量,其值越小表示信號(hào)的質(zhì)量越好,反之,信號(hào)的質(zhì)量越差。

EVM的值越大,誤碼率就會(huì)越高,那么在實(shí)際的技術(shù)體現(xiàn)上就是無線數(shù)據(jù)的傳輸數(shù)據(jù)誤差就越大,所以我們?cè)谠龃蟀l(fā)射功率時(shí)還有可能會(huì)影響調(diào)制信號(hào)的質(zhì)量,如果因功率的增加導(dǎo)致EVM的提高,不僅不能提供無線產(chǎn)品的通訊距離還會(huì)導(dǎo)致適得其反,降低無線產(chǎn)品的通訊距離,因此我們?cè)谠黾影l(fā)射功率的同時(shí),還要特別關(guān)注信號(hào)的調(diào)制質(zhì)量,這樣才讓提高通訊距離有效。

但是在實(shí)際的運(yùn)用中會(huì)因?yàn)槟承l件的限制,導(dǎo)致我們不能無限的增大功率,比如供電系統(tǒng),無限產(chǎn)品的功率提高伴隨的一點(diǎn)就是整個(gè)系統(tǒng)功耗的提高和電源系統(tǒng)性能的提高,那么這時(shí)我們可以怎么辦喃?

三、提高接收靈敏度

上文說到增加距離可行方法有兩種,第二種就是提高無線產(chǎn)品的接收靈敏度,接收靈敏度就是無線產(chǎn)品能夠正確接收和解調(diào)出有用信號(hào)的要求的輸入信號(hào)的最小電平,它也是無線產(chǎn)品接收微弱信號(hào)能力的一種度量。

廢話少說,直接上公式

Sin (dBm)= NF (dB) + KTBRF (dBm) + Eb/No (dB) - PG (dB)

這是從噪聲系數(shù)的定義推導(dǎo)出來的接收機(jī)靈敏度的公式,其中

其中噪聲系數(shù)是影響無線產(chǎn)品接收靈敏度的重要指標(biāo),那么通過公式我們可以發(fā)現(xiàn)降低系統(tǒng)的噪聲也是提高通訊靈敏度的一種方式,在通訊系統(tǒng)中通訊信道中噪聲又分為內(nèi)部(電路固有)的噪聲和外部噪聲 。

外部噪聲

外部噪聲的大小取決于無線產(chǎn)品周圍環(huán)境,比如雷達(dá)干擾、工業(yè)噪聲、大氣噪聲和太陽熱燥等等都會(huì)導(dǎo)致外部噪聲的變化,這些因素在實(shí)際的運(yùn)用中都可能會(huì)遇到,是很難控制的。

內(nèi)部噪聲

而我們想降低系統(tǒng)的噪聲,就可以從咱們無線產(chǎn)品內(nèi)部的電路固有的噪聲入手,電路內(nèi)部噪聲大多源于電路內(nèi)部的器件,電阻內(nèi)電子的熱運(yùn)動(dòng)、有源器件中電荷粒子的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)等,反應(yīng)到硬件系統(tǒng)上最常見的就是電源電路的噪聲,在無線產(chǎn)品中,電源系統(tǒng)帶來的噪聲是比較嚴(yán)重的,減小電源噪聲的方法是我們?cè)诮档蜔o線產(chǎn)品的噪聲的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn),也是我們提高靈敏度的一個(gè)方法。

實(shí)際的運(yùn)用中我們可以在電源的輸出端或者射頻電源供應(yīng)輸入端加入一些降噪電路,比如RC電路、濾波電路等都可以達(dá)到目的,同時(shí)我們?cè)陔娫雌骷季直M量遠(yuǎn)離射頻部分,考慮電路的EMC等等,都是一種降低噪聲的措施方法。

無線通信系統(tǒng)組成

無線信道是典型的隨參信道,影響無線通信的距離側(cè)因素很多,此處不過多論述。

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