Lykilþættir sem hafa áhrif á samskiptasvið þráðlausra eininga

Inngangur

Þráðlausar samskiptaeiningar eru mikið notaðar í þráðlausum skynjaranetum, snjallheimakerfum, iðnaðar sjálfvirkni og öðrum sviðum. Samskiptasvið þessara eininga-þ.e. hámarksfjarlægð sem hægt er að senda merki yfir-er mikilvægt vandamál í þessum forritum. Að skilja og ná tökum á þeim þáttum sem hafa áhrif á samskiptasvið þráðlausra samskiptaeininga er nauðsynlegt til að hanna og hagræða þráðlausum samskiptakerfum.

Helstu þættir sem hafa áhrif á samskiptasvið þráðlausra eininga eru:

• Sendarafl
• Móttökunæmi
• Tíðni og bandbreidd
• Loftnetshönnun og staðsetning
• Hindranir og umhverfið

Senda máttur

Sendingarafl vísar til þess aflstigs sem þráðlaus samskiptaeining sendir merki á og það hefur veruleg áhrif á samskiptasvið. Stærð sendingaraflsins hefur bein áhrif á merkisstyrk, sem aftur ákvarðar fjarlægðina sem merkið getur ferðast. Í útvarpsbylgjum (RF) forritum er desibel miðað við eitt millivatt (dBm) almennt notað sem afleining. dBm er afstæð kraftseining-logaritmísk eining byggð á samanburði við viðmiðunarafl. Desibel (dB) er víddarlaus eining sem notuð er til að tjá hlutfallsleg tengsl milli aflstiga. Í þráðlausum fjarskiptum er 1 milliwatt (1 mW) almennt notað sem viðmiðunarafl og er táknað sem 0 dBm. Það eru tvö sérstök gildi í þessu umreikningssambandi sem gerir kleift að meta fljótt: 1. 10-föld aukning=10 dB; 2. Tvöföld aukning á=3 dB. Þess vegna, til dæmis, ef sendiaflið er 10 mW, er það gefið upp sem 10 dBm; 20 mW=13 dBm; 100 mW=20 dBm.

1. Sendingarafl og merkisstyrkur: Því hærra sem sendingarkrafturinn er, því sterkari merkið. Þegar merkisstyrkurinn er nægilega sterkur getur hann sigrast á dempun og truflunum meðfram útbreiðsluleiðinni og tryggt áreiðanlega merkjasendingu yfir lengri vegalengdir.
2. Tengsl milli sendingarafls og fjarskiptafjarlægðar: Það er beint samband milli sendingarafls og fjarskiptafjarlægðar. Almennt séð getur aukið sendiafl lengt fjarskiptavegalengdina, sem gerir merkinu kleift að ferðast lengra. Samt sem áður er sambandið milli sendingarafls og fjarskiptafjarlægðar ekki línulegt; það er undir áhrifum frá ýmsum þáttum.
3. Afldempun og fjarlægð: Merkin verða fyrir kraftdeyfingu við útbreiðslu, sem þýðir að merkisstyrkur veikist eftir því sem fjarlægð eykst. Venjulega er dempun merkjaaflsins í réttu hlutfalli við veldi fjarlægðarinnar og hægt er að tjá hana með eftirfarandi formúlu:

Í þessari jöfnu,

P er merkisaflið sem móttekið er á athugunarstaðnum,

d er fjarlægðin frá athugunarstaðnum að upptökum,

P0 er merkisaflið í punkti p,

d0 er fjarlægðin frá punkti p að upptökum.

Með öðrum orðum, þegar fjarlægðin tvöfaldast, minnkar merkið í einn-fjórðung af upprunalegum styrk, sem jafngildir 6 dB. Til dæmis, ef merkistyrkur 0 dBm er mældur 10 metrum frá sendinum, ætti merkistyrkurinn að vera -6 dBm við 20 metra og -12 dBm við 40 metra. Þetta er aðeins mat; í raun og veru geta margir truflunarþættir í staðbundinni útbreiðslu valdið því að merkjagæði minnka.

Sendarafl og samskiptasvið

Í hagnýtum forritum þurfum við að halda jafnvægi á flutningsafli. Aukið sendiafl getur aukið samskiptasviðið, en það eykur einnig orkunotkun og hefur áhrif á endingu rafhlöðunnar. Að auki verður viðeigandi sendingarafl að taka tillit til reglugerðartakmarkana í mismunandi löndum og svæðum.

Næmi viðtaka

Móttökunæmi vísar til lágmarksaflsstigs þar sem móttakarinn getur í raun tekið á móti og afkóða merki. Það er mælikvarði sem mælir næmni móttakarans fyrir veikum merkjum og hefur veruleg áhrif á fjarskiptasvið.

1. Móttökunæmni og merkjastyrkur: Því hærra sem móttakaranæmni er, því lægri er merkisstyrkur sem móttakarinn getur greint og afkóða. Þegar merkistyrkur fer yfir næmniviðmiðunarmörk móttakara getur móttakarinn áreiðanlega tekið á móti og unnið úr merkinu.
2. Tengsl milli móttakaranæmni og samskiptasviðs: Hærra móttakaranæmi getur aukið samskiptasviðið, sem gerir áreiðanlega merkjasendingu kleift yfir lengri vegalengdir. Þegar móttakari hefur mikla næmni getur hann tekið á móti og afkóðað veikari merki frá meiri fjarlægð og þannig náð lengra fjarskiptasviði.
3. Hvernig móttakaranæmni er tjáð: Móttökunæmi er venjulega gefið upp í skilmálar af krafti, með einingar eins og vött (W), millivött (mW) eða desíbel miðað við eitt milliwatt (dBm). Hærra móttakaranæmi samsvarar lægra aflstigi.

Í þráðlausum fjarskiptum er móttökunæmi oft gefið upp í desibel miðað við eitt millivatt (dBm). Með því að nota 0 dBm sem viðmiðunarafl er móttökunæmi gefið upp sem neikvætt gildi, svo sem -80 dBm. Þetta þýðir að móttakarinn getur greint merkjastyrk upp á -80 dBm og afkóða það á áreiðanlegan hátt.

Hærri móttökunæmni gerir móttakara kleift að greina og afkóða veikari merki frá meiri fjarlægð og lengja þannig samskiptasviðið.

Í hagnýtri notkun krefst þess að velja viðeigandi móttökunæmni alhliða íhugun á þáttum eins og kerfiskröfum, umhverfishávaða, truflunarónæmi og orkunotkun. Hærri móttökunæmi gerir móttöku og afkóðun veikari merkja kleift og stækkar þar með samskiptasviðið. Hins vegar getur of mikil móttökunæmi aukið flókið kerfi og orkunotkun, en of lág móttökunæmi getur leitt til óstöðugrar móttöku merkja eða vanhæfni til að ná langdrægum samskiptum.

Tíðni og bandbreidd

Tíðni og bandbreidd eru lykilþættir sem hafa áhrif á samskiptasvið þráðlausra samskiptaeininga; þau hafa bein áhrif á flutningsgetu og áreiðanleika merkja.

1. Tíðni: Tíðni vísar til sveiflutímabils þráðlauss merkis. Í þráðlausum samskiptakerfum vísar það venjulega til flutningstíðni, mæld í hertz (Hz). Mismunandi þráðlaus samskiptakerfi nota mismunandi tíðnisvið til að senda merki. Algeng tíðnisvið eru 2,4 GHz, 5 GHz og fleiri. Tíðni hefur bein áhrif á fjarskiptasvið. Almennt séð þjást hærri tíðni fyrir meira tapi á lausu-rými við sendingu og hafa því venjulega styttri sendingarsvið. Aftur á móti tapast lægri-tíðnimerki minna við sendingu og geta þannig náð lengra fjarskiptasviði.
2. Bandbreidd: Bandbreidd vísar til tíðnisviðsins sem merki tekur við sendingu og er venjulega mæld í hertz (Hz). Bandbreidd ákvarðar magn upplýsinga sem merki getur borið og sendingarhraða. Bandbreidd hefur einnig áhrif á samskiptasvið. Breiðari bandbreidd getur veitt hærri gagnaflutningshraða en setur venjulega takmarkanir á flutningsfjarlægð. Eftir því sem sendingarfjarlægðin eykst verður deyfing breiðari-bandbreiddarmerkja meira áberandi, sem getur takmarkað samskiptasviðið. Eins og sýnt er á flísgagnablöðum, því lægra sem samskiptahraði er, því hærra er móttökunæmi.

Hærri tíðni og breiðari bandbreidd leiða venjulega til styttri samskiptasviða.

Í hagnýtri notkun krefst þess að velja viðeigandi tíðni og bandbreidd ítarlegrar skoðunar á mörgum þáttum, þar á meðal tiltækum litrófsauðlindum, samskiptaþörfum, kerfisflækju og frammistöðukröfum. Mismunandi umsóknaraðstæður gætu krafist jafnvægis á gagnahraða og samskiptasviði til að mæta sérstökum þörfum.

Loftnet hönnun og staðsetning

Loftnetshönnun og staðsetning hefur veruleg áhrif á samskiptasvið og frammistöðu þráðlausra samskiptaeininga. Rétt loftnetshönnun og staðsetning getur bætt skilvirkni merkjasendingar og umfang.

1. Loftnetshönnun: Loftnetshönnun felur í sér þætti eins og loftnetsgerð, ávinning og geislamynstur. Mismunandi gerðir loftneta henta fyrir mismunandi notkunarsvið og tíðnisvið.

Að auki er loftnetsaukning mikilvæg breytu; það táknar getu loftnetsins til að breyta inntaksmerkinu í útgeislað afl. Því hærra sem styrkurinn er, því stefnuvirkari er geislun loftnetsins og því meiri er sendingarfjarlægð. Hins vegar er hagnaður einnig takmarkaður af þáttum eins og stærð loftnets, byggingu og tíðni.

• Stefnuloftnet (td stefnubundin loftnet, geiraloftnet): Stefnaloftnet hafa mikla ávinning og geta einbeitt merki í ákveðna átt, sem gefur lengri fjarskiptafjarlægð og sterka merkjagengni. Hins vegar er þekjusvæði þeirra tiltölulega þröngt.
• Ratsjár-loftnet (eins og hálf-bylgjuloftnet og full-bylgjuloftnet): Ratsjár-loftnet hafa tiltölulega einsleitt geislunarmynstur, sem gerir stöðuga útbreiðslu og gerir þau hentug fyrir fjölbreyttar fjarskiptafjarlægðir.
• Aláttarloftnet (eins og aláttarloftnet og loftnet fyrir farsímasvæði): Aláttarloftnet veita þekju í allar áttir og henta fyrir stutt-samskipti og þráðlaus-vítt svæði.

2. Staðsetning loftnets: Staðsetning loftnets er mikilvæg fyrir gæði móttöku og sendingar merkja. Eftirfarandi eru nokkur atriði varðandi staðsetningu loftnets:

Að auki verður einnig að huga að uppsetningarhorni og stefnu loftnetsins. Fyrir stefnuvirkt loftnet tryggir rétt uppsetningarhorn að merkjaþekjan og sendingarstefnan samræmist æskilegu samskiptasvæði. Fyrir alhliða loftnet, með því að viðhalda lóðréttri stefnu næst betri alhliða þekju.

• Hæð: Hæðin sem loftnetið er sett í getur haft áhrif á samskiptasvið og sendingarfjarlægð. Hærra loftnet getur veitt meira samskiptasvið, en það getur einnig leitt til merkisdeyfingar og áhrifa hindrana.
• Hindrunarhindrun: Loftnetið ætti að vera komið fyrir þannig að byggingar, tré eða aðrar hindranir hindrist eins mikið og mögulegt er til að lágmarka merkideyfingu og truflun. Það er einnig mikilvægt að forðast að setja loftnetið við hlið stórra málmvirkja til að koma í veg fyrir áhrif endurkasts og fjölbrauta útbreiðslu.
• Stefna: Beina skal beint í átt að viðkomandi samskiptasvæði til að hámarka merkjaútbreiðslu og sendingarafköst.
• Truflun: Loftnet ætti að vera eins langt frá öðrum búnaði, raflínum eða truflunum og hægt er til að lágmarka áhrif merkjatruflana.

Að lokum er mikilvægt að hafa í huga að hönnun og staðsetning loftneta verður að vera í samræmi við viðeigandi lög og reglur, þar á meðal tíðninotkun og sendingaaflmörk. Að fylgja reglugerðarkröfum tryggir lögmæti og truflanir-frjálsa virkni samskipta.

Hindranir og umhverfi

Hindranir og umhverfisþættir gegna mikilvægu hlutverki í þráðlausum samskiptum; þau hafa áhrif á afköst og samskiptasvið þráðlausra kerfa. Eftirfarandi útskýrir í smáatriðum hvernig hindranir og umhverfi hafa áhrif á þráðlaus samskipti:

1. Áhrif hindrana: Hindranir-þar á meðal byggingar, tré, landslag og aðrir hlutir-geta valdið dempun merkja, endurkasti, dreifingu og lokun meðan á þráðlausri merkjasending stendur. Þessi áhrif leiða til minni merkisstyrks, aukinna fjölbrautaáhrifa og geta valdið truflunum á merkjum.

• Merkjadempun: Hindranir gleypa, dreifa og dreifa merki, sem veikir styrk þeirra. Sérstaklega-hátíðnimerki eru auðveldari að gleypa og dempa af hindrunum og stytta þar með fjarskiptasviðið.
• Fjölbrautaáhrif: Hindranir valda því að merki dreifast eftir mörgum leiðum, sem leiðir til fjölbrautaútbreiðslu. Þetta leiðir til margvíslegra endurkasta, dreifingar og truflana, sem hafa áhrif á gæði og stöðugleika merkjasendinga.
• Lokun og hindrun: Hindranir geta hindrað útbreiðsluslóð merksins, komið í veg fyrir að merkið berist til móttakarans og leitt til truflana í samskiptum eða rýrðra merkjagæða.

2. Umhverfisþættir: Umhverfisþættir hafa einnig áhrif á þráðlaus samskipti, þar á meðal eftirfarandi:

• Andrúmsloftsdeyfing: Raki, lofttegundir og loftbornar agnir í andrúmsloftinu valda deyfingu þráðlausra merkja, sérstaklega á hátíðnisviðum.- Þessi andrúmsloftsdeyfing leiðir til minni merkisstyrks og styttri sendingarvegalengda.
• Veðurskilyrði: Ýmis veðurskilyrði, svo sem rigning, snjór og þoka, hafa áhrif á útbreiðslu merkja. Til dæmis dreifa regndropar og gleypa merki, sem draga úr merkjagæðum og sendingarfjarlægð.
• Hávaðatruflun: Ýmsir uppsprettur rafsegulsuðs í umhverfinu-svo sem truflun aflgjafa, önnur samskiptatæki og rafbúnaður-geta truflað þráðlausa sendingu merkja, dregið úr gæðum og áreiðanleika merkja.

Skilningur á áhrifum hindrana og umhverfisþátta á þráðlaus samskipti getur hjálpað til við að hámarka hönnun og uppsetningu þráðlausra samskiptakerfa. Innleiða viðeigandi tæknilegar ráðstafanir-eins og rétta loftnetshönnun og staðsetningu, notkun viðeigandi mótunar- og kóðunartækni og notkun merkja

auka- og truflunarbælingartækni, getur dregið úr áhrifum hindrana og umhverfisins á samskipti, og þar með bætt gæði og svið samskipta. Að auki, fyrir sérstakar notkunarsviðsmyndir, er hægt að líta á notkun gengisbúnaðar, merkjahvetjandi eða fjöl-loftnetstækni (eins og MIMO) til að sigrast á áskorunum sem stafa af hindrunum og umhverfinu og stækka þannig samskiptasvið og auka afköst.