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《ZigBee傳輸距離計(jì)算.doc》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、ZigBee傳輸距離900-MHz和2.4-GHz頻段短距離無線設(shè)備的設(shè)計(jì)人員需要了解，公式中的參數(shù)對傳輸距離的影響以及這些參數(shù)如何影響傳輸距離，同時(shí)還要能將這些參數(shù)應(yīng)用到公式中，用于統(tǒng)計(jì)計(jì)算出室內(nèi)和戶外環(huán)境下的路徑損耗及傳輸距離。隨著家庭、建筑及工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用中無線技術(shù)的應(yīng)用，短距離無線設(shè)備正倍受關(guān)注。通常，這些應(yīng)用使用專用頻段或以標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議為基礎(chǔ)的頻段，例如：900-MHz和2.4-GHz的ISM(工業(yè)/科學(xué)/醫(yī)學(xué))頻段ZigBee。隨著短距離無線設(shè)備應(yīng)用的不斷普及，對于終端設(shè)備設(shè)計(jì)人員來說，充分了解無線通信距離比以往變得更為重要。這篇文章討論了無線傳播
2、，并開發(fā)了一些模型，用來估算室內(nèi)環(huán)境下短距離無線設(shè)備的路徑損耗和距離。這些模型讓系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以對無線通信系統(tǒng)的性能進(jìn)行一個(gè)初步的估算。在探討距離估算公式之前，設(shè)計(jì)人員需要了解無線信道及傳播環(huán)境。無線通信信道為發(fā)送器和目標(biāo)接收機(jī)之間的傳輸通道。不同于固定的且可預(yù)知的有線信道，無線信道具有隨機(jī)性和時(shí)變性，以及建模的困難性的特點(diǎn)。因此，設(shè)計(jì)人員需要對這些隨機(jī)信道進(jìn)行統(tǒng)計(jì)建模。無線電波傳播模型的重點(diǎn)一般是在給定發(fā)送器距離的路徑下預(yù)測出接收信號(hào)的平均強(qiáng)度，以及接近一個(gè)方位點(diǎn)上的信號(hào)強(qiáng)度的變化。對任意發(fā)送器-接收機(jī)間的平均信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行預(yù)測的傳播模型為大型傳播模型，其
3、在估算發(fā)送器距離方面極為有用。相反地，在一些波長內(nèi)接收信號(hào)強(qiáng)度的傳播模型為小型模型，或?yàn)樗p模型，其具有快速波動(dòng)的特點(diǎn)。這篇文章重點(diǎn)討論大型傳播模型，該模型可對無線傳輸?shù)木嚯x進(jìn)行估算。當(dāng)發(fā)送器和接收機(jī)之間具有一條暢通無阻的可視路徑時(shí)，自由空間傳播模型可對接收信號(hào)的強(qiáng)度進(jìn)行預(yù)測。自由空間傳播模型會(huì)做出這樣的預(yù)測，接收信號(hào)強(qiáng)度“衰減”為發(fā)送器-接收機(jī)間隔距離的函數(shù)，強(qiáng)度衰減升至N次冪——“冪律函數(shù)”。接收機(jī)天線所接收到的自由空間功率與發(fā)射天線隔開一段距離，F(xiàn)riis自由空間方程式把此段距離定義為：(1)在這個(gè)方程式中，PT 為發(fā)送器功率;PR(d)為接收功率，
4、并為發(fā)射-接收間隔距離d的一個(gè)函數(shù);GT 為發(fā)送器天線增益;GR 為接收機(jī)天線增益;d為發(fā)送器和接收機(jī)之間的間隔距離，單位為米;λ為波長，單位為米。Friis自由空間方程式說明了隨著發(fā)送器至接收機(jī)間隔距離平方值的增加，接收功率不斷下降。這一結(jié)果表明接收功率隨著距離的增加將以20dB/decade的速率衰減。在對無線傳輸距離進(jìn)行估算時(shí)重要的一項(xiàng)是路徑損耗，路徑損耗以dB為單位，表示信號(hào)衰減程度。路徑損耗為以dB為單位計(jì)量的發(fā)送器天線功率與接收機(jī)天線功率之間的差分。通過方程式1，您可以推算出路徑損耗為發(fā)送功率除以接收機(jī)功率。方程式2將路徑損耗定義為：(2)在這
5、個(gè)方程式中，PL 為路徑損耗。對方程式2進(jìn)行簡化，假設(shè)發(fā)射天線和接收天線具有相同的增益，那么這一假設(shè)得出的結(jié)果為：(3)您也可以使用如下可行的方式表達(dá)出這一方程式：PL=20lgfMHz+20lg(d)–28,(4)或PR=PT–PL,(5)在這一方程式中，d為距離，單位為米。只有當(dāng)d的值處于發(fā)射天線遠(yuǎn)場(farfield)內(nèi)，F(xiàn)riis自由空間公式才能對接收功率電平做出估算。發(fā)射天線的遠(yuǎn)場，即Fraunhofer區(qū)，指的是超出遠(yuǎn)場距離dF 的區(qū)域。對于一個(gè)天線來說，dF 為2D2/λ，其中D為天線的最長物理線性尺寸。另外，dF 必須大于D，并且必須處于遠(yuǎn)
6、場內(nèi)。這一路徑損耗公式僅適用于可視路徑暢通無阻的理想化系統(tǒng)，并且您應(yīng)該只是利用這一公式進(jìn)行初步估算。傳播模型將近場(close-in)距離d0 作為接收功率的參考點(diǎn)。在任何大于與PR(d0)相關(guān)的接收功率參考點(diǎn)的距離的情況下，您必須計(jì)算出接收功率PR(d)，PR(d0)的值可以通過方程式1和方程式4計(jì)算得出。作為一種選擇，您可以通過鄰近發(fā)送器的許多點(diǎn)上求取平均接收功率，測算出無線通信環(huán)境下的值。您必須選擇一個(gè)近距參考距離，從而使遠(yuǎn)場區(qū)大于近場距離。通過了解這些知識(shí)，您可以使用如下的公式計(jì)算出任何距離的接收功率：(6)在1至2GHz之間運(yùn)行的應(yīng)用系統(tǒng)其參考距
7、離為室內(nèi)環(huán)境下1米，室外環(huán)境下100米。大部分射頻功率電平單位為毫瓦分貝，或者為瓦分貝，而不僅僅是絕對功率電平。您可以將方程式6重新整理為：(7)下面的示例闡明了這些概念。假設(shè)發(fā)射頻率為900MHz，發(fā)射功率為6.3mW(8dBm)，且發(fā)射和接收天線具有相同的增益，則可以測算出室外可視環(huán)境下1200米處的接收功率。室外環(huán)境下，參考距離為100米，同時(shí)您必須測定出100米處的接收功率。波長為900MHz時(shí)是0.33米。使用方程式1中的值，您將得出：(8)如果以毫瓦分貝為單位計(jì)算功率，那么您必須這樣表達(dá)以毫瓦分貝為單位的功率：PR(100)=0.44×10-6
8、mW.(9)從而，PR(100)=10log(0.44×10-6m
