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WiFi傳輸距離的估算

文章出處:深圳市創凌智聯科技有限公司 人氣:-發表時間:2017-07-25 16:38:00

   傳輸距離其實是個傳輸損耗的問題。假設現在電磁波在自由空間傳輸(可以理解為真空,標準概念是具有各向同性、電導率為0、相對介電系數和相對磁導率均恒為1的特點的理想空間)。

WiFi傳輸距離的估算


所以們可以看到發射功率Pt與傳輸距離的平方成正比,與波長的平方成反比,即假設要保證相同的接受功率(即說明書上常見的接收靈敏度,低于這個值設備就檢測不到信號了)情況下,距離越遠,需要的發射功率越大。


dBmdBmVdBuV換算關系

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


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。

[Lfs](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,當f或d增大一倍時,[Lfs]傳播損耗將分別增加6dB.

下面的公式說明在自由空間下電波傳播的損耗

Los=32.44+20lgd(Km)+20lgf(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.由Los、f

計算得出d=30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

結論:無線傳輸損耗每增加6dB,傳送距離減小一倍

112.png

實際模擬無線網卡在混凝土大廈里使用的情形:

113.png

常見的2.4G無線網卡,信道6的時候,在市區內一般鋼筋混凝土框架建筑物傳輸距離。


各類損耗的確定

    建筑物的貫穿損耗 

建筑物的貫穿損耗是指電波通過建筑物的外層結構時所受到的衰減,它等于建筑物外與建筑物內的場強中值之差。  

建筑物的貫穿損耗與建筑物的結構、門窗的種類和大小、樓層有很大關系。貫穿損耗隨樓層高度的變化,一般為-2dB/層,因此,一般都考慮一層(底層)的貫穿損耗。  


下面是一組針對900MHz頻段,綜合國外測試結果的數據: 

--- 中等城市市區一般鋼筋混凝土框架建筑物,貫穿損耗中值為10dB,標準偏差7.3dB;郊區同類建筑物,貫穿損耗中值為5.8dB,標準偏差8.7dB。  


--- 大城市市區一般鋼筋混凝土框架建筑物,貫穿損耗中值為18dB,標準偏差7.7dB;郊區同類建筑物,貫穿損耗中值為13.1dB,標準偏差9.5dB。  


--- 大城市市區一金屬殼體結構或特殊金屬框架結構的建筑物,貫穿損耗中值為27dB。


由于我國的城市環境與國外有很大的不同,一般比國外同類名稱要高8---10dB。  


對于1800MHz,雖然其波長比900MHz短,貫穿能力更大,但繞射損耗更大。因此,實際上,1800MHz 的建筑物的貫穿損耗比900MHz的要大。GSM規范3.30中提到,城市環境中的建筑物的貫穿損耗一般為15dB,農村為10dB。一般取比同類地區900MHz的貫穿損耗大5---10dB。  

    人體損耗 

對于手持機,當位于使用者的腰部和肩部時,接收的信號場強比天線離開人體幾個波長時將分別降低4---7dB和1---2dB。

一般人體損耗設為3dB。  


    車內損耗 

金屬結構的汽車帶來的車內損耗不能忽視。尤其在經濟發達的城市,人的一部分時間是在汽車中度過的。 一般車內損耗為8---10dB。  


    饋線損耗 

在GSM900中經常使用的是7/8″的饋線,在1000MHz的情況下,每100米的損耗是4.3dB;在2000MHz的情況下,每100米的損耗則為6.46dB,多了2.16個dB。

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