无线传输距离计算

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1、无线传输距离计算无线传输距离计算Pr(dBm) = Pt(dBm) - Ct(dB) + Gt(dB) - FL(dB) + Gr(dB) - Cr(dB)Pr：接受端灵敏度Pt: 发送端功率Cr: 接收端接头和电缆损耗Ct: 发送端接头和电缆损耗Gr: 接受端天线增益Gt: 发送端天线增益FL: 自由空间损耗FL(dB)=20 lg R (km) +20 lg f (GHz) + 92.44R 是两点之间的距离f 是频率=2.4自由空间通信距离方程自由空间通信距离方程自由空间通信距离方程设发射功率为 PT，发射天线增益为 GT，工作频率为 f . 接收功率为 PR，接收天线增益为 GR，收、

2、发天线间距离为 R，那么电波在无环境干扰时，传播途中的电波损耗 L0 有以下表达式：L0 (dB) = 10 Lg（ PT / PR ） = 32.45 + 20 Lg f ( MHz ) + 20 Lg R ( km ) - GT (dB) - GR (dB)举例 设：PT = 10 W = 40dBmw ；GR = GT = 7 (dBi) ； f = 1910MHz问：R = 500 m 时， PR = ？解答： (1) L0 (dB) 的计算 L0 (dB) = 32.45 + 20 Lg 1910( MHz ) + 20 Lg 0.5 ( km ) - GR (dB) - GT (d

3、B)= 32.45 +65.62 - 6 - 7 - 7 = 78.07 (dB) （2） PR 的计算PR = PT / ( 10 7.807 ) = 10 ( W ) / ( 10 7.807 ) = 1 ( W ) / ( 10 0.807 ) = 1 ( W ) / 6.412 = 0.156 ( W ) = 156 ( mW ) # 顺便指出，1.9GHz 电波在穿透一层砖墙时，大约损失 (1015) dB无线传输距离估算无线传输距离估算传输距离估算 无线网络系统的传输距离或覆盖范围受多种因素的影响， 除了信号源的发射功率、 天线的增益、 接 收设备的灵敏度、 频率、自由空间衰减、噪

4、声干扰外，还有现场环境的影响，例如建筑物、树木和墙壁的遮挡，人体、气候等对电磁 波的衰减，纯粹自由空间的传输环境在实际应用中是不存在的。 由于无线网络系统是一个实际应用的工程，必须在实施前进行设计和预算，必须事前对无线网络系统的传输距离或 覆盖范围进行估算，进而对系统部署规模有一个估计，下面的表格就是对一个“基站”的覆盖能力进行估算的办法。第一步：计算无线通信系统上下行总增益。 第二步：计算最大视距传输距离。计算公式为： 最大视距传输距离(m)10(系统总增益40）/30 第三步：估算现场实际覆盖距离。 例如：传输距离估算 总增益(dBm) 最大距离(m) 实际距离(m) 915043 100

5、10080 109200149 121500342 125700463 1301000639 13920001194 14840002233 15360003220 160100005106 169200009548 1815000021838通过上述三个步骤可以对每个基站所覆盖的范围有一个初步的估计，进一步估算出所要覆盖区域的基站数量和网络 规模。 无线通信距离的计算无线通信距离的计算这里给出自由空间传播时的无线通信距离的计算方法： 所谓自由空间传播系指天线周围为无限大真空 时的电波传播，它是理想传播条件。电波在自由空间传播时，其能量既不会被障碍物所吸收，也不会 产生反射或散射。通信距离与发

6、射功率、接收灵敏度和工作频率有关 LosLosLosLos(dB)=32.44(dB)=32.44(dB)=32.44(dB)=32.44 +20lgD(km)+20lgD(km)+20lgD(km)+20lgD(km) +20lgF(MHz)+20lgF(MHz)+20lgF(MHz)+20lgF(MHz) 式中 Lfs 为传输损耗，D 为传输距离，频率的单位以 MHz 计算。 由上式可见，自由空间中电波传播损耗（亦称衰减）只与工作频率 f 和传播距离 D 有关，当 F 或 D 增大一倍时， Lfs将分别增加 6dB. 下面的公式说明在自由空间下电波传播的损耗LosLosLosLos = =

7、 = = 32.4432.4432.4432.44 +20lg+20lg+20lg+20lg D(Km)D(Km)D(Km)D(Km) +20lg+20lg+20lg+20lg F(MHz)F(MHz)F(MHz)F(MHz) Los 是传播损耗，单位为 dB D 是距离，单位是 Km F 是工作频率，单位是 MHz 下面举例说明一个工作频率为 433.92MHz，发射功率为10dBm(10mW)，接收灵敏度为-105dBm 的系统在自 由空间的传播距离: 1. 由发射功率 10dBm，接收灵敏度为-105dBmLos = 115dB 2. 由 Los、F 计算得出 D =31 公里. 这是理

8、想状况下的传输距离，实际的应用中是会低于该值，这是因为无线通信要受到各种外界因素的影响，如大 气、阻挡物、多径等造成的损耗，将上述损耗的参考值计入上式中，即可计算出近似通信距离。 假定大气、遮挡等造成的损耗为 25dB，可以计算得出通信距离为: D =1.7 公里Los = 32.44 +20lg D(Km) +20lg F(MHz) F=433MHz Los=接收灵敏度 LNA Gain Tx power 天线增益大气衰减 NRF905 接收灵敏度 -100dBmLNA Gain: 25dB TX power 26dBm天线增益 2dB 大气衰减: 35dB(根据目前市场上的模块实际传输距离

9、算出的)Los=100 +25 +26 +2-35=32.44 +20lg D(Km) +20lg 433 D=45.34Km实际测试结果: D=1.3Km 代入上面公式可算出实际大气的衰减量: Los = 32.44 20lg 1.3 20lg 433Los=接收灵敏度 LNA Gain Tx power 天线增益大气衰减 NRF905 接收灵敏度 -100dBm LNA Gain: 25dB TX power 26dBm 天线增益 2db 大气衰减: 35dB(根据目前市场上的模块实际传输距离算出的) Los=100 +25 +26 +2-x=32.44 +20lg 1.3 +20lg 4

10、33 X=65.55dB从而可以推算出如果 D=20Km，至少需要输出 Power 多大:Los=100 +25 +Tx +2-65.55=32.44 +20lg20 +20lg433 Tx=49.74dBm若用三菱公司的 RD06HVF1 和 RD15HVF1 作放大，最大输出约 20W，转换成 dBm 后为 10lg20000mW=43dBm； 则可以传输的实际距离为:Los=100 +25 +43 +2-65.55=32.44 +20lgD +20lg433 D=9.2Km无线传输距离和发射功率以及频率的关系功率 灵敏度 （dBm dBmVdBuV）dBm=10log(Pout/1mW)

11、，其中 Pout 是以 mW 为单位的功率值dBmV=20log(Vout /1mV)，其中 Vout 是以 mV 为单位的电压值dBuV=20log(Vout /1uV)，其中 Vout 是以 uV 为单位的电压值换算关系：PoutVoutVout/RdBmV=10log(R/0.001)+dBm，R 为负载阻抗dBuV=60+dBmV应用举例无线通信距离的计算这里给出自由空间传播时的无线通信距离的计算方法：所谓自由空间传播系指天线周围为无限大真空时的电波传播，它是理想传播条件。电波在自由空间传播时，其能量既不会被障碍物所吸收，也不会产生反射或散射。通信距离与发射功率、接收灵敏度和工作频率有

12、关。Lfs(dB)=32.44+20lgd(km)+20lgf(MHz)式中 Lfs 为传输损耗，d 为传输距离，频率的单位以 MHz 计算。由上式可见，自由空间中电波传播损耗（亦称衰减）只与工作频率 f 和传播距离d 有关，当 f 或 d 增大一倍时，Lfs将分别增加 6dB.下面的公式说明在自由空间下电波传播的损耗Los = 32.44 + 20lg d(Km) + 20lg f(MHz) Los=20Lg(4/c)+20Lg(f(Hz)+20Lg(d(m)=20Lg(4/3x108)+20Lg(f(MHz)x106)+20Lg(d(km)x103)=20Lg(4/3)-160+20Lgf

13、+120+20Lgd+60=32.45+20Lgf+20Lgd, d 单位为 km，f 单位为 MHzLos 是传播损耗，单位为 dB，一般车内损耗为 8-10dB，馈线损耗 8dBd 是距离，单位是 Kmf 是工作频率，单位是 MHz例：如果某路径的传播损耗是 50dB，发射机的功率是 10dB，那末接收机的接收信号电平是-40dB。下面举例说明一个工作频率为 433.92MHz，发射功率为10dBm(10mW)，接收灵敏度为-105dBm 的系统在自由空间的传播距离：1. 由发射功率+10dBm，接收灵敏度为-105dBmLos = 115dB2. 由 Los、f计算得出 d =30 公里

14、这是理想状况下的传输距离，实际的应用中是会低于该值，这是因为无线通信要受到各种外界因素的影响，如大气、阻挡物、多径等造成的损耗，将上述损耗的参考值计入上式中，即可计算出近似通信距离。假定大气、遮挡等造成的损耗为 25dB，可以计算得出通信距离为：d =1.7 公里结论: 无线传输损耗每增加 6dB, 传送距离减小一倍在遥控钥匙门禁（RKE）系统中，可以用钥匙扣上的发射器从远端开锁，发射器将无线编码发送到汽车内的接收机。遥控钥匙门禁（RKE）系统通常工作在 ISM 频段，包括 315MHz 和 433.92MHz。随着远程启动和带校验的 RKE 的出现，设计者希望延长这些短程设备的有效收发距离。

15、影响有效收发距离的关键因素是无线信号的路径损耗。该应用笔记描述了无线信号的“地面反射”对路径损耗的影响，给出了路径损耗的近似式，并给出了在空旷停车场内路径损耗的曲线。另外，本文还给出了多路径信号和阻塞影响的估算。在 RKE 系统中，汽车驾驶员利用钥匙扣上的发射器向车内接收机发送无线编码信号，打开车锁。接收机对接收到的信号进行解码，并控制执行装置打开车门。 RKE 系统的一个重要指标是它的有效收发距离。该距离由链路预算决定，关键因素是钥匙扣上发射器的发射功率、接收器的灵敏度和路径损耗。本应用只讨论路径损耗，阐述了发射器与接收器的距离、发射信号频率以及发射器与接收器之间的相对高度对路径损耗的影响。

16、地面反射中的路径损耗在一个空旷的停车场环境中，几米以上距离的路径损耗与距离的 4 次方成正比，在自由空间传输中它与距离的平方成正比。实际上，对于增益为 1 的小天线而言，路径损耗与频率无关，可由一个简单的式表示：其中，R 是发射器和接收器之间的水平距离，h 1 是发射器的高度，h 2 是接收器的高度。这个简单的用于表示路径损耗的公式式是根据“地面反射”原理得出的。在靠近地面的任何位置， 无线信号传输都会在发射器和接收器之间选择一条直接路径和一条地面反射路径，如图 1 所示。地面反射类似于镜面反射。对于常规地形，地面反射会使信号产生 180 相移，而且比直接路径传输更远的距离。两条路径信号在接收端重新组合，如果不考虑路径长度的影响，这两路信号可以完全抵消。直接路径和地面反射路径的传输距离由式2 和式 3 表示：由于 R、R1、R2 h1、h2，上述表达式可近似为式 4 和式 5：两者距离之差由式 6 表示：地面反射是多径传输的一个简单例子： 无线电波在传播过程中， 遇到不同的表面反射，形成幅值和延迟均不同的多径信