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浅述无线通信的传输距离

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一、影响通信距离的主要因素

影响通信距离的主要因素有无线产品的功率、无线产品的接收灵敏度、无线产品的选择性、无线产品的信号调制方式、工作频段、供电系统、天线的高度、天线的类型、馈线的长度及线径、所在地区无线电干扰的频谱分布、高大建筑或金属物体与天线的相对位置、地形地貌等环境因素。


直接上公式:Los=32.45+20lgd+20lgf


这是自由空间传输、理想的传播条件下的计算公式,其中Los为传输损耗,单位是dB;d为传输距离,单位是kM;f为工作频率,单位是MHz。 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,空间传输损耗将分别增加6dB。反过来我们也可以这样理解,在工作频率不变的情况下,空间上的损耗每增加6dB,无线的传输距离就会减小一倍。


这样我们可以知道影响传输距离d的因素就有传输损耗Los与工作频率,其中传输损耗Los=发射功率-接收灵敏度,当无线产品的工作频率固定时,想要增加无线传输的距离那么就只能通过增加Los来提高,也就是增加发射功率和提高接收灵敏度这两种方法。

二、增加发射功率

那么在其他条件不变的情况下增加发射功率就一定会提高无线产品的传输距离吗?

答案是否定的

咱们这里引入一个新的概念“EVM”,什么是EVM?


EVM表征的是调制精度,是衡量现代无线通信系统中数字调制质量的一项关键指标,EVM是发射信号的理想的测量分量I(同相位)和Q(正交相位)(称为基准信号“R”)与实际接收到的测量信号“M”的 I和Q分量幅值之间的矢量差。EVM是一个幅值量,表示为一个百分比,说的简单一点儿就是,EVM的值用来表示信号的质量,其值越小表示信号的质量越好,反之,信号的质量越差。


EVM的值越大,误码率就会越高,那么在实际的技术体现上就是无线数据的传输数据误差就越大,所以我们在增大发射功率时还有可能会影响调制信号的质量,如果因功率的增加导致EVM的提高,不仅不能提供无线产品的通讯距离还会导致适得其反,降低无线产品的通讯距离,因此我们在增加发射功率的同时,还要特别关注信号的调制质量,这样才让提高通讯距离有效。


但是在实际的运用中会因为某些条件的限制,导致我们不能无限的增大功率,比如供电系统,无限产品的功率提高伴随的一点就是整个系统功耗的提高和电源系统性能的提高,那么这时我们可以怎么办喃?

三、提高接收灵敏度

上文说到增加距离可行方法有两种,第二种就是提高无线产品的接收灵敏度,接收灵敏度就是无线产品能够正确接收和解调出有用信号的要求的输入信号的最小电平,它也是无线产品接收微弱信号能力的一种度量。


废话少说,直接上公式

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


这是从噪声系数的定义推导出来的接收机灵敏度的公式,其中


其中噪声系数是影响无线产品接收灵敏度的重要指标,那么通过公式我们可以发现降低系统的噪声也是提高通讯灵敏度的一种方式,在通讯系统中通讯信道中噪声又分为内部(电路固有)的噪声和外部噪声 。


外部噪声

外部噪声的大小取决于无线产品周围环境,比如雷达干扰、工业噪声、大气噪声和太阳热燥等等都会导致外部噪声的变化,这些因素在实际的运用中都可能会遇到,是很难控制的。


内部噪声

而我们想降低系统的噪声,就可以从咱们无线产品内部的电路固有的噪声入手,电路内部噪声大多源于电路内部的器件,电阻内电子的热运动、有源器件中电荷粒子的随机运动等,反应到硬件系统上最常见的就是电源电路的噪声,在无线产品中,电源系统带来的噪声是比较严重的,减小电源噪声的方法是我们在降低无线产品的噪声的一个关键点,也是我们提高灵敏度的一个方法。


实际的运用中我们可以在电源的输出端或者射频电源供应输入端加入一些降噪电路,比如RC电路、滤波电路等都可以达到目的,同时我们在电源器件布局尽量远离射频部分,考虑电路的EMC等等,都是一种降低噪声的措施方法。

无线通信系统组成

无线信道是典型的随参信道,影响无线通信的距离侧因素很多,此处不过多论述。


https://www.wjx.cn/jq/84863372.aspx