Proračun radijske povezave MANET: pridobitev, izguba in izginjajoča marža

A Radijska povezava MANET je na papirju morda videti izvedljiva, vendar postane nestabilna, ko se vozlišča premaknejo, ovire spremenijo ali se signalni pogoji poslabšajo. Ključno vprašanje ni le, ali lahko sprejemnik zazna signal, ampak ali ostane dovolj moči po izgubi poti, izgubah strojne opreme in bledenju, da zanesljivo podpira zahtevani način delovanja.

S praktičnim proračunom povezave je ta prostor viden. Z upoštevanjem oddajne moči, ojačanja antene, izgube pri širjenju, občutljivosti sprejemnika in marže bledenja lahko inženirji ocenijo, ali ima vsak skok dovolj odpornosti za dejanske pogoje MANET – in ugotovijo, kateri del povezave je treba izboljšati pred uvedbo.

 

Začnite s številkami, ki dejansko zaprejo povezavo

Od oddajne moči do sprejemne moči

Proračun povezave je najlažje revidirati, če sledi signalu v istem vrstnem redu kot strojna oprema. Začnite z izhodno močjo oddajnika v dBm, dodajte ojačanje oddajne antene v dBi in odštejte morebitne izgube na strani napajalnega voda, priključka ali druge izgube na strani oddajnika. Ko se odšteje izguba širjenja, dodajte dobiček sprejemne antene in odštejte izgube strojne opreme na strani sprejemnika. Rezultat je predvidena sprejeta moč, običajno izražena v dBm.

EIRP je priročno vmesno preverjanje. Predstavlja moč oddajnika po uporabi izgub na strani oddajanja in ojačanja antene, kar inženirjem pomaga ločiti tisto, kar zapusti anteno, od tega, kar se zgodi na poti širjenja. V standardnem proračunu RF se lahko sprejeta moč izrazi kot moč oddajnika plus dobitki antene minus izgube oddajnika, širjenja in sprejemnika.

Enote so pomembne, ker niso zamenljive. dBm izraža absolutno raven moči, medtem ko dBi izraža ojačenje antene glede na izotropni radiator, dB pa izraža razmerje ojačenja ali izgube. Ko je moč pretvorjena v dBm, proračun povezave postane vaja seštevanja in odštevanja. Izguba 2 dB v kablu, usmerjenosti antene ali drugi komponenti odstrani ista 2 dB iz razpoložljivega roba na sprejemniku.

Uporabite občutljivost sprejemnika za način delovanja, ki ga dejansko potrebujete

Pozitivna vrednost prejete moči glede na občutljivost ne pomeni samodejno, da bo aplikacija delovala, kot je predvideno. Občutljivost sprejemnika je najmanjša sprejeta moč, povezana z uspešnim delovanjem pod določenimi pogoji, rezerva povezave pa se običajno izračuna kot sprejeta moč minus občutljivost sprejemnika.

Pomembna podrobnost je, katera vrednost občutljivosti je vključena v izračun. Radio MANET lahko vzdržuje povezljivost z robustno modulacijo nizke stopnje, medtem ko ne podpira več pasovne širine ali prepustnosti, ki jo zahteva video, telemetrija ali drug promet. Ustrezen prag je torej zahteva sprejemnika za pasovno širino kanala in način delovanja, ki ju uvedba dejansko potrebuje, ne le najugodnejša številka, ki je na voljo na specifikacijskem listu.

 

Kjer dB izginejo na resnični poti MANET

FSPL daje izhodišče, ne končnega odgovora

Izguba poti prostega prostora zagotavlja najčistejšo izhodiščno točko za širjenje:

FSPL (dB) = 32,44 + 20 log₁₀ (razdalja v km) + 20 log₁₀ (frekvenca v MHz)

Razmerje takoj razkrije dve uporabni dejstvi oblikovanja. Povečanje razdalje poveča izgubo, povečanje frekvence pa poveča tudi izgubo prostega prostora, ko razdalja ostane nespremenjena. Konstanta se spremeni, ko se uporabljajo različne enote razdalje ali frekvence, zato morajo enote ostati dosledne skozi celoten izračun.

FSPL je dragocen za preverjanje izvedljivosti, ker izolira geometrijsko širjenje od bolj neurejenih delov uvedbe na terenu. Vendar ga ne bi smeli obravnavati kot obljubo dejanskega prejetega signala. Model prostega prostora predvideva neovirano okolje širjenja; ne upošteva terena, karoserije vozil, vegetacije, polarizacijskih napak, motenj ali spreminjanja usmerjenosti antene.

Fresnelov razmik je še en razlog, zakaj je lahko vidna linija zavajajoča. Operater bo morda lahko videl drugo vozlišče, medtem ko teren, strukture ali vegetacija še vedno vdirajo v območje širjenja RF okoli neposredne poti. Rezultat je lahko uklon, odboj in dodatno slabljenje, ki se nikoli ne pojavi na osnovni sliki FSPL.

Dodajte izgube, ki se premikajo z omrežjem

Nekatere izgube so relativno stabilne. Slabljenje v napajalnem vodu, priključke, adapterje in izgube pri fiksni namestitvi je običajno mogoče enkrat oceniti in vnesti neposredno v preglednico. Drugi se spreminjajo, ko se omrežje premika. Vozilo, ki zavija skozi križišče, lahko spremeni usmeritev antene, UAV lahko spremeni svoj vzorec sevanja glede na drugo vozlišče, premikajoča se ovira pa lahko nenadoma zasenči prej čisto pot.

Večpotje si zasluži posebno pozornost, ker se odbite, difraktirane in razpršene različice istega prenosa lahko konstruktivno ali destruktivno kombinirajo na sprejemniku. Večpotno bledenje lahko povzroči znatna nihanja moči signala, medtem ko dolgoročnejša izguba poti in senčenje spremenita kakovost povezave na večjih razdaljah in v časovnih okvirih. Motnje in lokalni šum dodajajo še eno dimenzijo: močan RSSI ne pomeni nujno močne uporabne povezave, če se je SNR poslabšal.

Pri večini načrtovanja MANET so ti učinki bolje predstavljeni kot realistična dovoljenja za širjenje kot prezrti, ker jih je težko natančno predvideti. Posebne izgube, kot je dež ali atmosferska absorpcija, je mogoče dodati, če so pomembne zaradi frekvence, razdalje in delovnega okolja. V nasprotnem primeru bi se moral proračun osredotočiti na izgube, za katere je najverjetneje, da bodo porabile pomembno rezervo pri načrtovani uvedbi.

 

Koliko marže za bledenje potrebuje premični MANET?

Rob povezave in rob zbledenja odgovarjata na različna vprašanja

Marža povezave vam pove, kako daleč je predvideni prejeti signal nad pragom sprejemnika. Če izračun predvideva −80 dBm na sprejemniku in je zahtevana raven delovanja −100 dBm, je nazivna meja 20 dB. Ta številka odgovarja, ali se načrtovana povezava na papirju zapre, vendar vam ne pove, koliko degradacije bo sistem doživel med premikanjem.

Meja bledenja je del prostora za signal, ki je na voljo za absorpcijo začasnega poslabšanja, preden je presežen zahtevani delovni prag. V praksi:

Fade Margin = Predvidena prejeta raven − Zahtevana raven delovanja

Ni ene same ciljne meje zbledenja, ki bi ustrezala vsaki postavitvi MANET Radio. Stacionarna povezava z neovirano geometrijo in skromnimi zahtevami glede razpoložljivosti se ne sooča z enako spremenljivostjo kot radijski sprejemniki, pritrjeni na premikajoča se vozila, letala, robote ali osebje. Teren, delovna frekvenca, motnje, vzorci antene, verjetnost ovir in modulacija, ki jo je treba vzdrževati, vplivajo na to, koliko prostora za višino je uporabnega.

Cilj oblikovanja torej ni 'nobena pozitivna marža'. Presežek 2 dB bi lahko bil v preglednici videti uspešen, vendar izgine po majhni spremembi orientacije ali kratkem dogodku senčenja. Boljše vprašanje je, ali preostala marža odraža resnost in pogostost variacij, s katerimi se pričakuje, da bo naletelo omrežje.

Mobilnost spremeni eno predvideno raven signala v obseg

Statični proračun proizvede eno predvideno prejeto raven, ker so njegovi vložki fiksni. Gibljivi MANET ustvari vrsto možnih ravni, ker se več teh vnosov s časom učinkovito spreminja. Razdalja se lahko poveča, usmeritev antene lahko postane manj ugodna, fresnelov razmik se lahko poslabša, ovire pa lahko povzročijo senčenje. Večpotje lahko nato poleg teh sprememb ustvari manjša nihanja.

Povprečni SNR lahko služi kot dolgoročno merilo kakovosti povezave pri izbiri uporabne povezave naslednjega skoka, medtem ko se kratkoročne spremembe kanala zgodijo hitreje. Zato proračuna radijske povezave MANET ne bi smeli obravnavati le kot izračun dosega: razpoložljiva marža prav tako vpliva na to, kako dosledno določen sosed ostaja uporabna možnost posredovanja.

Povezava, zasnovana zelo blizu njenega praga, se lahko vedno znova premakne v bolj robusten način, trpi zaradi ponovnih prenosov ali izgine iz razpoložljive topologije. Več rezerviranega prostora daje radijskemu prostoru, da tolerira te spremembe, preden jih mora vedenje omrežja nadomestiti.

Pasovna širina, modulacija in MIMO vplivajo na uporabno rezervo

Učinkovitost sprejemnika je povezana z delovno konfiguracijo. Ožja pasovna širina kanala lahko zmanjša šum integriranega sprejemnika in lahko omogoči boljšo občutljivost, medtem ko modulacija višjega reda prenaša več podatkov, vendar na splošno zahteva boljšo kakovost signala. Prilagodljiva modulacija dinamično uporablja ta kompromis in se premika proti bolj robustnim shemam, ko se kakovost kanala poslabša, in proti shemam z večjo zmogljivostjo, ko razmere to dopuščajo.

Radio MANET , ki podpira MIMO, lahko izboljša obnašanje povezave s tehnikami, kot so sprejemna raznolikost, prostorsko-časovno kodiranje, oblikovanje snopa ali prostorsko multipleksiranje. Teh ugodnosti ne bi smeli pretvoriti v domnevno fiksno 'dobitek MIMO' in jih naključno dodati v proračun. Izboljšanje raznolikosti, pridobitev oblikovanja snopa in zmogljivost multipleksiranja so različni učinki; samo dokumentiran ali izmerjen dobiček na ravni povezave za dejansko geometrijo antene in način delovanja je treba obravnavati kot numerični proračunski vnos.

 

Izvedite proračun povezave MANET z resničnimi radijskimi parametri

Delajte skozi en skok od vnosov do preostalega roba

Razmislite o poenostavljenem skoku MANET na 10 km, ki deluje pri 2,4 GHz. Za primer predpostavimo eno 2 W oddajno vejo, enako 8 dBi anten na obeh koncih, 1 dB izgube strojne opreme na vsaki strani in dodatnih 8 dB dodatka za neidealno širjenje. 2 W RF izhod ustreza približno 33 dBm. Primer je namenoma izračun z eno povezavo in ne poskus združitve dveh oddajnih verig MIMO v eno poljubno vrednost moči.

Uporaba enačbe FSPL:

FSPL = 32,44 + 20 log₁₀(10) + 20 log₁₀(2400) ≈ 120,0 dB

Prejeta raven potem postane približno:

33 + 8 − 1 − 120 − 8 + 8 − 1 = −81 dBm

Če izbrani način delovanja uporablja prag sprejemnika −103 dBm, je nominalna preostala meja približno 22 dB . Rezultat ne napoveduje natančne učinkovitosti na terenu; prikazuje, kako je vsaka inženirska predpostavka izpostavljena in kako hitro se spremeni odgovor, ko se spremenijo razdalja, dobiček antene, dovoljena izguba ali zahteva za sprejemnik.

Uporabite specifikacije MIMOmesh kot vnose, ne kot reklamne trditve

WDS lahki zračni radio MANET podpira sprejemno občutljivost −103 dBm pri pasovni širini 5 MHz. Razpoložljive konfiguracije vključujejo pasovne širine kanalov 1,25, 2,5, 5, 10 in 20 MHz, z možnostmi 40 ali 80 MHz pri izbranih različicah. Prilagodljiva modulacija TD-COFDM sega od BPSK in QPSK do 16QAM, 64QAM, 256QAM in 1024QAM. Nadzor moči prenosa in več RF izhodnih konfiguracij zagotavljajo dodatno prilagodljivost pri usklajevanju radijske nastavitve z zahtevami povezave.

Za delovanje MIMO serija podpira prostorsko-časovno kodiranje, sprejemno raznolikost, oddajno/sprejemno oblikovanje snopa in prostorsko multipleksiranje. Frekvenčne konfiguracije zajemajo več obsegov VHF/UHF, L-pasov, S-pasov in C-pasov, vključno z možnostmi 2,3–2,5 GHz, zaradi katerih je 2,4 GHz razumna ilustrativna frekvenca za zgornji primer.

Te vrednosti so koristni vložki, vendar največji obseg nikoli ne sme nadomestiti samega proračuna povezave. Doseg je odvisen od izbrane frekvence, dejanske konfiguracije moči RF, ojačanja in vzorca antene, pasovne širine, praga sprejemnika, okolja poti, motenj in roba zbledenja, rezerviranega za delovanje. Tudi radio, zasnovan za povezave na dolge razdalje, ne more povzročiti, da te spremenljivke izginejo.

Enaka previdnost velja za občutljivost. Tukaj uporabljena vrednost −103 dBm je povezana s pasovno širino 5 MHz; ne bi smel biti samodejno dodeljen vsaki konfiguraciji kanala. Pri načrtovanju prave radijske povezave MANET uporabite zahtevo za sprejemnik, ki ustreza konfiguraciji, ki se uporablja, in preverite vrednosti, specifične za način, preden dokončate proračun.

 

Zaključek

Proračun zanesljive radijske povezave MANET je odvisen od več kot doseganja signala nad občutljivostjo sprejemnika. Inženirji morajo upoštevati ojačanje antene, izgube na poti in strojni opremi, delovno pasovno širino, zahteve glede modulacije in zadosten rob zbledenja za obvladovanje gibanja, ovir, večpotij in spreminjajočih se motenj.

Shenzhen Sinosun Technology Co., Ltd. ponuja radijske rešitve MIMOmesh, ki lahko podpirajo ta pristop načrtovanja z nastavljivimi RF parametri in zmožnostmi mrežnega povezovanja. Usklajevanje teh nastavitev z realističnimi izračuni proračuna povezav pomaga ekipam zgraditi povezave z bolj zanesljivo pokritostjo, uporabno prepustnostjo in odpornostjo na spreminjajoče se pogoje uvajanja.

 

pogosta vprašanja

V: Kakšen je proračun za radijsko povezavo MANET?

O: Proračun radijske povezave MANET izračuna pričakovano prejeto moč signala s kombiniranjem oddajne moči, ojačanj antene, izgub pri širjenju, izgub strojne opreme in občutljivosti sprejemnika za vsak brezžični skok.

V: Kako izračunate prejeto moč v proračunu radijske povezave?

O: Dodajte moč oddajnika in ojačanja antene, nato pa odštejte izgube kabla, priključka, širjenja in druge pomembne izgube. Rezultat je predvidena raven signala na sprejemniku.

V: Kaj je marža zbledenja v radijski povezavi?

O: Meja bledenja je višina signala med predvideno stopnjo sprejema in zahtevanim pragom sprejemnika. Pomaga se prilagoditi bledenju, oviram, mobilnosti in drugim začasnim poslabšanjem signala.

V: Kako ojačanje antene vpliva na doseg radijske povezave?

O: Večje ojačanje antene lahko izboljša moč sprejetega signala in rezervo povezave s koncentracijo RF energije, čeprav je treba upoštevati tudi usmerjenost antene, orientacijo in zahtevani vzorec pokritosti.

V: Zakaj je občutljivost sprejemnika pomembna pri izračunih proračuna povezave?

O: Občutljivost sprejemnika določa najmanjšo raven signala, potrebno za določen način delovanja. Uporaba pravilne vrednosti občutljivosti pomaga ugotoviti, ali lahko povezava vzdržuje zahtevano zmogljivost.

V: Zakaj se lahko proračun povezave MANET spremeni, ko se vozlišča premikajo?

O: Mobilnost spreminja razdaljo, usmerjenost antene, pogoje vidnega polja, senčenje in večpotje. Te različice lahko zmanjšajo razpoložljivo rezervo, tudi če prvotni statični izračun predvideva izvedljivo povezavo.