影响可靠无线通信链路的因素
为了建立可靠的无线通信链路,无线设计工程师必须在最佳性能水平上运行,确定诸如发射功率、传输带宽、天线增益等参数。并非所有影响无线链路性能的参数都受设计工程师控制。
Not all performance related parameters are under the control of the design
信道噪声、邻道干扰、衰落——仅举几例,不受设计工程师控制。因此,设计人员必须调整或调整可以控制的参数,以实现无线信道的最大利用率。
哪些因素会影响可靠的无线通信链路?
发射功率
发射功率通常根据发射机和接收机之间的距离来确定。对于长距离陆地通信,在发射机和接收机之间的中间站安装中继器。通常的做法是在信道上传送导频信号,并在参考接收机处接收它。测量该导频信号的信噪比,以了解信道的噪声水平。如果接收机的信噪比非常差,则提高发射功率,但不能超过允许的操作水平。
信道容量
为了实现高数据速率,信道带宽不能超过一定的限制。这是因为信道可能会与相邻频段重叠,从而导致干扰。无需大幅增加信道带宽,我们可以采用有效的调制技术来提高系统的数据速率。信噪比的增加也会增加无线信道容量。
传输带宽
传输带宽的增加也会增加噪声功率,从而降低信噪比。因此,信号发射功率和信道带宽是根据应用的要求决定的。
$$N_{p}=N_{0}B=kTB$$
Np 是噪声功率,B 是传输带宽。我们可以看到传输带宽和噪声功率之间存在线性关系。
天线增益和路径损耗降低
为了降低无线信道路径损耗,我们可以部署高增益天线。发射机和接收机的天线增益越高,路径损耗的影响越小。
根据 Friis 传输公式,LOS 模型的路径损耗如下所示 (1)
$$P_{r}=P_{t}G_{t}G_{r}(\frac{\lambda}{4\pi\:d})^{2}\:---(1)$$
尽管这是用于计算 LOS 系统中接收到的功率,但它也可以用作非 LOS 系统的近似建模。
继续简化,我们有,
$$\frac{P_{t}}{P_{r}}=\frac{1}{G_{t}G_{r}(\frac{\lambda}{4\pi\:d})^{2}}$$
$$PL(dB)=-10log_{10}(G_{t}G_{r})+20log_{10}(\frac{4\pi\:d}{\lambda})---(2)$$
$$PL(dB)=-10log_{10}(G_{t})-10log_{10}(G_{r})+20log_{10}(\frac{4\pi\:d}{\lambda})---(3)$$
从 (3) 中,我们可以观察到,如果天线增益为单位 (Gt = Gr = 1),路径损耗将减少到
$$PL(dB)=20log_{10}(\frac{4\pi\:d}{\lambda})---(4)$$
但是,如果我们使用高天线增益,路径损耗将进一步降低。这可以从 (3) 中观察到
根本事实是,在建立无线通信链路之前,必须考虑所有可能的增益和损耗,以避免意外的链路故障。