От чего зависит дальность связи: От чего зависит дальность радиосвязи?

Содержание

От чего зависит дальность радиосвязи?

К списку статей

Следующая статья

2020 г.

Обычно под дальностью связи понимается максимальное расстояние, на котором обеспечивается обмен информацией между приемником и передатчиком с заданным качеством. Как правило, такой обмен должен быть возможен в любое время, а для мобильной связи еще и на всей обслуживаемой территории. Поэтому, когда говорят о дальности связи, необходимо уточнить, при какой обеспеченности связью по времени и месту она возможна.

Например, дальность связи между мобильными радиостанциями 10 км при обеспеченности 90% означает, что в среднем в 9 случаях из 10 связь между ними будет успешной, а сеансы связи возможны в произвольные моменты времени и в произвольно выбранных местах. При этом связь осуществима и на расстояниях в 30 км, но успешными будут только 5 из 10 попыток связи, т. е. обеспеченность связью при такой дальности будет составлять 50%.

Дальность связи определяется многими факторами, но, прежде всего, она зависит от частоты радиосигнала, так как с изменением частоты меняются условия распространения радиосигнала).

Другим фактором, существенно влияющим на дальность связи, является высота подвеса антенн приемника и передатчика над уровнем земли. На это имеются две причины: необходимость радиовидимости между антеннами и поглощение радиосигнала подстилающей поверхностью.

Понятие радиовидимости соответствует наличию пути распространения радиосигнала между антеннами передатчика и приемника. Известно, что радиоволны обладают свойствами дифракции, интерференции, рассеивания и отражения, характерными для любых других волн. C увеличением частоты поведение радиоволн приближается к поведению светового луча, и радиовидимость приближается к оптической. Очевидно, что с увеличением высоты подвеса антенн увеличивается расстояние оптической видимости, растет и расстояние радиовидимости.

Минимальное затухание при распространении сигнал испытывает в свободном пространстве. При распространении радиоволны вдоль поверхности земли возникают дополнительные потери. Поэтому, чем выше над землей подняты антенны, тем меньше влияние подстилающей поверхности на затухание сигнала.

Таким образом, при увеличении высоты подвеса антенн дальность связи увеличивается благодаря увеличению расстояния радиовидимости и уменьшению поглощения сигнала подстилающей поверхностью.

Дальность связи зависит от мощности передатчика и чувствительности приемника. Однако, при детальном рассмотрении эта зависимость не столь однозначна. В диапазонах радиоволн, в которых работают средства профессиональной мобильной радиосвязи (ПМР), сигнал распространяется прямолинейно вплоть до границы радиовидимости которой является линия горизонта, за которой он резко затухает. Поэтому, если мощности передатчика достаточно для обеспечения связи на обслуживаемой территории, ограниченной расстоянием радиовидимости, то дальнейшее увеличение мощности передатчика нецелесообразно, так как практически не приведет к расширению зоны связи.

С другой стороны в случае, если на пути распространения сигнала существуют препятствия которые приводят к дополнительному затуханию радиосигнала, например, какие-то строения, то это может привести к снижению дальности радиосвязи ниже максимально возможных определяемых высотами повеса антенн и значит к возникновению локальных мертвых зон. В этих случаях увеличение мощности передатчика может привести к улучшению обеспеченности связи внутри зоны действия системы радиосвязи.

Улучшение чувствительности приемника тоже не всегда приводит к увеличению дальности связи. Прием сигнала всегда осуществляется на фоне шумов или помех. Если чувствительность ограничена шумами, возникающими в самом приемнике, то, используя приемник с лучшей чувствительностью, возможно увеличение дальности связи. Однако, если прием сигнала осуществляется на фоне внешних шумов или помех, то улучшение чувствительности приемника не даст никакого эффекта, т. к. чувствительность будет ограничена внешними шумами.

Также нужно учитывать, что в случае профессиональной мобильной радиосвязи связь в большинстве случаев является двусторонней от базовой станции к мобильной (downlink) и от мобильной станции к базовой (uplink). Т.к. мощности передатчика и чувствительность приемника базовой и мобильной станции отличаются, то дальность радиосвязи в прямом и обратном направлении также может отличаться. При этом дальность связи в системе будет определяться меньшим из двух значений. Поэтому не имеет смысла увеличивать мощность передатчика базовой станции выше определенного предела.

Таким образом, при повышении мощности сигнала и улучшении чувствительности приемника возможно увеличение дальности связи, но только при соблюдении определенных условий.

Применение эффективных антенно-фидерных устройств (АФУ) является одним из способов увеличения дальности связи. В простейшем случае АФУ состоит из антенны и кабеля снижения. Используя антенны с большим коэффициентом усиления и кабель снижения с малыми потерями, можно повысить уровень сигнала на входе приемника без увеличения мощности передатчика.

Дальность радиосвязи, Дальность раций, Радиус действия раций, Основы радиосвязи, расчет дальности радиосвязи

На дальность радиосвязи влияют следующие факторы:

длина волны
высота “подвеса” антенн (приемной и передающей)
рельеф местности
влияние окружающей среды (солнечная активность, сезон, время суток и т.
д.)

ДЛИНА ВОЛНЫ

Различают следующие диапазоны волн:

длинные волны
средние волны
короткие волны
ультракороткие волны

длинные волны (далее ДВ) – это электромагнитные волны длиннее 3000 м (частота колебаний менее 100 КГц). Они сравнительно хорошо огибают земную поверхность за счет явления дифракции радиоволн. По мере удлинения волны уменьшаются потери энергии в почве (воде) и улучшаются условия отражения радиоволн от ионосферы, что приводит к увеличения дальности действия радиостанции. При расстоянии менее 100 км до передатчиков ДВ преобладают сигналы, распространяющиеся вдоль земной поверхности, а на больших расстояниях решающую роль играют сигналы, отраженные от ионосферы.

средние волны (далее СВ) – это электромагнитные волны длиной от 3000 до 200 м, что соответствует частотам 100 – 1500 КГц. Энергия СВ очень сильно поглощается в почве и морской воде (с укорочением длины волны поглощение увеличивается).

короткие волны (далее КВ) – это электромагнитные волны длиной от 200 до 10 м, что соответствует частоте колебаний от 1.5 МГц (1500 КГц) до 30 МГц. Основной особенностью распространения КВ является их способность отражаться от ионосферы при сравнительно небольших потерях. Отраженная от ионосферы волна, на больших отдалениях от передатчика возвращаются на землю, что и позволяет установить радиосвязь между точками,закрытыми друг от друга выпуклостью земного шара.

ультракороткие волны (далее УКВ) – это радиоволны короче 10м, что соответствует электромагнитным колебаниям с частотой более 30 МГц. УКВ в обычных условиях не отражаются от ионосферы. Прямые волны, распространяющиеся вблизи поверхности земли, сильно ею поглощаются. Диапазон УКВ принято разбивать на: метровые, дециметровые, сантиметровые и миллиметровые.

Так как на данном сайте, в большей степени, представлено оборудование УКВ-диапазона, дальнейшие выкладки будут справедливы для этого диапазона радиосвязи.

2. ВЫСОТА ПОДВЕСА АНТЕННЫ

Зона уверенного приема УКВ определяется расстоянием прямой видимости от передающей антенны до приемной. В связи с тем, что поверхность Земли шарообразна (радиус 6370км), можно использовать приблизительную формулу для определения максимальной дальности, соответствующей прямой видимости:

где:
D – максимальная дальность прямой видимости
h2 и h3 высоты антенн

Калькулятор расчета дальности связи радиовидимости:

Из формулы видно, что чем выше подняты антенны, тем дальше прием.

3. РЕЛЬЕФ МЕСТНОСТИ

Формула не учитывает рельефа местности и предполагает, что антенны установлены на идеально гладкой поверхности. Кроме того, при распространении радиоволн УКВ диапазона все-таки имеет место и дифракция и рефракция радиоволн. Область, в пределах которой оказывается возможным уверенный прием радиосигнала, можно разбить на 2 зоны: прямой видимости и полутени.

ВЫВОД

Таким образом, получаем, что на распространение радиосигнал УКВ диапазона влияет в большей степени высота подвеса антенн. Для увеличения дальности распространения УКВ диапазона в области полутени необходимо применять высокоэффективные направленные антенны, высокочувствительное приемопередающее оборудование, кабели с низкими потерями.

Для портативных радиостанций мы ограниченны ростом человека использующего рации (не более 2 метров за редким исключением).

В данных условиях, самыми важными становятся следующие факторы:

соответствие кратности габаритных размеров устройства к используемой длине волны
мощность излучения радиостанции
чувствительность приемника устройства
хорошая согласованность между выходным трактом рации и антенной

Поэтому очень важно приобретать носимые рации производителей, которые не экономят на научных исследованиях и тестах, а разобраться в этом мы сможем вам помочь.

Компания Радиоцентр за свою более 25-летнюю историю протестировала модели всех известных производителей радиосвязи и сможет помочь вам сделать оптимальный выбор средств радиосвязи под вашу задачу.

Звоните: (812)677-55-57 (многоканальный)

или отправьте заявку: [email protected]

Прайс лист нашей продукции.

дальнего и ближнего радиуса действия: что лучше для вашего проекта?

Роб Фалуди, консультант по IoT, Faludi.com
10 декабря 2021 г.

Получите наш информационный документУзнайте, как разрабатывать успешные приложения IoTСКАЧАТЬ PDF

Выбор решения для беспроводного модуля должен быть простым. В идеальном мире вы бы просто выбрали тот, у которого самый большой радиус действия. Таким образом, независимо от того, насколько далеко друг от друга развернуты ваши устройства, они всегда смогут обмениваться данными. Увы, это не так просто. К счастью, существуют решения, подходящие для любого варианта использования, от радиосвязи дальнего действия до ближнего действия или между ними.

Спросите любого эксперта по Интернету вещей, какой радиомодуль лучше, и ответ будет «это зависит от». Это связано с тем, что у каждого типа беспроводного устройства есть свои сильные и слабые стороны. То, что хорошо для одного проекта, может быть ужасным для другого. Например, модуль, потребляющий очень мало энергии батареи, может также иметь низкую пропускную способность. Это идеальное решение для беспроводных весов для ванной комнаты, но совершенно неправильное для потоковой передачи видео из конференц-зала и наоборот.

С радиодиапазоном то же самое. Вам необходимо оценить вариант использования и иметь некоторое представление о том, как распространяются радиосигналы в зависимости как от оборудования, так и от окружающей среды. В этой статье мы рассмотрим все соображения, чтобы определить лучший выбор в диапазоне и типе модуля для вашего проекта .

Факторы, влияющие на дальность действия беспроводного сигнала

Диапазон определяется как максимальное расстояние, на котором может существовать связь между двумя антеннами в беспроводной сети. Но дальность — это не только расстояние. Вот несколько важных соображений:

Препятствия, местность и радиофизика влияют на дальность.
Другим фактором является конструкция антенны с такими соображениями, как полоса частот и импеданс.
Шум — еще один важный фактор. Точно так же, как трудно услышать кого-то на многолюдной вечеринке, трудно выделить радиосигнал в среде с большим количеством радиопомех.

Различные соображения и факторы, которые могут повлиять на качество связи устройств в вашей сети, включают 10 различных факторов.

1. Пропускная способность

В IoT вам часто нужно передавать небольшие объемы данных из удаленных мест. Скорость передачи данных оказывает значительное влияние на дальность. Когда скорость передачи данных увеличивается, диапазон эффективной связи между устройствами может уменьшаться. Это связано с тем, что высокие скорости передачи данных требуют более высокого отношения сигнал/шум для успешной демодуляции.

Если кто-то в шумной комнате говорит очень быстро, его трудно понять. Если они замедляются, их легче понять. Аналогично работает радио. Многие устройства IoT отправляют всего одно значение датчика один раз в день. Когда эти данные отправляются с низким битрейтом, их можно обнаружить гораздо дальше.

2. Мощность

Радиосигналы требуют большой мощности, потому что, в отличие от сообщений, передаваемых по проводам, они затухают ускоренным образом. Поскольку радиосигналы излучаются вдали от источника, они быстро распространяются, как рябь в бассейне. И звук, и радио затухают по закону обратных квадратов . Каждый раз, когда вы удваиваете расстояние, вам требуется в четыре раза больше энергии, поэтому преодоление больших расстояний требует гораздо больше энергии по сравнению с более короткими.

3. Шум

В радиочастотной сети сигнал представляет собой информацию, передаваемую между устройствами. Шум это все что угодно. Отношение сигнал-шум (S/N) — это показатель, который сравнивает уровни мощности сигнала с уровнями мощности шума. Это важный фактор при определении дальности действия радиосистемы, поскольку дальность — это надежное отличие сигнала от шума, а не расстояние, которое может пройти данный радиосигнал (которое бесконечно). Радиошум является частью природной среды, в которую входят:

Космическое фоновое излучение и солнечные помехи
Атмосферные источники, такие как молния
Человеческие источники, такие как линии электропередач, двигатели, флуоресцентное освещение, выключатели, компьютеры и несвязанная радиосвязь

4.

Радиосигналы более низкой частоты могут легко дифрагировать вокруг объектов и отражаться атмосферой, увеличивая эффективную дальность действия. Однако более низкие частоты имеют ограниченную пропускную способность, поэтому пропускная способность ограничена. Более высокие частоты обеспечивают гораздо более высокую пропускную способность, но с трудом рассеиваются вокруг препятствий и не будут отражаться обратно атмосферой, что ограничивает их диапазон.

5. Потеря свободного места

Когда радиосигнал распространяется в космосе, даже в вакууме, его сигнал будет уменьшаться по мере того, как он распространяет свою энергию по все более широкой области. Это распространение следует закону обратных квадратов, который описывает экспоненциальную потерю мощности на расстоянии. Мы устраняем потери в свободном пространстве на заданной частоте, уменьшая расстояние между передатчиком и приемником.

6. Дифракция

Когда радиосигнал встречает объект на своем пути, он рассеивается или дифрагирует, при этом часть энергии огибает объект, а оставшаяся часть направляется в сторону от приемника и, следовательно, теряется. Острые края преломляют лучше, чем закругленные объекты, которые, как правило, поглощают больше сигнала. Дифракция — это лишь одна из многих причин, по которым следует избегать объектов на пути сигнала.

7. Многолучевое распространение

В идеальных условиях, таких как открытый космос, сигналы, посылаемые передатчиком, всегда поступают напрямую, не отражаясь от каких-либо поверхностей или объектов. Здесь, на Земле, все неизбежно сложнее. В случаях, когда линия прямой видимости свободна, некоторые сигналы будут поступать напрямую, а другие будут отражаться от близлежащих объектов и местности, тем самым искажая их. Радиопротоколы и системы обычно предназначены для устранения некоторых многолучевых помех. Размещение антенн высоко и вдали от препятствий также помогает.

8. Поглощение

Радиосигналы могут проходить бесконечное расстояние по пустому пространству; однако, когда они сталкиваются с объектами, часть их энергии поглощается. Радиосигналы могут проходить сквозь стены, но при этом затухают. Влажность воздуха может поглотить достаточно радиоэнергии, чтобы нарушить высокочастотные сигналы. Листья деревьев и другая растительность на пути сигнала могут рассеивать достаточно сигнала, вызывая проблемы на более низких частотах.

9. Рельеф

Холмы или горы могут поглощать, преломлять, отражать или полностью блокировать сигналы от их достижения. Состав самой земли может влиять на низкие частоты: сигналы лучше распространяются над озерами, океанами или болотами, чем над засушливыми районами, такими как пустыни. Зона Френеля, область между антеннами примерно в форме футбольного мяча, должна быть как можно более свободной от местности и препятствий, чтобы оптимизировать качество связи.

10. Антенны и диапазон

Антенны преобразуют электрические сигналы в радиоволны для передачи информации «по воздуху». Для приемников радиоволны преобразуются обратно в электрические колебания, понятные компьютерам. Правильное использование правильных антенн имеет решающее значение. Неправильный выбор может ограничить дальность действия, растратить заряд батареи и превратить хорошо продуманную систему в кошмар службы поддержки. Дополнительную информацию см. в нашем руководстве «10 основных рекомендаций по проектированию антенн».

Питание и срок службы батареи для дальности связи

Как мы видели, в беспроводной связи дальность действия и мощность тесно связаны. Многие приложения сегодня используют тысячи беспроводных устройств на обширной территории, и важно учитывать время и затраты на управление батареями. Вот краткий обзор факторов.

Бюджеты управления питанием

Тщательное управление питанием устройства может продлить срок службы батареи с нескольких дней до нескольких лет. Отличным способом экономии энергии является согласование диапазона радиосвязи с требованиями приложения. Выбор протоколов меньшей дальности или ручное ограничение мощности передачи для эффективного уменьшения дальности увеличит срок службы батареи.

Некоторые протоколы могут автоматически ограничивать мощность передачи с помощью функции адаптивной скорости передачи данных, которая динамически ограничивает устройство до минимальной надежной мощности передачи. Это особенно полезно, когда устройства являются мобильными или когда радиосреда меняется со временем (сезонная смена листвы, ежедневные изменения в среде радиошума и т. д.)

Спящие режимы

Для экономии энергии и продления срока службы батареи устройства IoT часто используют спящие режимы, когда они не нужны. Спящий радиомодуль обычно не принимает никаких передач. Однако во многих случаях использования IoT требуется, чтобы полевые устройства передавали и принимали данные.

Можно использовать метод промежуточного хранения, если он поддерживается схемой сети или протокола. В некоторых протоколах это разрешено «родительскими» радиоузлами, которые временно хранят передачи, предназначенные для спящего «дочернего» устройства, до тех пор, пока этот ребенок не проснется и не запросит их. В других протоколах центральный сетевой сервер действует как родитель, пересылая сообщения только при обнаружении пробуждения удаленного устройства. При правильном управлении питанием аккумуляторные и солнечные системы могут работать несколько лет без обслуживания.

Предложения Digi по ассортименту

Радиомодули Digi XBee® доступны в различных диапазонах, чтобы соответствовать разнообразию приложений и сред IoT. Общий физический форм-фактор, общий интерфейс и десятилетия надежности делают платформу Digi XBee лидером в области беспроводных сетей, независимо от того, требуется ли вашему проекту связь в помещении или по всему миру. А решение Digi LoRaWAN® расширило предложение Digi.

Давайте кратко рассмотрим каждый тип модуля ниже. Для получения более подробной информации об экосистеме XBee см. наше Руководство по покупке XBee. Чтобы узнать больше о Digi LoRaWAN, см. нашу статью о решении Digi LoRaWAN Device-to-Cloud.

Малый радиус действия

Радиостанции малого радиуса действия сводят мощность, размер, тепловыделение и стоимость к минимуму. Они являются идеальным решением для мониторинга энергопотребления в жилых помещениях, автоматизации коммерческих зданий или контроля теплиц с высокой плотностью размещения. При использовании ячеистой сети сообщения могут перемещаться между модулями на пути к месту назначения, создавая сети, намного превышающие радиус действия любого отдельного радиоустройства. С таким количеством преимуществ, это должна быть первая категория, которую вы должны учитывать при оценке решений для вашего приложения IoT.

Digi XBee 3 (обычное питание)

Один крошечный модуль, который поддерживает три различных протокола беспроводной сети, а также BLE и встроенную программируемость. С дальностью прямой видимости 4000 футов он представляет собой отличное решение для домашней автоматизации, промышленного контроля и контроля окружающей среды. Связь ближнего действия и средняя пропускная способность обеспечивают длительное время автономной работы. Варианты Mesh позволяют создавать сети, превышающие диапазон отдельных узлов, охватывающих большие дома или небольшие фермы на открытом воздухе.

Digi XBee Wi-Fi

Эти встроенные модули Wi-Fi привносят одну из самых популярных технологий беспроводной сети в платформу Digi XBee. Благодаря стандартному диапазону Wi-Fi (300 футов) и высокой пропускной способности они взаимодействуют с любой ближайшей базовой станцией. Это частично компенсирует дополнительные расходы, связанные с более энергоемким протоколом Wi-Fi, а также дополнительную сложность его инициализации. Отлично подходит для добавления устройства в уже существующую сеть; просто убедитесь, что ваш план подготовки включает множество ресурсов для управления несколькими настройками аутентификации, которые со временем будут меняться.

Bluetooth Low Energy

Каждый модуль Digi XBee 3 интегрирует BLE в дополнение к любому выбранному основному протоколу. BLE распространен на смартфонах, поэтому это простой способ настройки модулей, регистрации данных с беспроводных датчиков с батарейным питанием или создания маяков местоположения. BLE, как правило, работает на довольно коротком расстоянии (300 футов или меньше), но потребляет очень мало энергии, поэтому это отличный вторичный протокол для решений IoT.

Средний диапазон

Радиостанции среднего диапазона потребляют больше энергии, выделяют больше тепла и обычно стоят дороже. Их лучше всего использовать для больших расстояний или когда ячеистым сетям необходимо покрыть большую площадь. Многие из этих протоколов используют субгигагерцовые частоты, не требующие лицензии, но различающиеся в зависимости от региона, поэтому вам нужно уделять больше внимания их соответствию. Солнечные поля, управление муниципальным освещением и удаленный мониторинг оборудования — все это отличные варианты использования IoT для модулей среднего радиуса действия.

Digi XBee 3 PRO (высокая мощность)

Мощная версия самого маленького модуля Digi для беспроводной сети включает BLE и встроенную программируемость. С радиусом действия 2 мили он идеально подходит для автоматизации зданий, управления предприятием, решений для интеллектуальных городов и сельскохозяйственного зондирования на больших площадях. Его передачи среднего диапазона используют больше батареи, чем версия с обычной мощностью, но вы можете смягчить это, внедрив любой из нескольких вариантов сна. Сети могут включать в себя сочетание модулей высокой и низкой мощности для оптимизации срока службы батареи и затрат.

Digi XBee-PRO 900HP

Модуль 900HP обеспечивает большой радиус действия (до 28 миль с антенной с высоким коэффициентом усиления), а также варианты ячеистой сети для множества взаимодействующих узлов, разбросанных по большой территории. Его частота 900 МГц ограничивает его использование Северной Америкой и несколькими другими странами, а его лучший диапазон – при очень низкой пропускной способности, но до тех пор, пока его характеристики соответствуют потребностям вашего приложения, он обеспечивает потрясающее решение.

Digi XBee-PRO XSC

Эти модули совместимы с устаревшими радиостанциями Digi 9XStream. Они имеют большую дальность (до 28 миль в прямой видимости) при низкой пропускной способности, сохраняя при этом стандартную зону охвата сквозного отверстия XBee. Для новых проектов рекомендуется Digi XBee-PRO 900HP, более новая модель с большей гибкостью пропускной способности.

Дальний радиус действия

Когда вам нужно покрыть большие расстояния, вам нужны протоколы дальнего действия. Для IoT нам обычно по-прежнему нужно работать от батарей, поэтому обычно предлагается уменьшенная пропускная способность, которая экономит энергию при сохранении большого радиуса действия связи. Проекты умного города, мониторинг промышленных кампусов, удаленная добыча полезных ископаемых или бурение, а также обширные сельскохозяйственные системы – типичные области применения этого типа радио. Это особенно верно, когда данные для отправки довольно малы, но их нужно передать на большое расстояние.

Digi XTend 900 МГц

XTend доступен как в формате XBee для поверхностного монтажа, так и в более старой версии 9XTend. Оба предназначены для взаимодействия с устаревшими радиостанциями Digi 9XTend. Их большая дальность действия (прямая видимость 40 миль) сочетается с довольно значительными требованиями к питанию, что хорошо подходит для горнодобывающих и буровых работ, наблюдения за тяжелой техникой или удаленными метеостанциями, которые реализуют спящий режим для поддержания батарей, заряжаемых от солнечной энергии.

Digi XBee-PRO SX 900

868

Это «мышечные модули» экосистемы Digi XBee, обеспечивающие превосходную надежность и резервирование для создания маломощных критически важных беспроводных систем. С дополнительной ячеистой сетью они могут создавать сети, охватывающие очень большие территории (до 65 миль в прямой видимости). Потребности в энергии выше, а пропускная способность ограничена на больших расстояниях. Но с расширенным диапазоном, надежной защитой от помех и способностью общаться ниже уровня шума, Digi XBee-PRO SX является выдающимся решением для Интернета вещей.

Digi LoRaWAN

Самым последним дополнением к линейке Digi является комбинированный комплект модуля LoRaWAN и шлюза.
Решение Digi LoRaWAN предлагает специализированные продукты для датчиков и шлюзов беспроводной связи. Беспроводная модуляция LoRa — это технология вне прямой видимости, способная преодолевать препятствия, такие как здания, растительность и/или области с высоким уровнем радиопомех, такие как промышленное оборудование.

LoRaWAN — это глобальный стандарт, который в основном работает на уровне 900 МГц, 868 МГц и 400 МГц — в зависимости от правил страны — которые используют определенную конфигурацию схемы модуляции LoRa. Датчики LoRaWAN имеют очень малое энергопотребление с дальностью прямой видимости до 100 километров с двусторонней связью. Типичные области применения вне прямой видимости — до 20 км. Шлюзы — это высокопроизводительные системы с питанием, которые соединяют несколько устройств и управляются через облачную платформу, такую как Digi X-ON, для обеспечения высокой масштабируемости.

LoRaWAN оптимизирован для небольшой полезной нагрузки и до тысяч устройств на шлюз и настраивается для работы с низким энергопотреблением или питанием с малой задержкой. Решения LoRaWAN идеально подходят для распределенной внешней инфраструктуры, такой как коммунальные услуги, сельское хозяйство и промышленные системы. Облако Digi X-ON не только управляет радиосистемой LoRaWAN, но и обеспечивает функции автоматической подготовки и развертывания для устройств и шлюзов.

Сотовая связь – смешанный и расширенный диапазон

Всегда сложно сравнивать диапазон сотовой связи с другими протоколами, потому что, хотя диапазон любого отдельного сотового модуля явно скромен, покрытие глобальной сети мобильной связи означает, что устройство, размещенное практически в любом месте, может связываться с другими устройствами по всему миру.

Новые протоколы сокращают срок службы батареи и улучшают способы экономии энергии с помощью спящих режимов. Требуются тарифные планы для мобильных данных, но они значительно снизились в цене, чтобы соответствовать потребностям Интернета вещей в низкой пропускной способности.

Сотовая связь идеально подходит для мобильных приложений или стационарных мест, где нецелесообразно создавать собственную инфраструктуру беспроводной сети. Независимо от того, отслеживаете ли вы транспортные контейнеры, следите за торговыми автоматами или считаете валюту в банкомате, сотовые модули предлагают глобальное покрытие при небольшом бюджете.

Сотовая связь Digi XBee 3 категории 1

Этот сертифицированный для конечного устройства модуль LTE категории 1 предлагает дальность прямой видимости 5-7 миль, встроенную программируемость, BLE и знакомые интерфейсы Digi XBee, которые ускоряют вывод вашего проекта на рынок. Пропускной способности категории 1 недостаточно для таких медиа, как видео, но она отлично подходит для проектов IoT, где необходимо передавать приличные объемы данных. Тарифы на передачу данных категории 1 являются недорогими, и в них включены такие технологии, как SMS, что обеспечивает большую гибкость разработки. Модули дополнительно доступны с предварительно активированными SIM-картами, чтобы помочь вывести устройства за дверь с минимально возможным трением.

Digi XBee 3 Сотовая связь LTE-M/NB-IoT

Как и его родной брат Cat 1, этот модуль LTE-M/NB-IoT сертифицирован для конечного устройства, предлагает диапазон 5-7 миль, встроенную программируемость, BLE и знакомые интерфейсы. Протоколы LTE-M и NB-IoT были разработаны для поддержки приложений IoT с низкой пропускной способностью, требующих низкого энергопотребления по низкой цене. Тарифы на передачу данных для обоих протоколов недороги, а новые варианты сотового сна могут продлить срок службы батарей устройства в течение нескольких месяцев или дольше. Предварительно установленные SIM-карты доступны дополнительно, так что устройства IoT могут быть отправлены с завода прямо в руки пользователя, что упрощает развертывание. Это один из самых перспективных модулей в линейке решений Digi для Интернета вещей.

Комбинированные решения: ближний + дальний радиус действия

Иногда лучшим решением является объединение нескольких различных типов подключения. Например, в приложении для дистанционного зондирования окружающей среды лучше всего использовать сеть ближнего действия Zigbee или DigiMesh для плотного покрытия относительно небольшой территории, такой как нефтяная вышка, а затем передать данные в удаленный центр управления через дальнюю сеть. диапазон радио, как Digi XBee-PRO SX. В менее удаленных местах, где доступна сотовая связь, это также может быть отличным вариантом транзитного соединения. В той же сети можно также внедрить BLE с очень коротким радиусом действия, чтобы обеспечить прямую настройку датчика с локального смартфона. Объединение нескольких протоколов, чтобы каждый из них мог делать то, что он делает лучше всего, часто создает идеальное решение IoT.

На этой диаграмме представлен обзор протоколов, скоростей передачи данных и энергопотребления.

Источник: Behr Tech

Сводка

Мы рассмотрели радиус действия беспроводной связи и многие факторы, влияющие на него, продемонстрировав, почему ответ на вопрос о том, как далеко будет распространяться радиосигнал, звучит так: «это зависит». Окружающая среда, строительные материалы, местность, отражения, погода, антенны, мощность передачи, протоколы, частоты и особенно отношение сигнал/шум – все это играет роль. Так как же найти лучшее решение?

Во-первых, вы должны учитывать все переменные, в том числе:

Предполагаемый вариант использования внутри или вне помещений?
Приложение мобильное или стационарное?
Какое расстояние вам нужно преодолеть?
Каковы объем и частота данных, которые вы будете передавать?
Будет ли много радиошума?
Питание будет поступать от батарейки типа «таблетка» или устройства можно будет подключать к сети?
Сколько устройств или узлов будет соединено вместе?
Какой тип конструкции здания или наружной топографии вы ожидаете?
В каких регионах мира будут развернуты устройства?
Сколько может стоить система и при этом обеспечивать необходимый возврат инвестиций?

Digi здесь, чтобы помочь вам пройти расстояние, независимо от того, какой диапазон радиосвязи вам нужен. Для получения дополнительной информации мы рекомендуем просмотреть этот обзор ролей устройств IoT и наше руководство по выбору архитектуры.

Нужна помощь в проектировании? Эксперты Digi по проектированию беспроводных сетей могут создать индивидуальный дизайн для решения даже самых сложных проблем со связью.

Команда Digi может помочь вам оценить каждый из этих факторов и выбрать идеальное решение, соответствующее требованиям вашего проекта и охватывающее необходимые диапазоны. Свяжитесь с нами для помощи в принятии решения.

Насколько далеко могут передаваться двусторонние радиостанции

ПРИМЕЧАНИЕ. Мы не можем ответить на вопросы о диапазоне различных радиостанций, если только радиостанции не найдены на нашем веб-сайте и вы не заинтересованы в их покупке. Не обращайтесь к нам иначе.

Посмотрите следующее видео или прочитайте текст ниже, чтобы узнать, на каком расстоянии могут работать двусторонние радиостанции. как далеко они общаются? К сожалению, задавать этот вопрос — это то же самое, что спрашивать: «Как далеко вверх?». Здесь задействовано множество переменных, и нет простого однозначного ответа. Краткий урок по передаче радиосигнала требуется, чтобы понять весь вопрос диапазона.

Если вы достаточно взрослые, чтобы помнить, когда АМ-радио было популярно, вы, возможно, помните, что слушали радиостанции, которые находились за сотни миль от вас. Для таких частот ниже 2 мегагерц (МГц) эти сигналы повторяют кривизну Земли, потому что они отражаются от атмосферы. Таким образом, радиосигналы AM в условиях с низким уровнем шума могут приниматься радиостанциями, находящимися далеко за горизонтом в сотнях миль от вас.

Рации и интеркомы, доступные для покупки, обычно работают в диапазоне частот от 150 МГц до 900МГц. В отличие от АМ-радиоволн, радиоволны на этих частотах распространяются прямолинейно и, как правило, не могут распространяться за горизонт или за твердые препятствия.

Но, как и во всех общих правилах, из правил есть исключения. Несмотря на то, что эти частоты распространяются по путям «прямой видимости», радиосигналы могут проходить через многие неметаллические объекты и улавливаться сквозь стены или другие препятствия. Несмотря на то, что мы не можем видеть между антеннами передатчика и приемника, это по-прежнему считается прямой видимостью для радиостанций. Кроме того, радиоволны могут отражаться или отскакивать от поверхностей, поэтому прямая линия между радиоприемниками не всегда может быть такой прямой.

Зная, что наши радиоволны распространяются по прямым линиям, чтобы вычислить их максимальную дальность для двусторонней радиосвязи, мы должны учитывать кривизну Земли. Когда вы стоите на Земле и нажимаете кнопку разговора на своем радиоприемнике, радиоволны идут прямо, и в конечном итоге они просто уходят прямо в космос, как только пересекают горизонт. Таким образом, расстояние до горизонта технически является максимальной дальностью связи для двусторонней радиосвязи. Но вы также должны учитывать высоту антенны.

Чтобы найти линию расстояния до горизонта для данной высоты антенны, мы можем использовать следующую формулу: горизонт в километрах = 3,569, умноженный на квадратный корень из высоты антенны в метрах. Рисунок 1 иллюстрирует эту формулу.

Итак, если высота антенны радиоприемника составляет 6 футов, или 1,82880 метра, горизонт находится на расстоянии 4,83 километра или 2,99 мили, что является точкой B на рисунке. Конечно, этот расчет предполагает, что приемная антенна лежит прямо на земле, поэтому увеличение ее высоты приведет к расширению зоны действия.

Точка C на рисунке показывает другую радиостанцию с антенной на высоте 6 футов, поэтому теоретически вы сможете общаться на расстоянии почти 6 миль. Таким образом, на самом деле, для двух человек, несущих портативную рацию, максимальное расстояние связи на ровной поверхности без препятствий составляет от 4 до 6 миль.

Итак, вам может быть интересно, почему вы видите радиоприемники, в которых заявлена дальность действия 25 миль или выше. Технически они могли общаться так далеко. Точка D на рисунке 1 показывает башню, стоящую на вершине горы. Если вы стоите на вершине этой башни, то теперь высота вашей антенны превышает большую часть кривизны Земли, и вы можете общаться гораздо дальше.

Существуют и другие факторы, влияющие на радиус действия двусторонней радиосвязи, такие как погода, точная используемая частота и препятствия. Выходная мощность радио тоже имеет значение.

Другим важным фактором, влияющим на дальность связи двухсторонней радиосвязи, является ее выходная мощность. Эта выходная мощность измеряется в ваттах. Вы, вероятно, слышали, как FM-радиостанции говорят, что они вещают на мощности 50 000 или 100 000 Вт. Ну, портативная двусторонняя радиостанция делового типа обычно вещает на мощности 1-5 Вт. Автомобильное мобильное радио может передавать мощность от 5 до 100 Вт. Чем больше ватт у радио, тем дальше оно может передавать.

Почему это? Когда вода движется по трубе, она теряет давление по пути. Когда электричество течет по проводу, оно теряет мощность. Когда объект катится, он в конце концов перестает катиться из-за трения. Радиоволны действуют по тем же законам физики, что и все остальное, поэтому по пути будут потери сигнала. Увеличение мощности в ваттах на источнике помогает преодолеть любое «сопротивление» на пути.

Имейте в виду, что для портативных радиостанций с батарейным питанием больше ватт не всегда хорошо. Чем выше мощность, тем быстрее разряжаются батареи.

Еще одним фактором, влияющим на то, насколько далеко будет работать двусторонняя радиосвязь, является используемая частота и окружающая среда, в которой эта частота используется.

Существует два основных формата для большинства двусторонних радиостанций. Это ультравысокочастотное (UHF) радио и очень высокочастотное (VHF) радио. Ни одна из полос частот по своей сути не лучше другой. У каждого из них есть свои плюсы и минусы. Оба формата являются эффективными способами общения с другим человеком, поэтому выбор подходящей радиостанции зависит от вашего приложения.

Радиостанции двусторонней связи общаются друг с другом с помощью радиоволн. Радиоволны имеют разные частоты, и, настроив радиоприемник на определенную частоту, вы можете уловить определенный сигнал.

Радиоволны передаются в виде серии циклов, один за другим. Вы всегда будете видеть аббревиатуру «Гц», используемую для обозначения частоты радио. Герц равен одному циклу в секунду.

Радиоволны измеряются в килогерцах (кГц), что соответствует 1000 циклам в секунду, или в мегагерцах (МГц), что равно 1 000 000 циклам в секунду или 1000 кГц. Соотношение между этими единицами таково: 1 000 000 герц = 1000 килогерц = 1 мегагерц.

Вы также можете услышать термин «длина волны», когда слышите о радиоволнах. Этот термин появился на заре радио, когда частоты измерялись расстоянием между пиками двух последовательных циклов радиоволны, а не количеством циклов в секунду. Более низкие частоты производят более длинную волну (ширина каждого цикла увеличивается на более низких частотах).

Что важно в длине волны для двусторонней радиосвязи, так это то, что она влияет на дальность передачи при определенных условиях. Более длинная длина волны, которая соответствует более низкой частоте, как правило, позволяет радиосигналу проходить большее расстояние.

Более низкие частоты или более длинные волны также обладают большей проникающей способностью. Это одна из причин, по которой их используют для связи с подводными лодками. Радиоволны VLF (Very Low Frequency) (330 кГц) используются для проникновения в морскую воду на глубину примерно 20 метров. Так что подводная лодка на небольшой глубине может использовать эти частоты.

Итак, из того, что вы прочитали выше, вы можете подумать, что УКВ всегда является лучшим выбором для двусторонней радиосвязи, независимо от того, где вы ее используете, поскольку она имеет более низкую частоту, чем УВЧ, и сигнал может распространяться на большее расстояние. Это не обязательно так. Несмотря на то, что УКВ лучше проникает и может распространяться дальше, это не обязательно делает его лучшим выбором для использования в зданиях. Помните разговор о длине волны выше? Длина волны оказывает большое влияние на дальность передачи.

Чтобы объяснить это, давайте предположим, что мы общаемся с одной стороны металлического коммерческого здания на другую. Между этими двумя точками находится металлическая стена с трехфутовым дверным проемом. Металл — враг радиоволн, и они обычно не проходят через него.

Для нашего примера предположим, что длина волны УВЧ, которую использует радио, составляет около полутора футов в ширину, а аналогичное радио УКВ имеет ширину около пяти футов. Они находятся на уровне своих обычных длин волн.

Когда УВЧ-радио передает свой сигнал, волна шириной в полтора фута пройдет через дверь, поскольку дверь шире, чем длина волны. Сигнал УКВ будет полностью отражаться, так как он шире, чем проем в дверь.

Примером этого может служить ваша микроволновая печь. Стеклянная входная дверь имеет металлическую сетку с очень маленькими отверстиями. Микроволны, будучи чрезвычайно высокой частотой, имеют длину волны всего несколько дюймов. Сетка удерживает микроволны в духовке, но позволяет вам заглянуть внутрь, потому что световые волны имеют микроскопическую длину волны.

Только представьте, что вы идете по зданию с шестом шириной в пять футов. Вы столкнетесь с теми же проблемами, с которыми сталкивается УКВ-сигнал. Теперь представьте, что вы идете по зданию с шестом шириной всего в полтора фута, как волна УВЧ. Есть намного меньше дверных проемов, через которые вы не смогли бы пройти.

Одно предостережение заключается в том, что беспроводные сигналы могут проникать через гипсокартон, кирпичную кладку, человеческие тела, мебель, стеновые панели и другие твердые предметы. Однако все эти объекты уменьшат мощность сигнала. Чем плотнее объект, тем больше он уменьшает сигнал. ОВЧ проникает через эти препятствия лучше, чем УВЧ, но это не обязательно означает, что ОВЧ лучше для применения внутри помещений, поскольку мы продолжаем обсуждать причины этого в разделе, посвященном УВЧ, ниже.

В нашем примере выше мы предположили, что у вас есть металлическая стена с отверстием. Если вы измените это и у вас будет трехфутовый металлический объект перед передающей радиостанцией, тогда VHF победит. Поскольку объект имеет ширину три фута, он полностью блокирует сигнал УВЧ, тогда как сигнал УКВ обходит его. Низкие частоты, такие как VHF, легче дифрагируют вокруг больших гладких препятствий, а также легче проходят сквозь кирпичи и камни.

Для большинства применений более низкие радиочастоты лучше подходят для большей дальности. Телевизионная станция иллюстрирует это. Типичная УКВ-станция работает на мощности около 100 000 Вт и имеет радиус действия около 60 миль. Станция УВЧ с радиусом действия 60 миль требует мощности передачи 3 000 000 Вт.

Так что нет однозначного выбора, что лучше, УКВ или ДМВ. В радиотехнологии много «черной магии», поэтому не всегда легко сказать, какая из них лучше подойдет для вашего приложения. Чтобы помочь вам выбрать наилучшую технологию, ниже приведены более подробные сведения о каждой из них.

Диапазон УВЧ для коммерческих радиостанций находится в диапазоне от 400 до 512 МГц. До недавнего времени он не получил широкого распространения. Теперь радиочастота УВЧ используется для двусторонней радиосвязи, GPS, Bluetooth, беспроводных телефонов и Wi-Fi.

Существует больше доступных каналов с UHF, поэтому в более населенных районах UHF может быть менее подвержен помехам от других систем. Диапазон UHF также не так велик, как VHF в большинстве условий, но в некоторых случаях этот уменьшенный диапазон может быть положительным. Поскольку диапазон УВЧ меньше, вероятность того, что удаленные радиостанции будут мешать вашему сигналу, меньше.

Хотя УКВ может лучше проникать через физические преграды, такие как стены, это не означает, что она даст вам большее покрытие в здании. Более короткая длина волны УВЧ означает, что она может проникнуть в большее количество помещений в вашем здании, как мы обсуждали выше. В примере с прогулкой со столбом, который мы вам привели, сигнал УВЧ имеет меньше препятствий, которые полностью блокируют его.

Чтобы подчеркнуть различия в радиусе действия внутри помещений, ниже приводится выдержка из брошюры ведущего производителя двусторонней радиосвязи о прогнозируемом диапазоне одной из их линеек портативных радиостанций двусторонней связи VHF и UHF:

“Оценка покрытия: При полной мощности, в прямой видимости, без препятствий дальность действия составляет примерно 4+ миль. Покрытие внутри помещений на ОВЧ составляет примерно 270 000 кв. футов и 300 000 кв. УВЧ. Примечание: диапазон и покрытие являются приблизительными и не гарантируются».

Большая длина волны УКВ затрудняет его отражение сквозь стены, здания и пересеченную местность. Следовательно, в этих условиях дальность действия УКВ-радиостанций будет уменьшена. Это может не обязательно быть проблемой, если необходимая дальность составляет всего несколько сотен футов. Вы также можете добавить внешнюю антенну к внутренней базовой станции VHF, что уменьшит или устранит некоторые из возникающих проблем.

Одним из недостатков UHF является то, что Федеральная комиссия по связи требует от вас получения лицензии для работы на этих частотах, хотя многие частоты в рабочем диапазоне VHF также требуют лицензии. Если вы выберете радиостанцию на частотах УКВ МУРС, вы можете использовать ее без лицензии (обсуждается ниже).

Еще одно преимущество короткой волны, создаваемой более высокой частотой УВЧ, заключается в том, что антенна радиостанции может быть короче, чем эквивалентная радиостанция ОВЧ. Это может сделать его более удобным для переноски в качестве портативной радиостанции, хотя большинство производителей находят способ сделать антенны короче на своих портативных УКВ-радиостанциях.

FM-радио, двустороннее радио и телевизионные передачи работают на УКВ. Диапазон радиосвязи VHF, специально предназначенный для коммерческих радиостанций, составляет 130–174 МГц.

Как УВЧ, так и УКВ-радиостанции подвержены воздействию фактора прямой видимости, но УКВ-радиостанции немного больше. Волны проходят сквозь деревья и суровые ландшафты, но не всегда так хорошо, как это делают УВЧ частоты. Однако, если бы волны ОВЧ и волны УВЧ передавались по территории без преград, волна ОВЧ распространялась бы почти в два раза дальше. Это облегчает вещание на УКВ на большие расстояния.

Если вы работаете в основном на открытом воздухе, УКВ-радио, вероятно, будет лучшим выбором, особенно если вы используете радиостанцию базовой станции в помещении и добавляете внешнюю антенну. Чем выше вы можете разместить антенну, тем дальше вы сможете передавать и принимать. Единственным исключением из использования УКВ-радиостанции на открытом воздухе является то, что вы используете ее в густом лесу. В этих условиях УВЧ-радиостанция может лучше передавать через деревья.

УКВ-радиостанции также имеют меньшее количество доступных частот. Помехи с другими радиостанциями могут быть более вероятными проблемами. Однако FCC недавно упростила эту проблему, открыв двусторонний радиочастотный спектр, называемый службой MURS. MURS расшифровывается как Multi-Use Radio Service. Эта услуга предназначена для использования в США и некоторых странах, которые следуют правилам FCC. Это маломощная служба малого радиуса действия в диапазоне УКВ 150 МГц. На частотах MURS есть 5 каналов с 38 кодами конфиденциальности под каждым, что позволяет вам принимать разговоры только с радиостанций, передающих ваш код. FCC не требует, чтобы пользователи продуктов для MURS были лицензированы.

С MURS вы можете добавить большую или внешнюю антенну для увеличения радиуса действия. Если вы хотите разместить антенну на крыше вашего здания или башни, вы можете сделать это с помощью MURS. Некоторые производители антенн заявляют, что внешняя антенна может увеличить эффективную излучаемую мощность передатчика в 4 раза. Эти переговорные устройства MURS могут передавать до нескольких миль и, возможно, больше с внешней антенной в зависимости от местности и высоты антенны (может быть на высоте до 60 футов над землей).

Одним из преимуществ беспроводных УКВ-радиостанций является то, что срок службы батареи почти всегда лучше, чем у аналогичных УКВ-радиостанций. Для портативных радиостанций это плюс.

Таким образом, если вы планируете использовать двустороннюю радиосвязь в основном внутри зданий, то UHF, вероятно, будет лучшим решением для вас, но во многих приложениях VHF все еще может работать нормально, поскольку ему не нужно далеко передавать . Если вы в основном используете двустороннюю радиосвязь для связи снаружи, тогда VHF будет хорошим выбором, если только область, которую вы обслуживаете, не покрыта густым лесом или на пути радиосигнала нет большого количества зданий.