关于无线传输功率和距离的问题

首先，我总结的主要参考国外的一篇文章，连接如下，需挂V

http://www.electronicdesign.com/communications/understanding-wireless-range-calculations

本文列出了计算范围时涉及的因素，提供估计传输范围来确保可靠的连接

一、功率和dBm的计算

1.首先你要懂得射频功率常用的表示和计算方法

功率常用mW和dBm(分贝)表示。其中分贝是对数单位，它是系统功率与某个参考值的比值。这里的参考值一般为1mW。

2.mW和dBm之间的转换

对于每增加3 dBm，输出功率大约是其两倍，每增加10 dBm，功率就增加10倍。10 dBm（10 mW）比0 dBm（1 mW）强10倍，20 dBm（100 mW）比10 dBm强10倍。

二、路径损失

路径损失是随着无线电波传播一定距离而发生的功率密度的降低。无线电波的收发功率大致可用下面的公式表示：

其中，k为不同环境下的影响因子。这个公式解释为终端的接收功率与距发射端的距离成反比。例如，距离扩大一倍，收到的功率变为原来的1/4；接收功率不变，距离每增加一倍，发射功率增加6dBm。

在这里给出一个公式：

最大路径损耗=发射功率-接收机灵敏度+收益-损失（Maximum path loss = transmit power – receiver sensitivity + gains – losses）

这里接收机常用-dBm表示，发射功率用dBm表示。增益指的是发射天线和接收天线带来的增益，损耗指的是任何滤波器或电缆衰减或已知的环境条件衰减。

接收功率=发射功率+增益-损失(Received power = transmit power + gains – losses)

目标是接收功率大于接收器灵敏度。

注意：在自由空间中（理想状态中），距离是唯一影响损耗的因素。而在现实生活中，损耗还可能因为环境因素的影响，如：

A.诸如墙壁、树木和山丘等障碍物可能会导致严重的信号丢失。

B.空气中的水分（湿度）可以吸收射频能量。

C.金属物体可以反射无线电波，造成多径干扰。

二、衰落余量(fade margin)

为了给出更接近真实环境下的接收距离，引入衰落余量(fade margin)因子，此因子是为了作为真实环境影响下的距离补偿，衰减余量越高，整体链路质量越好，换句话说，此余量越高，越能容纳传播过程中更多功率的损耗。经验条件下，达到12dBm的衰落余量就是好的，但更好的是20到30dBm。

三、接收距离估算

(1)Maximum path loss = transmit power – receiver sensitivity + gains – losses – fade margin

(2)Distance (km) = 10(maximum path loss – 32.44 – 20log(f))/20

利用上面的两个公式我们就可以大致估算出特定功率条件下的能可靠接收到该信号的距离。在这里f的单位是MHz。下面我们以一个例子来说明怎样进行计算。

假设发射功率20dBm，接收灵敏度为-100dBm，发射天线和接收天线的增益均为6 dBi，衰落余量为12dBm，因为是无线传输，电缆上的损耗忽略不计，则：

最大路径损耗=20 – (–100) + 12 – 12 = 120 dB

如果这 120 dB是通过2.45GHz的无线电波传播过程损耗的，则估算的接收距离为：

Distance (km) = 10(120 – 32.44 – 67.78)/20 = 9.735 km

下图显示了在2.45GHz频率下最大路径损耗和接收距离的关系：

四、总结

通常无线设备制造商给你的距离范围一般都是经过测试得到的，但这种测试情况不一定适合你的使用环境，这就需要你进行准确的真实世界的测试，比如考虑天线高度、多径、干扰和障碍物。不过我们在本文中给出的这种方法能使你开始有一个参考数据，也可以基本判断厂商给的数据是否正确，这种链路预算的方法还是有一定帮助的。