信号的传输距离

信息处理 信号检测 信号功率 收音机 硬件 电信号
2022-02-04 07:37:42

我不是这方面的专业人士,所以如果这个问题太不成熟,请原谅我。并提前感谢您提供的任何帮助和信息。

我想知道如何计算信号的传输距离,比如无线电波或用于传输信息的任何类型的信号(如传输声音,更具体地说)。

从理论上讲,电磁波永远不会“消失”,但它会随着传播而衰减,因此信号的强度会越来越小,最终变得完全无法检测到。

我的问题是,信号在变得无法检测之前可以传播多远?发射器的工作功率、传输介质(例如,通常在空气中)、环境(例如在城市/农村地区)以及其他因素(例如波的特性)是否以及如何影响该距离?(如何)这与接收者的能力有关吗?

为了使上面更具体(只是为了解释我上面的问题,而不是添加更多问题),我想回答这样一个问题:需要什么条件(比如发送设备需要多少功率?什么频率/波长? ...) 如果我们想要从设备发送信号并且可以很好地接收到信号,比如在 1 英里外的城市区域(或更开放的区域,如乡村)?

2个回答

原则上,您始终可以在发送任何信号之前测试您的通道并根据通道状态调整您的功率。无论在城市还是在更开放的区域,每个频道始终是独一无二的,因此测试频道始终是理想的。

通常,有两个关键因素会影响您的传输;路径损耗和衰落。

首先,您想知道路径损失函数,它可以先验定义为,例如

l(d):=(Ad)α,
距离在哪里d表示发射器和接收器之间的距离。路径损耗函数取决于频率、天线的特性以及通道的质量(各向同性天线在自由空间中)A=4πdfcα=2)。路径损耗指数α通常在1.5(室内)和4(城市)。这个定义l仅在某些特定条件下工作 - 特别是在接收器处于远场时经常应用。其他定义可能是l(d)=(1+Ad)α,l(d)=(Amax(d0,d))α等等

其次,您想知道接收信号的强度如何波动。没有反射的视距(LOS) 情况下,接收器中的信号强度是恒定的。相反,在障碍物较多的城市,接收到的信封往往被认为是瑞利分布的。当通道位于 LOS 和 Rayleigh 之间时,我们有一个Rician分布式包络。发生波动的时空尺度称为相干长度,它再次取决于信号的频率、接收器速度等。衰落效应在微波通信中很普遍,但对于较长的波长则不然。R

为了测量我们的信道质量,我们定义了功率 其中是平均噪声接收器中的电源。这通常是加性高斯白噪声,它是由热辐射、大气、其他发射器等引起的。R2:=P

SNR=P/l(d)N,
N

如果我们现在要发送语音,我们需要 SNR 超过某个阈值(这取决于您设备的能力)。也就是说,为了成功传输,我们希望T

P/l(d)NT.

长话短说,我们需要知道路径损耗函数、噪声水平和阈值以确定信道中所需的发射功率lNTP

请注意,除非您有 LOS,否则如果接收器正在移动和/或在一段时间后(随着障碍物移动)有时 SNR 会高于阈值,但有时会下降(深度衰减)。当然,您始终可以增加功率,以使深度衰落事件变得非常不可能。P

一个非常简单的方法是只使用Friis 传输公式

PrPt=DtDr(λ4πd)2

这导致了自由空间路径损耗公式(以 dB 为单位)

FSPL=20log10(d)+20log10(f)+20log10(4πλ)GtGr

然后,这取决于发射器的功率和接收器的灵敏度。正如 MBaz 在评论中所说,这就是您获得链接边距的地方。