无线传输链路计算

根据客户的需求，要求在31.7公里（以下按照32公里计算）内提供一条无线链路，并能够保证实时稳定的传输。所以根据无线波的直线传输特性，我们按照用户提供的条件，经过计算得出天线所所需高度20米，考虑到环境影响我们取实际值为：25m ；为了传输4路话音一路数据，根据无线传输的原理我们推荐LEDR 无线电台，并可以根据以下几条来保证LEDR 电台能够满足需求。

1、在传输环境为海平面的空间里我们只需提供20m 高的铁塔；

2、按照4路话音，每路8K 计算，为32K 的数据量，而一路数据为工业控制信号，数据量非常小，19.2K 就可以了，所以无线设备只要提供64K 的链路通道就可以客户的需求。当前用户选用768K 的电台为将来留有很大的余地，符合用户对系统具有扩展性的要求；

3、海平面传输最主要的是多经干扰问题，在我们从以前的实际应用中已证明LEDR400有很好的抗多经的功能，不会因为多经和气候恶劣而造成系统中断的现象。(具体可以参照技术说明部分) ；

4、因为海上的风浪和盐雾问题，天线的要求比较高，我们也采用目前常用方式，将铝制天线改为全不锈钢的天线，虽然不能保证长期的使用，但比以前的铝制天线的寿命延长的许多，抗风能力也较强。

用户目前最担心的还是传输距离的问题，因为在一些环境中目前还没有传输超过30公里的地方，我们可以根据理论计算出来，具体如下：

1、高度是否满足要求超短波特别是微波，主要是由空间波来传播的。简单地说，空间波是在空间范围内沿直线方向传播的波。显然，由于地球的曲率使空间波传播存在一个极限直视距离R max 。在最远直视距离之内的区域，习惯上称为照明区；极限直视距离R max 以外的区域，则称为阴影区。不言而语，利用超短波、微波进行通信时，接收点应落在发射天线极限直视距离R max 内。

受地球曲率半径的影响，极限直视距离R max 和发射天线与接收天线的高度H T 与 H R 间的关系为：

R max ＝ 3.57{ √HT (m) +√HR (m) } (km)

考虑到大气层对电波的折射作用，极限直视距离应修正为：

R max ＝ 4.12 { √HT (m) +√HR (m) } (km)

根据上面所提供的公式计算得出最大可视距离为：

R max=3.57{ √25(m) +√25 (m) }=35.7公里

修正值＝4.12 { √25 (m) +√25 (m) }＝41.2公里

也就是说这两端是完全可视的，中间无任何阻挡的。

2、如果高度满足要求了，是不是这个高度能满足波的传输要求呢

一般情况下波是有角度的，也就是距离越远其要求的高度就越大，否则波会被海平面所阻挡，当被阻挡40%以上，那就不能算自由空间衰减，也就是说两端不是可视的，是有阻挡的。

1）地球的曲率半径计算公式：

d ＝地球曲率半径所造成的障碍高度（米）

d1＝障碍物到第一个天线的距离（公里）

d2=障碍物到第二个天线的距离（公里）

c ＝常数0.079

k ＝绕射系数（＝1.33）

一般情况下我们实测的环境中，都要以障碍物的高度再加上地球曲率半径的d 才是我们实际阻挡的高度，又称附加高度，根据客户需要传输32公里，其阻挡视为中间阻挡d1 =d2=16公里，则可以计算出地球的曲率半径造成的阻挡在15.2米。

2）Fresnel （菲涅尔区）

要明白菲涅耳区，我们先明确几个概念：

•

• 可视：一条想象中的直线可以将两边的天线连接起来；清晰可视：从一个天线到另外一个天线之间没有实际的物体遮挡；净空：视觉可视和最近的障碍物之间的距离； Fresnel 区：可视的圆周范围。

要保证无线电波在空间传输中无线链路的稳定，天线高度和菲涅耳区直径的比值必须大于60%，即信号能量必须保持在60％以上，因此在有阻挡物的情况下我们必须考虑菲涅耳半径的影响，菲涅尔半径的计算公式如下：

R=0.5√ (λD)

R 为FRESNEL 半径；λ为波长，计算公式为λ＝v/f，其中v 为光速，f 为设备的工作频率，假设设备工作在400MHz ，则λ=0.75m；D 为两点之间的距离，单位为m ；根据公式我们可以计算得出菲涅尔半径为：

R=0.5√0.75*32000=77.5米，也就是波的最大圆周范围为77.5×2＝155米

3）结论：

我们提供的高度为25米，被地球的的曲率半径阻挡了15.2米，所以也就相当于仅提供了10米的高度，也就是说波的下半部分被阻挡了77.5－10＝67.5米，所以根据阻挡部分与菲涅耳半径的比值可以得出，67.5/155得出被阻挡部分占整个波束的43％，没有被阻挡的为57％，低于60%；如果我们能够安装的更高一点如30米，那样有62.5/155得出被阻挡的为40％，没有被阻挡的为60％左右；这就基本上可以视为自由空间衰减，保证无线数据的正常传输，这样我们可以按照自由空间的衰减来计算是不是满足需求。如果无线传输两端之间无阻挡那就简单了，直接算出所需的安装高度即可。

3、自由空间损耗算法：

自由空间损耗 = 32.4 dBm+ 20logF + 20logR

公式中F 为频率，单位为MHz ；R 是两天线间的距离，单位为公里

例如400M ，欲传32KM 时：（可视的情况下）

自由空间损耗＝32.4＋20lg400+20lg32＝32.4+52+30＝114.4dBm

4、接收灵敏度算法：

天线自由波的无线链路预算公式如下：

Pr (dBm) = Pt (dBm) + Gt (dBi) – PL (dB) + Gr (dBi) – Lc (dB)

其中，Pr 为接收电平（dBm ），Pt 为最大发射功率（15dBm ），Gt 为发射天线增益（15dBi ），PL 为路径损耗，Gr 为接收天线增益（9dBi ），Lc 为综合损耗

所以接收灵敏度＝电台输出功率＋发射天线增益－电缆损耗－自由空间损耗+接收天线增益－电缆损耗，因此，在传输32KM ，两点可视的情况下：

接收灵敏度＝32dBm+12 dBi-2 dBm-114.4 dBm+12 dBi-2 dBm＝-62.4dBm

用此计算值与电台的标准接收灵敏度（LEDR768K 的电台为-92dBm ）比较，仍然有信号余量为29.6 dBm；通常只要大于电台的的接收灵敏度就可以正常通信，如果两点不能可视，则根据实际的阻挡情况，空间损耗相应增大，但没有具体的值可参考，因此无线工程要求工程前现场环境勘测和实际测试。一般我们在两端点基本可视的情况下计算值应多加上20dB 的衰减，保证留有信号的余量，如果这样我们仍然有9.6dB 的余量。能够保证信号稳定可靠的传输。

给予以上的论述，我们在无线设备工程中，必须要考虑几点要求如下：

1、根据地球曲面计算天线高度H ；

2、如果有障碍物，需要考虑进去它的高度D ；

3、菲涅耳区对信号传输的影响；

4、无线链路的传输损耗；

无线传输链路计算

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