Giao tiếp không dây tốc độ thấp (~ 15 km) trong môi trường núi (không có LOS)

Tôi đang cố gắng thực hiện một hệ thống liên lạc điểm-điểm trong môi trường miền núi nơi trạm gốc và khách hàng cách nhau ít nhất 15 km, không có bất kỳ đường ngắm (LOS) nào. Trạm cơ sở có thể có nhiều năng lượng truyền và nhận hơn so với máy khách, nên có thể mang theo được (lý tưởng nhất là đèn sáng và chạy bằng pin). Tốc độ dữ liệu rất thấp với chuỗi 30 ký tự được truyền cứ sau 10 phút.

Tôi thấy rằng các mô-đun XBee-PRO® 868 yêu cầu phạm vi 80 km trong LOS, nhưng trong một môi trường khắc nghiệt như một vùng núi hoang dã, nó sẽ hoạt động tốt như thế nào? Các lựa chọn thay thế là gì?

Như với bất kỳ hệ thống vô tuyến nào, điểm mấu chốt là những gì có thể đạt được mà không gặp trở ngại. Trong không gian trống, đường cơ sở phụ thuộc vào tần số bạn truyền phát và mức độ nhạy của máy thu. Phương trình mất đường dẫn điện là thế này:

Mất (dB) = 32,45 + 20 (f) + 20 (d)$log_{10}$$log_{10}$

Trong đó f tính bằng MHz và d tính bằng km. Phương trình này cho bạn biết có bao nhiêu dB mất điện mà bạn có thể mong đợi ở một khoảng cách nhất định với tần số sóng mang cho trước.

Nó được xây dựng từ công trình của Harald T. Friis và một tài liệu tham khảo đàng hoàng ở đây . Nó không giả định bất kỳ lợi ích nào trong ăng-ten, vì vậy nó là một đường cơ sở thực sự. Độ lợi anten mang lại tổn thất đường truyền thấp hơn nhưng tính định hướng lớn hơn và đối với lưỡng cực, mức tăng là khoảng 1,76 dB.

Nếu bạn đang truyền 10 dBm (10 mW) ở 100 MHz trong khoảng cách 10 km, bạn có thể mong đợi nhận được công suất:

10 dBm - (32,45 + 40 + 20) dBm = -82,45 dBm (5,7 nW)

Máy thu của bạn cần bao nhiêu năng lượng? Một phương trình hữu ích là:

Công suất (dBm) mà máy thu cần có là -154 dBm + 10 (tốc độ dữ liệu) và vì bạn có tốc độ dữ liệu khá thấp, bạn có thể mong đợi hiệu suất tốt hơn Wi-Fi !$log_{10}$

Câu hỏi nêu 30 ký tự cứ sau mười phút. Tôi sẽ giả định rằng điều này được truyền dưới dạng cụm 30 x 10 bit trong 10 giây cộng với phần mở đầu là 100 bit để khiến máy thu bị khóa - đó là 400 bit trong 10 giây hoặc 40 bit mỗi giây.

Do đó, công suất máy thu yêu cầu là -154 dBm + 10 (40) dBm = -138 dBm$log_{10}$

Điều này giả định rằng máy phát và máy thu là các mục bespoke được thiết kế để chạy với tốc độ dữ liệu thấp này. Không dễ để có được độ nhạy thu dưới -120 dBm, do đó, bất kỳ hệ thống radio nào bạn sử dụng đều đọc bản in nhỏ và điều tra. Các mặt hàng ngoài giá có thể không truyền được ở tốc độ dữ liệu rất thấp, vì vậy chúng nên được tránh.

Dù sao, bạn cần nhận -138 dBm và, trên 10 km với sóng mang 100 MHz, bạn có thể mong đợi nhận được -82,45 dBm. Điều này nghe có vẻ đủ tốt để xem xét rằng bạn có thể nhận được thêm một vài dB từ mức tăng ăng ten.

Nhưng trên trái đất, bất kể địa hình có vẻ như thế nào, sẽ có thêm những suy giảm thực sự khó giải thích và mô tả ở đây. Về cơ bản, có một thứ gọi là độ mờ dần và điều này, theo nguyên tắc thông thường - hãy cố gắng đảm bảo công suất nhận được của bạn lớn hơn ít nhất 20 dB so với độ nhạy cơ bản của nó - điều này có nghĩa là nếu bạn thiết kế một máy thu yêu cầu -120 dBm bạn nên mong đợi nhận -100 dBm vào một ngày tốt.

Với địa hình tôi sẽ mạo hiểm đoán rằng bạn cần phải có thêm 20 dB trong tay áo của mình và điều này chỉ mang lại cho bạn khả năng có được 10 km từ đường truyền 10 mW.

Hy vọng rằng bây giờ bạn có các công thức để tìm ra sức mạnh mà bạn cần để có được 15 km. Một thực tế hữu ích khác là mục tiêu có thể không di chuyển rất nhanh và có thể được theo dõi từ một đầu bằng cách sử dụng ăng-ten có mức tăng cao như ăng-ten Yagi-Uda . Bạn có thể đã xem những bộ phim về cuộc sống hoang dã nơi một con gấu hoặc puma có một máy phát vô tuyến gắn liền với chúng và một số người trong một lĩnh vực đang chỉ ăng-ten Yagi-Uda theo cách này và để xác định hướng của con vật. có thể làm việc để cải thiện mọi thứ.

Liên kết này sẽ yêu cầu nhiều hơn băng tần ISM 900 mhz tiêu chuẩn. Theo kinh nghiệm của tôi, cách duy nhất để có 900mhz hoạt động là sử dụng các mô-đun Xtend và sử dụng khoảng 2 hoặc nhiều bộ lặp trên các điểm cao giữa hai vị trí. Nếu không, điều này sẽ yêu cầu một cái gì đó dưới 150 mhz. Xem quan điểm này

Có thể được thực hiện với APRS (truyền yêu cầu giấy phép Ham) trong băng tần 10m hoặc 20m. Băng tần 2m có thể được sử dụng cho giao tiếp không nhìn thấy nếu máy đào có sẵn trong khu vực.