ZigBee ISM頻帶傳輸距離估算

常用的射頻功率強(qiáng)度單位是毫瓦分貝或瓦分貝，而不是絕對(duì)功率強(qiáng)度。因此方程式(6)可表示為：

(7)

下例說明這些觀念。假設(shè)發(fā)射頻率900MHz，發(fā)射功率6.3mW (8dBm)，并且使用單位增益的發(fā)射和接收天線，則在戶外視線范圍1200公尺處的接收功率可計(jì)算如下：戶外環(huán)境的參考距離為100公尺，900MHz訊號(hào)的波長(zhǎng)為0.33公尺，因此可先利用方程式(1)的值計(jì)算100公尺處的接收功率如下：

(8)

要計(jì)算毫瓦分貝功率值，就必須將功率表示為如下的毫瓦值：

PR(100) = 0.44 × 10-6mW.(9)

這可得到：

PR(100) = 10log(0.44 × 10-6mW) = -63.6dBm.(10)

利用方程式(7)可得到1200公尺處的接收功率為：

(11)

以及

PR(1200) = -63.6dBm C 21.58dB = -85dBm.(12)

您還可利用方程式(5)驗(yàn)證接收功率就是這個(gè)值。

故在沒有障礙物且視線可及的理想環(huán)境里，當(dāng)發(fā)射功率為8dBm時(shí)，距離1200公尺位置的接收功率約為-85dBm。當(dāng)然，實(shí)際環(huán)境下的接收功率會(huì)低于該理想值，因?yàn)槟繕?biāo)點(diǎn)與發(fā)射機(jī)之間可能有障礙物，或根本就在視線外。從前述例子得知路徑損耗為PT C PR，因此它等于8dBm C (-85dBm) = 93dB。

實(shí)際路徑損耗公式
任何實(shí)用的無線傳感器系統(tǒng)都必須知道其最大可靠傳輸距離。這個(gè)無線系統(tǒng)傳輸距離直接由鏈路預(yù)算參數(shù)決定：

LB = PT + GT + GR C RS(13)

其中LB是以分貝表示的鏈路預(yù)算，PT是以毫瓦或瓦分貝表示的發(fā)射功率，GT是以分貝表示的發(fā)射機(jī)天線增益，GR是以分貝表示的接收機(jī)天線增益，RS是接收機(jī)靈敏度，代表系統(tǒng)能夠偵測(cè)并提供適當(dāng)訊號(hào)雜波比的最小射頻訊號(hào)。接收機(jī)靈敏度如方程式14所示：

S = -174dBm/Hz + NF + 10logB + SNRMIN(14)

其中-174dBm/Hz是熱噪聲基準(zhǔn)，NF是以分貝表示的接收機(jī)總噪聲指數(shù)，B是接收機(jī)總頻寬，SNRMIN則是最小訊號(hào)雜波比。如果發(fā)射機(jī)與目標(biāo)接收機(jī)之間的總路徑損耗大于鏈路預(yù)算，數(shù)據(jù)就會(huì)遺失，通訊也無法進(jìn)行。因此，設(shè)計(jì)人員在發(fā)展最終系統(tǒng)時(shí)必須精確分析路徑損耗特性，并與鏈路預(yù)算比較以獲得初步的距離估算值。

室內(nèi)信道路徑損耗
室內(nèi)無線電信道不同于戶外信道，這是因?yàn)槭覂?nèi)通道的傳輸距離較短，通道損耗的變動(dòng)也較大，所以接收訊號(hào)強(qiáng)度的變化較大。但對(duì)固定無線裝置而言，這個(gè)部分卻可忽略不計(jì)。建筑物的平面配置、類型和建筑材料都會(huì)對(duì)室內(nèi)訊號(hào)傳播產(chǎn)生很大影響。研究人員將室內(nèi)通道分為兩種，一種視線可及的信道，另一種是受到不同程度阻隔的通道（參考文獻(xiàn)1）。建筑物的內(nèi)部與外部結(jié)構(gòu)可能含有許多不同的隔間和障礙物，隔間方式取決于該建筑是在家庭或辦公室環(huán)境。建筑結(jié)構(gòu)的隔間是固定隔間，活動(dòng)隔間則能到處移動(dòng)，而且隔間頂端不會(huì)碰到天花板。家庭通常采用木板隔間，辦公室建筑則會(huì)在樓層之間使用鋼筋混凝土，并且采用活動(dòng)隔間方式。

建筑物有許多不同的隔間方式，它們的實(shí)體和電氣特性也差異很大，很難靠著通用模型來分析室內(nèi)信道。但經(jīng)由廣泛的研究，業(yè)界已將常用材料的訊號(hào)損耗制成表格（表1）。

樓層衰減因子代表樓層之間的隔離損耗 （表2）。