Перейти к содержанию

Запас на замирания (fade margin)

Расчёт по формуле свободного пространства обещает километры, а модуль теряет связь за соседним домом. Разница — в замираниях: отражённые копии сигнала складываются то в фазе, то в противофазе, а стены и деревья добавляют потери. Поэтому в бюджет радиолинии закладывают запас.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

Запас на замирания (fade margin) — сколько децибел оставляют в бюджете радиолинии между ожидаемым уровнем сигнала и чувствительностью приёмника, чтобы связь не пропадала при ослаблении сигнала. Semtech записывает бюджет так (AN1200.22, разд. 5.3):

PRX=PTX+GSYSTEM−LSYSTEM−LCHANNEL−M,P_\text{RX} = P_\text{TX} + G_\text{SYSTEM} - L_\text{SYSTEM} - L_\text{CHANNEL} - M,

где M — запас на замирания, «рассчитанный или по эмпирическим данным» в зависимости от ожидаемой тяжести условий, а LCHANNEL — потери на трассе, в простейшем случае потери в свободном пространстве.

Откуда берутся замирания

Многолучёвость — приход сигнала к приёмнику двумя и более путями: прямым и отражёнными от зданий, гор, водоёмов, атмосферы. Копии складываются то в фазе, то в противофазе, и уровень меняется (AN1200.22, разд. 5.2). Semtech выделяет:

  • мелкомасштабные замирания — быстрые скачки уровня при смещении на малое расстояние или за короткое время, плюс доплеровские сдвиги у движущихся устройств;
  • плоские замирания — полоса канала шире полосы сигнала, меняется только амплитуда;
  • частотно-селективные — канал уже сигнала, появляются межсимвольные искажения.

К этому добавляются потери на препятствиях: стены, перекрытия, листва ослабляют сигнал сильнее, чем свободное пространство.

Как это выглядит на практике

Тест Semtech в Синдзюку (Токио) при мощности +13 дБм показывает, что уровень не убывает монотонно с расстоянием (AN1200.22, разд. 5.6, рис. 9):

РасстояниеRSSI LoRa SF8, 125 кГцДоля потерянных пакетов
80 м−91 дБм0 %
330 м−124 дБм10 %
1180 м−112 дБм0 %
1350 м−126 дБм10 %
1750 м−127 дБм100 %

На 330 м сигнал слабее, чем на 1180 м, — так проявляются препятствия и отражения. Уровень приёма оценивают по RSSI.

Как выбирают запас

Универсального числа в первоисточниках нет: запас зависит от среды, подвижности устройств и требуемой надёжности. Порядок действий (наша рекомендация): посчитать бюджет по свободному пространству, сравнить с чувствительностью, затем на месте установки измерить RSSI и долю потерь в худших точках и убедиться, что остаток бюджета покрывает разброс.

Кроме запаса, с замираниями борются частотой и шириной полосы. TI советует для полос 315–915 МГц скачкообразную перестройку частоты или многоканальный протокол — частотное разнесение помогает и против многолучёвости (CC1101, разд. 28.2). Широкополосная модуляция LoRa на ЛЧМ-сигналах по Semtech устойчива к многолучёвости и замираниям (AN1200.22, разд. 4.1.4).

Частые вопросы

Сколько дБ закладывать на замирания?

Универсального числа в первоисточниках нет. Semtech пишет, что запас M берут по ожидаемой тяжести условий — рассчитанный по модели канала или по измерениям (AN1200.22, разд. 5.3). На практике запас проверяют пробной связью на месте установки: смотрят RSSI и долю потерянных пакетов в худших точках.

Почему RSSI на большем расстоянии бывает выше, чем на меньшем?

Из-за препятствий и многолучёвости. В тесте Semtech в Синдзюку при +13 дБм LoRa на 330 м показала RSSI −124 дБм, а на 1180 м −112 дБм (AN1200.22, рис. 9): уровень зависит от того, что стоит на пути и как складываются отражения, а не только от расстояния.

Чем бороться с замираниями, кроме запаса?

Сменой частоты и широкой полосой. TI рекомендует для полос 315–915 МГц скачкообразную перестройку частоты или многоканальный протокол — они помогают и против помех, и против многолучёвых замираний (CC1101, разд. 28.2). Semtech отмечает, что широкополосный ЛЧМ-сигнал LoRa устойчив к многолучёвости (AN1200.22, разд. 4.1.4).

Источники

  1. Semtech. AN1200.22 LoRa Modulation Basics, Rev. 2 (May 2015) — архивная копия официального файла; разд. 5.2: многолучёвость — приход сигнала двумя и более путями (отражения от зданий, гор, воды, атмосферы и ионосферы), даёт конструктивную и деструктивную интерференцию; мелкомасштабные замирания — быстрые изменения уровня на малом расстоянии или за короткое время и доплеровские сдвиги; плоские и частотно-селективные замирания, узкополосные FSK-системы борются с плоскими скачками частоты; разд. 5.3: бюджет PRX = PTX + GSYSTEM − LSYSTEM − LCHANNEL − M, M — запас на замирания, рассчитанный или по эмпирическим данным, по ожидаемой тяжести условий; разд. 5.6, рис. 9: тест в Синдзюку при +13 дБм — RSSI и PER на 80–1750 м для 2-FSK 4,8 кбит/с и LoRa SF8 125 кГц
  2. Texas Instruments. CC1101 Low-Power Sub-1 GHz RF Transceiver, SWRS061I (2013) — разд. 28.2: полосы 315, 433, 868 и 915 МГц делят многие системы, рекомендуется скачкообразная перестройка частоты (FHSS) или многоканальный протокол; FHSS также помогает против многолучёвых замираний

Нашли ошибку?

Смотрите также