ISM频段ZigBee传输距离的估算

　　随着家庭、建筑及工业自动化应用中无线技术的应用，短距离无线设备正倍受关注。通常，这些应用使用专用频段或以标准协议为基础的频段，例如：900-MHz 和 2.4-GHz 的 ISM(工业/科学/医学)频段 ZigBee。随着短距离无线设备应用的不断普及，对于终端设备设计人员来说，充分了解无线通信距离比以往变得更为重要。这篇文章讨论了无线传播，并开发了一些模型，用来估算室内环境下短距离无线设备的路径损耗和距离。这些模型让系统设计人员可以对无线通信系统的性能进行一个初步的估算。

　　在探讨距离估算公式之前，设计人员需要了解无线信道及传播环境。无线通信信道为发送器和目标接收机之间的传输通道。不同于固定的且可预知的有线信道，无线信道具有随机性和时变性，以及建模的困难性的特点。因此，设计人员需要对这些随机信道进行统计建模。

　　无线电波传播模型的重点一般是在给定发送

　　器距离的路径下预测出接收信号的平均强度，以及接近一个方位点上的信号强度的变化。对任意发送器-接收机间的平均信号强度进行预测的传播模型为大型传播模型，其在估算发送器距离方面极为有用。相反地，在一些波长内接收信号强度的传播模型为小型模型，或为衰减模型，其具有快速波动的特点。这篇文章重点讨论大型传播模型，该模型可对无线传输的距离进行估算。

　　当发送器和接收机之间具有一条畅通无阻的可视路径时，自由空间传播模型可对接收信号的强度进行预测。自由空间传播模型会做出这样的预测，接收信号强度“衰减”为发送器-接收机间隔距离的函数，强度衰减升至 N 次幂――“幂律函数”。接收机天线所接收到的自由空间功率与发射天线隔开一段距离，Friis 自由空间方程式把此段距离定义为：

　　在这个方程式中，PT　为发送器功率;PR(d) 为接收功率，并为发射-接收间隔距离 d 的一个函数;GT　为发送器天线增益;GR　为接收机天线增益;d 为发送器和接收机之间的间隔距离，单位为米;λ 为波长，单位为米。

　　Friis 自由空间方程式说明了随着发送器至接收机间隔距离平方值的增加，接收功率不断下降。这一结果表明接收功率随着距离的增加将以 20 dB/decade 的速率衰减。

　　在对无线传输距离进行估算时重要的一项是路径损耗，路径损耗以 dB 为单位，表示信号衰减程度。路径损耗为以 dB 为单位计量的发送器天线功率与接收机天线功率之间的差分。通过方程式 1，您可以推算出路径损耗为发送功率除以接收机功率。方程式 2 将路径损耗定义为：

　　在这个方程式中，PL　为路径损耗。对方程式 2 进行简化，假设发射天线和接收天线具有相同的增益，那么这一假设得出的结果为：

　　您也可以使用如下可行的方式表达出这一方程式：

　　PL=20log10(fMHz+20log10(d)

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