Drahtlose Kommunikation mit großer Reichweite (~15 km) und niedriger Baudrate in einer Bergumgebung (keine LOS)

Wie bei jedem Funksystem ist das Endergebnis, was ohne Behinderung durch Hindernisse erreicht werden kann. Im freien Raum hängt die Basislinie davon ab, auf welcher Frequenz Sie senden und wie empfindlich Ihr Empfänger sein kann. Die Leistungspfadverlustgleichung lautet wie folgt:

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

Wobei f in MHz und d in Kilometern steht. Diese Gleichung sagt Ihnen, wie viel dB Leistungsverlust Sie in einer bestimmten Entfernung mit einer bestimmten Trägerfrequenz erwarten können.

Es ist aus der Arbeit von Harald T. Friis formuliert und eine anständige Referenz ist hier . Es wird kein Gewinn in den Antennen angenommen, also ist es eine echte Basislinie. Der Antennengewinn bringt einen geringeren Pfadverlust, aber eine größere Richtwirkung, und für einen Dipol beträgt der Gewinn etwa 1,76 dB.

Wenn Sie 10 dBm (10 mW) bei 100 MHz über eine Entfernung von 10 km senden, können Sie folgende Empfangsleistung erwarten:

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

Wie viel Strom benötigt Ihr Receiver? Eine nützliche Gleichung ist diese:

Die von einem Empfänger benötigte Leistung (dBm) beträgt -154 dBm + 10$log_{10}$(Datenrate) und da Sie eine ziemlich niedrige Datenrate haben, können Sie eine bessere Leistung als Wi-Fi erwarten !

Die Frage enthält alle zehn Minuten 30 Zeichen. Ich gehe davon aus, dass dies als Burst von 30 x 10 Bits in 10 Sekunden plus einer Präambel von 100 Bits übertragen wird, um den Empfänger einzurasten - das sind 400 Bits in 10 Sekunden oder 40 Bits pro Sekunde.

Die benötigte Empfängerleistung beträgt daher -154 dBm + 10$log_{10}$(40) dBm = -138 dBm

Dies setzt voraus, dass Sender und Empfänger maßgeschneiderte Produkte sind, die für diese niedrige Datenrate ausgelegt sind. Es ist nicht einfach, eine Empfängerempfindlichkeit unter -120 dBm zu erreichen, also lesen Sie das Kleingedruckte, egal welches Funksystem Sie verwenden, und untersuchen Sie es. Handelsübliche Artikel können wahrscheinlich nicht mit sehr niedrigen Datenraten übertragen werden, daher sollten sie vermieden werden.

Auf jeden Fall müssen Sie -138 dBm empfangen, und über 10 km mit einem 100-MHz-Träger können Sie mit -82,45 dBm rechnen. Das klingt gut genug, wenn man bedenkt, dass Sie möglicherweise ein paar dB mehr vom Antennengewinn erhalten.

Aber auf der Erde wird es, egal wie das Gelände zu sein scheint, zusätzliche Dämpfungen geben, die hier wirklich schwer zu erklären und zu beschreiben sind. Es gibt eine Sache namens Fade Margin, und diese besagt als Faustregel im Grunde: Versuchen Sie sicherzustellen, dass Ihre Empfangsleistung mindestens 20 dB über der Grundempfindlichkeit liegt. Dies bedeutet, dass Sie damit rechnen sollten, wenn Sie einen Empfänger entwickelt haben, der -120 dBm erfordert Empfangen Sie an einem guten Tag -100 dBm.

Angesichts des Geländes würde ich die wilde Vermutung wagen, dass Sie 20 dB mehr im Ärmel haben müssen, und dies bringt Sie gerade dazu, 10 km mit einer 10-mW-Übertragung zu erreichen.

Hoffentlich haben Sie jetzt die Formeln, um herauszufinden, welche Leistung Sie benötigen, um 15 km zurückzulegen. Eine weitere hilfreiche Tatsache ist, dass sich das Ziel möglicherweise nicht sehr schnell bewegt und von einem Ende aus mit einer Antenne mit hoher Verstärkung, wie z. B. einer Yagi-Uda- Antenne, verfolgt werden kann. Sie haben vielleicht Wildtierfilme gesehen, in denen ein Bär oder ein Puma einen Funksender daran befestigt hat und ein Typ auf einem Feld die Yagi-Uda-Antenne in diese und jene Richtung richtet, um die Richtung zu lokalisieren, in der sich das Tier befindet. Dies könnte daran arbeiten, die Dinge zu verbessern.

Diese Verbindung erfordert mehr als das standardmäßige 900-MHz-ISM-Band. Meiner Erfahrung nach wäre die einzige Möglichkeit, 900 MHz zum Laufen zu bringen, die Verwendung der Xtend-Module und die Verwendung von etwa 2 oder mehr Repeatern an den Höhepunkten zwischen den beiden Standorten. Andernfalls wird dies etwas unter 150 MHz erfordern. Siehe diese Ansicht

Könnte mit APRS (das Senden erfordert eine Ham-Lizenz) im 10-m- oder 20-m-Band erfolgen. Das 2-m-Band kann für die Kommunikation ohne Sichtverbindung verwendet werden, wenn Digipeater in der Region verfügbar sind.