影响无线通讯可靠性和距离的几个因素

无线通信距离的主要性能指标有四个：

一是发射机的射频输出功率；

二是接收机的接收灵敏度，

三是系统的抗干扰能力；

四是发射/接收天线的类型和增益；

在这四个主要指标中，各国的电磁
兼容性标准(如北美FCC和欧洲EN标准)仅限于发射
功率，只要接收灵敏度和系统的抗干扰能力
在符合FCC或CE标准的前提下，扩大系统的通信距离
离。
1、影响无线通信距离的因素
1、地理环境
通信距离最远的是海平面和陆地无障碍的直开阔地，也是通信
通常用于评估无线通信设备通信距离的地理条件。
郊区农村、丘陵、河床等半障碍、半开放环境，通信距离最近
总之，障碍物越密集，无线通信距离越远
影响越大，尤其是金属物体。

路径损失公式：
Ld=32.4 20logf 20logd f=MHZ d=Km
每个信号损失6dB 通信距离会减少一半！

因此，如果无线模块附近的障碍物较多，也会影响通信距离和
可靠性.
2、电磁环境
直流电机、高压电网、开关电源、电焊机、高频电子设备、电脑、
单片机等设备对无线通信设备的通信距离有不同程度的影响。
3、气侯条件
空气干燥时，通信距离较远，空气潮湿(尤其是雨雪)
在产品允许的环境工作温度范围内，温度升高会导致
发射功率降低，接收灵敏度降低，通信距离降低。
4.发射机的射频输出功率
发射功率越大，通信距离越大；理论上，发射功率是无限的
但实际上，由于成本或技术规定的限制，发射机的输出功率也在增加

是有限的。
5.接收机的接收灵敏度
接收灵敏度反映了接收器捕获微弱信号的功能，接收灵敏度越高
高，通信距离越远。但由于电磁噪声和工业污染，电力
-123dBm（即0.158uv）通常被认为
它是现代无线电通信中纯硬件接收灵敏度的极限值，难以突出
即使加上软件纠错，也只能改进1-3dB，若连接通信系统
如果灵敏度接近这个极限，就没有挖掘的潜力。为了提高通信距离
只能从其他方面入手。SEMTECH(XEMICS)的XE1203 在
1.2kbps 接收灵敏度可以在通信速率下达到
-114------116dBm,XE1205 在1.2kbps 在通信速率下接收灵敏度
可达-120-------121dBm(注:此灵敏度下通信的误码率为0.1%)
6.系统抗干扰能力
在相同的发射功率和相同的发射功率下，实际的通信环境中总是存在各种干扰源
在样品接收灵敏度的前提下，系统的抗干扰能力越强，实际通信距离
越远。很多高频工程师都有这样的经历:在实验室(屏蔽网
在室内测试中，调幅机的发射功率和接收灵敏度与调频机相同，
但在实际环境中测试时，调频器的通信距离往往是调频器的几个
即使调幅机根本不能工作，调频机仍然可以有很长的通信距离
离开的原因是调频机的抗干扰能力远强于调幅机。影响无线
通信系统的抗干扰能力也有很多因素，主要与调制/解调、工作有关
带宽，电路设计PCB 一般来说，调频系统的抗干扰性优于调幅系统，而窄带系统的抗干扰性优于调幅系统
抗干扰能力优于宽带系统，因此，带宽越窄，抗干扰能力越强，
在相同的发射功率和接收灵敏度下，通信距离越远。XE1203
的通讯带宽
最小为200KHZ,XE1205 最小带宽可达7KHZ. 另
SEMTECH(XEMICS)公司的RF IC 基于零中频结构的设计，
这不仅可以节省昂贵的费用IF 滤波器具有更好的抗干扰特性
7、软件纠错
软件纠错系统的通信距离也远于无软件纠错系统；软
纠错可以提高接收灵敏度1-3dB，但实时会产生一定的延迟
这一因素的影响也应考虑在性要求高的系统中。
8.天线类型及其增益
天线增益越高，通信距离越远。当发射机采用高增益定向时
在天线上，接收机可以显著提高通信方向上的功率密度(场强)
采用高增益定向天线可显著提高信号/噪声比，提高接收场
强，大大提高通信距离。目前适合ISM/SRD 免证使用频
无线通信设备使用的天线如下：
鞭状天线(螺旋天线、拉杆天线):增益0~3.5dB，适合便携式
使用移动手持机
中增益吸盘天线：增益5.5~7dB，适用于固定机和车载机
高增益全方位天线:增益8.5~10dB，室外安装适用于固定机
高增益定向天线组网:增益10~`12dB，户外安装适合远距离安装
固定机用
需要注意的是，天线的几何尺寸越高，尤其是高
增益的定向或全向天线要求室外安装才能发挥其最佳效率，因此
还要考虑选项购买天线的使用和安装是否方便。
9、天线有效高度
天线与地平面的高度越高，通信距离越高
越远，特别是在城市环境中，天线的高度比增加了发射功率
对通信距离的影响要大得多。
二、无线通信距离估算
从以上分析可以看出，影响无线通信设备通信距离的因素很多
地理环境、电磁环境环境、电磁环境和气候条件
影响是由用户的使用条件决定的，很难改变，也很难使用数学
只有这些能量因素才能用数学表达式来描述表达式
描述。
工作频率3000MHZ~3GHZ 无线通信设备之间，
视距范围（又称自由空间）内，已知发射功率P（W）、接收灵
敏度E（uv）、发射天线R 的有效高度Ht(m)接收天线有效高
度Hr（m）、发射天线增益Gt 接收天线增益Gr(单位均为倍，
而不是dB）、载频波长λ（m），则通信距离d（m）可由下：发射功率为：P（W），发射天线和接收天线分别增加Gt 和Gr
(单位为倍)，发射天线和接收天线的有效高度分别为ht 和
hr发射机均为米)，发射机与接收机的距离为d（m），射频
信号波长为λ（m），提高信号台场发射和接收天线的有效高度
增强的影响最为显著。XE1203 模块，工作1.2KBps 的条
零件接收灵敏度-115dBm，代入上式可以在开阔地计算通信
距离约为10Km 左右，但调试良好XE203 在上述条件下，模块
实测距离为600-1000m，理论值约为6%-10%。 为什么实际距离和理论值之间有这么大的差距？
原因有三:第一，公式中的结果是纯理论值，只考虑
随着距离的增加，电磁波在自由空间空间
在空间较大后，能量密度降低，导致信号场强烈降低，而不是测试
考虑空气和地面对电磁波吸收和衰减的影响；其次，没有测试
虑发射天线的发射效率和接收天线的接收效率（理论上可以做到
100%但实际上达不到)的影响最终没有考虑各种电磁干燥
对接收机抗干扰能力的影响，导致实际结果和理论计
算值误差大。
在实际的通信环境中，总有各种各样的干扰源，有时虽然接收
天线上感知到的信号强度远高于接收灵敏度，但当接收器在哪里时
当环境电磁干扰较大时，有用信号仍被淹没在干扰信号中，并连接
收机不能有效抑制干扰，也不能进行有效的无线电通信，如
果接收机的抗干扰能力很强，这种影响就比较小。在发射功率和
在接收灵敏度相同的前提下，系统的抗干扰能力越强，实际通信
距离越远。很多高频工程师都有这样的经历:在实验室(屏幕)
在屏蔽室内测试，调幅系统和调频系统的发射功率和接收灵敏度
同时，在实际环境中测试时，调频系统的通信距离往往是调频系统
振幅系统的几倍，特别是当环境干扰严重时，振幅调整系统根本不是
由于调频系统能够通信，调频系统仍能保持较远的通信距离
抗干扰能力远强于调幅系统。相对而言，调频系统的抗干扰能力
与宽带系统相比，窄带系统具有更好的抗干扰能力，- 8 -
因此，在发射功率和接收灵敏度相同的前提下，带宽越窄，通信越窄
距离越远。
通过上述分析，我们可以得出这样的结论：在实际通信环境中，
微功率无线通信系统的通信距离主要取决于系统的抗干扰能力。
三、提高通信距离的措施：
为了保证无线通信的稳定性和可用性，当地理环境和电磁环境一定时
通过充分挖掘低压微功率无线通信设备的潜力，实现
工程设计中可考虑以下措施：
1.尽可能提高天线的有效高度
从计算通信距离的公式可以看出，通信距离和收发/发天线是有效的
平方根的高度积成正比，提高天线的有效高度可以显著扩大通信
距离，特别是在城市环境中，在屋顶上设置天线可以避免许多障碍
远离干扰源，扩大通信范围。
2、采用高增益天线
天线是无源设备，不能放大信号，但高增益天线可以显著提升
提高信号/噪声比，扩大通信模式
它的功能类似于手电筒或探照灯上的聚光镜。但是高增益天
线路成本高，几何尺寸和重量大，只适合固定安装
因此，在一定的多点或多点对点的无线通信组网
主机采用高增益全向天线，分机根据主机距离的不同选择
同样增益的天线也可以选择高增益的定向天线进行固定安装和远离主机，而靠近主机的分机可以选择低成本的普通天线
为了降低系统成本，通鞭天线。
高增益定向天线可显著提高通信方向上的信号强度，
采用高增益定向天线的接收机可以显著改善通信方向
号场强度与信号/噪声之比，大大扩大了通信距离，但只适用
与通信方向相同，成本也较高，天线几何尺寸大，
只适用于固定安装。
3.尽量缩短射频电缆的长度
射频同轴电缆用于连接无线通信机和室外天线
有一定的损失，比如50-3 型电缆损耗为0.2dB/m，50-7 型
电缆的耗为0.1dB/m，50-9 型电缆的损耗为0.07dB/m，电缆
越长，损耗就越大，对所传输的射频信号的损耗的增大又会导致
通信距离的下降，所以必要时可将射频组件直接装在室外天线的
底部，而射频组件与用户系统间的连线则采用多芯屏蔽电缆连
接。
4、尽量远离各种干扰源
距干扰源越近，信号/噪声比就越低，也会导致通信距离下降。
必要时可分别对数传模块和会产生电磁干扰的部件采取屏蔽措
施，并用特性阻抗为50Ω 的射频同轴电缆将天线引到远离干扰
源的地方，同时与射频组件相连的电源线、信号线也采用屏蔽电
缆，并增加必要的滤波网络，以最大降度地抑制干扰，充分发挥
接收机高灵敏度的优势。5，优先采用抗干扰能力强的无线通信产品
当无线通信接收机处在电磁干扰较大的环境中工作时，如果抗干
扰能力跟不上，接收灵敏度高将变得毫无意义，此时应优先采用
抗干扰能力较强的产品，如果是数字通信系统还应优先采用有软
件纠错功能的产品。
6，防雷、防水、防潮
对于采用室外天线的系统，必须采取避雷、防雷措施，如加装避
雷针、避雷器，同时，对于露天架空的供电电源线、信号传输线
也要采取避雷防雷措施，以防雷电从电缆串入机器。
对于露天安装的射频组件还应采取防水措施，以防下雨时雨水进
入机器，如果设备不是长期通电或不经常使用，而空气又比较潮
湿，则还应采取防潮措施，例如在机壳内适当地方放置并定期更
换干燥剂，总之，要防止机器进水和受潮，以免电路组件发霉、
生锈而失效。