在设计无线系统时,最重要的因素之一是射频信号如何在发射器和接收器之间传播。两个端点之间的清晰视距(LOS)是理想的目标,但这有点不切实际,特别是在工业环境中或农村地区存在影响传播的独特季节性问题。非视距(NLOS)和超视距(BLOS)是可用的选项,可以成功处理这些传播工况,以提供鲁棒且安全的链路。
无线电传输
视距(LOS)传播是指在发射天线和接受天线间能相互“看见”的距离内,电波直接从发射点传播到接收点的一种传播方式。最短的信号波长比最长的光波长长几千倍。这意味着视距内(Visual LOS) 传播不一定转化为无线电视距 (Radio LOS) 伝播,反之亦然。
为了实现可靠的射频链路,必须进行仔细的规划,包括无线电路径研究,以及明智的设备选择和天线位置。发射器使用可在所有方向上发射的全向天线。接收天线也可以是全向的,但在许多情况下,为了增加接收可用信号强度及可能性,可以使用定向天线。
对于两点之间专用链路——点对点链路,可以使用定向天線来缩小波束宽度以避免干扰并增加信号有效强度。在最终系统设计之前,都必须考虑所有这些因素。此外,还应了解可能面临以下障碍。
菲涅耳区
第一个可能障碍就是菲涅耳区,这是一个足球形区域,从技术上讲,它是一个“长椭球”,围绕着发射器、接收器以及它们之间区域。
任何位于该区域中的障碍物,不必然处于端点之间直角距离内,却会导致信号衰减与干扰,并降低链接质量。此现象受到极化状态影响:垂直极化信号遇到第一级菲涅耳区中的物体后,将反相并抵达异相,即使如此,其效率将显著降低;而水平极化则呈现相反效果。当地面或水面的反弹发生时,对于微波通信尤其重要,因为它引起多径干扰,并对链接稳定性造成负面影响。
地面与水体对RF再次吸纳
另一个阻碍的是来自地球表面的反弹。这一现象引入了多径效应,并进一步降低了信息流动质量。在微波领域中,用双重或更高维数空间方法解决此类问题,有助于根据是否满足某些条件来决定是否整合或拒绝每个分量,而不是简单地丢弃它们。而对于更远距离通信,则提升发送机高度成为一种常见策略,以减少大气层对信息流通途径所产生的问题。
地球曲率的大气层
其他挑战来源于地球自身的地形变化及其周围大气层。一条一般规则指出,如果没有任何物理屏障,在海平面上的发送者能够建立7英里以上连续无遮挡通道,被称作"地球凸起"的情况。但另一方面,大气压力差异会导致不同高度下的连接速度有所不同,这就意味着需要精确计算最大延迟时间以保证数据完整性。
非直观路径
非直观路径描述的是那些没有明确物理联系的情境,其中未知或者不可见到的障碍物被认为完全阻止了这种类型通信。在NLOS环境下,无论这些结构大小如何,只要它们足够大,它们都将随着越来越大的尺寸而变得更加难以穿透这个介质。如果我们把我们的讨论扩展至电子磁场,我们发现当一切都看起来像平行走动的时候,那么我们应该寻找三个不同的类别:小型、等同、以及超出输入尺寸范围的小型对象。当一个很小的小件进入我们的世界时,它基本上不会改变原有的振幅值;当它达到我们输入值长度时,它开始通过其周围产生衬边效应,然后继续通过它本身;最后,当这个对象超过我们的界限长度,小件就会逐渐消失并变得无法访问给定的属性,如穿透能力。
超越 直观限制
BLOS, 或者说超越直接联系,也经常出现在地球弯曲带来的诸如山脉、高山等自然屏障的情况下,或由人类活动造成的人造屏障,比如城市建筑群等。这时候,与NLOs相同,我们需要依赖同样的技术去克服这些局限性的交流过程,其中使用各种工具,如卫星、中继站甚至复杂网络配置来保持稳定的沟通管道,一旦实现,就能跨越普通实践难以触及的地方,为全球各地的人们提供服务,同时还能适应不断变化的地理环境需求。
评估与规划
确定端口彼此间连接质量首先涉及进行详尽研究,该研究通常由专业人士完成,他们利用多种资源准确描绘两个端口连接部分,以识别最佳路径、潜在障碍以及需要哪些辅助设备中继站及其位置,以及必要发送力量与接受装置灵敏度要求报告通常包含整个项目图像描述,并标记潜伏风险地点。此报告并不仅仅只是画图,而是一系列关于项目实施前期工作计划的一部分。在准备好进行安装之前建议联系当地方政府部门询问是否未来几个月有新的建筑工程计划,这样可以帮助避免未来的施工活动破坏已部署好的系统设置,使得预算控制更为紧张且成本效益最高。如果你想要构建你的网络,你不能只依赖单纯放置组件的事情。你付出的每一分钱都会回报你更多,所以请务必做好充分准备工作!