Langstrecken (~ 15 km) drahtlose Kommunikation mit niedriger Baudrate in einer Bergumgebung (kein LOS)

Ich versuche, ein Punkt-zu-Punkt-Kommunikationssystem in einer bergigen Umgebung zu implementieren, in der die Basisstation und der Client mindestens 15 km voneinander entfernt sind, ohne Sichtverbindung (LOS). Die Basisstation könnte mehr Sende- und Empfangsleistung haben als der Client, der tragbar sein sollte (idealerweise sollte sie leicht und batteriebetrieben sein). Die Datenrate ist sehr niedrig, da alle 10 Minuten eine Zeichenfolge mit 30 Zeichen übertragen wird.

Ich habe gesehen, dass XBee-PRO® 868-Module in LOS eine Reichweite von 80 km erreichen, aber wie gut würde es in einer rauen Umgebung wie einem wilden Bergort funktionieren? Was sind die Alternativen?

Wie bei jedem Funksystem ist das Endergebnis das, was ohne Behinderung von Hindernissen erreicht werden kann. Im freien Raum hängt die Basislinie davon ab, mit 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 ist. Diese Gleichung gibt an, wie viele dB Leistungsverlust Sie bei 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, daher ist es eine echte Basislinie. Die Antennenverstärkung bringt einen geringeren Pfadverlust, aber eine größere Richtwirkung mit sich, und für einen Dipol beträgt die Verstärkung etwa 1,76 dB.

Wenn Sie 10 dBm (10 mW) bei 100 MHz über eine Entfernung von 10 km senden, können Sie mit einer Leistung von Folgendem rechnen:

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

Wie viel Strom benötigt Ihr Receiver? Eine nützliche Gleichung lautet:

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

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

Dies setzt voraus, dass der Sender und der Empfänger maßgeschneiderte Elemente sind, die für diese niedrige Datenrate ausgelegt sind. Es ist nicht einfach, eine Empfängerempfindlichkeit unter -120 dBm zu erreichen. Unabhängig davon, welches Funksystem Sie verwenden, lesen Sie das Kleingedruckte und untersuchen Sie es. Standardartikel können wahrscheinlich nicht mit sehr geringen 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. Dies klingt gut genug, wenn man bedenkt, dass der Antennengewinn möglicherweise einige dB mehr ergibt.

Aber auf der Erde, egal wie das Gelände zu sein scheint, wird es Dämpfungen geben, die hier wirklich schwer zu erklären und zu beschreiben sind. Es gibt eine Sache, die als Fade-Margin bezeichnet wird, und dies gilt als Faustregel: Stellen Sie sicher, dass Ihre Empfangsleistung mindestens 20 dB über der Grundempfindlichkeit liegt. Wenn Sie also einen Empfänger mit -120 dBm entworfen haben, sollten Sie damit rechnen an einem guten Tag -100 dBm erhalten.

Angesichts des Geländes würde ich eine wilde Vermutung riskieren, dass Sie 20 dB mehr im Ärmel haben müssen, und dies bringt Sie fast dazu, 10 km von einem 10-mW-Getriebe zu erreichen.

Hoffentlich haben Sie jetzt die Formeln, um herauszufinden, welche Leistung Sie benötigen, um 15 km zu erreichen. 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 einer Yagi-Uda- Antenne verfolgt werden kann. Vielleicht haben Sie Wildtierfilme gesehen, in denen ein Bär oder ein Puma einen Funksender hat und ein Mann auf einem Feld die Yagi-Uda-Antenne hin und her richtet, um die Richtung zu bestimmen, in die sich das Tier befindet könnte arbeiten, um Dinge zu verbessern.

Diese Verbindung erfordert mehr als das Standard-ISM-Band mit 900 MHz. Nach meiner Erfahrung besteht die einzige Möglichkeit, 900 MHz zum Laufen zu bringen, darin, die Xtend-Module zu verwenden und an den Höhepunkten zwischen den beiden Standorten etwa zwei oder mehr Repeater zu verwenden. Andernfalls ist etwas unter 150 MHz erforderlich. Siehe diese Ansicht

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