影响无线信号传输范围有哪几个关键变量

　　本文转自蓝牙技术联盟和Zigbee联盟相关文档，仅作为个人学习笔记，以作记录
　　影响无线信号传输范围的关键变量
　　影响无线信号连接的有效范围的几个关键因素，包括以下几点。
　　无线电频谱
　　无线电频谱从30赫兹延伸到300千兆赫。频率越低，范围越长。然而，频率越低，它能支持的数据速率越低。 因此，选择无线电频谱就需要在范围和数据速率之间进行权衡。
　　蓝牙技术使用2.4 GHz ISM频段（2400至2483.5 MHz），可以在范围和吞吐量之间取得良好的平衡。此外，2.4 GHz频段在全球范围内均可使用，使其成为真正的低功耗无线连接标准。
　　发射功率
　　选择发射功率水平是在距离和功耗之间的设计权衡。发射功率越高，信号越有可能在更远的距离被听到，有效范围也越长。然而，增加发射功率会增加设备的功耗。把发射功率看成是你的声音的音量。 你说话的声音越大，别人听得越远，但需要的能量也越大。
　　蓝牙技术支持-20 dBm （0.01 mW）至+20 dBm （100 mW）的发射功率。
　　接收器灵敏度
　　接收器灵敏度是接收器能够测量到的最小信号强度的度量。换句话说，它是接收器能够检测到无线电信号、保持连接、且仍能够解调数据的最低功率电平。接收器灵敏度就像是对于你能够听到的声音清晰度、或者说你能听到并理解的最小音量的一种度量。 和 理解。
　　蓝牙®技术规定，设备必须能够实现-70 dBm至-82 dBm的最低接收灵敏度，这取决于所使用的PHY。然而，Bluetooth 实施方案通常可以实现更高的接收灵敏度水平。例如，Bluetooth LE 125K（编码）PHY的平均实施方案实现了-103 dBm的接收灵敏度。
　　天线增益
　　天线将发射器的电能转化为电磁能（或无线电波），反之亦然。天线的位置、封装尺寸和设计会极大地影响信号的传输和接收效果。而天线的类型和尺寸及其将电能转化为电磁能和聚焦能量方向的效率也会有很大的不同。
　　天线的有效增益对发射天线和接收天线都有关系。天线的方向性影响类似于通过锥体说话或听话来集中声音的能量。
　　蓝牙技术设计者可以选择实现各种天线选项。天线设计既是一门艺术，也是一门科学。蓝牙设备的天线增益通常在-10 dBi到+10 dBi之间。
　　无线技术的物理层（PHY）
　　无线技术的物理层（PHY）定义了其用于在特定射频（RF）频段上发送数据的调制方案及其他技术，包括可用信道数量及其效用、纠错的使用、 警卫 抵御干扰的防护等。如果将RF通信与口语交流类比，可理解为PHY定义了语音的速度和清晰度。两者都会影响你能够听及的范围。
　　蓝牙提供多种PHY选项，各自具有不同的特性，可实现不同的有效传输范围和数据速率。
　　路径损失
　　路径损耗是指无线电波在空气中传播时出现的信号强度降低。路径损失，或路径衰减，会随着距离的增加而自然发生，并受到信号传输环境的影响。发射器和接收器之间的障碍物会使信号恶化。
　　衰减器可以是任何东西，从湿度和降水，到墙壁、窗户和其他由玻璃、木材、金属或混凝土制成的障碍物，包括反射和散射无线电波的金属塔或面板。虽然无线电波可以通过物体，但衰减和有效路径损失的数量随障碍物的类型和密度而变化。想一想，当你想听到隔壁房间的人说话时，如果隔开你的墙是木头做的，与混凝土相比，你能听到的音量和清晰度会有什么不同。
　　Zigbee联盟问答
　　1. Zigbee频段2.4G信号的穿透性与室内墙体厚度的关系是怎样的，临界值是多少？
　　2.4G波长约是12.5cm，那是否可以说明墙体厚度大于12.5cm（有些楼盘有40cm厚）就无法穿透或衰减，如果是，怎么衰减，怎么穿透墙体？有没有从波峰穿或从波谷穿的差异性？希望能说明一下不同墙体厚度下的网关位置部署问题。
　　网关的位置部署要看具体的环境以及周围物体的材质，理想的位置应该处于网络覆盖空间的中心位置，且周围净空。另外，除了穿透材质对信号带来的衰减外，信号的反射，周围物体是否移动都会对信号的传输带来很大影响。不同国家和地区对无线信号的最大传输功率都有相应的强制法规加以限制，因此在产品设计时不能随意提高发射功率。比如按国内最新规定（中华人民共和国工业和信息化部公告 2019年第52号 及其附件微功率短距离无线电发射设备目录和技术要求），工作在2400-2483.5MHz的设备，最大发射功率限值为10mW（e.i.r.p），即10dBm。为提高Zigbee网络的传输可靠性，除了在法规允许的范围下提高发射功率，增加接收灵敏度外，更应该通过合理的布置路由设备来充分利用Zigbee mesh网络的特点以达至信号的合理覆盖。
　　附：常见建筑材料对2.4GHz信号的衰减大致如下图（取自互联网，仅供参考）
　　2. 同一款天线用在不同产品上天线效率、天线增益和通信距离一样吗？不同产品外壳，对天线有影响吗？
　　尽管天线的尺寸设计完全相同，但如果不同产品所用的PCB材质参数不同，板子的尺寸不同，天线附近的元器件摆放位置不同，参考地平面的设计或者面积不同，那么天线的效率和增益肯定会有差别，也可能会直接影响到通信距离。另外，产品外壳的材质，安装螺丝的位置等等因素也会对天线的性能有所影响。上面假设问题里的天线指的是PCB天线，但道理同样适用于其它成品天线。
　　3. 不同的天线对功耗有影响吗？
　　这需要考虑两方面的因素。首先，如果天线的谐振点偏离2.4G，天线阻抗与标准的50ohm相差太远，那么可能会直接导致芯片的射频收发模块功耗偏高。其次，即便两个天线的谐振点和阻抗匹配指标都不错，但是可能由于效率和增益上的差异依然会造成通信效果的不同。如果恰好使用性能较差天线的产品处于临界距离上，则这个产品可能会由于重传，重新查找路由等多余操作造成功耗消耗增大。
　　如何计算无线通信距离？ 除了链路预算和天线增益之外，还有哪些因素会影响RF范围？
　　
　　计算链路预算和RF通信距离
　　弗里斯传输公式
　　
　　理想的距离计算， 例如：视距，无阻挡，无地干扰，零干扰
　　
　　实际环境中无线距离的计算