Ám, mivel ezek mind ugyanazon frekvenciasávon osztoznak, a különböző protokollokat használó rádiók között interferencia léphet fel. Ebből kifolyólag fontos a vezeték nélküli átvitel hatótávolságát és teljesítményét pontosan meghatározni, amely alapján modellek felállítása lehetséges a rövid hatótávolságú rendszerek beltéri és kültéri útvonalveszteségeinek pontos felméréséhez. A fejlesztők e mérések alapján képesek kezdeti becsléseket adni a rendszerparaméterekre, így a hatótávolságra, terjedési csillapításra, vételi érzékenységre, bithibaarányra és csomaghibaarányra nézve, amelyek egyaránt mind alapfontosságúak a kommunikációs rendszereknél.
1. ábra. A Microchip MRF24J40MC rádiós modul külső antennávalÚtvonalveszteség-modellek
A nagy távolságú modellek a vizsgált távolságon átlagolt viselkedést tárgyalják. Függvényei a távolságnak, és jelentősen függenek a különböző, nagyjából frekvenciafüggetlen terepjellegzetességektől. E modellek rendkívüli mértékben romlanak a vizsgált távolság csökkenésével, de megfelelőek a rádiós rendszerek hatótávolságának tervezéséhez és hozzávetőleges kapacitástervezéséhez.
A kis távolságú (fading) modellek 1:1-es méretskálán írják le a jelek változásait, és domináns többutas terjedési hatásokat vesznek számításba (fáziskiegyenlítés). Az útvonalcsillapítást állandónak veszik, az azonban függvénye a frekvenciának és a sávszélességnek.
Mindezekkel együtt az összpontosítás tárgya kezdetben a kis távolságú, rövid távolságokon vagy időhosszak alatt gyors jelváltozásokat produkáló modellezés. Ha a becsült vett teljesítmény elegendően nagy (tipikusan a vételi érzékenységhez viszonyítva, amely függhet a használt kommunikációs protokolltól), az összeköttetés alkalmassá válik adattovábbításra. A vételi érzékenység és a vett teljesítmény közötti pozitív különbséget összeköttetési vételhatárnak nevezik.
Más szavakkal: az összeköttetési vagy fading vételhatár az a teljesítmény, amelyre a vételi érzékenységet meghaladóan szükség van a megbízható rádiós összeköttetéshez az adó és a vevő között. Ideális esetben (tökéletesen irányított antennák, nincs többutas terjedés vagy reflexiók, nincsenek veszteségek) az összeköttetési vételhatár értéke 0 dB. A fading vételhatár elvárt értéke függ az összeköttetés megbízhatóságától, de ökölszabályként elmondható, hogy célszerű 22—28 dB fading vételhatárral számolni minden időpillanatban. Ha kedvező időjárási körülmények között legalább 15 dB fading vételhatárral számolhatunk, biztosak lehetünk afelől, hogy rádiós rendszerünk zordabb időjárási és rádiófrekvenciás körülmények között is megbízhatóan fog működni.
A vételi és adási antennák közötti terjedés következtében keletkező útvonalveszteséget általában mértékegység nélküli formában adják meg a távolság hullámhosszúsághoz való normalizálásaként. Néhány esetben azonban kényelmes lehet, ha a távolsághoz és hullámhosszúsághoz köthető veszteséget külön kezeljük.
Példának okáért próbáljuk megbecsülni egy 1 km-es összeköttetés megvalósíthatóságát két, 20 dBm kimeneti teljesítményű MRF24J40MB modullal, amelyek RF csomópontként funkcionálnak! Az egyes számú csomópont egy 1 dBi nyereségű, körsugárzó nyomtatott áramköri antennához van csatlakoztatva, a kettes számú csomópont szintén. Az egyes és kettes számú csomópont adási teljesítménye egyaránt 100 mW (vagyis 20 dBm), érzékenységük -102 dBm. A kábelezések hosszúsága rövid, becsült veszteségük mindkét oldalon 1-1 dB. Ha összegzünk minden, az egyes és kettes számú csomópontok között fellépő nyereséget és veszteséget, és útvonalveszteségként csak az 1 km-es összeköttetés szabadtéri veszteségét vesszük figyelembe, megállapíthatjuk, hogy mivel a -60 dBm nagyobb, mint a kettes csomópont min. vételi érzékenysége (-102 dBm), a jelszint elegendő arra, hogy az egyes és kettes számú csomópontok kommunikáljanak egymással. A vételhatár értéke 102-60 = 42 dBm, amely jó minőségű adásvételt tesz lehetővé kedvező időjárási körülmények között, de az idő zordra fordulásával már közel sem biztos, hogy elegendő lenne.
Az útvonalveszteség ugyanolyan az ellenkező irányban is, tehát számszerűleg is az egyes számú csomópontnál a vett jel szintje -60 dBm. Mivel az egyes számú csomópont vételi érzékenysége -102 dBm, a fading vételhatár értéke 42 dBm, továbbá, mivel a környezetből adódóan még közvetlen rálátás esetében is veszteségekkel kell számolni, ez további 20 dBm-mel csökkentheti ennek értékét.
Nézzük meg, mi történik, ha a kettes számú csomópontot egy 0 dB kimeneti teljesítményű MRF24J40MA modullal helyettesítjük! Mivel az egyes számú csomópont vételi érzékenysége -95 dBm, ez 35 dBm fading vételhatárt jelent. Veszteségek ebben az esetben is jelentkeznek még közvetlen rálátásnál is, így további 20 dBm-es csökkenés esetén a kommunikáció már csak teljesítményerősítéssel lehetséges.
A Fresnel-zóna
2. ábra. A Fresnel-zónaA Fresnel-zóna a látható közvetlen rálátás körüli terület, amelybe a rádióhullámok kiterjednek, miután elhagyták az antennát (lásd 2. ábra). A direkt rálátás kedvező a rádiózás szempontjából, különösen a 2,4 GHz-es rádiós rendszerek esetében, mivel a 2,4 GHz frekvenciájú rádióhullámokat a víz elnyeli. Az ökölszabály az, hogy a Fresnel-zóna 60%-ának akadálymentesnek kell lennie. Jellemzően 20% körüli akadályozottság a Fresnel-zónában kismértékű romlást eredményez az összeköttetésben, 40%-on felül viszont jelentős romlás lesz tapasztalható.
Fontos felmérni azt, hogy mekkora mértékben fogadható még el a Fresnel-zóna blokkolása. Jellemzően 20 és 40% közötti akadályozás közel nulla interferenciát okoz az összeköttetésben.
Az épületeken belül jelentkező, beltéri terjedési veszteségek jelentősen magasabbak lehetnek az olyan akadályok miatt, mint a falak és mennyezetek, bútorok, emberek. Kültéren, közvetlen útvonalnál a fák csillapítása 8—18 dB fejenként, amely függ a fa méretétől, alakjától és fajtájától. Egy száraz fafal csillapítása falanként 6 dB is lehet, az anyaghasználat miatt a régebbi épületek belső csillapításai nagyobbak lehetnek, mint az újakéi. Mérettől és kiviteli fajtától függően a betonfalak csillapítása 10—15 dB lehet, míg a padlók akár 12—27 dB-t is csillapíthatnak a jeleken. A beton- és acélszerkezetek értelemszerűen többet csillapítanak, mint a fa alapanyagúak. A reflektív bevonatú, tükrös falak csillapítása rendkívül nagy is lehet.
A Fresnel-zóna gyakran jó indikátora a beltéri távolságméréseknek. A közvetlen rálátásos terjedés rendszerint csak az első három méteren igaz, ezt követően egy jellemző irodai környezetben 30 méterenként akár 30 dB is lehet a terjedési veszteség, vagyis az útvonalveszteségeket a legtöbb esetben meghaladja. A tényleges terjedési veszteségek az építkezési technológiák, statikai jellemzők és elrendezés függvényében jelentősen változhatnak. A Fresnel-zónában a terjedési késleltetés főbb indokai lehetnek az ütközések más adókkal, gyenge hibavektor-magnitúdó (EVM) az adóból kb. 20—24% RMS-értékkel, valamint mozgó objektumok által kiváltott reflexiók. A 3. ábra egy közvetlen rálátásos környezet vett jelerősségi (RSSI) adatait mutatja.
3. ábra. Helyzetek és távolságok közvetlen rálátásos rádiós terjedési környezetbenKonklúzió
A rádiófrekvenciás rendszer teljesítményének felmérésére szolgáló útvonal-veszteségi modell kiválasztásakor gondosan kell eljárni. Láthattuk, hogy a szabadtéri útvonalveszteségi modell csak nagyon kis számú esetben alkalmazható, választása komoly hibakövetkezményekkel járhat. Beltéri, ill. lakott területi környezetre az ITU terjedési modelljeinek alkalmazása sokkal pontosabb méretezésre ad lehetőséget.
Lakott területeken az átvitelnél áthidalni kívánt távolság megduplázásánál jó ökölszabály az, ha 10—12 dB teljesítménynövekedéssel számolunk a rádiós összeköttetésünknél. A vételi érzékenység a rádiós rendszerek első számú olyan változója, amely nagy odafigyelést igényel, és amelynél komoly optimalizálásra van szükség, ha növelni kívánjuk a lefedett távolságot. A vezeték nélküli, rádiókommunikációs rendszereknél több egyéb tényező is befolyásolja a távolságot, de ezeknek mind nagyobb mértékű változására van szükség ahhoz, hogy a vételi érzékenység változásával egyenértékű hatást érjünk el.
A többutas terjedés következtében fellépő fadingjelenség akár 30—40 dB-t is meghaladó jelcsillapítást eredményezhet. Ezáltal erősen ajánlott elegendő összeköttetési vételhatárt betervezni a rendszerbe annak érdekében, hogy a fading által generált romlásokat kompenzálni tudjuk.
