SCALANCE W的無(wú)線(xiàn)功率計(jì)算

時(shí)間：2021-10-26作者：上海騰希電氣技術(shù)有限公司瀏覽：258

注意：本文檔僅僅給計(jì)算無(wú)線(xiàn)功率損耗的計(jì)算方法，并未考慮在實(shí)際應(yīng)用中由于空間環(huán)境復(fù)雜會(huì)導(dǎo)致無(wú)線(xiàn)通訊的結(jié)果不同，所以該方法僅用于參考，在實(shí)際應(yīng)用中還需要實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量！

對(duì)比局域網(wǎng)LAN的電氣電纜和光纖連接相比較，無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)WLAN使用自由的空間作為傳輸介質(zhì)。無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)男畔⒉⒉幌裼芯€(xiàn)局域網(wǎng)那樣使用變化的電壓信號(hào)或者光脈沖，而是使用電磁波。自由空間作為傳輸介質(zhì)，完全與有線(xiàn)的傳輸介質(zhì)不同，因?yàn)橛芯€(xiàn)的傳輸介質(zhì)已經(jīng)具有清晰的，確定的傳輸特性。受物理?xiàng)l件的制約，無(wú)線(xiàn)電的頻譜范圍是受限的。依靠輸出功率，在A(yíng)P的有效半徑內(nèi)，任何給定的頻率只能使用一次。
由于ISM頻段，屬于公共范疇，所以由本國(guó)**進(jìn)行管理和分配。每個(gè)國(guó)家的**相關(guān)部門(mén)會(huì)對(duì)批準(zhǔn)某些頻段用于某些用途進(jìn)行負(fù)責(zé)，并遵守**規(guī)范。并非所有的無(wú)線(xiàn)模式在所有國(guó)家都被許可。其中，國(guó)家間對(duì)已批準(zhǔn)配置的不同限制可能涉及
? 允許的頻段和頻道，
? 較大傳輸功率，
? 室內(nèi)/室外操作，
? 802.11 標(biāo)準(zhǔn) (“a”、“b”、“g”、“h”、“Turbo”)
? 用于提供傳輸質(zhì)量的特定方法，例如DFS 和TPC。
在每個(gè)SCALANCE W 設(shè)備的固件中包含國(guó)家對(duì)當(dāng)前無(wú)線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的批準(zhǔn)許可。選擇并使用其中一種無(wú)線(xiàn)模式需要遵守該國(guó)的法律！可通過(guò)接入點(diǎn)AP的Web接口或者由客戶(hù)端Client通過(guò)連接到對(duì)應(yīng)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的Web 瀏覽器調(diào)用該頁(yè)面//<IP address>/countrylist.log讀取這些標(biāo)準(zhǔn)。<IP address>代表對(duì)應(yīng)設(shè)備的IP地址，本例的IP地址為192.168.0.80。

調(diào)出來(lái)的頁(yè)面通過(guò)一個(gè)表格概括列出許可的配置。請(qǐng)注意該表僅供參考；它不涉及各個(gè)設(shè)備的功能限制：以各個(gè)國(guó)家未許可的無(wú)線(xiàn)模式操作一個(gè)接入點(diǎn)或者客戶(hù)并不需要附加的措施。不允許在表中未列出的國(guó)家中操作SCALANCE W 設(shè)備。下面摘錄的部分為中國(guó)允許的無(wú)線(xiàn)模式。

從中可以看出中國(guó)允許無(wú)線(xiàn)的模式為IEEE802.11b, 11g, 11g-Turbo, 11a模式。允許的通道及無(wú)線(xiàn)頻段，較大輸出功率，使用地點(diǎn)等等。這些表示用戶(hù)在使用SCALANCE W在中國(guó)國(guó)內(nèi)應(yīng)用時(shí)，必須要遵守的規(guī)范。
這里有一個(gè)參數(shù)EIRP，表示Effective Isotropic Radiated Power，等效全向輻射功率。這個(gè)參數(shù)用于表征在天線(xiàn)上的一點(diǎn)的較大輸出功率。該輸出功率與無(wú)線(xiàn)模塊的輸出功率Tx，天線(xiàn)的饋線(xiàn)Ac和天線(xiàn)的增益Ga決定的。當(dāng)在中國(guó)使用SCALANCE W時(shí)，需要遵守中國(guó)的法律，不能**過(guò)所規(guī)定的功率大小。例如：在我國(guó)使用IEEE802.11g時(shí)，EIRP不能**過(guò)100mw。
在無(wú)線(xiàn)技術(shù)中，經(jīng)常使用dB來(lái)計(jì)算功率的大小。dB是功率比值的對(duì)數(shù)，即P [dBm] = 10 * log (P [mW] / 1 mW)，下表1給出了功率的dBm計(jì)算結(jié)果。通過(guò)使用該表，可以簡(jiǎn)單的計(jì)算增益和衰減。要計(jì)算一個(gè)完整的系統(tǒng)，必須加減每一個(gè)設(shè)備的增益或衰減，例如天線(xiàn)增益和饋線(xiàn)衰減。

典型功率
0.1 pW	-100 dBm	WLAN 網(wǎng)卡
1 μW	-30 dBm
1 mW	0 dBm
2 mw	3 dBm
4 mw	6 dBm
10 mw	10 dBm
31 mW	15 dBm	WLAN模塊典型傳輸功率
100 mW	20 dBm	較大允許的WLAN功率
200 mw	23 dBm
2 W	33 dBm	較大允許的D網(wǎng)功率
63 W	48 dBm	人造衛(wèi)星

表1功率的dBm計(jì)算結(jié)果

這樣根據(jù)組態(tài)圖1，計(jì)算EIRP。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，需要注意應(yīng)用該設(shè)備的EIRP要符合所在國(guó)家的法律法規(guī)，具體參考Countrylist.log。


圖1 SCALANCE W設(shè)備構(gòu)成

根據(jù)圖1中無(wú)線(xiàn)模塊的輸出功率Tx，天線(xiàn)的饋線(xiàn)Ac和天線(xiàn)的增益Ga，那么EIRP=Tx+Ac+Ga。從Countrylist.log日志文件中，可知在我國(guó)如果使用IEEE802.11g標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，較大的輸出功率為100mw，按照表1，100mw換算為20dBm，即在中國(guó)使用時(shí)，EIRP的值應(yīng)不**過(guò)20dBm。
通過(guò)接入點(diǎn)AP的Web接口再次訪(fǎng)問(wèn)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的Web 瀏覽器。在菜單“Interfaces”?“WLAN”?“Advanced”下面有“Transmit power”“Antenna Type”“ Antenna gain (in dBi)”“Antenna cable length (in meters)”等幾個(gè)參數(shù)。

正常狀態(tài)下，使用不帶饋線(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)天線(xiàn)ANT795-4MR，根據(jù)樣本手冊(cè)，該天線(xiàn)在2.4GHz的增益為3dBi。那么根據(jù)公式EIRP=Tx+Ac+Ga，計(jì)算無(wú)線(xiàn)模塊SCALANCE W的輸出功率Tx=20-3=17dBm。
在實(shí)際應(yīng)用中，如果選擇了ANT792-8DN的天線(xiàn)以及5m長(zhǎng)的饋線(xiàn)。

根據(jù)樣本手冊(cè)，ANT792-8DN的天線(xiàn)增益為14dBi，西門(mén)子天線(xiàn)饋線(xiàn)的衰減率為0.55dBi/m，這樣5m長(zhǎng)的天線(xiàn)饋線(xiàn)的衰減約為3dBi。根據(jù)公式EIRP=Tx+Ac+Ga=17-3+14=28dBm，這個(gè)數(shù)值已經(jīng)大于我國(guó)無(wú)線(xiàn)規(guī)范中規(guī)定使用IEEE802.11g的較大輸出功率20dBm。于是在選擇該天線(xiàn)和饋線(xiàn)時(shí)，SCALANCE W會(huì)禁止錯(cuò)誤設(shè)置，并恢復(fù)到初始設(shè)置，如標(biāo)準(zhǔn)天線(xiàn)ANT795-4MR和**功率為full(-0dB)。這時(shí)會(huì)在Web頁(yè)面的下方出現(xiàn)“ERROR: the transmit power is not allowed with the current antenna gain ”

在這種情況下，需要修改“Transmit power”為-9dBm，這樣才能通過(guò)SCALANCE W的設(shè)置。這是因?yàn)镋IRP=Tx+Ac+Ga=(17-9)-3+14=17dBm<20dBm。

在這種情況下，如果一個(gè)AP和一個(gè)Client都使用ANT792-8DN的天線(xiàn)，且距離為1000m進(jìn)行通訊，參考圖2。兩者之間通訊，需要考慮傳輸功率，空間衰減和接收靈敏度。


圖2 SCALANCE W AP和Client通訊

與導(dǎo)線(xiàn)中的信號(hào)不同，無(wú)線(xiàn)電信號(hào)以電磁波形式在空間中進(jìn)行三維傳播。當(dāng)無(wú)線(xiàn)電波遇到物體時(shí)，如果物體為導(dǎo)電性物體，則無(wú)線(xiàn)電波全部被反射，如果物體為非導(dǎo)電性物體，則一部分波被反射，另一部分被物體吸收，剩下的一部分最后穿過(guò)物體。無(wú)線(xiàn)電波碰到物體邊沿時(shí)被散射到各個(gè)方向。
這樣電磁波會(huì)在空間傳輸過(guò)程中出現(xiàn)信號(hào)衰減現(xiàn)象，表2給出了電磁波在經(jīng)過(guò)某些材料或者物質(zhì)時(shí)所產(chǎn)生的衰減。

材料或物質(zhì)	衰減dB 2.4 GHz 頻帶
50 l/m2/h 雨或雪	0.02 dB/km
霧	0.02 dB/km
薄墻	02. Mai
厚墻	06. Dez
混凝土墻	Okt 20
混凝土天花板	20 - 40
雙層玻璃窗	25 - 35
樹(shù)叢 2 to 4 m	Okt 15
森林 30 to 50 m	30 - 50

表2 特定材料的衰減值


電磁波在開(kāi)放、自由的空間傳輸?shù)乃p值參考表3。

距離	1 m	10 m	100 m	500 m	1 km	5 km	10 km
	空間衰減 [dB]
2.4 GHz	40	60	80	94	100	114	120
5 GHz	47	67	87	101	107	121	127

表3 開(kāi)放自由空間的衰減值


接收靈敏度是指接收端能夠產(chǎn)生通訊所接收到的最小功率。設(shè)備的靈敏度具有設(shè)備相關(guān)性，由傳輸技術(shù)和博德率來(lái)決定。表4 例舉了IEEE802.11g在2.4GHz下的博德率和靈敏度大小的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

802.11g
	數(shù)據(jù)傳輸速率 [Mbit/s]	Pe [dBm]
	6	-93
	9	-92
	12	-91
	18	-88
	24	-85
	36	-82
	48	-77
	54	-76

表4 IEEE802.11g的接收端的靈敏度

這樣圖2的接收端例如Client的接收靈敏度 。其中 是傳輸空間的衰減； 是接收端天線(xiàn)的增益和饋線(xiàn)衰減和的值。這里假設(shè)是自由空間，那么1000m距離的損耗為100dB。 =14-3=11dBi。那么 ，根據(jù)表4可以判斷在這種情況下，數(shù)據(jù)的傳輸速率依然可以達(dá)到54Mbps。
以上方法僅是供用戶(hù)在選擇WLAN的無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品時(shí)，如何計(jì)算得到工程項(xiàng)目中所要求的距離和博德率，根據(jù)結(jié)果來(lái)選擇相應(yīng)的產(chǎn)品。不過(guò)在實(shí)際應(yīng)用中，需要在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量，因?yàn)槔碚撚?jì)算只是給出指導(dǎo)意見(jiàn)，并沒(méi)有結(jié)合實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)，所以根據(jù)實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量結(jié)果來(lái)驗(yàn)證是否滿(mǎn)足工程項(xiàng)目的要求。


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• 詞條

  詞條說(shuō)明

• 機(jī)架：常規(guī)插槽規(guī)則

  機(jī)架：常規(guī)插槽規(guī)則簡(jiǎn)介對(duì)每個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)和模塊將應(yīng)用特定的插槽規(guī)則。如果在設(shè)備視圖中從硬件目錄選擇模塊，將標(biāo)記機(jī)架中所有可用于該模塊的插槽。 只能將模塊拖動(dòng)到標(biāo)記的插槽中。插入、移動(dòng)或交換模塊時(shí)，該插槽規(guī)則仍然適用。一致性某些插槽規(guī)則取決于環(huán)境的組態(tài)情況。 即有時(shí)可以將模塊插入機(jī)架，即使這樣做會(huì)導(dǎo)致目前不一致。 如果更改了組態(tài)，例如，選擇了其它模塊或模塊參數(shù)設(shè)置，您仍然可以再次使組態(tài)一致。如果插入模

• S7-1200與S7-300PN口

  S7-1200 CPU 通過(guò) ETHERNET 與 S7-300 PN 口之間 TCP 通信的方式S7-1200 與 S7-300 PN 口之間的以太網(wǎng)通信可以通過(guò) TCP 協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)，使用的通信指令是在雙方 CPU 調(diào)用 T-block (TSEND_C，TRCV_C， TCON， TDISCON， TSEND， TRCV) 指令來(lái)實(shí)現(xiàn)。通信方式為雙邊通信，因此 TSEND 和 TRCV 必須成

• AAA 常規(guī)

  常規(guī)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)登錄菜單中使用的標(biāo)志“AAA”代表“驗(yàn)證、授權(quán)、審計(jì)”(Authentication, Authorization, Accounting)。該功能用于識(shí)別和允許網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，并為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)提供相應(yīng)的服務(wù)。在此頁(yè)面中組態(tài)登錄信息。描述該頁(yè)面包含以下框：提示要使用登錄驗(yàn)證模式“RADIUS”、“本地和 RADIUS”(Local and RADIUS) 或“RADIUS 和本地回退”(RADI

• 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)使用自由口發(fā)送數(shù)據(jù)

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