無線設備傳輸距離的估算與費里斯傳輸公式

　　無線傳輸的優勢

　　1、綜合成本低，性能更穩定。只需一次性投資，無須挖溝埋管，特別適合室外距離較遠及已裝修好的場合；在許多情況下，用戶往往由于受到地理環境和工作內容的限制，例如山地、港口和開闊地等特殊地理環境，對有線網絡、有線傳輸的布線工程帶來極大的不便，采用有線的施工周期將很長，甚至根本無法實現。這時，采用無線監控可以擺脫線纜的束縛，有安裝周期短、維護方便、擴容能力強，迅速收回成本的優點。

　　2、組網靈活，可擴展性好，即插即用。管理人員可以迅速將新的無線監控點加入到現有網絡中，不需要為新建傳輸鋪設網絡、增加設備，輕而易舉地實現遠程無線監控。

　　3、維護費用低。無線監控維護由網絡提供商維護，前端設備是即插即用、免維護系統。

　　4、無線監控系統是監控和無線傳輸技術的結合，它可以將不同地點的現場信息實時通過無線通訊手段傳送到無線監控中心，并且自動形成視頻數據庫便于日后的檢索。

　　5、在無線監控系統中，無線監控中心實時得到被監控點的視頻信息，并且該視頻信息是連續、清晰的。在無線監控點，通常使用攝像頭對現場情況進行實時采集，攝像頭通過無線視頻傳輸設備相連，并通過由無線電波將數據信號發送到監控中心。

　　無線傳輸的設備

　　1、紅外線

　　紅外線是波長介乎微波與可見光之間的電磁波，波長在0.75微米（μm）至1毫米之間，在光譜上位于紅色光外側。因為紅外線也是光的一種所以它也同樣具有光的特性它無法穿越不透光的物體。當它遇到如墻面時它就會反射。根據紅外線的一些特征，紅外線傳輸有低成本、跨平臺、小角度（30度錐角以內），短距離，點對點直線數據傳輸的特點，而且在保密性和傳輸速率上都有很好的表現。傳輸速率能達到4M（FIR技術）和16M（VFIR技術）。 紅外線傳輸過程中要求通信設備的位置固定，其點對點的傳輸連接，也導致無法靈活地組成網絡，紅外線多用于室內短距離傳輸，之前在家用移動設備上也有紅外線傳輸，目前很多應用場合逐漸被藍牙所取代。

　　2、藍牙

　　藍牙是我們生活隨處可見的傳輸技術，藍牙的數據速率為1Mb/s，傳輸距離約10米左右。支持點對點及點對多點通信，工作在全球通用的2.4GHz（ISM）即工業、科學、醫學頻段。 藍牙較多用于手機，游戲機，PC外設，表，體育健身，醫療保健，汽車，家用電子等。

　　3、無線數傳電臺

　　無線數傳電臺是數字式無線數據傳輸電臺的簡稱。它是采用數字信號處理、數字調制解調、具有前向糾錯、均衡軟判決等功能的一種無線數據傳輸電臺。數傳電臺的使用從最早的按鍵電碼、電報、模擬電臺加無線MODEM，發展到目前的數字電臺和DSP、軟件無線電。工作頻率大多使用無線數傳電臺是數字式無線數據傳輸電臺的簡稱。它是采用數字信號處理、數字調制解調、具有前向糾錯、均衡軟判決等功能的一種無線數據傳輸電臺。

　　無線傳輸的方式

　　1、視頻基帶傳輸

　　是最為傳統的電視監控傳輸方式，對0～6MHz視頻基帶信號不作任何處理，通過同軸電纜（非平衡）直接傳輸模擬信號。其優點是：短距離傳輸圖像信號損失小，造價低廉，系統穩定。缺點：傳輸距離短，300米以上高頻分量衰減較大，無法保證圖像質量；一路視頻信號需布一根電纜，傳輸控制信號需另布電纜；其結構為星形結構，布線量大、維護困難、可擴展性差，適合小系統。

　　2、光纖傳輸

　　常見的有模擬光端機和數字光端機，是解決幾十甚至幾百公里電視監控傳輸的最佳解決方式，通過把視頻及控制信號轉換為激光信號在光纖中傳輸。其優點是：傳輸距離遠、衰減小，抗干擾性能好，適合遠距離傳輸。其缺點是：對于幾公里內監控信號傳輸不夠經濟；光熔接及維護需專業技術人員及設備操作處理，維護技術要求高，不易升級擴容。

　　3、網絡傳輸

　　是解決城域間遠距離、點位極其分散的監控傳輸方式，采用MPEG2/4、H.264音視頻壓縮格式傳輸監控信號。其優點是：采用網絡視頻服務器作為監控信號上傳設備，只要有Internet網絡的地方，安裝上遠程監控軟件就可監看和控制。其缺點是：受網絡帶寬和速度的限制，ADSL只能傳輸小畫面、低畫質的圖像；每秒只能傳輸幾到十幾幀圖像，動畫效果十分明顯并有延時，無法做到實時監控。

　　4、微波傳輸

　　是解決幾公里甚至幾十公里不易布線場所監控傳輸的解決方式之一。采用調頻調制或調幅調制的辦法，將圖像搭載到高頻載波上，轉換為高頻電磁波在空中傳輸。其優點是：綜合成本低，性能更穩定，省去布線及線纜維護費用；可動態實時傳輸廣播級圖像，圖像傳輸清晰度不錯，而且完全實時；組網靈活，可擴展性好，即插即用；維護費用低。其缺點是：由于采用微波傳輸，頻段在1GHz以上，常用的有L波段（1.0～2.0GHz）、S波段（2.0～3.0GHz）、Ku波段（10～12GHz），傳輸環境是開放的空間，如果在大城市使用，無線電波比較復雜，相對容易受外界電磁干擾；微波信號為直線傳輸，中間不能有山體、建筑物遮擋；如果有障礙物，需要加中繼加以解決，Ku波段受天氣影響較為嚴重，尤其是雨雪天氣會有比較嚴重的雨衰現象。不過也有數字微波視頻傳輸產品，抗干擾能力和可擴展性都提高不少。

　　5、雙絞線傳輸

　?。ㄆ胶鈧鬏敚阂彩且曨l基帶傳輸的一種，將75Ω的非平衡模式轉換為平衡模式來傳輸的。是解決監控圖像1Km內傳輸，電磁環境相對復雜、場合比較好的解決方式，將監控圖像信號處理通過平衡對稱方式傳輸。其優點是：布線簡易、成本低廉、抗共模干憂性能強。其缺點是：只能解決1Km以內監控圖像傳輸，而且一根雙絞線只能傳輸一路圖像，不適合應用在大中型監控中；雙絞線質地脆弱抗老化能力差，不適于野外傳輸；雙絞線傳輸高頻分量衰減較大，圖像顏色會受到很大損失。寬頻共纜傳輸

　　視頻采用調幅調制、伴音調頻搭載、FSK數據信號調制等技術，將數十路監控圖像、伴音、控制及報警信號集成到“一根”同軸電纜中雙向傳輸。其優點是：充分利用了同軸電纜的資源空間，三十路音視頻及控制信號在同一根電纜中雙向傳輸、實現 “一線通”；施工簡單、維護方便，大量節省材料成本及施工費用；頻分復用技術解決遠距傳輸點位分散，布線困難監控傳輸問題；射頻傳輸方式只衰減載波信號，圖像信號衰減比較小，亮度、色度傳輸同步嵌套，保證圖像質量達到4級左右；采用75Ω同軸非平衡方式傳輸使其具有很強抗干擾能力，電磁環境復雜場合仍能保證圖像質量。其缺點是：采用弱信號傳輸，系統調試技術要求高，必須使用專業儀器，如果干線線路有一臺設備有問題，可能導致整個系統沒圖像，另外寬頻調制端需外加AC220V交流電源供電（但大多監控點都具備AC220V交流電源這個條件）。

　　6、無線SmartAir傳輸

　　SmartAir技術是通信業界唯一的單天線模式千兆級無線高速傳輸技術。其采用多頻帶OFDM空口技術，TDMA的低延時調度技術，以及低密度奇偶校驗碼LDPC，自適應調制編碼AMC和混合自動重傳HARQ等高級無線通信技術，實現到達1Gbps的傳輸速率。

　　無線設備傳輸距離估算

　　無線網絡系統的傳輸距離或覆蓋范圍受多種因素的影響，除了信號源的發射功率、天線的增益、接 收設備的靈敏度、頻率、自由空間衰減、噪聲干擾外，還有現場環境的影響，例如建筑物、樹木和墻壁的遮擋，人體、氣候等對電磁波的衰減，純粹自由空間的傳輸環境在實際應用中是不存在的。

　　由于無線網絡系統是一個實際應用的工程，必須在實施前進行設計和預算，必須事前對無線網絡系統的傳輸距離或覆蓋范圍進行估算，進而對系統部署規模有一個估計，下面的表格就是對一個“基站”的覆蓋能力進行估算的辦法。

　　第一步：計算無線通信系統上下行總增益。

　　第二步：計算最大視距傳輸距離。計算公式為： 最大視距傳輸距離（m）＝10（系統總增益－40）/30

　　第三步：估算現場實際覆蓋距離。

　　例如：

　　通過上述三個步驟可以對每個基站所覆蓋的范圍有一個初步的估計，進一步估算出所要覆蓋區域的基站數量和網絡規模。

　　費里斯傳輸公式解析

　　弗里斯（1893年2月22日 - 1976年6月15日）是出生于丹麥的美國人，他在1920年加入了西電公司的研究小組，該小組在1925年成為貝爾實驗室的一部分。他在貝爾實驗室對無線電傳播，射電天文學和雷達研究做出了開創性貢獻。他的兩個Friis公式仍然在通信系統中被廣泛使用。今天我們介紹一下其中之一的“Friis傳輸方程”。

　　費里斯傳輸公式將傳輸功率、天線增益、距離、波長與接收功率聯系起來。弗里斯公式也可以用來計算從一個天線到第二個天線的接收功率。

　　在上面這個方程式中，PT　為發送器功率；PR（d） 為接收功率，并為發射到接收機間隔距離 d 的一個函數；GT　為發送器天線增益；GR　為接收機天線增益；d 為發送器和接收機之間的間隔距離，單位為米；λ 為波長，單位為米。

　　我們把上面的公式可以推倒換算成一個距離的等式，如下：

　　在上面的轉換公式中：通信距離等于發射和接收天線間的距離（米），Pr=接收功率，Pt=發射功率，Gt=天線發射增益，Gr=接收天線增益。

　　弗里斯傳輸公式是一種遠場理想狀態的表達關系，它的局限性很多，例如需要滿足收發天線均阻抗共軛匹配、極化匹配，且最大輻射方向相互對準等條件，且弗里斯傳輸公式也不能預測接收信號的相位。用這個公式去估算無線系統的傳輸距離，其實是一種數值上的理想情況，在現實中其的傳輸距離會受到很多因素制約，其實際傳輸距離會遠遠小于通過這個公式計算的結果。