什么是 UWB (4)
撰写于:2012年8月23日
作者:silex Wi-Fi专家
前面虽然讲了三次与UWB有关的往事,而既然香农-哈特莱信息传递公式好不容易出现了,我想在这里稍微说明一下公式。
结合香农公式和弗里斯公式
香农(hartley)的信息传递公式如公式(1)所示,将其变形后就可以推导出根据提供的信息量C(bit/sec)和频带B(Hz)计算出所需信噪比的公式(2)。
公式(1) 香农的信息公式(基础形)
公式(2) 香农的信息公式(把S/N向左边变形)
那么在这里,请让以前在“无线LAN和通信距离”的系列中登场的弗里斯正式登场。公式(3)是将弗里斯公式变形后的距离放在左边,
公式(3) 弗里斯的传递公式(把距离向左边变形)
这里可以用香农公式的值代入允许传递损耗LP(dB)项。也就是说,如果用dB表示SNR,则SNR是接收信号电平S(dBm)减去背景噪声电平N(dBm)得到的值,其中S是从发送输出TxP(dBm)减去传递损耗LP(dB)的值。
公式(4) 根据TxP、SNR计算LP)
公式(4)是成立的。将从公式(2)导出的值代入公式(4)的SNR,并将其中导出的可允许传输损耗LP代入公式(3),则:波长λ、空间传输系数n、信息量C、频带B、传输输出TxP、背景噪声等级N的6个参数就可以算出理论上的通信极限距离。
适用于各种无线规格
以公式(3)和公式(4)为基础制作工作表,将包括UWB在内的各种无线标准的值套用到表(1)中。空间传递系数假设在障碍物多的室内是严格的3.0,噪声等级一律假设为- 90dbm,另外天线增益等也没有计算在内。香农公式和弗里斯公式表示的都是“理论上的极限值”,并不能表示实际的产品性能,所以请大家参考“不至于离谱的程度”。
表格(1) 从弗里斯公式和香农公式中试算的理论传递距离
无线 | 频率 (MHz) |
速度比特率 (Mbps) |
带宽 (MHz) |
发射功率 (mW) |
距离 (m) |
---|---|---|---|---|---|
UWB | 4.9 | 480 | 500 | 0.04 | 10.0 |
BT BDR | 2.4 | 1 | 1 | 2.5 | 62.8 |
BT EDR | 2.4 | 3 | 1 | 2.5 | 32.8 |
Zigbee | 2.4 | 0.25 | 0.5 | 1 | 64.0 |
802.11b | 2.4 | 11 | 20 | 25 | 175 |
802.11g | 2.4 | 54 | 20 | 25 | 76.6 |
802.11n | 2.4 | 75 | 20 | 25 | 58.3 |
802.11a | 5.2 | 54 | 20 | 25 | 45.8 |
802.11n | 5.2 | 75 | 20 | 25 | 34.8 |
802.11ac | 5.2 | 500 | 80 | 25 | 19.1 |
802.11ad | 60 | 1000 | 500 | 10 | 8.08 |
WiFi无线LAN 802.11b为175m, 11g为77m, 11a为46m,计算出的距离比实际使用感觉稍长一些。我们将话题中的“千兆无线LAN”802.11ac和802.11ad的估算也进行了排序,11ac作为2Gbps,在500Mbps / 80MHz模式下的理论距离19m、11ad作为500MHz频带单流1Gbps传输的理论距离10m,两者都是非常严格的数值。虽说是理论上的数值,但这个数字多少让人担心产品的实用性。
正如前面多次提到的,在无线通信系统中,传递距离与信息密度从根本上是相反的关系,要在保持距离性能的前提下提高信息密度并非易事。11b→11g的OFDM调制(频率利用效率的提高),11g→11n的MIMO(反向采用多路径的传输效率的提高),虽然反复进行了改良,但最终还是11ac/11ad能否打开UWB一直追求、最终未能实现的“超高速无线”这一市场的新天地呢?我个人认为,如果没有特殊情况,“超高速信息传输”还是有线连接更便宜、可靠,盲目追求无线传输速度是不现实的(无线LAN开发工程师所不具备的)。“难道?说不定?!”的突破值得思考。
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