如何通过简单的链路预算分析对在室内和室外环境中使用sub-GHz模块的无线传输进行评估

图5  灵敏度测试装置
活动节点，并测试发射和接收。每隔1.5m至3米的距离进行 一次测量。一旦获得临界点后，测量从发射器到接收器的实际和
径向距离。在临界点位置，发射器和接收器通信时断时续。 从临界点处返回约1.5米，再次检查通信是否稳定。距离测 量方法如图4所示，距离值的增加随着各种变量的变化而变 化，其中发射器模块的高度是最敏感的一个变量。
数据包错误率（PER）测试分析两个无线节点之间的室 内与室外的有效数据覆盖。PER测试装置类似于开放式现场 测试装置。
两个设备之间的PER测试以单次迭代方式进行，数据包 数量预先设定。根据ISM（IEEE 802.15.4）规范定义，每收 发1000个数据包，PER值低于或等于1%的即视作可靠链路。
PER测量的是一个设备接收信号时不会被其它频率的干扰信号所影响的能力。所需信号的PER必须低于1%，或者BER必 须低于0.1%。如需要，PER测试可以通过增加数据包之间的 延迟来进行。
BER的测量是通过无线节点发送数据，然后对输出和输 入进行比较进行的。在极长的一段时间里，数据传输通常都 被假设成为一个随机的过程。因此，BER测试使用了伪随机 数据序列。称它为“伪”随机是因为真正随机的信号是无法 使用确定性的（运算的）方法来产生的，但是存在少量近似 随机的行为可以进行精确的BER测量。调制模式提供了低信 噪比时良好的BER性能。然而，还没有一种简单的测试方法 可以实现BER的直接测量。公认的一种简单方法就是基于PER 来计算BER。测量PER和BER的装置类似于距离测量装置。
灵敏度测试装置用于获取灵敏度极限的指征。接收器 的输入功率水平借助衰减器不断降低，直到PER低于1%， 此时就无需继续测量接收器的PER了。该测试装置包含两个 Sub-GHz模块，见图5。
Sub-GHz发射模块通过一个电子衰减器与接收模块连 接。 两个模块使用USB线缆或通过R S232串行端口连接到PC。PC使用驱动程序实用软件来执行带有PER测试脚本的
测试工具。所有的PER测试都是在没有重发的情况下进行 的。PER灵敏度测试使得用户可以自由增加两个节点之间的 距离，查明在跨信道补偿存在的情况下能将PER保持在低于
1%的水平的最大通信距离。

5 结论
Sub-GHz射频可以创建相对简单的无线产品，这些产品单 凭电池电源可以不间断运行长达20年。在任何低数据速率系统 中，Sub-GHz无线网络都可以实现高成本效益，其中长距离、 可靠的射频链路和延长的电池寿命是其显著优势。更高且合规 的输出功率、降低的能量吸收、较少的频谱污染和窄带运行都 能提高传输距离。更佳的电路效率、改进的信号传播以及占用 更少的存储空间可以使电池供电运行时间达数年之久。
Sub-GHz射频的窄带运行可以确保传输距离达到一公
里甚至更远。这使得sub-GHz节点可以和远距离的集线器进 行直接通信而无需从一个节点跳转到另一个节点。成就Sub- GHz长距离性能的主要原因为较低的衰减率和较少的信号减 弱，以及帮助sub-GHz信号绕过障碍物从而减轻阻塞效应的 衍射等影响。
建议专有低占空比链路使用sub-GHz ISM频带，这样它 们不会互相干扰。低噪声频谱意味着传输更容易，重试次数 也更少，这不仅提高了效率，还节省了电池电量。
电源效率和系统距离二者随着接收器灵敏度和发射频率 的变化而变化。灵敏度和信道带宽是成反比的，带宽更窄时 接收器灵敏度就更高，这就在传输速率较低时保障了运行的 高效。例如在433 MHz时，如果发射器和接收器晶振误差均 为10 ppm，那么它们各自的误差即为4.33 kHz。对于需要确 保收发高效性的应用而言，信道带宽至少要达到误差率的两 倍，或8 kHz，哪一个对窄带应用更为理想就选择哪一个。
对于城市环境，使用12分贝是一个很好的经验法则，可以满足在加倍延长传输距离时所需增加的链路预算。为了 增加传输距离，接收器灵敏度是整个系统中必须第一个进行 优化的变量。系统中的其它变量也会被传输距离产生影响， 但它们必须做出数倍的改变才能达到和改变接收器灵敏度一 样的效果。由于多路造成的信号衰减可使得信号强度减小超过30到40 dB，因此我们强烈建议在设计无线系统时，链路预算 应将足够的链路余量考虑进去以补偿这种损耗。