无线设备传输距离的估算与费里斯传输公式

　　无线传输的优势

　　1、综合成本低，性能更稳定。只需一次性投资，无须挖沟埋管，特别适合室外距离较远及已装修好的场合；在许多情况下，用户往往由于受到地理环境和工作内容的限制，例如山地、港口和开阔地等特殊地理环境，对有线网络、有线传输的布线工程带来极大的不便，采用有线的施工周期将很长，甚至根本无法实现。这时，采用无线监控可以摆脱线缆的束缚，有安装周期短、维护方便、扩容能力强，迅速收回成本的优点。

　　2、组网灵活，可扩展性好，即插即用。管理人员可以迅速将新的无线监控点加入到现有网络中，不需要为新建传输铺设网络、增加设备，轻而易举地实现远程无线监控。

　　3、维护费用低。无线监控维护由网络提供商维护，前端设备是即插即用、免维护系统。

　　4、无线监控系统是监控和无线传输技术的结合，它可以将不同地点的现场信息实时通过无线通讯手段传送到无线监控中心，并且自动形成视频数据库便于日后的检索。

　　5、在无线监控系统中，无线监控中心实时得到被监控点的视频信息，并且该视频信息是连续、清晰的。在无线监控点，通常使用摄像头对现场情况进行实时采集，摄像头通过无线视频传输设备相连，并通过由无线电波将数据信号发送到监控中心。

　　

　　无线传输的设备

　　1、红外线

　　红外线是波长介乎微波与可见光之间的电磁波，波长在0.75微米（μm）至1毫米之间，在光谱上位于红色光外侧。因为红外线也是光的一种所以它也同样具有光的特性它无法穿越不透光的物体。当它遇到如墙面时它就会反射。根据红外线的一些特征，红外线传输有低成本、跨平台、小角度（30度锥角以内），短距离，点对点直线数据传输的特点，而且在保密性和传输速率上都有很好的表现。传输速率能达到4M（FIR技术）和16M（VFIR技术）。 红外线传输过程中要求通信设备的位置固定，其点对点的传输连接，也导致无法灵活地组成网络，红外线多用于室内短距离传输，之前在家用移动设备上也有红外线传输，目前很多应用场合逐渐被蓝牙所取代。

　　2、蓝牙

　　蓝牙是我们生活随处可见的传输技术，蓝牙的数据速率为1Mb/s，传输距离约10米左右。支持点对点及点对多点通信，工作在全球通用的2.4GHz（ISM）即工业、科学、医学频段。 蓝牙较多用于手机，游戏机，PC外设，表，体育健身，医疗保健，汽车，家用电子等。

　　3、无线数传电台

　　无线数传电台是数字式无线数据传输电台的简称。它是采用数字信号处理、数字调制解调、具有前向纠错、均衡软判决等功能的一种无线数据传输电台。数传电台的使用从最早的按键电码、电报、模拟电台加无线MODEM，发展到目前的数字电台和DSP、软件无线电。工作频率大多使用无线数传电台是数字式无线数据传输电台的简称。它是采用数字信号处理、数字调制解调、具有前向纠错、均衡软判决等功能的一种无线数据传输电台。

　　

　　无线传输的方式

　　1、视频基带传输

　　是最为传统的电视监控传输方式，对0～6MHz视频基带信号不作任何处理，通过同轴电缆（非平衡）直接传输模拟信号。其优点是：短距离传输图像信号损失小，造价低廉，系统稳定。缺点：传输距离短，300米以上高频分量衰减较大，无法保证图像质量；一路视频信号需布一根电缆，传输控制信号需另布电缆；其结构为星形结构，布线量大、维护困难、可扩展性差，适合小系统。

　　2、光纤传输

　　常见的有模拟光端机和数字光端机，是解决几十甚至几百公里电视监控传输的最佳解决方式，通过把视频及控制信号转换为激光信号在光纤中传输。其优点是：传输距离远、衰减小，抗干扰性能好，适合远距离传输。其缺点是：对于几公里内监控信号传输不够经济；光熔接及维护需专业技术人员及设备操作处理，维护技术要求高，不易升级扩容。

　　3、网络传输

　　是解决城域间远距离、点位极其分散的监控传输方式，采用MPEG2/4、H.264音视频压缩格式传输监控信号。其优点是：采用网络视频服务器作为监控信号上传设备，只要有Internet网络的地方，安装上远程监控软件就可监看和控制。其缺点是：受网络带宽和速度的限制，ADSL只能传输小画面、低画质的图像；每秒只能传输几到十几帧图像，动画效果十分明显并有延时，无法做到实时监控。

　　4、微波传输

　　是解决几公里甚至几十公里不易布线场所监控传输的解决方式之一。采用调频调制或调幅调制的办法，将图像搭载到高频载波上，转换为高频电磁波在空中传输。其优点是：综合成本低，性能更稳定，省去布线及线缆维护费用；可动态实时传输广播级图像，图像传输清晰度不错，而且完全实时；组网灵活，可扩展性好，即插即用；维护费用低。其缺点是：由于采用微波传输，频段在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），传输环境是开放的空间，如果在大城市使用，无线电波比较复杂，相对容易受外界电磁干扰；微波信号为直线传输，中间不能有山体、建筑物遮挡；如果有障碍物，需要加中继加以解决，Ku波段受天气影响较为严重，尤其是雨雪天气会有比较严重的雨衰现象。不过也有数字微波视频传输产品，抗干扰能力和可扩展性都提高不少。

　　5、双绞线传输

　　（平衡传输）：也是视频基带传输的一种，将75Ω的非平衡模式转换为平衡模式来传输的。是解决监控图像1Km内传输，电磁环境相对复杂、场合比较好的解决方式，将监控图像信号处理通过平衡对称方式传输。其优点是：布线简易、成本低廉、抗共模干忧性能强。其缺点是：只能解决1Km以内监控图像传输，而且一根双绞线只能传输一路图像，不适合应用在大中型监控中；双绞线质地脆弱抗老化能力差，不适于野外传输；双绞线传输高频分量衰减较大，图像颜色会受到很大损失。宽频共缆传输

　　视频采用调幅调制、伴音调频搭载、FSK数据信号调制等技术，将数十路监控图像、伴音、控制及报警信号集成到“一根”同轴电缆中双向传输。其优点是：充分利用了同轴电缆的资源空间，三十路音视频及控制信号在同一根电缆中双向传输、实现 “一线通”；施工简单、维护方便，大量节省材料成本及施工费用；频分复用技术解决远距传输点位分散，布线困难监控传输问题；射频传输方式只衰减载波信号，图像信号衰减比较小，亮度、色度传输同步嵌套，保证图像质量达到4级左右；采用75Ω同轴非平衡方式传输使其具有很强抗干扰能力，电磁环境复杂场合仍能保证图像质量。其缺点是：采用弱信号传输，系统调试技术要求高，必须使用专业仪器，如果干线线路有一台设备有问题，可能导致整个系统没图像，另外宽频调制端需外加AC220V交流电源供电（但大多监控点都具备AC220V交流电源这个条件）。

　　6、无线SmartAir传输

　　SmartAir技术是通信业界唯一的单天线模式千兆级无线高速传输技术。其采用多频带OFDM空口技术，TDMA的低延时调度技术，以及低密度奇偶校验码LDPC，自适应调制编码AMC和混合自动重传HARQ等高级无线通信技术，实现到达1Gbps的传输速率。

　　

　　无线设备传输距离估算

　　无线网络系统的传输距离或覆盖范围受多种因素的影响，除了信号源的发射功率、天线的增益、接 收设备的灵敏度、频率、自由空间衰减、噪声干扰外，还有现场环境的影响，例如建筑物、树木和墙壁的遮挡，人体、气候等对电磁波的衰减，纯粹自由空间的传输环境在实际应用中是不存在的。

　　由于无线网络系统是一个实际应用的工程，必须在实施前进行设计和预算，必须事前对无线网络系统的传输距离或覆盖范围进行估算，进而对系统部署规模有一个估计，下面的表格就是对一个“基站”的覆盖能力进行估算的办法。

　　第一步：计算无线通信系统上下行总增益。

　　第二步：计算最大视距传输距离。计算公式为： 最大视距传输距离（m）＝10（系统总增益－40）/30

　　第三步：估算现场实际覆盖距离。

　　例如：

　　

　　通过上述三个步骤可以对每个基站所覆盖的范围有一个初步的估计，进一步估算出所要覆盖区域的基站数量和网络规模。

　　费里斯传输公式解析

　　弗里斯（1893年2月22日 - 1976年6月15日）是出生于丹麦的美国人，他在1920年加入了西电公司的研究小组，该小组在1925年成为贝尔实验室的一部分。他在贝尔实验室对无线电传播，射电天文学和雷达研究做出了开创性贡献。他的两个Friis公式仍然在通信系统中被广泛使用。今天我们介绍一下其中之一的“Friis传输方程”。

　　

　　费里斯传输公式将传输功率、天线增益、距离、波长与接收功率联系起来。弗里斯公式也可以用来计算从一个天线到第二个天线的接收功率。

　　

　　在上面这个方程式中，PT　为发送器功率；PR（d） 为接收功率，并为发射到接收机间隔距离 d 的一个函数；GT　为发送器天线增益；GR　为接收机天线增益；d 为发送器和接收机之间的间隔距离，单位为米；λ 为波长，单位为米。

　　我们把上面的公式可以推倒换算成一个距离的等式，如下：

　　

　　在上面的转换公式中：通信距离等于发射和接收天线间的距离（米），Pr=接收功率，Pt=发射功率，Gt=天线发射增益，Gr=接收天线增益。

　　弗里斯传输公式是一种远场理想状态的表达关系，它的局限性很多，例如需要满足收发天线均阻抗共轭匹配、极化匹配，且最大辐射方向相互对准等条件，且弗里斯传输公式也不能预测接收信号的相位。用这个公式去估算无线系统的传输距离，其实是一种数值上的理想情况，在现实中其的传输距离会受到很多因素制约，其实际传输距离会远远小于通过这个公式计算的结果。