Параметры ISM цифровой передачи данных Опции

[Onic777]

Добрый день, Знатоки!
Занимаюсь разработкой микроконтроллерных систем и о радиосвязи знаю только в объеме институтского курса, который, увы, слушал 40 лет назад... А тут в моей системе нарисовалась неслабая радиосеть! И вот возникли вопросы, на которые хотелось бы услышать ответы Знатоков!

Моя система работает в ISM диапазоне 433.95МНz мощность максимально допустимая +20dBm, чувствительность приемников -118dBm. Приемопередатчик Si4432-B1. Одновременная передача в эфире отсутствует. Передаются пачки импульсов, количеством до 1000 (27 data bytes + preamble + sync.words+ CRC). Скорость передачи минимальная - 2400.
Система может насчитывать до 300 узлов (приемо-передатчиков). Узлы могут произвольно располагаться в круге с радиусом до 4 км и в высоту до 4 км. Host находится в центре круга. Он выдает команды всем, а адресуемый узел (Slaver) выполняет действия и передает ответ главному узлу (Host).

Вопросы следующие:

1. При одинаковой выходной мощности и чувствительности приемников, при какой модуляции можно получить большую дальность, при OOK or GFSK?

2. Для какого из видов модуляции требования к антенне выше?

3. Какую предельную дальность можно получить при идеальных условиях (отсутствие промышленных помех и любых препятствий, например на чистом ровном поле)?

4. Тот же вопрос, но высоко над земной поверхностью, например, на высоте 500 м.?

5. При указанной выходной мощности и чувствительности приемника увеличится ли дальность при переходе на частоту 868 или 925MHz?

PS. В настоящее время в системе используется GFSK 9600, в качестве антенны главного (центрального) узла используется штырь 35 мм (1/2 длины волны). На остальных узлах используются: на наземных - штыри 17.5 мм, на воздушных - отрезок МГТФ-0.22 длиной 17.5 мм. Раньше на начальных стадиях разработки при тех же антеннах и приемопередатчиках использовалось OOK 2400. Мне кажется, что тогда система работала более устойчиво и дальность была выше.


С Уважением,
Onic777

[alexf]

PS. В настоящее время в системе используется GFSK 9600, в качестве антенны главного (центрального) узла используется штырь 35 мм (1/2 длины волны).

Это как? Диполь? Как согласован?

[Onic777]

Это как? Диполь? Как согласован?

Привет! Никакого особого согласования, кроме стандартных рекомендаций на Si4432...
Схема здесь

[alexf]

Во первых "стандартная схема" от SiLabs не предполагает полные +20 дБм на передачу. В этом случае надо коммутатор антены. Что впрочем сделано в дешевых китайских модулях на Si4432. Практически по цене микросхем.

Во вторых штырь 1/2 волны - не антена. Можно 1/4 волны плюс ground plane. Можно 5/8 волны - немного усиления за счет большей направленности в вертикальной плоскости. А можно диполь, т.е. 2 штыря по 1/4 волны. Но он имеет симметричный вход, так что надо согласовывать с несимметричной цепью.

Есть коммерческие антены в виде штыря длиной около 1/2 волны. Только внутри коаксиальный кабель, центральная жила торчит примерно на 1/4 волны, оплетка подключена к цилиндру являющемуся вторым элементом диполя. Например. Есть много других конструкций. Если резонанс не настроен на частоту передатчика и если комплексный импенданс не чисто активный 50 ом на рабочей частоте, то от ваших 20 дБм останется не много.

Если у вас нет приборов для настройки/проверки то я бы рекомендовал 1/4 штырь перпендикулярно большой проводящей поверхности. И то надо собрать простейший волномер на двух СВЧ диодах, выставить непрерывную несущую и подогнать антену по максимуму излучения.

[Onic777]

Во первых "стандартная схема" от SiLabs не предполагает полные +20 дБм на передачу. В этом случае надо коммутатор антены. Что впрочем сделано в дешевых китайских модулях на Si4432. Практически по цене микросхем.

Добрый день!
1. Правильно ли я Вас понял, что антенный коммутатор сильно снижает взаимное влияние входных цепей приемника на согласование выходных фильтров с антенной, и за счет этого потери мощности снижаются???
2. Ну на счет наших антенн - я все понял... "Темные мы, однако..."
3. Однако на счет антенн в виде отрезка МГТФ хотелось бы больше критики. Дело в том, что условия эксплуатации (парашютист в полете) ПОЛНОСТЬЮ ИСКЛЮЧАЮТ возможности использования любых жестких антенн в виде штырей или еще чего бы то ни было... И размеры корпуса очень ограничены - 40мм шарик!!! Может чего посоветуете?
4. Есть у нас несколько SMD антенн фирмы SunRain на диапазон 433 МГц. Не имели ли вы опыта общения с ними?
5. Может быть нам имеет смысл поднять частоту и перейти в диапазон 868 или 915? Ведь при этом размеры антенны еще более уменьшатся? Быть может можно будет сделать печатные антенны?

Буду благодарен за любые критику и ответы...
С Уважением,
Олег Николайчук

[alexf]

1. Правильно ли я Вас понял, что антенный коммутатор сильно снижает взаимное влияние входных цепей приемника на согласование выходных фильтров с антенной, и за счет этого потери мощности снижаются???

Не думаю. Скорее такая мощность опасна для входных цепей приемника.

3. Однако на счет антенн в виде отрезка МГТФ хотелось бы больше критики. Дело в том, что условия эксплуатации (парашютист в полете) ПОЛНОСТЬЮ ИСКЛЮЧАЮТ возможности использования любых жестких антенн в виде штырей или еще чего бы то ни было... И размеры корпуса очень ограничены - 40мм шарик!!! Может чего посоветуете?

На 433 часто используют "пружинки". Не жесткие и не большие. По сравнению со штырем потери пару дб. Например:
http://dx.com/p/433mhz-wireless-rf-transce...CFUyY4AodvlMAqw

5. Может быть нам имеет смысл поднять частоту и перейти в диапазон 868 или 915? Ведь при этом размеры антенны еще более уменьшатся? Быть может можно будет сделать печатные антенны?

С одной стороны антены меньше, но на большей частоте сильнее затухание. 433 наверное оптимально, не говоря о том что 915 может быть за пределами разрешенного диапазона в вашей местности.

Снижение скорости хорошо пока можно сужать полосу на приемнике. Но тут надо следить за уходом частоты. При той же стабильности кварцев на 433 можно ставить уже полосу.

[Onic777]

Hello!
To Alexf - Thank you very much!

Благодаря Вашим ответам в голове начало кое что всплывать в памяти и укладываться по полочкам!
Спасибо большое!

Еще один вопрос, что лучше использовать, OOK или GFSK и почему?

С Уважением,
Onic777

[SergNK]

Hello!
To Alexf - Thank you very much!

Благодаря Вашим ответам в голове начало кое что всплывать в памяти и укладываться по полочкам!
Спасибо большое!

Еще один вопрос, что лучше использовать, OOK или GFSK и почему?

С Уважением,
Onic777

GFSK лучше, тем более, что по ООК чувствительность 4432 обеспечивает только по генератору. В реальности - гораздо хуже. Причина? я не выяснял.
Для Ваших условий лучше всего использовать помехоустойчивое кодирование. Может увеличить реальную дальность в разы и позволяет бороться с замираниями сигнала.