2.3 中繼器的使用分析

　　地鐵站是一個(gè)環(huán)境復(fù)雜的公共場(chǎng)所，其中建筑物多，各種射頻設(shè)備干擾復(fù)雜，無(wú)線傳輸模塊發(fā)送的信號(hào)經(jīng)過(guò)衰減和干擾后很難可靠傳送，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，10 dBm的發(fā)射功率其可靠通信距離只有30~40 m左右，而地鐵站長(zhǎng)達(dá)數(shù)百米。要實(shí)現(xiàn)可靠的無(wú)線數(shù)據(jù)通信，可采用以下兩種方案實(shí)現(xiàn)：

　　方案一：通過(guò)增加無(wú)線發(fā)射的功率實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離傳輸。

　　方案二：通過(guò)增設(shè)無(wú)線中繼器拓展傳輸網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸。

　　方案二相比于方案一有功耗低，對(duì)人體健康影響小，對(duì)地鐵站內(nèi)其他設(shè)備干擾小的優(yōu)點(diǎn)。所以本文選擇中繼器用來(lái)延長(zhǎng)無(wú)線傳輸距離。

　　自由空間傳播時(shí)的無(wú)線通信距離的計(jì)算方法：天線周圍為無(wú)限大真空時(shí)的電波傳播，它是理想條件。電波在自由空間傳播時(shí)，其能量既不會(huì)被障礙物所吸收，也不會(huì)產(chǎn)生反射或散射。通信距離與發(fā)射功率、發(fā)射頻率和接收靈敏度的關(guān)系式：

　　Los=32.44+20lg d+20lgf （1）

　　式中：Los表示傳輸損耗，單位：dB;d為傳輸距離，單位：km;f為載波頻率，單位：MHz.

　　由式（1）可見(jiàn)，自由空間中電波傳播損耗（亦稱衰減）只與工作頻率f和傳播距離d有關(guān)，當(dāng)傳輸損耗一定時(shí)，載波頻率越低，傳輸距離越遠(yuǎn)，所以本文選擇nRF905工作頻率為433 MHz.

　　本文中無(wú)線收發(fā)模塊nRF905的工作頻率為433.92 MHz，發(fā)射功率為+10 d13m（10 mW），接收靈敏度為-100dBm.由此可得：

　　Los=110 dB

　　由式（1）計(jì)算可得，在自由空間傳播時(shí)的無(wú)線通信距離d=30km.

　　這是在室外無(wú)任何障礙物和干擾源的情況下的理想傳輸距離，而在地鐵站中中，無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度在遇到傳播途徑中的大氣、建筑物等影響因素時(shí)都會(huì)衰減，從而大大降低了無(wú)線信號(hào)的傳輸距離。當(dāng)衰減大于25 dB時(shí)，nRF905的有效傳輸距離將小于100m.

　　在室內(nèi)無(wú)線通信時(shí)，電磁波會(huì)受到墻壁、門窗等阻擋物的衰減，在工程應(yīng)用中可按表2選取衰減值。

　　表2 433MHz和868MHz頻段室內(nèi)衰減表

　　經(jīng)過(guò)在地鐵站內(nèi)的實(shí)際觀察，參考表2可得出地鐵站內(nèi)對(duì)無(wú)線信號(hào)的衰減將在25 dB左右甚至超過(guò)25 dB，所以管理終端和求助終端之間至少需要使用一臺(tái)中繼器。