如何选择——工业无线网络的信号传播方式：视距、非视距和超视距？

无线控制网络的可靠性，在一定程度上取决于无线信号传播的类型以及设计过程中可能存在的障碍。

在设计无线系统时，最重要的因素之一是射频信号如何在发射器和接收器之间传播。两个端点之间的清晰视距（LOS）是理想的目标，但这有点不切实际，特别是在工业环境中。农村地区存在影响传播的独特季节性问题。非视距（NLOS）和超视距（BLOS）是可用的选项，可以成功处理这些传播工况，以提供鲁棒且安全的链路。

无线电传输

视距（LOS）传播是指在发射天线和接受天线间能相互“看见”的距离内，电波直接从发射点传播到接收点（一般要包括地面的反射波）的一种传播方式。最短的信号波长比最长的光波长长几千倍。这意味着视距内(VisualLOS) 传播不一定转化为无线电视距（RadioLOS）传播，反之亦然。

为了实现可靠的射频链路，必须进行仔细的规划，包括无线电路径研究，以及明智的设备选择和天线位置。发射器使用可在所有方向上发射的全向天线。接收天线也可以是全向的，但在许多情况下，为了增加接收可用信号的可能性，可以使用定向天线。

对于两点之间的专用链路——点对点链路，可以使用定向天线来缩小波束宽度以避免干扰并增加信号的有效强度。在最终系统设计之前，必须考虑所有这些因素。设计师还应该了解下面几种可能面临的障碍。

菲涅耳区

第一个可能的障碍是菲涅耳区，这是两个锥形连接端点之间的足球形区域，必须保持畅通无阻，以确保高质量的链接。这里所关注的是第一个菲涅耳区；从技术上讲，该区域是一个“长椭球”，围绕着发射器和接收器以及它们之间的区域。

第一个菲涅耳区域中的障碍物，不一定在端点之间的视距内，但它们会导致信号强度下降和间歇性损伤。信号行为依天线极化的不同而有所不同：遇到第一菲涅耳区域中的物体的垂直极化信号，将反相并到达天线异相，这会降低信号质量。水平极化信号会发生相反的情况。链路端点之间的距离和发送信号的波长，决定了菲涅耳区的面积。

地面和水对射频的反射

LOS 传播的另一个障碍，是来自地面或发射机就地水的反射。本质上地平面造成的反射，会引起多径干扰并降低信号质量。在短程微波传播中，通过使用多样性天线和复杂算法来处理多径现象，以根据信号是否在相位内来决定整合或拒绝信号（建设性和破坏性多径）。对于更长距离的链路，提高天线高度是处理地平面反射的最常用方法。

地球曲率和大气层

影响LOS 传播的另一个参数是地球的曲率。经验法则是：如果没有阻挡的话，在海平面上的发射器具有7 英里的LOS，这被称为“地球凸起”。另一个因素是大气对传播的影响。由于地球上信号传播的高度并不均匀，因此不同大气条件会影响LOS。大气压下降最明显的影响是信号将向地球弯曲，有效地将传播增加约4/3。

无线障碍物

非视距（NLOS）传播描述的链接没有明确的视线。障碍物位于链接的路径中或第一个菲涅耳区域内。在NLOS 传播情况下，障碍物的影响可以从忽略不计到完全阻塞。无线电波被认为是“平面波”，因为磁场和电场在彼此垂直的两个不同平面中传播。平面波在几个方面受到障碍物的影响，其影响取决于波长。

障碍物可以分为三大类：小于入射波长，与入射波长一样，以及大于入射波长。当障碍物小于入射波长时，干扰可忽略不计（如果有的话）。当障碍物的大小与入射波长相同时，平面波将以较小的衰减在其周围衍射并穿过它。如果障碍物大于入射波长，则信号将受到不同程度的阻碍，具体取决于障碍物的材料及其电气特性。

超视距传播

超视距（BLOS）是NLOS 的特殊情况，这种传播是在由地球凸起、地形或其它障碍物阻挡的超长距离通信链路中经常遇到的。克服这些情况的方法是使用相同的技术来实现稳定的通信链路。中长距离链路最常用的方法是无源和有源中继器，它们接收来自初始发射器的信号并进行中继以增加传播距离。

无线电路径研究

确定端点之间链路质量的第一步是进行无线电路径研究。该研究由专家进行，他们使用各种资源准确地绘制端点之间的路径，以确定最佳路径、菲涅耳区障碍物及其对传播的影响，对中继器等任何辅助设备的需求和位置，发射机所需的信号强度和接收机灵敏度。

该报告通常包含地形图上路径的可视化描述，并识别任何潜在的障碍物。在设计链路时，建议联系当地建筑部门，以确定是否正在为该路径内的区域规划其它更高建筑物。规划通信系统不能在没有计划或专业指导的情况下完成，或者是仅仅简单的将组件放在一起。与大多数情况一样，在计划上花费的每一美元，都将获得超额回报。

关键概念：

■ 无线可靠性与对信号传播的理解有关。

■ 越早进行无线电路径研究，越能节省资源。

思考一下：

了解无线信号传播可以节省无线控制实施的费用。