Transmisión/recepción inalámbrica a través de 100 pies (30 m), incluido el muro de hormigón

Question

Tengo un título de ingeniería eléctrica, pero poca experiencia en la construcción de equipos inalámbricos. Necesito transmitir una señal a través de unos 30 metros de distancia, incluyendo un muro de hormigón. Necesito algo pequeño que transmita sólo una señal binaria de "estoy encendido" cuando se enciende, y nada cuando se apaga.

Realmente no me importa el tamaño del receptor, pero me gustaría que el transmisor fuera relativamente pequeño. En realidad, el transmisor sólo recibiría una señal de "encendido" -se espera que transmita cuando tenga energía- y luego dejaría de transmitir cuando la energía cesara.

Normalmente, para esta aplicación utilizaría algún tipo de solución de gran tamaño sólo para utilizar componentes conocidos del mercado. Pero parece que hay muy pocas cosas que puedan entrar en este recinto concreto (Cell/WiFi/GPS/etc.) ¿Qué podría utilizar?

Answer 1

Hay que tener cuidado con este tipo de señal de "estoy en marcha".

Muchas normativas sobre frecuencias de radio sin licencia (como la banda ISM, etc.) estipulan un ciclo de trabajo máximo en la transmisión, lo que significa que sólo se permite transmitir activamente durante un determinado % del tiempo. Esto evita el bloqueo de una frecuencia concreta y permite una mejor TDM de las señales.

Por ejemplo, para la gama ISM (Industrial, Scientific, Medical):

Dependiendo de la subbanda, la potencia de transmisión está limitada a 10 dBm 27 dBm. La asignación de tiempo permitida (ciclo de trabajo) también varía con la subbanda. De este modo, se reducen las interferencias con otros equipos de 868 MHz y se consigue una mejor calidad de transmisión.

- ISM 433/868

Así que, sea cual sea la solución que elijas, tendrás que crear algún tipo de baliza periódica pulsada que envíe una señal de ráfaga corta en periodos predefinidos en lugar de una señal constante de "encendido".

Esto también debería significar que puedes ahorrar energía entre los pulsos, ya que puedes apagar el transmisor (muchos chips de transmisión tienen un modo de "reposo" o "apagado") cuando no se está utilizando activamente.

Como se ha mencionado en algunos de los comentarios, lo más probable es que haya un conjunto de barras de refuerzo en el hormigón que forman una "jaula de Faraday". Esto bloquea la penetración de un gran número de señales, ya que chocan con las barras y luego son puestas a tierra por ellas. Por tanto, hay que elegir una frecuencia que tenga una longitud de onda menor que el espacio entre las barras. Además, el hormigón puede absorber la señal en determinadas frecuencias.

Según tengo entendido, esto se debe principalmente al contenido de agua en el hormigón. El agua contiene hidrógeno. El hidrógeno resuena a 2,4GHz. Muchas transmisiones (WiFi, por ejemplo) se producen a 2,4 GHz, por lo que el hidrógeno del agua del hormigón absorbe la transmisión. *

Así, la banda ISM 868MHz tiene una longitud de onda de unos 0,35m - esto probablemente va a ser demasiado grande para caber entre las barras (no estoy seguro de lo que las regulaciones establecen sobre la separación de las barras). El ISM 915 lo reduce a 0,33 m, pero sigue siendo demasiado grande. El de 2,4 GHz es de 0,125 m, mucho más realista, pero puede que no atraviese el hormigón. Por lo tanto, se trata de un rango de 1GHz medio-alto. Personalmente, no conozco ningún rango de frecuencias sin licencia en esa zona. Tendrías que consultar a los responsables de las licencias de radiofrecuencia de tu zona (FCC, OfCom, etc.).

_{^*(Esto es puramente una conjetura mía; por favor, corríjanme porque me gustaría saber la verdad)}

Answer 2

El problema más importante que hay que analizar es cómo mejorar la relación señal/ruido (SNR). El WiFi está bastante bien optimizado, por lo que si no consigues que los datos lleguen a esta zona, probablemente tendrás problemas con la mayoría de las bandas de frecuencia. Sin embargo, hay algunas cosas que puedes hacer para mejorar tu SNR.

Un método para mejorar la SNR es colocar una antena direccional en el extremo receptor. Al utilizar una antena direccional, el ruido resultante debería ser menor porque no se captan ruidos de otras direcciones.

También hay que tener en cuenta dónde colocar el transmisor en el coche, ya que el ángulo en el que la señal atraviesa la pared puede suponer una gran diferencia. Una pared de 15 centímetros de grosor puede convertirse en lo que parece una pared mucho más ancha dependiendo del ángulo en el que vaya.

Y una última cosa a tener en cuenta, no estoy al tanto de toda la normativa, pero creo que algunas bandas de frecuencias tienen una potencia media así como una potencia de pico asociada a sus límites. En tu situación lo mejor sería transmitir a la potencia de pico y ajustar la duración de la transmisión para seguir los requisitos de potencia media.

Si todo lo demás falla, puede que tengas que considerar la posibilidad de colocar un dispositivo en el medio para realizar la retransmisión.