ExpressLRS硬件实测性能分析
- [1. 源由](#1. 源由)
- [2. 远航测试](#2. 远航测试)
- [3. 实验室测试](#3. 实验室测试)
-
- [3.1 芯片RSSI与实测功率差异](#3.1 芯片RSSI与实测功率差异)
- [3.2 SNR信噪比稳定](#3.2 SNR信噪比稳定)
- [3.3 140db衰减器衰减，40个频点信号稳定](#3.3 140db衰减器衰减，40个频点信号稳定)
- [4. 外场测试](#4. 外场测试)
-
- [4.1 无屏蔽样品](#4.1 无屏蔽样品)
- [4.2 有屏蔽样品](#4.2 有屏蔽样品)
- [4.3 有屏蔽vs无屏蔽样品](#4.3 有屏蔽vs无屏蔽样品)
- [5. 估算](#5. 估算)
- [6. 总结](#6. 总结)
- [7. 补充说明 -- 50mW视频](#7. 补充说明 -- 50mW视频)
1. 源由
在ELRS方面做了不少工作，做一个收尾的整理和总结。
- 软件工程方面要点
- 硬件接口定义
- 控制链路性能方面
在基础上，做了一些实测和对比分析，期望通过这个来解释远航时的注意事项。
2. 远航测试
通过OSD现实，可以看出当芯片上报RSSI为-92 dBm时，发生信号丢失直线距离2.46km。
BetaFlight Mark4 + 十里琅珰 + ELRS3.0 + 500mW
而实际情况并非单一的RSSI信号强度不够导致的信号丢失。
3. 实验室测试
同类型的模块进行了实验室测试，参考：ExpressLRS开源之RC链路性能测试，发现几个非常有意思的现象。
不管有没有用，先摆几张关于信号判别用的一些数据和图谱（高人帮忙点评和指点！！！）：
- Radio link can be considered has GOOD when RSSI > -115dB and SNR > -7dB
- Radio link is BAD (range limit) when RSSI <= -120 dB or SNR <= -13dB
- Between this 2 cases,
3.1 芯片RSSI与实测功率差异
- 芯片RSSI值，在实际功率-80dBm之前还能相对比较好的有一致性
- 当低于实际功率-80dBm时，芯片RSSI值趋于一个平直状态
- 衰减到实际-148dBm时，芯片RSSI值为-81dBm，有较大的差距
结合前面实测-92dBm是信号丢失，这张表格如果用来做芯片RSSI值的表征，还是非常靠谱的。
3.2 SNR信噪比稳定
- 实验室环境(2.4G/5.8G，衰减器测试)，SNR稳定在15db左右
- 信号强度始终高于噪音强度，且稳定
注：图中数据经过分析，采用对数方式展示。
3.3 140db衰减器衰减，40个频点信号稳定
- RSSI标准差与SNR标准差基本成正态分布
- SNR信噪比平均值2.5稳定(实验室环境，信号就是好)
- 40个频点，抗干扰能力强
- 【本次】传统ELRS单发单收天线
- 【后续】Diversity ELRS将会是两根天线（选择信号优的）
- 【后续】True Diversity ELR将会是两根天线（同时双收）
- 【后续】Gemini ELRS将会是双频（两个频率，分别天线双发）
4. 外场测试
模块采用如下方式，铝箔+地线隔离。
测试：1米-200米-400米-600米-800米 //400米测试点后，有雨影响
注：起点为接收机未知，因此全程测试过程接收机未发生移动。T型天线是正对保持相对姿势。
4.1 无屏蔽样品
- 信噪比随距离增加显著降低
- 200米以后，出现噪音强度超过信号强度
- LORA信号强度低于噪音依然可以解析信号，800米处-10db左右
4.2 有屏蔽样品
- 信噪比随距离增加显著降低
- 200米以后，出现噪音强度超过信号强度
- LORA信号强度低于噪音依然可以解析信号，800米处低于-15db左右
4.3 有屏蔽vs无屏蔽样品
- 信噪比随距离增加显著降低趋势一致
- 200米以后，出现噪音强度超过信号强度
- 有屏蔽信号比无屏蔽信号的信噪比更差(接地未起到好的效果，反而更差)
- 信号强度RSSI远端基本一致，由于底噪的增加，降低了信噪比，导致信号的恶化
- 怀疑600、800米数据受下雨干扰导致信号接收强度反而比400米好
注：因此测试过程一定要做好测试环境、测试步骤、测试记录等准备工作，若不做好，很容易导致数据的不可靠，甚至浪费测试时间。
5. 估算
假设：
- 3dbi 天线（发射端/接收端）
- 1.5米高度（发射端/接收端）
- 915MHz频率
- 10mW/9.73dbm发射功率
- 接受端灵敏度-148dBm
- 底噪：5/10/15/20dB
理论上，应该在2915/2186/1639/1229米时达到极值。
注：实际上很多朋友觉得这些测试尤其是实验室数据有什么用呢。而且实际10mW能飞很远，远不止这里估算的距离。其实具备一定实践经验所提及的这些情况也都正确。唯一也请注意高度的问题，通常来说飞得远高度越高，但是测试的话就要注意着点，要确保高度，详见：Antenna Height and Communications Effectiveness。每个人过滤信息的能力就像筛子一样，有些人能抓住重点，有些能抓住很多细节，而有些可能只有零星的几点。为什么会这样，其实也体现了对该技术问题内部深层逻辑的理解和理论知识背景。
因此，通常在有点干扰的环境，10mW能飞1.5 ~ 2km应该就非常不错了。
当然，如果您有幸在广袤的草原等一望无际，没有干扰的地方飞，那估计能飞到极限！！！记得给我视频链接哦~~~
6. 总结
功率与距离的平方成反比，因此前面500mW(怀疑是50mW，Dynamic可能没有起效果)飞行2.46km：
- 假设1：dynamic是起效果了，按照500mW计算可得：
10 m W 500 m W = 1 R 2 1 2.46 k m \frac {10mW} {500mW} = \frac{\frac 1 {R^2}} { \frac 1 {2.46km}} 500mW10mW=2.46km1R21
R = 347 m R = 347 m R=347m
- 假设2：dynamic未起效果了，按照50mW计算可得：
10 m W 50 m W = 1 R 2 1 2.46 k m \frac {10mW} {50mW} = \frac{\frac 1 {R^2}} { \frac 1 {2.46km}} 50mW10mW=2.46km1R21
R = 1100 m R = 1100 m R=1100m
从实际情况看，该模块在当时环境，从计算角度看，个人更偏向假设2的结论（后续补充说明 - 50mW视频）。
注：第二次50mW视频还只飞了2km，因此，本地（发射端附近有基站）存在一些干扰信号或者其他未知原因。因为915MHz处于ISM以及通信带宽范围。
7. 补充说明 -- 50mW视频
BetaFlight Mark4 + 十里琅珰 + 50mW测距