Дальность связи, достигаемая системой беспроводной связи, определяется различными факторами, такими как устройства, входящие в систему, и среда связи. Соотношение между ними можно выразить следующим уравнением дальности связи.
Если мощность передачи передающего устройства системы связи равна PT, коэффициент усиления передающей антенны – GT, а рабочая длина волны – λ, чувствительность приёмника приёмного устройства – PR, коэффициент усиления приёмной антенны – GR, а расстояние между приёмной и передающей антеннами – R, то в пределах видимости и в среде без электромагнитных помех справедливо следующее соотношение:
PT(dBm)-PR(dBm)+GT(dBi)+GR(dBi)=20log4pr(m)/l(m)+Lc(dB)+ L0(dB) В этой формуле Lc — вносимые потери фидера передающей антенны базовой станции; L0 — потери радиоволны при распространении.
При проектировании системы необходимо оставить достаточный запас для последнего пункта — потерь распространения радиоволн L0.
Как правило, при прохождении через лес и гражданские здания требуется запас в 10–15 дБ; при прохождении через железобетонные здания требуется запас в 30–35 дБ.
Для диапазонов частот CDMA и GSM 800 МГц и 900 МГц принято считать, что пороговый уровень приёма мобильных телефонов составляет около -104 дБм, а фактический принимаемый сигнал должен быть как минимум на 10 дБ выше для обеспечения требуемого отношения сигнал/шум. Фактически, для поддержания хорошей связи мощность принимаемого сигнала часто рассчитывается как -70 дБм. Предположим, что базовая станция имеет следующие параметры:
Мощность передачи PT = 20 Вт = 43 дБм; мощность приема PR = -70 дБм;
Потери в фидере составляют 2,4 дБ (примерно 60-метровый фидер).
Коэффициент усиления приемной антенны мобильного телефона GR = 1,5 дБи;
Рабочая длина волны λ = 33,333 см (эквивалентна частоте f0 = 900 МГц);
Приведенное выше уравнение коммуникации примет вид:
43 дБм-(-70 дБм)+ GT(дБи)+1,5 дБи=32 дБ+ 20logr(м) дБ +2,4 дБ + потери распространения L0
114,5 дБ + GT(дБи) -34,4 дБ = 20logr(м) + потери распространения L0
80,1 дБ + GT(дБи) = 20logr(м) + потери распространения L0
Когда значение в левой части приведенной выше формулы больше значения в правой части, то есть:
GT(dBi) > 20logr(m) - 80,1 дБ + потери распространения L0. При выполнении неравенства можно считать, что система может поддерживать хорошую связь.
Если базовая станция использует всенаправленную передающую антенну с коэффициентом усиления GT=11 дБи, а расстояние между передающей и приемной антеннами составляет R=1000 м, уравнение связи дополнительно становится 11 дБ>60-80,1 дБ+потери распространения L0, то есть при потерях распространения L0<31,1 дБ хорошая связь может поддерживаться на расстоянии до 1 км.
При тех же условиях потерь распространения, что и выше, если коэффициент усиления передающей антенны GT = 17 дБи, то есть на 6 дБи, дальность связи может быть удвоена, то есть r = 2 км. Другие значения можно рассчитать аналогичным образом. Однако следует отметить, что антенна базовой станции с коэффициентом усиления GT 17 дБи может иметь только веерообразную диаграмму направленности с шириной луча 30°, 65° или 90° и т. д. и не может обеспечить всенаправленное покрытие.
Кроме того, если коэффициент усиления передающей антенны GT = 11 дБи остается неизменным в приведенном выше расчете, но изменяется среда распространения, потери распространения L0 = 31,1 дБ - 20 дБ = 11,1 дБ, то уменьшенные потери распространения на 20 дБ увеличат дальность связи в десять раз, то есть r = 10 километров. Потери распространения связаны с окружающей электромагнитной обстановкой. В городских районах много высотных зданий, и потери распространения велики. В пригородных сельских районах фермерские дома низкие и редкие, и потери распространения невелики. Поэтому даже при одинаковых настройках системы связи эффективная дальность покрытия будет отличаться из-за различий в среде использования.
Поэтому при выборе всенаправленных, направленных антенн, а также антенн с высоким или низким коэффициентом усиления необходимо учитывать использование антенн базовых станций различных типов и спецификаций в соответствии с конкретными условиями сети мобильной связи и средой применения.
Более подробную информацию об антеннах можно найти на сайте:
Время публикации: 25 июля 2025 г.
