Дальность связи, которую может обеспечить беспроводная система связи, определяется различными факторами, такими как разнообразие устройств, входящих в систему, и среда связи. Взаимосвязь между ними может быть выражена следующим уравнением дальности связи.
Если мощность передающего устройства системы связи равна PT, коэффициент усиления передающей антенны равен GT, а рабочая длина волны равна λ, чувствительность приемного устройства равна PR, коэффициент усиления приемной антенны равен GR, а расстояние между приемной и передающей антеннами равно R, то в пределах видимости и в условиях отсутствия электромагнитных помех существует следующее соотношение:
PT(dBm)-PR(dBm)+GT(dBi)+GR(dBi)=20log4pr(m)/l(m)+Lc(dB)+ L0(dB) В формуле Lc — потери на входе в фидер передающей антенны базовой станции; L0 — потери радиоволн во время распространения.
При проектировании системы следует оставить достаточный запас для последнего параметра — потерь при распространении радиоволн L0.
Как правило, при прохождении через лесные массивы и здания требуется запас в 10–15 дБ; при прохождении через железобетонные здания — от 30 до 35 дБ.
Для частотных диапазонов 800 МГц, 900 МГц CDMA и GSM обычно считается, что пороговый уровень приема сигнала мобильными телефонами составляет около -104 дБм, а фактический принимаемый сигнал должен быть как минимум на 10 дБ выше, чтобы обеспечить требуемое отношение сигнал/шум. На самом деле, для поддержания хорошей связи мощность принимаемого сигнала часто рассчитывается как -70 дБм. Предположим, что базовая станция имеет следующие параметры:
Мощность передачи составляет PT = 20 Вт = 43 дБм; мощность приема составляет PR = -70 дБм;
Потери в фидере составляют 2,4 дБ (приблизительно 60-метровый фидер).
Коэффициент усиления приемной антенны мобильного телефона GR = 1,5 дБи;
Рабочая длина волны λ = 33,333 см (эквивалентно частоте f0 = 900 МГц);
Приведенное выше уравнение коммуникации примет следующий вид:
43 дБм - (-70 дБм) + GT (дБи) + 1,5 дБи = 32 дБ + 20 log(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)-80.1dB+потери распространения L0. Если неравенство выполняется, можно считать, что система способна 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, то уравнение связи дополнительно принимает вид 11 дБ > 60-80,1 дБ + потери распространения L0, то есть, когда потери 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 увеличение на 6 дБи, дальность связи может быть удвоена, то есть r = 2 километра. Остальные значения можно вывести аналогичным образом. Однако следует отметить, что антенна базовой станции с коэффициентом усиления GT 17 дБи может обеспечить 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 приведенных выше расчетах, но изменяется среда распространения, то потери распространения L0=31,1 дБ - 20 дБ = 11,1 дБ, тогда уменьшение потерь распространения на 20 дБ увеличит дальность связи в десять раз, то есть r = 10 километров. Потери распространения зависят от окружающей электромагнитной среды. В городских районах много высотных зданий, и потери распространения велики. В пригородных районах мало и расположены небольшие фермерские дома, и потери распространения невелики. Поэтому, даже если настройки системы связи абсолютно одинаковы, эффективная дальность покрытия будет различной из-за различий в условиях эксплуатации.
Поэтому при выборе всенаправленных, направленных антенн, а также антенн с высоким или низким коэффициентом усиления необходимо учитывать использование базовых станционных антенн различных типов и характеристик в соответствии со специфическими условиями мобильной сети связи и средой применения.
Чтобы узнать больше об антеннах, посетите:
Дата публикации: 25 июля 2025 г.
