FREE SPACE LOSS

Utrata ścieżki sygnału radiowego

Natężenie fal radiowych i wszystkich fal elektromagnetycznych zmniejsza się wraz z odległością - istnieje wiele przyczyn, które wpływają na propagację fal radiowych.

Utrata ścieżki radiowej jest kluczowym czynnikiem w projektowaniu dowolnego systemu radiokomunikacji lub systemu bezprzewodowego. Faktem jest, że każdy sygnał radiowy będzie podlegał tłumieniu, gdy będzie podróżował od nadajnika do odbiornika. Różnorodne zjawiska powodują utratę ścieżki radiowej. Niezależnie od tego, co powoduje utratę ścieżki radiowej, każdy system może być zaprojektowany tak, aby działał najlepiej, pomimo różnych problemów, które go dotyczą.

 

W jaki sposób utrata ścieżki radiowej wpływa na systemy

Utrata ścieżki sygnału radiowego determinuje wiele elementów systemu komunikacji radiowej, w szczególności moc nadajnika, a także anteny, w szczególności ich wzmocnienie, wysokość i ogólne położenie. Dotyczy to dowolnej częstotliwości. Aby móc planować system, konieczne jest zrozumienie przyczyn utraty ścieżki radiowej oraz określenie poziomów utraty sygnału dla danej ścieżki radiowej. Ścieżka radiowa Straty często można określić matematycznie, a te obliczenia są często podejmowane podczas przygotowywania pokrycia lub projektowania systemu. Zależą one od znajomości właściwości propagacji sygnału. Zgodnie z tym, obliczenia utraty ścieżki radiowej są wykorzystywane w wielu radiach i bezprzewodowych narzędziach pomiarowych do określania siły sygnału w różnych lokalizacjach. Te bezprzewodowe narzędzia ankietowe są coraz częściej wykorzystywane do określania mocy sygnału radiowego przed zainstalowaniem sprzętu. W przypadku operatorów komórkowych, badania radiowe są ważne, ponieważ inwestycja w stację bazową makrokomórki jest wysoka. Ponadto bezprzewodowe narzędzia ankietowe zapewniają bardzo cenną usługę dla aplikacji, takich jak instalowanie bezprzewodowych systemów LAN w dużych biurach i innych centrach, ponieważ umożliwiają rozwiązywanie problemów przed instalacją, umożliwiając znaczne obniżenie kosztów. W związku z tym coraz ważniejsze staje się umieszczanie na bezprzewodowych narzędziach ankiet i oprogramowaniu.

 

Podstawy utraty ścieżki radiowej

Utrata ścieżki sygnału jest zasadniczo zmniejszeniem gęstości mocy fali elektromagnetycznej lub sygnału, który rozprzestrzenia się w środowisku, w którym porusza się. Istnieje wiele przyczyn utraty ścieżki radiowej, które mogą wystąpić:

 

Utrata pustej przestrzeni: Strata wolnej przestrzeni występuje, gdy sygnał przemieszcza się w przestrzeni bez żadnych innych efektów, tłumiących sygnał, który nadal będzie się zmniejszał w miarę jego rozprzestrzeniania się. Można to traktować jako sygnał radiowy rozprzestrzeniający się jako coraz większa sfera. Ponieważ sygnał musi obejmować większy obszar, konserwacja energii mówi nam, że energia w danym obszarze zmniejszy się wraz z powiększaniem się obszaru.

Dyfrakcja: utrata ścieżki sygnału radiowego z powodu dyfrakcji pojawia się, gdy obiekt pojawia się na ścieżce. Sygnał może dyfundować wokół obiektu, ale występują straty. Strata jest tym większa, im bardziej zaokrąglony jest obiekt. Sygnały radiowe mają tendencję do lepszego dyfrakcji wokół ostrych krawędzi, tj. Krawędzi, które są ostre w stosunku do długości fali.

Wielościeżkowe: w rzeczywistym środowisku naziemnym sygnały będą odbijane i będą docierać do odbiornika wieloma różnymi ścieżkami. Sygnały te mogą dodawać lub odejmować się od siebie w zależności od względnych faz sygnałów. Jeśli odbiornik zostanie przesunięty, scenariusz ulegnie zmianie, a ogólny odebrany sygnał będzie się różnić w zależności od pozycji. Odbiorniki mobilne (na przykład komórkowe telefony telekomunikacyjne) będą podlegały temu efektowi, znanemu jako zanikanie Rayleigha.

Straty absorpcji: Straty absorpcji występują, gdy sygnał radiowy przechodzi do ośrodka, który nie jest całkowicie przezroczysty dla sygnałów radiowych. Istnieje wiele powodów, które obejmują:

Budynki, ściany itp. Kiedy sygnały radiowe przechodzą przez gęste materiały, takie jak ściany, budynki, a nawet meble w budynku, cierpią na tłumienie. Dotyczy to szczególnie komunikacji komórkowej - w budynkach, domach itp. Sygnały znacznie się zmniejszają. Tłumienie sygnału radiowego jest bardziej wyraźne w przypadku pasm ruchomych o wyższej częstotliwości. 2,2 GHz w przeciwieństwie do 800/900 MHz.

Wilgotność atmosferyczna: przy wysokich częstotliwościach mikrofalowych utrata ścieżki radiowej zwiększa się w wyniku opadów atmosferycznych lub nawet wilgoci w powietrzu. Utrata ścieżki sygnału radiowego może się różnić w zależności od warunków pogodowych. Jednak zazwyczaj ma to zauważalny wpływ na obszar mikrofalowy.

Roślinność: W gęstym lesie stwierdza się, że sygnały nawet przy niższych częstotliwościach są znacznie zmniejszone. To pokazuje, że roślinność może wprowadzić znaczny poziom utraty ścieżki radiowej. Drzewa i liście mogą osłabiać sygnały radiowe, szczególnie gdy są mokre.

Teren: Teren, nad którym przemieszczają się sygnały, będzie miał znaczący wpływ na sygnał. Oczywiście wzgórza, które przeszkadzają ścieżce, znacznie osłabią sygnał, często uniemożliwiając odbiór. Dodatkowo przy niskich częstotliwościach skład ziemi będzie miał wyraźny efekt. Na przykład w paśmie Long Wave stwierdzono, że sygnały przemieszczają się najlepiej na bardziej przewodzącym terenie, np. szlaki morskie lub obszary bagatelne lub wilgotne. Suchy teren piaszczysty daje wyższy poziom tłumienia.

Atmosfera: Atmosfera może wpływać na ścieżki sygnału radiowego.

Jonosfera: przy niższych częstotliwościach, szczególnie poniżej 30 - 50 MHz, jonosfera ma znaczący wpływ, odbijając (lub bardziej poprawnie załamując) z powrotem na Ziemię. Jednak podczas przechodzenia przez niektóre regiony, zwłaszcza w rejonie D iw mniejszym stopniu w rejonie E, sygnały mogą ulegać osłabieniu, a nie odbiciu / załamaniu. Może to spowodować znaczną utratę ścieżki radiowej.

Troposfera: Na częstotliwości powyżej 50 MHz i więcej troposfera ma duży wpływ, załamując sygnały z powrotem na Ziemię w wyniku zmiany współczynnika załamania światła. W przypadku transmisji UHF może to zwiększyć zasięg do około jednej trzeciej poza horyzontem. Załamanie może czasami oznaczać, że sygnał, który normalnie dotarłby do określonego obszaru, może zostać od niego oderwany.

 

 

Powody te reprezentują niektóre z głównych elementów powodujących utratę ścieżki sygnału dla dowolnego systemu radiowego.

 

Przewidywanie utraty ścieżki radiowej

Jedną z kluczowych przyczyn zrozumienia różnych elementów wpływających na utratę ścieżki sygnału radiowego jest umożliwienie przewidywania straty dla danej ścieżki lub przewidzenie zasięgu, jaki może być osiągnięty dla konkretnej stacji bazowej, stacji nadawczej itp.

 

Chociaż prognozy lub oceny mogą być dość dokładne dla scenariuszy wolnej przestrzeni, dla rzeczywistych zastosowań naziemnych nie jest to łatwe, ponieważ jest wiele czynników, które należy wziąć pod uwagę, i nie zawsze jest możliwe uzyskanie dokładnych ocen efektów, które będą miały.

 

Mimo to istnieją bezprzewodowe narzędzia ankietowe i programy do prognozowania zasięgu radiowego, które są dostępne do przewidywania utraty ścieżki radiowej i szacowania zasięgu. Do tego celu stosowane są różne metody.

 

Utrata ścieżki wolnej przestrzeni różni się siłą jako odwrotnością prawa kwadratu, tj. 1 / (zakres) 2 lub 20 dB na dekadę wzrostu zasięgu. Obliczenie to jest bardzo proste do wdrożenia, ale rzeczywiste obliczenia ziemskie utraty ścieżki sygnału są znacznie bardziej zaangażowane. Aby pokazać, jak sytuacja życiowa może zmienić obliczenia, często operatorzy telefonii komórkowej mogą modyfikować prawo odwrotne do 1 / (zakres) n, gdzie n może wynosić od 3,5 do 5 w wyniku budynków i innych przeszkód między telefonem komórkowym i stacja bazowa.

 

Większość prognoz utraty ścieżki jest wykonywanych przy użyciu technik opisanych poniżej:

 

Metody statystyczne: statystyczne metody przewidywania utraty ścieżki sygnału opierają się na zmierzonych i uśrednionych stratach dla typowych typów połączeń radiowych. Liczby te są wprowadzane do modelu prognozowania, który jest w stanie obliczyć dane w oparciu o dane. W zależności od zastosowania można stosować różne modele. Tego typu podejście jest zwykle wykorzystywane do planowania sieci komórkowych, szacowania zasięgu łączy PMR (Private Mobile Radio) i planowania zasięgu transmisji.

 

Deterministyczne podejście: Takie podejście do utraty ścieżki sygnału radiowego i prognozowania zasięgu wykorzystuje podstawowe prawa fizyczne jako podstawę do obliczeń. Metody te muszą uwzględniać wszystkie elementy w danym obszarze i chociaż dają one dokładniejsze wyniki, wymagają dużo dodatkowych danych i mocy obliczeniowej. Ze względu na ich złożoność są one zwykle stosowane w przypadku łączy krótkiego zasięgu, w których ilość wymaganych danych mieści się w dopuszczalnych granicach.

Te bezprzewodowe narzędzia ankietowe i pakiety oprogramowania radiowego mają coraz większe możliwości. Jednak nadal konieczne jest dobre zrozumienie propagacji fal radiowych, aby można było wprowadzić prawidłowe wartości, a wyniki były interpretowane w sposób zadowalający.

 

 

 

W przypadku dowolnej transmisji radiowej utrata ścieżki radiowej może być spowodowana wieloma różnymi czynnikami. Często powoduje to, że dokładne obliczenia utraty ścieżki radiowej są trudne. Jednak nawet jeśli nie są one tak dokładne, jak może być zawsze lubiany, obliczenia utraty ścieżki radiowej umożliwiają zaprojektowanie sprzętu spełniającego wymagania.

 

Free Space Path Loss: szczegóły i kalkulator

Najprostszym scenariuszem propagacji sygnału radiowego jest model propagacji swobodnej przestrzeni, gdy sygnał przemieszcza się w wolnej przestrzeni.

Sposób propagacji sygnału i utrata ścieżki stanowią podstawę dla bardziej skomplikowanych modeli propagacji.

 

Chociaż w większości przypadków model propagacji swobodnej przestrzeni opisuje sposób, w jaki sygnał radiowy przemieszcza się w wolnej przestrzeni, kiedy nie znajduje się pod wpływem wielu innych elementów zewnętrznych, które wpływają na propagację.

 

Podstawy propagacji wolnego miejsca

Model propagacji swobodnej przestrzeni jest najprostszym scenariuszem propagacji sygnałów radiowych. Uważa się, że podróżują one na zewnątrz od punktu, w którym są emitowane przez antenę.

 

Sposób, w jaki się rozmnażają, można porównać do fal fal na stawie, który wędruje na zewnątrz od miejsca, w którym kamień wpada do stawu.

 

Gdy zmarszczki poruszają się na zewnątrz, ich poziom zmniejsza się, aż w końcu znikną w oku.

 

W przypadku propagacji sygnału radiowego, fale rozchodzą się w trzech wymiarach, a nie w dwóch wymiarach przykładu stawu. W telekomunikacji utrata ścieżki wolnej przestrzeni (FSPL) jest utratą siły sygnału fali elektromagnetycznej, która wynikałaby z tor linii widzenia przez wolną przestrzeń (zwykle powietrze), bez przeszkód w pobliżu, aby spowodować odbicie lub dyfrakcję. Nie obejmuje to czynników, takich jak wzmocnienie anten używanych w nadajniku i odbiorniku, ani żadnych strat związanych z niedoskonałościami sprzętowymi.

 

Free Space Loss

 

Free Space Loss to tłumienie fali elektromagnetycznej podczas propagacji w przestrzeni. Uznajemy, że strata jest taka sama w powietrzu, jak w próżni kosmicznej. Jest obliczany przy użyciu następującej formuły:

 

Free Space Loss = 32,4 + 20 x Log FMHz + 20 x Log RKm

 

 

 

gdzie FMHz = częstotliwość RF wyrażona w MHz = 2400 MHz dla systemów 802.11b

 

           RKm = odległość w kilometrach między anteną nadawczą i odbiorczą. Wzór na 2,4 GHz to:

 

Free Space Loss = 100 + 20 x Log RKm

 

Na poniższym rysunku odległość (D) można wyrazić w kilometrach lub milach, co omówimy w dalszej części tego rozdziału i rozważymy współczynniki przeliczeniowe między kilometrami i milami.

 

Free Space Loss nie jest zwykle czynnikiem w sieci bezprzewodowej domu i biura, ale może być czynnikiem w łączeniu oddzielnych budynków i zdecydowanie powinien być włączony do dyskusji na temat parametrów łącza bezprzewodowego. Aby obliczyć stratę w jednostkach mil i megahercach, równanie staje się:

 

 

Free Space Loss = 36,6 + 20Log10 (częstotliwość w MHz) + 20Log10 (odległość w milach)Link do kalkulatora obliczeń