Fading, shadowing и не только – проблемы радиотрансляции ч. I

2015.06.14
Автор: RFBENCHMARK
Поделись информацией:


Fading, shadowing и не только – проблемы радиотрансляции ч. I

Радиотрансляция является эффективным и пока что единственным способом беспроводной передачи информации. Примеры использования радиосвязи:
— армия (владение оперативной ситуацией на поле боя, рации, радиотелефоны, радиостанции…),
— телевидение (радиолинии, спутники, прямая трансляция…),
— IT (WiFi, WiMax, Bluetooth…),
— телекоммуникации (сотовые сети, спутниковая связь…),
— радиолюбительская связь.





К сожалению, электромагнитные волны не совершенны. В процессе трансляции радиосигнала возникает ряд проблем. На примере сотовой сети, обсужденными будут проблемы с трансляцией радиосигнала. Кроме того мы определим как проблемы с радио могут «почувствовать» пользователи мобильных сетей. Каждая проблема будет обсуждена
отдельно, в особенности path loss! 🙂

Path loss — затухание радиосигнала в свободном пространстве

Path loss происходит, когда полученный сигнал становится каждый раз слабее в связи с растущим расстоянием между подвижным (MS) терминалом и базовой (BS) станцией. Данное явление происходит даже если между отправной и приемной антенной не выступают препятствия. Редко наблюдается, чтобы результатом высокого затухания радиосигнала был срыв соединения, поскольку прежде чем сигнал достигнет критически низкого уровня он сопоставляет соединение с другой BS в которой зафиксирован высший уровень сигнала (inter-cellhandover). Однако, если мы находимся в «полной глуши» и поблизости нас нет лучшей соты, в отличие от той в которой мы находимся, то наступает перепад в связи с недоступностью сети.

Dropped call — срыв голосового соединения; в докладах об измерениях упоминается коэффициент прерванных соединений (англ. Dropped Call Rate [%]), который информирует о процентном соотношении прерванных соединений ко всем выполненным соединениям во время np. Drive Test.

Чтобы предсказать затухание радиосигнала, которое может возникнуть между передатчиком и приемником в свободном пространстве, инженеры используют следующую формулу для FSPL (ang. Free Space Path Loss, Lp).

Lp [dB] = 20 log10 (4πfd/c)

где:
f — частота передаваемого сигнала [Hz],
d – расстояние между передающей и принимающей антеннами [m],
c – скорость света (oк. 300 000 км/с).

Ниже указан графический пример частоты 2100MHz и мощности ERP (ang. Effective Radiated Power) равной 26dBm.

ERP (ang. Effective Radiated Power) – эффективная мощность излучения с учетом мощности передатчика, потерь вещания и коэффициента усиления передающей антенны. Он используется при расчете излучаемой мощности передающей антенны относительно дипольной антенны.

Следует напомнить, что это расчеты излучения в свободном пространстве, без принятия во внимание таких факторов как: препятствия, местность, человеческое тело и другое. На чертеже показано, что с увеличением расстояния увеличивается величина затухания — от 99 до 121 дБ. После увеличения затухания на 22 дБ, уровень сигнала падает приблизительно в 160 раз. Предполагая, что передатчик излучает мощность, равную 26 дБм ERP тогда сила принимаемого сигнала изменяется от -73 до -95дБм.

Вышеуказанные рассуждения применимы только лишь к свободному пространству, например к сельской местности. Чтобы предсказать затухание радиосигнала с учетом местности, препятствий и т.д., используются эмпирические формулы, которые генерируются путем измерения определенной области.

Тем не менее, имеют место случаи, когда условия распространения радиосигнала очень похожи друг на друга. Речь идет о городских территориях, т.е. можно сказать, что в каждом городе есть похожий рельеф и расположение зданий. Подходяще настроенные параметры позволяет получить модель, наиболее подходящую к той или иной среде. Две самые распространенные формулы:
– формула Окамура-Хата (частота от 150 до 1920 MHz),
– формула COST 231-Уолфиш-Икегами (частота от 800 до 2000 MHz).

Таким образом, не только видимые препятствия вызывают снижение уровня сигнала, находящегося на пути радиоволны. Уже само по себе расстояние между передатчиком и приемником, приводит к значительному ослаблению излучаемого сигнала. Поэтому, в сельской местности используются системы GSM 900, WCDMA 900, благодаря чему при той же мощности передачи, радиоволны распространяется на большие расстояния и это связано с меньшим коэффициентом pathloss для низких частот.





Скрыть комментарии
1