Siła sygnału w telekomunikacji - Signal strength in telecommunications

W telekomunikacji , szczególnie w częstotliwości radiowej , siła sygnału odnosi się do mocy wyjściowej nadajnika odbieranej przez antenę odniesienia w pewnej odległości od anteny nadawczej. Transmisje o dużej mocy , takie jak te stosowane w nadawaniu , wyrażane są w dB - miliwoltach na metr (dBmV/m). W przypadku systemów o bardzo małej mocy, takich jak telefony komórkowe , siła sygnału jest zwykle wyrażana w dB - mikrowolt na metr (dBμV/m) lub w decybelach powyżej poziomu odniesienia jednego miliwata ( dBm ). W terminologii nadawczej 1 mV/m to 1000 μV/m lub 60 dBμ (często zapisywane dBu).

Przykłady

• 100 dBμ lub 100 mV / m: pokrywając zakłócenia mogą występować w niektórych odbiornikach
• 60 dBμ lub 1,0 mV/m: często uważana za krawędź obszaru chronionego stacji radiowej w Ameryce Północnej
• 40 dBμ lub 0,1 mV/m: minimalna siła, przy której stacja może być odbierana z akceptowalną jakością na większości odbiorników

Stosunek do średniej mocy promieniowanej

Natężenie pola elektrycznego w określonym punkcie można określić na podstawie mocy dostarczanej do anteny nadawczej, jej geometrii oraz odporności na promieniowanie. Rozważmy przypadek anteny dipolowej półfalowej zasilanej centralnie w wolnej przestrzeni , gdzie całkowita długość L jest równa jednej połowie długości fali (λ/2). W przypadku konstrukcji z cienkich przewodników rozkład prądu jest zasadniczo sinusoidalny, a promieniujące pole elektryczne jest określone wzorem

Rozkład prądu na antenie o długości równej połowie długości fali ( ).${\displaystyle \scriptstyle {L}}$${\displaystyle \scriptstyle {\lambda/2}}$

${\ Displaystyle E_ {\ theta } (r) = {-jI_ {\ circ} \ ponad 2 \ pi \ varepsilon _ {0}c \ r} {\ cos \ lewo (\ scriptstyle {\ pi \ ponad 2} \cos \theta \right) \over \sin \theta }e^{j\left(\omega t-kr\right)}}$

gdzie jest kątem między osią anteny a wektorem do punktu obserwacji, jest szczytowym prądem w punkcie zasilania, jest przenikalnością elektryczną wolnej przestrzeni, jest prędkością światła w próżni i jest odległością od anteny w metrach. Gdy antena jest oglądana z boku ( ) pole elektryczne jest maksymalne i podane przez ${\displaystyle \scriptstyle {\theta}}$${\displaystyle \scriptstyle {I_{\circ}}}$${\ Displaystyle \ scriptstyle {\ varepsilon _ {0}\, = \ 8,85 \ razy 10 ^ {-12} \ F / m}}$${\ Displaystyle \ scriptstyle {c \, = \, 3 \ razy 10 ^ {8} \ m / S}}$${\displaystyle \scriptstyle {r}}$${\displaystyle \scriptstyle {\theta \,=\,\pi/2}}$

${\ Displaystyle \ vert E_ {\ pi /2} (r) \ vert = {I_ {\ circ} \ ponad 2 \ pi \ varepsilon _ {0}c \ r} \,.}$

Rozwiązanie tego wzoru dla wydajności prądu szczytowego

${\ Displaystyle I_ {\ circ} = 2 \ pi \ varepsilon _ {0}c \ r \ vert E_ {\ pi /2} (r) \ vert \,.}$

Średnia moc anteny wynosi

${\ Displaystyle {P_ {średni} = {1 \ ponad 2} R_ {a} \ I_ {\ circ} ^ {2}}}$

gdzie jest rezystancja promieniowania anteny półfalowej zasilanej centralnie. Podstawienie wzoru na przez i rozwiązanie dla maksymalnych plonów pola elektrycznego ${\ Displaystyle \ scriptstyle {R_ {a} = 73,13 \ \ Omega}}$${\displaystyle \scriptstyle {I_{\circ}}}$${\displaystyle \scriptstyle {P_{średnia}}}$

${\ Displaystyle \ vert E_ {\ pi /2} (r) \ vert \ = \ {1 \ ponad \ pi \ varepsilon _ {0}c \ r} {\ sqrt {P_ {średnia} \ ponad 2R_ {a}}}\,=\,{9.91 \over r}{\sqrt {P_{avg}}}\quad (L=\lambda /2)\,.}$

Dlatego też, jeśli średnia moc półfalowej anteny dipolowej wynosi 1 mW, to maksymalne pole elektryczne na 313 m (1027 ft) wynosi 1 mV/m (60 dBμ).

Dla krótkiego dipola ( ) rozkład prądu jest prawie trójkątny. W tym przypadku pole elektryczne i opór promieniowania są ${\ Displaystyle \ scriptstyle {L \ ll \ lambda /2}}$

${\ Displaystyle E_ {\ theta} (r) = {-jI_ {\ circ} \ sin (\ theta) \ ponad 4 \ varepsilon _ {0}c \ r} \ lewo ({L \ nad \ lambda} \ right)e^{j\left(\omega t-kr\right)}\,,\quad R_{a}=20\pi ^{2}\left({L \over \lambda }\right)^{ 2}.}$

Stosując procedurę podobną do powyższej, maksymalne pole elektryczne dla krótkiego dipola zasilanego centralnie wynosi

${\ Displaystyle \ vert E_ {\ pi /2} (r) \ vert \ = \ {1 \ ponad \ pi \ varepsilon _ {0}c \ r} {\ sqrt {P_ {średnia} \ ponad 160 }}\,=\,{9.48 \over r}{\sqrt {P_{avg}}}\quad (L\ll \lambda /2)\,.}$

Sygnały RF

Chociaż istnieją sieci wieżowe stacji bazowych telefonii komórkowej w wielu krajach na całym świecie, nadal istnieje wiele obszarów w tych krajach, które nie mają dobrego zasięgu. Niektóre obszary wiejskie prawdopodobnie nigdy nie zostaną skutecznie pokryte, ponieważ koszt wzniesienia wieży komórkowej jest zbyt wysoki dla zaledwie kilku klientów. Nawet w obszarach o dużej sile sygnału piwnice i wnętrza dużych budynków często mają słaby odbiór.

Słaba siła sygnału może być również spowodowana destrukcyjnymi zakłóceniami sygnałów z lokalnych wież na terenach miejskich lub materiałami konstrukcyjnymi zastosowanymi w niektórych budynkach, powodującymi znaczne tłumienie siły sygnału. Duże budynki, takie jak magazyny, szpitale i fabryki, często nie mają nadającego się do użytku sygnału dalej niż kilka metrów od ścian zewnętrznych.

Jest to szczególnie prawdziwe w przypadku sieci, które działają na wyższych częstotliwościach, ponieważ są one bardziej tłumione przez przeszkadzające przeszkody, chociaż są one w stanie wykorzystać odbicie i dyfrakcję do ominięcia przeszkód.

Szacowana siła odbieranego sygnału

Szacowaną siłę odbieranego sygnału w aktywnym tagu RFID można oszacować w następujący sposób:

${\ Displaystyle \ operatorname {dBm_ {e}} = -43,0-40,0 \ \ log _ {10} \ lewo ({\ Frac {R} {R}} \ po prawej)}$

Ogólnie rzecz biorąc, możesz wziąć pod uwagę wykładnik utraty ścieżki :

${\ Displaystyle \ operatorname {dBm_ {e}} = -43,0-10,0 \ \ gamma \ \ log _ {10} \ lewo ({\ Frac {R} {R}} \ po prawej)}$

Efektywna utrata ścieżki zależy od częstotliwości , topografii i warunków środowiskowych.

Właściwie można użyć dowolnej znanej mocy sygnału dBm ₀ w dowolnej odległości r ₀ jako odniesienia:

${\ Displaystyle \ operatorname {dBm_ {e}} = \ operatorname {dBm} _ {0}-10,0 \ \ gamma \ \ log _ {10} \ lewo ({\ Frac {r} {r_ {0}}}} Prawidłowy)}$

Liczba dekad

${\ Displaystyle \ log _ {10} (R / R)}$ dałoby szacunkową liczbę dziesięcioleci, która zbiega się ze średnią stratą ścieżki wynoszącą 40 dB/dekadę.

Oszacuj promień komórki

Kiedy mierzymy odległość komórki r i odbieraną moc dBm _m par, możemy oszacować średni promień komórki w następujący sposób:

${\ Displaystyle R_ {e} = \ operatorname {średnia} [\ r\ 10 ^ {(\ operatorname {dBm_ {m}} + 43,0) / 40, 0} \ ]}$

Istnieją wyspecjalizowane modele obliczeniowe do planowania lokalizacji nowej wieży komórkowej, biorąc pod uwagę lokalne warunki i parametry sprzętu radiowego , a także biorąc pod uwagę, że mobilne sygnały radiowe mają propagację w linii widzenia , o ile nie wystąpi odbicie.

Zobacz też

• Cel-Fi
• Sieć komórkowa
• Komórka
• Wzmacniacz komórkowy
• Odrzucone połączenie
• Martwa strefa (telefon komórkowy)
• Siła pola w wolnej przestrzeni
• Miernik natężenia pola
• Wskazanie siły sygnału odebranego
• S metr
• Sygnał (elektrotechnika)
• Sygnał telefonu komórkowego
• Zasięg komórkowy

Bibliografia

Zewnętrzne linki