Уровень сигнала в телекоммуникациях

В телекоммуникациях , ^[1] в радиочастотной технике В частности , мощность сигнала относится к выходной мощности передатчика , принимаемой эталонной антенной на расстоянии от передающей антенны. Передачи большой мощности , например, используемые в радиовещании , выражаются в дБ – милливольтах на метр (дБмВ/м). Для систем с очень низким энергопотреблением, таких как мобильные телефоны , мощность сигнала обычно выражается в дБ — микровольтах на метр (дБмкВ/м) или в децибелах выше эталонного уровня в один милливатт ( дБм ). В терминологии радиовещания 1 мВ/м равен 1000 мкВ/м или 60 дБмк (часто пишется дБу).

Примеры

100 дБмк или 100 мВ/м: помехи на некоторых приемниках могут возникнуть
60 дБмк или 1,0 мВ/м: часто считается границей защищенной зоны радиостанции в Северной Америке.
40 дБмк или 0,1 мВ/м: минимальная мощность, при которой станция может приниматься с приемлемым качеством на большинстве приемников.

Связь со средней излучаемой мощностью

Напряженность электрического поля в конкретной точке можно определить по мощности, подводимой к передающей антенне, ее геометрии и стойкости излучения. Рассмотрим случай полуволновой дипольной антенны с центральным питанием в свободном пространстве , где общая длина L равна одной половине длины волны (λ/2). Если проводники построены из тонких проводников, распределение тока по существу синусоидальное, а излучающее электрическое поле определяется выражением

Распределение тока по антенне длины $\scriptstyle {L}$ равна половине длины волны ( $\scriptstyle {\lambda /2}$ ).

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

где $\scriptstyle {\theta }$ – угол между осью антенны и вектором на точку наблюдения, $\scriptstyle {I_{\circ }}$ пиковый ток в точке питания, $\scriptstyle {\varepsilon _{0}\,=\,8.85\times 10^{-12}\,F/m}$ диэлектрическая проницаемость свободного пространства, $\scriptstyle {c\,=\,3\times 10^{8}\,m/s}$ - скорость света в вакууме, а $\scriptstyle {r}$ расстояние до антенны в метрах. Если антенну смотреть сбоку ( $\scriptstyle {\theta \,=\,\pi /2}$ ) электрическое поле максимально и определяется выражением

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

Решение этой формулы для пикового тока дает

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

Средняя мощность антенны равна

{P_{avg}={1 \over 2}R_{a}\,I_{\circ }^{2}}

где $\scriptstyle {R_{a}=73.13\,\Omega }$ - сопротивление излучения полуволновой антенны с центральным питанием. Подставив формулу на $\scriptstyle {I_{\circ }}$ в тот, для $\scriptstyle {P_{avg}}$ и решение для максимального выхода электрического поля

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

Следовательно, если средняя мощность полуволновой дипольной антенны составляет 1 мВт, то максимальное электрическое поле на высоте 313 м (1027 футов) составляет 1 мВ/м (60 дБмк).

Для короткого диполя ( $\scriptstyle {L\ll \lambda /2}$ ) текущее распределение почти треугольное. В этом случае электрическое поле и сопротивление излучения равны

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

Используя процедуру, аналогичную описанной выше, максимальное электрическое поле для короткого диполя с центральным питанием равно

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

Радиочастотные сигналы

Хотя сети базовых станций сотовой связи существуют во многих странах мира, в этих странах все еще есть много районов, где нет хорошего приема. Некоторые сельские районы вряд ли когда-либо будут эффективно покрыты, поскольку стоимость установки вышки сотовой связи слишком высока для лишь нескольких клиентов. Даже в районах с высоким уровнем сигнала, в подвалах и внутри больших зданий прием часто бывает плохим.

Слабый уровень сигнала также может быть вызван разрушительными помехами сигналов от местных вышек в городских районах или строительными материалами, используемыми в некоторых зданиях, что приводит к значительному ослаблению уровня сигнала. Большие здания, такие как склады, больницы и фабрики, часто не имеют полезного сигнала дальше, чем на расстоянии нескольких метров от внешних стен.

Это особенно верно для сетей, которые работают на более высоких частотах , поскольку они сильнее затухают из-за промежуточных препятствий, хотя они могут использовать отражение и дифракцию для обхода препятствий.

Расчетная мощность принимаемого сигнала

Предполагаемый уровень принимаемого сигнала в активной метке RFID можно оценить следующим образом:

\mathrm {dBm_{e}} =-43.0-40.0\ \log _{10}\left({\frac {r}{R}}\right)

В общем, вы можете принять во внимание показатель потерь на пути : ^[2]

\mathrm {dBm_{e}} =-43.0-10.0\ \gamma \ \log _{10}\left({\frac {r}{R}}\right)

Параметр	Описание
дБм _э	Расчетная полученная мощность в активной метке RFID
−43	Минимальная получаемая мощность
40	Средние потери на трассе за десятилетие для мобильных сетей
$р$	Расстояние мобильное устройство - вышка сотовой связи
$Р$	Средний радиус вышки сотовой связи
$с$	Экспонента потерь на пути

Эффективные потери на трассе зависят от частоты , топографии и условий окружающей среды.

можно использовать любую известную мощность сигнала , дБм ₀ на любом расстоянии r ₀Фактически, в качестве эталона :

\mathrm {dBm_{e}} =\mathrm {dBm} _{0}-10.0\ \gamma \ \log _{10}\left({\frac {r}{r_{0}}}\right)

Количество десятилетий

\log _{10}(R/r)

даст оценку количества десятилетий, что соответствует средним потерям на трассе в 40 дБ/декада.

Оцените радиус ячейки

Когда мы измеряем расстояние до ячейки r и принимаемую мощность $дБм м$ пар,мы можем оценить средний радиус ячейки следующим образом:

R_{e}=\operatorname {avg} [\ r\ 10^{(\mathrm {dBm_{m}} +43.0)/40.0}\ ]

Существуют специализированные расчетные модели для планирования местоположения новой вышки сотовой связи с учетом местных условий и параметров радиооборудования , а также с учетом того, что сигналы мобильной радиосвязи распространяются в пределах прямой видимости , если только не происходит отражения.

См. также

Ссылки

^ «Найди номер телефона» .
^ Фигейрас, Жуан; Фраттази, Симона (2010). Мобильное позиционирование и отслеживание: от традиционных к совместным методам . Джон Уайли и сыновья. ISBN 978-1119957560 .

Внешние ссылки

[1] «Найди номер телефона» .

[2] Фигейрас, Жуан; Фраттази, Симона (2010). Мобильное позиционирование и отслеживание: от традиционных к совместным методам . Джон Уайли и сыновья. ISBN 978-1119957560 .

[1]

[2]