Уровень сигнала в телекоммуникациях

В телекоммуникациях , ^[1] особенно в радиочастотной технике , 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: на некоторых приемниках могут возникнуть помехи
• 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, подаваемой на передающую антенну, ее геометрии и стойкости излучения. Рассмотрим случай полуволновой дипольной антенны с центральным питанием в свободном пространстве , где общая длина L равна половине длины волны (λ/2). Если проводники построены из тонких проводников, распределение тока по существу синусоидальное, а излучающее электрическое поле определяется выражением

Распределение тока на антенне длиной, равной половине длины волны ( ). ${\displaystyle \scriptstyle {L}}$ ${\displaystyle \scriptstyle {\lambda /2}}$

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

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

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

Решение этой формулы для пикового тока дает

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

Средняя мощность антенны равна

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

где сопротивление излучения полуволновой антенны с центральным питанием. Подставив формулу для в формулу для и найдя максимальное электрическое поле, получим ${\displaystyle \scriptstyle {R_{a}=73.13\,\Omega }}$ ${\displaystyle \scriptstyle {I_{\circ }}}$ ${\displaystyle \scriptstyle {P_{avg}}}$

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

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 ( ) распределение тока близко к треугольному. В этом случае электрическое поле и сопротивление излучения равны ${\displaystyle \scriptstyle {L\ll \lambda /2}}$

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

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

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

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:

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

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

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

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

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

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

Количество десятилетий

${\displaystyle \log _{10}(R/r)}$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:

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

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 не происходит отражения.

Смотрите также

• Сотовая сеть
• Мобильный телефон
• Сотовый ретранслятор
• Сброшенный звонок
• Мертвая зона (мобильный телефон)
• Напряженность дипольного поля в свободном пространстве
• Измеритель напряженности поля
• Индикатор уровня полученного сигнала
• S-метр
• Сигнал
• Сигнал мобильного телефона
• Мобильное покрытие

Рекомендации

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

Внешние ссылки

• Глобальная карта сигнала сотового телефона по сетям. На основе краудсорсинговых данных.
• Краудсорсинговая карта сигналов сотовой связи и Wi-Fi. Выпуск данных по лицензии Open Database.