Уровень сигнала в телекоммуникациях

В телекоммуникациях , особенно в радиочастоте , мощность сигнала (также называемая напряженностью поля ) относится к выходной мощности передатчика, принимаемой эталонной антенной на расстоянии от передающей антенны. Передачи с высокой мощностью , 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 контрольного уровня в один милливатт ( дБм ). В радиовещательной терминологии 1 мВ / м составляет 1000 мкВ / м или 60 дБмк (часто обозначается как дБн ).

Примеры

• 100 dBμ или 100 мВ / м: покровные помех могут возникать на некоторых приемниках
• 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 быть принята с приемлемым качеством на большинстве приемников.

Отношение к средней излучаемой мощности [ править ]

Напряженность электрического поля в конкретной точке можно определить по мощности, подаваемой на передающую антенну, ее геометрии и радиационной стойкости. Рассмотрим случай полуволновой дипольной антенны с центральным питанием в свободном пространстве , где общая длина L равна одной половине длины волны (λ / 2). Если оно построено из тонких проводников, то 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 к точке наблюдения, - пиковый ток в точке питания, - диэлектрическая проницаемость свободного пространства, - скорость света в вакууме, - расстояние до антенны. в метрах. Если смотреть на антенну в поперечном направлении ( ), электрическое поле является максимальным 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 на антенну составляет

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

где - сопротивление излучения центральной полуволновой антенны. Подставляя формулу для в формулу для и решая для максимального электрического поля дает${\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 почти треугольное. В этом случае электрическое поле и радиационная стойкость 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 составляет

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

Радиочастотные сигналы [ править ]

Хотя во многих странах мира есть вышки базовых станций сотовой связи, в этих странах все еще есть районы, где не наблюдается хорошего приема. Некоторые сельские районы вряд ли когда-либо будут эффективно покрыты, поскольку стоимость строительства вышки сотовой связи слишком высока для нескольких клиентов. Даже в зонах с высоким уровнем сигнала, в подвалах и внутри больших зданий часто бывает плохой прием.

Слабый сигнал также может быть вызван деструктивными помехами сигналов от местных вышек в городских районах или строительными материалами, используемыми в некоторых зданиях, вызывающими значительное ослабление мощности сигнала. Большие здания, такие как склады, больницы и фабрики, часто не имеют пригодного для использования сигнала дальше, чем в нескольких метрах от внешних стен.

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

Расчетная мощность принятого сигнала [ править ]

Предполагаемый уровень принятого сигнала в активной RFID-метке 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 экспоненту потерь на пути следования : ^[1]

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

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

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

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

Количество десятилетий [ править ]

${\displaystyle \log _{10}(R/r)}$ даст оценку количества декад, что совпадает со средними потерями на трассе в 40 дБ / декаду.

Оценить радиус ячейки [ править ]

Когда мы измеряем расстояние между сотами r и принимаемую мощность, дБм _m пары, мы можем оценить средний радиус соты следующим образом:

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

Специализированные расчетные модели существуют для планирования расположения новой вышки сотовой связи , с учетом местных условий и радиоаппаратурой параметров, а также с учетом , что мобильные радиосигналы имеют распространение линии прямой видимости , если не происходит отражение.

См. Также [ править ]

• Cel-Fi
• Сотовая сеть
• Мобильный телефон
• Сотовый ретранслятор
• Прерванный звонок
• Мертвая зона (сотовый телефон)
• Напряженность поля в свободном пространстве
• Измеритель напряженности поля
• Индикация уровня принимаемого сигнала
• S метр
• Сигнал (электротехника)
• Сигнал мобильного телефона
• Мобильное покрытие

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]