De communicatieafstand die een draadloos communicatiesysteem kan overbruggen, wordt bepaald door verschillende factoren, zoals de diverse apparaten waaruit het systeem bestaat en de communicatieomgeving. De relatie tussen deze factoren kan worden uitgedrukt met de volgende vergelijking voor de communicatieafstand.
Als het zendvermogen van het zendapparaat van het communicatiesysteem PT is, de antenneversterking GT en de werkingsgolflengte λ, en de gevoeligheid van het ontvangende apparaat PR, de antenneversterking GR en de afstand tussen de ontvangende en zendantennes R, dan geldt binnen het gezichtsveld en in een omgeving zonder elektromagnetische interferentie de volgende relatie:
PT(dBm)-PR(dBm)+GT(dBi)+GR(dBi)=20log4pr(m)/l(m)+Lc(dB)+ L0(dB) In de formule is Lc het invoegverlies van de voedingskabel van de zendantenne van het basisstation; L0 is het radiogolfverlies tijdens de propagatie.
Bij het ontwerpen van het systeem moet voldoende marge worden aangehouden voor het laatste onderdeel, het radiogolfvoortplantingsverlies L0.
Over het algemeen is een marge van 10 tot 15 dB vereist bij het passeren van bos en civiele gebouwen; een marge van 30 tot 35 dB is vereist bij het passeren van gewapende betonconstructies.
Voor de 800 MHz, 900 MHz CDMA- en GSM-frequentiebanden wordt over het algemeen aangenomen dat de ontvangstdrempel van mobiele telefoons ongeveer -104 dBm bedraagt, en dat het daadwerkelijk ontvangen signaal minstens 10 dB hoger moet zijn om de vereiste signaal-ruisverhouding te garanderen. In de praktijk wordt het ontvangen vermogen vaak berekend op -70 dBm om een goede communicatie te behouden. Stel dat het basisstation de volgende parameters heeft:
Het zendvermogen is PT = 20W = 43dBm; het ontvangstvermogen is PR = -70dBm;
Het signaalverlies in de voedingskabel bedraagt 2,4 dB (bij een voedingskabel van ongeveer 60 meter).
De ontvangstantenne van een mobiele telefoon heeft een versterkingsfactor GR van 1,5 dBi;
Werkgolflengte λ = 33,333 cm (gelijk aan frequentie f0 = 900 MHz);
De bovenstaande communicatievergelijking wordt dan:
43dBm-(-70dBm)+ GT(dBi)+1,5dBi=32dB+ 20logr(m) dB +2,4dB + voortplantingsverlies L0
114,5 dB + GT(dBi) - 34,4 dB = 20logr(m) + voortplantingsverlies L0
80,1 dB + GT(dBi) = 20logr(m) + voortplantingsverlies L0
Wanneer de waarde aan de linkerkant van de bovenstaande formule groter is dan de waarde aan de rechterkant, dat wil zeggen:
GT(dBi) > 20logr(m)-80.1dB+voortplantingsverlies L0. Wanneer de ongelijkheid geldt, kan worden aangenomen dat het systeem een goede communicatie kan behouden.
Als het basisstation een omnidirectionele zendantenne gebruikt met een versterking van GT=11dBi en de afstand tussen de zend- en ontvangstantenne R=1000m is, wordt de communicatievergelijking verder 11dB>60-80,1dB+voortplantingsverlies L0, dat wil zeggen dat wanneer het voortplantingsverlies L0<31,1dB is, een goede communicatie over een afstand van 1 km behouden kan worden.
Onder dezelfde omstandigheden van voortplantingsverlies als hierboven, kan de communicatieafstand worden verdubbeld, namelijk r = 2 kilometer, als de versterking GT van de zendantenne 17 dBi bedraagt, oftewel een toename van 6 dBi. Andere afstanden kunnen op dezelfde manier worden afgeleid. Het is echter belangrijk op te merken dat een basisstationantenne met een versterking GT van 17 dBi slechts een waaiervormige bundeldekking kan hebben met een bundelbreedte van 30°, 65° of 90°, enz., en geen omnidirectionele dekking kan bieden.
Als de zendantenneversterking GT=11dBi in de bovenstaande berekening ongewijzigd blijft, maar de propagatieomgeving verandert, en het propagatieverlies L0=31,1dB-20dB=11,1dB, dan zal het verminderde propagatieverlies van 20dB de communicatieafstand vertienvoudigen, oftewel r=10 kilometer. De term propagatieverlies is gerelateerd aan de omringende elektromagnetische omgeving. In stedelijke gebieden zijn er veel hoge gebouwen en is het propagatieverlies groot. In landelijke voorsteden zijn de boerderijen laag en dunbevolkt, waardoor het propagatieverlies klein is. Daarom zal het effectieve bereik, zelfs als de instellingen van het communicatiesysteem exact hetzelfde zijn, verschillen als gevolg van de verschillen in de gebruiksomgeving.
Bij de keuze voor omnidirectionele of directionele antennes, en antennes met hoge of lage versterking, is het daarom noodzakelijk om rekening te houden met het gebruik van basisstationantennes van verschillende typen en specificaties, afhankelijk van de specifieke omstandigheden van het mobiele communicatienetwerk en de toepassingsomgeving.
Ga voor meer informatie over antennes naar:
Geplaatst op: 25 juli 2025
