Распространение радиосигнала в реальных условиях

В реальных условиях распространения радиосигнала на местности величина затухания зависит от комплекса факторов, определяющих характер распространения радиоволн. К ним относятся:

− отражение сигнала от объектов, имеющих размеры, превосходящие длину радиоволны;

− дифракция радиоволн, для которой характерно преломление радиосигнала на пути распространения;

− рассеивание сигнала, которое происходит при наличии на местности большого числа объектов, размером меньше длины радиоволны (например, лиственные деревья);

− эффект Доплера, имеющий место при перемещении подвижного объекта. Среднее затухание реального канала связи в дБ можно оценить как

(2.22)

Потери в свободном пространстве. Максимальная зона обслуживания

Большинство моделей, используемых для расчета радиотрасс в системах беспроводной мобильной радиосвязи, основаны на простейшей формуле, определяющей мощность принимаемого сигнала в свободном пространстве

, (2.23)

где – мощность передатчика, и – коэффициенты усиления передающей и приемной антенн, – расстояние между приемником и передатчиком, – длина волны. Обычно для характеристики трассы распространения вводят величину потерь , определяемую выражением

. (2.24)

Из формулы (2.23) для распространения в сободном пространстве получаем

(2.25)

где – несущая частота сигнала.

Для изотропных передающей и приемной антенн с коэффициентами усиления, равными 1 (т.е. для идеальных всенаправленных антенн), для трассы прямой видимости потери рассчитываются по формуле

(2.26)

Из приведенных соотношений следует, что на трассах прямой видимости принимаемая мощность уменьшается на 6 дБ при каждом удвоении расстояния и при каждом удвоении частоты.

Большинство систем беспроводной связи работают в условиях распространения радиоволн при отсутствии прямой видимости. На основе экспериментальных данных были предложены модели для оценки потерь при распространении в отсутствие прямой видимости. Эти модели описываются следующими выражениями:

, (2.27)

где – потери при распространении на трассе прямой видимости длиной , – расстояние между передатчиком и приемником. Показатель степени для различных условий может изменяться в пределах 3, 5 . Для связи внутри зданий, как показывают экспериментальные данные,

Приведенные соотношения позволяют оценить дальность связи или максимальную зону обслуживания . Для трасс прямой видимости, полагая , где – минимальная мощность принимаемого сигнала, обеспечивающая приемлемое значение вероятности ошибки на бит (BЕR), получаем

. (2.28)

Для комбинированной радиотрассы, включающей участки прямой и непрямой видимости, можно получить следующее выражение для дальности связи:

. (2.29)

Потери при распространении радиоволн над плоской поверхностью Земли

При распространении радиоволн в пригородной зоне на свободных от строений пространствах для расчета радиоканалов могут быть использованы так называемые отражательные формулы, согласно которым электромагнитное поле в точке приема может быть представлено в виде суммы прямой волны и волны, отраженной от поверхности Земли,

, (2.30)

, , (2.31)

– излучаемая мощность, – расстояние между передающей и приемной антеннами, измеряемое вдоль поверхности Земли, – коэффициент отражения Френеля плоской волны от земной поверхности, – комплексная диэлектрическая проницаемость Земли, – угол падения волны (рис. 2.1).

Рисунок 2.2 – Отражение электромагнитной волны от поверхности Земли.

Примечательно, что в случае распространения радиоволн над земной поверхностью мощность убывает как четвертая степень расстояния, т.е. значительно быстрее, чем в свободном пространстве.