La distanza di comunicazione che un sistema di comunicazione wireless può raggiungere è determinata da vari fattori, come i vari dispositivi che compongono il sistema e l'ambiente di comunicazione. La relazione tra questi fattori può essere espressa dalla seguente equazione della distanza di comunicazione.
Se la potenza di trasmissione del dispositivo trasmittente del sistema di comunicazione è PT, il guadagno dell'antenna di trasmissione è GT e la lunghezza d'onda operativa è λ. La sensibilità del ricevitore del dispositivo ricevente è PR, il guadagno dell'antenna ricevente è GR e la distanza tra le antenne ricevente e trasmittente è R, entro la distanza visiva e in un ambiente privo di interferenze elettromagnetiche, si verifica la seguente relazione:
PT(dBm)-PR(dBm)+GT(dBi)+GR(dBi)=20log4pr(m)/l(m)+Lc(dB)+ L0(dB) Nella formula, Lc è la perdita di inserzione dell'alimentatore dell'antenna trasmittente della stazione base; L0 è la perdita di onde radio durante la propagazione.
Durante la progettazione del sistema, è opportuno lasciare un margine sufficiente per l'ultimo elemento, ovvero la perdita di propagazione delle onde radio L0.
In genere, quando si attraversano boschi ed edifici civili è richiesto un margine di 10-15 dB; quando si attraversano edifici in cemento armato è richiesto un margine di 30-35 dB.
Per le bande di frequenza CDMA e GSM a 800 MHz e 900 MHz, si ritiene generalmente che il livello di soglia di ricezione dei telefoni cellulari sia di circa -104 dBm e che il segnale effettivamente ricevuto debba essere almeno 10 dB superiore per garantire il rapporto segnale/rumore richiesto. Infatti, per mantenere una buona comunicazione, la potenza ricevuta viene spesso calcolata a -70 dBm. Si supponga che la stazione base abbia i seguenti parametri:
La potenza di trasmissione è PT = 20W = 43dBm; la potenza di ricezione è PR = -70dBm;
La perdita di segnale è di 2,4 dB (circa 60 m di alimentazione)
Guadagno dell'antenna ricevente del telefono cellulare GR = 1,5 dBi;
Lunghezza d'onda di lavoro λ = 33,333 cm (equivalente alla frequenza f0 = 900 MHz);
L'equazione di comunicazione di cui sopra diventerà:
43dBm-(-70dBm)+ GT(dBi)+1,5dBi=32dB+ 20logr(m) dB +2,4dB + perdita di propagazione L0
114,5 dB + GT (dBi) -34,4 dB = 20 logr (m) + perdita di propagazione L0
80,1 dB+ GT(dBi) = 20 logr(m)+ perdita di propagazione L0
Quando il valore sul lato sinistro della formula sopra è maggiore del valore sul lato destro, vale a dire:
GT(dBi) > 20logr(m)-80,1dB+perdita di propagazione L0. Quando la disuguaglianza è verificata, si può ritenere che il sistema possa mantenere una buona comunicazione.
Se la stazione base utilizza un'antenna trasmittente omnidirezionale con un guadagno di GT=11dBi e la distanza tra le antenne trasmittente e ricevente è R=1000m, l'equazione della comunicazione diventa ulteriormente 11dB>60-80,1dB+perdita di propagazione L0, ovvero quando la perdita di propagazione L0<31,1dB, è possibile mantenere una buona comunicazione entro una distanza di 1 km.
Nelle stesse condizioni di perdita di propagazione di cui sopra, se il guadagno dell'antenna trasmittente GT = 17 dBi, ovvero un aumento di 6 dBi, la distanza di comunicazione può essere raddoppiata, ovvero r = 2 chilometri. Altre ipotesi possono essere dedotte allo stesso modo. Tuttavia, è opportuno notare che l'antenna della stazione base con un guadagno GT di 17 dBi può avere solo una copertura a ventaglio con una larghezza di fascio di 30°, 65° o 90°, ecc., e non può mantenere una copertura omnidirezionale.
Inoltre, se il guadagno dell'antenna trasmittente GT=11dBi rimane invariato nel calcolo precedente, ma l'ambiente di propagazione cambia, con una perdita di propagazione L0=31,1dB-20dB=11,1dB, la perdita di propagazione ridotta a 20dB aumenterà la distanza di comunicazione di dieci volte, ovvero r=10 chilometri. Il termine di perdita di propagazione è correlato all'ambiente elettromagnetico circostante. Nelle aree urbane, ci sono molti edifici alti e la perdita di propagazione è elevata. Nelle aree rurali suburbane, le case coloniche sono basse e sparse e la perdita di propagazione è ridotta. Pertanto, anche se le impostazioni del sistema di comunicazione sono esattamente le stesse, la portata di copertura effettiva sarà diversa a causa delle differenze nell'ambiente di utilizzo.
Pertanto, quando si scelgono antenne omnidirezionali, direzionali e forme di antenna ad alto o basso guadagno, è necessario prendere in considerazione l'utilizzo di antenne per stazioni base di diversi tipi e specifiche in base alle condizioni specifiche della rete di comunicazione mobile e dell'ambiente applicativo.
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Data di pubblicazione: 25-lug-2025
