Потери на пути

Потери на пути или Затухание на пути - это уменьшение плотность мощности (затухание ) электромагнитной волны при ее распространении в пространстве. Потери на трассе - главный компонент в анализе и проектировании бюджета канала телекоммуникационной системы.

Этот термин обычно используется в беспроводной связи и сигнале распространении. Потери на трассе могут быть вызваны многими эффектами, такими как потеря свободного пространства, рефракция, дифракция, отражение, апертура -среда потери связи и поглощение. На потери на трассе также влияют рельеф местности, окружающая среда (городская или сельская, растительность и листва), среда распространения (сухой или влажный воздух), расстояние между передатчиком и приемником, а также высота и расположение антенн.

• 1 Причины
• 2 Показатель потерь
• 3 Формула радиоинженера
• 4 Прогноз
• 5 Примеры
• 6 См. Также
• 7 Ссылки
• 8 Внешние ссылки

Потери на трассе обычно включают потери при распространении, вызванные естественным расширением фронта радиоволн в свободном пространстве (который обычно принимает форму постоянно увеличивающейся сферы), потери на поглощение (иногда называемые потерями на проникновение), когда сигнал проходит через среду, непрозрачную для электромагнитных волн, дифракционные потери, когда часть фронта радиоволны перекрывается непрозрачным препятствием, и потери, вызванные другие явления.

Сигнал, излучаемый передатчиком, также может проходить к приемнику по множеству различных путей одновременно; этот эффект называется многолучевость. Волны многолучевого распространения объединяются в антенне приемника, в результате чего принимаемый сигнал может широко варьироваться в зависимости от распределения интенсивности и относительного времени распространения волн и ширины полосы передаваемого сигнала. Полная мощность мешающих волн в сценарии замирания Рэлея быстро меняется в зависимости от пространства (что известно как мелкомасштабное замирание ). Мелкомасштабное замирание относится к быстрым изменениям амплитуды радиосигнала за короткий промежуток времени или расстояние перемещения.

При изучении беспроводной связи потери на тракте могут быть представлены показателем потерь на тракте, значение которого обычно находится в диапазоне от 2 до 4 (где 2 для распространения в свободное пространство, 4 предназначено для сред с относительно потерями и для случая полного зеркального отражения от поверхности земли - так называемая модель плоской земли ). В некоторых средах, таких как здания, стадионы и другие внутренние помещения, показатель потерь на трассе может достигать значений в диапазоне от 4 до 6. С другой стороны, туннель может действовать как волновод, что приводит к показатель потерь на трассе меньше 2.

Потери на трассе обычно выражаются в дБ. В простейшей форме потери на пути следования можно рассчитать по формуле

$L\; =\; 10\; n\; log\; 10\; \; (d)\; +\; C\; \{\backslash \; displaystyle\; L\; =\; 10n\; \backslash \; log\; \_\; \{10\}\; (d)\; +\; C\}$

где $L\; \{\backslash \; displaystyle\; L\}$- потери на трассе в децибелах, $n\; \{\backslash \; displaystyle\; n\}$- показатель степени потерь на трассе, $d\; \{\backslash \; displaystyle\; d\}$- расстояние между передатчиком и приемником, обычно измеряемое в метрах, а $C\; \{\backslash \; displaystyle\; C\}$- константа, которая учитывает системные потери.

Радиоинженеры и антенные инженеры используют следующую упрощенную формулу (полученную из формулы передачи Фрииса ) для потерь на пути сигнала между точками питания двух изотропные антенны в свободном пространстве:

Потери на трассе в dB :

$L\; =\; 20\; log\; 10\; \; (4\; \pi \; d\; \lambda )\; \{\backslash \; displaystyle\; L\; =\; 20\; \backslash \; log\; \_\; \{10\}\; \backslash \; left\; (\; \{\backslash \; frac\; \{4\; \backslash \; pi\; d\}\; \{\backslash \; lambda\}\}\; \backslash \; right)\}$

где $L\; \{\backslash \; displaystyle\; L\}$- потери на трассе в децибелах, $\lambda \; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; lambda\}$- длина волны, а $d\; \{\backslash \; displaystyle\; d\}$- расстояние передатчик-приемник в тех же единицах, что и длина волны. Обратите внимание, что плотность мощности в пространстве не зависит от $\lambda \; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; lambda\}$; Переменная $\lambda \; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; lambda\}$существует в формуле для учета эффективной площади захвата изотропной приемной антенны.

Расчет потерь на трассе обычно называется прогнозированием. Точный прогноз возможен только для более простых случаев, таких как вышеупомянутое распространение в свободном пространстве или модель плоской Земли. Для практических случаев потери на трассе рассчитываются с использованием различных приближений.

Статистические методы (также называемые стохастическими или эмпирическими) основаны на измеренных и усредненных потерях в типичных классах радиолинией. Среди наиболее часто используемых таких методов - Окумура – ​​Хата, модель COST Hata и т. Д. Они также известны как модели распространения радиоволн и обычно используются при проектировании сотовые сети и наземные мобильные сети общего пользования (PLMN). Для беспроводной связи в диапазоне частот очень высоких (VHF) и сверхвысоких частот (UHF) (диапазоны, используемые рациями, полицией, такси и сотовыми телефонами), один из наиболее часто используемых методов - метод Окумуры – Хаты, уточненный в проекте COST 231. Другие известные модели - это модели Walfisch – Ikegami и Erceg. Для FM-радио и телевещания потери на трассе чаще всего прогнозируются с использованием модели ITU, как описано в (следующей) рекомендации.

Также используются детерминированные методы, основанные на физических законах распространения волн; трассировка лучей - один из таких методов. Ожидается, что эти методы позволят производить более точные и надежные прогнозы потерь на трассе, чем эмпирические методы; однако они значительно дороже вычислительных затрат и зависят от подробного и точного описания всех объектов в пространстве распространения, таких как здания, крыши, окна, двери и стены. По этим причинам они используются преимущественно для коротких трасс распространения. Среди наиболее часто используемых методов при проектировании радиооборудования, такого как антенны и фидеры, является метод конечных разностей во временной области.

Потери на трассе в других полосах частот (средние волны (MW), коротковолновое (SW или HF), микроволновое (SHF)) прогнозируется с помощью аналогичных методов, хотя конкретные алгоритмы и формулы могут сильно отличаться от алгоритмов для VHF / UHF. Надежное прогнозирование потерь на трассе в диапазоне SW / HF особенно сложно, а его точность сопоставима с прогнозами погоды.

Простые приближения для расчета потерь на трассе на расстояниях, значительно меньших, чем расстояние до радиогоризонта :

• В свободном пространстве потери на трассе увеличиваются на 20 дБ на декаду (одна декада - это когда расстояние между передатчиком и приемником увеличивается в десять раз) или 6 дБ на октаву (одна октава - это когда расстояние между передатчиком и ресивер дублируется). Это можно использовать в качестве очень грубого приближения первого порядка для (микроволновых) линий связи;
• для сигналов в диапазоне УВЧ / ОВЧ, распространяющихся над поверхностью Земли, потери на трассе увеличиваются примерно на 35-40 дБ. на декаду (10–12 дБ на октаву). Это можно использовать в сотовых сетях в качестве первого предположения.

В сотовых сетях, таких как UMTS и GSM, которые работают в диапазоне УВЧ, значение потерь на трассе в населенных пунктах может достигать 110–140 дБ для первого километра линии связи между базовой приемопередающей станцией (BTS) и мобильным устройством. Потери на трассе для первых десяти километров могут составлять 150–190 дБ (Примечание: эти значения являются очень приблизительными и приведены здесь только для иллюстрации диапазона, в котором числа, используемые для выражения значений потерь на трассе, могут в конечном итоге быть, это не окончательные или обязательные цифры - потери на трассе могут сильно отличаться для одного и того же расстояния на двух разных трассах и могут отличаться даже на одной и той же трассе, если измерены в разное время.)

В среде радиоволн для мобильные службы антенна мобильной связи находится близко к земле. Модели распространения в прямой видимости (LOS) сильно модифицированы. Путь сигнала от антенны BTS, обычно возвышающейся над крышами, преломляется вниз в местную физическую среду (холмы, деревья, дома), и сигнал LOS редко достигает антенны. Окружающая среда будет производить несколько отклонений прямого сигнала на антенну, где обычно 2–5 отклоненных компонент сигнала будут добавляться векторно.

Эти процессы преломления и отклонения вызывают потерю мощности сигнала, которая изменяется при движении мобильной антенны (замирание Рэлея), вызывая мгновенные изменения до 20 дБ. Поэтому сеть предназначена для обеспечения превышения мощности сигнала по сравнению с LOS на 8–25 дБ в зависимости от характера физической среды и еще 10 дБ для преодоления замирания из-за движения.

• Воздушная масса (астрономия)
• Модель распространения радиоволн
• Модель потерь на трассе на логарифмическом расстоянии
• Двухлучевая модель отражения от земли
• Расчет ослабления радиоволн в атмосфера

• В эту статью включены материалы, являющиеся общественным достоянием из документа Управления общих служб : «Федеральный стандарт 1037C».(в поддержку из MIL-STD-188 )

• «Методы прогнозирования потерь на трассе».