5.3. Енергетичні співвідношення в радіоканалі

Всі недоліки радіоканалу пов’язані з особливістю поширення радіохвиль та негативним впливом на радіосигнал оточуючого середовища. На рис.5.7 приведено лише деякі основні фактори впливу оточуючого середовища, що приводять до спотворення прийнятого сигналу порівняно з переданим.

Метою аналізу поширення радіохвиль являється розрахунок дальності радіозв’язку та визначення реальних характеристик прийнятого сигналу. Потужність прийнятого сигналу визначається в основному на значній відстані від передаючої станції в так званій дальній зоні (зоні Фраунгофера d ), яка визначається наступним чином [2]:

(5.6)

де L- максимальний лінійний розмір антени

Рис.5.7. Фактори впливу оточуючого середовища

Розрізняють декілька випадків (рис.5.8) визначення середнього рівня потужності P_r прийнятого сигналу

Рис.5.8. Випадки визначення середнього рівня

Навіть в такому ідеальному випадку потужність сигналу, прийнятого приймальною антеною, менша за потужність передавальної антени, що залежить від втрат L_s у вільному просторі:

(5.7)

де P_m, P_r – потужність на виході передавача та на вході приймача відповідно.

Використовуючи поняття дальної зони часто потужність прийнятого сигналу на віддалі d від передаючої антени визначають через опорну потужність Р_r(d_o) на деякій стандартній віддалі d_o, причому віддаль d_o повинна знаходитись в дальній зоні:

d ≥ d_r (5.8)

де

На практиці для частотного діапазону 1-2 ГГц опорна віддаль d_o примається рівною 1м для антен, що використовуються всередині приміщень (наприклад, для безшнурової телефонії) та від 100 - 1000м для зовнішніх антен.

Як вказувалось вище, дециметрові радіохвилі незначно огинають перешкоди, тобто поширюються в основному по прямій лінії, але зазнають багаточисленних відбивань від оточуючих об’єктів та підстилаючої поверхні.

Наслідки такого батопроменевого поширеня проявляютьсяв наступному:

• затухання являється більш швидким, порівняно з залежністю (6.8);

• виникають швидкі та повільні завмирання результуючого сигналу;

• спотворення результуючого сигналу (або міжсимвольна інтерференція).

Слід очікувати, що навіть в умовах багатопроменевого поширення хвиль з збільшенням віддалі від базової станції середня потужність сигналу наведеного в приймальній антені, зменшується згідно залежності (5.8). Але, як показано далі, затухання являється більш швидким.

Розглянемо, для простоти, двопроменеву модель поширення радіохвиль (рис.5.9), яка дозволяє визначити зміну сигналу в результаті додавання двох променів (прямого та відбитого від землі). Така модель адекватно відтворює процес поширення сигналу в районах з невеликою кількістю відбивань, наприклад шосейних доріг.

Рис.5.9. Двопроменеве поширення радіохвиль

На рис.5.9 прийнято, що віддаль між антенами d набагато перевищує висоти h₁, h₂ кожної з антен. Припустимо, що переданий сигнал поширюється до приймача двома шляхами:

• прямим, вздовж лінії прямої видимості;

• з одним відбиванням від землі, причому з відбиттям без втрат.

Тоді потужність сигналу в приймачі визначається наступним чином:

(5.9)

Довжини обох шляхів становлять:

d2 = _. (5.10)

Якщо прийняти що віддаль між антенами значно більша за їх висоту то різниця віддалей d₁ та d₂ буде незначною. Після розкладання в ряд Тейлора отримаємо приблизні значення віддалей d₁, d₂ та різниці між ними:

(5.11)

Різниця фаз обох сигналів в точці приймання буде становити:

(5.12)

Прийнявши в виразі (6.12) для амплітуди d₁≈ d₂≈ d отримаємо значення потужності прийнятого сигналу для великої віддалі d (d >>h₁, d >>h₂):

(5.13)

Враховуючи, що для малих кутів отримаємо значення прийнятої потужності для великих значень віддалі d:

(5.14)

Залежність (5.14) показує, що наявність другого шляху поширення, крім напряму прямої видимості, приводить до значного зменшеня потужності прийнятого сигналу, яка обернено пропорціональна четвертій степені віддалі.

Двопроменеве поширення – це виключно теоретичний випадок, який дозволяє краще зрозуміти вплив багатопроменевого поширення на властивості каналу передачі даних. В реальних умовах кількість шляхів багато більша та залежить від оточуючого середовища. В цьому випадку швидкість затухання сигналу з віддалю може ще більше зростати та визначається наступним чином [1]:

d ≥ d =2…6 (5.15)

Коефіцієнт затухання радіохвиль =2…6 визначає величину втрат в міських умовах. На величину впливає густина міської забудови, переважаючий тип будинків (бетон, цегла, дерево), характеру ландшафту (земля, вода, ліс). Значення для різних типів оточуючого середовища приведено в табл.5.1.

Таблиця 5.1.

Значення для різних типів оточуючого середовища

Тип середовище	Значення коефіцієнта γ
Вільний простір Мобільний радіозв’язок в городській місцевості Затемнений мобільний радіозв’язок в городській місцевості В приміщенні на лінії прямої видимості В приміщенні з перешкодами на лінії розповсюдження радіосигналу На підприємствах з перешкодами на лінії розповсюдження радіосигналу	2 2,7-3,5 3-5 1,6-1,8 4-6 2-3