Langattoman viestintäjärjestelmän saavuttama tiedonsiirtoetäisyys määräytyy useiden tekijöiden, kuten järjestelmän muodostavien laitteiden ja tiedonsiirtoympäristön, perusteella. Niiden välinen suhde voidaan ilmaista seuraavalla tiedonsiirtoetäisyysyhtälöllä.
Jos tietoliikennejärjestelmän lähettävä laite on teholtaan PT, lähetysantennin vahvistus on GT ja toiminta-aallonpituus on λ. Vastaanottavan laitteen vastaanottimen herkkyys on PR, vastaanottoantennin vahvistus on GR ja vastaanotto- ja lähetysantennien välinen etäisyys on R, näköetäisyyden sisällä ja ympäristössä, jossa ei ole sähkömagneettisia häiriöitä, on olemassa seuraava suhde:
PT(dBm)-PR(dBm)+GT(dBi)+GR(dBi)=20log4pr(m)/l(m)+Lc(dB)+L0(dB). Kaavassa Lc on tukiaseman lähetysantennin syöttösignaalin väliinkytkentävaimennus ja L0 on radioaaltojen häviö etenemisen aikana.
Järjestelmää suunniteltaessa tulee jättää riittävä vara viimeiselle kohdalle, radioaaltojen etenemisvaimennukselle L0.
Yleensä metsien ja siviilirakennusten läpi kuljettaessa tarvitaan 10–15 dB:n marginaali; teräsbetonirakennusten läpi kuljettaessa 30–35 dB:n marginaali.
800MHz, 900ZMHz CDMA- ja GSM-taajuusalueilla matkapuhelinten vastaanottokynnyksen uskotaan yleisesti olevan noin -104 dBm, ja todellisen vastaanotetun signaalin tulisi olla vähintään 10 dB korkeampi vaaditun signaali-kohinasuhteen varmistamiseksi. Itse asiassa hyvän tiedonsiirron ylläpitämiseksi vastaanotettu teho lasketaan usein -70 dBm:ksi. Oletetaan, että tukiasemalla on seuraavat parametrit:
Lähetysteho on PT = 20 W = 43 dBm; vastaanottoteho on PR = -70 dBm.
Syöttölaitteen häviö on 2,4 dB (noin 60 m syöttölaitteella)
Matkapuhelimen vastaanottoantennin vahvistus GR = 1,5 dBi;
Työskentelyaallonpituus λ = 33,333 cm (vastaa taajuutta f0 = 900 MHz);
Yllä olevasta viestintäyhtälöstä tulee:
43dBm-(-70dBm) + GT(dBi) + 1,5dBi = 32dB + 20logr(m) dB + 2,4dB + etenemisvaimennus L0
114,5 dB + GT(dBi) -34,4 dB = 20 logr(m) + etenemisvaimennus L0
80,1 dB + GT(dBi) = 20 logr(m) + etenemisvaimennus L0
Kun yllä olevan kaavan vasemmalla puolella oleva arvo on suurempi kuin oikealla puolella oleva arvo, eli:
GT(dBi) > 20logr(m) - 80,1 dB + etenemisvaimennus L0. Kun epäyhtälö pätee, voidaan olettaa, että järjestelmä pystyy ylläpitämään hyvää kommunikaatiota.
Jos tukiasema käyttää monisuuntaista lähetysantennia, jonka vahvistus on GT = 11 dBi, ja lähetys- ja vastaanottoantennien välinen etäisyys on R = 1000 m, tiedonsiirtoyhtälöksi tulee edelleen 11 dB > 60–80,1 dB + etenemisvaimennus L0. Eli kun etenemisvaimennus L0 < 31,1 dB, hyvä tiedonsiirto voidaan ylläpitää 1 km:n etäisyydellä.
Samoissa etenemishäviöolosuhteissa kuin yllä, jos lähetysantennin vahvistus GT = 17 dBi eli 6 dBi:n kasvu, tiedonsiirtoetäisyys voidaan kaksinkertaistaa eli r = 2 kilometriä. Muut voidaan päätellä samalla tavalla. On kuitenkin huomattava, että tukiaseman antenni, jonka vahvistus GT on 17 dBi, voi kattaa vain viuhkamaisen säteen leveydellä 30°, 65° tai 90°, eikä se voi ylläpitää monisuuntaista peittoa.
Lisäksi, jos lähetysantennin vahvistus GT = 11 dBi pysyy muuttumattomana yllä olevassa laskelmassa, mutta etenemisympäristö muuttuu, etenemishäviö L0 = 31,1 dB - 20 dB = 11,1 dB, niin pienentynyt 20 dB:n etenemishäviö kasvattaa tiedonsiirtomatkaa kymmenkertaisesti, eli r = 10 kilometriä. Etenemishäviön termi liittyy ympäröivään sähkömagneettiseen ympäristöön. Kaupunkialueilla on paljon korkeita rakennuksia ja etenemishäviö on suuri. Esikaupunkialueilla maalaistalot ovat matalia ja harvaan asuttuja, ja etenemishäviö on pieni. Siksi, vaikka tiedonsiirtojärjestelmän asetukset olisivat täsmälleen samat, tehokas peittoalue on erilainen käyttöympäristön erojen vuoksi.
Siksi valittaessa monisuuntaisia, suuntaavia antenneja ja suuren tai pienen vahvistuksen omaavia antennimuotoja on tarpeen harkita erityyppisten ja -spesifikaatioiden tukiasema-antennien käyttöä matkaviestinverkon ja sovellusympäristön erityisolosuhteiden mukaan.
Lisätietoja antenneista saat osoitteesta:
Julkaisuaika: 25.7.2025
