무선 통신 시스템이 달성할 수 있는 통신 거리는 시스템을 구성하는 다양한 장치와 통신 환경 등 여러 요인에 의해 결정됩니다. 이러한 요인들 간의 관계는 다음과 같은 통신 거리 방정식으로 표현할 수 있습니다.
통신 시스템의 송신 장치의 송신 전력을 PT, 송신 안테나 이득을 GT, 동작 파장을 λ라고 할 때, 수신 장치의 감도를 PR, 수신 안테나 이득을 GR, 수신 안테나와 송신 안테나 사이의 거리를 R이라고 하고, 가시거리 내 및 전자기 간섭이 없는 환경에서 다음과 같은 관계가 성립한다.
PT(dBm)-PR(dBm)+GT(dBi)+GR(dBi)=20log4pr(m)/l(m)+Lc(dB)+ L0(dB) 이 공식에서 Lc는 기지국 송신 안테나의 급전선 삽입 손실이고, L0는 전파 손실입니다.
시스템을 설계할 때 마지막 항목인 전파 손실 L0에 대해 충분한 여유를 두어야 합니다.
일반적으로 숲이나 일반 건물을 통과할 때는 10~15dB의 여유가 필요하고, 철근 콘크리트 건물을 통과할 때는 30~35dB의 여유가 필요합니다.
800MHz, 900MHz CDMA 및 GSM 주파수 대역에서 휴대전화의 수신 임계 레벨은 일반적으로 약 -104dBm으로 알려져 있으며, 요구되는 신호 대 잡음비를 확보하기 위해서는 실제 수신 신호가 최소 10dB 이상 높아야 합니다. 실제로 원활한 통신을 유지하기 위해 수신 전력은 종종 -70dBm으로 계산됩니다. 기지국의 파라미터가 다음과 같다고 가정합니다.
송신 전력은 PT = 20W = 43dBm이고, 수신 전력은 PR = -70dBm입니다.
급전선 손실은 2.4dB입니다(급전선 길이 약 60m 기준).
휴대폰 수신 안테나 이득 GR = 1.5dBi;
작동 파장 λ = 33.333cm (주파수 f0 = 900MHz에 해당);
위의 통신 방정식은 다음과 같이 됩니다.
43dBm-(-70dBm)+ GT(dBi)+1.5dBi=32dB+ 20logr(m) dB +2.4dB + 전파 손실 L0
114.5dB + GT(dBi) - 34.4dB = 20logr(m) + 전파 손실 L0
80.1dB + GT(dBi) = 20logr(m) + 전파 손실 L0
위 공식의 왼쪽 값이 오른쪽 값보다 클 때, 즉:
GT(dBi) > 20logr(m)-80.1dB+전파손실 L0. 이 부등식이 성립하면 시스템이 양호한 통신을 유지할 수 있다고 볼 수 있습니다.
기지국이 이득 GT=11dBi인 무지향성 송신 안테나를 사용하고 송신 안테나와 수신 안테나 사이의 거리가 R=1000m인 경우, 통신 방정식은 11dB>60-80.1dB+전파손실 L0이 되며, 즉 전파손실 L0<31.1dB일 때 1km 거리 내에서 양호한 통신을 유지할 수 있다.
위와 동일한 전파 손실 조건에서 송신 안테나 이득 GT가 17dBi, 즉 6dBi 증가하면 통신 거리가 두 배, 즉 2km까지 늘어날 수 있습니다. 다른 경우에도 같은 방식으로 계산할 수 있습니다. 다만, 이득 GT가 17dBi인 기지국 안테나는 빔 폭이 30°, 65°, 90° 등 부채꼴 형태의 빔만 제공할 수 있으며, 전방향 커버리지는 불가능하다는 점에 유의해야 합니다.
또한, 위 계산에서 송신 안테나 이득 GT=11dBi가 변하지 않는다고 가정할 때, 전파 환경이 변하면 전파 손실 L0=31.1dB-20dB=11.1dB가 되므로, 20dB 감소된 전파 손실로 인해 통신 거리가 10배, 즉 r=10km까지 증가합니다. 전파 손실은 주변 전자기 환경과 관련이 있습니다. 도심 지역에는 고층 건물이 많아 전파 손실이 크고, 교외 농촌 지역에는 저층 주택이 드문드문 있어 전파 손실이 작습니다. 따라서 통신 시스템 설정이 완전히 동일하더라도 사용 환경의 차이로 인해 실제 통신 가능 범위는 달라집니다.
따라서 무지향성 안테나, 지향성 안테나, 고이득 안테나 또는 저이득 안테나 형태를 선택할 때에는 이동통신 네트워크 및 적용 환경의 구체적인 조건에 따라 다양한 유형과 사양의 기지국 안테나 사용을 고려해야 합니다.
안테나에 대한 자세한 내용을 알아보려면 다음 웹사이트를 방문하세요.
게시 시간: 2025년 7월 25일
