무선 통신 시스템이 도달할 수 있는 통신 거리는 시스템을 구성하는 다양한 장치와 통신 환경 등 다양한 요인에 의해 결정됩니다. 이들 간의 관계는 다음과 같은 통신 거리 방정식으로 표현될 수 있습니다.
통신 시스템 송신 장치의 송신 전력을 PT, 송신 안테나 이득을 GT, 동작 파장을 λ라고 할 때, 수신 장치 수신기의 감도를 PR, 수신 안테나 이득을 GR, 수신 안테나와 송신 안테나 사이의 거리를 R이라고 할 때, 가시거리 내, 전자기 간섭이 없는 환경에서 다음 관계가 성립합니다.
PT(dBm)-PR(dBm)+GT(dBi)+GR(dBi)=20log4pr(m)/l(m)+Lc(dB)+ L0(dB) 식에서 Lc는 기지국 송신 안테나의 피더 삽입 손실이고, L0는 전파 중 전파 손실이다.
시스템을 설계할 때 마지막 항목인 전파 전파 손실 L0에 대해 충분한 여유를 두어야 합니다.
일반적으로 숲이나 공공건물을 통과할 때는 10~15dB의 여유가 필요하고, 철근콘크리트 건물을 통과할 때는 30~35dB의 여유가 필요합니다.
800MH, 900ZMHz CDMA 및 GSM 주파수 대역의 경우, 일반적으로 휴대폰의 수신 임계값은 약 -104dBm이며, 필요한 신호대잡음비를 보장하려면 실제 수신 신호가 최소 10dB 이상 높아야 한다고 알려져 있습니다. 실제로 양호한 통신 상태를 유지하기 위해 수신 전력은 종종 -70dBm으로 계산됩니다. 기지국의 매개변수는 다음과 같다고 가정합니다.
송신 전력은 PT = 20W = 43dBm이고, 수신 전력은 PR = -70dBm입니다.
피더 손실은 2.4dB(약 60m 피더)
휴대폰 수신 안테나 이득 GR = 1.5dBi;
작동 파장 λ = 33.333cm(주파수 f0 = 900MHz와 동일)
위의 통신 방정식은 다음과 같습니다.
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 큰 경우, 즉:
GT(dBi) > 20logr(m) - 80.1dB + 전파 손실 L0. 이 부등식이 성립하면 시스템은 양호한 통신을 유지할 수 있다고 볼 수 있습니다.
기지국이 이득 GT=11dBi의 전방향성 송신 안테나를 사용하고, 송수신 안테나 사이의 거리가 R=1000m일 경우, 통신 방정식은 11dB>60-80.1dB+전파손실 L0가 됩니다. 즉, 전파손실 L0<31.1dB일 때 1km 이내에서 양호한 통신을 유지할 수 있습니다.
위와 동일한 전파 손실 조건에서 송신 안테나 이득 GT = 17dBi, 즉 6dBi 증가하면 통신 거리는 두 배, 즉 r = 2km가 됩니다. 다른 조건들도 같은 방식으로 추론할 수 있습니다. 단, 이득 GT가 17dBi인 기지국 안테나는 빔 폭이 30°, 65°, 90° 등 부채꼴 모양의 빔 커버리지만 가능하며, 전방향 커버리지를 유지할 수 없다는 점에 유의해야 합니다.
또한, 위 계산에서 송신 안테나 이득 GT=11dBi가 변하지 않고 전파 환경이 변할 경우, 전파 손실 L0=31.1dB - 20dB=11.1dB가 되므로, 20dB의 전파 손실 감소는 통신 거리를 10배, 즉 r=10km 증가시킵니다. 전파 손실 항은 주변 전자파 환경과 관련이 있습니다. 도시 지역에는 고층 빌딩이 많아 전파 손실이 큽니다. 교외 농촌 지역에는 농가가 낮고 희박하여 전파 손실이 적습니다. 따라서 통신 시스템 설정이 정확히 동일하더라도 사용 환경의 차이로 인해 유효 커버리지 범위가 달라집니다.
따라서 전방향성 안테나, 지향성 안테나, 고이득 또는 저이득 안테나 형태를 선택할 때, 이동통신망의 구체적인 조건과 응용환경에 맞춰 다양한 종류와 사양의 기지국 안테나를 사용하는 것을 고려해야 합니다.
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게시 시간: 2025년 7월 25일
