Υπολογισμός απωλειών διάδοσης για κινητή τηλεφωνία 4G/5G και WiFi
Σε κάθε ασύρματη λήψη ή ζεύξη και για οποιαδήποτε συχνότητα, υπάρχουν πάντα οι λεγόμενες απώλειες διάδοσης, οι οποίες είναι ανάλογες της απόστασης των σημείων εκπομπής/λήψης και της συχνότητας που χρησιμοποιείται.
Τα παραπάνω σημαίνουν ότι όσο πιο μεγάλη είναι η απόσταση πομπού/δέκτη σε μία ζεύξη, τόσο μεγαλύτερες θα είναι οι απώλειες διάδοσης του σήματος, ενώ το ίδιο ισχύει και όσο αυξάνει η συχνότητα.
Στις περισσότερες περιπτώσεις, είναι καλό να γνωρίζουμε τις απώλειες που αναμένονται, προκειμένου να σχεδιάσουμε σωστά το σύστημα λήψης, σχετικά με την επιλογή κεραίας και των χαρακτηριστικών της.
Προς διευκόλυνση όσων θέλουν να κάνουν ένα γρήγορο υπολογισμό, έχουμε φτιάξει ένα αρχείο Excel, το οποίο υπολογίζει τόσο την απώλεια διάδοσης βάσει του τύπου που παραθέτουμε παρακάτω, όσο και την τελική ισχύ σε dbm στην είσοδο του modem, βάσει της ισχύος εκπομπής, της απολαβής των δύο κεραιοσυστημάτων και των απωλειών των καλωδίων – στοιχεία που εισάγουμε εμείς στα αντίστοιχα κελιά.
Το αρχείο το κατεβάζετε από το σύνδεσμο “Υπολογισμός απωλειών διάδοσης και στάθμης σε dbm”. Αλλάξτε οποιαδήποτε τιμή στα πράσινα κελιά για να δείτε τις τελικές τιμές.
ΜΗΝ γράφετε τίποτα στο κόκκινο και στο μπλε κελί.
Πριν τη χρήση αποσυμπιέστε το αρχείο.
Είχαμε χρησιμοποιήσει το συγκεκριμένο αρχείο στο πρόσφατο webinar με θέμα "την αξιοποίηση της λήψης 4G/5G data σε δύσκολες περιοχές", για τα παραδείγματα της παρουσίασης.
Πολλοί συνάδελφοι το θεώρησαν χρήσιμο και μας ζήτησαν να το σηκώσουμε στην ιστοσελίδα μας, ώστε να μπορούν να το αξιοποιήσουν και αυτοί.
Αυτός είναι ο κύριος λόγος για τον οποίο γράφτηκε αυτό το άρθρο, το οποίο περιλαμβάνει μερικά ακόμα στοιχεία και ελπίζουμε ότι όντως θα φανεί χρήσιμο σε όσους συναδέλφους ασχολούνται με θεματα ζεύξεων και διάδοσης, στις υψηλές συχνότητες.
Στο αρχείο εφαρμόζεται ο παρακάτω μαθηματικός τύπος υπολογισμού των απωλειών διάδοσης ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων στον αέρα, για τις περιπτώσεις οπτικής επαφής κεραιών εκπομπής/λήψης:
Lbo = 82 + 20 x log10 (d/λ)
όπου d η απόσταση σε χιλιόμετρα (Km) και λ το μήκος κύματος σε μέτρα.
Αν γνωρίζουμε μόνο την συχνότητα της ζεύξης, για να έχουμε την ακριβή τιμή του μήκους κύματος λ, υπενθυμίζουμε ότι: λ = c/f όπου c η ταχύτητα φωτός σε m/sec και f η συχνότητα σε Hz.
Προκειμένου να υπολογίσουμε την ισχύ του σήματος στην είσοδο του δέκτη ή του modem, θα πρέπει να γνωρίσουμε και τα υπόλοιπα επιμέρους στοιχεία, δηλαδή:
Στάθμη εξόδου
Απολαβή κεραίας εκπομπής
Απώλεια καλωδίου εκπομπής
Απολαβή κεραίας λήψης
Απώλεια καλωδίου λήψης
Να αναφέρουμε ότι ο όρος dbm σημαίνει decibel-milliwatts και είναι μονάδα στάθμης ισχύος σε λογαριθμική κλίμακα decibel (dB) - 0 dbm αντιστοιχεί σε ένα milliwatt (mW).
Προκειμένου να μετατρέψουμε τα mW σε dBm, εφαρμόζουμε τον τύπο: P(dBm) = 10 x log10( P(mW) / 1mW)
Το εν λόγω αρχείο, μπορεί να χρησιμοποιηθεί γiα ζεύξεις WiFi και για ζεύξεις κυψέλης/router στην κινητή τηλεφωνία, ενώ αν μιλάμε για εξωτερικά routers με ενσωματωμένο σύστημα ακτινοβολίας (omni ή κατευθυντικές κεραίες ή κάτοπτρα), οι απώλειες καλωδίων είναι μηδενικές.
Φυσικά αν χρησιμοποιούμε εξωτερικές κεραίες, οι απώλειες των καλωδίων είναι υπαρκτές και πολύ σημαντικές σε συχνότητες πάνω από 2 GHz.
Θα πρέπει επίσης να αναφέρουμε ότι τα εξωτερικά routers ή οι εξωτερικές κεραίες έχουν ΜΟΝΟ την απώλεια διάδοσης στον αέρα και δίνουν τα αποτελέσματα που φαίνονται στον πίνακα.
Αντίθετα, τα εσωτερικά routers έχουν ανεκτές απώλειες για τις χαμηλές συχνότητες του LTE (700 & 800 MHz) στις περιπτώσεις όπου η ζεύξη πρέπει να περάσει μέσα από υλικά εμπόδια (τοίχους, μπετά, σίδερα κλπ), όμως στις ψηλότερες συχνότητες και ιδιαίτερα πάνω από 2 GHz οι απώλειες είναι πάρα πολύ μεγάλες, έως τεράστιες στις συχνότητες των 4, 5 ή 6 GHz.
Λαμβάνοντας υπόψη μας ότι οι ταχύτητες που επιτυγχάνονται εξαρτώνται σημαντικά και από τις τεχνολογίες MIMO (2x2 ή 4x4) και Band Aggregation που χρησιμοποιούν οι σύγχρονες συσκευές, αλλά και από το εύρος της κάθε μπάντας (10 - 20 MHz στις χαμηλές συχνότητες και 20 - 100 MHz στις υψηλές συχνότητες), καταλαβαίνουμε γιατί αν δεν αξιοποιήσουμε στη ζεύξη μας ΚΑΙ τις υψηλές συχνότητες, δεν μπορούμε να επιτύχουμε αξιοπρεπείς ταχύτητες.
Όλα τα παραπάνω εξηγούν με απλά λόγια, γιατί οι ταχύτητες που επιτυγχάνονται στα εσωτερικά 4G/5G routers όταν έχουν μόνο τις ενσωματωμένες κεραίες τους, είναι πολύ χαμηλότερες από αυτές των εξωτερικών routers.