天线增益、传输环境与通信距离的关系

1、天线增益、传输环境与通信距离的关系 一个无线通信系统能够实现的通信距离是由组成该系统的各 个设备及通信环境等多种因素决定的。 它们之间的关系可通过下 述通信距离方程表示。 如果通信系统发送设备的发射功率为PT,发射天线增益为 GT工作波长为 入。接收设备接收机的灵敏度为 PR接收天线 增益为GR收、发天线间距离为 R,在可视距离内，在环境无电 磁干扰时，有以下关系： PT(dBm)-PR(dBm)+ GT(dBi)+ GR(dBi)=20log4pr(m)/l(m)+Lc(dB)+ L0(dB) 式中， Lc 是基站发射天线的馈线插损； L0 是传播途中的电波损耗。 在系统设计时， 对最后一项

2、电波传播损耗 L0 要留有足够的余量。 一般经过树林和土木建筑大致需要有1015 dB余量;经过钢筋水 泥楼时需要有 3035 dB 余量。 对于800MH 900ZMHZCDMA口 GSM段，通常认为手机的接收门 限电平约为-104dBm,而实际的接收信号至少应高出l0dB,才能 保证达到要求的信噪比。实际上，为保持良好的通信，往往按接 收功率为 -70 dBm 来计算。设基站有如下参数： 发射功率为PT =20W=43dBm接收功率为PR=-70dBm 馈线的损耗为 2.4dB (约为 60 米的馈线) 手机接收天线增益 GR=1.5dBi; 工作波长 入=33.333cm (相当于频率f

3、0 =900MHz); 上述通信方程将变为 : 43dBm-(-70dBm)+ GT(dBi)+1.5dBi=32dB+ 20logr(m) dB +2.4dB +传播损耗 L0 114.5dB+ GT(dBi) -34.4dB = 20logr(m)+ 传播损耗 L0 80.1dB+ GT(dBi) = 20logr(m)+ 传播损耗 L0 当上式的左侧值大于右边值，即： GT(dBi) 20logr(m)-80.1dB+ 传播损耗 L0 不等式成立时，可 认为能保持系统的良好通信。 如果基站采用全向发射天线，增益为GT=11dBi,收、发天线距 离R=100Om则通信方程进一步变为 11d

4、B 60-80.1dB +传播损耗 L0，即在传播损耗L031.1dB时，在1公里距离内就能保持良好 通信。 在上述同样传播损耗条件下如果发射天线增益GT=17dBi,即提 高6dBi，则通信距离可增加一倍，即r=2公里。其它可依此类 推。但应注意，增益 GT为17dBi的基站天线只能是波束宽度为 30、 65或 90等的扇形波束覆盖，而不能保持全向覆盖了。 另外如果在上述计算中是发射天线增益GT=11dBi保持不变，但 传播环境改变，传播损耗 L0=31.1dB-20dB=11.1dB，则这减小的 20dB传播损耗会使通信距离提高十倍，即r=10公里。而传播损 耗项与周围的电磁环境有关，在城区，高层建筑多而密集，传播 损耗大，在郊区农村，农舍低矮稀疏，传播损耗小。因此即使通 信系统的设置完全相同， 由于使用环境的差别也会使它的有效覆 盖范围不同。 所以在选择全向、 定向天线和高增益或低增益天线形式时， 必须 根据移动通信网络及应用环境的具体情况考虑运用不同类型、 不 同规格的基站天线。 -