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Perte de chemin de signal radio

Perte de chemin de signal radio

La perte de trajet radio est un facteur clé dans la conception de tout système de communication radio ou système de communication sans fil.

Il est un fait que tout signal radio subira une atténuation lorsqu'il se déplacera de l'émetteur au récepteur. Une variété de phénomènes différents donnent lieu à cette perte de trajet radio.

Comprendre les causes de la perte de chemin radio permet à tout système d'être conçu pour fonctionner au mieux malgré les divers problèmes qui l'affectent.

Comment la perte de chemin radio affecte-t-elle les systèmes

La perte de trajet du signal radio déterminera de nombreux éléments du système de radiocommunications ou du système de communication sans fil, en particulier la puissance de l'émetteur, et les antennes, en particulier leur gain, leur hauteur et leur emplacement général. Cela est vrai quelle que soit la fréquence utilisée.

Pour pouvoir planifier le système, il est nécessaire de comprendre les raisons de la perte de chemin radio et de pouvoir déterminer les niveaux de perte de signal pour un chemin radio donné.

L'affaiblissement du trajet radioélectrique peut souvent être déterminé mathématiquement et ces calculs sont souvent effectués lors de la préparation des activités de couverture ou de conception du système. Celles-ci dépendent de la connaissance des propriétés de propagation du signal.

En conséquence, les calculs de perte de trajet radio sont utilisés dans de nombreux outils de levés radio et sans fil pour déterminer la force du signal à divers emplacements. Ces outils d'enquête sans fil sont de plus en plus utilisés pour aider à déterminer la puissance des signaux radio avant d'installer l'équipement. Pour les opérateurs cellulaires, les enquêtes de couverture radio sont importantes car l'investissement dans une station de base macrocellulaire est élevé. En outre, les outils d'enquête sans fil fournissent un service très précieux pour des applications telles que l'installation de systèmes LAN sans fil dans de grands bureaux et d'autres centres car ils permettent de résoudre les problèmes avant l'installation, ce qui permet de réduire considérablement les coûts. En conséquence, une importance croissante est accordée aux outils et logiciels d'enquête sans fil.

Notions de base sur la perte de chemin radio

La perte de trajet du signal est essentiellement la réduction de la densité de puissance d'une onde ou d'un signal électromagnétique lorsqu'elle se propage à travers l'environnement dans lequel elle se déplace. Cela affecte tous les systèmes de communication radio, de diffusion et de communication sans fil

Il y a plusieurs raisons à la perte de chemin radio qui peut se produire:

  • Perte d'espace libre: La perte d'espace libre se produit lorsque le signal se déplace dans l'espace sans aucun autre effet atténuant le signal, il diminuera encore au fur et à mesure qu'il s'étale. Cela peut être considéré comme le signal de radiocommunications qui se répand comme une sphère toujours croissante. Comme le signal doit couvrir une zone plus large, la conservation de l'énergie nous indique que l'énergie dans une zone donnée diminuera à mesure que la zone couverte deviendra plus grande.
  • Diffraction: la perte du chemin du signal radio due à la diffraction se produit lorsqu'un objet apparaît sur le chemin. Le signal peut se diffracter autour de l'objet, mais des pertes se produisent. La perte est d'autant plus élevée que l'objet est arrondi. Les signaux radio ont tendance à mieux se diffracter autour des bords nets, c'est-à-dire des bords nets par rapport à la longueur d'onde.
  • Multipath: Dans un environnement terrestre réel, les signaux seront réfléchis et atteindront le récepteur via un certain nombre de chemins différents. Ces signaux peuvent s'additionner ou se soustraire les uns des autres en fonction des phases relatives des signaux. Si le récepteur est déplacé, le scénario changera et le signal reçu global variera selon la position. Les récepteurs mobiles (par exemple, les téléphones de télécommunications cellulaires) seront soumis à cet effet connu sous le nom d'évanouissement de Rayleigh.
  • Pertes d'absorption: Des pertes d'absorption se produisent si le signal radio passe dans un milieu qui n'est pas totalement transparent aux signaux radio. Il existe de nombreuses raisons à cela, notamment:
    • Bâtiments, murs, etc.: Lorsque les signaux radio traversent des matériaux denses tels que les murs, les bâtiments ou même les meubles à l'intérieur d'un bâtiment, ils subissent une atténuation. Il est particulièrement applicable aux communications cellulaires - dans les bâtiments, les maisons, etc., les signaux sont considérablement réduits. L'atténuation du signal radio est plus prononcée pour les bandes mobiles à plus haute fréquence. 2,2 GHz au lieu de 800/900 MHz.
    • Humidité atmosphérique: Aux fréquences hyperfréquences élevées, la perte du trajet radioélectrique augmente en raison des précipitations ou même de l'humidité de l'air. La perte de trajet du signal radio peut varier en fonction des conditions météorologiques. Cependant, cela n'a généralement qu'un effet notable plus loin dans la région des micro-ondes.
    • Végétation: En forêt dense, on constate que les signaux, même à des fréquences plus basses, sont considérablement réduits. Cela montre que la végétation peut introduire des niveaux considérables de perte de chemin radio. Les arbres et le feuillage peuvent atténuer les signaux radio, en particulier lorsqu'ils sont mouillés.
  • Terrain: Le terrain sur lequel les signaux voyagent aura un effet significatif sur le signal. Il est évident que les collines qui obstruent le chemin atténueront considérablement le signal, rendant souvent la réception impossible. De plus, aux basses fréquences, la composition de la terre aura un effet marqué. Par exemple sur la bande Long Wave, on constate que les signaux voyagent mieux sur un terrain plus conducteur, par ex. voies maritimes ou sur des zones marécageuses ou humides. Un terrain sablonneux sec donne des niveaux d'atténuation plus élevés.
  • Atmosphère: L'atmosphère peut affecter les trajets des signaux radio.
    • Ionosphère: À des fréquences plus basses, en particulier en dessous de 30 à 50 MHz, l'ionosphère a un effet significatif en les réfléchissant (ou plus correctement en les réfractant) vers la Terre. Cependant, lors du passage à travers certaines régions, en particulier la région D et dans une moindre mesure la région E, les signaux peuvent subir une atténuation plutôt qu'une réflexion / réfraction. Cela peut entraîner une perte de chemin radio importante.
    • Troposphère: Aux fréquences supérieures à 50 MHz et plus, la troposphère a un effet majeur, réfractant les signaux vers la Terre en raison du changement de l'indice de réfraction. Pour la diffusion UHF, cela peut étendre la couverture à environ un tiers au-delà de l'horizon. La réfraction peut parfois signifier qu'un signal qui atteindrait normalement une certaine zone peut en être réfracté.

Ces raisons représentent certains des principaux éléments provoquant une perte de chemin de signal pour tout système radio.

Prédire la perte de chemin radio

L'une des principales raisons pour comprendre les divers éléments affectant la perte de chemin de signal radio est de pouvoir prédire la perte pour un chemin donné, ou de prédire la couverture qui peut être obtenue pour une station de base, une station de diffusion, etc.

Bien que la prévision ou l'évaluation puisse être assez précise pour les scénarios d'espace libre, pour les applications terrestres réelles, ce n'est pas facile car il y a de nombreux facteurs à prendre en considération, et il n'est pas toujours possible d'obtenir des évaluations précises des effets qu'ils auront.

Malgré cela, il existe des outils d'enquête sans fil et des logiciels de prévision de la couverture radio qui sont disponibles pour prédire la perte de trajet radio et estimer la couverture. Diverses méthodes sont utilisées pour entreprendre cette tâche.

La perte sur le trajet de l'espace libre varie en force comme une loi carrée inverse, c'est-à-dire 1 / (plage)2ou 20 dB par décade d'augmentation de la portée. Ce calcul est très simple à mettre en œuvre, mais les calculs terrestres réels de la perte sur le trajet du signal sont beaucoup plus compliqués. Pour montrer comment une situation réelle peut modifier les calculs, les opérateurs de téléphonie mobile peuvent souvent modifier la loi quadratique inverse en 1 / (plage)n où n peut varier entre 3,5 et 5 en raison des bâtiments et d'autres obstacles entre le téléphone mobile et la station de base.

La plupart des prévisions de perte de chemin sont effectuées à l'aide des techniques décrites ci-dessous:

  • Méthodes statistiques: Les méthodes statistiques de prédiction de la perte sur le trajet du signal reposent sur des pertes mesurées et moyennées pour des types typiques de liaisons radio. Ces chiffres sont saisis dans le modèle de prédiction qui est capable de calculer les chiffres basés sur les données. Divers modèles peuvent être utilisés en fonction de l'application. Ce type d'approche est normalement utilisé pour la planification des réseaux cellulaires, l'estimation de la couverture des liaisons PMR (Private Mobile Radio) et pour la planification de la couverture de diffusion.
  • Approche déterministe: Cette approche de la prédiction de la perte et de la couverture du trajet du signal radio utilise les lois physiques de base comme base pour les calculs. Ces méthodes doivent prendre en considération tous les éléments d'une zone donnée et bien qu'elles aient tendance à donner des résultats plus précis, elles nécessitent beaucoup de données supplémentaires et de puissance de calcul. Compte tenu de leur complexité, ils ont tendance à être utilisés pour des liaisons à courte portée où la quantité de données requises se situe dans des limites acceptables.

Ces outils d'enquête sans fil et progiciels de couverture radio sont de plus en plus performants. Cependant, il est encore nécessaire d'avoir une bonne compréhension de la propagation radio pour que les chiffres corrects puissent être saisis et les résultats interprétés de manière satisfaisante.

Pour une transmission radio donnée, la perte de trajet radio est susceptible d'être causée par un certain nombre de facteurs différents. Cela rend souvent difficiles les calculs précis de la perte de trajet radio. Cependant, même s'ils ne sont pas aussi précis qu'on pourrait toujours le souhaiter, les calculs d'affaiblissement sur le trajet radio permettent de concevoir des équipements pour répondre aux exigences.

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