天线增益、传输环境与通信距离的关系

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10~15 dB 余量;经过钢筋

水泥楼时需要有30~35 dB 余量。

对于800MH 、900ZMHz CDMA 和GSM 频段，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

10dB ，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f0 =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=1000m; 则通信方程进一步变为11dB> 60-80.1dB + 传播损耗

L0 ，即在传播损耗L0<31.1dB 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 3 0 °、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。