Dosah signálu 4G/LTE s posilovací anténou a bez ní | Články
Mobilní komunikace funguje pomocí pozemních základnových stanic, které jsou instalovány v určitých intervalech od sebe, aby bylo zajištěno rovnoměrné a stabilní pokrytí. Jakýkoli rádiový signál má tendenci slábnout při šíření vzduchem a při průchodu jinými překážkami. Pro výpočet požadované frekvence základnových stanic operátoři používají známé vzorce, které jim umožňují odhadnout dosah komunikace.
Důležitými proměnnými pro výpočet jsou provozní frekvence a výkon vysílače. Příjem však ovlivňují i další parametry: terén a překážky, zisk přijímací antény a dokonce i citlivost účastnických zařízení.
Jaký je dosah základnové stanice operátora?
Když operátor vytváří mobilní síť, jistě bere v úvahu frekvence, na kterých bude fungovat. Vysoké pásma, jako je 1800 a 2600 MHz, poskytují díky širokým frekvenčním pásmům větší kapacitu, ale v prostoru poměrně rychle slábnou. Podle společnosti Rostelecom je průměrný dosah základnových stanic na 2600 MHz (pásmo 7) 3,2 km a na 1800 MHz (pásmo 3) 6,8 km. Aby bylo zajištěno rovnoměrné pokrytí na těchto frekvencích, jsou operátoři nuceni instalovat velké množství základnových stanic. To je praktické pouze v městských oblastech.
Nízké frekvence se naopak šíří na mnohem větší vzdálenosti. Například mobilní sítě 800 MHz (pásmo 20) a 900 MHz (pásmo 8) mají dosah přes 13 km a nejnižší mobilní frekvenci v Rusku – 450 MHz (pásmo 31) – lze použít na vzdálenost až 20 km.
Nevýhodou těchto rozsahů je, že nemají dostatek volných frekvencí pro vytvoření vysokorychlostních sítí. Například pokud ve „vysokých“ rozsazích mají operátoři pásma široká 20 MHz, pak v „nízkých“ rozsazích dostupné pásmo na operátora zřídka přesahuje 5 MHz. V důsledku toho je operátoři používají hlavně pro „kobercové“ pokrytí mimo město v podmínkách nízké hustoty předplatitelů.
Přirozený útlum rádiových vln je hlavním faktorem, který musí operátoři zohlednit při návrhu mobilních sítí. V tomto případě se pokrytí počítá pro běžná účastnická zařízení – chytré telefony, mobilní telefony, modemy. Taková zařízení mají slabě směrové vestavěné antény, jejichž zisk lze zanedbat. Co se ale stane, když je k zařízení připojena výkonnější směrová anténa?
Vliv směrové antény na příjem mobilního signálu
Směrové antény přijímají díky své speciální konstrukci silnější signál než vestavěné antény chytrých telefonů. Zaměřují přijímací a vysílací paprsek do úzkého sektoru. Zjednodušeně si směrovou anténu můžete představit jako vysavač, který „nasává“ signál z jednoho směru. Nebo jako bodové světlo ve srovnání s běžnou žárovkou.
Zisk antény se měří v izotropních decibelech (dBi). To doslova udává, o kolik decibelů bude přijímaný (nebo vyzařovaný) signál silnější, než kdybyste používali ideální kruhovou anténu, která funguje ve všech směrech. Směrová anténa umožňuje rozšířit oblast pokrytí základnové stanice nad rámec toho, co vypočítali operátoři. Obrazně řečeno, při použití antény se vaše zařízení „přibližuje“ k základnové stanici operátora.
Například pokud váš smartphone přijímá signál -105 dBm bez antény, pak na stejném místě bude směrová anténa se ziskem 15 dB schopna přijímat signál -90 dBm. Samozřejmě se jedná o zjednodušený výpočet, protože i antény smartphonů mají malou směrovost a budete muset k venkovní anténě připojit rádiový kabel, což způsobuje další rušení.
V rádiové komunikaci je běžné měřit výkon signálu v logaritmických jednotkách – decibel-miliwatty a zisk – v decibelech. Použití logaritmů zjednodušuje záznam a eliminuje nutnost pracovat s dlouhými hodnotami v miliwattech a „krátech“. Více se o měrných jednotkách dB a dBm dozvíte v našem samostatném článku.
Zvýšení zesílení o 3 dB odpovídá zdvojnásobení výkonu signálu. Podle vzorce pro útlum ve volném prostoru platí Zvýšení o 6 dB zvětší dosah dvakrát.
Odhadnout, o kolik směrová anténa v praxi zvýší dosah příjmu a konečnou rychlost připojení, může být obtížné. Pokud zanedbáme všechny dodatečné ztráty, které doprovázejí instalaci a připojení venkovní antény, faktor zesílení „kompenzuje“ útlum signálu v následujícím ekvivalentu: