ระยะการสื่อสารที่ระบบสื่อสารไร้สายสามารถทำได้นั้นขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ เช่น อุปกรณ์ต่างๆ ที่ประกอบกันเป็นระบบ และสภาพแวดล้อมในการสื่อสาร ความสัมพันธ์ระหว่างปัจจัยเหล่านี้สามารถแสดงได้ด้วยสมการระยะการสื่อสารดังต่อไปนี้
ถ้ากำลังส่งของอุปกรณ์ส่งสัญญาณในระบบสื่อสารคือ PT อัตราขยายของเสาอากาศส่งสัญญาณคือ GT และความยาวคลื่นในการทำงานคือ λ ความไวของอุปกรณ์รับสัญญาณคือ PR อัตราขยายของเสาอากาศรับสัญญาณคือ GR และระยะห่างระหว่างเสาอากาศรับและส่งคือ R ภายในระยะสายตาและในสภาพแวดล้อมที่ปราศจากการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า ความสัมพันธ์ต่อไปนี้จะเป็นจริง:
PT(dBm)-PR(dBm)+GT(dBi)+GR(dBi)=20log4pr(m)/l(m)+Lc(dB)+ L0(dB) ในสูตร Lc คือการสูญเสียการแทรกของตัวป้อนของเสาอากาศส่งสัญญาณของสถานีฐาน และ L0 คือการสูญเสียคลื่นวิทยุระหว่างการแพร่กระจาย
ในการออกแบบระบบ ควรเผื่อระยะไว้เพียงพอสำหรับรายการสุดท้าย นั่นคือ การสูญเสียการแพร่กระจายของคลื่นวิทยุ L0
โดยทั่วไปแล้ว จะต้องมีระยะห่าง 10 ถึง 15 เดซิเบลเมื่อผ่านป่าไม้และอาคารพลเรือน และจะต้องมีระยะห่าง 30 ถึง 35 เดซิเบลเมื่อผ่านอาคารคอนกรีตเสริมเหล็ก
สำหรับย่านความถี่ 800MHz และ 900ZMHz ของ CDMA และ GSM โดยทั่วไปเชื่อกันว่าระดับเกณฑ์การรับสัญญาณของโทรศัพท์มือถืออยู่ที่ประมาณ -104dBm และสัญญาณที่รับได้จริงควรสูงกว่าอย่างน้อย 10dB เพื่อให้ได้อัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนตามที่ต้องการ ในความเป็นจริง เพื่อรักษาการสื่อสารที่ดี กำลังรับสัญญาณมักจะคำนวณไว้ที่ -70 dBm สมมติว่าสถานีฐานมีพารามิเตอร์ดังต่อไปนี้:
กำลังส่งคือ PT = 20W = 43dBm; กำลังรับคือ PR = -70dBm;
การสูญเสียสัญญาณในสายป้อนอยู่ที่ 2.4 dB (สายป้อนยาวประมาณ 60 เมตร)
อัตราขยายของเสาอากาศรับสัญญาณโทรศัพท์มือถือ GR = 1.5dBi;
ความยาวคลื่นใช้งาน λ = 33.333 ซม. (เทียบเท่ากับความถี่ f0 = 900 เมกะเฮิร์ตซ์)
สมการการสื่อสารข้างต้นจะกลายเป็น:
43dBm-(-70dBm)+ GT(dBi)+1.5dBi=32dB+ 20logr(m) dB +2.4dB + การสูญเสียการแพร่กระจาย L0
114.5dB + GT(dBi) -34.4dB = 20logr(m) + การสูญเสียการแพร่กระจาย L0
80.1dB+ GT(dBi) = 20logr(m)+ การสูญเสียการแพร่กระจาย L0
เมื่อค่าทางด้านซ้ายของสูตรข้างต้นมากกว่าค่าทางด้านขวา นั่นคือ:
GT(dBi) > 20logr(m)-80.1dB+การสูญเสียการแพร่กระจาย L0 เมื่ออสมการนี้เป็นจริง สามารถพิจารณาได้ว่าระบบสามารถรักษาการสื่อสารที่ดีได้
หากสถานีฐานใช้เสาอากาศส่งสัญญาณแบบรอบทิศทางที่มีอัตราขยาย GT=11dBi และระยะห่างระหว่างเสาอากาศส่งและรับคือ R=1000m สมการการสื่อสารจะกลายเป็น 11dB>60-80.1dB+การสูญเสียการแพร่กระจาย L0 กล่าวคือ เมื่อการสูญเสียการแพร่กระจาย L0<31.1dB จะสามารถรักษาการสื่อสารที่ดีได้ภายในระยะทาง 1 กม.
ภายใต้เงื่อนไขการสูญเสียการแพร่กระจายแบบเดียวกันกับข้างต้น หากอัตราขยายของเสาอากาศส่งสัญญาณ GT = 17dBi นั่นคือเพิ่มขึ้น 6dBi ระยะการสื่อสารจะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า นั่นคือ r = 2 กิโลเมตร สามารถอนุมานค่าอื่นๆ ได้ในทำนองเดียวกัน อย่างไรก็ตาม ควรสังเกตว่าเสาอากาศสถานีฐานที่มีอัตราขยาย GT 17dBi จะสามารถให้การครอบคลุมแบบลำแสงรูปพัดเท่านั้น โดยมีมุมลำแสง 30°, 65° หรือ 90° เป็นต้น และไม่สามารถรักษาการครอบคลุมแบบรอบทิศทางได้
นอกจากนี้ หากค่าอัตราขยายของเสาอากาศส่งสัญญาณ GT=11dBi ยังคงไม่เปลี่ยนแปลงในการคำนวณข้างต้น แต่สภาพแวดล้อมการแพร่กระจายสัญญาณเปลี่ยนแปลงไป โดยมีค่าการสูญเสียการแพร่กระจายสัญญาณ L0=31.1dB-20dB=11.1dB การลดการสูญเสียการแพร่กระจายสัญญาณลง 20dB จะทำให้ระยะการสื่อสารเพิ่มขึ้นสิบเท่า นั่นคือ r=10 กิโลเมตร ค่าการสูญเสียการแพร่กระจายสัญญาณนั้นเกี่ยวข้องกับสภาพแวดล้อมทางแม่เหล็กไฟฟ้าโดยรอบ ในเขตเมืองมีอาคารสูงจำนวนมาก การสูญเสียการแพร่กระจายสัญญาณจึงสูง ในเขตชานเมืองและชนบท บ้านเรือนมีน้อยและกระจัดกระจาย การสูญเสียการแพร่กระจายสัญญาณจึงต่ำ ดังนั้น แม้ว่าการตั้งค่าระบบการสื่อสารจะเหมือนกันทุกประการ แต่ระยะการครอบคลุมที่มีประสิทธิภาพก็จะแตกต่างกันเนื่องจากความแตกต่างของสภาพแวดล้อมการใช้งาน
ดังนั้น เมื่อเลือกใช้เสาอากาศแบบรอบทิศทาง เสาอากาศแบบทิศทางเดียว และรูปแบบเสาอากาศที่มีอัตราขยายสูงหรืออัตราขยายต่ำ จำเป็นต้องพิจารณาการใช้เสาอากาศสถานีฐานประเภทและคุณสมบัติที่แตกต่างกันตามเงื่อนไขเฉพาะของเครือข่ายการสื่อสารเคลื่อนที่และสภาพแวดล้อมการใช้งาน
หากต้องการเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับเสาอากาศ โปรดไปที่:
วันที่เผยแพร่: 25 กรกฎาคม 2568
