La portée d'un système de communication sans fil dépend de plusieurs facteurs, notamment des dispositifs qui le composent et de l'environnement de communication. La relation entre ces facteurs peut être exprimée par l'équation de portée de communication suivante.
Si la puissance d'émission de l'émetteur du système de communication est PT, le gain de l'antenne d'émission est GT et la longueur d'onde de fonctionnement est λ, la sensibilité du récepteur est PR, le gain de l'antenne de réception est GR et la distance entre les antennes d'émission et de réception est R, en portée visuelle et dans un environnement sans interférences électromagnétiques, la relation suivante existe :
PT(dBm)-PR(dBm)+GT(dBi)+GR(dBi)=20log4pr(m)/l(m)+Lc(dB)+ L0(dB) Dans la formule, Lc est la perte d'insertion du feeder de l'antenne émettrice de la station de base ; L0 est la perte d'onde radio pendant la propagation.
Lors de la conception du système, une marge suffisante doit être prévue pour le dernier élément, la perte de propagation des ondes radio L0.
En règle générale, une marge de 10 à 15 dB est requise lors du passage à travers les bois et les bâtiments civils ; une marge de 30 à 35 dB est requise lors du passage à travers les bâtiments en béton armé.
Pour les bandes de fréquences CDMA et GSM 800 MHz et 900 MHz, on considère généralement que le seuil de réception des téléphones mobiles est d'environ -104 dBm et que le signal reçu doit être supérieur d'au moins 10 dB pour garantir le rapport signal/bruit requis. En pratique, afin de maintenir une bonne communication, la puissance reçue est souvent calculée à -70 dBm. Supposons que la station de base présente les paramètres suivants :
La puissance d'émission est PT = 20W = 43dBm ; la puissance de réception est PR = -70dBm ;
La perte du câble d'alimentation est de 2,4 dB (câble d'alimentation d'environ 60 m).
Gain de l'antenne de réception du téléphone mobile GR = 1,5 dBi ;
Longueur d'onde de travail λ = 33,333 cm (équivalent à la fréquence f0 = 900 MHz) ;
L'équation de communication ci-dessus deviendra :
43 dBm - (-70 dBm) + GT (dBi) + 1,5 dBi = 32 dB + 20 log(m) dB + 2,4 dB + perte de propagation L0
114,5 dB + GT (dBi) - 34,4 dB = 20 logr(m) + perte de propagation L0
80,1 dB + GT (dBi) = 20 logr(m) + perte de propagation L0
Lorsque la valeur à gauche de la formule ci-dessus est supérieure à la valeur à droite, c'est-à-dire :
GT(dBi) > 20logr(m)-80,1dB+perte de propagation L0. Lorsque l'inégalité est vérifiée, on peut considérer que le système peut maintenir une bonne communication.
Si la station de base utilise une antenne d'émission omnidirectionnelle avec un gain de GT=11dBi et que la distance entre les antennes d'émission et de réception est de R=1000m, l'équation de communication devient 11dB>60-80,1dB+perte de propagation L0, c'est-à-dire que lorsque la perte de propagation L0<31,1dB, une bonne communication peut être maintenue sur une distance de 1 km.
Dans les mêmes conditions de propagation que précédemment, si le gain GT de l'antenne d'émission est de 17 dBi (soit une augmentation de 6 dBi), la distance de communication peut être doublée, atteignant ainsi 2 kilomètres. D'autres valeurs peuvent être déduites de la même manière. Il convient toutefois de noter que l'antenne de la station de base avec un gain GT de 17 dBi ne peut offrir qu'une couverture en éventail d'une largeur de faisceau de 30°, 65° ou 90°, etc., et ne peut pas assurer une couverture omnidirectionnelle.
De plus, si le gain de l'antenne d'émission GT = 11 dBi reste inchangé dans le calcul précédent, mais que l'environnement de propagation change, la perte de propagation L0 = 31,1 dB - 20 dB = 11,1 dB. La réduction de 20 dB de cette perte multipliera par dix la distance de communication, soit r = 10 kilomètres. La perte de propagation est liée à l'environnement électromagnétique. En zone urbaine, la présence de nombreux immeubles de grande hauteur engendre une perte importante. En zone rurale périurbaine, les habitations basses et clairsemées limitent cette perte. Par conséquent, même avec des paramètres de communication identiques, la portée effective variera en fonction de l'environnement d'utilisation.
Par conséquent, lors du choix d'antennes omnidirectionnelles, directionnelles et d'antennes à gain élevé ou faible, il est nécessaire d'envisager l'utilisation d'antennes de station de base de différents types et spécifications en fonction des conditions spécifiques du réseau de communication mobile et de l'environnement d'application.
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Date de publication : 25 juillet 2025
