Výukový program šíření rádiových vln Zahrnuje:
Základy šíření rádiového  signálu    Útlum rádiového signálu     Šíření volným prostorem a útlum     Rozpočet spojení     Odraz rádiových vln    Lom rádiových vln     Difrakce rádiových vln     Vícecestné šíření     Vícecestný únik     Rayleighův únik     Atmosféra a rádiové šíření      

Ztráta rádiové cesty je klíčovým faktorem při návrhu jakéhokoli radiokomunikačního systému nebo bezdrátového komunikačního systému.

Je skutečností, že jakýkoli rádiový signál bude při průchodu z vysílače do přijímače utlumován. K této ztrátě rádiové cesty vede řada různých jevů.

Pochopení toho, co způsobuje ztrátu rádiové cesty, umožňuje navrhnout jakýkoli systém tak, aby fungoval co nejlépe navzdory různým problémům, které jej ovlivňují.

Jak ztráta rádiové cesty ovlivňuje systémy

útlum rádiového signálu bude určovat mnoho prvků rádiového komunikačního systému nebo bezdrátového komunikačního systému, zejména výkon vysílače a antény, zejména jejich zisk, výšku a celkovou polohu. To platí pro jakoukoli použitou frekvenci.

Aby bylo možné systém naplánovat, je nutné porozumět příčinám ztráty rádiové cesty a být schopen určit úrovně ztráty signálu pro danou rádiovou cestu.

Ztráta rádiové cesty může být často určena matematicky a tyto výpočty se často provádějí při přípravě pokrytí nebo činností návrhu systému. Ty závisí na znalosti vlastností šíření signálu.

V souladu s tím se výpočty ztráty rádiové cesty používají v mnoha rádiových a bezdrátových průzkumných nástrojích pro určování síly signálu na různých místech. Tyto bezdrátové nástroje pro průzkum se stále častěji používají k tomu, aby pomohly určit sílu rádiového signálu před instalací zařízení. Pro mobilní operátory jsou průzkumy rádiového pokrytí důležité, protože investice do základnové stanice jsou vysoké. Nástroje bezdrátového průzkumu také poskytují velmi cennou službu pro aplikace, jako je instalace bezdrátových LAN systémů ve velkých kancelářích a jiných centrech, protože umožňují vyřešit problémy před instalací, což umožňuje výrazně snížit náklady. V souladu s tím je kladen stále větší důraz na bezdrátové průzkumné nástroje a software.

Základy útlumu

útlum signálu je v podstatě snížení hustoty výkonu elektromagnetické vlny nebo signálu, jak se šíří prostředím, ve kterém se pohybuje. To má vliv na všechny rádiové komunikační, vysílací a bezdrátové komunikační systémy

Existuje mnoho důvodů pro ztrátu rádiové cesty, ke které může dojít:

• Útlum ve volném prostoru: K  útlumu ve volném prostoru dochází, když signál prochází prostorem bez jakýchkoliv dalších efektů zeslabujících signál, bude se stále snižovat, když se bude šířit. To lze považovat za rádiový komunikační signál, který se šíří jako stále rostoucí koule. Protože signál musí pokrývat širší oblast, zachování energie nám říká, že energie v jakékoli dané oblasti se bude snižovat, jak se pokrytá oblast zvětšuje.
• Difrakce:   útlum rádiového signálu v důsledku difrakce nastane, když se v cestě objeví objekt. Signál se může kolem objektu ohýbat, ale dochází ke ztrátám. Ztráta je tím vyšší, čím je předmět zaoblenější. Rádiové signály mají tendenci se lépe ohýbat kolem ostrých hran, tj. hran, které jsou ostré vzhledem k vlnové délce.
• Vícecestné:   Ve skutečném pozemském prostředí se signály budou odrážet a dostanou se k přijímači řadou různých cest. Tyto signály se mohou vzájemně sčítat nebo odečítat v závislosti na relativních fázích signálů. Pokud je přijímač posunut, scénář se změní a celkový přijímaný signál se bude lišit podle polohy. Mobilní přijímače (např. mobilní telekomunikační telefony) budou vystaveny tomuto efektu, který je známý jako Rayleighův útlum.
• Absorpční ztráty:   Absorpční ztráty nastávají, pokud rádiový signál prochází do média, které není pro rádiové signály zcela transparentní. Existuje mnoho důvodů, které zahrnují:
  
  • Budovy, stěny atd.:   Když rádiové signály procházejí hustými materiály, jako jsou stěny, budovy nebo dokonce nábytek v budově, dochází k jejich útlumu. Je zvláště použitelný pro mobilní komunikaci – v budovách, domech atd. jsou signály výrazně sníženy. Útlum rádiového signálu je výraznější u vyšších frekvencí mobilních pásem, např. 2,2 GHz oproti 800 / 900 MHz.
  • Atmosférická vlhkost:   Při vysokých mikrovlnných frekvencích se útlum zvyšuje v důsledku srážek nebo dokonce vlhkosti ve vzduchu. Útlum rádiového signálu se může lišit v závislosti na povětrnostních podmínkách. To má však obvykle znatelný účinek pouze dále v mikrovlnné oblasti.
  • Vegetace:   V hustém lese je zjištěno, že signály i na nižších frekvencích jsou značně tlumeny. To ilustruje, že vegetace může způsobit značný útlum. Stromy a listí mohou zeslabit rádiové signály, zvláště když jsou mokré.
• Terén:   Terén, po kterém se signály pohybují, bude mít významný vliv na signál. Je zřejmé, že kopce, které překážejí v cestě, signál značně zeslabí a často znemožní příjem. Navíc při nízkých frekvencích bude mít výrazný vliv složení Země. Například v pásmu dlouhých vln bylo zjištěno, že signály se nejlépe šíří po vodivějším terénu, např. po mořských cestách nebo přes oblasti, které jsou bažinaté nebo vlhké. Suchý písčitý terén poskytuje vyšší úroveň útlumu.
• Atmosféra:   Atmosféra může ovlivnit cesty rádiového signálu.
  • Ionosféra:   Na nižších frekvencích, zejména pod 30 - 50 MHz, má významný vliv ionosféra, která je odráží (nebo správněji láme) zpět na Zemi. Avšak při průchodu některými oblastmi, zejména oblastí D a v menší míře oblastí E, mohou signály trpět spíše zeslabením než odrazem/lomem. To může způsobit významnou ztrátu rádiové cesty.
  • Troposféra:   Při frekvencích nad 50 MHz a více má troposféra velký vliv, láme signály zpět k Zemi v důsledku měnícího se indexu lomu. U vysílání UHF to může rozšířit pokrytí přibližně o třetinu za horizont. Lom může někdy znamenat, že signál, který by normálně dosáhl určité oblasti, se může od ní lámat.

Tyto důvody představují některé z hlavních prvků způsobujících útlum šíření pro jakýkoli rádiový systém.

Předpovídání útlumu šíření

Jedním z klíčových důvodů pro pochopení různých prvků ovlivňujících útlum rádiového signálu je schopnost předvídat útlum dané trasy nebo předvídat pokrytí, kterého lze dosáhnout pro konkrétní základnovou stanici, vysílací stanici atd.

Ačkoli předpověď nebo hodnocení může být poměrně přesné pro scénáře volného prostoru, pro reálné pozemské aplikace to není snadné, protože existuje mnoho faktorů, které je třeba vzít v úvahu, a není vždy možné získat přesné hodnocení účinků, které budou mít.

Navzdory tomu existují nástroje bezdrátového průzkumu a softwarové programy pro predikci rádiového pokrytí, které jsou k dispozici pro předpovídání útlumu šíření a odhad pokrytí. K tomu se používají různé metody. Útlum šíření ve volném prostoru se je funkcí druhé mocniny vzdálenosti. Tento výpočet je velmi jednoduchý na implementaci, ale mnohem složitější jsou reálné pozemní výpočty ztráty signálové cesty. 

Většina předpovědí ztráty trasy se provádí pomocí technik popsaných níže:

• Statistické metody:   Statistické metody predikce ztráty signálové cesty spoléhají na naměřené a zprůměrované ztráty pro typické typy rádiových spojů. Tyto údaje jsou zadávány do predikčního modelu, který je schopen vypočítat čísla na základě dat. V závislosti na aplikaci lze použít různé modely. Tento typ přístupu se běžně používá pro plánování celulárních sítí, odhad pokrytí spojeními PMR (Private Mobile Radio) a pro plánování pokrytí vysíláním.
• Deterministický přístup:   Tento přístup k predikci ztráty radiové signálové cesty a pokrytí využívá základní fyzikální zákony jako základ pro výpočty. Tyto metody musí brát v úvahu všechny prvky v dané oblasti, a přestože mají tendenci poskytovat přesnější výsledky, vyžadují mnohem více dat a výpočetní výkon. S ohledem na jejich složitost mají tendenci být používány pro spojení s krátkým dosahem, kde množství požadovaných dat zůstává v přijatelných mezích.

Schopnosti těchto bezdrátových nástrojů pro průzkum a softwarových balíků rádiového pokrytí rostou. Stále je však nutné dobře rozumět šíření rádia, aby bylo možné zadat správné údaje a uspokojivě interpretovat výsledky.

Pro jakýkoli daný rádiový přenos je útlum šíření pravděpodobně způsoben řadou různých faktorů. To často ztěžuje přesné výpočty. I když však nejsou tak přesné, jak by se vždy líbilo, výpočty útlumu šíření umožňují navrhnout zařízení tak, aby splňovalo požadavky.