Die Reichweite eines drahtlosen Kommunikationssystems hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie den Systemkomponenten und der Kommunikationsumgebung. Der Zusammenhang zwischen diesen Faktoren lässt sich durch die folgende Gleichung für die Reichweite ausdrücken.
Wenn die Sendeleistung des Senders im Kommunikationssystem PT, der Antennengewinn GT und die Betriebswellenlänge λ beträgt, die Empfindlichkeit des Empfängers PR, der Antennengewinn GR und der Abstand zwischen Sende- und Empfangsantenne R, dann gilt innerhalb der Sichtweite und in einer Umgebung ohne elektromagnetische Störungen folgender Zusammenhang:
PT(dBm)-PR(dBm)+GT(dBi)+GR(dBi)=20log4pr(m)/l(m)+Lc(dB)+ L0(dB) In der Formel ist Lc die Einfügungsdämpfung der Basisstations-Sendeantenne; L0 ist die Dämpfung der Funkwelle während der Ausbreitung.
Bei der Systemauslegung sollte ausreichend Spielraum für den letzten Parameter, die Funkwellenausbreitungsdämpfung L0, eingeplant werden.
Im Allgemeinen ist beim Durchgang durch Wälder und Wohngebäude ein Sicherheitsabstand von 10 bis 15 dB erforderlich; beim Durchgang durch Stahlbetongebäude ist ein Sicherheitsabstand von 30 bis 35 dB erforderlich.
Für die CDMA- und GSM-Frequenzbänder 800 MHz und 900 MHz gilt allgemein, dass der Empfangsschwellenwert von Mobiltelefonen bei etwa -104 dBm liegt und das tatsächliche Empfangssignal mindestens 10 dB höher sein sollte, um das erforderliche Signal-Rausch-Verhältnis zu gewährleisten. Um eine gute Kommunikation aufrechtzuerhalten, wird die Empfangsleistung in der Praxis häufig mit -70 dBm berechnet. Die Basisstation soll folgende Parameter aufweisen:
Die Sendeleistung beträgt PT = 20 W = 43 dBm; die Empfangsleistung beträgt PR = -70 dBm;
Der Zuleitungsverlust beträgt 2,4 dB (bei einer Zuleitungslänge von ca. 60 m).
Empfangsantennengewinn des Mobiltelefons GR = 1,5 dBi;
Arbeitswellenlänge λ = 33,333 cm (entspricht einer Frequenz f0 = 900 MHz);
Die obige Kommunikationsgleichung lautet dann:
43 dBm - (-70 dBm) + GT (dBi) + 1,5 dBi = 32 dB + 20 logr (m) dB + 2,4 dB + Ausbreitungsdämpfung L0
114,5 dB + GT (dBi) - 34,4 dB = 20 logr (m) + Ausbreitungsdämpfung L0
80,1 dB + GT (dBi) = 20 logr (m) + Ausbreitungsdämpfung L0
Wenn der Wert auf der linken Seite der obigen Formel größer ist als der Wert auf der rechten Seite, dann gilt Folgendes:
GT(dBi) > 20logr(m)-80,1dB+Ausbreitungsverlust L0. Wenn die Ungleichung gilt, kann davon ausgegangen werden, dass das System eine gute Kommunikation aufrechterhalten kann.
Verwendet die Basisstation eine omnidirektionale Sendeantenne mit einem Gewinn von GT = 11 dBi und beträgt der Abstand zwischen Sende- und Empfangsantenne R = 1000 m, so lautet die Kommunikationsgleichung weiter 11 dB > 60 - 80,1 dB + Ausbreitungsverlust L0, d. h., wenn der Ausbreitungsverlust L0 < 31,1 dB beträgt, kann eine gute Kommunikation innerhalb einer Entfernung von 1 km aufrechterhalten werden.
Unter den gleichen Ausbreitungsdämpfungsbedingungen wie oben beschrieben, kann die Kommunikationsreichweite verdoppelt werden, wenn der Antennengewinn GT = 17 dBi beträgt (eine Steigerung um 6 dBi), d. h. auf r = 2 Kilometer. Andere Werte lassen sich analog ableiten. Es ist jedoch zu beachten, dass die Basisstationsantenne mit einem Gewinn GT von 17 dBi nur eine fächerförmige Abstrahlcharakteristik mit einem Abstrahlwinkel von beispielsweise 30°, 65° oder 90° aufweist und keine omnidirektionale Abdeckung gewährleisten kann.
Wenn der Antennengewinn GT = 11 dBi in der obigen Berechnung unverändert bleibt, sich aber die Ausbreitungsbedingungen ändern, ergibt sich ein Ausbreitungsverlust von L0 = 31,1 dB - 20 dB = 11,1 dB. Die Reduzierung des Ausbreitungsverlusts um 20 dB erhöht die Kommunikationsreichweite um das Zehnfache, also auf r = 10 Kilometer. Der Ausbreitungsverlust hängt von der elektromagnetischen Umgebung ab. In städtischen Gebieten mit vielen Hochhäusern ist der Ausbreitungsverlust hoch. In ländlichen Vororten mit niedrigen und weit auseinander stehenden Häusern ist der Ausbreitungsverlust gering. Daher variiert die effektive Reichweite selbst bei identischen Einstellungen des Kommunikationssystems aufgrund der unterschiedlichen Einsatzumgebungen.
Daher ist es bei der Auswahl von omnidirektionalen, direktionalen Antennen und Antennenformen mit hoher oder niedriger Verstärkung notwendig, den Einsatz von Basisstationsantennen unterschiedlicher Typen und Spezifikationen entsprechend den spezifischen Bedingungen des Mobilkommunikationsnetzes und der Anwendungsumgebung zu berücksichtigen.
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Veröffentlichungsdatum: 25. Juli 2025
