Мощность, радиус действия и распространение сигнала

В сотовой сети радиус действия и базовых, и мобильных станций ограничен, следовательно, мощность работы передатчиков радиостанций относительно невысока.

Что касается GSM 900, то, как правило, передатчики носимых мобильных телефонов обладают максимальной мощностью 2 Вт, а устанавливаемых на автомобили - порядка 8 Вт. Между тем в стандарте определяется четыре класса мощности от 800 мВт до 8 Вт.

Мощность передатчиков мобильных телефонов системы GSM 1800 в два раза меньше, что не может не сказываться на потребляемой энергии, а значит, и на автономности работы «карманных» моделей. Однако радиус их действия значительно меньше, чем радиус действия передатчиков мобильных телефонов GSM 900, который при прочих равных условиях примерно в 16 раз больше.

Несколько сложнее привести порядок величин для мощностей базовых станций, поскольку операторы стараются держать это в секрете. Тем не менее можно сказать, Что разброс значений этих мощностей достаточно большой, учитывая разнообразие условий распространения сигналов на местности.

Можно ожидать, что мощность средней передающей станции, работающей в городских условиях и покрывающей зону радиусом приблизительно в 2 км, составляет несколько десятков ватт на сектор (10 Вт = +40дБмВт)- Эта величина имеет место на выходе передатчиков, поскольку благодаря направленному действию антенны мощность излучения (эквивалентная изотропно-излучаемая мощность - ЭИИМ ) в заданном направлении может достигать сотен ватт (100 Вт - +50 дБмВт). Приведенные цифры довольно близки к мощности излучения микроволновой печи, работающей с открытой дверцей, и все-таки не сравнимы с сотнями киловатт, излучаемыми в диапазоне FM основными телевизионными и радиовещательными башнями (начиная с Эйфелевой башни, наиболее «грязной» в этом отношении).

В сельской местности эти значения могут быть еще выше за счет установки дополнительных усилителей.

Судя по информации из надежных источников (каталогов изготовителей специальных измерительных приборов), максимальная мощность на выходе передатчика может составлять порядка 30 Вт при работе на частоте 1800 МГц и 300 Вт - на частоте 900 МГц, но на практике не превышает 60-80 Вт. Это может показаться слишком большой величиной, учитывая высокую чувствительность как мобильных, так и фиксированных приемников (не хуже -100 дБмВт для портативной приемной станции хорошего качества). Однако следует принимать во внимание не только потери при прохождении сигнала в свободном пространстве, но и воздействие всякого рода препятствий, расположенных между базовой станцией и мобильным телефоном. Например, железобетонные строения способны ослаблять сигналы, проходящие через них (при внутреннем покрытии), в 100-1000 раз (то есть на 20-30 дБ). К числу препятствий можно также отнести кузова автомобилей, кроны деревьев и т.д. Влияние могут оказать и атмосферные осадки.

При отсутствии препятствий ослабление сигнала при распространении возрастает пропорционально квадрату расстояния, увеличиваясь, таким образом, на 6 дБ каждый раз, когда расстояние удваивается.

Следовательно, если спуститься в подземный гараж или в подвал, то ослабление сигнала будет таким же, как и при удалении на расстояние 30 км в пределах прямой видимости.

В связи с исключительным разнообразием условий распространения сигналов было решено, что мощности передатчиков как базовых, так и мобильных станций будут постоянно адаптироваться к текущим условиям (то есть выходная мощность может увеличиваться или уменьшаться). Этим и объясняется тот факт, что автономность работы мобильных телефонов в режиме «разговор» сильно зависит от условий распространения сигнала, и на практике результаты часто оказываются не, столь блистательными, как было обещано в рекламе.

Учитывая приведенные цифры, можно сделать вывод, что в идеальных условиях радиус действия будет значительно выше среднего.

Например, при осуществлении связи с моря размер покрываемой береговой зоны такой, что система GSM оказывается значительно эффективнее, чем государственная служба радиотелефонной связи диапазона VHF (ОВЧ). Однако из этого не следует делать вывод, что для обеспечения безопасности на борту корабля достаточно мобильного телефона, поскольку его сигналы не принимаются другими судами, способными оказать помощь. К тому же определить местоположение мобильного телефона гораздо сложнее, чем местоположение радиотелефона. В открытом море не стоит рассчитывать на радиус действия 50 или даже 80 км, который при хороших условиях обеспечивается радиостанциями мощностью 25 Вт. Однако в ясную погоду на побережье Нормандии отлично принимаются сигналы базовых станций четырех английских сетей GSM, находящихся на расстоянии более 120 км.

Этот кажущийся парадокс вызван принципом временного мультиплексирования TDMA, в результате применения которого абсолютный предел радиуса действия системы составляет приблизительно 35 км. Выше уже говорилось о том, что сеть связывается с мобильным телефоном только в течение интервалов времени длительностью 0,577 мс. При скорости 300 ООО км/с радиоволнам потребуется 0,233 мс, чтобы проделать путь 70 км (туда и обратно) между базовой станцией и сотовым телефоном. За пределами радиуса действия 35 км пакеты битов, передаваемые мобильным телефоном, достигают базовой станции в тот момент, когда она уже прекратила их ожидание и перешла на прием сигнала от другого мобильного телефона. Особенно удивительно, когда при постепенном удалении от побережья связь резко обрывается, даже если только что она была отличного качества и дисплей показывает, что режим приема остается оптимальным.

Аналогичное явление может наблюдаться и на суше, в местах, где местность характеризуется пересеченным рельефом. Так, сигнал базовой станции, находящейся на расстоянии свыше 35 км, принимается «четко и ясно» в зоне, которая должна была бы считаться полностью вне диапазона покрытия, поскольку связь с ней невозможна.

Кроме того, может случиться, что, набрав номер 112, чтобы связаться со службой спасения, вы попадаете, например, к пожарным другого департамента. Это совершенно нормальное явление, когда лучше принимается сигнал базовой станции, расположенной на расстояний 20 или 30 км, чем на расстоянии 2 км, но стоящей за холмом.

Применение различных технических методов позволяет практически удвоить предельный радиус действия системы до расстояния 60 или 70 км, но это может быть сделано только за счет уменьшения пропускной способности базовой станции. В Австралии уже были проведены испытания, подтверждающие данные расчеты. Известно, что некоторые операторы пытались проводить аналогичное тестирование, используя телефоны-автоматы, установленные на паромах.

И наконец, можно вспомнить о «сюрпризах» совсем другого характера, которые могут происходить из-за отражений радиоволн от разнообразных препятствий, включая пролетающие самолеты. Иногда бывает, что мобильный телефон начинает идеально работать там, где это совершенно не ожидалось, например у подножия высокой скалы, но только на протяжении нескольких секунд. В этом случае смещения антенны телефона на несколько сантиметров может быть вполне достаточно, чтобы слышимость резко ухудшилась или прервалась связь.