Pfad-Verlust (oder Pfad-Verdünnung) ist die Verminderung der Macht-Dichte (Verdünnung) einer elektromagnetischen Welle, weil es sich durch den Raum fortpflanzt. Pfad-Verlust ist ein Hauptbestandteil in der Analyse und dem Design des Verbindungsbudgets eines Fernmeldesystems.

Dieser Begriff wird in Radiokommunikationen und Fortpflanzung allgemein gebraucht. Pfad-Verlust kann wegen vieler Effekten, wie Frei-Raumverlust, Brechung, Beugung, Nachdenken, mit der Öffnung mittlerer Kopplungsverlust und Absorption sein. Pfad-Verlust ist auch unter Einfluss Terrain-Konturen, Umgebung (städtisch oder ländlich, Vegetation und Laub), Fortpflanzungsmedium (trockene oder feuchte Luft), die Entfernung zwischen dem Sender und dem Empfänger, und der Höhe und Position von Antennen.

Ursachen

Pfad-Verlust schließt normalerweise Fortpflanzungsverluste ein, die durch die natürliche Vergrößerung der Funkwelle-Vorderseite im freien Raum verursacht sind (der gewöhnlich die Gestalt eines ständig steigenden Bereichs nimmt), Absorptionsverluste (manchmal genannt Durchdringen-Verluste), wenn das Signal Medien durchführt, die zu elektromagnetischen Wellen, Beugungsverluste nicht durchsichtig sind, wenn ein Teil der radiowave Vorderseite durch ein undurchsichtiges Hindernis und durch andere Phänomene verursachte Verluste versperrt wird.

Das durch einen Sender ausgestrahlte Signal kann auch entlang vielen und verschiedenen Pfaden zu einem Empfänger gleichzeitig reisen; diese Wirkung wird Mehrpfad genannt. Mehrpfad-Wellen verbinden sich an der Empfänger-Antenne, auf ein empfangenes Signal hinauslaufend, das sich weit, abhängig vom Vertrieb der Intensität und Verhältnislaufzeit der Wellen und Bandbreite des übersandten Signals ändern kann. Die Gesamtmacht von Störwellen in Rayleigh, der verwelkt, ändert sich Drehbuch schnell als eine Funktion des Raums (der als das kleine Skala-Verblassen bekannt ist). Das kleine Verblassen bezieht sich auf die schnellen Änderungen im Radiosignalumfang in einer kurzen Zeitspanne oder Reiseentfernung.

Verlust-Hochzahl

In der Studie von Radiokommunikationen kann Pfad-Verlust durch die Pfad-Verlust-Hochzahl vertreten werden, deren Wert normalerweise im Rahmen 2 bis 4 ist (wo 2 für die Fortpflanzung im freien Raum ist, 4 ist für relativ lossy Umgebungen und für den Fall des vollen spiegelnden Nachdenkens von der Erdoberfläche - das so genannte Flach-Erdmodell). In einigen Umgebungen, wie Gebäude, Stadion und andere Innenumgebungen, kann die Pfad-Verlust-Hochzahl Werte im Rahmen 4 bis 6 erreichen. Andererseits kann ein Tunnel als ein Wellenleiter handeln, auf eine Pfad-Verlust-Hochzahl weniger als 2 hinauslaufend.

Pfad-Verlust wird gewöhnlich im DB ausgedrückt. In seiner einfachsten Form kann der Pfad-Verlust mit der Formel berechnet werden

wo der Pfad-Verlust in Dezibel ist, die Pfad-Verlust-Hochzahl ist, die Entfernung zwischen dem Sender und dem Empfänger ist, der gewöhnlich in Metern gemessen ist, und eine Konstante ist, die für Systemverluste verantwortlich ist.

Radioingenieur-Formel

Radio und Antenne-Ingenieure verwenden die folgende vereinfachte Formel (auch bekannt als die Übertragungsgleichung von Friis) für den Pfad-Verlust zwischen zwei isotropischen Antennen im freien Raum:

Pfad-Verlust im DB:

wo der Pfad-Verlust in Dezibel ist, die Wellenlänge ist und die Entfernung des Sender-Empfängers in denselben Einheiten wie die Wellenlänge ist.

Vorhersage

Die Berechnung des Pfad-Verlustes wird gewöhnlich Vorhersage genannt. Genaue Vorhersage ist nur für einfachere Fälle, wie die oben erwähnte freie Raumfortpflanzung oder das Flach-Erdmodell möglich. Für praktische Fälle wird der Pfad-Verlust mit einer Vielfalt von Annäherungen berechnet.

Statistische Methoden (hat auch stochastisch oder empirisch genannt), basieren auf gemessenen und durchschnittlichen Verlusten entlang typischen Klassen von Radioverbindungen. Unter meistens verwendetem solche Methoden sind Okumura-Hata, die KOSTEN Hata Modell, W.C.Y.Lee usw. Diese sind auch bekannt als Funkwelle-Fortpflanzungsmodelle und werden normalerweise im Design von Zellnetzen und PLMN verwendet. Für Radiokommunikationen in der VHF und dem UHF-Frequenzband (die Bänder, die durch Walkie-Talkies, Polizei, Taxis und Autotelefone verwendet sind), ist eine der meistens verwendeten Methoden die von Okumura-Hata, wie raffiniert, durch die KOSTEN 231 Projekt. Andere wohl bekannte Modelle sind diejenigen von Walfisch-Ikegami, W.C.Y. Lee und Erceg. Für das FM-Radio und Fernsehen, das den Pfad-Verlust überträgt, wird meistens mit dem ITU Modell, wie beschrieben, in P.1546 (ehemaliger P.370) Empfehlung vorausgesagt.

Deterministische auf den physischen Gesetzen der Welle-Fortpflanzung gestützte Methoden werden auch verwendet; Strahlenaufzeichnung ist eine solche Methode. Wie man erwartet, erzeugen diese Methoden genauere und zuverlässige Vorhersagen des Pfad-Verlustes als die empirischen Methoden; jedoch sind sie in der rechenbetonten Anstrengung bedeutsam teurer und hängen von der ausführlichen und genauen Beschreibung aller Gegenstände im Fortpflanzungsraum, wie Gebäude, Dächer, Fenster, Türen und Wände ab. Aus diesen Gründen werden sie vorherrschend für kurze Fortpflanzungspfade verwendet. Unter den meistens verwendeten Methoden im Design der Radioausrüstung wie Antennen und Futter ist die Zeitabschnitt-Methode des begrenzten Unterschieds.

Der Pfad-Verlust in anderen Frequenzbändern (MW, KURZWELLIG, Mikrowellen-) wird mit ähnlichen Methoden vorausgesagt, obwohl die konkreten Algorithmen und Formeln von denjenigen für die VHF/UHF sehr verschieden sein können. Die zuverlässige Vorhersage des Pfad-Verlustes im SW/HF Band ist besonders schwierig, und seine Genauigkeit ist mit Wettervorhersagen vergleichbar.

Leichte Annäherungen, für den Pfad-Verlust über Entfernungen bedeutsam kürzer zu berechnen, als die Entfernung zum Radiohorizont:

• Im freien Raum die Pfad-Verlust-Zunahmen mit 20 DB pro Jahrzehnt (ist ein Jahrzehnt, wenn die Entfernung zwischen dem Sender und dem Empfänger zehnmal zunimmt), oder 6 DB pro Oktave (ist eine Oktave, wenn sich die Entfernung zwischen dem Sender und dem Empfänger verdoppelt). Das kann als eine sehr raue Annäherung der ersten Ordnung für SHF (Mikrowelle) Nachrichtenverbindungen verwendet werden;
• Für Signale im Band der UHF/VHF, das sich über die Oberfläche der Erde fortpflanzt, nimmt der Pfad-Verlust mit ungefähr 35 - 40 DB pro Jahrzehnt (10 - 12 DB pro Oktave) zu. Das kann in Zellnetzen als eine erste Annahme verwendet werden.

Beispiele

In Zellnetzen, wie UMTS und GSM, die im UHF-Band funktionieren, kann der Wert des Pfad-Verlustes in Wohngebieten 110 - 140 DB für den ersten Kilometer der Verbindung zwischen dem BTS und dem Mobiltelefon reichen. Der Pfad-Verlust für die ersten zehn Kilometer kann 150 - 190 DB sein (Referenzen: Diese Werte sind sehr ungefähr und werden hier nur als eine Illustration der Reihe gegeben, in der die Zahlen, die verwendet sind, um die Pfad-Verlust-Werte auszudrücken, schließlich sein können, sind das nicht endgültige oder verbindliche Zahlen - der Pfad-Verlust kann für dieselbe Entfernung entlang zwei verschiedenen Pfaden sehr verschieden sein, und es kann sogar entlang demselben Pfad, wenn gemessen, zu verschiedenen Zeiten verschieden sein.)

Siehe auch

• Radiofortpflanzungsmodell
• Pfad-Verlust-Modell der Klotz-Entfernung
• 2-Strahlen-Boden-Nachdenken-Modell

Links

• Berufspfad-Analyse mit einem Spreadsheet