Perte de propagation

Les pertes de propagation comprennent généralement les pertes dues à l'expansion naturelle du front d'onde radio dans l'espace libre (qui prend généralement la forme d'une sphère toujours plus grande), les pertes par absorption (parfois appelées pertes par pénétration), lorsque le signal traverse des milieux non transparents aux ondes électromagnétiques , les pertes par diffraction lorsqu'une partie du front d'onde radio est obstruée par un obstacle opaque, et les pertes dues à d'autres phénomènes.

Le signal émis par un émetteur peut emprunter simultanément de nombreux trajets différents pour atteindre un récepteur ; ce phénomène est appelé propagation multitrajet . Les ondes multitrajet se combinent au niveau de l'antenne du récepteur, ce qui engendre un signal reçu dont l'amplitude peut varier considérablement en fonction de la distribution de l'intensité et du temps de propagation relatif des ondes, ainsi que de la bande passante du signal émis. La puissance totale des ondes interférentes, dans un scénario d'évanouissement de Rayleigh, varie rapidement en fonction de l'espace (phénomène connu sous le nom d'évanouissement à petite échelle ). L'évanouissement à petite échelle désigne les variations rapides d'amplitude du signal radio sur une courte période de temps ou une courte distance parcourue.

Exposant de perte

le modèle de la Terre plate). Dans certains environnements, comme les bâtiments, les stades et autres espaces intérieurs, cet exposant peut atteindre des valeurs comprises entre 4 et 6. À l'inverse, un tunnel peut se comporter comme un guide d'ondes , ce qui se traduit par un exposant d'affaiblissement inférieur à 2.

L'affaiblissement de propagation est généralement exprimé en dB . Dans sa forme la plus simple, l'affaiblissement de propagation peut être calculé à l'aide de la formule suivante :

{\displaystyle L=10n\log _{10}(d)+C <semantics><mrow><mstyle><mi>L</mi><mo>=</mo><mn>10</mn><mi>n</mi><msub><mi>enregistrer</mi><mrow><mn>10</mn></mrow></msub><mo>⁡</mo><mo>(</mo><mi>d</mi><mo>)</mo><mo>+</mo><mi>C</mi></mstyle></mrow><annotation>{\displaystyle L=10n\log _{10}(d)+C}</annotation></semantics></math></span><img src=

où ${\displaystyle L <semantics><mrow><mstyle><mi>L</mi></mstyle></mrow><annotation>{\displaystyle L}</annotation></semantics></math><img src=$ ${\displaystyle n <semantics><mrow><mstyle><mi>n</mi></mstyle></mrow><annotation>{\displaystyle n}</annotation></semantics></math><img src=$ ${\displaystyle d <semantics><mrow><mstyle><mi>d</mi></mstyle></mrow><annotation>{\displaystyle d}</annotation></semantics></math><img src=$ ${\displaystyle C <semantics><mrow><mstyle><mi>C</mi></mstyle></mrow><annotation>{\displaystyle C}</annotation></semantics></math><img src=$

formule de l'ingénieur radio

Les ingénieurs en radio et antennes utilisent la formule simplifiée suivante (dérivée de la formule de transmission de Friis ) pour calculer l'affaiblissement du trajet du signal entre les points d'alimentation de deux antennes isotropes en espace libre :

Atténuation de propagation en dB :

{\displaystyle L=20\log _{10}\left({\frac {4\pi d}{\lambda }} ight) <semantics><mrow><mstyle><mi>L</mi><mo>=</mo><mn>20</mn><msub><mi>enregistrer</mi><mrow><mn>10</mn></mrow></msub><mo>⁡</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mrow><mn>4</mn><mi>π</mi><mi>d</mi></mrow><mi>λ</mi></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow></mstyle></mrow><annotation>{\displaystyle L=20\log _{10}\left({\frac {4\pi d}{\lambda }} ight)}</annotation></semantics></math></span><img src=

où ${\displaystyle L <semantics><mrow><mstyle><mi>L</mi></mstyle></mrow><annotation>{\displaystyle L}</annotation></semantics></math><img src=$ ${\displaystyle \lambda <semantics><mrow><mstyle><mi>λ</mi></mstyle></mrow><annotation>{\displaystyle \lambda }</annotation></semantics></math><img src=$ ${\displaystyle d <semantics><mrow><mstyle><mi>d</mi></mstyle></mrow><annotation>{\displaystyle d}</annotation></semantics></math><img src=$ ${\displaystyle \lambda <semantics><mrow><mstyle><mi>λ</mi></mstyle></mrow><annotation>{\displaystyle \lambda }</annotation></semantics></math><img src=$ ${\displaystyle \lambda <semantics><mrow><mstyle><mi>λ</mi></mstyle></mrow><annotation>{\displaystyle \lambda }</annotation></semantics></math><img src=$

Prédiction

Le calcul de l'affaiblissement de propagation est généralement appelé prédiction . Une prédiction exacte n'est possible que dans les cas les plus simples, comme la propagation en espace libre mentionnée précédemment ou le modèle de la Terre plate . En pratique, l'affaiblissement de propagation est calculé à l'aide de diverses approximations.

Les méthodes statistiques (également appelées stochastiques ou empiriques ) reposent sur les pertes mesurées et moyennées le long de liaisons radio typiques. Parmi les plus couramment utilisées figurent les modèles d'Okumura-Hata , le modèle COST Hata et le modèle réseaux cellulaires et des réseaux mobiles terrestres publics ( RMT). Pour les communications sans fil dans les bandes de fréquences VHF et UHF (utilisées par les talkies-walkies, la police, les taxis et les téléphones portables), le modèle d'Okumura-Hata, perfectionné par le projet COST 231 , est l'un des plus répandus . D'autres modèles bien connus incluent ceux de Walfisch-Ikegami, Erceg . Pour la radiodiffusion FM et la télévision, l'affaiblissement de propagation est généralement estimé à l'aide du modèle de l'UIT, tel que décrit dans la recommandation le tracé de rayons en est un exemple. Ces méthodes sont censées fournir des prédictions de l’affaiblissement de propagation plus précises et fiables que les méthodes empiriques ; toutefois, elles sont nettement plus gourmandes en ressources de calcul et nécessitent une description détaillée et précise de tous les objets présents dans l’espace de propagation, tels que les bâtiments, les toits, les fenêtres, les portes et les murs. C’est pourquoi elles sont principalement utilisées pour les trajets de propagation courts. Parmi les méthodes les plus couramment utilisées dans la conception d’équipements radio, tels que les antennes et les alimentations, figure la méthode des différences finies dans le domaine temporel (FDTD) .

L'affaiblissement de propagation dans les autres bandes de fréquences ( ondes moyennes (OM), ondes courtes (OC ou HF), micro-ondes (SHF)) est prédit par des méthodes similaires, bien que les algorithmes et formules précis puissent être très différents de ceux utilisés pour les bandes VHF/UHF. La prédiction fiable de l'affaiblissement de propagation dans la bande OC/HF est particulièrement difficile, et sa précision est comparable à celle des prévisions météorologiques.

Approximations simples pour calculer l'affaiblissement de propagation sur des distances nettement inférieures à la distance à l' horizon radio :

En espace libre, l'affaiblissement du signal augmente de 20 dB par décade (une décade correspond à une multiplication par dix de la distance entre l'émetteur et le récepteur) ou de 6 dB par octave (une octave correspond à un doublement de la distance entre l'émetteur et le récepteur). Ceci peut être utilisé comme une approximation très grossière du premier ordre pour les liaisons de communication (micro-ondes) ;
Pour les signaux de la bande UHF/VHF se propageant à la surface de la Terre, l'affaiblissement de propagation augmente d'environ 35 à 40 dB par décade (10 à 12 dB par octave). Cette valeur peut servir de première estimation dans les réseaux cellulaires.

Exemples

Dans les réseaux cellulaires, tels que l'UMTS et le GSM , qui fonctionnent dans la bande UHF, l'affaiblissement de propagation en zone urbaine peut atteindre 110 à 140 dB pour le premier kilomètre de liaison entre la station de base (BTS) et le terminal mobile . Cet affaiblissement peut atteindre 150 à 190 dB sur les dix premiers kilomètres. ( Remarque : ces valeurs sont très approximatives et ne sont données ici qu'à titre indicatif pour illustrer la plage de valeurs possibles de l'affaiblissement de propagation. Elles ne constituent pas des valeurs définitives ni contraignantes ; l'affaiblissement peut varier considérablement pour une même distance le long de deux trajets différents, et même varier le long d'un même trajet si les mesures sont effectuées à des moments différents.)

Dans l'environnement radio des services mobiles, l'antenne mobile est située près du sol. Les modèles de propagation en visibilité directe (LOS) sont fortement modifiés. Le signal émis par l'antenne de la station de base (BTS), généralement surélevée au-dessus des toits, est réfracté vers le bas par l'environnement physique local (collines, arbres, habitations), et le signal LOS atteint rarement l'antenne. L'environnement induit plusieurs déviations du signal direct vers l'antenne, ce qui entraîne généralement la somme vectorielle de 2 à 5 composantes de signal déviées.

Ces phénomènes de réfraction et de déviation entraînent une perte de puissance du signal, qui varie lorsque l'antenne mobile se déplace (évanouissement de Rayleigh), provoquant des variations instantanées pouvant atteindre 20 dB. Le réseau est donc conçu pour fournir une puissance de signal supérieure de 8 à 25 dB par rapport à la ligne de visée directe, selon la nature de l'environnement physique, et 10 dB supplémentaires pour compenser l'évanouissement dû au mouvement.