Потужність GSM сигналу

Потужність мобільного сигналу вимірюється як сила прийому сигналу електричного поля в вольтах на відстань або як потужність сигналу, одержуваного приймаючої антеною. Передавачі більш високої потужності, наприклад, в радіомовленні, використовують величину дБ-мілівольт на метр (дБмВ / м). А в пристроях, які вимагають набагато більш низької потужності сигналу, такі як мобільні телефони, ця потужність найчастіше виражається як дБ-мікровольта метр (дБмкВ / м) або в децибелах як рівень прийому в один милливатт (наприклад - 80дБм).

В стільникових мережах радіус дії і базових станцій дуже обмежений, отже, потужність роботи передавачів радіостанцій порівняно невисока. 
Передавачі самих же мобільних телефонів стандарту GSM 900, як правило, володіють максимальною потужністю в 2 Вт, а встановлюваних на автомобілі - близько 8 Вт Між тим в стандарті визначається 4 класу потужності від 800 мВт до 8 Вт

Потужність передавачів телефонів, які працюю на стандарті GSM 1800 практично 2 рази менше, що не може не позначатися на споживаної ними енергії, і зрозуміло, на автономності роботи «кишенькових» моделей. Однак радіус дії таких моделей значно менше, ніж радіус дії передавачів стільникових телефонів стандарту GSM 900, який за інших рівних умов приблизно в 16 разів більше.

Складніше привести порядок величин для потужностей стаціонарних станцій, оскільки оператори намагаються тримати це в секреті. Проте можна сказати, що проміжок значень цих потужностей достатньо великий, враховуючи різноманітність умов поширення сигналів на місцевості. 

Можна здогадуватися, що потужність середньої передавальної станції, яка paботает в міських умовах і покриває зону радіусом приблизно в 2 км, становить кілька десятків ват на сектор (10 Вт = +40 дБмВт). Ця величина має місце на виході передавачів, оскільки завдяки направленому дії антени потужність випромінювання (еквівалентна ізотропно-випромінювана потужність - ЕІВП) у заданому напрямі може досягати сотень ват (100 Вт = +50 дБмВт)! Наведені вище цифри досить близькі до потужності випромінювання СВЧ печі, що працює з відкритою! дверцятами, і все-таки не можна порівнювати з сотнями кіловат, випромінюваними в діапазоні FM основними телевізійними і радіомовними вежами (починаючи з Ейфелевої вежі, найбільш «брудної» в цьому відношенні).У сільській місцевості ці значення можуть бути ще вище за рахунок установки додаткових підсилювачів для збільшення дальності роботи.

Судячи з інформації з достовірних джерел (каталогів виготовлювачів спеціальних вимірювальних приладів), максимальна, потужність на виході передавача може становити близько 30 Вт при роботі на частоті 1800 МГц і 300 Вт - на частоті 900 МГц, але реально на практиці не перевищує 60-80 Вт . Це може здатися занадто великою величиною, враховуючи високу чутливість як мобільних, так і фіксованих приймачів (не гірше -100 дБмВт для портативної приймальної станції хорошої якості). Але слід брати до уваги не тільки втрати при проходженні сигналу у вільному просторі, але так само і впливу всякого роду перешкод, розташованих між станцією і стільниковим телефоном. Наприклад, залізобетонні будови здатні послаблювати сигнали, що проходять через них (при внутрішньому покритті), в 100-1000 разів (тобто на 20-30 дБ). До числа перешкод можна також віднести кузова автомобілів, крони дерев і т.д. Вплив можуть надати і атмосферні опади. 

За відсутності перешкод ослаблення сигналу при розповсюдженні зростає пропорційно квадрату відстані, збільшуючись, таким чином, на 6 дБ щоразу, коли відстань подвоюється. 
Отже, якщо спуститися в підземний гараж або в підвал, то ослаблення сигналу буде таким же, як і при видаленні на відстань 30 км в межах прямої видимості. 

>> Підсилити зв'язок у приміщенні підвального типу <<

В слідстві з винятковою різноманітністю умов поширення сигналів було прийнято рішення, що потужності передавачів як базових, так і мобільних станцій будуть постійно регулюватися до поточних умов (тобто вихідна потужність може збільшуватися або зменшуватися). Цим і пояснюється той факт, що автономність роботи мобільних телефонів в режимі «розмова» сильно залежить від умов поширення сигналу, і реально результати часто виявляються не настільки блискучими, як було обіцяно виробником. Враховуючи вище наведені цифри, можна сказати, що в ідеальних умовах радіус дії буде значно вище середнього. 

Наприклад: при здійсненні зв'язку з моря розмір покривається берегової зони такий, що система GSM виявляється значно ефективніше, ніж державна служба радіотелефонного зв'язку діапазону VHF (ДВЧ). Але з цього не слід робити висновок, що для забезпечення безпеки на борту корабля достатньо мобільного телефону, т.к. його сигнали не приймаються іншими судами, здатними надати допомогу. До того ж визначити поточне місце розташування мобільного телефону набагато складніше, ніж місце розташування радіотелефону. У відкритому морі не варто сподіватися на радіус дії 50 або навіть 80 км, який при хороших умовах забезпечується станціями потужністю в 25 Вт Однак в ясну погоду на узбережжі Нормандії відмінно приймаються сигнали базових станцій чотирьох англійських мереж GSM, розташованих на відстані більше 120 км.

Цей начебто парадокс викликаний принципом тимчасового мультиплексування ТБМД в результаті застосування якого абсолютний межа радіусу дії системи складає приблизно 35 км. Вище пояснювалося про те, що мережа зв'язується з мобільним телефоном тільки протягом інтервалів часу тривалістю 0,577 мс. При швидкості 300 000 км / с радіохвилях буде потрібно 0,233 мс, щоб подолати шлях в 70 км (туди і назад) між базовою станцією та мобільним телефоном. За межами радіусу дії 35 км пакети бітів, що передаються стільниковим телефоном, досягають базової станції в той момент, коли вона вже припинила їх очікування і перейшла на прийом сигналу від іншого стільникового телефону. Особливо разюче, коли при поступовому видаленні від побережжя зв'язок просто навсього різко обривається, навіть якщо тільки що вона була чудової якості і дисплей показує, що режим прийому залишається оптимальним. 
Схоже явище може спостерігатися і на суші, в місцях, де місцевість характеризується нерівним рельєфом. Так, сигнал станції, розташований на відстані більше 35 км, приймається «чітко і ясно» в зоні, яка повинна була б вважатися повністю поза діапазону покриття, оскільки зв'язок з нею нездійсненна.

Крім того, може статися, що, набравши номер 112, щоб зв'язатися зі службою порятунку, ви потрапляєте, наприклад, до пожежних іншого департаменту. Це абсолютно нормальне явище, коли краще приймається сигнал базової станції, розташованої на відстані 20 або 30 км, чим на відстані 2 км, але що знаходиться за пагорбом.

Використання різних технічних методів дозволяє майже подвоїти максимальний радіус дії системи до відстані 60 або 70 км, але це може бути зроблено тільки за рахунок зменшення пропускної здатності базової GSM станції. В Австралії вже були проведені перевірки, що підтверджують дані розрахунки. Відомо, що деякі оператори пробували проводити аналогічне досліди, використовуючи телефони-автомати, встановлені на поромах.

І нарешті, можна згадати про «сюрпризи» зовсім іншого характеру, які можуть відбуватися через відбиття радіохвиль від різних перешкод, включаючи пролітають літаки. Часом буває, що мобільний телефон приступає ідеально працювати там, де це абсолютно не передбачалося, наприклад біля підніжжя високої скелі, але тільки протягом декількох секунд. У цьому разі зміщення антени телефону на декілька сантиметрів може бути цілком вистачає, щоб чутність різко погіршилася або перервався зв'язок.

Незважаючи на те, що мережа вишок-ретрансляторів покриває території багатьох держав по всьому світу, все ж залишається велика кількість зон, які не входять в зону їхнього покриття, тобто які не можуть скористатися перевагами гарного прийому. Деякі сільські райони навряд чи коли-небудь будуть забезпечені ретрансляторами для якісного прийому, оскільки собівартість зведення стільникового вежі занадто висока, щоб встановлювати її для невеликої кількості споживачів послуг зв'язку. Навіть в зонах якісного прийому часто буває так, що в підвалах і всередині великих будівель якість прийому залишає бажати кращого.

До погіршення якості прийому також може привести деструктивний вплив на сигнал з боку вишок інших операторів в міських зонах або властивості будівельних матеріалів, які використовуються в деяких будівлях і здатні викликати різке ослаблення навіть хорошого сигналу. У великих будівлях, такі як склади, лікарні, заводи часто немає достатньої сигналу, який би дозволив використовувати мобільний телефон на відстані далі, ніж кілька метрів від зовнішніх стін. 

Це особливо актуально для мереж, які працюють на більш високих частотах, оскільки такі сигнали загасають швидше, коли стикаються з перешкодами, навіть незважаючи на те, що вони можуть використовувати відображення і переломлення, щоб обійти перешкоду.