Definicja ERP, EIRP, dB i dBm w planowaniu RF

Definicje ERP, EIRP, dB i dBm w planowaniu sieci radiowej (RF Planning)

W inżynierii radiowej, w szczególności przy planowaniu sieci RF (Radio Frequency Planning), bardzo ważne jest zrozumienie parametrów takich jak ERP, EIRP, dB i dBm. Są to jednostki i wskaźniki służące do wyrażania mocy sygnału, zysków anten, strat sygnałowych i poziomów odniesienia. Dokładne zrozumienie ich znaczenia i różnic jest kluczowe przy projektowaniu, optymalizacji i analizie systemów bezprzewodowych.

ERP – Effective Radiated Power (Efektywna moc promieniowana)

ERP odnosi się do mocy promieniowanej przez antenę w stosunku do idealnej anteny dipolowej. Jest to iloczyn mocy wyjściowej nadajnika i zysku anteny (względem dipola), pomniejszony o straty w kablach i złączach.

Wzór: ERP (w dBm lub W) = Moc wyjściowa – straty + zysk anteny (względem dipola)

Jednostka: ERP może być wyrażana w watach (W) lub decybelach względem 1 miliwata (dBm) lub dipola (dBd). ERP jest często stosowane w krajach europejskich i zgodne z regulacjami ITU.

Przykład: Jeśli nadajnik emituje 10 W mocy, a antena ma zysk 3 dBd i są 2 dB strat w kablu, ERP = 10 W × 10^[(3 – 2)/10] ≈ 12.6 W

EIRP – Equivalent Isotropically Radiated Power (Równoważna izotropowo promieniowana moc)

EIRP odnosi się do mocy promieniowanej przez antenę w kierunku maksymalnego promieniowania, w porównaniu do anteny izotropowej, czyli teoretycznej anteny promieniującej równo we wszystkich kierunkach. Jest bardziej popularna w zastosowaniach satelitarnych i mikrofalowych.

Wzór: EIRP (dBm) = Moc wyjściowa (dBm) – straty + zysk anteny (dBi)

Zysk anteny w EIRP odnosi się do anteny izotropowej, wyrażany w dBi (decybele względem izotropu), co odróżnia EIRP od ERP (gdzie używa się dBd).

Konwersja: EIRP (dBi) = ERP (dBd) + 2.15 dB

dB – Decybel jako jednostka względna

dB (decybel) to jednostka logarytmiczna, która służy do wyrażania stosunku dwóch wartości tej samej wielkości fizycznej, np. mocy lub napięcia. Jest jednostką względną – nie reprezentuje bezwzględnej wartości, ale stosunek np. sygnału do szumu lub wzmacniania do tłumienia.

Wzory:

• Dla mocy: dB = 10 × log₁₀(P2/P1)
• Dla napięcia: dB = 20 × log₁₀(V2/V1)

W planowaniu RF stosuje się dB do opisywania zysków (np. antena, wzmacniacz) oraz strat (np. kabel, tłumienie wolumetryczne), pozwalając uprościć obliczenia łańcucha transmisyjnego.

dBm – Decybel względem miliwata

dBm to jednostka mocy odniesiona do 1 mW (miliwata). Jest to bezwzględna miara mocy wyrażona w skali logarytmicznej. Używana powszechnie w inżynierii RF do opisywania poziomów mocy sygnałów w kablach, antenach i urządzeniach.

Wzór: dBm = 10 × log₁₀(P [w mW])

Przykład: 1 mW = 0 dBm, 10 mW = 10 dBm, 100 mW = 20 dBm, 1 W = 30 dBm

dBm ułatwia porównywanie poziomów sygnałów bez potrzeby używania dużych liczb. W RF Planning jest stosowany do określania mocy nadajnika, poziomu sygnału RSSI, RSRP, SNR, itp.

Zastosowanie w planowaniu sieci RF

Podczas projektowania systemów radiokomunikacyjnych, takich jak GSM, LTE, Wi-Fi czy 5G, obliczenia ERP i EIRP są kluczowe do spełnienia norm regulacyjnych, jak również optymalizacji zasięgu i jakości sygnału.

dBm pozwala na określenie dokładnej mocy odbieranego sygnału przez urządzenie końcowe, co pomaga w analizie propagacji fal radiowych. dB z kolei pozwala określić całkowite straty lub zyski w systemie RF.

Przykładowy łańcuch sygnałowy:

Znając EIRP, można oszacować pokrycie, wymagane poziomy izolacji między kanałami, a także zapewnić zgodność z limitami mocy narzucanymi przez prawo (np. CEPT, ITU).

W praktyce planowania RF, inżynierowie korzystają z narzędzi symulacyjnych (np. Atoll, iBwave, NetAct) do obliczania tych wartości oraz modelowania zasięgu i jakości sieci na podstawie EIRP, strat propagacyjnych i warunków środowiskowych.