信号在自由空间的传播损耗与信号的频率密切相关,信号频率越高,单位距离的衰耗越大。信号在自由空间的衰耗损耗PL可由下式计算:
PL(dB) =32.45 + 20lgf + 20lgd
因此,假设传播相同的距离,900MHz信号将比150MHz信号多衰减:20(lg900-lg150)= 15.56dB
比250MHz信号多衰减:20(lg900-lg250)= 11.85dB
因此,900MHz在自由空间的损耗是150MHz 信号的32倍,是250MHz信号的16倍。在其它条件不变的情况下,150MHz/250MHz可以传输更远的距离。
3.3 中继和覆盖能力
飞地系统的传输能力取决于近端机和远端机之间的信号拉远能力,即复杂地形下150~250MHz信号的传输能力。因此,飞地系统的拉远能力不仅与中继的发射功率有关(目前设备多支持2W、5W、10W和20W),还要取决于环境的复杂度。在实际应用时,多应用中继功率为10W的设备,其拉远距离如下:复杂的山区环境:拉远8~10km;较为简单的环境:拉远10~15km。
飞地系统的远端机一般采用20W进行覆盖,其覆盖能力与一般移频直放站的覆盖能力相当,此只要天线挂高合适,增益足够大,即可实现直径为3~5km区域的覆盖。
4 典型应用场景
和其它GSM延伸覆盖系统相比,飞地系统主要有以下优势。
(1)系统绕射能力强,10KM拉远距离条件下可以绕射过高于收发天线50~70m的障碍物;
(2)抗干扰能力强,覆盖效果好;
(3)中继频率可以通过软件设置,占用频带小,频率设置灵活;
(4)工程设计简单,安装简便,成本低廉;
(5)一台近端可带多台远端,覆盖灵活;
(6)在低话务量的偏远地区,常使用太阳能供电,系统能够通过自身的检测控制装置,在发现覆盖区无手机接入网时,会自动使远端上行处于休眠状态,当有用户使用时会自动恢复工作,从而减除了不必要的能耗,大大降低了运营成本。
因此飞地系统可以适应较为苛刻的自然环境,工程较为简单,成本较低,传输距离远,有一定的应用场景。从目前的应用情况来看,复杂地形下的孤岛覆盖(村村通工程)、应急通信和远距离监控是飞地系统较为典型的应用场景。
4.1 复杂地形下的孤岛覆盖(村村通覆盖)
移动通信网络经过多年努力,网络已经覆盖了绝大大部分人员活动场所,但仍然存在很多远离城镇、被大山阻隔的山村、厂矿或临时作业区,这些点由于距离遥远、环境恶劣、投入巨大而一直处于通信的盲点,也是村村通工程需要解决的重点。这些地区具有以下特点。
(1) 地形复杂,传输环境恶劣;
(2) 目标地区容量需求一般,覆盖需求为主;
(3) 信号远距离传输路径上无明显覆盖要求,即具有典型孤岛特征。
飞地覆盖系统可以较为容易地覆盖远离移动通信资源的孤岛,使得移动通信网络可以飞跃旷野、山体来覆盖这些孤岛,同时加快工程进度,节省投资。
4.2 应急通信
面对抗洪抢险等复杂状况,自然环境的阻隔往往无法快速有效地建立通信联络,从而影响救灾指挥决策的顺利进行。在突发灾害等特殊状况下,应急通信面临以下问题。
(1) 地形复杂,传输环境恶劣,电力等配套设施欠缺;
(2) 目标地区容量需求一般,覆盖需求为主;
(3) 要求快速建立通信保障,机动灵活改变通信覆盖区。
由于飞地系统简单,工程实现容易,同时可以克服复杂地形的影响,因此适宜作为应急通信的重要手段。2008年初我国南方灾害性天气对移动通信提出了新的要求,由于飞地系统可以快速实现远距离通信,同时远端机可以依靠蓄电池工作2~3天,因此飞地系统也为未来GSM网络容灾方案提供了新的思路。