Portée de communication, définie comme la distance maximale permettant un lien radio fiable pour l’échange d’informations entre un émetteur et un récepteur.
Objectif:
Le calcul de la portée de communication peut servir à :
- Étude de déploiement de réseau sans fil
- Benchmark des systèmes de communication (comparaison)
- Diagnostic des systèmes de communication
- Choix du système de communication selon les contraintes applicatives
- ...
Définitions clés:
Pour estimer la portée de communication, deux facteurs clés doivent être évalués : la perte de trajectoire et le budget de liaison.
La portée Radio : il s’agit de la diminution naturelle de la puissance du signal qui se produit lorsqu’une onde radio se propage dans l’air. Cela s’explique par le fait que la puissance initiale se dilue sur une surface de plus en plus grande, à mesure que l’énergie se propage depuis la source. De plus, la perte de trajectoire est influencée par l’environnement et les obstacles entre l’émetteur et le récepteur. Elle dépend principalement de la fréquence et de la distance.
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Les signaux de basse fréquence ont tendance à se propager sur de plus longues distances, tandis que les signaux de haute fréquence permettent des débits de données plus élevés, mais sont plus sensibles à l’atténuation causée par les obstacles et les conditions atmosphériques. En revanche, les basses fréquences nécessitent des antennes plus grandes que les hautes fréquences pour obtenir des performances équivalentes. |
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À mesure que la distance entre l’émetteur et le récepteur augmente, la perte de puissance augmente. |
Tout d’abord, calculons la perte de trajectoire selon la formule de Friis :
Path Loss (dB) = n x [ 90 + 10 . LOG10 ( 4 . π / C ) + 10 . LOG10 ( F ) + 10 . LOG10( D ) ]
Où :
- C : Célérité de la lumière (environ 300 000 Km/sec)
- F : La fréquence du signal exprimée en MHz
- D : Distance couverte attendue, exprimée en Km
- n : Exposant de Friis caractérisant l’environnement (voir tableau ci-dessous pour quelques valeurs typiques)
| Environnement | Exposant (n) |
| Espace libre | 2 |
| Épicerie | 1.8 |
| Supérette | 2.2 |
| Bureau (murs épais) | 3 |
| Bureau (cloisons) | 2.6 |
| Bureau dense | 4 |
Notes :
- Pour un environnement donné, l’exposant « n » peut être déterminé empiriquement en mesurant la puissance du signal (RSSI) reçue en fonction de la distance par rapport à l’émetteur utilisé. L’exposant de l’environnement correspondra à la valeur « n » de la courbe théorique de Friis qui modélise le mieux le comportement expérimental.
Bilan de liaison : c’est simplement une équation décrivant la performance d’un lien de communication en prenant en compte tous les gains et pertes des éléments RF du chemin de liaison. Une équation type de budget de liaison s’écrit ainsi :
LB (dB) = Transmit power (dBm) + Transmit antenna gain (dB) + Receiver antenna gain (dB) - Receiver sensitivity (dBm)
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Par analogie avec le son, considérez la sensibilité du récepteur comme le son le plus faible que vous pouvez entendre et comprendre. Ainsi, plus la sensibilité est bonne, plus la portée sera grande. Regardez "Measuring receiver sensitivity with attenuator" pour plus de détails. |
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Le niveau de puissance d’émission est un compromis entre la portée et la consommation d’énergie. De plus, même en supposant un accès illimité à une source d’énergie électrique, la puissance RF ne peut pas être augmentée indéfiniment en raison des normes et réglementations en vigueur. Regardez "RF transmitter power measurement" pour plus de détails. |
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L’emplacement de l’antenne, la taille du boîtier et sa conception peuvent fortement influencer l’efficacité de la transmission et de la réception du signal. Le gain effectif de l’antenne est important aussi bien pour l’antenne émettrice que pour la réceptrice. Plus le gain de l’antenne est élevé, plus la portée sera grande. |
Alors, quelle est la portée de mon système ?
Après avoir calculé le budget de liaison de votre système, il est facile de déterminer la distance correspondant à la perte de trajectoire consommant ce budget. Cependant, il est recommandé de prévoir une marge sur le budget de liaison pour garantir un lien radio fiable dans la plupart des conditions. En effet, l’environnement n’est jamais constant !