Калькулятор радиопокрытия 4G LTE/ 5G NR: Расчет RSRP, EPRE и Link Budget онлайн
Профессиональный инженерный инструмент для визуализации зоны покрытия базовой станции 5G/LTE на интерактивной карте. Калькулятор выполняет расчет уровня принимаемого сигнала (RSRP) на основе энергии ресурсного элемента (EPRE) и стандартизированных моделей распространения радиоволн 3GPP TR 38.901. Поддерживает поиск адреса, измерение расстояний линейкой и экспорт результатов в форматах KML и CSV.
Ключевая особенность — автоматический расчет спектральной плотности мощности (EPRE) на основе полосы пропускания и нумерологии 5G NR, а также учет проникновения сигнала сквозь внешние стены зданий по модели O2I (Outdoor-to-Indoor).
Инструкция по использованию калькулятора
- Модель среды: Выберите сценарий распространения — UMa NLOS для плотной городской застройки, RMa NLOS для пригородов и сельской местности, или FSPL для идеальных условий прямой видимости.
- Координаты БС: Уточните на карте координаты для установки точки или воспользуйтесь строкой поиска адреса. Линейка позволяет измерить расстояние до интересующих объектов.
- Частотные параметры: Укажите несущую частоту (по умолчанию 3800 МГц — диапазон n78), выберите Нумерологию (SCS) и Полосу пропускания (Bandwidth). Эти данные необходимы для точного расчета энергии на ресурсный элемент.
- Энергетика передатчика: Введите мощность Tx (по умолчанию 46 dBm) и коэффициент усиления антенны (17 dBi). Параметр EPRE рассчитывается автоматически.
- Секторная конфигурация: Задайте количество секторов (1–6), ширину диаграммы направленности и азимуты. Калькулятор построит зону покрытия с учетом ослабления сигнала вне главного лепестка.
- Учет препятствий (O2I): Активируйте галочку «O2I», чтобы добавить затухание при проникновении сигнала в здание. Поле «Доп. потери» используйте для Body Loss, Slow Fading Margin и Foliage Loss.
- Нажмите «Рассчитать». На карте появятся цветные зоны RSRP от −80 до −120 dBm. Результаты можно экспортировать в KML для Google Earth или CSV для дальнейшего анализа.
Содержание
- Расчет EPRE и RSRP
- Примеры расчета Link Budget
- Затухание в стенах (Outdoor-to-Indoor)
- Модели распространения 3GPP
- Часто задаваемые вопросы
Методика расчета: от EPRE к RSRP
В отличие от упрощенных калькуляторов, использующих общую мощность передатчика, данный алгоритм работает с энергией на ресурсный элемент (Energy Per Resource Element). Такой подход соответствует физике измерений RSRP в сетях 5G NR и LTE, где терминал измеряет мощность на отдельных поднесущих опорных сигналов.
1. Расчет EPRE (dBm)
Мощность передатчика распределяется по всей полосе частот. Формула расчета спектральной плотности:
EPRE = PTX − 10·log10(BWHz) + 10·log10(SCSHz)
Где:
• PTX — полная мощность передатчика (dBm).
• BWHz — ширина канала в Герцах (например, 100 МГц = 100·106).
• SCSHz — разнос поднесущих (например, 30 кГц = 30000 Гц).2. Эффективная излучаемая мощность (EIRP)
EIRP = EPRE + GAntenna (Усиление антенны, dBi)
3. Итоговый уровень сигнала (RSRP)
RSRP (dBm) = EIRP − PathLoss(d) − WallLoss − AdditionalLoss
Примеры расчета Link Budget 5G NR
Пример 1: Макросота n78 (3800 МГц), городская застройка
Исходные данные: PTX = 46 dBm, BW = 100 МГц, SCS = 30 кГц, Gain = 17 dBi, O2I включен, Доп. потери = 18 дБ.
Расчет EPRE:
EPRE = 46 − 10·log10(100·106) + 10·log10(30000) = 46 − 80 + 44.77 = 10.77 dBm
Расчет EIRP: 10.77 + 17 = 27.77 dBm
Потери в стене (3.8 ГГц): Lwall = 12.2 + 3.2 × 3.8 = 24.36 дБ
Доступный бюджет для PathLoss (RSRP = −110 dBm):
PathLossmax = 27.77 − (−110) − 24.36 − 18 = 95.41 дБ
По модели UMa NLOS это соответствует дальности около 180–220 метров для indoor-покрытия.
Пример 2: Сельская местность n78 (3800 МГц), outdoor
Исходные данные: PTX = 46 dBm, BW = 100 МГц, SCS = 30 кГц, Gain = 17 dBi, O2I выключен, Доп. потери = 10 дБ, высота БС = 35 м.
EIRP: 27.77 dBm (аналогично примеру 1)
Доступный бюджет для PathLoss (RSRP = −100 dBm):
PathLossmax = 27.77 − (−100) − 10 = 117.77 дБ
По модели RMa NLOS при высоте БС 35 м это обеспечивает дальность 1.5–2.5 км для уверенного outdoor-покрытия.
Пример 3: Малая сота n41 (2600 МГц), SCS 15 кГц
Исходные данные: PTX = 37 dBm, BW = 40 МГц, SCS = 15 кГц, Gain = 10 dBi, O2I включен.
Расчет EPRE:
EPRE = 37 − 10·log10(40·106) + 10·log10(15000) = 37 − 76.02 + 41.76 = 2.74 dBm
EIRP: 2.74 + 10 = 12.74 dBm
Потери в стене (2.6 ГГц): Lwall = 12.2 + 3.2 × 2.6 = 20.52 дБ
Малые соты предназначены для локального уплотнения с радиусом покрытия 50–150 метров.
Пример 4: Сравнение нумерологий при одинаковой мощности
Условия: PTX = 46 dBm, BW = 100 МГц, частота 3800 МГц.
| SCS | EPRE | Комментарий |
|---|---|---|
| 15 кГц | 7.76 dBm | Больше поднесущих — энергия распределена сильнее |
| 30 кГц | 10.77 dBm | Стандартный выбор для FR1 |
| 60 кГц | 13.78 dBm | Меньше поднесущих — выше EPRE на каждую |
При увеличении SCS вдвое EPRE возрастает на 3 дБ, что эквивалентно увеличению дальности на 15–20% при прочих равных условиях.
Затухание сигнала в стенах (O2I Model)
Для частот 5G NR (особенно C-band 3.3–4.2 ГГц и n79 4.4–5.0 ГГц) проникновение в здания является критическим фактором планирования. Калькулятор использует частотно-зависимую модель затухания для типовой железобетонной конструкции.
Формула потерь в стене (Wall Loss):
Lwall = 12.2 + 3.2 · fГГц
Справочные значения для популярных диапазонов:
| Диапазон | Частота | Потери O2I |
|---|---|---|
| n3 (LTE 1800) | 1800 МГц | ≈ 18.0 дБ |
| n41 | 2600 МГц | ≈ 20.5 дБ |
| n78 | 3500 МГц | ≈ 23.4 дБ |
| n78 | 3800 МГц | ≈ 24.4 дБ |
| n79 | 4700 МГц | ≈ 27.2 дБ |
Модели распространения радиоволн 3GPP TR 38.901
Калькулятор реализует стандартизированные модели потерь на трассе (Path Loss) для частотного диапазона FR1 (410 МГц – 7.125 ГГц):
| Модель | Сценарий | Применение |
|---|---|---|
| UMa NLOS | Urban Macro, Non-Line-of-Sight | Плотная городская застройка, многоэтажные здания, отсутствие прямой видимости. Основная модель для городского планирования. |
| RMa NLOS | Rural Macro, Non-Line-of-Sight | Пригороды, сельская местность, малоэтажная застройка. Учитывает среднюю высоту зданий 5 м и ширину улиц 20 м. |
| FSPL | Free Space Path Loss | Идеальные условия распространения без препятствий. Используется для оценки верхней границы дальности или фиксированных радиолиний. |
Часто задаваемые вопросы (FAQ)
Почему вместо количества PRB вводятся Numerology и Bandwidth?
Это сделано для повышения точности и удобства расчета. В 5G NR количество ресурсных блоков (PRB) зависит от выбранной нумерологии (SCS 15/30/60 кГц для FR1) и защитных интервалов, которые различаются для каждой комбинации. Прямой ввод полосы пропускания и SCS позволяет калькулятору точно определить EPRE без необходимости обращаться к таблицам 3GPP TS 38.101.
Почему по умолчанию выбрана частота 3800 МГц?
Диапазон 3.8 ГГц входит в полосу n78 (3300–3800 МГц), которая является основным mid-band спектром для развертывания 5G NR в Европе и большинстве стран мира. Этот диапазон обеспечивает оптимальный баланс между емкостью сети и радиусом покрытия.
Насколько критично включение опции O2I?
На частоте 3.8 ГГц одна внешняя стена здания вносит затухание около 24 дБ. Практический пример: если на улице уровень RSRP составляет −85 dBm (отличное качество), то сразу за стеной внутри здания он упадет до −109 dBm (порог устойчивой связи). Для планирования indoor-покрытия или оценки качества сигнала внутри помещений эту опцию необходимо включать.
Что включать в поле «Доп. потери»?
Рекомендуемые значения для типового расчета:
- Body Loss (потери на теле человека): 3–4 дБ
- Slow Fading Margin (запас на медленные замирания): 6–8 дБ для 90% вероятности покрытия
- Foliage Loss (потери в листве): 5–15 дБ в зависимости от сезона и плотности
- Кабельные потери: если не учтены в усилении антенны
Суммарное значение 15–20 дБ является типичным для консервативного планирования.
Как работает расчет для нескольких секторов?
Калькулятор строит диаграмму направленности каждого сектора с учетом заданной ширины луча (Beamwidth). Ослабление сигнала вне главного лепестка рассчитывается по формуле: Att = 12·(θ/θ3dB)², где θ — угол отклонения от азимута, θ3dB — ширина ДН по уровню −3 дБ. Максимальное ослабление ограничено 25 дБ (уровень боковых лепестков).
Для чего нужен экспорт в KML и CSV?
KML — формат для визуализации в Google Earth Pro. Позволяет наложить рассчитанные зоны покрытия на спутниковые снимки высокого разрешения и рельеф местности. CSV — табличный формат для импорта параметров в Excel или специализированное ПО радиопланирования .