¿Cómo puede un teléfono transmitir la señal a la torre? [cerrado]

Si los teléfonos celulares tienen un transmisor de tan baja potencia (alrededor de 200 mW para LTE) y tampoco tienen direccionalidad, ¿cómo pueden responderle a la torre a pesar de que son tan poderosos y están construidos específicamente con el objetivo de una mejor dirección? ¿Y qué tan sensibles son los receptores de la torre?

No son “tan poderosos”. La potencia media es de 10W en una torre
Pero relativamente potente que el teléfono celular típico. Aunque por favor responde a mi pregunta.
Además, creo que los teléfonos celulares no solo tienen 200 mW, sino que pueden alcanzar ráfagas de energía mucho más altas con picos de 2A.
LTE tiene Tx 200mW. ¿Y qué voltaje dijiste que alcanza un máximo de 2AMPS?
La potencia PROMEDIO de un transmisor de teléfono celular es como usted dice en el rango de 2-300 mW. Sin embargo, la potencia PICO es mucho mayor. Dependiendo del modelo de celular, está en el rango de 2-6W. La potencia es adaptativa, baja cuando está cerca de una torre y más alta cuando está lejos.
6 W? Eso realmente consumiría las débiles baterías de los teléfonos.
No veo expertos en SE dando respuestas.
@ObsessionWithElectricity No confunda potencia con energía. Las baterías pequeñas proporcionan una capacidad de baja energía, pero se puede lograr fácilmente una alta potencia.
Es por eso que solo transmite 6 W cuando es absolutamente necesario para llegar a la torre.
El uso de alta potencia no agotará la batería más rápido.
Piense en comunicarse con una sonda espacial (como la Voyager). La estación terrestre puede transmitir una señal muy fuerte, pero la sonda remota solo tiene una potencia limitada disponible y transmite una señal muy débil. Usamos antenas muy grandes, diseños de receptor cuidadosos, tal vez incluso electrónica criogénica, para recibir esas señales. Sin embargo, podemos recibirlos. La situación del celular es similar pero sin tanta distancia ni tanta disparidad entre la base y la potencia del transmisor remoto.
Sí, el uso de alta potencia agota la batería más rápido. Es por eso que solo lo hace cuando la alternativa es ninguna conexión o una llamada interrumpida.
¿Puede decirme la sensibilidad de la antena receptora en la torre celular?
No es solo la antena. También depende de los circuitos del receptor y del procesamiento que se realiza después de recibir la señal.
¿Pero no hay una limitación física debido al ruido térmico o algo así?
Sorprendentemente, encontré una excelente presentación sobre el tema de las antenas que responde muchas de las preguntas detalladas: craft-itn.net/documents/Hesselbarth_lecture.pdf

Respuestas (1)

No estoy actualizado sobre cómo las redes modernas de telefonía móvil manejan múltiples llamadas de voz simultáneas, pero creo que a cada teléfono se le asigna un intervalo de tiempo y puede haber hasta 100 intervalos de tiempo, pero podrían ser cuarenta (algo que me molesta en el fondo de mi mente !).

Sin embargo, no importa para responder a esta pregunta; podemos suponer 100 intervalos de tiempo y eso significa que el teléfono tiene que comprimir su mensaje de voz saliente y transmitirlo en una centésima parte del tiempo que tenía el antiguo sistema analógico. Ese antiguo sistema asignaba una frecuencia para cada teléfono y ahora está desactualizado.

Supongamos que los datos de voz se pueden comprimir a 10 kbps y, dado que deben transmitirse en una centésima parte del tiempo que necesitará para almacenar datos y transmitirlos a aproximadamente 1 Mbps. Una vez más, no me cuelgue en esto si no estoy al día con los últimos métodos 4G porque creo que eso no es importante para esta pregunta.

Por lo tanto, el receptor de la torre maneja una velocidad de datos de alrededor de 1 Mbps de forma continua para atender hasta 100 llamadas de voz simultáneas. ¿Cuánta potencia recibida necesita la antena de la torre para recuperar adecuadamente los datos que consideraría a continuación?

El ruido térmico por hercio para 50 ohmios es de -174 dBm y deseamos superarlo con suficiente margen para hacer viable la recepción de datos por lo que una fórmula muy trillada dice que necesitamos 100 veces esta potencia o -154 dBm. Pero eso es "por Hz" y necesitamos tener un ancho de banda de aproximadamente 1 MHz para convertir adecuadamente una señal de RF que transporta datos de 1 Mbps en datos utilizables. Entonces la fórmula (a un ambiente de 25 degC) se convierte en: -

Potencia recibida en dBm = -154 dBm + 10 log 10 (velocidad de datos)

Para el ejemplo de 1 MHz BW, necesitamos una señal recibida del orden de -94 dBm. Dado que los ingenieros de RF normalmente cargan esto con algo llamado margen de desvanecimiento (20 dB a 30 dB más), probablemente estaríamos bien estadísticamente con -74 dBm.

Luego está la pérdida de enlace y la fórmula para el espacio libre es esta:-

Pérdida de enlace (dBm) = 32,45 + 20 loglog 10 (Fc) + 20 registro registro 10 (distancia en km)

Fc está en MHz y es la frecuencia portadora. Voy a suponer que la frecuencia de la compañía telefónica es de aproximadamente 2 GHz, pero no me cuelguen si estoy demasiado lejos.

Si la distancia es de 3 km, la pérdida del enlace es de 32,45 dB + 66 dB +9,54 dBm. En general, se pierden alrededor de 108 dB entre el transmisor y el receptor, pero tendremos ganancia de antena y esto podría caer a quizás 102 dB o más.

Necesitamos -74 dBm, por lo tanto, necesitamos transmitir un nivel que sea 102 dB más alto o 28 dBm. 28 dBm es una potencia de 631 mW. No está a un millón de millas de los 200 mW, pero lo importante es que sepa que tiene los fundamentos para poner los números reales.

¿Cómo calculó la pérdida de enlace?
@ObsessionWithElectricity es la ecuación estándar de pérdida de enlace de transmisión de Friis expresada en forma de decibelios. Prueba esta calculadora para ahorrarte un poco de tiempo.
También está este que da directamente la pérdida de enlace.
Por cierto, ¿entonces la frecuencia importa en términos de rango de señal? Leí a alguien publicado en SE que la frecuencia no importa. Siempre dudé de él.
¿Y la ganancia de la antena del teléfono celular que transmite la señal no afectaría la potencia recibida por el BTS?
¿Cuál es la ganancia de las antenas de telefonía móvil en general?
La frecuencia sí importa. Una antena monopolo de cuarto de onda a 2 GHz es diez veces más pequeña que una QWMA a 200 MHz por lo que no puede tener el área de "colección" que tiene la más grande. No estoy seguro de la ganancia de la antena del teléfono celular. No puedo ver que sea más de 3 dBi.
Friis permite antenas cada vez más pequeñas (para una ganancia dada) con frecuencia creciente al considerar que la pérdida de trayectoria aumenta con la frecuencia, esto es equivalente a decir que a mayor frecuencia la antena captura energía de un área más pequeña de la esfera alrededor del transmisor. Ahora, si tiene una cantidad determinada de espacio, tal vez pueda acomodar una antena de mayor ganancia en ese espacio a una frecuencia más alta y, por lo tanto, cancelar el término de frecuencia en Friis, pero eso se expresa en el término de ganancia de la antena.
La frecuencia no importa para la densidad de potencia (en primer orden), la potencia en W/metro cuadrado (o mW/cm^2, o lo que sea) es independiente de la frecuencia (al menos por debajo de las bandas altas de microondas), pero las antenas se vuelven más pequeñas para una ganancia dada a medida que aumenta la frecuencia, por lo que el área de captura como una fracción del área de la esfera cae con el aumento de la frecuencia (el diseño de la antena no cambia).
¡@DanMills exactamente!
Una cosa más: si la torre celular tiene una ganancia lo suficientemente alta como para recibir una señal muy débil del teléfono celular, ¿por qué usan transmisores de tanta potencia (escuché que es de 40 W para LTE) para transmitir al teléfono? ¿La mayor ganancia no ayuda con la conexión en ambos sentidos?
El uso de un transmisor de mástil de mayor potencia significa que puede usar receptores más baratos (y menos consumidores de energía) en el teléfono. ¡Beneficio de costo y rendimiento!
Espera un minuto. ¿La antena de alta ganancia (por sí sola) instalada en la torre celular no le permite transmitir señales de baja potencia al teléfono? ¿Y por qué un receptor necesitaría energía? Un receptor de FM no lo necesita.
¿Por qué no usan el transmisor de 200 mW así en los teléfonos? ¿Es porque son omnidireccionales, pero también lo son los teléfonos móviles?
No puede usar una antena de alta ganancia porque es demasiado direccional. Los receptores necesitan energía para amplificar las señales. Un receptor de FM en una radio de transistores ciertamente necesita potencia del receptor. Lea mi comentario anterior con respecto a su último comentario.
Entonces, ¿está diciendo que las torres de telefonía celular tienen una buena ganancia en la antena receptora para una mejor recepción pero una baja ganancia en la antena transmisora ​​para una mayor cobertura del área (siendo omnidireccionales)?
No estoy diciendo nada sobre la ganancia de la antena, aparte de que podría estar entre 0 dBi y 3 dBi en cualquier extremo para no hacer nada demasiado direccional. Estoy diciendo ganancia lowish.
En un momento dijiste que la torre tiene una ganancia muy alta, por lo que puede recibir una señal débil, pero luego dijiste que no tiene una ganancia muy alta porque no necesita directividad. Quería preguntar si la torre tiene un receptor de alta ganancia pero transmisores de baja ganancia.
No, no lo hice; que yo sepa, solo he sugerido baja ganancia (0 dBi a 3 dBi). Tampoco he mencionado nunca "señales débiles". Prácticamente todas las radios tienen receptores de alta ganancia (nótese que dije receptores y no antenas receptoras). El concepto de un transmisor de baja ganancia no tiene sentido. El concepto de una antena de transmisión de baja ganancia sí lo hace.
Quiere decir que las antenas tienen ganancia en sus transmisores o los receptores no. Pero lo entiendo. Lo único que pregunto es si se utilizan dos antenas diferentes de diferentes ganancias para la transmisión y recepción en los sitios celulares.
No conozco ese detalle. No puedo decir si algunas torres usan una antena de transmisión/recepción común o dos separadas.
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