Friss 전력전송 방정식(자유공간 전파손실)

무선통신시스템 설계에 있어서 송신전력, 서비스 범위 등의 파라미터 결정을 위해 전파손실을 예측하는 것은 중요한 사항입니다.

Friss 전력전송 방정식은 자유공간을 통해 전파되는 신호에 대한 전파손실 모델입니다.

Friss 전력전송 방정식은 송수신기 사이에 명확하게 LOS(Line Of Sight)가 성립될 때의 수신신호의 세기를 예측할 때 사용됩니다.

1. Friss 전력전송 방정식

1) 개념

자유공간 전파는 송신기와 수신기 사이에 장애물이 존재하지 않고 LOS를 따라서 전파가 전파될 때입니다.

자유공간 전파손실은 전자파가 자유공간을 퍼져 나가면서 전자파 에너지가 흡수 또는 산란 등에 의해서 신호의 세기가 점점 약해지는 전자파 복사 손실을 말합니다.

2) 수신전력

Pt의 송신전력으로 복사된 전파가 이상적인 진공매질 상태에서 d만큼 떨어진 지점에서의 수신전력 Pr은

Pr = Pt ∙ Gt ∙ Gr ∙ ( λ / 4πd)²

3) 자유공간 손실

송신전력 Pt에 대한 수신전력 Pr의 비를 계산하면 자유공간 손실을 알 수 있습니다.

L = ( 4πd / λ)²

4) dB 표현식

• Pr[dBm] = Pt[dBm] + Gt[dB] + Gr[dB] - L[dB]
• L[dB] = 20 log ( 4πd / λ)²

2. 자유공간 손실 특성

• 송수신점 간의 손실은 거리에 비례하여 커짐
• 자유공간에서의 손실량은 이론적으로 가장 감쇄가 적은 것을 나타냄

3. M/W 대역에서 자유공간 손실 계산

• GHz 적용시, L[dB] = 92.45 + 20 log f[GHz] + 20 log d[Km]
• MHz 적용시, L[dB] = 32.45 + 20 log f[GHz] + 20 log d[Km] 

Friss의 자유공간 손실공식에 관한 전력전송 방정식은 무선통신시스템의 설계와 해석에 적용됩니다.

특히, 위성통신시스템과 M/W 가시거리 무선링크와 같은 대표적인 자유공간 전파모델의 수신신호의 세기를 예측할 때 사용됩니다.

실제의 전파특성은 자유공간 손실보다 항상 큰 경로손실을 가지게 된다는 것도 유념해야 합니다.