Loading article…
パス損失、またはパス減衰とは、電磁波が空間を伝搬する際の電力密度（減衰）の減少のことです。 [ 1 ]パス損失は、電気通信システムのリンクバジェットの分析と設計における主要な要素です。
この用語は、無線通信や信号伝搬において一般的に用いられます。伝搬損失は、自由空間損失、屈折、回折、反射、開口と媒質の結合損失、吸収など、多くの要因によって生じます。また、伝搬損失は、地形、環境（都市部か農村部か、植生や葉の有無）、伝搬媒体（乾燥空気か湿潤空気か）、送信機と受信機の間の距離、アンテナの高さや位置などにも影響されます。
無線通信において、パスロスとは、信号が送信機から受信機まで伝搬する際に信号強度が低下する現象であり、その損失を検証するための手法です。パスロスに影響を与える要因はいくつかあります。
無線通信システムの設計において、経路損失を理解し、それを最小限に抑えるためには、考慮すべき4つの重要な要素があります。
1) 必要な送信電力の決定: 送信機は、信号が十分な強度で受信機に到達するために、経路損失を克服するのに十分な電力を持っている必要があります。
2) 適切なアンテナ設計とゲインを決定する: ゲインの高いアンテナは、波を特定の方向に集中させることができ、経路損失を低減します。
3) 変調方式の最適化: 変調方式の選択は、信号の経路損失に対する堅牢性に影響を与える可能性があります。
4) 受信機の感度を適切に設定する: 受信機は微弱な信号を検出できるほど感度が高くなければなりません。
経路損失には通常、自由空間における電波波面の自然な膨張（通常は拡大し続ける球状の形をとる）によって生じる伝搬損失、電磁波に対して不透明な媒体を信号が通過する際の吸収損失（透過損失とも呼ばれる）、電波波面の一部が不透明な障害物によって遮られる際の回折損失、およびその他の現象によって生じる損失が含まれます。
送信機から放射された信号は、同時に多くの異なる経路を通って受信機に到達することもあります。この現象はマルチパスと呼ばれます。マルチパス波は受信アンテナで合成され、受信信号は、波の強度分布、相対伝搬時間、送信信号の帯域幅に応じて大きく変化する可能性があります。レイリーフェージングシナリオにおける干渉波の総電力は、空間の関数として急速に変化します（これは小規模フェージングとして知られています）。小規模フェージングとは、短時間または短い伝搬距離で無線信号の振幅が急速に変化することを指します。
無線通信の研究において、伝搬損失は伝搬損失指数で表され、その値は通常2～4の範囲です（2は自由空間伝搬、4は比較的損失の大きい環境、および地表面からの完全鏡面反射の場合、いわゆる平面地球モデルの場合）。建物、スタジアム、その他の屋内環境など、一部の環境では、伝搬損失指数は4～6の範囲に達することがあります。一方、トンネルは導波管として機能し、伝搬損失指数が2未満になる場合があります。
パス損失は通常dBで表されます。最も単純な形式では、パス損失は次の式を使用して計算できます。
どこはデシベル単位の経路損失です。はパス損失指数です。は送信機と受信機の間の距離で、通常はメートルで測定され、これはシステム損失を考慮した定数です。
無線およびアンテナ技術者は、自由空間にある2つの等方性アンテナの給電点間の信号経路損失について、以下の簡略化された式（フリース伝送式から導出されたもの）を使用します。
経路損失（dB）：
どこはデシベル単位の経路損失です。波長とは、波長と同じ単位で表した送信機と受信機の距離です。空間における電力密度は に依存しないことに注意してください。; 変数等方性受信アンテナの実効捕捉面積を考慮するために、式中に存在する。 [ 6 ]
伝搬損失の計算は、通常「予測」と呼ばれます。正確な予測は、前述の自由空間伝搬や平面地球モデルのような単純なケースでのみ可能です。実際のケースでは、伝搬損失はさまざまな近似法を用いて計算されます。
統計的手法（確率的または経験的とも呼ばれる）は、典型的な無線リンクのクラスに沿って測定および平均された損失に基づいています。このような手法で最も一般的に使用されているものには、奥村-畑モデル、COST 畑モデル、WCY Leeなどがあります。これらは電波伝搬モデルとしても知られており、通常、セルラーネットワークや公衆陸上移動ネットワーク(PLMN)の設計に使用されます。超短波(VHF) および極超短波(UHF) 周波数帯 (トランシーバー、警察、タクシー、携帯電話で使用される帯域) での無線通信では、最も一般的に使用されている手法の 1 つは、COST 231プロジェクトによって改良された奥村-畑モデルです。その他のよく知られたモデルには、Walfisch-Ikegami、 WCY Lee、およびErcegがあります。FM ラジオおよびテレビ放送では、パス損失は、P.1546 ( P.370の後継) 勧告に記載されているITUモデルを使用して予測されることが最も一般的です。
波動伝搬の物理法則に基づく決定論的手法も用いられており、レイ・トレーシングはそのような手法の一つである。これらの手法は、経験的手法よりもパス損失のより正確で信頼性の高い予測が得られると期待されているが、計算コストが著しく高く、伝搬空間内のすべての物体（建物、屋根、窓、ドア、壁など）の詳細かつ正確な記述に依存する。そのため、これらの手法は主に短い伝搬経路に用いられる。アンテナや給電部などの無線機器の設計において最も一般的に用いられる手法の一つに、有限差分時間領域法がある。
他の周波数帯（中波（MW）、短波（SWまたはHF）、マイクロ波（SHF））における伝搬損失は、同様の方法で予測されますが、具体的なアルゴリズムや式はVHF/UHF帯のものと大きく異なる場合があります。特にSW/HF帯における伝搬損失の正確な予測は難しく、その精度は天気予報に匹敵します。
電波地平線までの距離よりもかなり短い距離における伝搬損失を計算するための簡単な近似式：
UHF帯で動作するUMTSやGSMなどのセルラーネットワークでは、市街地におけるパスロス値は、基地局（BTS）と移動端末 間のリンクの最初の1キロメートルで110～140dBに達することがあります。最初の10キロメートルのパスロスは150～190dBになることがあります（注：これらの値は非常に概算値であり、パスロス値を表すために使用される数値が最終的にどのような範囲になるかを示す例としてのみここに示されています。これらは確定値でも拘束力のある数値でもありません。パスロスは、同じ距離でも2つの異なる経路では大きく異なる場合があり、同じ経路でも測定時期が異なると異なる場合があります）。
移動体通信サービスにおける電波環境では、移動体アンテナは地面に近い位置に設置されます。そのため、見通し線伝搬（LOS）モデルは大きく修正されます。通常、屋上よりも高い位置に設置される基地局（BTS）アンテナからの信号経路は、周囲の物理的環境（丘、樹木、家屋など）に屈折して伝搬するため、LOS信号がアンテナに到達することはほとんどありません。環境によって、直接信号はアンテナ上で複数回屈折し、通常、2～5個の屈折信号成分がベクトル的に加算されます。
これらの屈折および偏向プロセスにより信号強度が低下し、移動アンテナが移動すると信号強度が変化し（レイリーフェージング）、瞬間的に最大20dBの変動が生じます 。そのため、ネットワークは、 物理的環境の性質に応じて、見通し線（LOS）と比較して8～25dBの信号強度の余裕を持たせ、さらに 移動によるフェージングを克服するために10dBの余裕を持たせるように設計されています。
この記事は、連邦規格1037C（一般調達局）からのパブリックドメイン資料を組み込んでいます。 2022年1月22日にオリジナルからアーカイブされました。 （ MIL-STD-188に準拠）
