10. Модели предсказания уровня принимаемого сигнала. Модели Окамуры, Окамуры-Хата. Модель Ли «от зоны к зоне». Влияние дополнительных факторов. Модель для коротких трасс.

В сотовых системах определяют путем усреднения по времени и по местоположению усредненную медианную мощность сигнала (УММС). УММС – это такое значение, которое не превышается в течение 50% времени наблюдения и в 50% точек приема, находящихся на расстоянии r от передающей станции.

Модель Окамуры.

Основана на экспериментальных результатах, полученных Окамурой. Сначала определяется ослабление сигнала при распространении для квазигладкой местности (это трасса протяженностью несколько километров, на которой средняя высота неровностей не превышает 20 м).

В модели Окамуры приняты базовые значения высоты антенны АС h_ас = 3 м и эффективной высоты антенны БС h_бс = 200 м, причем последняя определяется над средним уровнем квазигладкой поверхности. Для квазигладкой местности уровень УММС

p_м(r) = p₀(f,r) – a_м(f,r) + H₁(h_бс,r) + H₂(h_ас,f),

где p₀(f,r) – уровень мощности сигнала в точке приема; a_м(f,r) – дополнительное ослабление сигнала в городе (медианное значение), определенное для квазигладкого городского района при базовых высотах антенн АС и БС; H₁(h_бс,r) – коэффициент «высота – усиление антенны БС», учитывающий, что высота антенны БС может отличаться от значения 200 м; H₂(h_ас,f) – коэффициент «высота – усиление антенны АС», учитывающий влияние реальной высоты атенны АС.

Уровень мощности сигнала p₀(f,r) может быть рассчитан, а все остальные величины Окамура получил экспериментально, и они представлены в литературе в виде графиков.

Для местности, которая не относится к квазигладкой, вводятся дополнительные поправочные коэффициенты:

p_мz(r) = p_м(r) + K_{z откр} + K_{z н} + K_{z зм} + K_{z холм},

где p_м(r) – УММС; K_{z откр} – поправочный коэффициент для пригородной зоны и открытой местности (10..30 дБ в районе 1 ГГц); K_{z н} – коэффициент для трассы с наклоном (-5..+5 дБ); K_{z зм} – коэффициент перехода земля – море (10..15 дБ); K_{z холм} – коэффициент холмистости местности (0..-30 дБ).

Область применения модели: от 1 до 100 км, от 100 МГц до 3 ГГц.

Модель Окамуры – Хата.

Эмпирические зависимости, используемые в модели Окамуры в виде графиков, здесь представлены в виде аппроксимирующих их формул.

Уровень УММС:

p_м(r) = p_т + g₁ + g₂ – a₁ – a₂ – a_mx(f, r, h_бс, h_ас),

где g₁ и g₂ – кнд приемной и передающей антенн; a₁ и a₂ – поправочные коэффициенты; a_mx(f, r, h_бс, h_ас) – суммарное ослабление радиосигнала при статистическом учете параметров местности. Для города a_mx = A + B lg(r); для пригорода a_mx = A + B lg(r)– C; для открытой местности a_mx = A + B lg(r)– D.

А = 69,55 + 26,16 lg(f) – 13,82 lg(h_бс) – α(h_ас),

B = 44,9 – 6,55 lg(h_бс),

C = 2 (lg(f/28))² + 5,4,

D = 4,78 (lgf)² – 19,33 lg(f) + 40,94,

α(h_ас) = 8,28 (lg(1,54h_ас))² – 1,1, при f < 400 МГц (крупный город),

α(h_ас) = 3,2 (lg(11,75h_ас))² – 4,97, при f > 400 МГц (крупный город),

α(h_ас) = (1,1 lgf – 0,7)h_ас – 1,56 lgf + 0,8 , для среднего города.

Область применения модели: от 150 до 1500 МГц, от 1 до 20 км, высота подвеса антенны БС 200..300 м, АС – 1..10 м.

Модель Ли «от зоны к зоне».

В этой модели местность классифицируют по следующим признакам:

1) по инфрастуктуре, сформированной человеком (открытые территории, пригородные зоны, городская застройка);

2) по естественным свойствам (гладкая, холмистая, трасса над водной поверхностью, трасса через лиственные леса).

Эта модель создана на основании анализа результатов измерений уровня сигнала, опубликована разными авторами для зон с различным характером застройки.

p_м = p_л + α₁ – γ lg r + α₂ + α₃ + α₄ + α₅ ,

r – протяженность трассы, выраженная в милях, p_л – уровень УММС в точке, отстоящей от БС на одну милю, и измеренный при стандартных энергетических параметрах аппаратуры, γ – наклон кривой потерь распространения, который численно равен ослаблению сигнала при увеличении длины трассы в 10 раз, α₁.. α₅ – поправочные коэффициеты.

Параметр	Стандартное значение	Поправочный коэффициент
Уровень мощности передатчика	pбс = 40 дБм	α1 = pбс – 40
Высота антенны БС	h1*= 30 м	α2 = 20 lg(h1 /h1*)
Коэффициент усиления антенны БС	6 дБ	α3 = g1 – 6
Высота антенны АС	h2*= 3 м	α4 = 10 lg(h2 /h2*)
Коэффициент усиления антенны АС	0	α5 = g2

Для открытой трассы p_л = - 49 дБм, γ = 43,5 дБ/декада, для пригородной p_л = - 61,7 дБм, γ = 38,4 дБ/декада, для крупного города p_л = - 70 дБм, γ = 36,8 дБ/декада.

Влияние дополнительных факторов.

К дополнительным факторам относят ориентацию улиц и близость лесных массивов.

При радиальном расположении городских улиц относительно БС возможно возникновение волноводного эффекта, в результате которого принимаемый сигнал может усилиться. Усиление принимаемого сигнала наблюдается также, если он распространяется над водной поверхностью.

На распространение сигнала в лесной зоне влияют такие факторы, как размер ствола дерева, плотность листвы, высота деревьев. Хвойные леса очень сильно поглощают энергию сигнала. Потери в листве учитываются с помощью коэффициента погонных потерь:

α_л = 20 r_л / (10 R₁ - R₁), где R₁ – расстояние от БС до начала лесного массива, r_л – протяженность лесного массива.

Модели для коротких трасс.

В рассмотренных выше моделях исходной точкой является расстояние в 1 км. На более коротких трассах АС может попасть в зону тени, и мощность принимаемого сигнала будет определяться конфигурацией окружающей застройки.

Модель Уолфиша – Икегамма признана самой лучшей моделью предсказания в малых сотах. Эта модель построена на физическом представлении поля в точке приема в виде двух составляющих: когерентной (прямой видимости) и рассеяния (принятая в результате отражения).