5Моделирование распространения радиосигналов в условиях плотной городской застройки

5.1Методы моделирования влияния городских сооружений на распространение радиоволн

Качество связи зависит от многих параметров, таких как усиление передающей и принимающей антенн, мощности передатчика, и коэффициента шума приемника. Все эти параметры находятся под контролем проектировщика системы и могут быть изменены, чтобы оптимизировать систему. Один параметр, однако, не находится под контролем проектировщика системы. Этот параметр – потери распространения, приводящие к ослаблению сигнала при его прохождении от передатчика до приемника.

Современные городские районы характеризуются плотной застройкой местности зданиями и сооружениями, что является причиной быстрых (рэлеевских) замираний радиосигнала в канале связи. Для многих городов характерна также неоднородность уровня земли (наличие возвышенностей и впадин), что является следствием медленных замираний радиосигнала. Поэтому для нахождения величины затухания радиосигнала в заданной точке необходимо иметь подробную информацию о структуре данной местности. Даже при наличии такой информации, что не всегда возможно, требуется очень сложный анализ характера распространения радиоволн, учитывающий все факторы.

В условиях городской застройки местности затухание радиосигнала является случайной величиной и зависит от комплекса факторов, определяющих характер распространения радиоволн. К ним относятся:

• отражение сигнала от объектов, имеющих размеры, превосходящие длину радиоволны;

• дифракция радиоволн, для которой характерно преломление радиосигнала на пути распространения;

• рассеивание радиосигнала, которое происходит при наличии на местности большого числа объектов, размером меньше длины радиоволны (например, лиственные деревья);

• эффект Доплера, имеющий место при перемещении подвижного объекта.

При моделировании влияния городских сооружений на распространение радиоволн в городе  различают два типа методов:

• статистические;

• детерминированные.

Статистические методы могут предсказать лишь некоторые средние характеристики сигналов, но при этом они не принимают во внимание особенности конкретных радиотрасс и основываются на предварительных экспериментальных данных, от числа которых зависит точность расчетов.

В отличие от них, детерминированные методы учитывают конкретную городскую застройку, особенности стен зданий и, поэтому в целом дают более точные прогнозы. Способность давать подобные  оценки делает эти методы особенно ценными, поскольку помимо прогноза напряженности поля в точке приема, требуется знать еще и прогноз других параметров, например, время задержки радиосигнала.

Ранее перечисленные факторы и методы моделирования в той или иной степени учитываются в модели Хата (Okumura-Hata), т.к. она базируется на экспериментальных данных, полученных Окамурой в реальных городских условиях (г. Токио). Кроме этого, имеется ряд моделей, также описывающих распространение радиоволн: Ли, Walfish-Ikegami, Ибрагима-Парсона и др. Однако не все модели можно применять в исходном виде для конкретной местности. Например, модель Хаты наиболее точно описывает распространение радиоволн лишь для тех городов, структура и характеристики которых схожи с Токио. Следовательно, перед использованием той или иной модели возникает необходимость проверки ее соответствия реальным условиям распространения сигнала в конкретном городе. Модель Walfish-Ikegami не учитывает реальный рельеф местности, вместо этого в параметрах модели указывается тип городской застройки. Модель обеспечивает хорошую точность результатов при высоте антенны базовой станции выше уровня крыш. При приближении высоты антенны к уровню крыш значение ошибки увеличивается.

Внимательнее рассмотрим три традиционные модели распространения радиоволн: свободное пространство, модель Ли и модель Хата.