1 Анализ тз
1.1 Протяженность трассы
Исходя из данных ТЗ протяженность трассы 50 км, тип местности - равнина. При расчёте курсового для параметров ТЗ приходили к выводам о неполном охвате абонентов при расчёте трафика, либо приходилось увеличивать число частотных каналов, что ведет к усложнению и несёт дополнительные затраты связанные с арендой частотного диапазона. Для проектирования в этом регионе сети с уверенным приемом, учитывая площадь территории, тип местности, число жителей и процент охвата СПР протяженность трассы возьмем 3 км. Данное значение выбрано экспериментально с 3 раза, что требовало пересчета всей работы, как и подобает курсовому проекту.
1.2 Уровень мощности передатчика
Возьмём уровень мощности передатчика 40 дБм, который является стандартным и достаточным [4] и который стандартизован производителями оборудования.
1.3 Выбор модели предсказания уровня радиосигнала
Существует ряд моделей для прогнозирования уровня радиосигнала в СПР. Для целей курсового проектирования в соответствии с ТЗ наиболее подходят две модели: модель Окамуры и модель Хата [1]. Использование модели Хата было бы предпочтительнее, т.к. вместо графических зависимостей коэффициентов пересчета от реальных параметров системы она позволяет пользоваться формулами, что ускоряет процесс расчета и исключает ошибки связанные с «человеческим фактором». Однако в обучение хочется не пересчета длинных формул, а интересной проектной работы, чтобы была возможность наглядно посмотреть, сравнить, сопоставить и проанализировать экспериментальные данные, на которых основана модель Окамуры и что в модели Хата невозможно.
По ТЗ, диапазон частот 850 МГц, протяженность трассы выбрана 3 км.
Выберем модель Окамуры, которая распространяется на диапазон расстояний 1…100 км и диапазон частот от 100МГц до 3ГГц.
2 Энергетический расчет трассы
2.1. Расчет мощности сигнала в точке приема при распространении в свободном пространстве.
Согласно основному уравнению передачи, уровень мощности принимаемого сигнала:
где
(2.1)
- уровень мощности
сигнала в точке приема при распространении
в свободном пространстве;
=
40 дБм – уровень мощности передатчика
БС;
=7дБ,
=6дБ
– коэффициент усиления передающей и
приемной антенны соответственно;
,
– потери в фидере передающей и приемной
антенны соответственно;
Потерями в тракте приемной станции можно пренебречь ( = 0), потери в фидере передающей станции = 0…10 дБ. Выберем =5дБ.
–
ослабление
свободного пространства;
= 3км – протяженность
трассы;
λ – рабочая длина волны;
–
множитель ослабления
поля свободного пространства.
дБ
дБм
Расчет УММС
Расчет УММС для квазигладкой поверхности
Выбор энергетических параметров в сотовых системах радиосвязи должен обеспечить уверенный прием в зоне обслуживания БС. В точках приема на границе соты уровни сигнала будут различными вследствие неодинакового влияния застройки и рельефа местности. Поэтому в системах радиосвязи путем усреднения по двум параметрам: по времени и местоположению (по числу течек приема) определяют усредненную медианную мощность (УММС).
УММС (Усредненная медианная мощность сигнала) – это такое значение, которое не превышается в течение 50% времени наблюдения и в 50% точек приема, находящихся на расстоянии от передающей станции.
В модели Окамуры, для квазигладкой местности уровень УММС:
(2.2)
где:
=-53 дБм
–
дополнительное
ослабление сигнала в городе
– Коэффициент
«высота-усиление БС»
–
Коэффициент
«высота-усиление АС»
дБ – по графику
(рис. 1)
Рисунок 1 - Медианное ослабление сигнала на городских трассах
Влияние
высоты антенны БС зависит от расстояния
между МС и БС и практически не зависит
от частоты в диапазоне 200…2000 МГц. При
r
10
км мощность принимаемого сигнала
изменяется пропорционально квадрату
высоты антенны:
,
при
км (2.4)
Н
дБ
Влияние высоты антенны МС не зависит от протяженности трассы, поскольку эти антенны расположены ниже уровня городской застройки. Кроме того, при hМС <3 м влияние антенны МС одинаково на всех частотах и не зависит от характера застройки. Коэффициент «высота-усиление антенны МС» будет равно нулю, так как по ТЗ значение высоты антенны МС совпадает с базовыми значениями модели Окамуры.
Экспериментальные данные позволяют записать:
(2.5)
дБ
Таким образом, подставив выражения (2,5), (2,4) в (2,3), получим уровень УММС:
дБм
2.2.2 УММС с учетом поправочных коэффициентов
Модель Окамуры позволяет для местности, которая не относится к квазигладкой, введением поправочных коэффициентов в (2.3) рассчитывать ожидаемый уровень медианой мощности сигнала с учетом характера местности
(2.6)
= 0 - поправочный
коэффициент для пригородной зоны и
открытой местности;
- поправочный
коэффициент для трассы с наклоном;
- поправочный
коэффициент для участка «земля-море»;
- поправочный
коэффициент для холмистой местности.
Под трассами с
наклоном подразумевают трассы, на
которых рельеф плавно понижается (или
повышается) на расстоянии 5 км и более.
Для нее определяют средний угол наклона
.
По ТЗ
=+15.
Угол считается положительным, если МС
расположена на высшем участке трассы.
В этом случае дополнительный рост или потери мощности сигнала при его распространении нужно учитывать с помощью коэффициента (рис.2).
Рисунок 2 - Коэффициент, учитывающий влияние наклона местности:
1 – r > 60 км; 2 – r > 30 км; 3 – r < 10 км
При =+15, =2дБ.
Мощность сигнала возрастает, если трасса пересекает водную поверхность. Коэффициент зависит от отношения b=rв/r, где rв – протяженность трассы над водой. По ТЗ b=0,3.
Кривая 1 на рис.3 определяет для случая, когда водная поверхность ближе к приемной станции, кривая 2 – к передающей. По ТЗ водная поверхность ближе к МС, поэтому используем кривую 1 (рис. 3).
Рисунок 3 - Коэффициент «земля-море»
По ТЗ b=0,3МС, =5 дБ
При распространении
сигнала над холмистой поверхностью
потери распространения увеличиваются
по сравнению со случаем квазигладкой
местности. Значение
зависит от
- средней высоты неровностей, как разность
между высотами h (90%) и h
(10%). Здесь h (90%) и h
(10%) – значения высот местности на трассе
протяженностью около 10 км, превышаемые
в 90% и 10% точек профиля соответственно.
Условие квазигладкой местности нарушается
при
>20м.
По ТЗ Тип местности – равнина ( < 20м), следовательно поправочный коэффициент = 0.
Таким образом, УММС с учетом поправочных коэффициентов:
дБм
2.2.3 Влияние протяженности трассы на УММС
В общем случае при удалении МС от БС мощность сигнала, принятого на МС уменьшается по закону
(2.7)
где
;
(2.8)
n
– показатель затухания; R*
= 1 км – эталонная длина трассы;
.
На основании обработки экспериментальных результатов предложено следующее аналитическое представление для мощности принимаемого сигнала:
(2.9)
К0 = Pм(1) – медианная мощность сигнала на расстоянии одного километра от БС, которую можно рассчитать по (2.3) и (2.8).
r – расстояние между БС и МС выраженное в километрах, n – показатель затухания. Для свободного пространства n = 2. В городских условиях, при малых высотах антенны АС, принимают n = 4.
По формуле (2.3):
дБ
дБм
дБ
по графику (рис.1)
= -1,94 дБ (по формуле
2.4)
дБ (по формуле 2.5)
Таким образом, УММС на расстоянии 1 км от БС:
дБ
Вт
Тогда с учетом влияния расстояния:
Вт
дБм