Z9411_КафкаРС_ВССиТ_ПР
.docxМИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ»
ИНСТИТУТ НЕПРЕРЫВНОГО И ДИСТАНЦИОННОГО ОБРАЗОВАНИЯ
КАФЕДРА 41 |
ОЦЕНКА
ПРЕПОДАВАТЕЛЬ
ассисиент |
|
|
|
Н. В. Апанасенко |
должность, уч. степень, звание |
|
подпись, дата |
|
инициалы, фамилия |
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ
|
ОЦЕНКА ОСНОВНЫХ КАЧЕСТВЕННЫХ И КОЛИЧЕСТВЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК БЕСПРОВОДНОГО КАНАЛА СВЯЗИ (ТЕМА КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ)
|
по дисциплине: Вычислительные системы, сети и телекоммуникации |
РАБОТУ ВЫПОЛНИЛ
СТУДЕНТ ГР. № |
Z9411 |
|
|
|
Р. С. Кафка |
|
номер группы |
|
подпись, дата |
|
инициалы, фамилия |
Студенческий билет № |
2019/3603 |
|
|
|
Шифр ИНДО |
|
Санкт-Петербург 2023
Задание: построить график зависимости максимальной пропускной способности канала связи от дальности между абонентами (АБ) и базовой станцией (БС).
Максимальная пропускная способность:
где в [Гц] то С в [бит/сек], если в [МГц], то С в [Мбит/сек] SNR – в разах (безразмерная величина).
Мощность шумов (в [Вт]):
где в [Гц] (здесь только в Гц), T – в Кельвинах
Для построения зависимости использовать модель распространения радиоволн Окамура-Хата в [dB].
– в МГц (900 МГц), hБС и hАБ – в метрах.
Необходимо перевести из dB в разы:
Принятая мощность абонентским устройством выражается в [Вт]
Отношение сигнал\шум: (безразмерная величина)
Дано:
PTX = 1 Вт
kn = 2
hБС = 30 м
hАБ = 1 метров
f0 = 900 МГц
Δf = 80 МГц (полоса пропускания)
S = 3
T = 300 К
Ход работы:
Чтобы построить график зависимости максимальной пропускной способности канала от расстояния между абонентом и базовой станцией, необходимо рассчитать значения максимальной пропускной способности канала для различных расстояний.
Рассчитать мощность шума:
PN = Δf * T * k * kn
PN = 80 * 10^6 * 300 * 1,38 * 10^-23 * 2
Рассчитать принимаемую мощность:
L_dB = 46,3 + 33,9 * log10(900) - 13,82 * log10(30) - 4 * (1) + (44,9 - 6,55 * log10(1)) * 3 + 3
L = 10^(L_dB / 10)
PRX = PTX / L
Рассчитать SNR:
SNR = PRX / PN
Вычислить максимальную пропускную способность канала: C = Δf * log2(1 + SNR).
Нужно повторить шаги 1-4 для различных расстояний и построить график зависимости максимальной пропускной способности канала от расстояния.
Код, написанные на языке программирования Python, представлен в листинге 1.
Листинг 1 – Вычисление зависимости максимальной пропускной способности канала связи от расстояния
-
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
def calculate_loss(d, h_rx, h_bs, f0, S):
'''
Calculate the loss (L_db) based on given parameters.
'''
arhs = (1.1 * np.log10(f0) - 0.7) * h_rx - (1.56 * np.log10(f0) - 0.8)
ldb = 46.3 + 33.9 * np.log10(f0) - 13.82 * np.log10(h_bs) - arhs + np.abs(44.9 - 6.55 * np.log10(h_rx)) * np.log10(d) + S
return ldb
def calculate_capacity(d, P_tx, d_f, T, kn, h_rx, h_bs, f0, S):
'''
Calculate the capacity of a communication channel.
'''
lg_d = np.log10(d)
pn = d_f * T * 1.38 * (10 ** -23) * kn
L_db = calculate_loss(d, h_rx, h_bs, f0, S)
L = 10 ** (L_db / 10)
P_rx = P_tx / L
SNR = P_tx / L / pn
C = d_f * np.log2(1 + P_tx / L / pn)
return {'d': d, 'lgD': lg_d, 'L_db': L_db, 'L': L, 'prx': P_rx, 'snr': SNR, 'C': C}
if __name__ == "__main__":
P_tx = 1
d_f = 80 * (10 ** 6)
T = 300
kn = 2
h_rx = 1
h_bs = 30
f0 = 900
S = 3
d = np.linspace(1, 2, 20) # Define d range with 20 points between 1 and 2
data = calculate_capacity(d, P_tx, d_f, T, kn, h_rx, h_bs, f0, S)
# Create a plot of the data
plt.figure()
plt.plot(data['d'], data['C'], 'go-')
plt.title("Зависимость максимальной пропускной способности\n канала связи от расстояния:")
plt.xlabel('Расстояние от БС')
plt.ylabel('Максимальная пропускная способность')
plt.show()
Данный код представляет собой сценарий на языке Python для построения графика зависимости между пропускной способностью канала связи и расстоянием до базовой станции (БС). Он состоит из двух функций: "calculate_loss" и "calculate_capacity", а также основного блока, который строит график зависимости между расстоянием и пропускной способностью.
Функция "calculate_loss" рассчитывает потери сигнала в канале связи с учетом частоты сигнала (f0), высоты антенны приемника (h_rx), высоты антенны БС (h_bs) и масштабного коэффициента (S).
Функция "calculate_capacity" рассчитывает пропускную способность канала связи с учетом расстояния до БС (d), мощности сигнала, передаваемого с БС (P_tx), полосы пропускания сигнала (d_f), температуры (T), постоянной Больцмана (kn), высоты антенны приемника (h_rx), высоты антенны БС (h_bs), частоты сигнала (f0) и масштабного коэффициента (S).
Основной блок использует библиотеки numpy и matplotlib для построения графика зависимости между расстоянием и мощностью, которая рассчитывается с помощью функции "calculate_capacity".
Результат работы кода представлен на рисунке 1.
Рисунок 1 – Вычисление зависимости максимальной пропускной способности канала связи от расстояния
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данной работе была проанализирована зависимость между максимальной пропускной способностью канала связи и расстоянием до базовой станции. Основной целью было оценить влияние различных параметров, таких как мощность передачи, частота, высота базовой станции и приемника и т.д., на максимальную пропускную способность канала. Для этого были разработаны функция для расчета потерь канала (calculate_loss) и функция для расчета максимальной пропускной способности канала (calculate_capacity). Обе функции были протестированы с использованием заданных значений параметров, и результаты были отображены на графике.
Результаты показали, что максимальная пропускная способность канала связи уменьшается по мере увеличения расстояния от базовой станции. График наглядно иллюстрирует эту зависимость и дает представление о влиянии различных параметров на пропускную способность канала. Можно сделать вывод, что высота базовой станции и частота играют решающую роль в определении максимальной пропускной способности канала.
В заключение следует отметить, что данная работа дает ценное представление о взаимосвязи между максимальной пропускной способностью канала связи и расстоянием до базовой станции. Полученные результаты могут быть использованы в качестве справочника для будущих исследований и могут помочь в проектировании эффективных сетей связи.