3.2 Расчет зоны покрытия сети

Следует понимать, что в процессе проектирования сетевой системы LTE разработчики так или иначе сталкиваются с определенной спецификой технологий. В первую очередь, это выражено необходимостью настройки обновленного формата многостанционного доступа, базирующегося на модулях OFDM. Этот процесс неизбежно формирует внедрение в проектирование новой терминологии и преобразование заданных прежде алгоритмов.

Как было отмечено ранее, реализация проекта будет осуществляться в условиях сельской местности с низкой численностью населения, абонентами сети среди которого станет незначительное число пользователей. Тем самым, целесообразным решением будет установка базовых станций на максимально допустимом расстоянии друг от друга, что позволит сформировать большую зону покрытия сети. Дополнительно возникает потребность обосновать целесообразный частотный диапазон. В текущих условиях будет применимым правило возрастания дальности распространения радиосигнала при снижении частоты. Следовательно, оптимальным диапазоном частот станет 791-862 МГц.

Дальнейшие расчетные вычисления относительно дальности связи будут выполняться на основе эмпирической модели распространения радиоволн Okumura-Hata. По своей сущности представленная модель характеризуется как комплекс собранных экспериментальных данных, который учитывает условия местности (гор, лесов, равнин) и внешней среды расположения базовой станции. В рамках данной задачи используем выражение для оценочного обоснования среднего затухания радиосигнала в городской среде:

(3.6)

Д ля среды сельского типа будет использоваться другая формула определения затухания:

(3.7)

где fc – частота;

h_t – высота передающей антенны (подвеса eNB) от 30 до 300 метров;

h_r – высота принимающей антенны (антенны мобильного устройства) от 1 до 10 метров;

d – радиус соты от 1 до 20 км;

A(h_r) – поправочный коэффициент для высоты антенны подвижного объекта, зависящий от типа местности.

Для полноценного вычисления используем следующие расчетные данные по каждому показателю:

• fc = 800 МГц;

• h_t = 30 м;

• h_r = 2 м.

В соответствии с вышесказанным произведем расчет поправочного коэффициента A(h_r) применительно к сельской местности:

( 3.8)

Необходимо вычислить из формул 7 и 8 радиус соты, получим что d ≈ 7 км. Из расчета радиуса соты видно, что с помощью одной базовой станции можно покрыть весь с. Буздяк, но с учетом нагрузки, одна БС не способна обслуживать всю территорию. В нашем проекте используем две БС, тем самым нужно отрегулировать углы наклона антенн для наилучшего радиопокрытия.

Требуется рассчитать площадь S_eNB покрытия трехсекторного сайта по

формуле:

(3.9)

3.3 Расчет ррл

Для обеспечения полноценного покрытия в с. Буздяк сетью LTE потребуется установить оборудование на базовой станции БС1. Однако, учитывая недостаточную пропускную способность существующей транспортной инфраструктуры, было принято решение спроектировать радиорелейную связь для рассматриваемой базовой станции, снабженной оборудованием от японской компании Nippon Electric Corporation.

Для данного проекта транспортной сети будем использовано оборудование NEC IPasolinc 400. Пропускная способность представленного оборудования может составлять порядка 950 Мбит/с, с применением модуляции 256QAM. Конструкционно устройство имеет незначительный размер в виде одного блока. В частности, системно поддерживает частотный диапазон от 6 до 38 ГГц.

В соответствии с проектными задачами и условиями местности формируемая радиорелейная линия будет расположена непосредственно между базовыми станциями БС1 и БС2. С целью расчета допустимого по максимальным значениям расстояния прямой видимости в идеальных условиях и вычерчивания радиуса кривизны Земли нами будет использована такая формула:

_(3.10)

_{где a – геометрический радиус Земли, равный 6370 км;}

_{h1 и h2 – высота подвеса антенн.}

.

Поверхность города будет принята в расчетах за равнину если будет выполняться условие, что длина пролета соответствует выражению:

, _(3.11)

где R – расстояние от БС 1 до БС 2, R=1,5 км.

Так как 1,5<34,95 то при построении радио пролета, поверхность Земли можно не учитывать.

Высоту просвета по следующей формуле

, _(3.12)

_где H₀ – радиус 1 зоны Френеля;

– изменение просвета за счет атмосферной рефракции;

– стандартное значение рефракции, равное – ;

σ – стандартное отклонение, .

, _(3.13)

где λ – длина волны, которая для 13 ГГц равна 0,023 м;

– относительная координата самого большого препятствия:

.

Тогда:

м.

(3.14)

Подставленные з численные значения, получим:

м.

м.

Потери вносимые антенно-волноводным трактом

,

(3.15)

где – потери на единицу длины фидера в вертикальном и горизонтальном волноводах, соответственно равные 0,015 и 0,04 дБ/м;

=2дБ – потери в сосредоточенных устройствах тракта;

длины вертикального и горизонтального фидера, равные .

Для БС1:

дБ.

Расчет запаса на затухание сигнала.

Запас затухания сигнала (М) является разницей между начальным значением передающего уровня сигнала на выходе приемника P_прм и критическим значением на входе сигнала Р_{с пор}, которое определяется параметрами аппаратуры и в нашем случае равно -90 дБм.

(3.16)

где - суммарный коэффициент усиления антенн на пролете:

,

(3.17)

_{Выбираем антенну диаметром 0,8 м с коэффициентом усиления 33,8 дБи.}

(3.18)

,	(3.19)

где γ₀ и γ_в – погонные затухания в водяных парах и атомах кислорода, дБ/км равны 0,05 и 0,02;

L_рф – потери в разделительном фильтре.

Для РРЛ NEC Pasolink L_рф=4 дБ, Р_прд=23 дБм.

дБ,

(3.20)

Допустимый процент времени перерыва связи на линии:

	(3.21)

Необходимо отметить, что параметры качества по ошибкам на радио пролете проявляются в результате быстрых затуханий или помех на линии радиосвязи, обусловленных осуществляемым явлением интерференции прямых и отраженных радиоволн, входящих в модуль приема.

Чтобы не допустить возникновения такого рода затуханий, рассчитать его можно следующим образом:

,

(3.22)

где K_кл – климатический фактор, для Уфы K_кл = 4,1∙10^-4 единицы;

b, c, d – коэффициенты, зависящие от региона местонахождения линии связи и климата, равные 1,5; 0,5 ; 2;

Q – фактор условий земной поверхности, учитывающий наличие отраженных волн от поверхности Земли, равный 1.

	(3.23)

_{Рассчитаем уровни мощностей на пролете:}

	(3.24)
	(3.25)
	(3.26) (3.27) (3.28) (3.29)

Рис. 3.1. Диаграмма уровней мощностей

на пролете между проектируемыми БС

Рассматривая представленную диаграмму, можно выявить, что излучение сигнала посредством передатчика с уровнем P_пд осуществляется через разделительный фильтр, где уровень снизится в результате естественных потерь и направится через фидер в антенну передачи с коэффициентом усиления G₁. С учетом данных потерь в фидере L_ф1 произойдет еще большее сокращение сигнального уровня, а в антенне передачи возрастет дополнительно на значение G₁.

В процессе сигнального распространения посредством интервала РРЛ (протяженностью R0, на рабочей частоте f) уровень сигнала сократится в результате ослабления свободного пространства, снижения атмосферы в газах и других условий. В конечном итоге с учетом всех предпосылок и условий сигнал способен ослабнуть до уровня 130-140 дБ и больше.