Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Системы и сети связи с подвижными объектами. Учебное пособие
.pdf
При R ≤ 10 км мощность принимаемого сигнала изменяется пропор-
=
=
=
ционально квадрату высоты антенны, а при
R ≥ 30 км – пропорционально
кубу высоты, так что
*]/lg[20),(
hhRhH
при R ≤ 10 км; (12)
1111
*]/lg[30),(
hhRhH
при R > 30 км. (13)
1111
R > R
При
уровень сигнала на входе приемника определяет дифрак-
рг
ционная составляющая электромагнитного поля. При этом увеличение
высоты антенны БС обеспечивает повышение уровня принимаемого сигнала. Как правило, высота антенны БС составляет десятки – сотни метров,
высота антенны МС – несколько метров. На практике дальность радиогоризонта равна примерно 25 км и 50 км при высоте антенны
БС соответст-
венно 50 м и 200 м.
Экспериментально установлено, что влияние высоты антенны МС не
зависит от протяженности трассы, поскольку эти антенны расположены
ниже уровня городской застройки. На рис. 6 кривая
1 соответствует круп-
ному городу, кривая 2 – среднему городу при f = 400 МГц и кривая 3 –
среднему городу при f = 2 ГГц.
При
h
< 3 м влияние антенны МС одинаково на всех частотах и не
2
зависит от характера застройки. Экспериментальные данные позволяют
записать
*]/[lg10),(
hhfhH
. (14)
2222
Рис. 5. Коэффициент H1 (h1, R) «высота–усиление БС»:
1 – 70 км ≤ R < 100 км; 6 – R = 100 км; 7 – R = 70 км; 2 – 10 – R = 40 км;
3 – 9 – R = 20 км; 4 – 1 км ≤ R < 10 км; 5 – R = 1 км; 8 – R = 10 км
11
H2(h2, f), дБ
=
=
++++=
8
6
4
2
0
-2
-4
11,52 345678h
1
2
3
, м
2
Рис. 6. Коэффициент H2 (h2, f) «высота–усиление МС»
При установке антенны МС h2 > 3 м значение коэффициента H2 (h2, f)
становится зависимым от характера застройки:
− для среднего города этот коэффициент зависит от частоты:
*]/lg[20),(
hhfhH
при f = 400 МГц; (15)
2222
*]/lg[30),(
hhfhH
при f = 2000 МГц; (16)
2222
− для крупных городов коэффициент «высота–усиление антенны
МС» не зависит от частоты и остается справедливым соотношение (14).
3.1.2. РАСЧЕТ УММС С УЧЕТОМ РЕЛЬЕФА МЕСТНОСТИ И ЗАСТРОЙКИ
Модель Окамуры позволяет рассчитывать ожидаемый уровень ме-
дианой мощности сигнала р
(R) для местности, которая не относится к
Мр
квазигладкой, введением в (11) поправочных коэффициентов с учетом
особенностей рельефа местности:
(17)
,)()(
kkkkRpRp
хзмноткрMMр
k
где
местности, учитывающий влияние застройки; k
ент для трассы с наклоном; k
«земля–море»;
– поправочный коэффициент для пригородной зоны и открытой
откр
– поправочный коэффици-
н
– поправочный коэффициент для участка
k
– поправочный коэффициент для холмистой местности.
х
зм
Влияние застройки. В пригородной зоне здания ниже, чем в городе,
препятствий меньше, поэтому потери сигнала при распространении
меньше. Как установил Окамура, эти потери уменьшаются с ростом частоты, т.е. коэффициент
циента
12
k
приводятся в табл. 2.
откр
k
растет. Ориентировочные значения коэффи-
откр
2. Коэффициент, учитывающий влияние застройки
, дБ
k
f, МГц
откр
пригород открытая местность
400 8 24
1000 10 30
Влияние наклона трассы. Под трассой с наклоном подразумевают трас-
су, для которой рельеф плавно понижается (или повышается) на расстоянии
5 км и более. Для нее определяют средний угол наклона
Y (рис. 7, а). Угол
считается отрицательным, если МС расположена на нижнем участке трассы (рис. 7,
б).
На рисунке 8 показана зависимость коэффициента
k
от угла накло-
н
на Y, отражающая дополнительный рост или потери мощности сигнала
при его распространении.
Влияние водной поверхности. Мощность сигнала возрастает, если
трасса пересекает водную поверхность. Коэффициент k
ношения b = R
вая
1 – для случая, когда водная поверхность ближе к приемной станции,
/R, где Rв – протяженность трассы над водой (рис. 9): кри-
в
зависит от от-
зм
кривая 2 – к передающей.
а) б)
Рис. 7. К определению угла наклона местности
Рис. 8. Коэффициент kн, учитывающий влияние наклона местности:
1 – R > 60 км; 2 – R > 30 км; 3 – R < 10 км
13
Рис. 9. Коэффициент «земля–море» k
зм
Влияние рельефа местности. При распространении сигнала над хол-
мистой поверхностью потери распространения увеличиваются по сравнению со случаем квазигладкой местности. Значение
средней высоты неровностей
ляется как разность между высотами
Δh, которая в соответствии с рис. 10 опреде-
h(90%) и h(10%), где h(90%) и
k
(рис. 11) зависит от
х
h(10%) – значения высот местности на трассе протяженностью около
10 км, превышаемые в 90% и 10% точек профиля соответственно.
Значения
местности нарушается при
Δh определяют по табл. 3, причем условие квазигладкой
Δh > 20м.
Рис. 10. К определению Δh
Тип местности
Слегка холмистая
3. Средняя высота неровностей Δh
Δh, м
Тип местности
20…40 Горы 150…300
равнина
Холмистая равнина 40…80 Высокие горные мас-
сивы
Холмы 80…150 Очень высокие гор-
ные массивы
14
Δh, м
300…700
Свыше 700
(
(
)
(
)
(
)
(
)
Рис. 11. К оценке влияния холмистой местности:
1 – у вершины холма; 2 – промежуточное положение; 3 – у основания холма
Влияние длины трассы. В общем случае при удалении МС от БС
мощность сигнала, принятого в точке расположения МС, уменьшается по
закону
Rp
)(1,0
M
M
*
где
(эталонная длина трассы);
километрах;
RP – медианная мощность сигнала на расстоянии R
M
R – расстояние между БС и МС, выраженное в
n ≥ 2 – показатель затухания.
Для свободного пространства
n зависит от расстояния и высоты антенны БС (рис. 12).
тель
Медианную мощность сигнала
==
n = 2. В городских условиях показа-
M
)( )
M
*
RP можно рассчитать по форму-
n
**
RRRPP /10
, (18)
*
= 1 км от БС
ле (4). На основании экспериментальных результатов для расчета мощности принимаемого сигнала предложено следующее аналитическое соотношение:
*
n
.
C
RRPP−= (19)
M
Если расстояние между БС и МС не превышает 15 км, то n = 4 при
малой высоте антенны БС, а при больших высотах –
значению в свободном пространстве. Если же
n ~ 2,5, т.е. близко к
R > 40 км, то сигнал резко
затухает с увеличением расстояния.
В большинстве задач принимают
n = 4 в условиях городской за-
стройки. В соответствии с (18) медианная мощность сигнала
4
−
,)1()(
кмMM
)2(Mm
+−
(21)
,)(
15
*
1)1(
где
R
от БС;
– расстояние в километрах.
км
Влияние рабочей частоты. Представим
== RPP
MM
– медианная мощность сигнала на расстоянии 1 км
= RPRP (20)
fKfP
=
F
Рис. 12. Показатель затухания:
(
)
1 – 40 км < R < 100 км; 2 – 1км < R < 15 км
где KF – коэффициент пропорциональности, значение которого можно определить при энергетическом расчете аналогично
установленный экспериментальным путем (рис. 13);
*
RP ; m – показатель,
M
f – рабочая частота.
Рис. 13. К определению показателя m:
1 – f = 1…2 ГГц; 2 – f = 0,5…1 ГГц; 3 – f = 100 МГц
Для свободного пространства m = 0. В остальных случаях m опреде-
ляется по рис. 13, где кривые
1 – 3 были получены при разных значениях
частоты.
3.2. МОДЕЛЬ ХАТА
В модели Хата результаты экспериментальных измерений Окамуры,
представленные в модели Окамуры графиками, аппроксимированы аналитическими формулами. Согласно этой модели в выражении (4) для расче-
а
та УММС вместо
распространении для модели Хата
вводится суммарное ослабление радиосигнала при
св
),,,(
hhRfa
[дБ] при статистиче-
21MX
ском учете параметров местности
16
),,,,()(
−−++=
(
(
−−−=α
hhRfaaaggpRp −
(22)
21MX2121пM
где R выражено в километрах.
В зависимости от рельефа местности и характера застройки изменяет-
ся выражение, аппроксимирующее суммарное ослабление радиосигнала:
−
для города
),,,(
hhRfa
= А + В lg R
21MX
; (23)
км
− для пригородной зоны
),,,(
hhRfa = А + В lg R
21MX
– С; (24)
км
− для открытой местности
hhRfa
),,,(
= А + Вlg R
21MX
– D, (25)
км
где h1, h2 – высоты установки антенны БС и МС; А, В, С, D – аппроксимирующие коэффициенты:
А = A(f, h1, h2) = 69,55 + 26,16 lg f – 13,82 lgh1 – α(h2); (26)
В = B(h1) = 44,9 – 6,55 lg h1; (27)
С = С(f) = 4 lg(f/28) + 5,4; (28)
D = D(f) = 4,78(lg f)2 – 19,33lg f + 40,94, (29)
где α(h2) – параметр, учитывающий влияние высоты антенны МС.
Для крупных городов этот параметр слабо зависит от частоты, одна-
ко используются две аппроксимирующие формулы:
2
2
2
2
)
1,154,1lg28,8)(
−=α hh
при f ≥ 200 МГц; (30)
2
)
97,475,11lg2,3)(
−=α hh при f ≥ 400 МГц; (31)
1
для средних и малых городов этот параметр зависит от частоты:
)8,0lg56,1()7,0lg1,1()(
22
fhfh . (32)
Важно учитывать, что в формулах (23) – (32) для аппроксимирующих коэффициентов принято выражать частоту излучения f в МГц; расстояние R
между БС и МС – в км.
км
Модель Хата применяют при изменении параметров в пределах, указанных в табл. 4.
Область применения модели Хата меньше области использования
модели Окамуры. В пределах основной области аппроксимирующие выражения в модели Хата совпадают с результатами Окамуры с точностью
до 1 дБ, в пределах расширенной области точность
совпадения моделей
уменьшается.
17
4. Пределы изменения параметров в модели Хата
α+α+α
+α+γ−α+
=
Параметр
Обозначение,
размерность
Основная область
Расширенная
область
Рабочая
частота
f, МГц h
150...1500
Высота
антенны
БС
, м h2, м R, км
1
30...200
1,5...400 2...80
Высота
антенны
МС
1...10
Протяженность
трассы
1...20
Для предсказания уровня сигнала на трассах короче 1 км существуют
другие модели (см. рис. 3).
3.3. МОДЕЛИ ЛИ
В моделях Ли местность классифицируют по двум признакам:
− по инфраструктуре, сформированной человеком (характер за-
стройки): открытая территория, пригородная зона, городская застройка;
− по естественным свойствам (характер трассы): гладкая, холми-
стая, трасса над водной поверхностью, трасса через лиственные леса.
3.3.1. МОДЕЛЬ «ОТ ЗОНЫ К ЗОНЕ»
Модель создана на основании анализа результатов измерений уровня
сигнала (локального среднего), опубликованных разными авторами для
зон с различным характером застройки. В ее основе рассматривают два
следующих экспериментальных параметра модели:
р
– уровень сигнала в точке, отстоящей от БС на 1 милю (или 1 км);
1
γ – наклон кривой потерь распространения. Численно равен ослабле-
нию сигнала при увеличении длины трассы в 10 раз; единица измерения –
дБ на декаду (дБ/дек).
Согласно этой модели, уровень УММС на входе приемника МС
RpRp (33)
mimi
,lg)(
543211M
где Rmi – протяженность трассы, выраженная в милях (1 миля = 1,6 км);
р
, γ – параметры модели, определенные при типовых энергетических па-
1
раметрах аппаратуры, указанных в табл. 5;
α
...α5 – поправочные коэффи-
1
циенты – вводятся в случае, когда технические параметры отличаются от
типовых параметров модели (табл. 5).
Для определения параметров модели использованы результаты измерений мощности сигнала на различных трассах, параметры которых указаны в табл. 6.
18
5. Поправочные коэффициенты для модели «от зоны к зоне»
α
α
α
γ
γ
Параметры
Уровень мощности передатчика БС р
Высота антенны БС h
БС
1
Стандартные
значения
рБС = 40 дБм
*
h
= 100
1
Поправочные
коэфициенты
= рБС – 40
1
α
= 20lg(h1/
2
h
футов (30 м)
Коэффициент усиления антенны БС g
1
Высота антенны МС h2
Коэффициент усиления ан-
тенны МС g
2
g1 = 6 дБ
*
h
= 10 футов (3 м) α4 = 10lg(h2/
2
= 0 дБ
g
2
= g1 – 6
3
= g2
5
h
6. Параметры измерений мощности сигнала на различных трассах
,
№ Тип трассы р1, дБм
,
дБ/дек
№ Тип трассы
р
1
дБм
дБ/дек
1 Открытая –49 43,5 4 Токио –84 30,5
Типовая при-
2
городная
–61,7 38,4 5
3 Филадельфия –70 36,8 6
Нью-Йорк
Сити
Свободное
пространство
–77 48
–45 20
Зависимости уровня мощности сигнала, измеренные для этих трасс,
показаны на рис. 14.
При использовании метрической системы, когда в выражении (33)
вместо R
высоты антенн – в метрах, параметр р
мо скорректировать. Поскольку
сто параметра р
а коэффициенты
в милях протяженность трассы R выражается в километрах, а
mi
и коэффициенты α2, α4 необходи-
1
γlgR
= γlg(R/1,6) = γlgR – 0,206γ, то вме-
следует использовать параметр
1
α
, α4 с учетом данных табл. 5 можно преобразовать к
2
mi
*
р = р
+ 0,206γ, (34)
1
1
виду
α
= 20lgh1 – 29,54; (35)
2
α
= 10lgh2 – 4,77. (36)
4
Подстановкой выражений (34) – (36) в (33) получим
*
1M
.10lg20lglg31,80)(
gghhRppRp ++++γ−+−=
2121БС
В [1, 2] рассматриваются особенности расчета УММС в соответствии
с моделью Ли для трассы «типовая пригородная».
*
)
1
*
)
2
,
(37)
19
γ−=
Рис. 14. Зависимость уровня УММС от протяженности трассы по модели Ли
Зависимость от длины трассы.
Аналитическая зависимость УММС
от протяженности трассы в модели Ли с использованием (37) может быть
представлена в виде
,lg)1()(
RpRp
MM
(38)
где рМ(1) – уровень мощности сигнала в точке приема на расстоянии 1 км
от БС:
*
1M
.10lg20lg31,80)1(
gghhppp +++++−=
[дБм] (39)
2121БС
Соответствующая мощность сигнала
)1(1,0
M
10)1(pP = . [мВт] (40)
M
Мощность сигнала в точке приема на расстоянии R
от БС опреде-
км
ляется формулой
n
−
RPRP
MM
, [мВт] (41)
где n = 0,1
= )1()(
γ – показатель затухания, зависящий от типа застройки.
При расчете реальных трасс следует сравнить рассматриваемую территорию с подходящей структурой из табл. 6. Для городов показатели затухания существенно отличаются. Так, например, для Токио n = 3, а для центральной части Нью-Йорка n = 5. В модели Ли указано, что в случае необходимости для
конкретных трасс могут быть проведены достаточно про-
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]