Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Системы и сети связи с подвижными объектами. Учебное пособие
.pdf
стые измерения уровня сигнала на расстоянии 1 миля и 10 миль от БС.
В каждой точке должно быть выполнено по 5...7 измерений и их результаты
усреднены. Локальные средние значения могут быть подставлены в (33).
Сопоставив зависимости (41) и (19), отмечаем их совпадение для мо-
делей Окамуры и Ли.
Влияние на уровень сигнала дополнительных факторов. К дополнительным факторам относятся: ориентация улиц и близость лесных массивов. Особенно важно учитывать влияние дополнительных факторов вблизи БС, на участках трассы короче 1 км. При удалении от БС влияние дополнительных факторов нивелируется за счет хаотичности городской застройки и снижения среднего уровня сигнала.
При радиальном расположении городских улиц относительно БС
возможно возникновение волноводного эффекта, в результате которого
принимаемый сигнал может усилиться. Принятые на АС сигналы, направления распространения которых параллельны направлениям улиц, имеют
уровень мощности на 10...20 дБ выше, чем сигналы, приходящие с других
направлений. На частотах ниже 1 ГГц этот эффект значительно ослаблен.
На распространение сигналов в лесной зоне влияют параметры
деревьев (размер ствола, размер ветвей, плотность листвы, расстояние между деревьями, высота и др.). В тропических районах с очень густыми лесами сигнал может не проходить через лесной массив, он распространяется только за счет огибания верхушек деревьев и отражения от них. Некоторые сосновые леса сильно поглощают энергию сигнала
, поскольку раз-
меры иголок соответствуют примерно половине длины волны сигнала.
Однако в ряде экспериментальных исследований было показано, что
среднее погонное ослабление сигнала в листве для разных лесных массивов в данном географическом районе можно считать одинаковым для
трасс длиннее 1 км.
Потери в листве учитывают с помощью коэффициента погонных
потерь, который
измеряется в децибелах на декаду либо в децибелах на
метр для коротких участков леса.
Потери на участке, проходящем через лиственный лес, пропорциональны множителю А
множителю A
= f –2. Следовательно, наличие леса на всей трассе приво-
о
= f –4, тогда как потери в свободном пространстве –
л
дит к увеличению потерь вдвое (в дБ) по сравнению с потерями в свободном пространстве.
Теоретически общие погонные потери могут достигать 60 дБ/декада
(табл. 7).
Уровень потерь в листве (в децибелах) можно оценить по формуле
r
=α
20
л
л
RR
−
)10(
11
r
≈
л
,22,2
(42)
R
1
21
α
+
Общие погонные
потери
7. Составляющие общих погонных потерь
Составляющие общих погонных потерь
в свободном
пространстве
за счет застройки в листве
60 дБ/ декада 20 дБ/ декада 20 дБ/ декада 20 дБ/ декада
где R
– расстояние от БС до начала лесного массива; rл – протяженность
1
лесного массива.
Из (42) видно, что чем ближе БС к началу лесного массива, тем
сильнее ослабление сигнала в листве. Это положение подтверждается на
практике. Поэтому следует избегать расположения БС вблизи лиственных
массивов. Антенны БС должны быть подвешены выше верхушек деревьев. Если вблизи леса находится МС, лесной массив может рассматриваться как препятствие, и дополнительные потери могут быть рассчитаны по
дифракционной формуле.
3.3.2. МОДЕЛЬ ЛИ «ОТ ТОЧКИ К ТОЧКЕ»
Модель «от точки к точке» позволяет предсказать уровень сигнала с
учетом профиля трассы (рельефа местности и параметров застройки). При
этом в зависимости от профиля рельефа местности трассы разделяют на
открытые и закрытые. В мобильной радиолинии на открытой трассе линию прямой видимости между антеннами БС и МС перекрывают городские строения
.
В общем виде с учетом таблицы 5 вместо (33) можно записать
⎞
⎛
где p
R
⎟
RpRp
0CM
) – уровень мощности сигнала на расстоянии R0 от БС при типо-
C(R0
⎜
γ−= hh
⎟
⎜
R
0
⎠
⎝
*
()
,/lg20lg)()(
α++
11
(43)
вых энергетических параметрах аппаратуры, указанных в табл. 5;
α+α+α=α – результирующий поправочный коэффициент.
5431
В (43) фактор «высота–усиление антенны БС» позволяет рассчитать
изменение коэффициента усиления антенны БС при изменении профиля
трассы
h
э1
g =Δ
где h
– эффективная высота антенны БС для конкретного участка трассы.
1э
22
lg20
1
, (44)
*
h
1
В моделях «от зоны к зоне» эффективная высота антенны БС опреде-
−==
=
+==
=
ляется как высота над средним уровнем квазигладкой поверхности. Для
модели «от точки к точке» эффективная высота антенны БС зависит от
рельефа трассы и может изменяться при движении МС.
Открытые трассы. Для определения эффективной высоты антенны
на профиле трассы выполняют
следующие построения (рис. 15):
− определяют потенциальную точку Z отражения радиоволн от
земной поверхности как точку пересечения линии, соединяющей антенну
БС с зеркальным изображением антенны МС, с земной поверхностью;
− строят плоскость отражения от Земли как касательную к профилю
трассы в точке Z до ее пересечения с высотой h
антенны БС. Линия ab –
1
след этой плоскости;
− находят эффективную высоту h
Эффективная высота h
антенны меньше реальной h1 и, соответст-
1э
антенны БС.
1э
венно, уменьшится уровень сигнала в точке приема из-за снижения коэффициента усиления антенны БС. Для данного примера из рис. 15 в соответствии с соотношением (44)
Δ hg дБ.
Аналогичным образом можно определить вторую потенциальную
точку отражения на этой плоскости Z
э11
*
, соединив антенну МС с зеркаль-
ным изображением антенны БС, расположенным на h
3,7)30/13lg(20)30/lg(20
ниже точки a. Из
1Э
двух потенциальных точек отражения рекомендуется рассматривать ту,
которая ближе к МС, поскольку значительная часть отраженной от нее
энергии может попасть к МС.
При нахождении точки Z следует помнить, что при построении профиля трассы может использоваться разный масштаб в горизонтальной (Г)
и вертикальной (В) плоскостях. Например,
если для оси высот в 1 см –
100 м (масштаб 1:10 000), а для оси расстояний в 1 см – 1 км (масштаб
1:100 000), то коэффициент отношения масштабов Г/В составляет
γ
= 0,1.
м
Углы падения и отражения на чертеже профиля в системе координат с
различными масштабами равны только в случае, когда плоскость отражения горизонтальна. В других случаях нет. Приведенный выше метод
определения точки отражения применим при
γ
≤ 0,1. При γм ≥ 0,1 приме-
м
няют более точные методы.
Вариант рельефа, приведенный на рис. 16, демонстрирует возможность увеличения эффективной высоты антенны БС при расположении
МС на вершине холма:
Δ hg дБ.
э11
Это означает, что при постоянной реальной высоте h
высота h
антенны БС будет меняться при движении МС. Соответствен-
1Э
5,2)30/40lg(20)30/lg(20
1
эффективная
но, будет меняться уровень сигнала в точке приема.
23
Рис. 15. К определению эффективной высоты антенны БС
Рис. 16. К определению эффективной высоты антенны
при расположении МС на холме
Сигнал, приходящий на МС на местности с большим уклоном, будет
слабым, поскольку рельеф местности ослабляет прямую волну. Эффективная высота антенны БС становится очень малой.
Влияние городской инфраструктуры. На уровень сигнала влияет
плотность застройки. При плотной застройке уровень сигнала на приеме
ниже, чем при редкой.
При плотной застройке различают следующие
варианты:
− между антеннами БС и МС имеется прямая видимость. Уровень
радиоволн, отраженных зданиями, мал в сравнении с основным сигналом.
Замирания сигнала, обусловленные многолучевым распространением радиоволн, подчиняются закону Райса;
− линия прямой видимости между антеннами БС и МС перекрыта
строениями. Замирания сигнала подчиняются закону Рэлея.
В этих двух случаях средняя мощность принимаемого сигнала не
одинакова, однако различия малы, если мощность отраженных волн зна-
24
чительна. В обоих случаях потери распространения составляют примерно
40 дБ на декаду.
Закрытые трассы. На закрытых трассах линия прямой видимости
перекрыта профилем местности, из-за чего имеют место дифракционные
потери. Такие потери рассчитывают с применением теории дифракции
радиоволн на препятствии клиновидной формы. Для этого выполняют
построения, показанные на рис. 17.
По профилю
БС до вершины холма; R
трассы определяют три параметра: R1 – расстояние от
– расстояние от вершины холма до МС; hx –
2
высоту холма с клиновидной вершиной. И вычисляют параметр v:
где
– длина волны.
λ
−=νRRh
⎛
⎜
x
⎜
λ
⎝
⎞
112
⎟
+
(45)
,
⎟
21
⎠
Высота препятствия в расчете может принимать отрицательное значение (–h
). Это означает, что трасса открытая и нет дифракционных по-
x
терь.
Дифракционные потери L
(ν) = 20 lgY(ν) выражаются в децибелах.
диф
Известно аналитическое представление величины Y(ν) через интегралы
Френеля. В инженерной практике пользуются графическим представлением L
(ν), а также выражениями, аппроксимирующими эти графики:
диф
L
(ν) = 0дБ, v > 1;
диф
L
(ν) = 20 lg (0,5 + 0,62v), 0 < v < 1 ;
диф
L
(ν) = 20 lg [0,5exp(0,95v), –1 < v < 0 ;
диф
L
(ν) = 20 lg (0,4 – 0,1184 – (0,1v + 0,38)2), –2,4< v < –1;
диф
L
(ν) = 20 lg (–0,225/v), v < –2,4.
диф
Ha касательной трассе если hx = 0 то L
(ν) = 6 дБ.
диф
Двойная дифракция. Это случай, когда на трассе имеется несколько
холмов (рис. 18).
Рис. 17. Определение параметров препятствия
25
Рис. 18. Двойная дифракция радиоволн
Здесь может возникнуть двойная или даже более сложная дифракция.
Для расчета значения потерь используются модели Буллингтона, Эпштейна и Питерсона и др. При использовании модели Пиквинарда определяют высоты холмов, например, С – h
эффС
и D – h
ционные потери отдельно для каждого холма: L
ри. L
диф
(ν) = L
дифС
+ L
дифD
.
дифС
. Находят дифрак-
эффD
и L
. Общие поте-
дифD
Выводы. Для модели Ли «от точки к точке» в качестве основной при-
нята формула (43), которая может быть распространена на следующие
случаи:
Открытая трасса. Используют формулу
1.
⎞
⎛
0CM
2.
Закрытая трасса
⎛
R
⎜
γ−= vLhh
RpRp
0CM
где h
– условная эффективная высота антенны БС на закрытой трассе.
1э
Пролет БС–МС над водной поверхностью. Справедлива формула
3.
⎜
R
0
⎝
⎟
⎜
R
0
⎠
⎝
⎞
⎟
⎟
⎠
()
R
⎟
⎜
γ−=
RpRp
*
()
*
1э1
α++
/lg20lg)()( hh
. (46)
1э1
диф
,)(/lg20lg)()(
α+++
(47)
для свободного пространства.
Условную эффективную высоту антенны БС на закрытой трассе часто
*
h
=
определить нельзя (не существует). В таком случае принимают h
.
1э
1
26
4. РАСЧЕТ ПОМЕХ, СОПРОВОЖДАЮЩИХ ПРИЕМ СИГНАЛА
α
Чувствительность приемной установки характеризует ее возможность принимать слабые радиосигналы. Для оценки чувствительности
используют минимально допустимое значение напряженности поля радиосигнала в антенне, либо минимальное допустимое значение мощности
радиосигнала на входе приемника. Соотношение между этими параметрами установлено при следующих допущениях: приемная антенна МС –
диполь; антенна и входная часть приемника согласованы
входной цепи приемника R
На антенне наводится напряжение
где Е – напряженность поля радиосигнала, В/м.
При согласовании сопротивлений антенны и входной цепи приемника мощность сигнала на входе приемника
Подставив (4.1) в (4.2), получают
Уровень мощности сигнала на входе приемника, выраженный в децибелах по отношению к 1 мВт,
где Е
– напряженность поля, мкВ/м;
мкВ
тывающий изменение размерности мощности (переход от Вт к мВт);
α = –120 дБ – коэффициент, учитывающий изменение размерности на-
E
пряженности поля (переход от В/м к мкВ/м):
Подставив указанные численные значения в (4.4), получим, что уровень мощности, дБм, определяется следующими выражениями:
4.1. ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ПРИЕМНИКА
= 50 Ом.
н
πλ= /EU , (4.1)
2
).4/(
RUPC= (4.2)
н
22
λ
E
P
EP α+α++
+=
мкВ
R
10lg[1/(4
C
)] = 10lg[1/(4·50)] = –23 дБ.
н
C
мкВ
=
⎛
⎜
⎝
.
(4.3)
2
R
π
4
н
2
λ
⎞
⎟
π
⎠
1
lg10lg10lg20
4
R
н
= 30 дБ – коэффициент, учи-
p
2
λ
⎞
⎛
;lg10113lg20
+−= Ep
(4.5)
⎟
⎜
π
⎠
⎝
; сопротивление
,
(4.4)
EpC
27
),lg(204,73lg20
−
=
=
++=
=
−
+−=
C
где
f – несущая частота, МГц, Е
мкВ
мкВ
+
– выражено в дБ мкВ/м.
fEp
(4.6)
На входе приемного устройства МС действуют собственные тепловые шумы (ТШ) и внешние помехи. Внешние помехи подразделяют на
индустриальные и шумы излучения. Полагают, что такие внешние помехи
в пределах шумовой полосы приемника имеют равномерный спектр, и их
оценивают с помощью собственного коэффициента шума.
ТШ приемника. Мощность тепловых шумов приемной установки, пе-
ресчитанных ко входу приемника
где
N – коэффициент шума приемника; k – постоянная Больцмана; T
температура входной цепи, К; П – эффективная ширина шумовой полосы
приемника.
Уровень мощности теплового шума
Полагая, что
где 174)lg(10
сти теплового шума при указанных численных значений:
где П
кГц
эффициента шума приемника
Индустриальные шумы. Это внешние помехи от систем зажигания
автомобилей, промышленного оборудования, шумовые излучения высоковольтных линий и др. В рассматриваемых диапазонах частот преобладают шумы от систем зажигания автомобилей. Для шумов индустриального происхождения коэффициент шума
кам на рис. 19 в зависимости от местности. Всем трем местностям соответствует одинаковый наклон графиков примерно 28 дБ/дек. Расстояние
между соседними кривыми составляет 6 дБ.
На рисунке 20 представлена зависимость усредненного значения коэффициента шума, создаваемого системами зажигания (
сти от плотности автомобильного трафика (ПАТ), измеренной числом
транспортных единиц в час (ТЕ/ч). Кривые получены для следующих значений несущей частоты.
4.2. ТЕПЛОВЫЕ ШУМЫ И ЗОНА ПОКРЫТИЯ
П,
kTNP
(4.7)
011
TT
1T
= kTnkTNPp
=kT дБм/Гц при T
0
ТТТТ
lg10TTNn = , дБ, (4.9)
11
= 290 К запишем для уровня мощно-
0
np (4.10)
TT
010111
,Пlg10174
кГц11
Пlg10)lg(10)Пlg(10lg10
. (4.8)
– значение П, выраженное в килогерцах. Типичное значение ко-
n
= 7...9 дБ для частот 800...1000 МГц.
T1
n
может быть найден по графи-
T2
n
), в зависимо-
ТА
–
0
28
(
)
Рис. 19. К оценке индустриальных шумов:
А – деловая часть города (с высокой плотно-
стью застройки) и высокими зданиями;
В – жилая часть (с меньшей плотностью
застройки и менее высокими зданиями);
С – сельская местность
Рис. 20. К оценке шумов от ПАТ:
1 – 10 МГц; 2 – 20 МГц; 3 – 48 МГц; 4 – 100 МГц; 5 – 700...800 МГц
Шумы излучения. Создаются энергией, излучаемой БС и МС. Несмот-
ря на то, что уровень этого излучения жестко ограничен и весьма мал, с
этими шумами приходится считаться на тех территориях, где системы подвижной связи широко распространены. Обычно берут
и
n
= 3…4 дБ для МС.
Т3
n
= 2…3 дБ для БС
Т3
Сложение ТШ. Принимая во внимание, что мощности ТШ от незави-
симых источников суммируются, запишем результирующий коэффициент
шума, дБ
1,01,0
nn
21
TT
. (4.11)
В таблице 8 приведены
NNn +=+=
21
TTT
n
, вычисленные с учетом возможных уров-
Т
1010lg10)lg(10
ней индустриальных шумов для частот 800…1000 МГц.
Приняв результирующий коэффициент шума
числить по (4.10) уровень мощности ТШ
pT [дБм] на входе приемника.
n
≈ 11 дБ, можно вы-
Т
29
Т
−
=
−=+−=+−
=
Δ
8. Коэффициент теплового шума
nТ2, дБ 5 6 7 8 9 Примечание
N
3,16 3,98 5,01 6,3 7,94
2T
n
, дБ 10,45 10,76 11,12 11,53 12
n
Т1
N
T1
= 9 дБ;
= 7,94
Отношение сигнал–шум на входе приемника
pRpRq
)()(
. (4.12)
−
шс
TC
На границе зоны покрытия должно выполняться условие
R
– радиус зоны покрытия;
где
зп
*
шсзпшс −−−
*
q
– допустимое значение отношения
−
шс
,)(
Δ+≥ qRq (4.13)
шс
сигнал–шум, указанное в технических параметрах аппаратуры;
Δ = 5 ...10 дБ – энергетический запас.
шс−
Значение
Δ может быть указано в нормативных документах или
шс−
выбрано оператором системы.
На основании (4.12) и (4.13) запишем минимально допустимый уро-
вень сигнала на границе зоны покрытия:
*
шсзп −−
TC
,)(
Δ++= qpRp
(4.14)
шс
Подставив (4.14) в (4.6), вычисляют напряженность поля на границе
зоны покрытия
*
шсдБм
T
−−
−+Δ++=
Пример расчета. Для системы стандарта имеем: f = 850 МГц; П
= 30;
*
q = 18дБ. Находим по (4.10)
шс
−
Пnp
TT
кГц11
.lg204,73
fqpE
(4.15)
МГцшс
дБм.
,2,1208,141449lg10144
кГц
=
Приняв результирующий коэффициент шума n
уровень мощности ТШ
p = –118 дБм. Сначала положим
T
≈ 11 дБ, получим
Т
= 0. Ми-
шс−
нимально допустимый уровень сигнала на границе зоны покрытия
*
qpRp
TC
−= Ep
, дБм при f = 850 МГц. Следовательно, напряженность
132
дБм
C
поля на границе зоны покрытия
100)(
−=+=
−
шсзп
дБм. Формула (4.6) приобретает вид
E = 32 мкВ/м.
дБм
Для разных стран эта величина неодинакова, например, в США уста-
новлена граница зоны покрытия по уровню
ствует
30
Δ = 7дБ.
шс−
E = 39 мкВ/м, что соответ-
дБм
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]