Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Системы и сети связи с подвижными объектами. Учебное пособие
.pdf
Рис. 31. Построение регулярного территориального плана ССПО
5. После размещения БС сети с одинаковыми частотными группами
(1, 2, 3, …, 19) на территории задают в соответствии с этими номерами
частотных групп номера частотных каналов из плана частот стандарта. По
условиям ЭМС не рекомендуется в одной частотной группе использовать
ближайшие соседние частоты плана.
Снижение внутриканальных помех в ССПО
Использование эффективных моделей кластеров. Существуют эф-
фективные модели кластеров, выбор которых позволяет уменьшить число
частотных групп на территории при уменьшении числа мешающих сигналов и увеличить отношение сигнал–интерференция.
Эффективная модель 1 кластера в секторной структуре при α = 120°
представлена на рис. 32. Кластер включает девять групп частотных каналов. На МС приходят три мешающих сигнала. Далее
будет показано
(рис. 33, а), что в классической трехсекторной структуре при С = 7 на МС
могут приходить два мешающих сигнала, но при этом используется 21
частотная группа.
51
Рис. 32. Эффективная модель 1
Эффективная модель 2 (рис. 33) применяется в шестисекторных сотах.
Рис. 33. Эффективная модель 2
Кластер включает 12 групп частотных каналов. Каждая частота
дважды повторяется в пределах модели, состоящей из четырех типов БС
(выделена на рисунке утолщенной линией). На МС приходят три мешающих сигнала. Далее будет показано (рис. 33, б), что в классической структуре при С = 7 на МС приходят два мешающих сигнала, однако используются
52
42 частотные группы.
Повышение отношения сигнал-интерференция с помощью ан-
тенн БС.
В однородных сотовых структурах на БС устанавливают всенаправленные антенны. Такая антенна представляет собой вертикальный
вибратор (штырь) высотой около 2,2 м с нижним креплением. Диаграмма
направленности такой антенны в горизонтальной плоскости – изотропная.
Коэффициент усиления антенны получают путем формирования ДНА в
вертикальной плоскости. В таблице 10 приведены примерные значения
параметров антенны.
10. Связь ширины ДН и коэффициента усиления штыревой антенны
Коэффициент усиления антенны, дБ 6 7 9
Ширина ДНА в вертикальной плоскости, град 14 12 6,5
Выбор секторной сотовой структуры
(см. рис. 27, б) является эф-
фективным способом повышения отношения сигнал–интерференция.
Для уменьшения интерференции используют направленные секторные антенны. В этом случае вертикальный вибратор антенны имеет уголковый рефлектор в виде металлической сетки либо плоскостной рефлектор. Ширина главного лепестка диаграммы направленности антенны в
горизонтальной плоскости составляет α = 120° в трехсекторной
структуре
и α = 60° в шестисекторной структуре.
На рисунке 32 заштрихованы секторы, в которых используются одинаковые частотные каналы при секторных антеннах, причем для БС с номером 1 выбраны трехсекторные антенны, а для БС с номером 4 – шестисекторные. Отметим, что рис. 32 – только иллюстрация, но не руководство к построению кластера. Расчет отношения сигнал
–интерференция
выполняют для МС в точке В, поскольку эта МС находится в самом неблагоприятном положении.
Фрагменты ЧТП при С = 7 с использованием секторных антенн с
шириной ДНА α = 120° и α = 60° показаны на рис. 33. Секторы сот, в которых использованы одинаковые частоты, выделены утолщенными линиями.
При α = 120° число мешающих сигналов
стояния между мешающими БС и МС определяются по формулам
R1 = (q + 0,7)R0; (4.52)
сократилось до двух, а рас-
R6 = q R0. (4.53)
53
Рис. 32. Построение секторного территориального плана ССПО
Рис. 33. Примеры секторного территориального плана БС с шириной
ДНА α = 120° (а) и α = 60° (б)
При α = 60° остается один мешающий сигнал. При этом расстояние
между МС на краю соты и мешающей БС
R6 = R1. (4.54)
Используя (4.52), (4.53) и (4.54), можно по (4.19), (4.20) найти усредненное медианное отношение сигнал–интерференция (без учета замираний сигналов). Результаты расчетов этих величин представлены в
табл. 11, где N
частотных каналов в кластере.
число
54
– число секторов в соте; N
S
– наименьшее требуемое
kБС
11. Параметры ЧТП при однородной и секторной структуре сети
q
, дБ N
с–и
N
Коэффициент
С
4 3,46 – – 20 12 26 24
7 4,6 14,27 7 24,5 21 29 42
ЭМС q
= 1 NS = 3 NS = 6
S
q
kБС
, дБ N
с–и
q
kБС
, дБ N
с–и
kБС
Применение антенн со специально сформированной диаграммой
направленности.
В реальных условиях в каждой соте необходимый уровень излучаемого сигнала зависит от направления излучения. В некоторых направлениях требуется сильный сигнал, в других – сигнал не нужен.
Часто возникает задача сохранить энергию сигнала внутри небольшой
территории, например, вдоль дороги. В этом случае применяют поворот
ДНА в вертикальной плоскости, что технически
просто достигается на-
клоном антенны.
Построения, проведенные на рис. 34, аналогичном рис. 33, а, позво-
ляют оценить угол, под которым антенна БС М
облучает на совпадающих
1
частотах сектор центральной соты соседнего кластера:
⎛
⎜
arctg
=θ
⎜
⎝
Если М
создает недопустимо большую помеху в центральной соте,
1
можно попытаться уменьшить уровень сигнала от М
⎞
3
R
0
⎟
⎟
5
R
0
⎠
()
=
. (4.55)
346,0arctg
в пределах угла Θ,
1
Рис. 34. Угол излучения интерференционных помех
55
наклонив по часовой стрелке антенну (вертикальный вибратор) к плоскости горизонта. В главном лепестке диаграммы направленности наклоненной антенны в горизонтальной плоскости возникает провал, что снижает
уровень сигнала в главном направлении и повышает отношение сигнал–
интерференция в центральной соте. Наклон (по часовой стрелке) на угол
Θ ≈10° соответствует тому, что провал
сформируется в направлении на
БС центральной соты и это позволит увеличить отношение сигнал–
интерференция на несколько децибелов. При этом уровень полезного сигнала в соте со станцией М
на небольшой площади также будет снижен.
1
В [2] указывается, что при Θ = 10° уровень помехи, создаваемой дан-
ной БС в главном направлении в горизонтальной плоскости, уменьшается
за счет провала в ДНА на величину Δ
= 4 дБ. Уровень полезного сигнала,
п
приходящего на МС, зависит от угла места антенны этой МС. Последний
определяется расстоянием до МС, высотой антенны БС и рельефом. Если
МС находится на главном направлении и угол места равен 1°, то уровень
принятого на МС полезного сигнала из-за провала в ДНА уменьшается на
величину Δ
правлении получают незначительный выигрыш В = Δ
= 3,5 дБ. В этом случае при наклоне антенны на главном на-
с
– Δс = 0,5 дБ. Когда
п
на трассе нет проблемы интерференции, то можно повернуть антенну
«вверх» (против часовой стрелки), что увеличивает зону покрытия.
В ССПО применяются зонтичные антенны, позволяющие ограничить
зону покрытия и уменьшить излучение в другие соты. Конструкция антенны показана на рис. 35, а. Требуемая ДНА в вертикальной плоскости
формируется за счет установки
над вертикальным вибратором 1 дискаотражателя 2. Размер диска определяет угол наклона ДНА. Это широкополосная антенна. Для расширения полосы частот антенны используется
конический элемент 3.
Для увеличения коэффициента усиления антенны устанавливается
несколько дисков с конусами (рис. 35, б). ДНА в вертикальной плоскости
«наклоняется» и приобретает форму зонтика (рис. 35, в). Такая ДНА позволяет
снизить мощность интерференционной помехи в соседнем кластере при оптимальном выборе высоты установки антенны и получить
выигрыш в величине отношения сигнал–интерференция.
В таблице 12 для кластера размерностью 7 (q = 4,6) и сот радиусом
= 3,2 км приведены значения углов: ψ2 – в направлении максимума
R
0
ДНА на границу соты и ψ
– в направлении на БС соседнего кластера (при
1
одинаковых частотах). При этом разность в усилении антенны для этих
направлений достигает 3 дБ.
56
Рис. 35. Конструкция и ДН зонтичной антенны
12. Уровни ДН зонтичной антенны при различных высотах
h1, мм
подвеса БС
ψ
, град ψ1, град
2
30 0,54 0,12
90 1,63 0,35
150 2,71 0,59
57
5. ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СПУТНИКОВЫХ ССПО
5.1. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ СПУТНИКОВОЙ ССПО
Для энергетического расчета спутниковой радиолинии используются
следующие исходные данные, иллюстрируемые техническими параметрами
используемого ИСЗ спутник EUTELSAT-W1.
13. Основные технические параметры ИСЗ
Срок активного существования, лет 12
Масса ИСЗ, кг
при запуске 2700
на орбите 1680
Мощность солнечных батарей в конце срока
5840
активного существования, Вт
Рабочий диапазон частот передачи, ГГц 17,787…18,075
Число стволов 24
Рабочая полоса частот ствола, МГц 72
Мощность передатчиков, Вт 90
ЭИИМ в рабочей зоне, дБВт 40...47
перенацеливаемый луч 42…52
Орбитальная позиция
10° в.д.
Это геостационарный спутник, луч которого в С-диапазоне покрывает Европейскую часть Российской Федерации. Зона покрытия приведена
на рис. 5.1.
Спутники серии EUTELSAT-W предназначены для плановой замены
действующих ИЗС серии EUTELSAT-II, расположенных в позициях 7°,
10°, 16° в.д. и расширения их действия в восточном направлении. Для этого предназначен четвертый ИЗС серии EUTELSAT-W, который будет выведен в точку состояния 30° в.д.
Эти спутники созданы компанией Aerospatiale. Они обеспечивают
расширение услуг связи и ТВ-вещания в Европе, Среднеземноморском
регионе, Центральной Азии и Африке. Существенно расширена зона действия EUTELSAT на территории России.
Для расчетов примем методику, изложенную в [10]. Методика иллюстрируется примером расчета радиолинии Москва–Тамбов, находящейся
в зоне
с эквивалентной изотропно излучаемой мощностью (ЭИИМ) пото-
ка энергии 46 дБВт.
Координаты станции в Тамбове примем 52,81 с.ш., 41,48 в.д.
Координаты станции в Москве примем 55,75 с.ш., 37,5 в.д.
Рассчитаем расстояния от земных станций до бортового ретранслятора:
58
β
Рис. 5.1. Зона покрытия ИСЗ EUTELSAT-W1
, (5.1)
ϕ−= cos2954,0142644d
где
ξ=ϕ coscoscos ; ξ – широта наземной станции; β – разность долгот
спутника и земной станции; d – расстояние от земной станции до спутника, км.
Подставляя исходные данные в формулу (5.1), получим:
для Тамбова:
3926348,31cos81,52cos2954,0142644 =⋅⋅−=d
;
для Москвы:
393745,27cos75,55cos2954,0142644 =−=d
.
⎛
⎞
β
tg
⎜
−=
arctg180Аз
⎛
⎜
=
arctgУМ
⎜
2
⎜
⎝
⎟
⎜
⎝
−ξ
; (5.2)
⎟
ξ
sin
⎠
⎞
15126,0cosβcos
⎟
, (5.3)
⎟
⎟
ξ+
sinβcosβsin
⎠
59
где δ−
γ
=
λ
=β ; γ – долгота подспутниковой точки, грд; δ – долгота земной
станции, грд; ξ – широта земной станции, грд.
Подставляя исходные данные в формулы (5.2) и (5.3), получим:
для Тамбова:
−
⎛
−=
arctg180Аз =+=
⎜
⎜
⎝
⎛
⎜
arctgУМ
=
⎜
2
⎜
⎝
3625,0
arctg
==
)48,4110(tg
⎞
⎟
⎟
81,52sin
⎠
15126,081,52cos)48,4110cos(
−−
−+−
o
;4,20
°;
54,21754,37180
⎞
⎟
=
⎟
⎟
81,52sin)48,4110cos()48,4110(sin
⎠
9745,0
для Москвы:
)5,3710(tg
=
arctgУМ
arctg
⎛
arctg180Аз =+=
−=
⎜
⎜
⎝
⎛
⎜
⎜
2
⎜
⎝
3479,0
−
==
⎞
⎟
⎟
75,55sin
⎠
15126,075,55cos)5,3710cos(
−−
−+−
o
.68,19
75,55sin)5,3710cos()5,3710(sin
°;
21,21221,32180
⎞
⎟
=
⎟
⎟
⎠
9728,0
Далее рассчитывается затухание энергии сигнала в свободном пространстве. Для этого необходимо выбрать конкретный транспондер спутниковой станции (СС), через который будет работать сеть, чтобы знать
частоты приема и передачи, необходимые для расчетов. Выберем для расчетов центральные частоты – 17787 МГц на
прием СС и 12188 МГц на
передачу СС. Затухание энергии сигнала в свободном пространстве рассчитывается по формуле
π=dL4
⎛
lg20
где L – затухание энергии, дБ; d – расстояние между ИСЗ и ЗС, м;
длина волны, м; с = 3·10
8
м/с – скорость света; f – частота сигнала, Гц.
⎞
⎜
⎝
, (5.4)
⎟
λ
⎠
fc
–
Для Тамбова затухание энергии сигналов в свободном пространстве
за счет расхождения фронта волны на пути распространения Земля–
спутник (f = 17787 МГц, λ = 0,0169 м) будет равно
↑=L
⎛
lg20 =
⎜
⎜
⎝
⋅⋅
0169,0
⎞
3926314,34
⎟
⎟
⎠
дБ33,149
,
а на пути распространения спутник–Земля (f = 12188 МГц, λ = 0,0246 м):
60
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]