Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Спутниковые и наземные системы радиосвязи. Учебно-методическое пособие
.pdf
Рисунок 4.1 - Жизненный цикл мобильных технологий
Как видно из рис. 4.1, проходит около девяти лет от начала разработок
до максимального спроса на новую технологию, и на данный момент самая
перспективная технология – это LTE. Вместе со стандартом WiMAX Release
2 (или просто WiMAX 2, что чаще используется как название стандарта IEEE
802.16m) LTE Advanced являются на данный момент всеми стандартами,
утвержденными в IMT-Advanced.
Основные параметры технологии LTE
1. Технология множественного доступа:
- прямой канал (Downlink – DL) – OFDMA;
- обратный канал (Uplink – UL) – SC-FDMA;
2. Рабочий диапазон частот: 450 МГц; 700 МГц; 800 МГц; 1800 МГц;
2,1 ГГц; 2,4 - 2,5 ГГц; 2,6 - 2,7 ГГц.
3. Битовая скорость:
- канал (DL): 100 - 326,4 Мбит/с;
- обратный канал (UL): 50 - 172,8 Мбит/с.
4. Ширина полосы радиоканала: 1.4, 3, 5, 10, 15, 20 МГц.
5. Радиус ячейки: 5 – 30 км.
6. Мобильность: скорость перемещения до 250 км/ч.
7. Параметры MIMO:
- прямой канал (DL): 2TX×2RX, 4TX×4RX;
- обратный канал (UL): 2TX×2RX.
8. Значение задержки (latency): 5мс.
9. Поддерживаемые типы модуляции:
- прямой канал (DL): 64 QAM, 16 QAM, QPSK.
- обратный канал (UL): 16 QAM, QPSK.
10. Дуплексное разделение каналов: FDD, TDD.
11. Передача голоса по технологии VoIP.
21
ВИДЫ ЗАМИРАНИЙ В СПР
В СПР обычно БС можно рассматривать как станцию с высоко
поднятой антенной, а антенна АС находится на уровне городской застройки.
В городе практически нет прямой видимости между БС и АС.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.
Рисунок 4.2 - Многолучевое распространение сигнала в мобильной связи:
1 – волна, отражённая от строений; 2 – дифрагирующая волна;
3 – прямая волна; 4 – волна, отражённая от земли
Поле в любой точке создается несколькими горизонтально
перемещающимися плоскими волнами со случайными амплитудами и углами
прихода. Лучевая структура поля хотя и случайна, но сохраняется
неизменной, т.к. любые направления прихода волн равновероятны (рис. 4.2).
Принимаемый сигнал будет иметь случайную амплитуду и фазу:
u(t) = U(t)e
j(t)
, (4.1)
где U(t) – огибающая сигнала; (t) – фаза сигнала.
Напряженность поля в точке наблюдения рассматривается как
случайная комплексная величина, распределение которой близко к
нормальному закону. Распределение огибающей такого сигнала подчиняется
закону Релея, а фазы отраженных волн равномерно распределены на
интервале от 0 до 2. Будем считать, что амплитуды и фазы отраженных волн
статистически независимы.
Сигнал в точке приема претерпевает быстрые замирания (БЗ) и
медленные замирания (МЗ). Причина БЗ – многолучевая структура сигнала и
интерференция лучей. Причина МЗ – затенение первой полузоны Френеля
из-за особенностей рельефа и городской застройки.
Полагая, что сигнал (4.1) претерпевает БЗ и МЗ, представим его
огибающую:
U(t) = Um(t)Vб(t) , (4.2)
22
где Um(t) – медленная огибающая сигнала, которая меняется по закону
медленных замираний;
Vб(t) – множитель ослабления быстрых замираний.
Переходя к уровням вместо (4.2) запишем:
u(t) = um(t) + vб(t), дБ , (4.3)
где um(t) = 20lgUm(t).
На рис. 4.3 показаны функции vm(t) и vб(t), где vm(t) определяет МЗ во
времени относительно медианного уровня umm, а vб(t) – быстрые колебания
уровня сигнала относительно vm(t).
u(t)
vm(t)
vб(t)
t
l
Рисунок 4.3 - К пояснению множителей ослабления БЗ и МЗ
По определению, медианное значение может превышаться в течение
50% времени наблюдения, тогда нормированное медианное значение
u
m(50%)
= 0 дБ.
Природа БЗ и МЗ различна, и их влияние принято рассматривать
раздельно. При этом полагают, что МЗ возникают только из-за изменения
местоположения АС. Тогда vm(t) = vm(l), и вместо um(t) из (4.3) можно
записать медленную огибающую сигнала в виде:
um(R,l) = u
(R,50%,50%) + vm(l), (4.4)
mLT
где R – расстояние между БС и АС;
u
(R,50%,50%) = umm – усредненное медианное значение уровня
mLT
огибающей, ожидаемое в 50% точек на расстоянии R от БС (усредненное по
местоположению L=50%) и в течение 50% времени наблюдения (медиана по
времени Т=50%).
Уровень огибающей сигнала на расстоянии R от БС c БЗ и МЗ будет:
u(R,l,t) = u
(R,50%,50%) + vm(l) + vб(t). (4.5)
уммс
Эти формулы позволяют определить в цифровых СПР усредненную
медианную мощность сигнала на границе соты для 50% времени и для 50%
точек наблюдения, используя модели предсказания уровня сигнала.
Контрольное задание № 3 приведено в Приложении А. Исходные
данные к этому заданию приведены в Приложении Б.
23
ПРИЛОЖЕНИЕ А
Контрольное задание № 1
Рассчитать и построить диаграмму уровней без учета дополнительных
потерь для двух участков спутниковой линии связи (СЛС)
1. Участок «вверх»
р
где а
Значение η
Значение Р
с.вх.кс
= 10lg(Р
- потери в передающем фидере ЗС, а
ф.п.зс
приведено в исходных данных к первому заданию.
п.зс
приведено в исходных данных к первому заданию, значение
п.зс
п.зс
) – а
ф.п.зс
+ g
п.зс
– а
св
+ g
пр.кс
– а
ф.кс.пр
= -10lg(η
ф.п.зс
, дБВт , (П1.1)
), дБ.
п.зс
под логарифм подставляется в ваттах;
а
- потери в приемном фидере КС, дБ. Значение а
ф.кс.пр
приведено в
ф.кс.пр
исходных данных к первому заданию;
g
– коэффициент усиления передающей антенны ЗС, дБ.
п.зс
2
g
= 10lg(2К
п.зс
испda
2
/
), дБ, (П1.2)
1
где 1 = с/f1, с = 3∙108 м/сек – скорость света, f1 подставляется в герцах,
da и 1 в формулу (П1.2) подставляются в одних единицах измерения.
Значения da , К
g
– коэффициент усиления приемной антенны КС, дБ. Значение g
пр.кс
и f1 приведены в исходных данных к первому заданию.
исп
пр.кс
рассчитывается по (П1.9);
а
– потери при распространении сигнала в свободном пространстве на
св
участке «вверх»:
а
= 20lg(4π∙d1/λ1) , дБ , (П1.3)
св
где d1 – наклонная дальность на участке ЗС
– КС, подставляется в метрах.
пер
Протяженность (наклонная дальность) линии связи:
d1 = √r2 + R
---------------------------------------------------------------------------------
2
- 2∙Rз∙r∙cos φ
з
зс.п рад
∙ cosδ
1рад
, км , (П1.4)
где Rз – средний географический радиус Земли (Rз = 6371 км); Н – высота
геостационарной орбиты (Н = 35794 км),
r – радиус геостационарной орбиты:
r = Rз + H , км ; (П1.5)
δ1 – относительная долгота подспутниковой точки:
Значения δ
зс.п
и φ
δ1 = δ
подставляются для передающей ЗС, приведены в
зс.п
исходных данных к первому заданию. В формулу (П1.4) значения δ1 и φ
подставляются в радианах:
зс.п
- δ
, град . (П1.6)
кс
зс.п
где g
пр.кс
δ
= δ1 ∙ π /180; φ
1рад
зс.п рад = φзс.п
∙ π /180, (П1.7)
– коэффициент усиления приемной антенны КС, дБ.
24
Чтобы его рассчитать, надо сначала определить значение g
g
Значение g
– коэффициент усиления передающей антенны КС, дБ.
п.кс
рассчитывается, как:
п.кс
g
= 45 – 10 lg(а) – 10 lg(b) , дБ , (П1.8)
п.кс
п.кс
.
где а и в подставляются в градусах. Значения а и в приведены в
исходных данных к первому заданию;
g
пр.кс
= g
– 20 lg(f1 / f2) , дБ , (П1.9)
п.кс
где f1, f2 – приведены в исходных данных к первому заданию.
Значение потерь в приемном фидере КС а
приведено в исходных
ф.кс.пр
данных к первому заданию.
2. Участок «вниз»
р
где а
Значение η
Значение Р
а
с.вх.зс
ф.зс.пр
ф.п.кс
= 10lg(Р
– потери в приемном фидере ЗС, а
приведено в исходных данных к первому заданию;
пр.зс
в ваттах приведено в исходных данных к первому заданию;
п.кс
п.кс
) – а
ф.п.кс
+ g
п.кс
– а
св↓
+ g
пр.зс
– а
ф.зс.пр
ф.зс.пр
– потери в передающем фидере КС, дБ. Значение а
, дБВт , (П1.10)
= -10lg(η
ф.п.кс
пр.зс
приведено в
), дБ.
исходных данных к первому заданию;
g
– коэффициент усиления приемной антенны ЗС, дБ. Значение g
пр.зс
пр.зс
рассчитывается по формуле (П1.11):
2
g
= 10lg(2К
пр.зс
где λ2 = с/f2. Значения da, К
испda
и f2 приведены в исходных данных к первому
исп
2
/
), дБ, (П1.11)
2
заданию;
с = 3∙108 м/сек – скорость света, f2 подставляется в герцах, da и 2 в формулу
(П1.11) подставляются в одних единицах измерения.
g
– коэффициент усиления передающей антенны КС, дБ. Значение g
п.кс
п.кс
рассчитано по формуле (П1.8);
а
– потери при распространении сигнала в свободном пространстве на
св↓
участке «вниз», дБ.
а
где d2 – наклонная дальность на участке КС - ЗСпр, подставляется в метрах.
Значение d2 определяется по (П1.13) для приемной ЗС:
где Rз – средний географический радиус Земли (Rз = 6371 км); Н – высота
орбиты (Н = 35794 км); r – радиус геостационарной орбиты: r = Rз + H , км;
δ2 - относительная долгота подспутниковой точки:
-------------------------------------------------------------------------------
d2 = √r2 + R
= 20lg(4π∙d2/λ2) , дБ, (П1.12)
св↓
2
- 2∙Rз∙r∙cos φ
з
зс.пр рад
25
∙ cosδ
, км , (П1.13)
2рад
δ2 = δ
зс.пр
- δ
, град . (П1.14)
кс
Значения δ
зс.пр
и φ
подставляются для приемной ЗС, их значения
зс.пр
приведены в исходных данных к первому заданию. В формулу (П1.13)
значения δ2 и φ
δ
= δ2 ∙ π /180; φ
2рад
подставляются в радианах:
зс.пр
зс.пр рад = φзс.пр
∙ π /180. (П1.15)
Построение диаграммы уровней
Рассчитав все необходимые величины, можно строить диаграмму
уровней. На диаграмме уровней на линии «вверх» цифрами в жёлтых
прямоугольниках обозначены:
Точка 1: 10lg(Р
Точка 2: 10lg(Р
Точка 3: 10lg(Р
Точка 4: 10lg(Р
Точка 5: 10lg(Р
Точка 6: 10lg(Р
) , дБВт
п.зс
) – а
п.зс
) – а
п.зс
) – а
п.зс
) – а
п.зс
) – а
п.зс
ф.п.зс
ф.п.зс
ф.п.зс
ф.п.зс
ф.п.зс
, дБВт
+ g
п.зс
+ g
п.зс
+ g
п.зс
+ g
п.зс
, дБВт
– а
св
– а
св
– а
св
, дБВт
+ g
пр.кс
+ g
пр.кс
, дБВт
– а
ф.кс.пр
, дБВт
На диаграмме уровней на линии «вниз» цифрами в жёлтых
прямоугольниках обозначены:
Точка 7: 10lg(Р
Точка 8: 10lg(Р
Точка 9: 10lg(Р
Точка 10: 10lg(Р
Точка 11: 10lg(Р
Точка 12: 10lg(Р
) , дБВт
п.кс
) – а
п.кс
) – а
п.кс
п.кс
п.кс
п.кс
ф.п.кс
ф.п.кс
) – а
) – а
) – а
, дБВт
+ g
ф.п.кс
ф.п.кс
ф.п.кс
+ g
+ g
+ g
, дБВт
п.кс
п.кс
п.кс
п.кс
– а
– а
– а
, дБВт
св↓
+ g
св↓
+ g
св↓
пр.зс
пр.зс
, дБВт
– а
ф.зс.пр
, дБВт
Пример построенной диаграммы уровней для двух участков спутниковой
линии связи показан на рис. П1.1.
26
Передающая ЗС БР Приемная ЗС
9 10
11
8
7
3
2
1 6 5
4 12
Пр
П Пр
дБВт П
80
60
40
20
0
-20
-40
-60
-80
-100
-120
-140
Рисунок П1.1 - Пример построения ДУ СЛ
27
Контрольное задание № 2
Рассчитать значение минимально допустимого множителя
ослабления в ТФ, ТВ и ЦФ стволах. Построить диаграмму уровней трёх
стволов пролёта РРЛ с учётом рассчитанных значений v
min
.
Одним из основных расчетов для РРЛ является определение
энергетических параметров пролета с учетом величины минимально
допустимого множителя ослабления. Наглядно результаты расчета можно
представить в виде диаграммы уровней.
Поскольку состояние тропосферы непрерывно меняется, то и значение
множителя ослабления меняется во времени. Допускается изменение
множителя ослабления в течение % времени каждого месяца (обычно
худшего по климатическим условиям), для которого допустимо превышение
среднеминутной мощности шума.
V
V
V
2
= 1 или v
(50%)
2
= 0,25 или v
(20%)
2
= V2min или v
(0,1%)
(50%)
= 0 дБ;
= -6 дБ;
(20%)
(0,1%)
= v
min
дБ.
а
где а
Значение η
а
ф.пр
Значение η
- потери в передающем фидере, а
ф.п
приведено в исходных данных к первому заданию;
п.зс
- потери в приемном фидере, а
приведено в исходных данных к первому заданию;
пр.зс
= асв + а
сум
ф.п
+ а
– gпд –g
ф.пр
, дБ, (П2.1)
пр
= -10lg(η
ф.п
= -10lg(η
ф.пр.
п.зс
), дБ.
пр.зс
), дБ.
gпд = gпр – коэффициент усиления передающей и приемной антенн, дБ.
Значение gпд = gпр рассчитывается по (П2.2):
gпд = gпр = 10lg(2К
испda
2/2
), дБ, (П2.2)
где = с/f, с = 3∙108 м/сек – скорость света, f подставляется в герцах, da и
в формулу (П2.2) подставляются в одних единицах измерения.
Значения da и f приведены в исходных данных ко второму заданию;
Значение К
приведено в исходных данных к первому заданию.
исп
а
= 20lg(4∙π∙R/λ), дБ, (П2.3)
св
где R, км – длина пролёта РЛЛ приведена в исходных данных ко
второму заданию, в формулу (П2.3) подставляется в метрах; λ в
формулу (П2.3) подставляется в метрах.
kтф = 10lg(Kтф) = 175,56 +10lg(Pп) – nш + 20lg(Δfк /Fв), дБ, (П2.4)
где все значения приведены в исходных данных ко второму заданию,
значение Рп в формулу (П2.4) подставляется в ваттах.
kтв = 10lg(Ктв) = 158,4 + 10lg(Pп) – nш, дБ , (П2.5)
28
где значение Рп в формулу (П2.5) подставляется в ваттах, приведено в
исходных данных ко второму заданию, значение nш приведено в исходных
данных ко второму заданию.
v
где а
рассчитано по (П2.1) с использованием (П2.2) и (П2.3).
сум
v
= 44 – kтф + а
min.тф
= 49 – kтв + а
min.тв
, дБ , (П.2.6)
сум
, дБ , (П2.7)
сум
Отношение сигнал-шум на входе реального приемника ЦРРЛ:
q
= [Еб/No] + Δqвх, дБ, (П2.8)
вх.р
где Δqвх = 2 … 6 дБ – энергетический запас, учитывающий неидеальность
тракта распространения и возможность межсимвольных искажений;
[Еб/No] приведено в исходных данных ко второму заданию.
Пороговый уровень сигнала на входе приемника ЦРРЛ:
где р
= q
пор
– уровень шума на входе приемника ЦРРЛ:
ш.вх
p
= 10 lg(k Пш Т0 Ш), дБВт, (П2.10)
ш.вх
вх.р
+ р
, дБВт, (П2.9)
ш.вх
р
где Т0 – температура окружающей среды, выбирается в пределах
290 … 300 К;
Пш – шумовая полоса приемника, значение приведено в исходных данных ко
второму заданию, в формулу (П.2.10) подставляется в герцах;
k – постоянная Больцмана, k = 1.38∙10
-23
Вт/Гц∙К;
Ш – коэффициент шума приемника в разах:
Ш = 10
0,1∙ nш
. (П2.11)
Значение nш в децибелах приведено в исходных данных ко второму
заданию.
Далее рассчитывается v
v
а
рассчитано по (П2.1) с использованием (П2.2) и (П2.3);
сум
V
учитывает возможность приема мешающего сигнала с обратного
обр
min.цф
= р
направления при двухчастотном плане частот, V
:
min.цф
– 10lg(Рп) + а
пор
сум
+ Δv
, дБ , (П2.12)
обр
можно принять равным
обр
2 …3 дБ;
значение Рп в формулу (П2.12) подставляется в ваттах.
Рассчитанный уровень шумов показать на диаграмме уровней РРЛ.
Пример построения диаграммы уровней трех стволов РРЛ показан на
рис. П2.1.
Диаграмма уровней (ДУ) строится в соответствии с:
1 2 3 4 4а,4б,4в 5 6
р
Значение Рп в формулу (П2.13) подставляется в ваттах.
= 10 lg(Рп) – а
с.вх
+ gпд - асв + v
ф.п
29
+ gпр - а
min
, дБВт . (П2.13)
ф.пр
4 6
5
3
2
1
Пд
У
ровень
Над формулой поставлены номера точек для построения диаграммы уровней.
Эти точки показаны на диаграмме уровней. Точки 4а, 4б, 4в соответствуют
значениям уровня сигнала на входе приемной антенны с учетом v
min
рассчитанного для каждого из трех стволов.
дБВт
Пр
4а
4б
4в
шума в ЦФ
стволе
Рисунок П2.1 - Диаграмма уровней для трех стволов РРЛ
(показаны разным цветом)
,
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]