Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы передачи дискретных сообщений. Учебное пособие
.pdf
Таблица 1.5
f
p
p
Требуемые отношения SNR
Минимально необходимое
Вид
модуляции
QPSK
16QAM
64QAM
Скорость
кодирования
1/2 5,0 2,5
3/4 8,0 6,3
1/2 10,5 8,6
3/4 14,0 12,7
1/2 16,0 13,8
2/3 18,0 16,9
3/4 20,0 18,0
отношение
Сверточное
кодирование
(/ )PP
c штреб
, дБ
Сверточное
турбокодирование
За счет наличия защитного интервала между поднесущими частотами в OFDM-сигнале используемая полоса частот в IEEE 802.16е будет
несколько больше ширины канала BW, поэтому
можно рассчитать
как
NN
fb
pil data
N
all
BW , Гц
fn
,
где
сущих OFDM-сигнала;
нала;
– коэффициент расширения полосы;
n
fb
– число пилотных поднесущих OFDM-сиг-
N
il
data
и
для каналов DL и UL разные, то чув-
k
ш.пр
– число поднесущих данных OFDM-сигнала.
N
data
Поскольку
,
N
N
il
– общее число подне-
N
all
ствительность приемников БС и АС следует вычислять отдельно.
Бюджет линии связи
Под бюджетом линии связи понимается совокупность всех приростов и потерь мощности, которые сигнал связи испытывает в телекоммуникационной системе: от передатчика через беспроводный канал
связи, антенны, фидер к приемнику. Значение бюджета линии связи
позволяет в дальнейшем определить зону покрытия БС. Бюджет линии связи зависит от технических характеристик БС и
АС, состояния
беспроводного канала связи, уровня межканальной интерференции
21
и определяется отдельно для нисходящего (DL) и восходящего (UL)
P
I
P
A
направления.
Бюджет линии (BL) связи для нисходящего (DL) направления
(БС
АC) рассчитывается по формуле
BL , дБLGGLM IF
DL chDL BS AS fid MISO int
где
LPP
chDL txBS 0AS
– мощность передатчика БС, дБ,
P
txBS
дБ
дБ
;
дБ
);
BS AS
M
ника АС,
ответственно,
равными 2
ния технологии MISO,
уровень межканальной интерференции,
– допустимые потери сигнала в DL-канале,
– чувствительность прием-
0AS
,GG
;
– коэффициенты усиления антенн БС и АС со-
– потери в фидере БС, дБ (при расчетах принять
L
fid
– выигрыш в отношении SNR за счет примене-
MISO
дБ
(при расчетах принять равным 3
дБ
дБ
(2
согласно рекоменда-
циям WiMAX Forum [2]); F – замирание радиосигнала,
,
дБ);
дБ
(10 дБ, со-
гласно рекомендациям WiMAX Forum [3]).
Для восходящего (UL) направления (АС → БC) бюджет линии связи
рассчитывается как
BL , дБLGGAIF
UL chUL AS BS div int
где
LPP
chUL txAS 0BS
– мощность передатчика АС,
P
txAS
дБм;
емника БС,
– допустимые потери сигнала в канале UL,
– выигрыш за счет разнесения антенн на приеме
div
дБм;
БС при использовании технологии MISO,
дБ).
равным 3
– чувствительность при-
0BS
дБ
(при расчетах принять
,
дБ,
–
int
дБ;
Затухание сигнала при распространении
в беспроводном канале
Для расчета зоны покрытия БС, в пределах которой потери сигнала не превышают бюджет линии связи как в направлении DL, так
и в направлении UL, необходимо оценить уровень потерь при распространении сигнала. Существует множество математических моделей,
описывающих характер затухания сигнала при распространении в свободном пространстве. Применительно к IEEE 802.16е WiMAX Forum [2]
22
рекомендует использовать эмпирическую модель Эрцега (Erceg 1999).
s
f
При использовании модели SUI (Stanford Univercity Interim), которая является расширенной версией модели Эрцега) передающую среду разделяют на три типа в соответствии с рельефом и ландшафтом местности.
1. Тип А – максимальные потери сигнала. Данный тип подходит для
местности с холмистым рельефом и с густой растительностью (например, лес).
2. Тип B – средние потери сигнала. Данный тип характерен для местности с холмистым рельефом и с редкой растительностью или для равнин с густой растительностью.
3. Тип C – минимальные потери сигнала. Используется на равнинных местностях с редкой растительностью.
Модель Эрцега (ERG) описывает потери сигнала следующим выра-
жением:
4
d
Ld sL L
ERC
где
– расстояние между БС и АС, м (причем d ≥ d0);
d
20lg 10 lg , дБ
нимальное расстояние;
казатель потерь сигнала,
0
– длина волны, м;
– высота антенны БС, м;
H
BS
экранирования сигнала, дБ (см. табл. 1.2);
циент для частоты;
– поправочный коэффициент для высоты ан-
L
h
d
d
0
L
fh
0
abH cH
BS BS
,
100 мd
– уровень
– поправочный коэффи-
тенны АС.
Константы a, b и c зависят от рельефа и ландшафта местности и опре-
деляются в соответствии с табл. 1.6.
Таблица 1.6
Параметры модели SUI, зависящие от рельефа местности
Параметр
a 4,6 4,0 3,6
b, м‒1 0,0075 0,0065 0,0050
c, м 12,6 17,1 20,0
s, дБ 10,6 9,6 8,2
тип А тип В тип С
Тип рельефа местности
– ми-
– по-
23
Для частот свыше 2000 МГц и высоты антенны АС от 2 до 10 м в мо-
f
дели Эрцега следует учитывать поправочные коэффициенты, которые
описываются следующими выражениями:
f
6lg , дБ;
L
f
L
h
0
2000
H
10,8 lg для типов A и B;
20lg для типа C,
AS
2
H
AS
2
где
– центральная частота канала, МГц;
0
Значение расстояния
при котором выполняется равенство
,dd
DL
()Ldd BL
SUI DL DL
– высота антенны АС, м.
H
AS
,
соответствует радиусу зоны покрытия БС в направлении DL, тогда как
значение расстояния
dd
, при котором выполняется равенство
UL
()Ldd BL
SUI UL UL
,
соответствует радиусу зоны покрытия БС в направлении UL. В общем
случае
dd
DL UL
, поэтому в качестве радиуса зоны покрытия в даль-
нейшем выбирается наименьшее из этих двух значений. Еще раз отметим, что найденное значение радиуса зоны покрытия соответствует
только условию соответствия потерь сигнала бюджету линии связи.
Площадь зоны покрытия
одной БС (сайта, состоящего из
S
BS
N
sect
секторов) можно оценить как площадь правильного шестиугольника
(соты) с радиусом описанной окружности, равным
33
22
Sd .
BS DL
2
, м
DL
:d
24
Скорость передачи данных на сектор
Скорость передачи данных на сектор (или емкость сектора) зависит
от количества поднесущих передачи полезной информации в OFDMсигнале (для стандарта IEEE 802.16е [3] они указаны в табл. 1.2), используемой схемы модуляции и кодирования, а также длительностей
OFDM-символа и защитного интервала. Для расчета скорости передачи
данных по направлению DL используется выражение
NmRN
R
DL
где
N
– число поднесущих частот передачи данных OFDM-сиг-
dataDL
нала в направлении DL;
R
– скорость кодирования в направлении DL;
codDL
пространственных потоков в направлении DL;
OFDM-символа;
T – длительность защитного интервала.
g
log ( )
dataDL 2 modDL codDL ssDL
TT
sg
m
– индекс модуляции в направлении DL;
modDL
, бит/с
T
,
– количество
N
ssDL
– длительность
s
В свою очередь, длительность OFDM-символа определяется с помощью формулы
N
all
Tn
s
Длительность защитного интервала
обычно составляет
/4,T
s
и
/16T
s
s
/32T
но опционально возможны также значения
/8,T
s
.
BW
, с
.
fb
T согласно IEEE 802.16е [2]
g
Скорость передачи данных по направлению UL определяется как
R
NmRN
UL
log ( )
dataUL 2 modUL codUL ssUL
TT
sg
, бит/с,
где
N
UL;
m
кодирования в направлении UL;
– число поднесущих данных OFDM-сигнала в направлении
dataUL
– индекс модуляции в направлении UL;
modUL
– количество пространственных
N
ssUL
R
codUL
– скорость
потоков в направлении UL.
25
Определение необходимого количества БС
Z
Z
R
Z
Рассчитанное количество БС, которые следует разместить в заданной географической области, должно одновременно удовлетворять
двум условиям:
1) в пределах зоны покрытия каждой БС обеспечивается соответ-
ствие потерь сигнала бюджету линии связи;
2) в пределах всей заданной географической области обеспечивается
минимально необходимая скорость передачи данных от БС к каждому
абоненту (АС).
Необходимое число БС, которое удовлетворяет первому условию,
определяется по выражению
S
N
BS_area
S – площадь географической области размещения БС,
где
площадь зоны покрытия одной БС (сайта, состоящего из
2
м .
ров),
,
S
BS
2
м ;
S –
BS
N секто-
sect
Необходимое число БС, которое удовлетворяет второму условию,
определяется по выражению
A
N
BS_speed
netDL
NR
sect DL
,
A
где
нии DL, бит/с;
– требуемая емкость беспроводной сети WiMAX в направле-
netDL
N – количество секторов на БС;
sect
– скорость пере-
DL
дачи данных на сектор в направлении DL, бит/с.
Требуемая емкость беспроводной сети WiMAX прямо пропорциональна количеству абонентов (АС), которых необходимо обслужить на
площади
где
S :
netDL ab_act abDL
N – количество активных абонентов в сети;
ab_act
, бит/сANA ,
A – мини-
abDL
мально необходимая скорость передачи данных от БС к каждому абоненту, кбит/с.
26
Из двух полученных значений
R
R
L
N и
BS_area
N следует вы-
BS_speed
брать наибольшее, которое и будет определять необходимое количество
БС в проектируемой сети WiMAX. Если при проведении расчетов получается, что
тировку мощности передатчика БС
NN , то в этом случае нужно сделать коррек-
BS_speed BS_area
P в сторону уменьшения, по-
txBS
скольку сильно перекрывающиеся зоны покрытия отдельных БС вызывают существенный рост интерференционных помех в сети. Сниже-
P производится до уровня, при котором
ние
txBS
NN ,
BS_speed BS_area
при этом следует учитывать, что необходимо будет пересчитать бюджеты линий связи DL и UL и скорость передачи данных в линии UL.
После вычисления необходимого количества БС в сети и проведения
корректировки уровня мощности передатчика БС (в случае необходимости) несложно определить минимально возможную скорость передачи данных от абонента до БС:
NN R
abUL
N
ab_act
BS sect UL
,
A
, бит/с
где
– скорость передачи данных на сектор в направлении UL, бит/с.
UL
Определение максимального размера СЗЗ БС
Если пренебречь влиянием внешних металлоконструкций и подстилающей поверхности на уровень ЭМП в точке наблюдения М, то действующее значение напряженности электрического поля
Е от отдельно
излучающей антенны БС можно определить по формуле
30
PGL
EFDD
P – мощность передатчика БС, Вт;
где
АФТ
() (),В/м
н.вер М н.гор М
G
– коэффициент усиления ан-
,
тенны БС относительно изотропного излучателя, определяемый в направ-
0,1
лении максимального излучения;
потерь в антенно-фидерном тракте (АФТ);
LL
АФТ 0
L – потери в фидере БС, дБ;
fid
27
10
fid
– коэффициент
КСВ 1
1
L
0
КСВ 1
2
– потери на отражение, обусловленные недоста-
точным уровнем согласования антенны с фидером; КСВ – максимальный коэффициент стоячих волн антенны БС;
R – расстояние от геомет-
рического центра антенны до точки наблюдения (наклонная дальность),
м;
F =1,2…1,4 – множитель, учитывающий влияние отражающих по-
верхностей в условиях городской застройки;
(), ()DD –
н.вер М н.гор М
нормированные амплитудные диаграммы направленности (ДН) антенны БС в вертикальной и горизонтальной плоскости соответственно;
hh
arctg
М
МСЗЗ
r
– угол места, т. е. угол, отсчитываемый в верти-
кальной плоскости от оси, перпендикулярной вертикальной оси антенны БС, до точки наблюдения М (рис. 1.7);
– азимут, т. е. угол,
М
отсчитываемый в горизонтальной плоскости от некоторого направления
до точки наблюдения М.
Рис. 1.7. Расчет СЗЗ
Типичные нормированные амплитудные ДН антенн БС сети WiMAX
показаны на рис. 1.8.
28
E
Е
Е
Рис. 1.8. Типичные ДН антенн БС сети WiMAX
Поскольку в сети WiMAX основной схемой MIMO является схема
2 × 1, то излучение в каждом секторе БС осуществляется одновременно
по двум антеннам, как правило, поляризационно разнесенным друг
от друга. В этом случае расчет напряженности электрического поля следует выполнять по формуле
22
EE
, В/м,
12
где
,
– напряженность поля излучения каждой антенны в сек-
1
2
торе БС.
29
Плотность потока мощности, создаваемой антеннами в секторе БС
R
R
в точке наблюдения М, определяется как
2
E
П , мкВт/см
1, 2
2
.
Значение
при котором выполняется равенство
,
ПП , будет
ПДУ
соответствовать радиусу СЗЗ вокруг БС. Максимальный размер СЗЗ БС
(наихудший вариант) получается в случае, если высота подвеса антенны
БС
h будет равна высоте
М
крыши), т. е. когда
()1D и М()1D в пределах сектора излуче-
М
ния антенны при любом расстоянии
2 мh от поверхности земли (или
СЗЗ
.
1.4. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какой фактор является определяющим при выборе длины цикли-
ческого префикса OFDM-сигнала?
2. Перечислите основные достоинства и недостатки сигналов с OFDM.
3. Перечислите основные функции сетей ASN и CSN.
4. В каких условиях оправдано применение систем с MIMO?
5. В чем заключаются достоинства применения технологии MISO
в линиях DL и UL?
6. Дайте определение понятию «скорость кодирования» и поясните
необходимость использования рандомизатора.
7. Почему с ростом индекса модуляции требуются более высокие
значения отношения сигнал/шум для успешного приема сигнала?
8. Какие способы каналообразования используются в сети WiMAX?
Зависит ли скорость передачи в линиях DL и UL от способа каналообразования?
9. Дайте определение термину «санитарно-защитная зона».
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]