1.3. Условия распространения радиоволн при связи с подвижными объектами

В системах радиосвязи с подвижными объектами двумя основными источниками ухуд­шения их характеристик являются замирания при многолучевом распространении и межка­нальные помехи.

Уровень сигнала на входе приемника МС зависит от условий распространения радио­волн на участке БС-МС. Характеристики сигнала зависят не только от обычных потерь при распространении, но и от рельефа местности. Влияние топографии данной территории осо­бенно усиливается тем, что высоты подъема приемных антенн на МС обычно невелики и со­ставляют 1,5...3 м. В целом, чем больше степень пересеченности местности, тем многообраз­нее ее влияние на распространение сигнала и тем чаще уровень сигнала на МС и БС снижа­ется до крайне низких отметок.

На затухание радиосигнала на трассе распространения большое влияние оказывают так­же различных предметы и препятствия, имеющие искусственное происхождение.

В подвижной радиосвязи передаваемые сигналы подвержены также влиянию различных явлений, связанных с многолучевым распространением и рассеянием радиоволн на неодно-родностях среды распространения. Эти явления приводят к замираниям радиосигналов. За­мирания подразделяются на быстрые и медленные, отличающиеся своими статистическими характеристиками. Медленные замирания обычно обусловлены относительно небольшими изменениями рельефа местности на пути распространения радиоволн. Быстрые замирания вызваны отражениями сигналов как от неподвижных, так и от движущихся предметов. При этом часто прямой сигнал от БС отсутствует, а прием осуществляется благодаря попаданию в антенну МС многочисленных лучей, отраженных от зданий, как показано на рис. 1.7. Зами­рания этого типа называют многолучевыми замираниями.

При медленных замираниях огибающая сигнала представляет собой случайную величи­ну с логарифмически-нормальным законом распределения

Следует отметить, что логарифм случайной величины х распределен нормально со сред­ним значением а и дисперсией cr².

21

Для исследования быстрых замираний огибающей используется рэлеевский закон

с математическим ожидаем m₁ = и дисперсией М₂= ст (4 - я) / 2.

Рис.1.9

Напряженность поля сигнала, излучаемого БС, уменьшается с расстоянием, если изме­рять ее в различных точках, расположенных вдоль радиуса от базовой станции. Подобные

22

измерения могут проводиться при перемещении МС по улицам города, когда мобильная станция удаляется от БС (рис. 1.8,a).

Типичная зависимость мгновенного значения огибающей принимаемого сигнала от вре­мени s(t) изображена на рис. 1.8Д В том случае, когда скорость vmc подвижного объекта ос­тается постоянной в течение записи уровня принимаемого сигнала, можно легко перейти от временной шкалы s(t) к шкале расстояний х, положив х=Умс • t (рис.1.8,в).

Антенны БС обычно имеют усиление 10...I6 дБ по отношению к полуволновому диполю и являются ненаправленными в горизонтальной плоскости. В вертикальной плоскости они имеют определенную направленность (рис.1.9,а и б). Антенны устанавливаются на высоте 30...100 м от поверхности Земли. Антенна, устанавливаемая на МС, представляет собой чет­вертьволновый вибратор. Усиление этой антенны по отношению к усилению дипольной ан­тенны равно 0 дБ. В сотовых сетях подвижной радиосвязи используются радиоволны с вер­тикальной поляризацией.

Сигнал несущей частоты s(t), принимаемый на МС, можно записать в виде

где s(t) - огибающая сигнала; (t) - фаза сигнала.

Величина s(t) может быть представлена в виде двух сомножителей

где m(t) - случайная величина, отражающая медленные замирания с распределением (1.5), а r(t) - быстрые замирания сигнала с распределением (1,6). Одна из реализации s(t) представ­лена на рис. 1.10.

Рис. 1.10

Если m(у) соответствует некоторой точке местности у, в которой в момент t проводится измерение характеристик сигнала, то m(t) представляет собой локальное среднее [16]. В этом случае (1.7) будет иметь вид

Локальное среднее может быть получено следующим образом

Оценка m(x) определяется усреднением огибающей s(y) замирающего сигнала в области у.

Считаем, что m(у) является локальным средним, а г(у) - стационарным рэлеевским про­цессом со средним, равным единице, имеем

Тогда

Если длина L недостаточно велика, то в самом m(х) будет заключаться частично инфор­мация о быстрых замираниях и (х) будет отличаться отm(х). Только тогда, когда 40 < L < 200

Если исключить составляющую медленных замираний, связанную только с потерями сигнала на пути распространения, то в результате будет выделен компонент быстрых зами­раний, показанный на рис. 1.11.

Рис. 1.11

24

Справа на рис. 1.11 показаны значения уровня относительно среднего уровня сигнала, отмеченного пунктирной линией. Слева указан процент времен, в течение которого сигнал на входе приемника будет ниже данного уровня.

Глубина и частота замираний зависит от характера городской застройки, диапазона час­тот и скорости движения МС. Глубокие замирания возникают в тех случаях, когда сигналы разных лучей поступают на вход приемника в противофазе, т.е. когда пути их распростране­ния отличаются на нечетное число полуволн. Для рабочей частоты f=900 МГц величина /2=0,166 м. Если подвижный объект движется со скоростью v_mc=80 км/ч, то такие глубо­кие замирания будут наблюдаться через ( / 2 )/ v_mc=7,5 мс.