5 курс 10 семестр / Основы подвижной радиосвязи / OPS_1554

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ

им. проф. М.А. БОНЧ-БРУЕВИЧА

ФАКУЛЬТЕТ ВЕЧЕРНЕГО И ЗАОЧНОГО ОБУЧЕНИЯ

Контрольная работа

Дисциплина:

“Основы подвижной радиосвязи”

Выполнил: Тепляков А.В.

Группа: Р-02з

Курс: 5

Студ. билет: 1554

Проверил:

Санкт-Петербург

2015

Контрольная работа №1

Вариант № 54

В контрольной работе требуется спланировать в нулевом приближении сеть GSM в городе при следующих исходных данных (таблица 1).

Таблица 1

ФИО студента	Тепляков Александр
Номер студенческого билета	1554
Вариант	54
Диапазон рабочих частот	GSM-1800
Площадь зоны обслуживания (города),	700 км2
Число абонентов в зоне обслуживания,	400 тыс. чел.

При выполнении контрольной работы требуется:

1. произвести оптимальный выбор частотных каналов;

2. рассчитать число сот в сети;

3. найти максимальное удаление в соте абонентской станции (АС) от базовой станции (БС);

4. рассчитать потери на трассе;

5. определить мощность передатчиков базовой станции.

Решение:

1. На первом этапе работы найдём оптимальное решение по пп. 1-3 вышеприведенных требований. Начнём с выбора частотных каналов в соте. Вначале возьмем 1 канал, затем 2, 3, возможно и больше. Однако увеличение числа каналов существенно влияет на оплату оператором их аренды. Вместе с тем, с уменьшением числа каналов в соте возрастает число сот в сети, и уменьшаются их размеры. Это удорожает развертывание и обслуживание сот. Минимальные размеры соты обычно определяет число допустимых хэндоверов, поэтому для сетей GSM-1800 радиус соты R должен быть не менее 600-800 м (рисунок 1).

Рисунок 1 - Секторизированная сота

В одном частотном канале GSM существуют 8 независимых физических каналов, поэтому по таблице 2 определяется число каналов трафика.

Таблица 2

Число частотных каналов	1	2	3	4	5
Число физических каналов	8	16	24	32	40
Используют под каналы управления	1	2	2	3	3-4
Число каналов трафика	7	14	22	29	36-37

При расчете, в соответствии с числом каналов в соте, по таблицам Эрланга находим допустимый трафик в соте . Далее, задаваясь средним трафиком одного абонента в час наибольшей нагрузки ЧНН , определяем допустимое число абонентов в соте:

Число сот в городе:

Площадь соты:

Радиус соты в виде правильного шестиугольника (рисунок 1):

причем - максимальное удаление мобильной станции от базовой станции в соте.

В соответствии с таблицей 2 при 1 частотном канале в соте можно организовать 8 каналов трафика. Задавшись , по таблицам Эрланга находим .

Примем , тогда:

При 2 частотных каналах в соте можно организовать 14 каналов трафика. Задавшись , по таблицам Эрланга находим .

При 3 частотных каналах в соте можно организовать 22 каналов трафика. Задавшись , по таблицам Эрланга находим .

По результатам расчётов на первом этапе выполнения работы заполним таблицу.

Таблица 3

Число частот в соте	1	2	3
Число частот в сети: кластер 3/9 кластер 4/12	9 12	18 24	27 36
Трафик в соте	3,627	8,2	14,9
Число абонентов в соте	145	328	596
Число сот в сети	2759	1220	671
Площадь соты , км2	0,3	0,57	1,04
Радиус соты , км	0,68	0,94	1,26

На основе анализа данных таблицы 3 выбираем оптимальный вариант сети, который бы минимизировал общее число частотных каналов при допустимых размерах сот. Оптимальное число частот в соте при допустимом радиусе соты – 1.

2. На втором этапе выполнения работы следует обеспечить баланс мощностей в соте радиуса для сети, выбранной в результате выполнения первого этапа.

Уравнения баланса мощностей составляют на основе учета всех особенностей прохождения сигнала на трассе (рисунок 2).

Рисунок 2 - К определению баланса мощностей:

G - усиление, L - потери, Lp - потери на трассе, а - антенна, d - разнесение, f - фидер, С - комбайнер, Т_х - передатчик, R_x - приемник, Р_in - входная мощность, Р_оut - выходная мощность, ТМА (Tower Mounted Amplifier) - малошумящий усилитель на входе приемника

Расчеты трасс сетей подвижной связи ведут с использованием логарифмов потерь на трассах, в фидерах, комбайнерах и логарифмов коэффициентов усиления антенн и дополнительных усилителей.

При этом мощности на выходе передатчика и входе приемника:

Уравнение баланса мощностей в направлении вверх (АС => БС):

Уравнение баланса мощностей в направлении вниз (БС => АС):

где и - мощности на входе приемников БС и АС, и - мощности на выходе передатчиков БС и AC, и - коэффициенты усиления антенн БС и AC, и — потери в фидерах БС и AC, - потери в комбайнере, - потери на трассе, - выигрыш за счет разнесенного приема сигналов на БС (3-4 дБ), в данных уравнениях все коэффициенты усиления и ослабления выражены в дБ, а мощности - в дБм.

При расчетах можно использовать следующие параметры абонентских и базовых GSM станций.

В абонентских станциях GSM 900/1800 класса 4/1 максимальная выходная мощность передатчиков = 2 Вт на 900 МГц и 1 Вт на 1800 МГц. Чувствительность приемников, т. е. минимальная = -104 дБм в обоих диапазонах.

Чувствительность приемников базовых станций при наличии дополнительного малошумящего усилителя ТМА (рисунок 2) на входе приемного тракта = -111 дБм, а без него -106 дБм. Что касается мощностей передатчиков БС, их стандартные значения у разных производителей лежат в пределах 28-50 Вт (хотя есть и маломощные станции мощностью 2 Вт).

При проверке баланса мощностей «вверх» можно принять , , , , (используется разнесенный приём).

При проверке баланса мощностей «вниз» можно принять , , , если в соте 1 или 2 частоты, и , если в соте 3-4 частоты; , .

Потери на трассе определяем по модели Окумура-Хата. Они зависят от расстояния , рабочей частоты , высоты подвеса антенн базовой и абонентской станций. Данный метод основан на аналитической аппроксимации результатов практических измерений. Набор эмпирических формул и поправочных коэффициентов, полученный в результате такой аппроксимации, позволяет рассчитать средние потери для различных типов местности.

В диапазоне 1800 МГц расчеты ведут на модели COST 231 Хата [COST 231 TD(90) 119]. Условия применимости модели ; ; :

• средний город и пригородный центр с умеренной плотностью посадки деревьев

,

где - эффективная высота подъема антенны базовой станции, м;

— высота антенны подвижной станции над землей, м;

- расстояние между передатчиком и приемником, км;

- частота сигнала, МГц;

Конкретные частотные каналы неизвестны, поэтому при расчетах сетей GSM-1800 следует ориентироваться на средние частоты диапазонов: вниз БС => AС 1805-1880 МГц (F_ср = 1840 МГц), вверх АС => БС 1710-1780 МГц (F_ср = 1745 МГц).

Пусть , .

БС => AС:

Необходимый запас мощности сигнала для его уверенного приема в 90% площади с вероятностью 75% , где - среднеквадратичное отклонение сигнала из-за флуктуаций в точке приема. Кроме того, учтем дополнительные потери в здании . Итак, суммарные потери на трассе:

Теперь рассчитаем мощность сигнала на входе приемника АС, если мощность передатчика БС составляет 35 Вт (45,44 дБм):

АС => БС:

При тех же , потерях в здании и получаем:

Найденные величины и превышают чувствительность приемников мобильной (- 104 дБм) и базовой (- 111 дБм) станций.

Заполним итоговую таблицу 4:

Таблица 4

Трасса вниз БСАС
F, МГц	НБС, м	НАС, м	R, км	LГ, дБ	∆Рσ, дБ	Lдоп, дБ	Pout БС, дБм	LfБС, дБ	Ga БC, дБ	Lс, дБ	Lр, дБ	Ga АC, дБ	LfАС, дБ		Pin АС, дБм
1840	50	1,5	0,68	127,65	5,44	12	45,44	2	16	0	145,1	0	0		-85,65
Трасса вверх АСБС
F, МГц	НБС, м	НАС, м	R, км	LГ, дБ	∆Рσ, дБ	Lдоп, дБ	Pout АС, дБм	LfАС, дБ	Ga АC, дБ	Lс, дБ	Lр, дБ	Ga БC, дБ	LfБС, дБ	Pin БС, дБм
1745	50	1,5	0,68	126,87	5,44	12	30	0	0	0	144,31	16	2	-97,3

Литература

1. Бабков В.Ю., Руфова А.В., Рыжков А.Е. Основы подвижной связи. Методические рекомендации. СПб, 2005;

2. Волков А.И., Попов Е.А., Сиверс М.А. Физические основы мобильной связи. Ч.1. СПб: Линк, 2004;

3. Кузнецов М.А., Рыжков А.Е. Системы подвижной связи/СПбГУТ. СПб, 2003

7