Лабораторная работа 2

Изучение моделей распространения радиосигналов с использованием САПР беспроводных сетей RPS2

Цель работы: изучение моделей распространения радиосигналов, получение навыков работы с САПР беспроводных сетей RPS2.

Ход работы:

1.Ознакомиться с назначением, возможностями и интерфейсом САПР RPS2 (Руководство пользователя гл.1, 2).

2. Научиться работать с проектами и сетями в САПР RPS2. (Руководство пользователя гл.4; Дополнение к руководству разд.3.1, 3.2). Создать проект для сети стандарта GSM.

3.Научиться работать с базами оборудования беспроводных сетей: антенн, приемопередатчиков, волноводов. (Руководство пользователя гл.3).

4.Научиться работать с цифровыми картами (масштабирование, перемещение) и возможностью добавления дополнительных препятствий Руководство пользователя гл.5).

5.Разместить в соответствии с заданием базовую станцию (Руководство пользователя гл.8).

6.Выполнить расчет прямой видимости с параметрами, указанными в задании (Руководство пользователя гл.7.1). Определить факторы, влияющие на зону прямой видимости.

7.Построить профиль радиолинии и изучить факторы, приводящие к потерям в радиолинии (Руководство пользователя гл.9.1, 7.2, 7.3).

8.Ознакомиться с моделями распространения радиосигналов: RPS, Okamura-Hata (COST 231), Walfish-Ikegami (Руководство

пользователя гл.7.4-7.9, Приложение). Уяснить ограничения использования моделей.

9.Провести расчет уровня принятого сигнала, используя модели RPS, Okamura-Hata (COST 231), Walfish-Ikegami.. Сравнить полученные результаты.

10.Выполнить расчет уровня сигнала вдоль трассы, проходящей в зоне действия базовой станции (Дополнение к руководству разд.3.11).

Содержание отчета:

1.Цель работы.

2.Привести основные характеристики оборудования беспроводных сетей; факторы, приводящие к потерям в радиолинии; описание моделей распространения радиосигналов (RPS, Okamura-Hata (COST 231), Walfish-Ikegami).

3.Выводы.

Приложение

Модель свободного пространства

В свободном пространстве мощность электромагнитных волн уменьшается обратнопропорционально квадрату расстояния между передатчиком и приемником или 1/d2. В линейной форме, затухание в свободном пространстве описывается формулой:

Lp = λ2/4πd2,

где

λ − длина волны сигнала,

d − расстояние между передатчиком и приёмником.

Данное уравнение может быть также записано в логарифмической форме:

Lp = 32,4 + 20 lg(f) + 20 lg(d),

где

f – частота сигнала в мегагерцах (МГц).

где

d - расстояние (в километрах) между передатчиком и приемником,

h - высота (в метрах) антенны базовой станции. Выражение можно представить в логарифмической форме:

Lp = 129,45 + 38,4 lg(d) + 20 lg(h).

Уточненная модель распространения радиоволн должна быть функцией различных параметров, необходимых для описания условий распространения. Рассмотренные ниже модели Walfish-Ikegami и Okumura-Hata используют более сложные методы расчета потерь распространения, которые зависят от таких параметров, как частота, высоты антенн передатчика и приемника и плотность застройки, модели основаны на обширных эмпирических измерениях в городских условиях.

Модель Walfish-Ikegami

Модель Walfish-Ikegami применяется для расчета уровня принятого сигнала в крупных и средних городах (рис. 1.4.). Производится расчет уровня принятого сигнала на основе рекомендации COST-231. Реальный рельеф местности не учитывается, вместо этого в параметрах модели указывается тип городской застройки.

Рис.1. Условная схема прохождения радиосигнала в районе с плотной застройкой.

Модель испытана в диапазоне частот 900-1800 MHz на расстояниях от 100 м до 3 км. Обеспечивает хорошую точность предсказания при высоте антенны выше уровня крыш. Ошибки предсказания увеличиваются при высоте антенны близкой к уровню крыш. Модель не применима для открытых участков, где есть прямая видимость.

5)В качестве исходных данных моделирования выступают:

6)hTX – высота антенны базовой станции (м.);

7)w – средняя ширина улиц (м.);

8)b – среднее расстояние между домами (м.);

9)hroof – средняя высота зданий (м.);

10)hRX – высота антенны абонента (м.);

11)ϕ – угол с улицей (град.);

12)d – расстояние от абонента до базовой станции (км.) ;

13)f – рабочая частота (МГц.)

14)Тип застройки: средняя или плотная.

В модели Walfish-Ikegami суммарная потеря сигнала складывается из трех слагаемых:

1)l0 – потери в свободном пространстве,

2)lrts – потери вызванные дифракцией на крышах,

3)lmsd – потери при многократном отражении.

lp =

l0 + lrts + lmsd, при lrts + lmsd > 0

L0, при lrts + lmsd ≤ 0

Потери в свободном пространстве:

l0 = 32,44 + 20lg(f) + 20lg(d).

Потери вызванные многократном отражением:

lmsd = lbsh + ka + kdlg(d) + kflg(f) - 9lg(b),

где

Используется специальный коэффициент, учитывающий тип застройки:

1.3.4. Модель Okumura-Hata

Модель Okumura-Hata была разработана на основе данных измерений уровней сигнала от передатчика в нескольких частотных диапазонах в Токио и его пригородах. Выбор этого метода следовательно наиболее предпочтителен для урбанизированных областей, где расстояние анализа относительно не велико (меньше чем 30 км), эффективная высота передающей антенны - меньше чем 200 м, эффективная высота приемной антенны - меньше чем 10м, и местность относительно плоская (рис.1.6). Использование этого метода для других случаев или при больших расстояниях может оказаться неприемлемым. Используя эту модель, можно выбирать типы наземных помех - "нет", "пригородная зона" или "город". Этот выбор определит соответствующие выражение для затухания, а реальный рельеф местности не учитывается. Модель применима только при высоте антенны базовой станции выше уровня крыш.

Ограничения модели:

Для крупного города и сети с f<400 МГц

c(hr) = 3,2 (lg(11,75hr))2 – 4,97.

Для пригородных областей, городские потери, рассчитанные выше корректируются следующим образом:

arural = a – 2 (lg(f/28)) 2 – 5,4.

Для сельских открытых участков

aopen = a – 4,78 (lg(f)) 2 + 18,33 lg(f) – 40,94.