Добавил:
linker.pp.ua Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Гавриленко - Распространение радиоволн в современных системах мобильной связи, 2003.pdf
Скачиваний:
96
Добавлен:
15.12.2018
Размер:
3.94 Mб
Скачать

Министерство образования Российской Федерации Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского

Радиофизический факультет Кафедра радиоастрономии и распространения радиоволн

Распространение радиоволн в современных системах мобильной связи

В.Г.Гавриленко, В.А.Яшнов

Нижний Новгород

2003 г.

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

Введение

 

 

 

 

 

 

 

4

1.

Канал

связи

 

6

 

1.1.

Бюджет канала связи

 

6

 

1.2.

Характеристики канала

 

10

2.

1.3. Замирания в каналах связи

 

17

Основные особенности распространения радиоволн в современных системах

 

беспроводной связи

26

3.

Модели, используемые

для описания распространения радиоволн

 

28

3.1.Основы теории распространения радиоволн в свободном пространстве и при

наличии препятствий

 

28

3.1.1.Решение уравнения Гельмгольца для векторного потенциала в

свободном пространстве

28

3.1.2.

Математическая

формулировка принципа Гюйгенса-Френеля

29

3.1.3.

Зоны Френеля

 

29

3.1.4.

Дифракция на

крае полубесконечного экрана

32

3.1.5.

Отражение радиоволн от границы раздела двух сред

 

36

3.2. Модель распространения радиоволн в свободном пространстве

 

39

3.2.1.Излучение элементарного электрического диполя в свободном

пространстве

 

39

3.2.2.Потери в свободном пространстве. Максимальная зона обслуживания

 

 

 

 

 

 

 

 

41

3.3.

Распространение радиоволн над земной поверхностью.

43

3.3.1.

Задача Зоммерфельда.

 

 

43

3.3.2.

 

 

 

 

 

47

Отражательные формулы

3.3.3.

Функция ослабления

 

 

 

49

3.3.4.

Потери при распространении над плоской поверхностью Земли

 

54

3.4.Влияние рельефа на распространение радиоволн вдоль земной поверхности

 

 

 

 

 

56

 

3.4.1.

Предельное расстояние прямой видимости. Радиогоризонт

56

3.4.2.

Отражение радиоволн от шероховатой поверхности

 

 

57

3.4.3.Распространение радиоволн над одиночным выступом. Усиление

препятствием

59

3.4.4.

Влияние

пологих неровностей рельефа

 

61

3.4.5.Приближенный расчет ослабления радиоволн при дифракции на

одиночном препятствии с круглой вершиной

 

63

3.4.6.Приближенный расчет ослабления радиоволн при дифракции на

 

нескольких препятствиях

64

3.5.

3.4.7.

Метод параболического

уравнения

 

65

Распространение радиоволн в условиях города

 

70

3.5.1.Некоторые результаты экспериментальных исследований

распространения радиоволн

 

70

3.5.2.Квазидетерминированная модель многолучевого канала

распространения миллиметровых радиоволн

73

3.5.3.

Многократная дифракция на зданиях

 

 

75

3.5.4.Одновременный учет отражения от земной поверхности и

дифракционных явлений

80

3.6. Распространение радиоволн

внутри зданий и помещений

 

83

3.6.1.Модели, используемые для описания условий распространения

радиоволн внутри зданий

 

83

3.6.2.

Сравнение результатов измерений и расчетов

 

88

4.

Обзор экспериментальных статистических данных по распространению УКВ в

 

городе

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

89

 

4.1.

Флуктуации уровня сигнала

 

89

 

4.2. Зависимость средней мощности сигнала от расстояния

95

 

4.3. Зависимость средней мощности сигнала от частоты

 

 

 

97

 

4.4. Влияние высоты антенны базовой станции

 

 

 

 

97

 

4.5. Особенности приема сигналов внутри помещений

99

5.

Статистические модели, основанные на непосредственном обобщении опытных

 

данных

103

 

5.1.

 

Эмпирические графики Окамуры

 

103

 

5.2. Модели Бардина-Дымовича и Трифонова

103

 

5.3. Эмпирическая модель Олсбрука и Парсона

 

 

 

 

 

105

6.

5.4.

Эмпирические формулы Хаты

 

 

 

 

 

106

Опытные данные по связи между двумя подвижными пунктами, расположенными

7.

вблизи поверхности Земли

 

107

Статистическая модель Г.А. Пономарева, А.Н. Куликова, Е.Д.Тельпуховского

108

 

7.1. Статистическая модель городской застройки

 

108

 

7.2.

Вероятность прямой видимости

 

 

108

 

7.3. Средний размер незатененных

участков поверхностей зданий

 

114

7.4.Модифицированный метод Кирхгофа, учитывающий затенение поверхностей

7.5.

городских зданий

 

117

Среднее значение поля в точке приема

 

120

7.6.

Функция корреляции поля УКВ в городе

 

121

7.7.Средняя интенсивность поля над квазиплоским статистически однородным

7.8.

районом города (однократное рассеяние)

 

124

Интенсивность бокового излучения (учет дифракции)

125

7.9.

Сравнение результатов расчета с экспериментальными

данными

 

128

7.10.Средняя интенсивность поля в слое городской застройки (многократное

рассеяние)

133

7.11.

Средняя

интенсивность бокового излучения при двукратном рассеянии

134

7.12.

Пространственная корреляция поля

 

 

136

7.13. Угловой энергетический спектр в приближении однократного рассеяния 139

8.Сочетание статистических и детерминистических методов прогнозирования

устойчивой радиосвязи в городе

143

Заключение

 

 

 

145

Список использованной литературы

 

146

Введение

Последние десятилетия характеризуются быстрым внедрением сотовых систем подвижной связи, предназначенных для передачи подвижным абонентам телефонных сообщений и цифровых данных [1-6]. В таких системах связи территория обслуживания (город, регион) делится на большое число рабочих зон (сот), внутри которых связь между мобильными и базовыми станциями осуществляется по радиоканалу. Размеры сот в крупных городах составляют около 2 км, а при увеличении числа абонентов могут быть уменьшены до 0,5 км. В пригородных зонах радиус сот может возрастать до десятков километров и ограничиваться расстоянием прямой видимости антенны базовой станции. Ограниченность радиуса действия дает возможность организовать сотовую сеть, в которой одни и те же частотные каналы могут использоваться в различных несмежных участках сот. Наряду с сотовыми системами внедряются системы персональной радиосвязи, которые характеризуются микро- и пикосотовой структурой с радиусом зон от нескольких сотен до 10-60 м. Такие системы работают, как правило, в диапазоне миллиметровых радиоволн и позволяют эффективно обслуживать офисы, магазины, вокзалы и другие объекты.

При организации сети сотовой связи для определения оптимального места установки и числа базовых станций, а также для решения других задач необходимо уметь рассчитывать характеристики сигнала в любой точке пространства в пределах всей зоны обслуживания. Городская среда создает специфические условия для распространения радиоволн. Теневые зоны, многократные отражения и рассеяние волн формируют многолучевые поля со сложной интерференционной структурой и резкими пространственными изменениями уровня сигнала. Многолучевой характер распространения радиоволн, когда в точку приема приходят волны с разных направлений и с разными временными задержками, порождает явления межсимвольной интерференции при передаче кодовых последовательностей. Искажения сигнала, обусловленные межсимвольной интерференцией, могут вызывать серьезное ухудшение характеристик системы и качества высокоскоростной передачи цифровой информации, если длительность задержки превышает длительность символа. Необходимой предпосылкой для разработки эффективных систем связи, работающих в городской среде, является глубокое знание характеристик многолучевого канала распространения.

Любую радиотрассу можно представить в виде набора нескольких основных путей, по которым сигнал от базовой станции доходит до антенны мобильного телефона и наоборот. На каждом из этих путей находятся различные объекты, влияющие на распространение радиоволн. В городских условиях можно выделить следующие основные элементы:

направляющие структуры (проспекты, улицы, участки рек, контактные лини городского электротранспорта и др);

отдельное здание или группы зданий;

поверхность Земли и препятствия на ней (автомобили, столбы, заборы и т.п.);

участки растительности (парки, скверы, дворовые насаждения и пр.).

Моделирование влияния перечисленных объектов на распространения радиоволн можно осуществлять различными способами: детерминированными, статистическими и комбинированными. К первым относят в основном методы геометрической оптики, физической и геометрической теорий дифракции, метод параболического уравнения, а также численные методы электродинамики. Они позволяют произвести расчеты напряженности поля с большой степенью точности, но предъявляют высокие требования к точности задания модели среды. Статистические методы учитывают случайный характер распределения неоднородностей среды, оказывающих влияние на процесс распространения радиоволн. Они позволяют предсказать некоторые средние характеристики сигналов.

В курсе лекций предлагается краткий обзор основных особенностей распространения радиоволн в системах мобильной связи и описаны модели, используемые для расчета радиотрасс.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.