Введение

Связь - одна из наиболее динамично развивающихся отраслей инфраструктуры совре­менного общества. Этому способствуют постоянный рост спроса на услуги связи и информа­цию, а также достижения научно-технического прогресса в области электроники, волоконной оптики и вычислительной техники. В активно разрабатываемой МСЭ концепции универ­сальной персональной связи большое место отводится сетям подвижной связи.

Один из классов сетей подвижной связи – это сети сотовой подвиж­ной связи, которые в настоящее время стремительно развиваются. Этому способствует то, что их внедрение позволило решить проблему эко­номичного использования выделенной полосы радиочастот путем передачи сообщений на одних и тех же частотах и увеличить пропускную способность сети.

Система сотовой связи – сложная и гибкая система, с большим разнообразием вариантов конфигураций и широким спектром выполняемых функций. Она может обеспечивать передачу речи и других видов информации, в частности факсимильных сообщений и компьютерных данных. Для передачи речи, в свою очередь, может быть реали­зована обычная двухсторонняя и многосторонняя телефонная связь (конференцсвязь - с уча­стием в разговоре более двух абонентов одновременно), голосовая почта. При организации обычного телефонного разговора возможны режимы автодозвона, ожидания вызова, переад­ресации (условной или безусловной) вызова и другие дополнительные виды обслуживания.

Абонентам сотовых сетей гарантируется конфиденциальность и надежность связи с высоким качеством речевых сообщений, а так же защита от несанкционированного доступа.

1. Анализ технического задания

В соответствии с техническим заданием требуется разработать сеть сотовой подвижной связи в диапазоне частот f=1750МГц и протяженностью трасы R=15км. В ходе проектирования системы было установлено, что при заданной длине трассы уровень полезного сигнала на границе соты оказывается ничтожно малым, а расчет телефонного трафика показывает, что требуемый процент жителей (по ТЗ 25%) не будет обеспечен связью.

Таким образом, для увеличения отношения сигнал-интерференция, а так же для предоставления жителям города услуг сотовой связи в требуемом объеме, необходимо уменьшить радиус соты до 3км.

Для уверенного приема на границе соты необходимо, чтобы мощность была не менее P_min = - 100 дБм. Данное требование удовлетворяется при мощности передатчика базовой станции Р = 45 дБм.

2. Нахождение усредненной медианной мощности сигнала

Медианная усредненная мощность сигнала (УММС) – это такое значение, которое не превышается в течение 50% времени наблюдения и в 50% точек приема, находящихся на расстоянии от передающей станции.

Для нахождения УММС применяется модель Окамуры. Ее выбор обосновывается тем, что экспериментальные результаты Окамуры распространяются на диапазон расстояний км и диапазон частот от 100МГц до 3ГГц, что полностью соответствует требованиям ТЗ. Данная модель позволяет рассчитать ожидаемый УММС с учетом характера местности (в данном случае холмистой равнины), путем введения поправочных коэффициентов.

В модели Окамуры приняты базовые значения высоты антенны АС и эффективной высоты антенны , причем последняя определяется над среднем уровнем квазигладкой поверхности. Для квазигладкой местности уровень УММС:

,

(1)

где - дополнительное ослабление сигнала в городе (медианное значение), определенное для квазигладкого городского района при базовых высотах антенн БС и АС; - коэффициент «высота - усиление антенны БС», учитывающий, что высота антенны БС может отличаться от значения 200м;

- коэффициент «высота – усиление антенны АС», учитывающий влияние реальной высоты антенны АС; - уровень мощности сигнала в точке приема при распространении в свободном пространстве.

По графику, изображенному на рисунке 1, = 27дБ

Рисунок 1 – Медианное ослабление сигнала на городских трассах

протяженностью r

При r 10 км мощность принимаемого сигнала изменяется пропорционально квадрату высоты антенны:

, при

(2)

дБ;

При h_АС <3м влияние антенны АС одинаково на всех частотах и не зависит от характера застройки.

, при

(3)

дБ

Расчет уровня мощности сигнала на входе приемника

Согласно основному уравнению передачи, уровень мощности принимаемого сигнала:

, где	(4)
	(5)

- уровень мощности сигнала в точке приема при распространении в сводном пространстве; - уровень мощности передатчика, и - коэффициент усиления передающей и приемной антенны соответственно, выраженный децибелах; и - потери в фидере передающей и приемной антенны соответственно; - ослабление свободного пространства; r – протяженность трассы; - рабочая длина волны; V(t) - множитель ослабления поля свободного пространства.

Рабочая длина волны равна:

см.

По ТЗ коэффициенты усиления передающей и приемной антенны соответственно равны = 7дБ, = 7дБ. Уровень мощности передатчика при расчетах выбирается равным = 45дБм. Потерями в фидере приемной антенны можно пренебречь ( = 0), потери в фидере передающей антенны = 0…5 дБ. В расчетах принимается =3дБ. Ослабление свободного пространства равно:

, т.е. дБ.

По формуле (5): дБм.

Множитель ослабления поля свободного пространства определяется по формуле:

	(6)
Интерференционная формула для множителя ослабления имеет вид: ,	(7)

Ф – модуль коэффициента отражения.

При отражении от гладкой плоской поверхности модуль коэффициента отражения Ф 1, а неровная поверхность в зоне формирования отраженного луча определяет диффузный характер отражения, т.е. Ф 0.

Так как в ТЗ не был оговорен тип трассы, то при расчетах трасса выбирается открытой, так как местность преимущественно равнинная с невысокими холмами. Исходя из типа местности, величина модуля коэффициента отражения принимается равной 0,7. Для открытой трассы относительный просвет . Так как в ТЗ не указана высота холмов, то вычислить значение относительного просвета не удастся, но, зная, что трасса открытая, при расчетах ориентировочно принимается .

Тогда . Из формулы (6) находится V(t):

дБ

По формуле (4):

дБм.

По формуле (1) для квазигладкой местности УММС: дБм.

Так как модель Окамуры основана на экспериментальных результатах, полученных для трассы протяженностью несколько километров, на которой средняя высота неровностей не превышает 20м, то есть является квазигладкой, то для применения результатов к трассе, на которой высота неровностей от 40 до 80м (холмистая равнина), необходимо ввести поправочные коэффициенты. С учетом характера местности ожидаемый уровень медианной мощности:

, где

(8)

- поправочный коэффициент для пригородной зоны и открытой местности;

- поправочный коэффициент для трассы с наклоном; - поправочный коэффициент для участка «земля-море»; - поправочный коэффициент для холмистой местности.

В пригородной зоне потери сигнала при распространении меньше, чем в городе, поскольку в ней ниже здания и меньше препятствий. Как установил Окамура, эти потери уменьшаются с ростом частоты, т.е. коэффициент растет. По таблице в [1, стр.219] для пригорода значение для частоты 1750МГц равно дБ.

Под трассами с наклоном подразумевают трасы, на которых рельеф плавно понижается (или повышается) на расстоянии 5 км и более. Для нее считается отрицательный угол наклона . Угол считается отрицательным, если АС расположена на нижнем участке трассы. В этом случае дополнительный рост или потери мощности сигнала при его распространении нужно учитывать с помощью коэффициента . По рисунку 2 с учетом данных ТЗ ( ): дБ.

Рисунок 2 – Коэффициент, учитывающий влияние наклона местности:

1 – r > 60 км; 2 – r > 30 км; 3 – r < 10 км.

Мощность сигнала возрастает, если трасса пересекает водную поверхность. Коэффициент зависит от отношения , где - протяженность трассы над водой. Кривая 1 на рисунке 3 определяет для случая, когда водная поверхность ближе к приемной станции, кривая 2 – к передающей.

Рисунок 3 – Коэффициент «земля-море»

По ТЗ . Следовательно, по рисунку 3 6дБ.

При распространении сигнала над холмистой поверхностью потери распространения увеличиваются по сравнению со случаем квазигладкой местности. Значение (рис.4,б) зависит от - средней высоты неровностей, которая может быть определена по рис.4,а как разность между высотами h (90%) и h (10%). Здесь h (90%) и h (10%) – значения высот местности на трассе протяженностью около

10 км, превышаемые в 90% и 10% точек профиля соответственно. Условие квазигладкой местности нарушается при >20м.

Рисунок 4 – К оценке влияния холмистой местности: : а – к оценке поверхности,

б – поправочный коэффициент для АС (1 – у вершины холма; 2 – промежуточное положение; 3 – у основания холма)

В случае холмистой равнины (по ТЗ) м. В расчетах принимается м. Тогда коэффициенты в зависимости от местоположения АС:

= -1дБ – у вершины холма; = - 4 дБ – промежуточное положение;

= - 6 дБ – у основания холма.

По формуле (8):

дБм – у вершины холма

дБм – промежуточное положение

дБм – у основания холма

Влияние расстояния

В общем случае при удалении АС от БС мощность сигнала, принятого на АС, уменьшается по закону:

, где	(9)
	(10)

n – показатель затухания; R* = 1 км – эталонная длина трассы; .

Для свободного пространства n=2. В большинстве задач принимают n=4 в условиях городской застройки. В таком случае, вместо формулы (9) справедливо выражение вида:

, где

(11)

К₀ = Pм(1) - медианная мощность сигнала на расстоянии одного километра от БС, которую можно рассчитать по формулам (1) и (11), r – расстояние между АС и БС, выраженное в км.

Для вычисления Pм(1) используется формула (1) с учетом того, что f=1750МГц и r=1км.

По формулам (2) и (3): дБ, дБ соответственно.

По графику, изображенному на рисунке 1: =23 дБ.

, дБ

По формуле (5): дБм.

Следовательно, УММС на расстоянии r=1км от БС равно:

дБм.

Вт

С учетом влияния расстояния, по формуле (11):

Вт

дБм.