Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

Рисунок 4.4 Диаграммы направленности антенны 80010674 «Kathrein»

Рисунок 4.5 Габариты антенны 80010674 «Kathrein»

5 Расчет и анализ зоны покрытия

Общая площадь города Тында и близлежайших поселков 362 км², средняя плотность населения 497 чел/км².Учитывая экономическую эффективность и сроки окупаемости проекта, расширение инфраструктуры и зоны покрытия сети LTE будут постепенными.

Согласно техническому заданию количество жителей и гостей района составляет 180 тысяч человек, из них 10% будут являться потенциальными пользователями на первом этапе проектирования и внедрения беспроводной сети широкополосного доступа стандарта LTE. Таким образом, необходимо рассчитать ресурс для предоставления услуг для 18 тысяч абонентов, при этом предусмотрев возможность расширения сети.

5.1 Расчет покрытия БС

Расчет покрытия БС методомCOST231 - Hata

Путь радиоволны от передатчика к приемнику в системах БСШД крайне разнообразен: от их прямой видимости до сильно закрытого препятствиями, домами, деревьями пути. В отличие от проводной связи, где параметры постоянны, в беспроводной связи радиоканалы имеют случайные параметры, часто сложно анализируемые.

Моделирование распространения радиоволн основано на предсказании среднего уровня принимаемого сигнала на заданном расстоянии от излучателя, а также в определении разброса его значений в зависимости от конкретной ситуации на трассе. Расчет радиолинии позволяет определить зону обслуживания передатчика. Существует следующий комплекс факторов, который следует учитывать при вычислениях затухания на трассе:

- RMD (ReflectionplusMultipleDiffractionLoss – англ., отражение плюс множественные дифракционные потери);

- вычисление коэффициента отражения;

- определение потерь из-за дифракции;

- потери из-за препятствий на местности;

- ослабление сигнала по причине поглощения в атмосфере.

Большинство моделей, используемых при решении задач распространения радиоволн, учитывают одновременно аналитические и экспериментальные данные. Экспериментальный подход основан на использовании графиков и аналитических выражений, описывающих данные предварительных измерений. Преимущество этого подхода состоит в учете большинства факторов, влияющих на распространение радиоволн.

Радиолинии в БСШД часто проходят по неровным местностям. В этом случае следует учитывать реальный профиль трассы. Трасса может изменяться от гладкой до сильно пересеченной местности. Также следует учесть наличие зданий, деревьев и других препятствий при связи в условиях города. Большинство существующих методов основано на использовании экспериментальных данных для обслуживаемого района.

В беспроводных сетях в условиях города для расчета радиолиний широко применяется метод Okumura/COST231-Hata (Окамура/КОСТ-231-Хата).

Модель, предложенная Окамурой, основана на результатах экспериментальных исследований и позволяет практически точно предсказывать среднее значение затухания радиосигнала на относительно большом расстоянии между передающей и приемной антеннами (более 1 км).

Но так как эта модель основана на графическом представлении экспериментальных данных, полученных Окамурой при измерениях уровней радиосигнала в г. Токио (Япония). Очевидно, что такая модель неудобна для вычислений с помощью ЭВМ. Для удобства ее реализации Хата предложил эмпирическую модель описания графической информации, представленной Окамурой. Т.е., модель Хаты в виде математической записи также основана на экспериментальных данных Окамуры. Данная модель представлена для диапазона частот 150 – 1500 МГц, но впоследствии для диапазона 1,5 - 3 ГГц появился модифицированный вариант модели Хата - COST231 – Hata.

В соответствии с которым формула для расчета среднего затухания в городе, дБ:

РL=46,3+33,9·log(f/MHz)−13,82·log(h_БС/m)−a(hМС)+(44,9– 6,55·log(h_БС/m) ·С (5.1)

где f , МГц -частота радиосигнала;

h_t,м– высота передающей антенны;

- поправочный коэффициент для высоты антенны подвижного объекта, зависящий от типа местности;

h_r, м– высота приемной антенны;

d, км – расстояние между базовой станцией и подвижным пользователем;

С=0 дБ (для малых и средних городов).

Следующим этапом вычисления радиуса соты будет расчет бюджета радиолиний (RLB). А так как это оценка максимальных допустимых потерь на трассе, то зная значение допустимых потерь (L_г), и используя подходящую модель распространения можно вычислить радиус соты. При расчете бюджета радиолинии учитываются параметры антенн, потери в кабелях, выигрыши от разнесения, запасы на замирания ит.д.

RLB=P_пер + А_ант – B_пер – ОСШ + А_пр – B_пр – Ш_пр, (5.2)

где P_пер-мощность передатчика (излучаемая мощность RRU 20Вт), дБ;

А_ант - усиление антенны (К_у антенны), дБ;

B_пер – потери в передатчике (потери в разъемах, джампере), дБ;

ОСШ - отношение сигнал шум, дБ;

А_пр - усиление приемника (К_у антенны терминала), дБ;

B_пр - потери в приемнике (потери в разъемах), дБ;

Ш _пр - шум приемника (минимальный приемный уровень), дБ.

Из формулы (5.1) выразим расстояние между передающей и приемной антеннами, а в значении подставим подсчитанное значение RLB в силу вышенаписанного.

RLB = 43+ 18 – 3 – 16 + 2 –3 – (-100) = 141 дБ.

Таблица 5.1 – Расчетные данные для вычисления бюджета линии

Таблица 5.2 - Исходные данные для вычисления расстояния между передающей и приемной антеннами

Параметр	Значение
Частотный диапазон F, МГц	2500
Ширина канала в соте ΔFсот, МГц	20
Ширина канала в секторе ΔFсек, МГц	20
Высота базовой станции, м	18
Высота абонентской станции, м	3

a(hМС)= (1,1·lg2500 – 0,7) ·3 - (1,56･lg2500 – 0,8)= 11,213 – 4,5 = 6,713;

141 = 46,3 + 33,9･lg2500 – 13,82･lg18 – 6,713+ (44,9 – 6,55･lg18)lgd + 0;

d = 1,09 км.

В результате расчета выражения, получаем максимальное расстояние между базовой станцией и абонентским терминалом с высоким приемным уровнем, равное 1,09 км (площадь покрытия одной БС 6,86 км²).

Произведем расчет дальности связи между антенной базовой станции BCF и абонентского блока (MS) на стороне абонента. Оценить ожидаемую дальность связи между блоками BCF и MS системы [17].

Исходные данные для расчета:

- блок BCF

- мощность передатчика – 32 дБм;

- минимальный порог уровня на входе приемника – 68 дБм;

- средняя частота приема и передачи – 2600 МГц;

- затухание в фильтрах и антенных разделителях – 15дБ;

- диаграмма направленности антенны – 60˚;

- коэффициент усиления антенны БС – 18 дБ;

- высота расположения антенны – 18 м;

- угол диаграммы направленности – 6,5;

- коэффициент усиления антенны МС – 11 дБм.

Напряженность поля, при которой обеспечивается достаточное качество приема, равна – 53 дБ. Определим зону покрытия одной БС по методике. Данная методика расчета основана на данных о распространении радиоволн над среднепересеченной местностью. В расчете приведены кривые распространения радиоволн (рисунок 5.1), которые положены в основу метода расчета.

Рисунок 5.1 – Кривые распространения радиоволн над поверхностью земли в городской зоне

Данные кривые построены при использовании передатчика мощностью 1 кВт, который создает в пунктах приема на расстоянии r, напряженность поля E, соответствующие пересечению вертикали с кривой высоты, передающей антенны. Но реальные характеристики передатчиков отличаются от принятых в кривых, поэтому вводятся поправочные коэффициенты, а общая расчетная формула имеет вид:

, (5.3)

где Ес – напряженность поля сигнала, необходимая для получения заданных показателей. Ес задана из технической документации к оборудованию, Ес=45 дБ;

Вр.н – поправка учитывающая отличие номинальной мощности передатчика от мощности 1 кВт, принятой для кривых, дБ;

Вф – затухание в резонаторных, мостовых фильтрах и антенных разделителях, дБ. Вф=7 дБ;

Вh2 – поправка, учитывающая высоту приемной антенны, дБ;

Врел – поправка, учитывающая рельеф местности, дБ;

α∙l – затухание в фидере передающей и приемной антенной, дБ

DAU – коэффициент усиления антенны БС RPU. DRPU=18 дБ;

DSU – коэффициент усиления антенны абонентского оборудования AU. DSU=11 дБ;

Вθ – поправка, учитывающая уменьшение восприимчивости к помехам по сравнению с четвертьволновым штырем, дБ.

Определим поправку Вр.н последующей формуле:

дБ, (5.4)

где Рн – номинальная мощность передатчика, Рн=300 мВт.

Определим поправку Вh2, учитывающую высоту приемной антенны отличную от 1,5 м, по формуле:

дБ, (5.5)

где h2 – высота приемной антенны, h2=18 м.

Поправка, учитывающая реальный рельеф местности Врел в зоне действия системы радиодоступа, определяется следующим образом. Графики зависимости дальности связи от напряженности поля при различных высотах передающих антенн БС составлены на основании обработки статистической информации об изменениях в условиях среднепересеченной местности. Среднепересеченной считается такая местность, на которой среднее колебание отметок высот на расстоянии 10 – 15 км от БС не превышает 50 м. Для определения колебания уровня местности Δh, рисуют рельеф местности и определяют колебание Δh. Когда Δh отличается от 50 м в ту или иную сторону, следует вносить поправки, определяемые по графикам рисунка 5.2 для r<100 км Дальность связи на каждом секторе определяется из рельефа местности, наличия строений, или других препятствий для прохождения сигнала в прямой видимости.

По графикам на рисунке 5.2 определим поправку Врел с учетом рельефа и строений для каждого сектора:

- первый сектор характеризуется наличием строений высотой до 10 м. Поправка Δh5=10 м. Поправка на рельеф Врел= – 10 дБ;

- второй сектор характеризуется наличием одно - двух этажными домами и наличием деревьев высотой до 10 м. Поправка Δh2=10 м. Поправка на рельеф Врел= – 10 дБ

Рисунок 5.2 – Графики для определения поправки, учитывающей рельеф местности

- третий сектор характеризуется наличием одно - двух этажными домами и наличием деревьев высотой до 10 м. Поправка Δh3=10 м. Поправка на рельеф Врел= – 10 дБ;

- четвертый сектор характеризуется наличием высотных строений, высотой до 28 м. Поправка Δh5=28 м. Поправка на рельеф Врел= – 3 дБ;

- пятый сектор характеризуется высотой строений до 10 м. На расстоянии пяти километров начинается предгорье, высота местности достигает 100 м. Поправка Δh4=100 м. Поправка на рельеф Врел=7 дБ;

- шестой сектор характеризуется преобладанием в зоне радиоохвата пяти этажных зданий на расстоянии до Т.о. поправка Δh1=15 м. Поправка на рельеф Врел= – 6 дБ.

Рассчитаем поправку ΔВθ, учитывающую уменьшение восприимчивости к помехам.

дБ, (5.6)

где θЕ – угол диаграммы направленности принимающей антенны, θЕ=6,1º.

Подставляя значения в формулу, определим напряженность поля, создаваемое передающей базовой станцией (БС) в пункте приема абонентской станцией.

Для первого сектора: Е= 53 + 35 + 7 – 10,8 – 10 – 18 – 11 – 17,7 = 30 дБ.

Для второго сектора: Е= 53 + 35 + 7 – 10,8 – 10 – 18 – 11 – 17,7 = 30 дБ.

Характеристики

Список файлов ВКР