62891 (588848), страница 3

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

Текст из файла (страница 3)

Данные формулы могут быть использованы для расчета поля в реальных системах связи при наличии случайных ослабляющих сигнал факторов. На практике величины n и обычно определяются из экспериментальных исследований (рис.12).

Поскольку значение PL (d) - случайная величина с нормальным распределением по шкале дБ от расстояния d, также случайно распределена и функция P_r (d). Для определения вероятности того, что принятый сигнал будет выше (или ниже) особого уровня, может быть использована функция Q:

, (2.4а)

где выполняется условие

. (2.4б)

Вероятность того, что принятый сигнал будет выше некоторой заданной величины , может быть вычислена из накопительной функции плотности как

. (2.5)

Аналогично вероятность того, что принятая мощность будет меньше :

(2.6)

Рис.12. Экспериментальные данные, иллюстрирующие ослабление радиоволн в условиях города (приведены данные измерений ослабления мощности радиоканалов для 6 городов Германии, из этих экспериментальных данных определены параметры n=2.7, =11.8 дБ)

2.2 Модели радиолиний вне зданий

Радиолинии в мобильной связи 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. Негладкие трассы рассчитываются разными методами. Существующие методы расчета поля в реальных условиях связи сильно отличаются по подходу, сложности и точности. Большинство основано на использовании экспериментальных данных для обслуживаемого района. Ниже описаны некоторые методы.

2.2.1 Метод Okumura

Этот метод является одним из широко используемых методов для расчета радиолиний в условиях города. Он пригоден для частот 150 - 2000 МГц (хотя может быть экстраполирован до 3000 МГц) и расстояний от 1 до 100 км. Данный метод может быть использован, если эффективная высота подвеса базовой антенны составляет от 30 до 1000 м.

Okumura предложил сетку кривых для расчета среднего ослабления относительно ослабления в свободном пространстве A_mu в условиях города с квазигладким профилем с изотропной передающей антенной, поднятой на эффективную высоту h_te = 200 м и мобильной антенной высотой h_re = 3 м. Графики получены в результате многих измерений с ненаправленными антеннами базовой станции и мобильного приемника и представлены в виде графика для диапазона частот 100-1920 МГц как функция дальности от 1 до 100 км.

Для определения потерь на радиолинии рассчитывается ослабление поля в свободном пространстве, затем по кривым графика (рис.13) определяется величина A_ma (f,d) и добавляются к ослаблению в свободном пространстве с корректирующей поправкой, зависящей от степени неровности профиля трассы:

, дБ, (2.7)

гдеL_{50 -} средняя величина потерь,

L_F - потери в свободном пространстве,

A_ma - усредненное дополнительное ослабление, обусловленное влиянием земной поверхности,

G (h_te) - эффективное усиление передающей антенны,

G (h_re) - эффективное усиление приемной антенны,

G_AREA - поправочный коэффициент из графика на рис.14.

Рис.13. Частотная зависимость усредненного ослабления сигнала по отношению к свободному пространству для квазигладкого профиля трассы

Рис.14. Поправочный коэффициент, обусловленный профилем радиотрассы.

Кроме того, Okumura нашел, что величина G (h_te) изменяется по закону 20 дБ/декада, а G (h_re) для высот менее 3 м - 10 дБ/декада:

,1000 м > h _te> 10 м; (2.8а)

,h_re < 3 м; (2.8б)

,10 м > h_re >3 м. (2.8в)

Модель Okumura полностью построена на экспериментальных данных. Графики, полученные Okumura, можно экстраполировать. Модель Okumura наиболее простая и достаточно точная для расчета потерь в сотовых системах связи и мобильной связи. Она является стандартом при расчете сот для мобильной связи в Японии.

Главный недостаток модели - работа с графиками и невозможность полноценно учесть быстроизменяющиеся условия в профиле трассы.

В основном рассмотренный метод используется для расчета радиолиний в урбанизированных и сверхурбанизированных районах. Разница расчетных и экспериментально измеренных напряженностей поля обычно не превышает 10-13 дБ.

2.2.2 Модель Hata

Hata обработал экспериментальные данные Okumura для частот 150-1500 МГц и предложил рассчитывать потери распространения в условиях города по стандартной формуле с учетом корректирующих уравнений для иных условий.

Стандартная формула для расчета средних потерь мощности в условиях города:

(2.9)

Где f_c - частота от 150 до 1500 МГц,

h_te - эффективная высота базовой антенны (от 30 до 200 м),

h_re - эффективная высота мобильной антенны (от 1 до 10 м),

d - расстояние от передатчика до приемника, км,

a (h_re) - корректирующий фактор для эффективной высоты мобильной антенны, который является функцией величины зоны обслуживания.

Для небольших и среднего размера населенных пунктов:

. (2.10)

Для крупных городов:

для f_c<300 МГц; (2.11a)

для f_c>300 МГц. (2.11б)

В сверхурбанизированных районах стандартная (основная) формула Hata (2.9) модифицируется следующим образом:

, дБ, (2.12)

а для открытых районов:

, дБ. (2.13)

Хотя формулы Hata не позволяют учесть все специфические поправки, которые доступны в методе Okumura, они имеют существенное практическое значение. Расчеты по формулам Hata хорошо совпадают с данными модели Okumura для дальностей, больших 1 км.

2.2.3 Уточнение метода Hata

Европейская ассоциация EVRO-COST предложила новую версию метода Hata, верную для частот до 2 ГГц. Стандартная формула для расчета средних потерь мощности в условиях города записывается следующим образом:

, (2.14)

Где a (h_re) определяется формулами (2.10) и (2.11),

G_m = 0 дБ для городов средних и крупных размеров,

G_m = 3 дБ для столиц.

Допустимые границы параметров в (2.14): fc1500... 2000 МГц,

h_te30... 200 м,

hre1...10 м,

d1. .20 км.

Использование вышезаписанных выражений позволяет рассчитывать широкий класс радиоканалов связи с учетом конкретных условий распространения волн. Выбор конкретной модели, описывающей распространение радиоволн, существенно зависит от частоты несущей, высоты подвеса передающей и приемной антенн, окружающего пространства. Адекватность расчетов и экспериментальных данных определяется корректностью используемых методов, а также сильно зависит от практического опыта специалиста.

3. Программа расчета напряженности электромагнитного поля с учетом затенения зданиями

Термин дифракция, относящийся к теории волновых процессов, имеет довольно широкое значение. Первоначально явлениями называли отклонения свойств света от их идеализированных норм, которые диктуются геометрической оптикой. Свет в определенной степени огибает препятствия, границы света и тени не бывают идеально резкими. Однако, пока размеры рассматриваемых объектов весьма велики по сравнению с длиной волны (d>>λ), что характерно для света, геометрическая оптика остается полезным и часто вполне достаточным инструментом теории. Объекты относительно больших размеров нередки, например, и в антенной технике, но здесь неравенство d>>λ уже не выполняется в столь сильной степени; поэтому отклонения от представлений геометрической оптики существенно сильнее. Наконец, когда размеры объекта сравнимы с длиной волны, геометрическая оптика теряет силу.

3.1 Расчет напряженности в точке приема методом интегрирования

Напряженность поля в плоскости R (рис.3.1) рассчитывается по формуле

, (3.1)

Где

- расстояние от точки источника до точки Q на плоскости R.

Считаем, что волна распространяется в пространстве без потерь с постоянной распространения

(3.2)

Фаза колебания точки Q вычисляется по формуле

(3.3)

Поле в точке P, созданное источником вторичных волн, расположенным в точке Q, рассчитывается по формуле

(3.4)

Где - расстояние между переизлучателем поля и точкой наблюдения.

Суммарное поле всех источников вторичного излучения, расположенных в плоскости переизлучения, определяется следующим образом:

(3.5)

Рис.3.1 Дифракция электромагнитной волны

Более точным выражение (3.5) получается при учете диаграммы направленности элемента Гюйгенса. Направление на точку приема определяется методами векторного анализа.

(3.6)

4. Экономическое обоснование дипломной работы

4.1 Введение

Целью данного раздела является разработка смет и затрат на выполнение научно-исследовательских работ для разработки и написания программы расчета напряженности электромагнитного поля с учетом затенения зданиями. Основными этапами научно-исследовательских работ являются:

разработка методики расчета;

поиск необходимой литературы;

систематизация данных;

вывод формул и расчет параметров;

составление интерфейса программы;

составление тела программы для вычислительной части работы;

внесение, если это необходимо, изменений в работу.

В работе выполняются следующие расчеты:

а) расчет заработной платы с учетом квалификации и реальных тарифных ставок ИТР;

б) расчет затрат на приобретение необходимого программного обеспечения;

в) расчет затрат на материалы;

г) расчет амортизационных отчислений;

д) расчет затрат на электроэнергию;

е) расчет накладных расходов.

4.2 Экономическое обоснование работы

Частоты УВЧ и ОВЧ широко применяются в наземных системах связи (сотовая, пейджинговая) и вещания (телевидение, радиовещание). Большинство таких систем работает на земной волне. В рассматриваемых частотных диапазонах устойчивая работа на земной волне ограничена расстоянием прямой видимости.

Условие приема на метровых и более коротких волнах зависит от расположения приемной антенны относительно окружающих ее предметов и местных неровностей рельефа. Близко расположенные здания, мачты, растительность, склоны оврагов, небольшие возвышенности могут в зависимости от их расположения оказаться затеняющими препятствиями или источниками местных отражений волн.

Цель прикладной программы: рассчитать напряженность электромагнитного поля в точке приема с учетом затенения его зданиями, прохождения волн через здания и отражения от зданий.

С помощью языка Visual Basic 6.0 был создан очень понятный и удобный интерфейс, с помощью которого легко можно задать входные параметры и в наглядной форме получить результаты вычислений.

Для создания программы использовался персональный компьютер с процессором Celeron 750 МГц, сканер Canon D646U, CD-ReWriter Nec NR-7700 для записи программы на компакт-диск и принтер HP DeskJet 690С. Поскольку все перечисленное оборудования является собственностью разработчика, то подготовка программы не требует больших затрат на приобретение компьютера и прочих устройств, эти затраты войдут в стоимость в качестве амортизационных отчислений. Для того чтобы составить программу, реализовать ее, а затем протестировать, необходимо затратить определенное количество материальных, трудовых и денежных средств. Эти затраты составляют себестоимость программы и являются издержками производства.

Характеристики

Список файлов ВКР