Контрольная работа: Анализ параметров сотовой сети подвижной связи

.2 Модель Окамуры

.2.1 Модель для квазигладкой местности

Трасса протяженностью в несколько километров, на которой средняя высота неровностей не превышает 20 м, определена в модели Окамуры как "квазигладкая". В модели Окамуры приняты базовые значения высоты антенны МС --  = 3 ми эффективной высоты антенны БС --  = 200 м, причем последняя определяется как высота над средним уровнем квазигладкой поверхности. Уровень УММС для квазигладкой местности:

P_m(R) = P_o(f, R) - A_М(f, R) + H(h_БC, R) + H(h_MC, f), дБм, (2.1)

где R - протяженность трассы (радиус соты), км;

f - рабочая частота, МГц;

P₀(f, R) - уровень мощности сигнала в точке приема при распространении в свободном пространстве, определяется как:

 дБм,                       (2.1а)

причем P_БС - мощность передатчика БС в мВт, g₁ - коэффициент усиления антенны БС в дБ, g₂ - коэффициент усиления антенны МС в дБ, расстояние R в км, длина волны λ = c/f (где с - скорость распространения электромагнитной энергии, с = 3∙10⁵ км/сек, а рабочая частота f - в кГц);

А_М(f, R) - дополнительное ослабление сигнала в городе (медианное значение), определенное для квазигладкого городского района при h_MC = 3 м и h_БC = 200 м;

Н(h_бс, f), - коэффициент "высота-усиление антенны БС", учитывающий влияние реальной высоты антенны БС,которая может отличаться от значения 200 м;

H(h_MC, f), - коэффициент "высота-усиление антенны МС", учитывающий влияние реальной высоты антенны МС, которая может отличаться от значения 3 м.

Дополнительное ослабление сигнала в городе А_М(f, R) представлено в виде функции аргумента f, при параметре R. Для построения таких зависимостей рекомендуется воспользоваться табл. 2.1

Таблица 2.1

Влияние высоты антенны БС зависит от расстояния между МС и БС и практически не зависит от частоты в диапазоне 200... 2000 МГц. При R <= 10 км мощность принимаемого сигнала изменяется пропорционально квадрату высоты антенны, а при R >= 30 км - пропорционально кубу высоты, так что:

                                          (2.2,а)

                                          (2.2,б)

где h_БСm - высота антенны БС в метрах. По формулам (2.2,а) и (2.2,б) вычисляют значения коэффициента "высота - усиление антенны БС" при R = 10 км и R = 30 км, и строят вспомогательный график, для определения этого коэффициента при других значениях R с помощью линейной интер- или экстраполяции. При этом значения R не должны превышать дальности радиогоризонта, так как при R > dРГ сигнал на входе приемника определяется дифракционной составляющей электромагнитного поля. В этом случае подъем антенны БС повышает уровень сигнала.

Влияние высоты антенны МС не зависит от протяженности трассы, поскольку эти антенны расположены ниже уровня городской застройки, а при h_МС < 3 м оно одинаково на всех частотах и не зависит от характера застройки. Коэффициент "высота - усиление антенны МС" равен:

H(h_МС,f)=10 lg(),                                                                     (2.3)

где  - высота антенны МС в метрах.

При установке антенны МС выше 3м значение коэффициента H(h_МС,f) становится зависимым от характера застройки. Для среднего города этот коэффициент зависит от частоты. Для средних городов при >3,

Н (h_МС,f)= 20 lg (), при f = 400 МГц                                     (2.4)

Н (h_МС,f)= 30 lg (), при f = 2000 МГц                                   (2.5)

Для крупных городов этот коэффициент не зависит от частоты, а при h_МСм <3 на всех частотах применима формула (2.3).

.2.2 Реальные трассы

Модель Окамуры позволяет для местности, которая не относится к квазигладкой, путем введения поправочных коэффициентов в формулу (2.1) рассчитывать ожидаемый уровень медианной мощности сигнала с учетом характера местности:

(R) =Р_М(R) +  + + + ,                            (2.6)

Где  - поправочный коэффициент для пригородной зоны и открытой местности ;

 - поправочный коэффициент "для земной поверхности с наклоном";

 - поправочный коэффициент для участка "земля-море",

, - поправочный коэффициент для холмистой местности.

Определение уровня медианной мощности для не квазигладкой поверхности (P_MZ(R)) с помощью поправочных коэффициентов производится следующим образом:

K_Z0. В пригородной зоне потери сигнала при распространении уменьшаются с ростом частоты, т.е. поправочный коэффициент  растет. Его значения можно определить из табл. 2.2. с помощью линейной интер- или экстраполяции.

Таблица 2.2

K_ZH. Под "земной поверхностью с наклоном" подразумевают трассы, на которых рельеф плавно понижается (или повышается) на расстоянии 5 км и более. Для нее определяют средний угол наклона Y(рис. 2.1, а,б). Угол считается отрицательным, если МС расположена на нижнем участке трассы (рис. 2.1, б ). Дополнительные потери мощности сигнала при распространении по наклонной поверхности можно определить по графику (рис. 2.2). Значение угла наклона Y необходимо брать из Табл.1 исходных данных.

Рис. 2.1. Учёт наклона земной поверхности.

Рис. 2.2. Определение поправочного коэффициента K_ZH.

Рис. 2.3. Определение поправочного коэффициента K_ZЗМ.

K_ZX. При распространении сигнала над холмистой поверхностью потери распространения увеличиваются по сравнению со случаем квазигладкой местности. Значение  зависит от показателя dh - средней высоты неровностей, которая может быть определена по рис. 2.4.а как разность между высотами h (90%) и h (10%). Здесь h (90%) и h (10%) - это значения высот местности на трассе протяженностью около 10 км, превышаемые в 90% и 10% точек профиля соответственно. На рис. 2.4.б кривая 1 соответствует случаю, когда МС находится у вершины холма, кривая 3 - у основания, а кривая 2 соответствует промежуточному положению и используется в расчетах. При dh > 20 м следует учитывать влияние холмистости, так как нарушается условие квазигладкой местности.

Рис. 2.4, а

Рис. 2.4, б

В реальных условиях значение показателя dh определяется в соответствии с таблицей 2.3. В данной работе значение dh выбирается из табл.1 исходных данных.

Таблица 2.3

.2.3 Дополнительные факторы

Дополнительные факторы, которые могут влиять на значение уровня сигнала в конкретных ситуациях - это ориентация улиц и близость лесных массивов.

Влияние ориентации улиц и дорог. При радиальном расположении городских улиц относительно БС возможно возникновение волноводного эффекта, в результате которого может происходить усиление принимаемого сигнала. Принятые на МС сигналы, направления распространения которых параллельны направлениям улиц, имеют уровень мощности на 10...20 дБ выше, чем сигналы, приходящие с других направлений. На частотах ниже 1 ГГц этот эффект значительно ослаблен.

Влияние листвы. На распространение сигналов в лесной зоне влияют параметры деревьев (размер ствола, размер ветвей, плотность листвы, расстояние между деревьями, высота и др.). В тропических районах с очень густыми лесами сигнал может не проходить через лесной массив, и распространяется только за счет огибания верхушек деревьев и отражения от них. Некоторые сосновые леса сильно поглощают энергию сигнала, поскольку размеры иголок соответствуют примерно половине длины волны сигнала.

2.3 Модель Ли

Модель Ли позволяет прогнозировать уровень сигнала в диапазоне СВЧ на входе приемника МС с учетом характера местности. Местность классифицируют по двум признакам:

·   по структуре, сформированной человеком (характер застройки): открытая территория; пригородная зона; городская застройка;

·   по естественным свойствам (характер трассы): гладкая трасса, холмистая трасса, трасса над водной поверхностью, трасса через лиственные леса.

Модель Ли создана на основании анализа экспериментальных измерений уровня сигнала (локального среднего), опубликованных разными авторами для зон с различным характером застройки. В ее основе лежат два следующих экспериментальных параметра модели:

- уровень сигнала в точке, отстоящей от БС на 1 милю (или 1 км);

γ - наклон кривой потерь распространения, который численно равен ослаблению сигнала при увеличении длины трассы в 10 раз; единицы измерения - дБ на декаду (дБ/дек). Стандартные значения параметров  и γ, определенные при типовых энергетических параметрах аппаратуры и необходимые для расчёта по модели Ли, указанны в табл. 2.4 (стандартные значения отмечены *).

При выполнении контрольного задания не стандартные значения параметров Р₁ и γ определяются по табл. 2.5 с учётом поправочных коэффициентов из табл. 2.4.

Согласно модели Ли, уровень мощности сигнала на входе приемника МС:

Р_с = Р₁ - γ lg R_mi +α₁ + α₂ + α₃ + α₄ + α₅ , дБм (2.11)

где  - протяженность трассы в английских милях ( 1 миля =1,6 км.);

 ... - поправочные коэффициенты. Вводятся в случае, когда технические параметры радиоинтерфейса отличаются от типовых. Они определяются по формулам табл. 2.4. При этом влияние высот антенн учитывается так же, как и в модели Окамуры.

Таблица 2.4

Для определения параметров модели использованы результаты измерений мощности сигнала на трассах (Табл. 2.5). Эти результаты получены при определенных стандартных параметрах, указанных в табл. 2.4.

Таблица 2.5