Расчет радиуса зоны обслуживания от МС к БС

Расчет радиуса обслуживания базовой станции с использованием модели Окамуры-Хата.

В рамках этой модели средний уровень потерь при распространении радиоволн над квазиоптимальным городом определяется следующим образом:

,

где

- частота излучения, МГц;

- расстояние между БС и АС, км;

- высота антенны БС, м;

- высота антенны АС, м;

-поправочный коэффициент, учитывающий высоту антенны АС в зависимости от размеров города, дБ:

Частоту излучения выбираем из диапазона стандарта (870- 876) МГц равной 870 МГц.

Расстояние между БС и АС выбираем равному 20 км.

Высота антенн БС и АС над землей по заданию равно 38 и 1.5 метра соответственно.

Поправочный коэффициент, учитывающий высоту антенны АС, рассчитаем для небольших и средних городов в дБ:

,

Тогда с учетом данных:

дБ

Потери при распространении в пригороде:

, где

L – потери распространения в городских районах.

, дБм

Размеры зоны покрытия базовой станции будут определяться дально­стью связи между базовой и абонентской станциями. Дальность связи будет определяться путем решения первого уравнения связи:

, где

Р_ПС[дБм] – уровень мощности полезного сигнала на входе приемной антенны в дБм;

Р_ИЗЛ [дБм] – уровень эффективной изотропно излучаемой мощности передатчика в дБм;

L (R, h_БС, h_MC) [дБ] - затухание сигнала при распространении , определяется формулами (1),(4),(5).

В_Т [дБ] - дополнительные потери сигнала при работе с портативной абонентской станцией, которые составляют величину около 3 дБ;

В_Э [дБ] - дополнительные потери сигнала при работе с портативной абонентской станцией в здании или автомобиле (для автомобиля около 8 дБ ).

Уровень эффективной изотропно излучаемой мощности передатчика

,

где

Р_ПРД [дБм] = 10×lg Р'_ПРД + 30 – уровень мощности передатчика в дБ/мВт; Р'_ПРД - мощность передатчика в Вт = 3 Вт;

В_{Ф ПРД} [дБ] = a_ПРД×l_{Ф ПРД} - потери в фидере антенны передатчика = 0;

a_ПРД [дБ/м] - погонное затухание в фидере антенны передатчика;

l_{Ф ПРД} [м] - длина фидера антенны передатчика;

В_{Д ПРД} [дБ] - потери в дуплексере на передачу = 0;

В_К [дБ] - потери в комбайнере (устройстве сложения) = 0;

G_ПРД [дБ] - коэффициент усиления антенны передатчика в направле­нии связи = 2 дБ.

С учетом данных из таблицы:

Р_ИЗЛ = 10*lg(3)+30 – 0 – 0 – 0 + 2 =36.771дБм.

Тогда уровень мощности полезного сигнала на входе приемной антенны:

Р_ПС =36.771–159.704– 3 – 8 = -133.933 дБм.

Основным условием обеспечения связи будет необходимость пре­вышения уровня мощности полезного сигнала на входе приемной антенны мини­мально необходимого уровня мощности (Р_ПСмин), определяемого техническими характеристиками приемника:

,

где

Р_ПРМ [дБм] = (-119.4 дБм)

Р'_ПРМ - чувствительность приемника в мкВт;

R_ПРМ [Ом] - входное сопротивление приемника (в случае, если чувст­вительность приемника задается в дБм, то в качестве Р_ПРМ используется именно это значение);

В_{Ф ПРМ} [дБ] = a_ПРМ×l_{Ф ПРМ} - потери в фидере антенны приемника;

a_ПРМ [дБ/м] - погонное затухание в фидере антенны приемника;

l_{Ф ПРМ} [м] - длина фидера антенны приемника;

В_{Д ПРМ} [дБ] - потери в дуплексном фильтре на прием = 0 дБ;

К_МШУ [дБ] - коэффициент усиления антенного тракта приема (МШУ);

G_ПРМ [дБ] - коэффициент усиления антенны приемника в направле­нии связи.

В_{Ф ПРМ} = 2 дБ (по таблице);

К_МШУ = 7 дБ.

G_ПРМ = 7 дБ.

С учетом всех данных получается:

Р_ПСМИН = -119 + 2+ 0 – 7 – 7 = - 131дБм.

Таким образом, условие связи будет обеспечиваться, то есть Р_ПС > Р_ПСмин.

Величина дополнительного запаса уровня мощности сигнала определяется ста­тистическими параметрами сигнала на трассах подвижной связи, а именно стандартными отклонениями сигнала по месту (s_d[дБ]) и по времени (s_t[дБ]). При этом многочисленные экспериментальные исследования показали, что зна­чение s_d зависит в основном от степени неровности местности и диапазона частот, а s_t - от дальности связи.

Для практических вычислений эти данные с высокой степенью точности в диапазоне 300...3000 МГц аппроксимируются формулой:

, дБ

, дБ

Стандартное отклонение сигнала по времени s_t зависит от дальности связи и для точек приема, расположенных на расстоянии менее 100 км от передатчиков определяется выражением

, дБ

, дБ

Обобщенное значение стандартного отклонения сигнала по месту и по времени

, разы

Для того, чтобы возвести в квадрат, необходимо перевести в разы:

10^{0.1* ,дБ} = 10.832 (возведем в квадрат),получим 117.332

10^{0.1* ,дБ} = 2.156 (возведем в квадрат) получим 4.648

Для сложения, необходимо произвести обратную операцию:

10 *lg(117.332) = 20.694 дБ;

10 *lg(4.648) = 6.673 дБ;

20.694 + 6.673 = 27.367 дБ;

10^{0.1*27.367 ,дБ} = 545.381 (из под корня) получим 23.353

Дополнительный запас уровня сигнала

Р_ПСдоп.= z×s,

где

- нормированное действующее значение напряженности поля в точке приема. Определяется из таблицы 2 для заданной вероятности и =2,326.

Р_ПСдоп.= 2,326*23.353= 54.319 в разах;

Переведем в дБм 10 *lg(54.319) = 17.35 дБм.

Таким образом, для того чтобы мощность сигнала на входе приемной антенны Р_ПС, превышала минимальную мощность сигнала на входе приемной антенны Р_ПСмин исходя из чувствительности приемника, с заданной вероятностью, необходимо, чтобы выполнялось условие

Р_ПС ³ Р_ПСмин + Р_ПСдоп ,

Исходя из вышеизложенного методика прогноза зон покрытия базовых станций для сетей подвижной связи будет следующей:

1. Уровень эффективной изо­тропно излучаемой мощности передатчика Р_ИЗЛ = 36.771дБм;

2. Минимально необходимый уровень сигнала на входе приемной антенны Р_ПСмин = - 131дБм

3. Величина дополнительного запаса уровня мощности сигнала, обеспечивающего требуемую надежность связи Р_ПСдоп = 17.35 дБм.

4. Значение требуемого уровня мощности сигнала на входе приемной антенны, обеспечивающей необходимую надежность связи

,

Р_ПСтр = 17.35 - 131дБм = -113.65дБм

5. Максимально допустимые потери при распространении сигнала на трассе

L_ДОП = Р_ИЗЛ – Р_ПСтр – В_Т – В_Э.

L_ДОП = 36.771 + 113.65– 3 – 8 = 139.421 дБм;

6. Максимальная дальность связи решается:

L(r) = L_ДОП относительно r.

≈ 139.421

Вывод: Необходимо, чтобы L_ДОП - L(r) ≤ 10 дБм, поэтому уменьшим радиус зоны обслуживания и пересчитаем.