Расчет радиуса зоны обслуживания базовой станции с использованием
 Скачать 0.56 Mb.
|
|
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский государственный университет телекоммуникаций информатики» (СибГУТИ) Колледж телекоммуникаций и информатики РАСЧЁТНО-ГРАФИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ на тему: Расчет радиуса зоны обслуживания базовой станции с использованием Вариант 80 Выполнил: Студент группы C-811 /В.В.Воронюк/ Руководитель: /Н.Н. Шевченко/ Оценка . «»20г. Новосибирск 2020 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ При проектировании сетей сотовой связи важно правильно определить расположение базовых станций (БС) и их зоны покрытия. При этом следует учитывать ряд факторов, влияющих на дальность действия БС, таких как мощность, излучаемая передающей антенной, чувствительность приемника, ослабление в канале, нагрузка в соте (количество абонентов), особенности ландшафта (естественные и искусственные) и др. Цель: Научиться рассчитывать радиус зоны обслуживания базовой станции с использованием модели Окамуры-Хата. Задачи: - Изучить модель Окамуры-Хата, - Изучить стандарт GSM 1800, - Рассчитать радиус зоны обслуживания базовой станции. 1.Краткая характеристика стандарта GSM 1800 GSM-1800 (DCS-1800) – Global System for Mobile Сommunications – глобальная система подвижной связи. Это цифровой стандарт с диапазоном частот 1710-1880 МГц. Модификация стандарта GSM-900. К особенностям этого стандарта можно отнести следующие характеристики: ” Максимальная излучаемая мощность мобильных телефонов стандарта GSM-1800 – 1Вт (для сравнения у GSM-900 – 2Вт). Высокая защита от подслушивания и нелегального использования номера; ” Высокая емкость сети, что важно для крупных городов; ” Максимальное удаление абонента от базовой станции – 5-6 километров. Система кодирования сигнала и использования SIM-карт аналогична стандарту GSM-900. GSM – система цифровая, поэтому требует оцифровывания аналоговой речи. Метод, используемый существующими телефонными системами и сетью ISDN для мультиплексирования аналоговых линий на высокоскоростных каналах и оптических линиях, называется импульсно-кодовой модуляцией PCM (Pulse Coded Modulation). Скорость выходного потока в PCM 64 кбит/с слишком высока для передачи по радиоканалам системы GSM. Исследовательская группа GSM изучила несколько алгоритмов кодирования речи, пока, наконец, не остановила свой выбор на схеме кодирования RPE-LTP (Regular Pulse Excitation-Long Term Prediction). Схема осуществляет перевод речевого потока, поступающего со скоростью 64 кбит/c, в поток со скоростью 13 кбит/с, и обратно, с сохранением качества передаваемого сигнала. В отличие от фиксированных сетей, где абонентский терминал проводами подключен к центральному офису, абонент сети GSM может перемещаться в пределах национальной сети и за ее границами, т.е. осуществлять роуминг. Чтобы дозвониться до подвижного абонента, необходимо набрать номер, называемый номером подвижного абонента цифровой сети с интеграцией служб MSISDN (Mobile Subscriber ISDN). Такой номер содержит код страны и национальный код назначения, идентифицирующий оператора данного абонента. Первые несколько цифр номера идентифицируют HLR абонента в его сети подвижной связи. Входящий вызов подвижного абонента направляется для обработки шлюзом GMSC (Gateway MSC). GMSC в основном выполняет функции коммутатора, запрашивающего HLR абонента о получении необходимых данных и о маршрутизации, и поэтому содержит таблицу соединения номеров MSISDN с соответствующими им HLR. Номер роуминга подвижной станции MSRN (Mobile Station Roaming Number) полностью определяет маршрутизацию,относится к географическому плану нумерации и никак не связан с абонентами. 900/1800 МГц (используется в Европе, Азии)
GSM-900 Цифровой стандарт мобильной связи в диапазоне частот от 890 до 915 МГц (от телефона к базовой станции) и от 935 до 960 МГц (от базовой станции к телефону). Количество реальных каналов связи гораздо больше чем написано выше в таблице, т.к присутствует еще и временное разделение каналов TDMA, т.е на одной и той же частоте могут работать несколько абонентов с разделением во времени. В некоторых странах диапазон частот GSM-900 был расширен до 880—915 МГц (MS -> BTS) и 925—960 МГц (MS <- BTS), благодаря чему максимальное количество каналов связи увеличилось на 50. Такая модификация была названа E-GSM (extended GSM). GSM-1800 Модификация стандарта GSM-900, цифровой стандарт мобильной связи в диапазоне частот от 1710 до 1880 МГц. Особенности: Максимальная излучаемая мощность мобильных телефонов стандарта GSM-1800 — 1Вт, для сравнения у GSM-900 — 2Вт. Большее время непрерывной работы без подзарядки аккумулятора и снижение уровня радиоизлучения. Высокая ёмкость сети, что важно для крупных городов. Возможность использования телефонных аппаратов, работающих в стандартах GSM-900 и GSM-1800 одновременно. Такой аппарат функционирует в сети GSM-900, но, попадая в зону GSM-1800, переключается — вручную или автоматически. Это позволяет оператору рациональнее использовать частотный ресурс, а клиентам — экономить деньги за счёт низких тарифов. В обеих сетях абонент пользуется одним номером. Но использование аппарата в двух сетях возможно только в тех случаях, когда эти сети принадлежат одной компании, или между компаниями, работающими в разных диапазонах, заключено соглашение о роуминге. Сеть GSM 900-1800 — это единая сеть,с общей структурой, логикой и мониторингом в которой телефон никуда не переключается. Вручную можно только запретить использовать один из диапазонов в тестовых или очень старых аппаратах. Проблема состоит в том, что зона охвата для каждой базовой станции значительно меньше, чем в стандартах GSM-900, AMPS/DAMPS-800, NMT-450. Необходимо большее число базовых станций. Чем выше частота излучения, тем больше проникающая способность (характеризуется т. н. глубиной скин-слоя) радиоволн и тем меньше способность отражаться и огибать преграды. 2. Расчет радиуса зоны обслуживания базовой станции с использованием модели Окамуры-Хата В рамках этой модели средний уровень потерь при распространении радиоволн над квазиоптимальным городом определяются следующим образом:  , (1)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:для небольших и средних городов:  , (2)для крупного города  , при > МГц, (3)Потери при распространении в пригороде  , (4)а на открытой (сельской) местности  , (5)где L - потери распространения в городских районах. Размеры зоны покрытия базовой станции будут определяться дальностью связи между базовой и абонентской станциями. Дальность связи будет определяться путем решения первого уравнения связи:  , (6)где РПС[дБм] – уровень мощности полезного сигнала на входе приемной антенны в дБм; РИЗЛ[дБм] – уровень эффективной изотропно излучаемой мощности передатчика в дБм; L (R, hБС, hMC) [дБ] - затухание сигнала при распространении, определяемое по формулам (1), (4), (5); ВТ [дБ] - дополнительные потери сигнала при работе с портативной абонентской станцией, которые составляют величину около 3 дБ; ВЭ[дБ] - дополнительные потери сигнала при работе с портативной абонентской станцией в здании или автомобиле (для автомобиля около 8 дБ, для здания - 15 дБ). Уровень эффективной изотропно излучаемой мощности передатчика  , (7)где РПРД [дБм] = 10lg Р'ПРД + 30 – уровень мощности передатчика в дБ/мВт; Р'ПРД - мощность передатчика в Вт; ВФ ПРД [дБ] = ПРДlФ ПРД - потери в фидере антенны передатчика; ПРД [дБ/м] - погонное затухание в фидере антенны передатчика; lФ ПРД [м] - длина фидера антенны передатчика; ВД ПРД [дБ] - потери в дуплексере на передачу; ВК [дБ] - потери в комбайнере (устройстве сложения); GПРД [дБ] - коэффициент усиления антенны передатчика в направлении связи. Основным условием обеспечения связи будет необходимость превышения уровня мощности полезного сигнала на входе приемной антенны минимально необходимого уровня мощности (РПСмин), определяемого техническими характеристиками приемника:  , (8)где РПРМ [дБм] = 20lg Р'ПРМ - 10lg RПРМ - 90 - чувствительность приемника в дБм; Р'ПРМ - чувствительность приемника в мкВ; RПРМ [Ом] - входное сопротивление приемника (в случае, если чувствительность приемника задается в дБм, то в качестве РПРМ используется именно это значение); ВФ ПРМ [дБ] = ПРМlФ ПРМ - потери в фидере антенны приемника; ПРМ [дБ/м] - погонное затухание в фидере антенны приемника; lФ ПРМ [м] - длина фидера антенны приемника; ВД ПРМ [дБ] - потери в дуплексном фильтре на прием; КМШУ [дБ] - коэффициент усиления антенного тракта приема (МШУ); GПРМ [дБ] - коэффициент усиления антенны приемника в направлении связи. Величина дополнительного запаса уровня мощности сигнала определяется статистическими параметрами сигнала на трассах подвижной связи, а именно стандартными отклонениями сигнала по месту (d[дБ]) и по времени (t[дБ]). При этом многочисленные экспериментальные исследования показали, что значение d зависит в основном от степени неровности местности и диапазона частот, а t - от дальности связи. При распространении сигнала над холмистой поверхностью потери распространения увеличиваются по сравнению со случаем среднепересеченной местности. Для оценки степени неровности местности используют параметр h[м], который может быть определен по рисунку 1 как разность между высотами h(90%) и h(10%). Здесь h(90%), h(10%) - это значения высот местности на трассе, превышаемые в 90% и 10% точек профиля соответственно.  Экспериментальные исследования, проведенные для многих районов, показывают, что для расстояний свыше 10 км значения стандартного отклонения можно определить по формуле  , дБ, (9)для диапазона частот 300...3000 МГц, На расстояниях меньше 10 км значение стандартного отклонения зависит от дальности связи ( ). Для практических вычислений эти данные с высокой степенью точности в диапазоне 300...3000 МГц аппроксимируются формулой: , (10)Стандартное отклонение сигнала по времени t зависит от дальности связи и для точек приема, расположенных на расстоянии менее 100 км от передатчиков определяется выражением  , (11)Обобщенное значение стандартного отклонения сигнала по месту и по времени  , (12)Дополнительный запас уровня сигнала РПСдоп.= z, (13) где  - нормированное действующее значение напряженности поля в точке приема. Определяется из таблицы 2 для заданной вероятности  . Таблица 2 – Нормированные действующие значения напряженности поля в точке приема
Таким образом, для того чтобы мощность сигнала на входе приемной антенны РПС, превышала минимальную мощность сигнала на входе приемной антенны РПСмин исходя из чувствительности приемника, с заданной вероятностью, необходимо, чтобы выполнялось условие РПС РПСмин + РПСдоп , (14) Исходя из вышеизложенного методика прогноза зон покрытия базовых станций для сетей подвижной связи будет следующей: В соответствии с выражением (7) вычисляется уровень эффективной изотропно излучаемой мощности передатчика РИЗЛ; Определяется значение минимально необходимого уровня сигнала на входе приемной антенны РПСмин согласно формулы (8). Определяется величина дополнительного запаса уровня мощности сигнала, обеспечивающего требуемую надежность связи РПСдоп. Вычисляется значение требуемого уровня мощности сигнала на входе приемной антенны, обеспечивающей необходимую надежность связи  (15)5. Рассчитываются максимально допустимые потери при распространении сигнала на трассе LДОП = РИЗЛ – РПСтр – ВТ – ВЭ, (16) 6. Определяется максимальная дальность связи путем решения уравнения L(r) = LДОП (17) относительно r. При этом в качестве высоты антенны базовой станции hБС выбирается эффективная высота антенны БС. 3. Исходные данные Вариант-80 Студент: Воронюк В.В Группа: С-811
GSM1800 – используемый стандарт Потери в фидере БС - 6,2дБ/м. Потери в дуплексере – 1,5дБ. Потери в комбайнере – 3 дБ  4. Расчеты Возьмем r=2,3,4,5 км. 1) Поправочный коэффициент: а= -4.97+22,46=17,5дБ В рамках этой модели средний уровень потерь при распространении радиоволн над квазиоптимальным городом определяются следующим образом: ,L1=69,55+103,46-21,83-7,09=144,9дБ L2=69,55+103,46-21,83-1,01=150,17дБ. L3=69,55+103,46-21,83+3,3=154,48дБ. L4=69,55+103,46-21,83+6,65=157,83дБ. 3) Потери при распространении в пригороде: ,Lпр1=144,9-2lg(9800/28)^2-5,4=32,64дБ. Lпр2=150,17-2lg(9800/28)^2-5,4=37,91дБ. Lпр3=154,48-2lg(9800/28)^2-5,4=42,23дБ. Lпр4=157,83-2lg(9800/28)^2-5,4=45,58дБ. 4)Потери на открытой (сельской) местности: ,Lo1=144,9-4,78lg^2(9800)+18,33lg(9800)-40,94=100,98дБ. Lo2=150,17-4,78lg^2(9800)+18,33lg(9800)-40,94=106,25дБ. Lo3=154,48-4,78lg^2(9800)+18,33lg(9800)-40,94=110,56дБ. Lo4=157,83-4,78lg^2(9800)+18,33lg(9800)-40,94=113,91дБ. 5) Уровень мощности передатчика: РПРД [дБм] = 10lg Р'ПРД + 30, РПРД [дБм]=15,44+30=45,44дБм. 6) Уровень эффективной изотропно излучаемой мощности передатчика: ,Ризл= -45,44-6,2-1,5-3+7= 41,7дБм. 7) Дальность связи будет определяться путем решения первого уравнения связи: ,.Вт и Вэ не учитываеться. Рпс1=41,7-144,9= -103,2дБм. Рпс2=41,7-150,17= -108,48дБм. Рпс3=41,7-154,48= -112,78дБм. Рпс4=41,7-157,83= -116,17дБм. 8) На расстояниях меньше 10 км значение стандартного отклонения зависит от дальности связи ( ). Для практических вычислений эти данные с высокой степенью точности в диапазоне 300...3000 МГц аппроксимируются формулой: ,оd1=6,23дБ. оd2=6,96дБ. оd3=7,47дБ. оd4=7,87дБ. 9) Стандартное отклонение сигнала по времени t зависит от дальности связи и для точек приема, расположенных на расстоянии менее 100 км от передатчиков определяется выражением: ,оt1=0,45дБ. оt2=0,67дБ. оt3=0,87дБ. оt4=1,07дБ. 10) Обобщенное значение стандартного отклонения сигнала по месту и по времени: ,о1=6,24дБ. о2=6,99дБ. о3=7,52дБ. о4=7,94дБ. 11) Дополнительный запас уровня сигнала: РПСдоп.= z, РПСдоп.1= 2,326 *6,24=14,51дБ. РПСдоп.2= 2,326 *6,99=16,26дБ. РПСдоп.3= 2,326*7,52=17,5дБ. РПСдоп.4= 2,326*7,94=18,46дБ. Основным условием обеспечения связи будет необходимость превышения уровня мощности полезного сигнала на входе приемной антенны минимально необходимого уровня мощности (РПСмин), определяемого техническими характеристиками приемника: ,Рпсмин= -119,4+6,2+1,5= -111,7дБ. Таким образом, для того чтобы мощность сигнала на входе приемной антенны РПС, превышала минимальную мощность сигнала на входе приемной антенны РПСмин исходя из чувствительности приемника, с заданной вероятностью, необходимо, чтобы выполнялось условие: РПС РПСмин + РПСдоп , А)-103,2-97,19 Б)-108,48-95,44 В)-112,78-94,2 Г)-116,17-93,24 14) Вычисляется значение требуемого уровня мощности сигнала на входе приемной антенны, обеспечивающей необходимую надежность связи: ,Рпстр1=-111,7+14,51= -97,19дБ. Рпстр2=-111,7+16,26= -95,44дБ. Рпстр3=-111,7+17,5= -94,2дБ. Рпстр4=-111,7+18,46= -93,24дБ. 15) Рассчитываются максимально допустимые потери при распространении сигнала на трассе: LДОП = РИЗЛ – РПСтр – ВТ – ВЭ, LДОП1= 45,44+97,19=142,63 дБ. LДОП2= 45,44+95,44=140,88дБ. LДОП3= 45,44+94,2=138,44дБ. LДОП4= 45,44+93,24=137,14дБ. Lдоп1=L1 142,63=144,9 ВЫВОД Вывод: В ходе работы был рассчитанрадиус зоны обслуживания базовой станции и определено расстояние , которое составило 2 км. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||