мт кр. Расчет зоны покрытия базовой станции стандарта gsm, umts, lte эмпирическими методами в районе г. Алматы
 Скачать 6.11 Mb.
|
|
Некоммерческое акционерное общество «АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ» Кафедра ТКС КУРСОВАЯ РАБОТА По дисциплине: «Мобильные телекоммуникации» На тему: ««Расчет зоны покрытия базовой станции стандарта GSM, UMTS, LTE эмпирическими методами в районе г. Алматы» Специальность 05071900 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации Выполнила: Чоканова Жасмин Группа: МТС-19-6 Номер студенческого билета: 133160 Принял: ст. пр. Касимов А.О. _____________________________________«____»__________________2022 г. Алматы 2022 Содержание
Введение В данной курсовой работе рассматривается стандарт GSM, а так же производится расчет зоны покрытия базовой станции, местоположение которой задается индивидуально. Стандарты третьего поколения пришли на смену стандартам 2G. В первую очередь их появление обусловлено возросшими потребностями абонентов в скорости передачи данных. GSM (от названия группы Groupe Spécial Mobile, позже переименован в Global System for Mobile Communications) (русск. СПС-900) — глобальный стандарт цифровой мобильной сотовой связи, с разделением каналов по времени (TDMA) и частоте (FDMA). Разработан под эгидой Европейского института стандартизации электросвязи (ETSI) в конце 1980-х годов. GSM относится к сетям второго поколения (2 Generation) (1G — аналоговая сотовая связь, 2G — цифровая сотовая связь, 3G — широкополосная цифровая сотовая связь, коммутируемая многоцелевыми компьютерными сетями, в том числе Интернет). 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 на сегодняшний день является наиболее распространённым стандартом связи. По данным ассоциации GSM (GSMA) на данный стандарт приходится 82 % мирового рынка мобильной связи, 29 % населения земного шара использует глобальные технологии GSM. В GSMA в настоящее время входят операторы более чем 210 стран и территорий. 1 Задание курсовой работы При выполнении курсовой работы требуется определить дальность связи и зону покрытия БС, расположенной в соответствии с заданием в одном из районов г. Алматы, используя методы: - эмпирическую модель предсказания Окомура-Хата или COST231- Хата, указанные в задании. Радиус зоны покрытия определяется в трех направлениях, т.к. используется трехсекторная антенна, каждый сектор 120°: Необходимо также определить зону покрытия МС. Местоположение МС выбрать в первом направлении от БС на расстоянии 0,5 км от нее, учитывая, что мобильная станция имеет круговую диаграмму. На чертеже указать конфигурации зон покрытия БС, а также зону покрытия МС. 2 Исходные данные 1. Местоположение БС выбирается на карте г. Алматы из таблицы 1. Таблица 1 – Район ориентировочного местоположения БС
При определении местоположения БС на карте допускается выдерживать координаты БС с точностью до минут. 2. Высота антенны БС hБС выбирается из таблицы 4, высота антенны мобильной станции (МС) принимается равной 1,5 м. Таблица 2 – Планы размещения частот
3. Требуемые стандартные значения частотных параметров. Параметры БС и МС, антенн и другие данные можно выбрать из таблиц 3 и 5. Таблица 3 – Стандартные значения параметров БС и МС
4. Рельеф местности в зоне обслуживания hБС системы подвижной радиосвязи определяется по карте местности с учетом расположения трехсекторной антенны в месте расположения БС. Таблица 4 – Высота подвеса антенны БС
Таблица 5 – Типовые значения параметров антенн БС сетей GSM/UMTS/4G
Для получения антенны с диаграммой направленности в горизонтальной плоскости 120о в одном корпусе монтируется две антенны. Выбор антенны выполняется студентом самостоятельно. 5. Коэффициент согласования антенны с радиосигналом по поляризации (для передатчика и приемника) принимается равным  6. КПД передающего и приемного фидеров принимается равным ηФПРД = ηФПРМ = 0,95. 7. Усиление передающей и приемной антенн ЦС и АС Gу выбирается из таблицы 3. 3 Выполнение курсовой работы 3.1 Определение зоны покрытия трехсекторной БС с помощью моделей предсказания, учет потерь при распространении радиоволн Основу территориального планирования составляет энергетический расчет, в процессе которого определяется архитектура сети и ее пространственные координаты с учетом качества принятого сигнала и информационной нагрузки. Радиосвязь между BС и любой MС в случайный момент времени будет обеспечена в случае, если энергия полезных сигналов в местах приема будет превышать энергию помех. Заданное качество принятого сигнала зависит от мощности передатчика, некоторых коэффициентов, характерных для системы связи, чувствительности приемника и определяется уравнением передачи. В общем виде уравнение передачи имеет вид РПРМ =  , (3.1)где РПРМ – мощность радиосигнала на входе приемника (определяется чувствительностью приемника); РПРД – мощность передатчика; ηФПРД, ηФПРМ – КПД передающего и приемного фидеров; GАПРД, GАПРМ – коэффициенты усиления передающей и приемной антенн; ξП, ξС – коэффициенты согласования антенн (передатчика и приемника) с радиосигналом по поляризации; LΣ – суммарное затухание радиоволн на трассе. Значение мощности радиосигнала на входе приемника удобно выражать в децибелах относительно ватта. При этом уравнение (3.1) принимает вид: РПРМ (дБ / Вт)=РПРД(дБ / Вт)+ηФПРД(дБ)+GАПРД (дБ)+ ξП(дБ)+GАПРМ (дБ)+ηФПРМ(дБ)+ξС(дБ) - LΣ(дБ). (3.2) В (3.2) РПРМ – это чувствительность приемника мобильной станции, а РПРД – мощность передатчика базовой станции, т.е. определяется радиус действия базовой станции. Подставив в (3.2) чувствительность приемника БС и мощность передатчика МС, получим радиус действия МС. По формуле (3.2) несложно определить суммарные энергетические потери, возникающие на трассе распространения радиоволн. LΣ = РПРД +ηФПРД +GАПРД +ξП +GАПРМ +ηФПРМ +ξС(дБ)- РПРМ (3.3) Для прямого канала (БС→МС) суммарные потери: LΣ↑ = 13 + 0,95 +18 +0,9 + 0 + 0,95 +0,9 +104 LΣ↑ = 138,7 (дБ) Для линии вниз(обратного канала),т.е от передатчика МС к приемнику БС: LΣ↓ = -3 +0,95 +18 +0,9 +0 +0,95 +0,9 +138 LΣ↓ = 156,7 (дБ) Типовая модель сухопутной системы подвижной радиосвязи, или линии передачи сотовой системы, включает в себя высокоподнятую антенну (или несколько антенн) базовой станции и одну антенну в приемопередатчике мобильной радиостанции. Существует относительно короткий участок распространения радиоволн по линии прямой видимости между БС и МС (LOS). В большинстве случаев имеет место неполный участок распространения радиоволн в пределах прямой видимости между антенной базовой станции и антеннами мобильных (подвижных) радиостанций из-за естественных и искусственных препятствий. Присутствуют также множество трасс с переотражением (т.е. непрямой видимости – NLOS). Это происходит потому, что используемые в системах сотовой связи (ССС) дециметровые радиоволны слабо огибают препятствия, т. е. распространяются, в основном, по прямой, но испытывают многочисленные отражения от окружающих объектов и подстилающей поверхности. Кроме этого, на трассе распространения радиоволн присутствуют объекты, поглощающие радиоволны. При таких условиях трасса радиопередачи может моделироваться как случайным образом изменяющаяся трасса распространения. Распространение радиоволн зависит от следующих факторов: положения антенны передающей радиостанции; рельефа местности; типа поверхности земли, на которой размещается система связи. Положение антенны базовой станции определяется разработчиком системы связи. При этом учитываются возможности территории, на которой предполагается размещать антенну. Если поблизости имеется высокий дом, опора (осветительная для прожекторов на стадионе, телевизионная и т. п.), то размещение на этих объектах антенны БС сэкономит значительные средства. Знание рельефа местности (по картам) позволит избежать установки антенны БС в таких неподходящих местах, как низина, относительно ровный участок, перед которым находится холм, гора и пр. Типы поверхности земли принято определять в соответствии с классификацией, так как величина затухания сигнала меняется в зависимости от вида объектов, находящихся на пути распространения радиоволн. При этом участки с очень малым числом препятствий таких, как деревья или строения принято считать открытой местностью. Участки с одноэтажными домами, небольшими строениями, парковые зоны принято считать пригородной зоной. Участки, плотно застроенные многоэтажными домами и высотными зданиями, относят к городским районам. 3.2 Определение поправки, учитывающей рельеф местности Для определения поправки сигнала необходимо выбрать направление распространения волн. В работе мы используем 3-х секторную антенну, т.е волна будет распространяться в 3-х направлениях. Базовая станция расположена на здании хозяйственного назначения в турксибском районе на крыше (см. карту в Приложении А).  Рисунок 1 Для сектора №1 h1 = 689 м (хозяйственное помещение), h2= 634 м (крыша автозаправки); h = 55 м; Согласно рисунку 1, поправочный коэффициент Lрел, будет равен среднему значению, между L1 и L2. L1 = 0,5 дБ, L2 = 1 дБ . Lрел = (1+0,5)/2 = 0,75 дБ Для сектора №2 h1 = 689 м (хозяйственное помещение), h2= 743 м; h = 54 м; Согласно рисунку 1, поправочный коэффициент Lрел, будет равен среднему значению, между L1 и L2. L1 = 0,4 дБ, L2 = 1 дБ . Lрел = (0,4+1)/2 = 0,7 дБ Для сектора №3 h1 = 689 м (хозяйственное помещение), h2= 650 м; h = 39 м; Согласно рисунку 1, поправочный коэффициент Lрел, будет равен среднему значению, между L1 и L2. L1 = -1,5 дБ, L2 = -2 дБ . Lрел = (-1,5+(-2))/2 = -1,75 дБ 3.3 Определение зоны покрытия БС Модель Окомура и Хата. Существует достаточно большое количество эмпирических моделей предсказания потерь при распространении сигналов для различных типов местности. Наиболее известной и используемой является модель предсказания Окомура и Хата в случае изотропных (идеальных всенаправленных), имеющих коэффициенты усиления, равные 1, антенн базовой станции и подвижного объекта. Эта формула (метод прогнозирования Окомура) имеет следующий вид:  (3.4)где r – расстояние между антеннами базовой и подвижной станции, км. Радиочастота несущей fo, МГц, высота антенны базовой станции hb, м и высота антенны подвижной станции hm, м; величины A, B, C и D выражаются соответственно следующим образом:  (3.5) , (3.6) (3.7) (3.8)где  (3.9)Так как моя БС расположен не в густо застроенном районе, расчет будет сделан для пригородной зоны:  (3.10)где  (3.11) (3.12)    Для сектора №1  Для сектора №2  Для сектора №3 Согласно полученным данным, в электронной карте Google Earth, мы построили зоны покрытия БС в 3 направлениях, а также выбрали местоположение МС. Радиус зоны уверенного приема составляет около 75% от общей зоны покрытия. Полученное значение, сравним со значением, полученным в программе Kathrein Scala Devision. Расчет минимальной зоны Френеля, выполняется по формуле: H0 =  ,м (3.13)где  - длина волны, м;R0 – длина пролета, м; ki – коэффициент равный 0,5.  Для зоны покрытия сектора №1, минимальное значение зоны Френеля составило 11,736 м, для зоны оптимального приема – 10,164 м. Заключение При выполнении данной курсовой работы был рассмотрен стандарт связи - GSM, а также, согласно заданию, были произведены расчеты, согласно которым, с использованием различных программ (Google Earth, Kathrein Scala Devision). При рассмотрении трехсекторной антенны, необходимо рассмотреть рельеф местности на протяжении 5-7 километров в каждом направлении, первое направление выбирается согласно азимуту, заданному в исходных данных. Были рассчитаны суммарные энергетические потери по прямому и обратному каналу. Базовая станция располагается на крыше хозяйственного здания в Турксибском районе, поэтому, при расчетах высота подвеса антенны бралась, как высота четырехэтажного здания (15 м) и высота антенны, заданная по варианту (20 м). Зоны покрытия БС рассчитывались согласно модели Окомура- Хата. Выбор данной модели исходил из соображения частоты работы передатчика БС и приемника МС, а также высоты подвеса антенны. В Приложении В, были построены зоны покрытия БС, указано расположение МС, была показана область зоны уверенного приема, а также рассчитана минимальная зона Френеля. Для проверки полученных значений, в Приложении Г, было получено значение зоны уверенного приема, для заданной высоты, данной значение зависит от изменения угла наклона электрического тильта. Список использованной литературы Бабков В.Ю., Вознюк М.А., Дмитриев В.И. Системы мобильной связи / СПб ГУТ. – СПб,1999. – 330с. Карташевский В.Г. и др. Сети подвижной связи. - М.: ЭКО-ТРЕНДЗ, 2001. Печаткин А. В. Системы мобильной связи. Часть 1.- Рыбинск: РГАТА, 2008. Андрианов В.И., Соколов А.В. Сотовые, пейджинговые и спутниковые средства связи. – СПб.: БХВ Петербург Арлит, 2001. http://umex.kz/wp-content/gallery/almatymap/up.gif. http://earth.google.com. http://femtosota.blogspot.com/p/gsmumts4g.html. http://kathrein-scala.com/ Приложение А Трехсекторная антенна БС  Рисунок 2 - Диаграмма направленности трехсекторной антенны БС Всенаправленная антенна МС  Рисунок 3 - Диаграмма направленности в горизонтальной плоскости Приложение Б  Рисунок 4 - Установка метки на местоположение БС  Рисунок 5 – Азимуты трех секторов  Рисунок 6 – Рельеф местности в направлении первого азимута  Рисунок 7 – Зоны покрытия трех секторов БС Приложение В  Рисунок 8 – Расположение МС в секторе №1  Рисунок 9 – Зона покрытия БС Приложение Г  Рисунок 10 – Определение оптимальной зоны покрытия БС в зависимости от электрического тильта | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||