Расчет радиуса зоны обслуживания базовой станции с использованием модели COST231-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;

С – постоянная. Для средних городов и пригородных районов с умеренной растительностью С=0, для центра крупных городов С=3.

-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

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, опреде­ляемое по формулам (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, для здания - 15 дБ).

Уровень эффективной изотропно излучаемой мощности передатчика

                         ,                           (7)

где

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

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

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;

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

G_ПРД [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 (Р_ПСмин), определяемого техническими характеристиками приемника:

                                   ,                (8)

где

Р_ПРМ [дБм] = 20×lg Р'_ПРМ - 10×lg R_ПРМ - 90 - чувствительность приемника в дБм;

Р'_ПРМ - чувствительность приемника в мкВ;

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;

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

G_ПРМ [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 (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.

При распространении сигнала над хол­мистой поверхностью потери распро­странения увеличиваются по сравнению со случаем среднепересеченной местности. Для оценки степени неровности местности используют параметр D 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:

                         , дБ                                                               (10)

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                                                                                (11)

Обобщенное значение стандартного отклонения сигнала по месту и по времени

,                                                       (12)

Дополнительный запас уровня сигнала

Р_ПСдоп.= z×s,                                                         (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

s	0.5	0.6	0.7	0.8	0.9	0.95	0.99
z	0	0.253	0.524	0.842	1.282	1.645	2.326

 

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 ,                                         (14)

 

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

5. В соответствии с выражением (7) вычисляется уровень эффективной изо­тропно излучаемой мощности передатчика Р_ИЗЛ;

6. Определяется значение минимально необходимого уровня сигнала на входе приемной антенны Р_ПСмин согласно формулы (8).

7. Определяется величина дополнительного запаса уровня мощности сигнала, обеспечивающего требуемую надежность связи Р_ПСдоп.

8. 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

                         L_ДОП = Р_ИЗЛ – Р_ПСтр – В_Т – В_Э.                                    (16)

6. Определяется максимальная дальность связи путем решения уравнения

                         L( r) = L_ДОП                                                       (17)

относительно r. При этом в качестве высоты антенны базовой стан­ции h_БС выбирается эффективная высота антенны БС.