Расчет радиуса зоны обслуживания базовой станции с использованием модели COST231-Уолфиш-Икегами

Модель COST231-Уолфиш-Икегами может применяться в случаях, когда антенна базовой станции расположена как выше, так и ниже линии уровня крыш городской застройки. В совокупность эмпирических факторов, учтённых расчётной формулой выходят высоты антенн базовой и подвижной станций, ширина улиц, расстояния между зданиями, высота здания и ориентация улиц относительно направления распространения сигнала. В общих чертах формула, описывающая потери сигнала, состоит из трёх членов-потерь L_s на распространение в свободном пространстве; потерь L_rts на дифракцию и рассеивания волн на крышах зданий и L_ms, вызванных от многократных дифракций от рядов зданий. Второй член L_rts определяет потери от дифракции волн на крышах зданий, благодаря которой сигнал попадает в подвижную станцию, движущуюся вдоль улиц. Третий член L_ms учитывает многократную дифракцию на рядах зданий. Суммарные потери рассчитываются по формуле

 

(L₅₀)_dB=L_s+L_rts+L_ms.

Вторую и третью компоненты не учитывются, поскольку абоненты стационарные.

 

       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;

 

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

 

                                     ,                                       (2)

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 [дБ] - затухание сигнала при распространении, опреде­ляемое по формулам (1);

 

Уровень эффективной изотропно излучаемой мощности передатчика

 

                         ,                                          (3)

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;

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:

 

                                   ,                                                     (4)

 

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;

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.

На расстояниях меньше 10 км значение стандартного отклонения зависит от дальности связи ( ). И аппроксимируются формулой:

 

                         , дБ                                                               (5)

 

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                                                                                (6)

 

Обобщенное значение стандартного отклонения сигнала по месту и по времени

,                                                       (7)

 

Дополнительный запас уровня сигнала

 

Р_ПСдоп.= z×s,                                                         (8)

где - нормированное действующее значение напряженности поля в точке

  приема. Будет равно 2,326 для заданной вероятности .

 

 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 ,                                         (9)

 

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

o В соответствии с выражением (3) вычисляется уровень эффективной изо­тропно излучаемой мощности передатчика Р_ИЗЛ;

o Определяется значение минимально необходимого уровня сигнала на входе приемной антенны Р_ПСмин согласно формулы (4).

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

o Вычисляется значение требуемого уровня мощности сигнала на входе приемной антенны, обеспечивающей необходимую надежность связи.

 

              ,                                                            (10)

 

o Рассчитываются максимально допустимые потери при распространении сигнала на трассе.

 

                         L_ДОП = Р_ИЗЛ – Р_ПСтр                                                                 (11)

o Определяется максимальная дальность связи путем решения уравнения

 

                         L( r) = L_ДОП                                                       (12)

 

относительно r.