Глава 4. Расчет зоны обслуживания с использованием модели Окамуры-Хата

 

Исходные данные:

ü тип местности: Город средних размеров;

ü тип стандарта: IEEE802.16е – Mobile WiMAX;

ü вид модуляции принимающей стороны: 64QAM;

ü коэффициент усиления антенны:

БС: 14 дБ;

МС: 18 дБ;

ü высота антенны:

БС: 40 м,

МС: 1,5 м;

ü мощность передатчика БС: 40 Вт;

ü потери в фидере антенны БС: 4,4 дБ;

ü потери в дуплексере – 1 дБ;

ü потери в комбайнере – 3 дБ;

ü К мшу = 25 дБ.

В соответствии с этой моделью величина затухания сигнала при распространении в городских районах определяется по формуле 4.1:

 

, (4,1)

 

где

 - частота излучения, МГц;

 - расстояние между БС и МС, км;

 - высота антенны БС, м;

 - высота антенны МС, м;

-поправочный коэффициент, учитывающий высоту антенны МС в зависимости от размеров города, дБ.

Частоту излучения выбираем из диапазона стандарта (2495 - 2690) МГц равной 2500МГц.

Расстояние между БС и МС выбираем равным 2км.

Высота антенн БС и МС над землей по заданию равно 40 и 1,5 метров соответственно.

Поправочный коэффициент, учитывающий высоту антенны МС, рассчитаем для городов средних размеров в дБ, определяется по формуле 4.2:

 

,                                          (4,2)

 

Таким образом, с учетом данных:

радиодоступ сеть станция базовый

 

Определяем величину затухания сигнала по формуле 4.1:

 

 

Размеры зоны покрытия базовой станции будут определяться дальностью связи между базовой и мобильной станциями. Дальность связи будет определяться путем решения первого уравнения связи по формуле 4.3:

 

,                                                (4,3)

 

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 в небольшом городе;

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 определяется по формуле 4.4:

 

,                                          (4,4)

 

где – уровень мощности передатчика в дБ/мВт;

Р'ПРД - мощность передатчика в Вт = 40 Вт;

 

 

[дБ] =  – потери в фидере антенны передатчика;

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

 [м] – длина фидера антенны передатчика;

=

ВД ПРД [дБ] - потери в дуплексере на передачу = 1 дБ;

ВК [дБ] - потери в комбайнере (устройстве сложения) = 3 дБ;

GПРД [дБ] - коэффициент усиления антенны передатчика = 15 дБ.

С учетом приведенных выше данных определяется по формуле 4.4:

Тогда уровень мощности полезного сигнала на входе приемной антенны находим по формуле 4.3:

Основным условием обеспечения связи будет необходимость превышения уровня мощности полезного сигнала на входе приемной антенны минимально необходимого уровня мощности (РПСмин), определяемого техническими характеристиками приемника согласно формуле 4.5:

 

,                                 (4,5)

 

где  - чувствительность приемника в дБм

Р'ПРМ - чувствительность приемника в мкВт (в случае, если чувствительность приемника задается в дБм, то в качестве РПРМ используется именно это значение);

РПРМ = - 98, дБм;

RПРМ [Ом] - входное сопротивление приемника; – потери в фидере антенны приемника;

ВД ПРМ [дБ] - потери в дуплексном фильтре на прием = 1 дБ;

КМШУ [дБ] - коэффициент усиления антенного тракта приема (МШУ) =25 дБ;

GПРМ [дБ] - коэффициент усиления антенны приемника =17 дБи.

С учетом всех данных находим минимальную мощность полезного сигнала по формуле 4.5:

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

На расстояниях меньше 10 км значение стандартного отклонения зависит от дальности связи (r).Для практических вычислений эти данные с высокой степенью точности в диапазоне 300...3000 МГц аппроксимируются формулой 4,6:

 

                                                                         (4,6)

 

Подставляя данные, получаем:

 

 

Стандартное отклонение сигнала по времени σt зависит от дальности связи и для точек приема, расположенных на расстоянии менее 100 км от передатчиков, определяется формулой 4,7:

 

                                                                      (4,7)

 

Обобщенное значение стандартного отклонения сигнала по месту и по времени вычисляется по формуле 4,8:

 

                                                                                (4,8)

 

Подставляя рассчитанные значения, получаем:

Дополнительный запас уровня сигнала рассчитывается по формуле 4,9:

 

РПСдоп= kтр ×s,                                                                           (4,9)

 

где kтр - коэффициент логнормального распределения, обеспечивающий требуемую надежность связи.

Определяется из таблицы 4.1 для заданной вероятности  и kтр = 1,645.

 

Таблица 4.1 – Значения величин  и

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

 

Подставляя данные, получаем:

РПСдоп= 1,645*6,3= 10,4;

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 4,10:

 

РПС ³ РПСмин + РПСдоп                                                         (4,10)

 

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

 

 ,

 

РПСтр = -141+10,4 = -130,6 дБм

-150 ³ - 130,6;

-112 ³ - 130,6.

Максимально допустимые потери при распространении сигнала на трассе:

 

LДОП = РИЗЛ – РПСтр – ВТ – ВЭ.                                          (4,11)

 

LДОП1 = 52,6+130,6-3-8 = 172,2 дБм;

LДОП2 = 52,6+130,6-3-15 = 165,2 дБм.

Максимальная дальность связи решается уравнением:

L(R) = LДОП

Необходимо решить это уравнение графическим способом для этого найдем все необходимые параметры.

 

ü Расчет для R=4км:

 

, дБ

, дБ

, дБ

, дБ

РПСдоп= kтр ×s

РПСдоп= 1.645×7,5= 12,3;

;

;

РПС ³ РПСмин + РПСдоп ,

LДОП1 = 52,6+128,7 -3-8 = 170,3 дБм;

LДОП2 = 52,6+128,7 -3-15 = 163,3 дБм.

-115,2 дБм ≥ -128,7 дБм

-122,2 дБм ≥ -128,7 дБм – условие выполняется.

 

ü Расчет для R=6 км:

 

, дБ;

, дБ;

;

РПСдоп= kтр ×s

РПСдоп= 1,645×8,3= 13,65;

 ,

РПСтр = -141+13,65 = -127,35 дБм;

;

РПС ³ РПСмин + РПСдоп ,

LДОП1 = 52,6+127,35 -3-8 = 168,95 дБм;

LДОП2 = 52,6+127,35 -3-15 = 161,85 дБм.

-122,1 дБм ≥ -127,35 дБм – условие выполняется

-129,1 дБм ≥ -127,35 дБм – условие не выполняется => максимальный радиус действия для здания R=4 км.

 

ü Расчет для R=8 км:

 

, дБ;

, дБ;

;

РПСдоп= kтр ×s

РПСдоп= 1,645×8,9= 14,6;

РПСтр = -141+14,6= -125,4 дБм;

;

РПС ³ РПСмин + РПСдоп ,

LДОП1 = 52,6+125,4 -3-8 = 167 дБм;

LДОП2 = 52,6+125,4 -3-15 = 160 дБм.

-125,4 дБм ≥ -125,4 дБм – условие выполняется, следовательно максимальная дальность связи для автомобиля R=8 км.

-132,4 дБм ≥ -125,4 дБм

 

Сведем получившиеся данные в табл. 4.2 .

Табл. 4.2 Изменение величины затухания от дальности связи для автомобиля

R (км)	2	4	6	8
L (R)	146,6	156,8	163,7	167,3

 

Рис.4. 1. Расчет максимального радиуса действия для автомобиля

 

Максимальный радиус действия для автомобиля .

 

Рис.4. 2. Расчет максимального радиуса действия для здания

 

Максимальный радиус действия для здания .

 

 

Заключение

 

В данном курсовом проекте была рассмотрена технология широкополосного беспроводного доступа mobile WiMAX. Произведен расчет параметров сети связи с подвижными объектами в городской местности на основе системы стандарта IEEE 802.16e. Мы рассчитали технические параметры базовых и абонентских станций, рассмотрели структурные схемы сети, БС и МС, определили радиус зоны обслуживания.

 

Список используемой литературы

 

1. В.И. Носов Сети радиодоступа. Часть 1.: Учебное пособие. УМО по специальности связь/ СибГУТИ. – Новосибирск, 2006 г. – 256 стр.

2. В.И. Носов Сети радиодоступа. Часть 2.: Учебное пособие. УМО по направлению «Телекоммуникации»/ СибГУТИ. – Новосибирск, 2007 г. – 256 стр.

3. В. Вишневский, С. Портной, И. Шахнович. Энциклопедия WiMAX путь к 4G: Учебное пособие.Техносфера, Москва, 2009;

4. Шахнович И. Архитектура сети WiMAX: основные элементы и принципы. – Первая миля, 2009, №1, с.6–15.

5. А.Иванов, С.Портной Оборудование WiMAX – решение компании Alvarion – Первая миля, 2009, №2, с. 32-39.

6. http://www.geysertelecom.ru/rus/products/full/alvarion_breezemax/breezemax/