Методика расчета зоны покрытия на основе статистической модели напряженности поля сигнала

Напряженность поля сигнала в сетях подвижной радиосвязи (СПР), буду­чи случайной величиной по местоположению и во времени, аппроксимирует­ся логарифмически нормальным законом, параметрами которого являются медианное значение напряженности поля по местоположению и во времени (дБ(мкВ/м)) и стандартное отклонение (дБ относительно медианы).

Медианное значение напряженности поля сигнала находят из "кривых распространения" Рекомендации 370 и 529 МСЭ, которые представляют собой функциональную зависимость

(7.1)

где R – длина трассы, км; F -рабочая частота (диапазон частот), МГц; - эффективная высота передающей антенны, м; Т – время, в течение которого напряженность поля превышает прогнозируемый уровень, %.

Кривые распространения представляют уровни напряженности поля как функции от различных параметров.

Кривые распространения представляют значения напряжённости поля, создаваемые источником мощностью 1 кВт, излучаемой полуволновым диполем, которые превышаются в 50% мест (в пределах любой зоны, приблизительно 200 x 200 м) для различного процента времени (50, 10, 5, 1 %). Они соответствуют различным высотам передающей антенны и высоте приемной антенны 10 м. Кривые распространения даны для эффективных высот передающей антенны от 37,5 до 1200 м, где каждое последующее значение "эффективной высоты" равно удвоенному предыдущему. Для значений эффективной высоты, отличных от рассмотренных, должна применяться линейная интерполяция двух кривых, соответствующих эффективным высотам непосредственно выше и ниже рассматриваемого значения. Кривые трасс, проходящих над поверхностью Земли, относятся кзначению = 50 м, которое обычно применяется к холмистой территории, имеющей место в Европе и Северной Америке.

Расчет напряженности поля для конкретной трассы производится по формуле

(7.2)

где Р - излучаемая мощность, дВ (Вт); G(α) – коэффициент усиления передающей антенны в направлении, определяемом углом α, дБ; - коэффициент, зависящий от степени неровности местности, дБ; - коэффициент, зависящий от высоты приемной антенны и характера местности в зоне прие­ма, дБ; - коэффициент, зависящий от процента пунктов приема, для ко­торых напряженности поля превысит прогнозируемый уровень, дБ; - ко­эффициент, зависящий от угла просвета местности, Дб; - угол просвета местности, град; - коэффициент, учитывающий климатические зоны, дБ.

Эффективная высота передающей антенны (ЭВА) (рисунок 7.1) определяет­ся как высота антенны над средним уровнем местности в области 3-15 км от передатчика в направлении на приемник (в Венском соглашении область усреднения 1-15 км)

где - ЭВА центральной станции, м; - физическая высота антенны над уровнем моря, м; - средняя высота местности, м.

Рисунок 7.1 – Определение эффективной высоты передающей антенны

Для эффективной высоты передающей антенны , изменяющейся в диапазоне от нуля до 37,5 м, напряженность поля на расстоянии х от передатчика берется как и для высоты 37,5 м на расстоянии (x+25- ) км. Данная процедура справедлива для расстояний, уходящих за линию радиогоризонта, задаваемых как ( ) км. С целью получения значения напряженности поля для более коротких расстояний требуется:

- рассчитать разность между значением напряженности поля для трансгоризонтальных трасс высоты и значением, снятым по кривой для высоты 37,5 м и того же расстояния;

- вычесть абсолютное значение разности, полученной выше, из значения напряженности поля по кривой для =37,5 м для реального рассматриваемого расстояния.

Это может быть выражено следующей формулой, где - напряженность поля в (дБ (мкВ/м)) для расстояния x (км) и эффективной высоты передающей антенны (м):

Для эффективной высоты передающей антенны , превышающей 1200 м. напряженность поля на расстоянии x от передатчика берется такой же, как напряженность поля, определяемая по кривой для = 1200 м на расстоянии (x+140- ) км. Это справедливо для расстояний, уходящих за радиогоризонт, задаваемых как ( ) км. Для расчета значения напряженности поля для более коротких трасс требуется:

- рассчитать разность между значением напряженности поля трансгоризонтальных трасс для высоты , и значением по кривой для высоты 1200 м и того же расстояния;

- добавить абсолютное значение полученной таким образом разности к значению напряженности поля по кривой для высоты 1200 м для реального рас­сматриваемого расстояния.

Это можно выразить следующим образом:

(7.3)

Полученное значение напряженности поля не должно превышать значения напряженности поля для свободного пространства:

, дБ (мкВ/м) (7.4)

Степень неровности местности (рисунок 7.2) определяется как разница между высотами, которые превышаются на 10 и 90 % длины отрезка трассы от 10 до 50 км от передатчика в направлении приемника. Если трасса между передатчиком и приемником короче 50 км, то в расчет должно приниматься только реальное расстояние до приемника.

Поправки, обусловленные степенью неровности местности , могут привести к значительным ошибкам в следующих ситуациях:

- трассы распространения существенно отличаются от горизонтальных;

- трассы распространения содержат глубокие долины:

- трассы распространения содержат одну доминирующую неоднородность рельефа местности, например единственную гору.

Эти случаи, как правило, приводят кповышению и недооценке напря­женности поля мешающего сигнала.

Рисунок 7.2 – Определение степени неровности местности

Если для прогнозирования напряженности поля в определенных зонах, например в малой зоне приема, требуется большая точность, можно добавить поправочный коэффициент, зависящий от утла просвета местности θ. Данный угол будет репрезентативным значением тех углов в приемной зоне, ко­торые измеряются между горизонталью в точке установки приемной антенны и линией, которая огибает все препятствия на расстоянии 16 км в направле­нии передатчика (см. пример, приведенный на рисунке 7.3).

Рисунок 7.3 – Определение угла просвета местности нал поверхностью земли

Соответствующие поправочные коэффициенты для различных значений углов просвета местности учитываются при расчетах по формуле (7.2) и на­ходятся по формулам:

для ОВЧ (7.5)

для УВЧ,

где - угол просвета местности в радианах.

Напряженность поля зависит как от высоты приемной антенны, гак и от характера местности, непосредственно окружающей ее (сельская, пригородная, городская зоны). Высота приемной антенны определяется как высота центра излучения ан­тенны над уровнем местности в точке установки антенны.

Поправка для расчета напряженности поля при высотах приемной антенны от 1,5 до 40 м определяется по формуле

, дБ (7.6)

где с можно выбрать в таблице 7.1.

Таблица 7.1 – Значение коэффициента с

Методы прогнозирования зоны обслуживания предназначены для того, чтобы обеспечить статистику условий приема по всей данной области, а не в какой-либо отдельной точке. Интерпретация такой статистики зависит от размеров рассматриваемой зоны. Когда один конец радиотрассы фиксирован, а другой подвижен, потери на трассе будут непрерывно меняться с изменением его места расположения в соответствии со всем многообразием влияющих воздействий. Удобно разделить эти воздействия на три основные категории:

Изменения, связанные с многолучевым распространением. Изменения сигнала происходят на расстояниях порядка длины волны из-за набега фазы в связи с эффектами многолучевого распространения, например, отражения от земли, зданий и т. д.

Изменения, связанные с локальными препятствиями на поверхности земли. Изменения сигнала происходят из-за локальных препятствий на поверхности земли, например, зданий, деревьев, в масштабе размеров этих объектов. Эти изменения, как правило, значительно больше, чем изменения, связанные с многолучевым распространением.

Изменения, связанные с характером профиля трассы. Изменения сигнала также происходят из-за изменений в геометрии всей трассы распространения, например, наличие холмов и т. д. В целом, исключая очень короткие трассы, масштаб этих изменений значительно больше, чем изменений, вызванных препятствиями на поверхности земли.

В ОВЧ и УВЧ диапазонах непостоянство места расположения обычно оценивается для квадратных зон со стороной 100-200 м, иногда с дополнительным требованием, что зона должна быть плоской. Важным моментом является, будет ли влияние геометрии трассы на изменения в рассматривае­мой зоне значительным.

Коэффициент , зависящий от заданного процента пунктов приема, определяется по формуле:

.(7.7)