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 обслуживания и информационной нагрузки. Заданное качество принятого сигнала определяется чувствительностью приемника. В общем виде уравнение передачи может быть представлено как:

 

, (1)

 

где Р_ПРМ – мощность радиосигнала на входе приемника (определяется чувствительностью приемника);

Р_ПРД – мощность передатчика;

η_ФПРД, η_ФПРМ – КПД передающего и приемного фидеров;

G_АПРД, G_АПРМ – коэффициенты усиления передающей и приемной антенн;

ξ_П, ξ_С – коэффициенты согласования антенн с радиосигналом по поляризации;

L_Σ – суммарное затухание радиоволн на трассе.

Значение мощности радиосигнала на входе приемника удобно выражать в децибелах относительно ватта. При этом уравнение (1) принимает вид:

 

(2)

 

По этой формуле несложно определить суммарные энергетические потери, возникающие на трассе распространения радиоволн:

 

(3)

 

Для БС суммарное затухание радиоволн на трассе равно:

 

Для МС суммарное затухание радиоволн на трассе равно:

 

Определим суммарное затухание радиоволн как потери распространения для соответствующего типа местности L_Р и поправки, учитывающей рельеф местности L_РЕЛ:

 

(4)

 

Определим поправку, учитывающей рельеф местности. Для этого в районе ориентировочного местоположения БС на карте города выбираем место, которое будет удовлетворять одновременно следующим условиям:

 

1) для размещения антенны БС в соответствующем районе имеется подходящее по условиям задания здание или опора, на которых можно арендовать площадь для размещения антенны БС;

2) перед антенной БС на расстоянии приблизительно 15 км для GSM-900 и 7 км для GSM-1800 не должно быть значительных возвышенностей (экранов), желательно во всех трех направлениях, для которых производится расчет (восток, юго-восток, запад).

 

 

Рисунок 1 – Местоположение БС

Отметим здание, на котором будет устанавливаться базовая станция. Это 10-этажное здание, с административными помещениями. Рассчитаем высоту данного здания вместе с антенной:

h=10*3,5=35 м

Вместе с антенной: h=35+5=40 метров.

Высота подъема антенны БС данная мне по варианту так же составляет h_БС=40м.

 

Строим в трех направлениях рельеф местности. На рельефе указываем высоты для следующих точек местности: первая точка – точка расположения антенны БС; следующие точки выбираем через 1 км для стандарта GSM-900 в каждом направлении. Получим по 5 точек в каждом направлении, соединив которые плавной линией, определим в соответствующем направлении рельеф местности.

В данной работе используется трехсекторная антенна, разделим местность на 3 сектора: сектор А - 0º, сектор В - 120º, сектор С - 240º.

 

 

 

Рисунок 2 – Три сектора местности

 

 

Т а б л и ц а 4 – Рельеф местности в трех направлениях

 

Расстояние от БС, км	Высота над уровнем моря, м
Север (сектор АВ)	Юго-восток (сектор ВС)	Юго-Запад (сектор СА)

 

 

 

Рисунок 3 – Рельеф местности в направлении к северу от БС

 

 

 

Рисунок 4 – Рельеф местности в направлении к юго-востоку от БС

 

 

Рисунок 5 – Рельеф местности в направлении к юго-западу от БС

 

Определим поправки, учитывающие рельеф местности для всех трех направлений. Коэффициент L_рел определяем, интерполируя между графиками рисунка 7.

 

 

Рисунок 7 – График для определения поправки, учитывающей рельеф местности

 

При ; дБ - сектор АВ

При ; дБ - сектор ВС

При ; дБ - сектор СА

Определим потери распространения для соответствующего типа местности:

1 От БС к МС:

дБ - сектор АВ

дБ - сектор ВС

дБ - сектор СА

От МС к БС

дБ - сектор АВ

дБ - сектор ВС

дБ - сектор СА

Определив из потери распространения для соответствующего типа местности L_Р, можно приступить к определению радиуса зоны покрытия базовой станции с помощью эмпирических моделей Окомура и Хата, Волфиша-Икегами (WIM).

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:

(5)

где r – расстояние между антеннами базовой и подвижной станции, км.

Радиочастота несущей f_o, МГц, высота антенны базовой станции h_b, м, и высота антенны подвижной станции h_m, м; величины A, B, C и D выражаются соответственно следующим образом:

 

(6)

(7)

(8)

(9)

где

(10)

для средних и малых городов;

(11)

Эта модель Окомура и Хата возникла в результате адаптации эмпирических формул Хата к графикам, составленным Окомура и его соавторами. Данными формулами можно пользоваться, если выполняются следу­ющие условия:

- : от 150 до 1500 МГц;

- : от 30 до 200 м; возможно расширение диапазона (от 1,5 до 400 м);

- : от 1 до 10 м;

- : от 1 до 20 км; возможно расширение диапазона (от 2м до 80 км).

Определим радиуса зоны покрытия базовой станции и мобильной станции:

м – высота антенны базовой станции

м – высота антенны мобильной станции

 

1. От БС к МС:

 

МГц

 

1.1 Сектор АВ:

км

 

1.2 Сектор ВС:

км

1.3 Сектор СА:

км

2 От МС к БС:

 

МГц

 

2.1 Сектор АВ:

км

2.2 Сектор ВС:

км

2.3 Сектор СА:

км

 

Результаты расчета сведем в таблицу 5.

 

Т а б л и ц а 5 – Результаты расчётов модели Окомура и Хата

Направление сектора БС относительно СП, град.	Потери при распространении, LP, дБ	Ожидаемое расстояние между БС и МС, км	Ожидаемое расстояние между МС и БС, км
БС-МС	МС-БС
Сектор АВ	130,638	148,638	1,417	4,9
Сектор ВС	130,638	148,638	1,417	4,9
Сектор СА	133,638	151,638	1,732	5,99