Физические основы мобильной связи


Физические основы мобильной связи

В контрольной работе требуется спланировать в нулевом приближении сеть GSM в городе при следующих исходных данных (таблица 1).

Таблица 1

ФИО студента

Номер студенческого билета

259

Вариант

16

Диапазон рабочих частот

СDMA

Площадь зоны обслуживания (города),

150 км 2

Число абонентов в зоне обслуживания,

90 тыс. чел.

При выполнении контрольной работы требуется:

произвести оптимальный выбор частотных каналов;

рассчитать число сот в сети;

найти максимальное удаление в соте абонентской станции (АС) от базовой станции (БС); сеть частотный канал

рассчитать потери на трассе;

определить мощность передатчиков базовой станции.

Решение:

1. На первом этапе работы найдем оптимальное решение по пп. 1-3 вышеприведенных требований. Начнем с выбора частотных каналов в соте. Вначале возьмем 1 канал, затем 2, 3, возможно и больше. Однако увеличение числа каналов существенно влияет на оплату оператором их аренды. Вместе с тем, с уменьшением числа каналов в соте возрастает число сот в сети, и уменьшаются их размеры. Это удорожает развертывание и обслуживание сот. Минимальные размеры соты обычно определяет число допустимых хэндоверов, поэтому для сетей CDMA не менее 0,5-1 км (рисунок 1).

секторизированная сота

Рисунок 1 - Секторизированная сота

Для сетей CDMA на одной частоте передается до 25 каналов передачи трафика. Различные варианты трафика представлены на рисунке 2.

Выбрав число каналов, определяют допустимый трафик в соте на основе статистики абонентов по формуле Эрланга.

Трафик характеризуют объемом передаваемой информации. При передаче данных трафик определяют скоростью передачи (бит/с) и временем передачи, т. е. числом переданной информации в битах. В телефонии единицей измерения трафика является эрланг 1. 1 Эрл - это занятость одного телефонного (ТФ) канала в течение часа.

При расчете, в соответствии с числом каналов в соте, по таблицам Эрланга находим допустимый трафик в соте. Далее, задаваясь средним трафиком одного абонента в час наибольшей нагрузки ЧНН, определяем допустимое число абонентов в соте:

Число сот в городе:

Площадь соты:

Радиус соты в виде правильного шестиугольника (рисунок 1):

Причем - Максимальное удаление мобильной станции от базовой станции в соте.

В соответствии с таблицей 2 при 1 частотном канале в соте можно организовать 8 каналов трафика. Задавшись, по таблицам Эрланга находим.

Примем, тогда:

При 2 частотных каналах в соте можно организовать 14 каналов трафика. Задавшись, по таблицам Эрланга находим.

При 3 частотных каналах в соте можно организовать 22 каналов трафика. Задавшись, по таблицам Эрланга находим.

По результатам расчетов на первом этапе выполнения работы заполним таблицу.

Таблица 3

Число частот в соте

1

2

3

Число частот в сети:

Кластер 3/9

Кластер 4/12
    9 12
    18 24
    27 36

Трафик в соте

3,627

8,2

14,9

Число абонентов в соте

145

328

596

Число сот в сети

173

76

42

Площадь соты, км 2

0,14

0,33

0,60

Радиус соты, км

0,46

0,71

0,96

На основе анализа данных таблицы 3 выбираем оптимальный вариант сети, который бы минимизировал общее число частотных каналов при допустимых размерах сот. Оптимальное число частот в соте при допустимом радиусе соты - 1.

2. На втором этапе выполнения работы следует обеспечить баланс мощностей в соте радиуса для сети, выбранной в результате выполнения первого этапа.

Уравнения баланса мощностей составляют на основе учета всех особенностей прохождения сигнала на трассе (рисунок 2).

G - усиление, L - потери, Lp - потери на трассе, а - антенна, d - разнесение, f - фидер, С - комбайнер, Тх - передатчик, Rx - приемник, Рin - входная мощность, Роut - выходная мощность, ТМА (Tower Mounted Amplifier) - малошумящий усилитель на входе приемника

Расчеты трасс сетей подвижной связи ведут с использованием логарифмов потерь на трассах, в фидерах, комбайнерах и логарифмов коэффициентов усиления антенн и дополнительных усилителей.

При этом мощности на выходе передатчика и входе приемника:

Уравнение баланса мощностей в направлении вверх (АС => БС):

Уравнение баланса мощностей в направлении вниз (БС => АС):

Где и - мощности на входе приемников БС и АС, и - мощности на выходе передатчиков БС и AC, и - коэффициенты усиления антенн БС и AC, и - потери в фидерах БС и AC, - потери в комбайнере, - потери на трассе, - выигрыш за счет разнесенного приема сигналов на БС (3-4 дБ), в данных уравнениях все коэффициенты усиления и ослабления выражены в дБ, а мощности - в дБм.

При расчетах можно использовать следующие параметры абонентских и базовых GSM станций.

В абонентских станция CDMA максимальная выходная мощность передатчиков Poutac = 200 мВт. Чувствительность приемников, т. е. минимальная Pinac = -104 дБм во всех диапазонах.

При проверке баланса мощностей "вверх" можно принять, , , , (используется разнесенный прием).

При проверке баланса мощностей "вниз" можно принять, , , если в соте 1 или 2 частоты, и, если в соте 3-4 частоты; , .

Потери на трассе определяем по модели Окумура-Хата. Они зависят от расстояния, рабочей частоты , Высоты подвеса антенн базовой и абонентской станций. Данный метод основан на аналитической аппроксимации результатов практических измерений. Набор эмпирических формул и поправочных коэффициентов, полученный в результате такой аппроксимации, позволяет рассчитать средние потери для различных типов местности.

Расчеты ведут на модели COST 231 Хата [COST 231 TD(90) 119]. Условия применимости модели ; ; :

* средний город и пригородный центр с умеренной плотностью посадки деревьев

,

Где - эффективная высота подъема антенны базовой станции, м;

- высота антенны подвижной станции над землей, м;

- Расстояние между передатчиком и приемником, км;

- частота сигнала, МГц;

Конкретные частотные каналы неизвестны, поэтому при расчетах сетей GSM-1800 следует ориентироваться на средние частоты диапазонов: вниз БС => AС 1805-1880 МГц (Fср = 1840 МГц), вверх АС => БС 1710-1780 МГц (Fср = 1745 МГц).

Пусть, .

БС => AС:

Необходимый запас мощности сигнала для его уверенного приема в 90% площади с вероятностью 75% , где - среднеквадратичное отклонение сигнала из-за флуктуаций в точке приема. Кроме того, учтем дополнительные потери в здании. Итак, суммарные потери на трассе:

Теперь рассчитаем мощность сигнала на входе приемника АС, если мощность передатчика БС составляет 35 Вт (45,44 дБм):

АС => БС:

При тех же, потерях в здании и получаем:

Найденные величины и превышают чувствительность приемников мобильной (- 104 дБм) и базовой (- 111 дБм) станций.

Заполним итоговую таблицу 4:

Таблица 4

Трасса вниз БСАС

F,

МГц

НБС,

М

НАС,

М

R,

Км

LГ,

ДБ

?Ру,

ДБ

Lдоп,

ДБ

Pout БС,

ДБм

LfБС,

ДБ

Ga БC,

ДБ

Lс,

ДБ

Lр,

ДБ

Ga АC,

ДБ

LfАС,

ДБ

Pin АС,

ДБм

1840

50

1,5

0,68

127,65

5,44

12

45,44

2

16

0

145,1

0

0

-85,65

Трасса вверх АСБС

F,

МГц

НБС,

М

НАС,

М

R,

Км

LГ,

ДБ

?Ру,

ДБ

Lдоп,

ДБ

Pout АС,

ДБм

LfАС,

ДБ

Ga АC,

ДБ

Lс,

ДБ

Lр,

ДБ

Ga БC,

ДБ

LfБС,

ДБ

Pin БС,

ДБм

1745

50

1,5

0,68

126,87

5,44

12

30

0

0

0

144,31

16

2

-97,3

Литература

    1. Бабков В. Ю., Руфова А. В., Рыжков А. Е. Основы подвижной связи. Методические рекомендации. СПб, 2005; 2. Волков А. И., Попов Е. А., Сиверс М. А. Физические основы мобильной связи. Ч.1. СПб: Линк, 2004; 3. Кузнецов М. А., Рыжков А. Е. Системы подвижной связи/СПбГУТ. СПб, 2003

Похожие статьи




Физические основы мобильной связи

Предыдущая | Следующая