МIНIСТЕРСТВО ОСВIТИ I НАУКИ УКРАЇНИ
ХАРКIВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНIВЕРСИТЕТ РАДIОЕЛЕКТРОНIКИ
Кафедра ТАВР
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
по предмету
«ТЕХНОЛОГИИ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ»
Виконав:
екстернспец. ТЗТе-08
ФесюнінаЛ.І.
Перевірив:доц. каф. ТАВР Стародубцев Н.Г.
Харків 2009
1. ВЛИЯНИЕ ВЫСОТЫ УСТАНОВКИ АНТЕННЫ БСНА УРОВЕНЬ ПРИНИМАЕМОГО СИГНАЛА
При расчете уровня сигнала в точкеприема необходимо учитывать волны, отраженные от земной поверхности. Влияниеотраженных от поверхности земли лучей на устойчивость связи можно учесть наосновании двулучевой модели (рис. 1.1).
/>
Рисунок1.1 – Двулучеваямодель распространения сигнала БС
Множитель ослабления относительно поля свободного пространстваможно представить следующим образом
/>, (1.1)
где α — коэффициентотражения от поверхности земли; Ф — фазовый сдвиг между прямым лучом и отраженнымот Земли. Обычно принимают α = -1, поскольку угол падения обычно мал. Вэтом случае выражение (1.1) можно записать следующим образом
/> (1.2)
Всвою очередь
/> (1.3)
гдеΔr=r1-r2 — разность хода лучей; α -длина волны.
Наосновании построений на рис 1.1 можно записать
/> (1.4) и />, (1.5)
гдеh1 и h2 — высоты установки антенн БС и МС соответственно;d-расстояние от БС до МС.
Выражение(1.4) и (1.5) можно переписать в виде
/>
Напрактике обычно d >> h1+h2, поэтому можно применитьизвестное приближенное равенство />, гдеα
Тогда
/> (1.6)
Подставляя(1.6) в (1.3) и (1.2), получаем
/> (1.7)
Мощностьсигнала на входе МС приемника может быть рассчитана по формуле
/> (1.8)
где Р1 — мощностьпередатчика БС; G1,G2 — коэффициенты усиления антенн БС иМС соответственно; /> - затуханиеэнергии в свободном пространстве.
Подставляя (1.7) в (1.8), находим
/> (1.9)
Если ΔФ ΔФ/2 и формула (1.9)принимает вид
/> (1.10)
Выражение (1.10) позволяет установить,что потери энергии на участке распространения будут составлять 40 дБ/дек.
Всамом деле, если d1=l км и d2=10 км, то при прочих равныхусловиях
/> (1.11)
Такимобразом, мощность сигнала на входе приемника обратно пропорциональна d4, т.е.
/>
гдеа — коэффициент пропорциональности.
Прирасчетах потерь энергии в свободном пространстве действует другое правило, аименно20дБ/дек, т.е.
/>
Дляреальных городских радиотрасс имеем
/>
гдеγ=2...5.
Величинаγ не может быть меньше 2, т.к. это значение соответствует свободномупространству.
Из(1.10) также следует, что увеличение высоты установки антенны БС приводит кувеличению уровня сигнала на входе приемника МС примерно на 6 дБ/окт.
Всамом деле, удвоение высоты установки антенны БС дает
/> (1.12)
По вполне понятным причинамвысота установки антенны МС не превышает 3 м, поэтому влияние ее высоты на энергетику линии обычно не рассматривают.
В формуле (1.9) не учтенымногие факторы, влияющие на распространение радиоволн, а именно: шероховатостьповерхности Земли, тропосферное отражение, рельеф местности и многие другие.Поэтому при расчетах часто прибегают к материалам, полученным на основанииизмерений и статистического усреднения результатов наблюдения.
2МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
ЭффективностьССПР зависит от большого числа параметров и может служить показателемсоответствия системы своему назначению, указывая степень ее техническогосовершенства и экономической целесообразности. Для количественной оценкиэффективности сети подвижной радиосвязи можно использовать: пропускнуюспособность; достоверность передачи информации; количество каналов, ввыделенной полосе частот; размеры обслуживаемой территории; стоимостьэксплуатации; статистические параметры трафика и другие факторы.
Обычноэффективность ССПР оценивают числом абонентов, приходящихся на выделеннуюполосу частот. Такой метод оценки достаточно нагляден и позволяет сравниватьразличные системы подвижной радиосвязи.
Допустим,что МС равномерно распределены на территории обслуживания, имеющей вид кругарадиуса R0с площадью />. Каждая сота представляетсобой шестиугольник с радиусом описанной окружности R,имеющий площадь
/> (2.1)
КоличествоБС на территории обслуживания
/> (2.2)
Размерностькластера К является частотным параметром системы, т.к. определяет минимальновозможное число каналов в ССПР. Если на каждой БС набор состоит из псс шириной полосы каждого канала Fк,то общая полоса частот для ССПР (с учетом повторяемости частот) в направлениипередачи составит />
Числоактивных абонентов на всей территории обслуживания равно /> В этом случаеэффективность использования выделенной полосы частот
/> (2.3)
Из(2.3) следует, что эффективность ССПР не зависит от числа каналов на БС ивозрастает с уменьшением радиуса ячейки R.В сущности это указывает на то, что уменьшая размеры ячеек можно повысить повторяемостьчастот, т.е. их одновременное использование в сети. Кроме того, из соотношения(2.3) следует целесообразность уменьшения размерности кластера К. Рассмотримболее подробно влияние размерности кластера на характеристики ССПР, в частностина уровень взаимных помех, возникающих вследствие повторного использованиярабочих частот (рис.2.1). Взаимные помехи можно разделить на два вида.
Во-первых,мобильные станции в ячейках с совпадающими частотами создают помехи в каналахприема базовой станции соты номер один, находящейся в центре рис. 2.1 Отношениесигнал/помеха на входе приемника БС определяется выражением
/> (2.4)
гдеРпр.б – мощность сигнала МС центральной соты на входе приемникасобственной БС;
Рш.б– мощность тепловых шумов приемника БС;
Рп.м.i– мощность помехи от МС в совпадающей соте i-гокластера первого круга;
К1– число совпадающих сот первого круга.
Во-вторых,базовые станции всех совпадающих ячеек в первом круге создают помехи мобильнымстанциям, находящихся в центральной соте. Отношение сигнал/помеха в этом случае
/> (2.5)
гдеРпр.м – мощность сигнала БС центральной соты на входе приемника МСэтой же соты;
Рш.м– мощность тепловых шумов приемника МС;
Рп.б1– мощность помех от БС совпадающей ячейки i-гокластера первого круга.
/>Ячейки, создающие помехи на совпадающих частотах
Рисунок2.1 – Влияние размерности кластера на уровень взаимных помех
Дляполучения количественной оценки уровня взаимных помех сделаем ряд естественныхпредположений. Считаем, что Рш.б и Рш.м можно пренебречь,поскольку уровень шумов ниже уровня взаимных помех. Полагаем, что />, т.е. будем рассматриватьсбалансированную систему. Кроме того, принимаем в расчет, что передатчики всехМС имеют одинаковую мощность. То же самое относится и к передатчикам БС.
Тогдаимеем
/> (2.6)
где/> – расстояниемежду центрами ячеек с совпадающими частотами.
Подставляя/> в (4.6), получаем
/> (2.7)
Прилюбой размерности кластера в первом кругу располагается шесть совпадающихячеек, т.е. К1=6. Кроме того, все относительные расстоянияповторного использования частотных каналов равны, т.е. /> С учетом этого выражение (2.7)можно представить в виде
/> (2.8)
ДляNМТ-450 />=18дБ. Если γ=4, то q=(6 63.1)1/4=4.41. Отсюда необходимаяразмерность кластера К=q2/3=6.48,т.е. К=7.
Такимобразом, для получения защитного отношения 18 дБ необходимо выбрать кластер сразмерностью не менее семи. В этом заключается один из недостатков всеханалоговых стандартов.
Переходк цифровым ССПР позволяет увеличить число каналов на соту ввиду того, чтотребуемое защитное соотношение резко уменьшается. Для стандарта GSМоно равно 9 дБ, а для стандарта CDМА-IS-95составляет 6 дБ. Это позволяет уменьшить мощность передатчиков БС и ближерасполагать ячейки с совпадающими частотами.
Цифровыестандарты предоставляют возможность адаптироваться к увеличению числаабонентов. При увеличении количества абонентов область обслуживания каждойячейки может быть уменьшена. Согласно (2.3) эффективность сети увеличиваетсяблагодаря возрастанию повторяемости одних и тех же канальных частот. Следуетотметить, что имеется ряд обстоятельств, затрудняющих процесс дробления сот. Вчастности, чрезмерное уменьшение радиуса ячейки вызывает резкое увеличениечисла пересечений мобильными средствами условных границ ячеек при передвиженииабонентов. В связи с этим возрастает поток данных между многочисленными БС иЦКПС, который требует обработки, что может привести к перегрузке системуправления и коммутации и, как следствие, к отказу всей системы.
Крометого, если сеть БС имеет радиальную структуру, то с увеличением числа БС быстрорастут затраты на сооружение соединительных линий БС–ЦКПС. Переход крадиально-узловой структуре позволяет оптимизировать сеть соединительных линийпо критерию минимума затрат, однако и этот подход не позволяет избежатьусложнения системы управления ССПР. Еще один способ снижения уровня помех иповышения эффективности ССПР связан с использованием секторных антенн. В этомслучае на БС вместо одной антенны с круговой ДН использую нескольконаправленных антенн, позволяющих концентрировать излучение в пределах сектора исокращать уровень излучения в противоположном направлении. На рис. 2.2приведена модель повторного использования частот в секторизованных сотах, когдав кластер входят три соты и три БС (К=3). В этом случае на каждой БСзадействовано три 120-градусные антенны, что позволяет использовать девятьгрупп частот.
/>
Рисунок2.2 – Модель повторного использования частот при К=3
Самуювысокую эффективность использования полосы частот обеспечивает модель,показанная на рис. 2.3.
/>
Рисунок2.3– Модель повторного использования частот при К=4 и при использовании накаждой БС шести 60-градусных антенн
Какследует из схемы, каждая группа частот используется дважды в пределах кластера,состоящего из четырех БС. При использовании на каждой БС шести 60-градусныхантенн появляется возможность работать на двенадцати группах частот.