Расчёт потерь передачи комплексной радиолинии в системах подвижной радиосвязи общего пользования

ИНСТИТУТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И КОММУНИКАЦИЙ

КАФЕДРА «СВЯЗЬ» 
 
 

КУРСОВАЯ  РАБОТА

по дисциплине

«Распространение  радиоволн

и антенно-фидерные устройства в системах подвижной  радиосвязи»

на тему:

«Расчёт потерь передачи комплексной радиолинии в системах подвижной радиосвязи общего пользования»

Вариант №14 
 
 
 

 
 
 
 
 

Астрахань – 2011

Введение

При формировании радиолиний в системах мобильной  связи используется, как правило, дециметровые волны (ультравысокие  частоты  – УВЧ). Радиоволны этих диапазонов не имеют свойств ионосферного отражения. Механизмом передачи энергии  сигналов является электромагнитное поле, распространяющееся прямолинейно.  При связи между наземными  объектами радиоволны распространяются вдоль поверхности земли (земные волны).

Применение всех указанных в данном справочнике  моделей ограничено тем обстоятельством, что они были разработаны на основе измерений в конкретных районах и на определенных частотах.

В настоящее  время наряду с традиционным статистическим описанием волн в городе (статистические методы) создаются детерминистские модели, основанные на применении геометрической оптики и геометрической теории дифракции и учитывающие реальную застройку городских районов (детерминистские методы). Уровень развития вычислительной техники сделал возможным по городской застройке применение при расчете поля в городе компьютерных баз данных, содержащих координаты, высоты и контуры зданий, рельеф местности и т. д.

Детерминистские модели Уолфиша-Икегами и Ксиа рекомендованы ITU-R для применения в городских условиях. Эти модели учитывают вероятность прихода сигнала на антенну абонентской радиостанции (АС) несколькими путями.

Однако очевидно, что даже в самой современной  детерминистской модели невозможно предусмотреть все разнообразие условий распространения радиоволн.

В последнее  время был предложен комплексный  подход к расчету поля волны, в  котором были совмещены статистические и детерминистские методы. Влияние объектов, далеко отстоящих от абонентских радиостанций, оценивалось статистическим методом, а влияние ближних объектов, создающих зоны радиотени, — детерминистским.

Все вышеизложенное позволяет говорить о заметном прогрессе  в понимании сложного механизма  распространения радиоволн в  различных условиях и об отражении этого прогресса в современных методах расчета поля. 

 

Цели  курсовой работы:

    1. Получить навыки в оценке обстановки  распространения радиоволн, самостоятельном  поиске моделей, с помощью которых  необходимо проведение расчётов  и оценки полученных результатов  на вопрос достаточности для  предоставления качественных услуг  связи в точке приёма.

    2. Получение навыков в применении  математического аппарата (MathCad) при реализации расчётов и графического предствления моделей.

Методика  выполнения расчёта

    Расчёт  общего затухания радиосигнала производится детерминистским методом, при использовании  которого отдельно производится расчёт каждого участка местнорсти со сходнвыми условиями распространения. Суммарное затухание и будет являться затуханием в исследуемой точке приёма радиосигнала.

    Перед выполннеием расчётов необходимо изучить 10-13 главы конспекта лекций «Системы подвижной радиосвязи антенно-фидерные устройства и распространение радиоволн» по дисциплине: «Распространение радиоволн и антенно-фидерные устройства в системах подвижной радиосвязи» для студентов, обучающихся по направлению 210400 «Телекоммуникации».

Рис. 1а  Трасса распространения радиосигнала

    Основные  методики расчётов размещены в «Справочнике по расчётам потерь распространения  в системах подвижной радиосвязи», являющимся методическими указаниями для проведения практических занятий  по дисциплине: «Распространение радиоволн  и антенно-фидерные устройства в  системах подвижной радиосвязи»  для студентов, обучающихся по направлению 210400 «Телекоммуникации».

    В таблице 1 даны исходные данные для  проведения расчётов уровня затухания, при и этом высоты подвеса даны в метрах, протяжённости участков однотипныой местности в метрах, угол прихода волны в градусах, а именно:

- высота подвеса антенны базовой  станции, [м];

- высота размещения антенны  абонентской радиостанции, [м];

- средняя высота городских  зданий, [м];

- средняя высота деревьев  лесной зоны, [м];

- протяжённость городской части  участка трассы, [км];

- протяжённость 1-го участка  водной глади, [км];

-  протяжённость лесной части  трассы, [км];

- протяжённость 2-го участка  водной глади, [км];

- протяжённость участка сельской  местности, [км];

- средняя ширина улицы в  городской части трассы, [м];

- среднее расстояние между  зданиями в городской части  трассы, [м];

- угол прихода волны в городской  счасти  трассы, [град];

- частота радиосигнала передатчика, [МГц].

    Таблица 1

Исходные  данные для проведения расчёта

Задание на выполнение работы: 

1. Используя  соответсвующий вариант набора исходных данных рассчитать уровень затухания сигнала для абонента в точках его приёма: D и F (рис.1а и 1б).

2. Обосновать  выбор и использование моделей  расчёта.

3. Представить  графическое (в MathCad)  сравнение различия в уровне затухания радиосигнала в различных средах: город, пригород, лес, водная гладь, лес. Ось абсцисс -  затухание в дБ (до 100…150 дБ), ось ординат – протяжённость трассы в м (до 3000…5000 м).

4. Обосновать  отсутствие или наличие необходимого  уровня доступа в сеть сотовой  подвижной радиосвязи (для стандарта  GSM)  в точках D и F. 

 

1. Обоснование выбора моделей расчёта  для участков трасс. Описание выбранных  моделей.

 

Для абонента в точке  D 
 

    Рис. 2 Схематическое представление радиотрассы до абонента в точкеD 

Модел COST 231 – Хата

справедлива при следующих условиях:

- диапазон частот f: 1500÷2000 МГц;

- высота базовой  станции Hb: 30 - 200 м;

- высота подвижной  станции Hm: 1 - 10 м;

- расстояние  d : 1 - 20 км. 

Затухание над городом

Для расчета  затухания радиосигнала для абонента в точке D  использовалась модель COST 231-Хата для участка город так  как она наиболее удовлетворяет  значениям данного варианта.

Так как город  не создает прямого препятствия  для затухания, то расчет введется по модели для сельской местности: 

 

Затухание над водой 

Проведённые  экспериментальные исследования распространения  радиоволн сотовой связи над  водной гладью показали, что их затухание  над водоёмами, разделяющими населённые пункты на части, значительно отличаются от затухания в свободном пространстве и, тем более, над городской частью города.

Экспериментально полученные данные аппроксимируются зависимостью:

  

где - (above water – над водой) потери передачи в УВЧ диапазоне над водной гладью, дБ, - рабочая частота, МГц, - дистанция от передатчика базовой станции до приёмника абонентской радиостанции, км.

В расчете используется формула без первого коэффициента, что бы исключить повторный учет затухания радиосигнала в антенном тракте:

 
 

Затухание над лесом(1) 

Для расчета  затухания радиосигнала использовалась модель «COST 231-Хата для сельской местности», потому что она наиболее подходит для расчета затухания над лесной зоной, так как радиотрасса в этих условиях схожа с сельской местностью.

Первый участок  леса не создает препятствия для  сигнала. Поэтому используется модель для сельской местности без учета  первого коэффициента: 

 

Затухание над лесом (2)

При исследовании затухания радиосигнала за счёт ДН в зимний период древесные насаждения рассматривались как сложная  структура, представляющую собой вертикально  ориентированную в пространстве слоистую структуру. Смоделирован уровень затухания радиосигнала методом сравнения площадей, встающих на пути движения радиоволн и препятствующих их распространению в различные сезоны. Исходя  из того, что погонный коэффициент затухания в листве в летний период известен. Разница затухания радиосигнала сотовой связи в ветвях получена по сравнению с листвой оказалась меньше приблизительно в 5 раз. Отсюда:

    

Второй участок  леса создает препятствие, поэтому  расчет был по погонному коэффициенту с учетом погодных условий. В данном расчете использовался погонный коэффициент для зимы.

α(1800)=0.0648  дБ/м

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Для абонента в точке  F

Рис. 3 Схематическое представление радиотрассы до абонента в точке F 

Затухание над городом

Для расчета  затухания радиосигнала для абонента в точке F  использовалась модель COST 231-Хата для участка город так как она наиболее удовлетворяет значениям данного варианта.