Метод координационных колец

Этот метод часто применяется для решения задачи планирования передающей сети на территории, на которой уже действует некоторая передающая сеть. При этом очевидно, что известными являются географические координаты и технические параметры оборудования действующей сети. Для планируемых передатчиков также определяют географические координаты и эффективную высоту поднятия антенны. В процессе решения задачи оптимизации выбираются частотные каналы, при которых минимизируется уровень взаимных помех в сети. Очевидно, что данный частотный канал не назначается данному передатчику в трех случаях:

- если данный канал несовместим с действующим или уже присвоен действующему передатчику, расположенному в одном пункте с планируемым передатчиком;

- если существует хотя бы один действующий или планируемый передатчик, который не располагается в одном пункте с рассматриваемым, создающий помеху по данному каналу (соседнему или совмещенному), которая превышает допустимый уровень;

- если планируемое данному передатчику частотное присвоение может привести к созданию недопустимой помехи хотя бы одному действующему или планируемому передатчику с уже назначенным частотным каналом.

Во втором и третьем случае взаимодействие передатчиков оценивается с помощью коэффициента взаимного влияния (КВВ), который показывает, насколько изменяются радиусы зон вещания передающих станций относительно максимальных радиусов этих зон вследствие воздействия взаимных помех. Оптимальное применение ресурсов передатчика и эффективное использование спектра определяется из условия

δ ≤ КВВ ≤ ε , (5)

где величины δ и ε задаются эмпирически. Если ε < КВВ, то снижается эффективность использования спектра. Если КВВ < δ, то уровень взаимных помех считается недопустимо высоким.

Пусть частотный канал К присвоен некоторому передатчику А1. Тогда вокруг него выделяется некоторое множество передатчиков, которым критерий (5) запрещает назначить канал К ввиду сильных взаимных помех с передатчиком А1. Территория, на которой расположены эти передатчики по форме является кругом (см. рис. 4.). В его центре возникает меньший круг, находящимся в нем передатчикам нельзя присваивать не только канал К, но и соседние К ± 1 каналы (на рис. 4 это передатчики А2, А3 и А4. Любому же из оставшихся вне этого круга передатчиков этот частотный канал назначать можно. Передатчики, образующие с передатчиком А1 оптимальные пары, расположены на территории кольца с центром в точке А1 (это передатчики А5 – А12). Размеры всех кругов на рис. 4 определяются критерием (5). Одному из передатчиков А13- А15 вновь может быть назначен К-ый канал. Аналогично можно распределить каждый частотный канал, предварительно сформировав координатные кольца вокруг действующих передатчиков.

Рис. 4. Координационные кольца

Таким образом, метод координационных колец позволяет решить задачу оптимального планирования предающих сетей радиосвязи с учетом всех ограничений действующей сети. В настоящее время разработаны эффективные алгоритмы и программы, позволяющие автоматизировать решение этой задачи.

Глава 13. МЕТОДЫ ЧАСТОТНОГО ПЛАНИРОВАНИЯ СЕТЕЙ СУХОПУТНОЙ ПОДВИЖНОЙ СВЯЗИ

Модель Окамура-Хата

При планировании системы радиосвязи с подвижными объектами возникает необходимость в определении зоны обслуживания базовой станции (БС), в которой будет обеспечена связь с заданным качеством и надежностью. Также важным является определение минимально допустимого расстояния между БС, которые используют одни и те же частотные каналы, при котором уровень допустимых помех не будет превышать некоторого допустимого уровня.

Для расчета зон обслуживания БС и минимально допустимого расстояния между ними необходимо учитывать следующие параметры:

- мощности передатчиков БС и абонентских станций (АС);

- параметры антенно-фидерного тракта приемо-передающей аппаратуры;

- уровень внешних шумов на входе приемника и его чувствительность;

- статистические закономерности распространения радиоволн в условиях пересеченной местности и городской застройки;

- параметры радиоканала связи (характер местности, степень урбанизации и т.д.);

-электрические параметры применяемой аппаратуры (рабочая частота, тип модуляции, ширина полосы пропускания приемника и т.д.);

- системные параметры систем связи с подвижными объектами (ССПО) (наличие интермодуляционных помех, интенсивность телефонной нагрузки, характер повторного использования частоты и т.д.).

Рассмотренные параметры определяются стандартами ССПО, которые используются операторами систем подвижной связи в России. Кроме того, необходимо учитывать условия распространения радиоволн в городе и пригородах. В ССПО связь осуществляется между стационарной БС и подвижным абонентским терминалом, при этом параметры линии связи (или канала связи) непрерывно изменяются. Поэтому при описании поведения сигналов, распространяющихся в городских пригородных условиях, пользуются статистическими методами. Расчет среднего уровня потерь осуществляется на основании эмпирической модели Окамура-Хата. В этом случае местность представляется как квазиплоская. Рельеф местности и здания вызывают экранирование и дифракцию сигнала, что приводит к изменениям его уровня относительно некоторого среднего значения (медленные замирания), которые подчиняются логнормальному закону (или гауссовскому закону – в дБ). Здания и холмы, располагающиеся вблизи точки приема вызывают явление многолучевого распространения, в результате чего происходят так называемые быстрые замирания уровня сигнала, которые подчиняются вероятностному закону распределения Релея.

Модель Окамура-Хата является аналитически-эмпирической, т.к. в ней используются аналитические выражения, полученные в результате аппроксимации эмпирических кривых. Она позволяет получать достаточно точные значения медианных потерь на сухопутных трассах при следущих ограничениях:

- частота сигнала от 100 до 1500 МГц;

- дальность связи от 1 до 1000 км;

- высота подъема антенны БС от 30 до 200 м;

- высота подъема антенны АС от 1 до 10 м.

В модели применяется следующая классификация типов местности:

- крупные города с большим числом высоких зданий и оживленным движением автотранспорта;

- небольшие и средние города с плотной застройкой и с отдельными высокими зданиями и интенсивным дорожным движением;

- пригород со строениями дачного типа а также подсобными строениями (склады, хранилища и т.п.) и умеренным движением автотранспорта;

- сельская (открытая местность) в виде незастроенной земли с небольшими далеко отстоящими друг от друга группами невысоких строений.

В соответствии с этой моделью затухание сигнала (в дБ) при распространении в городских районах определяется формулой: дБ, (1),

где f – рабочая частота, МГц; h_БС и h_АС – высоты подъема антенн БС и АС, соответственно м;

R – дальность связи, км;

а(h_АС) – поправочный коэффициент, используемый при высоте антенна АС, отличной от эталонной (она равна 1,5 м), который определяется следующими выражениями:

для города средних размеров:

; (2)

для крупного города:

. (3)

В соответствии с этой моделью затухание сигнала (в дБ) при распространении в пригородных районах определяется формулой:

, дБ, (4)

а при распространении в сельской местности:

, дБ. (5)

В выражениях (4) и (5) величина L определяется формулой (1).

Размеры зоны покрытия БС будут определяться дальностью связи между АС и БС, которая получается в результате решения следующего уравнения:

(6)

Где:

Р_ПРД – мощность передатчика, Вт;

α_ПРД – погонное затухание в фидере ПРД, дБ/м;

ℓ_{Ф ПРД} - длина фидера антенны ПРД;

В_{Д ПРД} – потери в дуплексере ПРД, дБ;

В_К – потери в комбайнере (устройстве сложения), дБ;

G_ПРД – коэффициент усиления передающей антенны БС в направлении связи, дБ;

В_Т – дополнительные потери сигнала при работе с портативной АС, дБ (для большинства типов АС В_Т = 3 дБ);

В_Э – дополнительные потери сигнала при приеме на АС, находящуюся в здании или автомобиле (В_Э = 8 дБ для автомобиля и В_Э = 15 дБ для здания).

Основным условием обеспечения связи будет необходимость превышения уровня мощности полезного сигнала на входе приемной антенны минимально необходимого уровня мощности (Р_{ПС МИН}), определяемого по формуле:

дБ (7)

где Р_ПРМ – чувствительность приемника, дБВт;

α_ПРД – погонное затухание в фидере ПРМ, дБ/м;

ℓ_{Ф ПРД} - длина фидера антенны ПРМ;

В_{Д ПРМ} – потери в дуплексном фильтре ПРМ;

G_ПРМ – коэффициент усиления приемной антенны АС в направлении связи, дБ;

К_МШУ – коэффициент усиления антенного тракта приема, дБ;

R_ПРМ – входное сопротивления приемника, Ом.

В системах сухопутной подвижной связи для повышения вероятности обеспечения связи создается дополнительный запас уровня мощности сигнала на входе приемной антенны Р_{ПС доп}, определяемый выражением:

, дБ (8)

где k_ТР – коэффициент логнормального закона, обеспечивающий требуемую надежность связи t (0 ≤ t ≤ 1), определяемый из решения уравнения:

, (9)

Некоторые значения k_тр и S(k_тр) приведены в таблице 1.

Таблица 1.

σ – обобщенное значение стандартного отклонения сигнала по месту и по времени, определяемое из формулы:

, (10)

σ_d – стандартное отклонение сигнала по месту, зависящее от степени неровности местности Δh. Степень неровности местности определяется исходя из профиля местности в направлении связи как разность между высотами h(90%) и h(10%) местности на трассе, превышаемые в 90% и 10% точек профиля соответственно. Параметр Δh может быть ориентировочно определен из таблицы 2.

Таблица 2.

Для расстояний свыше 10 км и для диапазона частот 300…3000 МГц стандартное отклонение сигнала по месту (σ_d) определяется по формуле:

, дБ. (11)

Для расстояний меньше 10 км и для диапазона частот 300…3000 МГц стандартное отклонение сигнала по месту (σ_d) определяется по формуле:

, дБ. (12)

Стандартное отклонение сигнала по времениσ_t зависит от дальности связи и при дальности, меньшей 100 км определяется по формуле:

, дБ. (13)

Таким образом, для того чтобы мощность полезного сигнала на входе приемной антенны Р_ПС, определяемая по (6), превышала бы минимальную мощность этого сигнала Р_{ПС мин}, определяемую по (7) исходя из чувствительности приемника с заданной вероятностью, необходимо выполнение условия:

, дБ. (14)

13.2. Частотное планирования сетей сотовой подвижной связи

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: