Определение зоны покрытия трехсекторной БС с помощью моделей предсказания, учет потерь при распространении радиоволн

Этот пункт является одним из наиболее важных этапов территориального планирования сети. Основу территориального планирования составляет энергетический расчет, в процессе которого определяется архитектура сети и ее пространственные координаты с учетом качества принятого сигнала и информационной нагрузки. Радиосвязь между BС и любой MС в случайный момент времени будет обеспечена в случае, если энергия полезных сигналов в местах приема будет превышать энергию помех.

Заданное качество принятого сигнала зависит от мощности передатчика, некоторых коэффициентов, характерных для системы связи, чувствительности приемника и определяется уравнением передачи. В общем виде уравнение передачи имеет вид

(3.1)

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

РПРД – мощность передатчика;

ηФПРД, ηФПРМ – КПД передающего и приемного фидеров;

GАПРД, GАПРМ – коэффициенты усиления передающей и приемной антенн;

ξП, ξС – коэффициенты согласования антенн (передатчика и приемника) с радиосигналом по поляризации;

LΣ – суммарное затухание радиоволн на трассе.

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

(3.2)

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

Типовая модель сухопутной системы подвижной радиосвязи, или линии передачи сотовой системы, включает в себя высокоподнятую антенну (или несколько антенн) базовой станции и одну антенну в приемопере­датчике мобильной радиостанции. Существует относи­тельно короткий участок распространения радиоволн по линии прямой видимости между БС и МС (LOS). В большинстве случаев имеет место неполный участок распространения радиоволн в пределах прямой видимости между антенной базовой станции и антеннами мобильных (подвижных) радиостанций из-за естественных и искус­ственных препятствий. Присутствуют также множество трасс с переотражением (т.е. непрямой видимости – NLOS). Это происходит потому, что, используемые в системах сотовой связи (ССС) дециметровые радиоволны слабо огибают ирепятствия, т. е. распространяются, в основном, по прямой, но испытывают многочисленные отражения от окружающих объектов и подстилающей поверхности. Кроме этого на трассе распространения радиоволн присутствуют объекты, поглощающие радиоволны. При таких условиях трасса радиопередачи, может моделироваться как случайным образом изменяющаяся трасса распространения.

Распространение радиоволн зависит от следующих факторов:

- положения антенны передающей радиостанции;

- рельефа местности;

- типа поверхности земли, на которой размещается система связи.

Положение антенны базовой станции определяется разработчиком системы связи. При этом учитываются возможности территории, на которой предполагается размещать антенну. Если поблизости имеется высокий дом, опора (осветительная для прожекторов на стадионе, телевизионная и т. п.), то размещение на этих объектах антенны БС сэкономит значительные средства.

Знание рельефа местности (по картам) позволит избежать установки антенны БС в таких неподходящих местах, как низина, относительно ровный участок, перед которым находится холм, гора и пр.

Типы поверхности земли принято определять в соответствии с классификацией, так как величина затухания сигнала меняется в зависимости от вида объектов, находящихся на пути распространения радиоволн. При этом, участки с очень малым числом препятствий, таких как деревья или строения принято считать открытой местностью. Участки с одноэтажными домами, небольшими строениями, парковые зоны принято считать пригородной зоной. Участки, плотно застроенные многоэтажными домами и высотными зданиями, относят к городским районам.

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

. (3.3)

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 (север, юго-запад и юго-восток). Если величина экрана не будет превышать радиус первой зоны Френеля, то напряженность поля сигнала в месте приема будет практически соответствовать напряженности поля на открытой трассе.

Если же величина экрана будет больше радиуса первой зоны Френеля, то, необходимо поменять местоположение антенны БС или поднять ее (на разумную высоту) так, чтобы экран оказался меньше радиуса первой зоны Френеля.

Для Алматы, как города, расположенного в условиях пересеченной местности, вероятность экранирования трассы распространения радиоволн весьма велика. Поэтому, при необходимости, определить радиус первой зоны Френеля можно по /17/.

Для выполнения этих условий по карте /18/ находим здание (не жилой дом), удовлетворяющий условиям для размещения антенны БС.

Затем по карте /19/ находим указанный в задании район города и местоположение здания, на котором будем размещать антенну БС. Строим в трех направлениях рельеф местности. На рельефе указываем высоты для следующих точек местности: первая точка – точка расположения антенны БС; следующие точки выбираем через 3 км для стандарта GSM-900 в каждом направлении и через 1,5 км для стандарта GSM-1800 в каждом направлении. Получим по 6 точек в каждом направлении, соединив которые плавной линией, определим в соответствующем направлении рельеф местности.

График для определения поправки, учитывающей рельеф местности, приведен на рисунке 1. Определение колебания уровня местности Dh, показано на рисунке 1а. Когда Dh отличается от 50 м в ту или другую сторону, следует вносить поправки, определяемые по графикам рисунка 1б и рисунка 1в. Коэффициент L_рел определяем, интерполируя между графиками рисунка 1б и рисунка 1в для r<100 км.

Для примера определим поправку, учитывающую рельеф местности при Dh=20 м, L_РЕЛ =-6 дБ.

Для выполнения второго условия

Рисунок 1 - График для определения поправки, учитывающей рельеф местности

Определив из (3.3) потери распространения для соответствующего типа местности L_Р, можно приступить к определению радиуса зоны покрытия базовой станции.

При этом следует помнить, что все модели предсказания потерь при распространении сигналов для различных типов местности устанавливают зависимость между величиной этих потерь и следующими величинами:

- – частотой, на которой работает система связи (обычно средняя);

- – высотой подвеса антенны базовой станции;

- – высотой положения над землей антенны мобильной станции;

- – радиусом зоны покрытия базовой станции;

- некоторыми другими параметрами, характерными для данной модели предсказания.