Дюсенов Е., группа дау002с., Сро №4 Технические концепции построения систем бс

Типовая модель сухопутной системы подвижной радиосвязи PCS, или линии передачи сотовой системы, включает в себя высокоподнятую антенну (или несколько антенн) базовой станции и относительно короткий участок распространения по линии прямой видимости (LOS) (см.рисунок 8).

Рисунок 8 - Среда распространения радиоволн

Присутствуют также множество трасс с переотражением (т.е. непрямой видимости — NLOS) и одна или несколько подвижных антенн, установленных на автомобиле или (более общий случай) в приемопере­датчике подвижной или носимой радиостанции. В большинстве случаев имеет место неполный участок распространения радиоволн в пределах прямой видимости между антенной базовой станции, или точкой досту­па, и антеннами подвижных радиостанций из-за естественных и искусственных препятствий смотри на рисунке  8.

При таких условиях трасса радиопередачи может моделироваться как случайным образом изменяющаяся трасса распространения. В иллюстративном примере (см.рисунок 8) антенна базовой станции расположена на высоте 70 м, т.е. на крыше самого высокого здания. Прямая LOS трасса с распространением в свободном пространстве (does) пролегает между базовой антенной и первым зданием. Из-за его влияния на прямой трассе do вносится затухание. Расположенные в отдалении возвы­шенности отражают сигналы. Отраженные задержанные сигналы при приеме могут иметь мощность, сравнимую с мощностью ослабленных сигналов прямой трассы.

Во многих случаях может существовать более одного пути распространения радиоволн, и эта ситуация называется многолучевым распространением. Трасса рас­пространения изменяется при перемещениях подвижного объекта, базового оборудования и/или движения окружающих предметов и среды.

Даже малейшее, самое медленное перемещение приводит к изме­нению во времени условий многолучевого распространения и, как след­ствие, к изменению параметров принимаемого сигнала. Предположим, например, что абонент сотовой системы находится в автомобиле на стоянке вблизи оживленной скоростной автострады.

Хотя абонент относительно неподвижен, часть окружающей среды движется со скоростью 100 км/час. Автомобили на автостраде становятся «отражателями» радиосигналов. Если во время передачи или приема этот абонент также движется (например, со скоростью 100 км/час), то параметры случайным образом отраженных сигналов изменяются с большей скоростью. Скорость изменения уровня сигнала часто описывается доплеровским рассеянием.

Распространение радиоволн в подобных условиях характеризуется тремя, частично самостоятельными эффектами, известными как замирания из-за многолучевости распространения, затенение (или экранирование) и потери при распространении. Замирания из-за многолучевости описываются через замирания огибающей (независящие от частоты изменения амплитуды), доплеровское рассеяние (селективный во времени, или меняющийся во времени, случайный фазовый шум) и временное рассеяние (изменяющиеся во времени длины трасс рас­пространения отраженных сигналов вызывают временные изменения са­мих сигналов). Временное рассеяние приводит к появлению частотно-селективных замираний.

Когда приемник, передатчик или окружающая среда даже незначительно перемещаются, эффективное перемещение превышает несколько сотых длины волны. Например, в системах радиосвязи диапазона 2 ГГц длина волны равна 15 см. Таким образом, если приемник перемещается лишь на расстояние 1,5 см, он смещается на 1,5/15=0,1 длины волны. Перемещение на расстояние, большее, чем несколько сотых длин волны, может вести к флюктуациям огибающей.

Замирания на трассе можно разделить на долговременные или усредненные замирания и кратковременные или быстрые замирания из-за многолучевости. После того как быстрые замирания из-за многолучевости устраняются усреднением на интерва­ле нескольких сотен длин волн, остается еще неселективное затене­ние. Причиной затенения являются в основном особенности рельефа местности вдоль трассы распространения радиосигналов сухопутных по­движных систем. Это явление вызывает медленные изменения средних значений параметров релеевских замираний. Хотя для затенения не име­ется подходящей математической модели, наилучшим образом соответствующей экспериментальным данным в типичном го­родском районе, признано лог-нормальное распределение с дисперси­ей от 5 до 12 дБ.

Для двух антенн, разнесенных друг от друга на r метров, с коэф­фициентом усиления передающей антенны:

GT=4πA/λ^2,

и коэффициентом усиления приемной антенны:

GR=4πA/λ².

формула для потерь при распространении в свободном пространстве принимает следующий вид:

Полагаем, что P_R = P_Rmin представляет собой минимальную мощность несущей, которая приводит к приемлемому, или «пороговому», значению вероятности ошибки на бит. Для речевой связи в качестве «приемлемой, или пороговой, характеристики» часто принимается BER = 3×10^-2 при передаче без кодирования и предварительной обработки. Тогда радиус зоны уверенного приёма:

где dmax выражено в метрах.

Коэффициент усиления системы является полезным показателем для оценки характеристик системы, так как объединяет много параметров, представляющих интерес для проектировщиков систем радиосвязи. Пороговая чувствитель­ность приемника — это минимальная принимаемая мощность, необходи­мая для достижения приемлемого уровня характеристик, таких как мак­симальное значение вероятности ошибки на бит (BER). Коэффициент усиления системы должен превышать или, по крайней мере, быть рав­ным сумме коэффициентов усиления и внешних по отношению к аппара­туре потерь.

Для прогнозирования средних потерь при распространении используются эмпирические модели, основанные на всесторонних натурных измерениях. Трасса пролегает от антенны базовой станции до антенны подвижного объекта. Экспериментальные кривые для потерь при распространении получаются измерением уровня мощности принятого сигнала и вычитанием из мощности переданного сигнала. Например, если мы имеем всенаправленные антенны с коэффициентами усиления, равными 1, передаваемая мощность равна + 30 дБм и в некотором месте принимаемая мощность несущей PR = - 105 дБм, тогда потери при распространении:

Lp = PТ - PR = + 30 дБм – ( -105 дБм) =135 дБм.

Поскольку PТ и PR выражены в одних и тех же единицах, то потери Lp могут быть выражены в децибелах.

где r – расстояние между антеннами базовой и подвижной станции, км.

где а(h_m)=[1,1∙lg(f₀)-0,7]∙h_m-[1,56∙lg(f₀)-0,8] – для средних и малых городов;

- а(h_m)=3,2[lg(11,75∙h_m)]² -4,97 – для крупных городов.   

Данной формулой можно пользоваться, если выполняются следу­ющие условия:

-   fо: от 150 до 1500 МГц;

-   hb: от 30 до 200 м; возможно расширение диапазона (от 1,5 до 400 м);

-   hm: от 1 до 10 м;

-   r: от 1 до 20 км; возможно расширение диапазона (от 2м до 80 км).