Расчет зоны покрытия базовой станции стандарта GSM эмпирическими методами в районе г. Алматы

-   : от 150 до 1500 МГц;

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

-   : от 1 до 10 м;

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

Определим радиуса зоны покрытия базовой станции и мобильной станции:

 м – высота антенны базовой станции

 м – высота антенны мобильной станции  

 

1. От  БС к МС:

 

МГц

 

1.1 Сектор А - 0º:

км

 

1.2 Сектор В - 120º:

км

1.3 Сектор С - 240º:

км

2 От МС к БС:

 

МГц

2.1 Сектор А - 0º:

км

2.2 Сектор В - 120º:

км

2.3 Сектор С - 240º:

км

 

Результаты  расчета сведем в таблицу 5.

 

Т а б л  и ц а 5 – Результаты расчётов модели Окомура и Хата

Направление сектора  БС относительно СП, град.	Потери при  распространении, LP, дБ		Ожидаемое расстояние между БС и МС, км	Ожидаемое расстояние между МС и БС, км
	БС-МС	МС-БС
Сектор А - 0º	127,7	145,7	1,164	4,028
Сектор В - 120º	117,2	135,2	0,577	1,995
Сектор С - 240º	129,7	147,7	1,333	4,605

 

 

 

 

 

 

 

3 Модель Волфиша-Икегами (WIM)

 

Потери распространения  для соответствующего типа местности  показывают, что  уровень сигнала заметно флуктуирует из-за изменения высоты зданий, ширины улиц, характера местности. Поэтому, определив радиус зоны покрытия БС по модели, указанной в задании, необходимо повторить расчет радиуса зоны покрытия, используя модель Волфиша-Икегами (WIM), нашедшую еще  более широкое применение в области мобильных технологий. Модель WIM используется при расчете затухания в городской среде.

Модель может  применяться в случаях, когда  антенна базовой станции расположена  как выше, так и ниже линии уровня крыш городской застройки. В совокупность эмпирических факторов, учтенных расчетной формулой входят высоты антенн базовой и подвижной станций, ширина улиц, расстояния между зданиями, высота зданий и ориентация улиц относительно направления распространения сигнала.

В модели WIM различают два случая  LOS (прямая видимость)  и NLOS  (non-line-of-sight, т.е. в случае непрямой видимости). В случае LOS, если на прямой распространения сигнала от передатчика и приемника нет заграждений, то WIM-модель описывается уравнением:

 

                            (12)

 

Потери в  свободном пространстве:

 

                                      (13)

            (14)

где d_m – расстояние в метрах.

Параметры, также  используемые в NLOS WIM:

h_b- высота антенны базовой станции(40-50 м  от земли);

h_m- высота антенны абонента (1-3 м от земли);

h_B- высота зданий;

– высота антенны базовой  станции от уровня крыш;

b- расстояние между зданиями (20-50 м);

ω-ширина улиц (обычно b/2);

 

Теперь рассмотрим несколько вариантов в случае NLOS WIM.

:

   (15)

:

             (16)

:

 (17)

 

Как правило, городские  районы застроены разновысокими зданиями. Ширина улиц и расстояние между зданиями также колеблются в широких пределах. Поэтому при расчете по модели WIM принимаем несколько условий:

1 высота одного  этажа в жилом здании принимается  равной 3 м;

2 в одноэтажных  жилых зданиях высота неплоской крыши принимается равной 2 м;

3 расстояние  между  одноэтажными зданиями не менее 5 м;

4 ширина улиц, застроенных одноэтажными домами  не менее 10 м;

5 расстояние  между многоэтажными зданиями  принимается равной 20м;

6 ширина улиц, застроенных многоэтажными зданиями принимается равной 20 м;

7 высота одного  этажа в офисном учебном и  т. п. помещении принимается  равной 3,5 м;

8 высота одного  этажа промышленного предприятия  принимается равной 7,5 м.

Следовательно, необходимо знать процент застройки района, в котором размещается антенна БС, зданиями различного типа. На основании этого определяется средняя высота зданий, среднее расстояние между зданиями и средняя ширина улиц для всего района, определенного в задании.

Высоту здания, на котором будет размещена  антенна БС, усреднять не рекомендуется. Зная высоту этого здания и высоту положения антенны БС в соответствии с заданием, можно определить  – высоту антенны базовой станции от уровня крыш.

 м

 м

 м

м

м

м

 м

LOS:

 

NLOS:

 

1. От  БС к МС:

 

МГц

 

1.1 Сектор А - 0º:

 

LOS:

 

 

NLOS:

 

1.2 Сектор В - 120º:

 

LOS:

 

 

_NLOS:

 

 

1.3 Сектор С - 240º:

 

LOS:

 

 

_NLOS:

 

 

 

2. От  МС к БС:

 

МГц

2.1 Сектор А - 0º:

 

2.2 Сектор В - 120º:

 

2.3 Сектор С - 240º:

 

Результаты  расчета сведем в таблицу 6.

 

 

 

Т а б л  и ц а 6 – Результаты расчётов модели Волфиша-Икегами (WIM)

Направление сектора БС относительно СП, град.	Потери при  распространении, LP, дБ		Ожидаемое расстояние между БС и МС, км	Ожидаемое расстояние между МС и БС, км
	БС-МС	МС-БС
Сектор А - 0º	127,7	145,7	1,312	4,035
Сектор В - 120º	117,2	135,2	0,694	2,136
Сектор С - 240º	129,7	147,7	1,481	4,555

 

По произведенным  расчетам представим зоны покрытия БС и МС.

 

 

Рисунок 8 – Зона покрытия БС, рассчитанная с помощью модели Окомура и Хата

 

 

Рисунок 9 – Зона покрытия БС, рассчитанная с помощью модели Волфиша-Икегами (WIM)

 

Рисунок 10 – Зона покрытия МС, рассчитанная с помощью модели Окомура и Хата

 

 

Рисунок 11 – Зона покрытия МС, рассчитанная с помощью модели Волфиша-Икегами (WIM)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

В ходе выполнения данной курсовой работы мной была определена зона покрытия БС стандарта GSM, расположенной в центральном районе города Алматы, эмпирическим методом. Также было рассчитано покрытие МС двумя методами.

Модель Окумуры-Хаты – наиболее известная и используемая модель предсказания, позволяет оценить размер зон обслуживания соты системы подвижной связи по уровню затухания сигнала, но не проводит оценку зависимости уровня сигнала от рельефа местности, погодных условий, времени суток, уровня помех.

Модель Волфиша-Икегами рассчитана на плоское основание города, из-за чего она не применима для городов с сильной неравномерностью рельефа. Модель может применяться в случаях, когда антенна базовой станции расположена как выше, так и ниже линии уровня крыш городской застройки. В совокупность эмпирических факторов, учтенных расчетной формулой входят высоты антенн базовой и подвижной станций, ширина улиц, расстояния между зданиями, высота зданий и ориентация улиц относительно направления распространения сигнала.

По полученным вычислениям видно, что результаты расчетов зон покрытия базовой и  мобильной станции двумя методами приблизительно одинаковы, что подтверждает справедливость использования двух рассмотренных методов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список  литературы

 

1  Агатаева Б. Б., Сарженко Л. И. Мобильные телекоммуникации и цифровые системы передачи. Методические указания и задания к выполнению курсовой работы для студентов всех форм обучения специальности 5В0719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации. – Алматы: АИЭС, 2010. –18 с.

2 Бабков В.Ю., Вознюк М.А., Дмитриев В.И. Системы  мобильной связи / СПб ГУТ. –  СПб,1999. – 330с.     

3 Веселовский К. Системы подвижной радиосвязи / Пер. с польск. И.Д.Рудинского; под ред. А.И.Ледовского.—М.: Горячая линия – Телеком, 2006. – 536с.

4 Печаткин А. В. Системы мобильной связи. Часть 1.- Рыбинск: РГАТА, 2008.

5 Коньшин С.В., Сабдыкеева Г.Г. Теоретические  основы систем связи с подвижными  объектами: Учебное пособие. –  Алматы: АИЭС, 2002.

6 Коньшин  С.В. Подвижные телекоммуникационные радиосистемы: Учебное пособие. - Алматы: АИЭС, 2003.

7 Сайт http://earth.google.com

8 Сайт http://s09.kz