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

Некоммерческое  акционерное общество

«Алматинский  УНИВЕРСИТЕТ энергетики и связи»

Кафедра телекоммуникационных систем

 

 

 

 

Мобильные телекоммуникации и цифровые системы передачи

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

на тему: «Расчет зоны покрытия базовой станции стандарта GSM эмпирическими методами в районе г. Алматы»

 

 

 

 

Специальность: 5B0719 - Радиотехника, электроника и телекоммуникации

 

Выполнил: Веселков А.   № зач.кн. 083301  Группа МТС-08-04

Руководитель: ст. пр. Гладышева Н.Н.

___________________________ «____»____________________________2012г

 

 

 

 

 

Алматы 2012

Содержание

 

Введение	3
Задание к работе и исходные данные	4
1 Определение  зоны покрытия трехсекторной  БС с помощью моделей предсказания, учет потерь при распространении  радиоволн	6
2 Модель Окомура  и Хата	12
3 Модель Волфиша-Икегами (WIM)	15
Заключение	22
Список литературы	23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Сотовая связь - один из видов мобильной радиосвязи, в основе которого лежит сотовая сеть. Ключевая особенность заключается в том, что общая зона покрытия делится на ячейки (соты), определяющиеся зонами покрытия отдельных базовых станций (БС). Соты частично перекрываются и вместе образуют сеть. На идеальной (ровной и без застройки) поверхности зона покрытия одной БС представляет собой круг, поэтому составленная из них сеть имеет вид сот с шестиугольными ячейками (сотами).

Сеть составляют разнесённые  в пространстве приёмопередатчики, работающие в одном и том же частотном диапазоне, и коммутирующее  оборудование, позволяющее определять текущее местоположение подвижных абонентов и обеспечивать непрерывность связи при перемещении абонента из зоны действия одного приёмопередатчика в зону действия другого. 

В 1968 г. Y.Okumura была предложена эмпирическая модель распространения радиоволн, основанная на результатах измерений, проведенных в нескольких районах г.Токио (Япония). Первоначально модель представляла собой набор кривых распространения для различных частот излучения и типов местности. В 1980 г. M.Hata, исследуя модель Окумуры, аппроксимировал кривые распространения математическим выражением. Это выражение теперь известно как модель Окумура-Хата. Для инженерных расчетов покрытия БС международный союз электросвязи (МСЭ) рекомендует использовать в качестве одного из возможных методов аппроксимацию Окамуры – Хата.

В данной курсовой работе рассчитывается зона покрытия одной  базовой станции двумя методами – методом Окамуры-Хата и методом  Волфиша-Икегами. В ходе расчетов будет  доказано, что разница в расчетах данными методами невелика.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание к работе и исходные данные

 

При выполнении курсовой работы требуется определить зону покрытия БС стандарта GSM, расположенной в соответствии с заданием в одном из районов г. Алматы, используя два метода:

1 эмпирическую модель  предсказания Окомура-Хата или COST231- Хата, указанные в задании;

2 модель Волфиша-Икегами  (WIM).

Сравнить результаты расчета.

Радиус зоны покрытия определяется в трех направлениях: север, юго-восток, юго-запад.

Необходимо  также определить зону покрытия МС одним из предложенных методов (на выбор). Местоположение МС выбрать в направлении на север от БС на расстоянии 1,5 км от нее.

На чертеже  указать конфигурации зон покрытия БС, полученные различными методами, а  также зону покрытия МС.

 

Т а б л  и ц а 1 – Район ориентировочного местоположения БС

 

Последняя цифра  зачетной книжки, вар.	Район города, ограничен  улицами
1	Центр: Ул. Толе би, пр. Абая, ул. Фурманова, пр. Сейфуллина

 

Высота антенны  мобильной станции (МС) принимается  равной 1,5 м.

 

Т а б л  и ц а 2 – Высота подвеса антенны  БС

 

Предпоследняя цифра зачетной книжки, вар.	0
Высота подъема  антенны БС hБС,м	40
Стандарт GSM	900
Модели расчета	Окомура- Хата

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц  а 3 - Стандартные значения параметров БС и МС

 

Обозначение	Наименование  и единица измерения	Значение
РПРД БС	Мощность передатчика БС, дБВт	13
GПРД БС	К-т усиления передающей антенны БС , дБ	18
fПРД БС	Полоса рабочих  частот передачи БС, МГц	935-960
РПРМ БС	Чувствительность  приемника БС, дБВт	-138
GПРМ БС	К-т усиления приемной антенны БС , дБ	18
fПРМ БС	Полоса рабочих частот приема БС, МГц	890-915
РПРД МС	Мощность передатчика  МС, дБВт	-3
GПРД МС	К-т усиления передающей антенны МС, дБ	0
fПРД МС	Полоса рабочих  частот передачи МС, МГц	890-915
РПРМ МС	Чувствительность  приемника МС, дБВт	-104
GПРМ МС	К-т усиления приемной антенны МС, дБ	0
fПРМ МС	Полоса рабочих  частот приема МС, МГц	935-960

 

Рельеф местности  в зоне обслуживания ∆h_БС системы подвижной радиосвязи определяется по карте местности с учетом расположения трехсекторной антенны К730380 в месте расположения БС.

Коэффициент согласования антенны с радиосигналом по поляризации  (для передатчика и приемника) принимается равным .

КПД передающего  и приемного фидеров принимается  равным .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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

Основу территориального планирования составляет энергетический расчет, в процессе которого определяется архитектура сети и ее пространственные координаты с учетом качества обслуживания и информационной нагрузки. Заданное качество принятого сигнала определяется чувствительностью приемника. В общем виде уравнение передачи может быть представлено как:

 

, (1)

 

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

Р_ПРД – мощность передатчика;

η_ФПРД, η_ФПРМ – КПД передающего и приемного фидеров;

G_АПРД, G_АПРМ – коэффициенты усиления передающей и приемной антенн;

ξ_П, ξ_С – коэффициенты согласования антенн с радиосигналом по поляризации;

L_Σ – суммарное затухание радиоволн на трассе.

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

 

       ₍₂₎

                                                                                                                                  

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

 

          (3)

 

Для БС суммарное  затухание радиоволн на трассе равно:

 

 

Для МС суммарное  затухание радиоволн на трассе равно:

 

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

 

 (4)

 

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).

 

 

Рисунок 1 –  Местоположение БС

Отметим здание, на котором будет устанавливаться базовая станция. Это двенадцатиэтажное жилое здание по адресу пр. Абылай Хана угол ул. Шевченко. Рассчитаем высоту данного здания вместе с антенной:

h=12*3=36 м

Вместе с  антенной: h=36+4=40 метров.

Отметим на карте  расположение МС (рисунок 2)

 

 

Рисунок 2 –  Взаимное местоположение БС и МС

 

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. Получим  по 6 точек в каждом направлении, соединив которые плавной линией, определим в соответствующем направлении рельеф местности.

В данной работе используется трехсекторная антенна, разделим местность на 3 сектора: сектор А - 0º, сектор В - 120º, сектор С - 240º.

 

 

 

Рисунок 3 –  Три сектора местности

 

Т а б л  и ц а 4 – Рельеф местности в  трех направлениях

Расстояние  от БС, км	Высота над  уровнем моря, м
	Север (сектор А)	Юго-восток (сектор В)	Юго-запад (сектор С)
0	850	850	850
3	754	939	799
6	724	969	806
9	696	1056	870
12	674	1063	898
15	664	1287	943

 

 

 

Рисунок 4 – Рельеф местности в направлении к северу от БС

 

 

Рисунок 5 – Рельеф местности в направлении к юго-востоку от БС

 

 

Рисунок 6 – Рельеф местности в направлении к юго-западу от БС

Определим поправки, учитывающие рельеф местности для  всех трех направлений. Коэффициент L_рел определяем, интерполируя между графиками рисунка 7.

 

 

Рисунок 7 – График для определения поправки, учитывающей рельеф местности

 

При ; дБ  - сектор А

При ; дБ - сектор В

При ; дБ - сектор С

 

Определим потери распространения для соответствующего типа местности:

 

1 От БС к  МС:

 

 дБ - сектор А - 0º

 дБ - сектор В - 120º

 дБ - сектор С - 240º

 

2. От МС к  БС:

 дБ - сектор А - 0º

 дБ - сектор В - 120º

 дБ - сектор С - 240º

 

Определив из потери распространения для соответствующего типа местности L_Р, можно приступить к определению радиуса зоны покрытия базовой станции с помощью эмпирических моделей Окомура и Хата, Волфиша-Икегами (WIM).

2 Модель Окомура и Хата

Существует достаточно большое количество эмпирических моделей  предсказания потерь при распространении  сигналов для различных типов  местности. Наиболее известной и  используемой является модель предсказания Окомура и Хата в случае изотропных (идеальных всенаправленных), имеющих коэффициенты усиления, равные 1, антенн базовой станции и подвижного объекта. Эта формула (метод прогнозирования Окомура) имеет следующий вид:

                                           (5)

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

Радиочастота несущей f_o, МГц, высота антенны базовой станции h_b, м, и высота антенны подвижной станции   h_m, м; величины A, B, C и D выражаются соответственно следующим образом:

 

             (6)

                                           (7)

                                         (8)

                   (9)

где

                     (10)

для средних и малых городов;

                                           (11)

Эта модель Окомура и  Хата возникла в результате адаптации  эмпирических формул Хата к графикам, составленным Окомура и его соавторами. Данными формулами можно пользоваться, если выполняются следующие условия: