Эффекты распространения радиоволн в мобильной связи
Эффекты распространения радиоволн в мобильной связи
Радиосвязь с подвижными объектами имеет свои сложности, отсутствующие в проводных или стационарных беспроводных системах связи. Особого внимания требуют два аспекта: интенсивность сигнала и эффекты распространения сигнала.
• Интенсивность сигнала. Интенсивность сигнала между базовой станцией и мобильным устройством должна быть достаточно высокой, чтобы поддерживать качество сигнала на приемнике, но при этом не слишком высокой, чтобы не создавать сильной интерференции с каналами других ячеек, которые используют ту же полосу частот. Ситуацию дополнительно усложняют несколько факторов. Уровень искусственного шума бывает очень разным. Например, шум зажигания автомобилей в диапазоне частот сотовой связи в городе гораздо больше, чем в пригороде. Есть и другие источники шумовых сигналов, характеристики которых в большой степени зависят от места. Поэтому интенсивность сигнала является переменной величиной и ведет себя как функция расстояния от базовой станции до точки в пределах ячейки. Кроме того, интенсивность сигнала динамически меняется по мере движения мобильного устройства.
• Замирание. Даже если интенсивность сигнала лежит в эффективном диапазоне, разрушить сигнал или вызвать его отклонение могут эффекты, возникающие при распространении сигнала.
При проектировании сотовой сети инженеры-связисты должны учитывать различные эффекты распространения сигнала, желаемый максимальной уровень мощности передачи на базовой станции и на мобильном устройстве, обычную характерную высоту антенны мобильного устройства и доступную высоту антенны базовой станции. На основе этих факторов и определяются размеры отдельной ячейки. К сожалению, как было отмечено выше, эффекты распространения являются динамическими и их бывает трудно предсказать. Наилучшее, что можно сделать, — это разработать модель, основываясь на опытных данных, и, применив эту модель к данной окружающей среде, разработать правило определения размера ячейки. Одна из наиболее широко используемых моделей была представлена Окумурой (Okumura), а ее усовершенствование предложено Хатой (На1а). В качестве исходных данных был принят подробный анализ района Токио и получена информация о потерях на тракте для городской среды. Модель Хаты является обобщением опытных фактов, в котором учтено много условий и типов сред. В городской среде предлагается следующее выражение для потерь в тракте.
LдБ = 65,55 + 26,16 lg fc - 13.82 lg ht - A(hr) + (44,9 - 6,55 lg ht) lg d
Здесь
fc — частота несущей в мегагерцах, которая варьируется от 150 до 1500 МГц;
ht — высота передающей антенны (базовой станции) в метрах, лежит в пределах 30-300 м;
hr — высота принимающей антенны (мобильного устройства) в метрах, лежит в пределах 1-10 м;
d — расстояние между антеннами в километрах, варьируется в пределах 1-20 км;
A(hr) — поправочный коэффициент для высоты мобильной антенны.
Для небольших или средних городов поправочный коэффициент вычисляется по такой формуле:
A(hr) = (1,1 lg fc - 0,7) hr - (1,56 lg fc - 0,8) дБ
Для больших городов множитель вычисляется по следующей формуле:
A(hr) = 8,29 [lg (1,54 hr)]2 - 1,1 дБ для fc <= 300 МГц
A(hr) = 3,2 [lg (11,75 hr)]2 - 4,97 дБ для fc >= 300 МГц
Чтобы оценить потери на тракте для пригорода, формулу потерь для городской среды (2.1) нужно изменить следующим образом:
LдБ(пригород) = LдБ(город)- 2 [lg (fc/28)]2 - 5,4
Для потерь на открытом пространстве формула выглядит следующим образом:
LдБ(открытая местность) = LдБ(город)- 4,78 lg (fc)2 - 18,773 (lg fc) - 40,98
Модель Окумуры/Хаты считается одной из лучших по точности предсказания потерь на тракте и представляет собой практический способ оценки потерь на тракте для множества ситуаций.
Пример. Пусть fc = 900 МГц, ht, = 40 м, hr = 5 м и d = 10 км. Оцените потери на тракте для города средней величины.
A(hr) = (1,1 lg 900 - 0,75) 5 - (1,56 lg 900 - 0,8) дБ = 12,75 - 3,8 = 8,95 дБ
LдБ = 69,55 + 26,16 lg 900 - 13,82 lg 900 - 8,95 + (44,9 - 6,55 lg 40) lg 10
= 69,55 + 77,28 - 22,14 - 8,95 +34,4 = 150,14 дБ
