АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ
Кафедра телекоммуникационных систем
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по учебно-
методической работе
___________ Э.А.Сериков
“____”_____________2006г.
Подвижные
телекоммуникационные радиосистемы
Методические указания к выполнению курсового проекта
для студентов специальности
380240- Многоканальные телекоммуникационные системы
всех форм обучения
Согласовано: Рассмотрено и одобрено
Начальник УМО на заседании кафедры
___________О.З.Рутгайзер “Телекоммуникационные
“____”_____________2006 системы”
протокол № 6 от 23.02.2006
Заведующий кафедрой
Редактор ______С.В. Коньшин
___________ Ж. М. Сыздыкова “_27_”_____02______2006 г.
“____”_____________2006 г. Составители (разработчики)
___________С.В.Коньшин
Специалист по стандартизации
___________ Н. М. Голева
“____”_____________2006 г.
Алматы 2006
|
СОСТАВИТЕЛЬ: C.В.Коньшин. Подвижные телекоммуникационные радиосистемы. Методические указания к выполнению курсового проекта (для студентов всех форм обучения специальности 380240- Многоканальные телекоммуникационные системы). – Алматы: АИЭС, 2006.- 12 с. |
Данная разработка предназначена для студентов очной и заочной форм обучения специальности 380240 - Многоканальные телекоммуникационные системы.
В методических указаниях приводятся основные формулы и графики для расчёта подвижной телекоммуникационной радиосистемы, методика расчёта и требования к содержанию курсового проекта.
Ил. 2, табл. 5, библиогр. - 7 назв.
Рецензент: канд. техн. наук, доц. Г.Г. Сабдыкеева
Печатается по дополнительному плану издания Алматинского института энергетики и связи на 2006 г.
Ó Алматинский институт энергетики и связи, 2006 г.
Введение
Дисциплина "Подвижные телекоммуникационные радиосистемы" изучается студентами специальности 380240 – Многоканальные телекоммуникационные системы на последнем (выпускном) курсе.
Цель этой дисциплины: обучить студентов принципам построения систем подвижной радиосвязи (СПР), показать особенности каналов, организуемых в СПР, их отличие от стандартных каналов тональной частоты в системах радиосвязи с радиальной структурой; научить методам расчёта основных параметров частотного плана; энергетических параметров аппаратуры; ёмкости сотовой сети, а также методам проектирования подвижных телекоммуникационных радиосистем с использованием типовой аппаратуры.
1 Задание к выполнению курсового проекта
В курсовом проекте требуется провести
расчет:
- максимального расстояния (дальности) между центральной станцией (ЦС) и мобильной абонентской станцией (АС) системы подвижной радиосвязи (радиус зоны 1);
- максимального расстояния между ЦС и АС при ухудшении параметров СПР (радиус зоны 2);
- максимального расстояния (дальности) между центральной станцией и стационарной АС или базовой станцией (БС) (радиус зоны 1);
- то же расстояние, но при ухудшении параметров СПР (радиус зоны 2).
Кроме того, исходя из полученных результатов и используя программы, имеющиеся на кафедре, рассчитать и нарисовать зону покрытия для заданной карты города.
В результате необходимо привести распечатку результатов расчета зоны покрытия.
Исходные данные для расчета:
а) номинальная мощность передатчика ЦС Рн выбирается по последней цифре зачетной книжки из таблицы 1;
б) средняя рабочая частота f также выбирается по последней цифре зачетной книжки из таблицы 1;
в) высота приемной антенны h2 также выбирается по последней цифре зачетной книжки из таблицы 1;
г) требуемая напряжённость поля сигнала в пункте приёма АС Ес также выбирается, согласно последней цифры зачётной книжки из приведенной ниже таблицы 1;
Таблица 1 – Зависимость варианта от последней цифры зачетной книжки
|
Последняя цифра зач. книжки |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
|
Рн, Вт |
5 |
10 |
15 |
20 |
25 |
30 |
35 |
40 |
45 |
50 |
|
f, МГц |
1800 |
1700 |
1500 |
900 |
850 |
800 |
750 |
400 |
350 |
300 |
|
h2, м |
1,0 |
1,1 |
1,2 |
1,3 |
1,4 |
1,0 |
1,1 |
1,2 |
1,3 |
1,4 |
|
Ес, дБ |
35 |
36 |
37 |
38 |
39 |
40 |
41 |
42 |
43 |
44 |
д) рельеф местности в зоне обслуживания Dh системы подвижной радиосвязи определяется по предпоследней цифре зачетной книжки из таблицы 2;
Таблица 2 – Зависимость варианта от предпоследней цифры зачетной книжки
|
Предпоследняя цифра зачетной книжки |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
|
||||||||||
|
Рельеф местности |
Dh1,м |
10 |
13 |
15 |
17 |
10 |
12 |
16 |
18 |
14 |
12 |
||||||||||
|
изменяется от Dh1 до Dh2 |
Dh2,м |
20 |
25 |
30 |
35 |
40 |
45 |
50 |
55 |
60 |
65 |
||||||||||
|
|
Карта города; расстояние, км |
25 |
30 |
35 |
D 35 |
D 40 |
D 45 |
D 50 |
O 35 |
O 40 |
O 45 |
||||||||||
е) карта города представляет собой квадрат (ˆ), равнобедренный треугольник (D), или круг (O) с соответствующей длиной ребра или диаметром, которые определяются по предпоследней цифре зачётной книжки из таблицы 1;
ж) затухание в фильтрах и антенных разделителях считаем одинаковым для любого варианта и принимаем равным Вф=9 дБ;
з) усиление передающей и приемной антенн ЦС и АС Ду выбирается из таблицы 3.
Таблица 3 – Параметры антенн
|
Тип
антенны |
QЕ, ° |
КУ, ДУ, дБ |
|
1 Полуволновой вибратор |
360 |
0 |
|
2 Волновой вибратор |
180 |
1,6 |
|
3 Четвертьволновой штырь с противовесом типа «Зонтик» |
180 |
0 |
|
4 Полуволновой шунтовой вибратор |
360 |
0 |
|
5 Четвертьволновой штырь на идеально проводящей земле |
360 |
3,0 |
|
6 Семиэлементная антенна типа «Волновой канал» |
55 |
8,0 |
|
7 Четырёхэтажная антенна из волновых вибраторов типа «Алтай» |
60 |
7,3 |
|
8 То же, двухэтажная |
70 |
3,6 |
2 Расчет максимального расстояния между ЦС и подвижной АС
(Радиус зоны 1)
2.1 Поскольку высота передающей антенны не задана, будем задаваться различными высотами антенн, чтобы определить радиус обслуживания с тем, чтобы выбрать подходящий вариант размещения ЦС с учетом местных условий.
Задаемся следующими высотами антенны ЦС:
h1=50, 100, 150, 200, 300 м.
2.2 Определим дополнительное затухание фидера, связанное с увеличением его длины сверх 50 м на ЦС для всех высот антенн ЦС
DBф=a(lф-50), дБ,
где lф - длина фидера, м;
a - погонное затухание, дБ/м.
Для чего из таблицы 4 выбираем кабель, работающий на заданной частоте, и определяем его затухание.
2.3 Занесем полученные данные в таблицу (по форме таблицы 5).
2.4 Рассчитаем Вр.н – поправку, которая учитывает отличие номинальной мощности передатчика от мощности 1кВт, по формуле
Таблица 4 – Параметры кабелей
|
Марка кабеля |
Волн. сопр., rф, Ом |
Затухание a, дБ/м на частотах, МГц |
||||
|
|
|
66 |
400 |
1500 |
1650 |
2000 |
|
РК-50-2-11(РК-149) РК-50-2-13(РК-19) РК-50-3-11(РК-159) РК-50-7-11(РК-147) РК-50-7-15(РК-47) РК-50-11-11(РК-148) РК-50-11-13(РК-48) РК-75-4-11(РК-101) РК-75-4-15(РК-1) РК-75-7-11 РК-75-7-12 РК-100-7-11(РК-102) РК-100-7-3(РК-2) РК-5/18 РКД-2-7/28 РКД-2-9/33 РК-75-3-11(РК-67) РК-75-4-12(РК-149) РК-75-4-16(РК-49) РК-75-4-17(РК-66) РК-75-7-12(РК-120) РК-75-4-21(РКТФ-1) РК-75-7-21(РКТФ-3) РК-75-17-11(РК-5) РК-75-4-22(РКТФ-49) РК-75-7-16(РК-20) РК-75-7-17(РК-77) РК-75-7-18 РК-75-9-12(РК-3) РК-75-9-13(РК-103) РК-75-13-12 РК-75-17-12(РК-108) |
50 50 50 50 50 50 50 75 75 75 75 100 100 70 75 70 75 75 75 75 75 75 75 75 75 75 75 75 75 75 75 75 |
- - - - - - - 0,08 0,08 0,05 0,05 - - - - - 0,095 0,1 0,1 0,065 0,06 0,07 0,045 0,014 0,08 0,05 0,05 0,03 0,043 0,038 0,02 0,028 |
- - - - - - - 0,3 0,28 0,18 0,19 - - - - - 0,34 0,3 0,31 0,24 0,18 0,27 0,15 0,043 0,27 0,19 0,18 0,14 0,15 0,14 0,06 0,07 |
0,75 0,85 0,77 0,49 0,5 0,32 0,35 0,58 0,58 0,47 0,5 0,21 0,37 0,067 0,047 0,039 - - - - - - - - - - - - - - - - |
0,85 0,9 0,83 0,51 0,52 0,34 0,37 0,62 0,62 0,52 0,55 0,25 0,41 0,085 0,052 0,043 - - - - - - - - - - - - - - - - |
0,97 1,03 0,95 0,56 0,56 0,38 0,4 0,72 0,72 0,65 0,66 0,33 0,45 0,12 0,162 0,052 - - - - - - - - - - - - - - - - |
Таблица 5 – Образец оформления выходных данных
|
Высота передающей антенны, h1, м. |
Затухание фидера, a*lф, дБ. |
Дополнительное затухание для lф>50м, дБ. |
|
50 |
1,735 |
0 |
|
100 |
3,47 |
1,735 |
|
150 |
5,205 |
3,47 |
|
200 |
6,94 |
5,205 |
|
300 |
10,41 |
8,675 |
2.5 Рассчитаем Вh2 – поправку, учитывающую высоту приемной антенны, отличную от 1,5 м, по формуле
Вh2=10lg(1.5/h2),
где h2 –высота приемной антенны АС.
2.6 Определяем Врел - поправку, учитывающую рельеф местности следующим образом. График для определения поправки, учитывающей рельеф местности, приведен на рисунке 1. Чтобы определить колебание уровня местности Dh, рисуют рельеф местности и определяют колебание Dh (пример 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. Причем коэффициент Врел определим, интерполируя между графиками рисунка 1б и рисунка 1в для r<100 км.
Для примера определим поправку, учитывающую рельеф местности при Dh=20 м, Врел = -6 дБ.
2.7 Определим напряженность поля для случая Dh1 и Dh2, реально создаваемое передающей станцией ЦС в пункте приема АС по основной расчетной формуле
Е=Ес+Вр.н+Вф+Вh2+Врел+ (a*lф)-Dу, (1)
причем Dу в данном случае берем из таблицы 3 для антенн с круговой диаграммой направленности (Dу= 0 дБ).
Расчет провести для всех высот передающей антенны ЦС и результаты расчета свести в таблицу по образцу таблицы 5, добавив один столбец.
2.8 По графику
на рисунке 2 (полученному экспериментально) определим ожидаемую дальность связи
для рассчитанных напряженностей поля при различных высотах передающей антенны
ЦС. Результаты сводим в таблицу аналогично предыдущему пункту.
Рисунок 1 - График для определения
поправки, учитывающей рельеф местности
2.9 Определяем ожидаемую дальность связи (согласно теории распространения радиоволн) для рассчитанных напряженностей поля при различных высотах передающей антенны ЦС по программе, имеющейся на кафедре (результаты оформить аналогично предыдущему пункту).
2.10 Определив дальность связи, нужно выбрать высоту антенны h1, для которой при лучшем варианте Dh1 и при худшем Dh2 получаем оптимальную дальность связи, когда расстояние между ЦС и АС стремится к максимальному, а затраты на кабельное оборудование незначительны.
При расчете принимаем, что оборудование ЦС остается у основания опоры, а длина антенного фидера lф увеличивается с ростом h1, увеличивая общее затухание фидера.
Рисунок 2 – Кривые для определения
дальности связи
3 Расчёт зоны 2 (при связи ЦС с АС)
Расчёт ведём учитывая, что напряжённость поля Ес2 в пункте приёма на 9 дБ меньше, чем в зоне 1
Ес2 =Ес1-9.
Данные
занесём в таблицу. По графику на рисунке аналогично определим дальность связи.
Затем определим ширину зоны 2 как разность между дальностью связи в зоне 2 и
зоне 1.
4 Расчёт радиуса зоны 1 (при связи ЦС с БС или со
стационарной АС)
При расчёте учтём некоторые особенности:
а) в случае использования в качестве антенны стационарной АС четвертьволнового штыря с круговой ДН в горизонтальной плоскости, помехи воспринимаются со всех сторон, поэтому значение требуемого сигнала для зоны 1 и 2 (Ес1 и Ес2) берём такие же, как и в техническом задании;
б) в случае использования в качестве антенны стационарной АС семиэлементной антенны типа «волновой канал», принимаем Ес с учётом поправки
ЕСВК=ЕСШ +DВQ , (2)
DВQ=10*lg(QЕ/360), (3)
где DВQ - уменьшение восприимчивости к помехам по сравнению с четвертьволновым штырём;
QЕ – раскрыв ДН семиэлементной антенны типа «волновой канал» в электрической плоскости поляризации.
Для этого типа антенны QЕ = 550, тогда DВQ = 10lg(550/3600) = - 8,1594 дБ, таким образом, ЕСВК на 8,1594 дБ меньше у антенны типа «волновой канал», чем у четвертьволнового штыря.
По формуле
(1) определяем напряжённость поля сигнала двух типов антенн:
а) для четвертьволнового штыря должно быть учтено затухание в фидерном тракте lф;
б) для направленной антенны типа «волновой канал» или «алтай», учитывая поправку.
По графикам на рисунке 2 определим ожидаемую дальность связи для соответствующих ситуаций.
5 Расчёт радиуса зоны 2 (при связи ЦС с БС или со
стационарной АС)
Расчёт ведём аналогично, учитывая, что напряжённость поля Ес2 в пункте приёма на 9 дБ меньше, чем в зоне 1.
По графику на рисунке 2 аналогично определим дальность связи для двух типов антенн. Затем определим ширину зоны 2 как разность между дальностью связи в зоне 2 и зоне 1.
6 Оптимальное месторасположение ЦС и БС
Выбрать оптимальные места расположения ЦС и БС, привести соответствующий рисунок зон покрытия.
В заключение необходимо рассмотреть следующие вопросы. Насколько при расчёте дальности связи ЦС с подвижной АС получились данные, соответствующие существующим нормам. Необходимо указать для данной системы наиболее целесообразную высоту антенны ЦС в городах с соответствующим типом местности. Указать возможность увеличения зоны обслуживания.
Список литературы
1. Карташевский В.Г. и др. Сети подвижной связи - М.: ЭКО-ТРЕНДЗ, 2001.
2. Андрианов В.И., Соколов А.В. Сотовые, пейджинговые и спутниковые средства связи. - СПб: БХВ Петербург Арлит, 2001.
3. Ратынский М.В. Основы сотовой связи / Под ред. Д.Е. Зимина. - М.: Радио и связь, 2000.
4. Громаков Ю.А. Стандарты и системы подвижной радиосвязи. – М.: Радио и связь, 1999.
5. Мясковский Г.М. Системы производственной радиосвязи: Справочник. - М.: Связь, 1980.
6. Коньшин С.В. Транкинговые радиосистемы: Учебное пособие. – Алматы: АИЭС, 2000.
7. Коньшин С.В., Сабдыкеева Г.Г. Теоретические основы систем связи с подвижными объектами: Учебное пособие. – Алматы: АИЭС, 2002.
Содержание
1 Задание к
выполнению курсового проекта
2 Расчет
максимального расстояния между ЦС и подвижной АС (Радиус зоны 1)
3 Расчёт
зоны 2 (при связи ЦС с АС)
4 Расчёт
радиуса зоны 1 (при связи ЦС с БС или со стационарной АС)
5 Расчёт
радиуса зоны 2 (при связи ЦС с БС или со стационарной АС)
6
Оптимальное месторасположение ЦС и БС
Доп. план 2006 г., поз. 21
Сергей Владимирович Коньшин
Подвижные телекоммуникационные
радиосистемы
Методические указания к выполнению курсового проекта
(для студентов всех форм обучения специальности
380240- Многоканальные телекоммуникационные системы)
Редактор Ж. М. Сыздыкова
Специалист по стандартизации Н. М. Голева
Подписано в печать Формат 60x84 1/16.
Тираж 50 экз. Бумага типографская №1.
Объем 0,8 уч.-изд.л. Заказ № Цена 400 тенге.
Копировально-множительное бюро
Алматинского института энергетики и связи
050013, Алматы, Байтурсынова, 126