АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Кафедра телекоммуникационных систем

 

 

 

Мобильные многоканальные технологии стандарта GSM и услуги компании сотовой связи

 

Методические указания к выполнению расчетно-графических работ

для магистрантов  специальности  6М0719 -

Радиотехника, электроника и телекоммуникации

 

 

 

Алматы 2010 

Составители: Самоделкина С.В., Клочковская Л.П. Мобильные многоканальные технологии стандарта GSM и услуги компании сотовой связи. Методические указания к выполнению расчетно-графических работ для магистрантов  специальности  6М0719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации – Алматы, 2010.- 44с. 

Представлены методические указания к расчету и оформлению расчетно-графических работ. Можно использовать не только по дисциплине «Мобильные многоканальные технологии стандарта GSM и услуги компании сотовой связи», но и по дисциплине «Анализ многоканальных технологий сотовой связи».  Приведены варианты заданий, приводятся основные формулы, графики  для расчетов  систем сотовой связи, подробные методики расчета и необходимая справочная информация для выполнения РГР.  

 

Введение 

Дисциплина «Мобильные многоканальные технологии стандарта GSM и услуги компании сотовой связи» является специальной дисциплиной магистратуры и изучается на втором курсе обучения.

Основной задачей выполнения расчетно-графических работ является обучение магистрантов принципам  расчета и построения систем сотовой связи GSM, определения основных параметров систем мобильной связи.

В первой расчетно-графической работе нужно определить уровень суммарного шума приемника базовой станции (БС) сотовой связи, а во втором задании рассчитать необходимый уровень напряженности полезного сигнала и дальности связи между АС и БС мобильной связи, а также определить высоты подвеса антенн БС (для РРЛ) (задача 1, 2).

Во второй работе необходимо рассчитать оптимальный уровень помех от автотранспорта в зоне действия сотовой связи GSM, определить оптимальную мощность передатчика БС, работающей в зоне действия помех от автотранспорта, а также построить профиль между двумя базовыми станциями и определить высоту подвеса антенн (задача 3, 4).

В третьей работе необходимо рассчитать дальность связи сотовой сети GSM в направлении АС – БС для города  (задача 5)

 

Задача  1

 

Определить уровень суммарного шума приемника базовой станции (БС) сотовой связи.

Таблица 1. Исходные данные (последняя цифра зачетной книжки)

 

Варианты

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

Средняя частота приема, МГц,

908

910

908

912

895

915

900

890

905

910

Волновое сопротивление антенно-фидерного тракта, Ом

75

50

75

50

75

50

75

50

75

50

Чувствительность приемника, мкВ

0,38

0,25

0,45

0,35

0,35

0,35

0,30

0,25

0,40

0,40

Отношение сигнал/шум на выходе приемника, дБ

15

16

10

11

13

12

10

11

13

14

Коэффициент усиления по мощности приемной антенны, дБ

8,1

7,6

7,7

8,2

7,8

7,3

8,0

7,0

7,5

8,5

Затухание в кабеле, дБ

3,6

3,3

4,1

3,8

2,9

3,4

3,5

4,0

2,8

2,9

Затухание в дуплексном фильтре, дБ

0,92

0,75

0,85

0,95

1,1

0,80

0,90

1,00

0,65

0,70

Коэффициент усиления устройства разделения, дБ

2,11

1,96

2,2

1,80

2,15

2,00

2,10

2,30

1,90

1,95

Уровень помех, рекомендуемый для расчета (показатель помеховой обстановки), мкВ/м

1,48

1,50

1,53

1,48

1,54

1,50

1,51

1,49

1,52

1,53

Коэффициент направленного действия антенны БС, дБ

3,8

3,7

3,3

3,6

4,1

3,4

3,2

3,1

3,5

4,0

Девиация частоты, кГц

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

 

Методические указания для выполнений  задачи 1

 

1.1.  Рассчитаем затухание сигнала на прием в антенно-фидерном тракте БС  по формуле

,                                                   (1.1)

где αДУ – затухание в дуплексном фильтре, дБ;

(α·l)ПР – затухание в кабеле, дБ;

GУР – коэффициент усиления устройства разделения, дБ.

1.2. Произведем расчет КПД антенно-фидерного тракта приемной антенны БС  по формуле

  .                                                                       (1.2)

1.3. Действующая длина приемной антенны БС рассчитывается по формуле:

                                                  (1.3)

где   – длина волны на прием БС, м;

 – коэффициент усиления по мощности приемной антенны БС, отн. ед;

WПР – волновое сопротивление антенно-фидерного тракта БС, Ом.

1.4. Отношение сигнал/шум на входе приемника, соответствующее заданному отношению на выходе определяется формулой

                                                       (1.4)

где  – отношение сигнал/шум на выходе приемника, отн. ед.;

FMAX= 3,4 – максимальная звуковая частота модуляции, кГц;

Δf – девиация частоты, кГц.

 

В связи с тем, что нужно учитывать запас на ретрансляцию, величину (S/N)ВХ[дБ] нельзя принимать менее 8 дБ (2,51 отн. ед.).

1.5.Уровень собственных шумов, приведенных к входу приемника рассчитаем по формуле

                                                                                  (1.5)

где γПР – чувствительность приемника, мкВ;

(S/N)ВХ – отношение сигнал/шум на входе приемника, отн. ед.

1.6.Уровень собственных шумов приемника, приведенных к точке приема определяется формулой:

 .                                                                       (1.6)

1.7. Определим уровень внешних шумов в точке приема

 ,                                                                 (1.7)

где ЕПОМ – уровень помех, рекомендуемый для расчета (показатель помеховой обстановки), мкВ/м;

 – коэффициент направленного действия антенной системы БС, отн. ед.

1.8. Уровень суммарного шума в точке приема определяется по формуле:

.                                                       (1.8)

 

Пример решения задачи

Исходные данные

 

Средняя частота приема, f, МГц                                                   409,5

Волновое сопротивление антенно-фидерного тракта, Wпр, Ом   50

Чувствительность приемника, γПР, мкВ                                        0,35

Отношение сигнал/шум на выходе приемника, (S/N)вых, дБ           12

Коэффициент усиления по мощности приемной антенны,

GПР, дБ                                                                                           7,3

Затухание в кабеле, (α·l)ПР , дБ                                                       3,14

Затухание в дуплексном фильтре, αДУ, дБ                                              0,80

Коэффициент усиления устройства разделения, GУР, дБ             2,00

Уровень помех, рекомендуемый для расчета

(показатель помеховой обстановки), ЕПОМ, мкВ/м                         1,50

Коэффициент направленного действия антенны БС, , дБ      3,4

Девиация частоты, Δf, кГц                                                            5

 

Расчет

1. Затухание сигнала на прием в антенно-фидерном тракте БС

,

где αДУ – затухание в дуплексном фильтре, дБ;

(α·l)ПР – затухание в кабеле, дБ;

GУР – коэффициент усиления устройства разделения, дБ.

.

2. КПД антенно-фидерного тракта приемной антенны БС

.

3. Действующая длина приемной антенны БС

,

где – длина волны на прием БС;

 – коэффициент усиления по мощности приемной антенны БС, отн. ед;

WПР – волновое сопротивление антенно-фидерного тракта БС, Ом.

.

4.Отношение сигнал/шум на входе приемника, соответствующее заданному отношению на выходе

,

где  – отношение сигнал/шум на выходе приемника, отн. ед.;

FMAX=3,4 – максимальная звуковая частота модуляции, кГц;

Δf – девиация частоты, кГц.

.

В связи с тем, что нужно учитывать запас на ретрансляцию, величину (S/N)ВХ[дБ] нельзя принимать менее 8 дБ (2,51 отн. ед.). Поэтому примем (S/N)ВХ[дБ]=8 дБ (2,51 отн. ед.).

5. Уровень собственных шумов, приведенных к входу приемника

,

где γПР – чувствительность приемника, мкВ;

(S/N)ВХ – отношение сигнал/шум на входе приемника, отн. ед.

6. Уровень собственных шумов приемника, приведенных к точке приема

.

7. Уровень внешних шумов в точке приема

,

где ЕПОМ – уровень помех, рекомендуемый для расчета (показатель помеховой обстановки), мкВ/м;

 – коэффициент направленного действия антенной системы БС, отн. ед.

.

8. Уровень суммарного шума в точке приема

Задача 2

Рассчитать необходимый уровень напряженности полезного сигнала и дальности связи между АС и БС мобильной связи.

Определить высоты подвеса антенн БС (для РРЛ)

Таблица 2 Исходные данные

 

Варианты    (первая буква фамилии)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

А,Б,В

Г,Д,Е

Ж,З,И

К,Л

М,Н

О

П,Р

С,Т

У, Ф,Х

Ц, Ш,Щ

Э,ЮЯ

Затухание в резонаторных, мостовых фильтрах, антенных разделителях и др., дБ

0,24

0,25

0,21

0,19

0,23

0,20

0,22

0,19

0,23

0,18

Затухание в неоднородностях антенно-фидерного тракта передачи, дБ

0,22

0,20

0,25

0,24

0,18

0,25

0,24

0,18

0,23

0,19

Затухание в фидере передающей антенны, дБ

0,63

0,65

0,55

0,62

0,57

0,60

0,50

0,55

0,62

0,57

Неравномерность диаграммы направленности передающей антенны в горизонтальной плоскости, дБ

АС

0

0,01

0,08

0

0

0

0

0,05

0,01

0,08

БС

0,99

1,00

0,95

1,15

1,00

1,10

1,05

0,95

0,98

1,15

Коэффициент усиления передающей антенны АС, дБ

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

Мощность передатчика, Вт

2,9

4,2

3,5

3,8

2,7

4,0

2,0

3,5

2,5

3,9

Уровень суммарного шума приемника БС, дБ

5,1

4,7

5,0

5,1

4,7

4,0

3,5

2,5

3,9

5,0

Высота подвеса антенны БС→АС, м

170

150

110

90

150

100

120

90

150

130

Отношение сигнал/шум на входе приемника АС, дБ

10

9,5

10

11

13

8

9

12

11

13

Высота подвеса антенны АС→БС, м

1,5

1,5

1,5

1,5

1,5

1,5

1,5

1,5

1,5

1,5

Расстояние между БС1 и БС2 R0 выбирается в зависимости от дальности связи между АС и БС

 

 

Таблица 3 Данные для построения профиля

Вариант 1

Аппаратура Pasolink NEO

Отметка Земли, м

680

670

710

730

710

f, ГГц

Расстояние, км

0

0,3·R0

0,6·R0

0,8·R0

R0

15

 

Вариант 2

Аппаратура Minilnk

Отметка Земли, м

590

600

620

640

650

f, ГГц

Расстояние, км

0

0,3·R0

0,6·R0

0,8·R0

R0

23

 

Вариант 3

Аппаратура Minilnk

Отметка Земли, м

420

490

480

480

470

f, ГГц

Расстояние, км

0

0,2·R0

0,4·R0

0,6·R0

R0

23

 

Вариант 4

Аппаратура Pasolink NEO

Отметка Земли, м

480

460

480

420

490

f, ГГц

Расстояние, км

0

0,2·R0

0,4·R0

0,6·R0

R0

13

 

Вариант 5

Аппаратура Pasolink NEO

Отметка Земли, м

400

490

480

540

520

f, ГГц

Расстояние, км

0

0,2·R0

0,4·R0

0,7·R0

R0

18

 

Вариант 6

Аппаратура Natesk-Mikrolink

Отметка Земли, м

600

650

710

730

750

f, ГГц

Расстояние, км

0

0,3·R0

0,6·R0

0,8·R0

R0

15

 

Вариант 7

Аппаратура Natesk-Mikrolink

Отметка Земли, м

350

430

410

420

380

f, ГГц

Расстояние, км

0

0,2·R0

0,5·R0

0,7·R0

R0

12

 

Вариант 8

Аппаратура Minilnk

Отметка Земли, м

580

600

650

670

640

f, ГГц

Расстояние, км

0

0,3·R0

0,6·R0

0,8·R0

R0

11

 

Вариант 9

Аппаратура Pasolink NEO

Отметка Земли, м

480

450

480

540

520

f, ГГц

Расстояние, км

0

0,2·R0

0,4·R0

0,7·R0

R0

18

 

Вариант 0

Аппаратура Natesk-Mikrolink

Отметка Земли, м

300

330

350

280

290

f, ГГц

Расстояние, км

0

0,11·R0

0,44·R0

0,88·R0

R0

7

 

 

 

Методические указания к выполнению задачи 2

 

2.1.Общее затухание в антенно-фидерном тракте передачи                        АС определяется формулой:

                                                         (2.1)

где αФ – затухание в фильтрах, антенных разделителях, дБ;

αН – затухание в неоднородностях АФТ передачи, дБ;

(α·l)ПЕР – затухание в фидере передающей антенны, дБ.

 

2.2.Поправка, учитывающая фактическую мощность передатчика АС, рассчитывается по формуле:

   .                                                                      (2.2)

2.3. Поправка, учитывающая отличие эквивалентной мощности передатчика АС от 1 кВт

                                                  (2.3.)

где σАС – неравномерность диаграммы направленности приемной антенны АС в горизонтальной плоскости;

GАС – коэффициент усиления передающей антенны АС, дБ.

 

2.4. Поправка, учитывающая отличие высоты антенны АС от высоты 10 м

  .                                                                              (2.4)

2.5. Поправка, учитывающая отличие реального рельефа от принятого МККР

.

 

2.6. Необходимый уровень напряженности полезного сигнала в точке приема БС

                                  (2.5.)

где NШ БС – уровень суммарных шумов приемника БС, дБ;

(S/N)ВХ БС – отношение сигнал/шум на входе приемника БС, дБ;

В%МЕСТ – поправка, вносимая при необходимости обеспечения связи для процента пункта приема, отличающегося от 50%. Для обеспечения связи в 90% пунктов приема В%МЕСТ = –11, дБ;

ВЗАМ – поправка на быстрые заземления для 90% времени, примем ВЗАМ=3,5, дБ;

σБС – неравномерность диаграммы направленности приемной антенны БС в горизонтальной плоскости.

 

2.7. По графику зависимости напряженности поля от расстояния определяем дальность связи

Рисунок 1 - График зависимости напряженности поля от расстояния

 

Делаем соответствующий вывод о проведенном расчете

2.8. Исходя из расчета дальности связи, определяем расстояние между БС1 и БС2. Принимаем

R0 < 2R, км

и строим профиль согласно таблице 3 и варианта.

2.9. Радиус кривизны Земли определяем по формуле

                                                                            (2.6.)

2.10 Координата критической (наивысшей) точки

                                                                                             (2.7)                                                  

2.11.Минимальный радиус зоны Френеля

                                                             (2.8)

где  – длина волны передачи;

f – частота передачи с БС1 на БС2.

 

2.12 Для Алматы σ=9·10–8  м–1 и g= –7·10–8 м–1.

 

2.13 Просвет в отсутствии рефракции

                                               (2.9)

2.14 Высоты подвеса антенн

                                                                       (2.10)

 

Пример решения задачи 2

 

Исходные данные

Затухание в резонаторных, мостовых фильтрах, антенных

разделителях и др., αФ, дБ                                                              0,20

Затухание в неоднородностях антенно-фидерного тракта

передачи, αН, дБ                                                                             0,20

Затухание в фидере передающей антенны, (α·l)ПЕР, дБ                  0,60

Неравномерность диаграммы направленности передающей

антенны в горизонтальной плоскости:             АС, σАС, дБ                   0

                   БС, σБС, дБ          1       

Коэффициент усиления передающей антенны

АС, GАС, дБ                                                                                    0

Мощность передатчика, , В                                                 4

Уровень суммарного шума приемника БС, NШ БС, дБ                            4

Среднее колебание местности, м                                                  50

Высота подвеса антенны АС→БС, м                                            1,5

Отношение сигнал/шум на входе приемника БС,

(S/N)ВХ БС, дБ                                                                                  8

 

Данные для построения профиля

 

Расстояние между БС1 и БС2 R0 выбирается в зависимости от дальности связи между АС и БС

 

Вариант

Аппаратура Pasolink NEO

Отметка Земли, м

200

230

250

250

240

f, ГГц

Расстояние, км

0

0,11·R0

0,44·R0

0,88·R0

R0

7,5

 

 

 

 

Расчет

 

1. Общее затухание в антенно-фидерном тракте передачи АС

где αФ – затухание в фильтрах, антенных разделителях, дБ;

αН – затухание в неоднородностях АФТ передачи, дБ;

(α·l)ПЕР – затухание в фидере передающей антенны, дБ.

 

2. Поправка, учитывающая фактическую мощность передатчика АС

.

 

3.Поправка, учитывающая отличие эквивалентной мощности передатчика АС от 1 кВт

,

где σАС – неравномерность диаграммы направленности приемной антенны          АС в горизонтальной плоскости;

GАС – коэффициент усиления передающей антенны АС, дБ.

 

4. Поправка, учитывающая отличие высоты антенны АС от высоты 10 м

.

 

5. Поправка, учитывающая отличие реального рельефа от принятого МККР

.

 

6. Необходимый уровень напряженности полезного сигнала в точке приема БС

где NШ БС – уровень суммарных шумов приемника БС, дБ;

(S/N)ВХ БС – отношение сигнал/шум на входе приемника БС, дБ;

В%МЕСТ – поправка, вносимая при необходимости обеспечения связи для процента пункта приема, отличающегося от 50%. Для обеспечения связи в 90% пунктов приема В%МЕСТ=–11, дБ;

ВЗАМ – поправка на быстрые заземления для 90% времени, примем ВЗАМ=3,5, дБ;

σБС – неравномерность диаграммы направленности приемной антенны БС в горизонтальной плоскости.

 

.

 

7. По графику зависимости напряженности поля от расстояния определяем дальность связи  R=15 км.

 

Таким образом, с помощью расчета установлено, что при использовании данной аппаратуры в зоне обслуживания радиусом порядка 15 км связь в направлении АС→БС будет устанавливаться в 90% времени и в месте с отношением сигнал/шум на выходе приемника БС не хуже 12 дБ . При этом уровень напряженности помех в месте приема БС равен 1,5 мкВ/м.

 

8. Исходя из расчета дальности связи, определим расстояние между БС1 и БС2. Принимаем

R0=27 км

и строим профиль согласно таблице 4.

 

Таблица 4 – Данные для построения профиля

Расстояние, км

0

3

12

24

27

Отметка Земли, м

200

230

250

250

240

                                       Рисунок 2 – Профиль пролета РРЛ

 

Радиус кривизны Земли (R0 = 27 км)

.

 

Координата критической точки

.

 

Минимальный радиус зоны Френеля

,

где  – длина волны передачи;

f – частота передачи с БС1 на БС2.

 

.

 

Для Казахстана  σ = 9·10–8  м–1 и  g = –7·10–8 м–1.

 

Просвет в отсутствии рефракции

Высоты подвеса антенн

Проводим луч, соединяя точки подвеса.

Таким образом, антенны РРЛ для связи БС1→БС2 можно установить ниже антенн сотовой связи.

  

Задача 3

 

Рассчитать оптимальный уровень помех от автотранспорта в зоне действия сотовой  связи GSM.

Исходные данные приведены в таблице 5. Вариант выбирается по сумме двух последних цифр зачетной книжки. Например, номер М049, то есть              4 + 9 = 14, значит вариант четвертый.

 

 

Таблица 5. Исходные данные

Параметры

№ Варианта

 

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

Средняя частота передачи с АС на БС,  fПРД , МГц

905

893

890

900

910

915

895

905

935

900

Средняя частота приема на АС

 fПРМ,  МГц

950

938

935

945

955

960

940

950

8

945

Отношение сигнал/шум на входе приемника АС, (S/N)вх , дБ

14

15

8

9

12

11

13

14

0,35

9

Чувствительность приемника АС Gном , мкВ

0,55

0,4

0,35

0,8

0,6

0,4

0,5

0,55

1

0,8

Затухание сигнала в антенно-фидерном тракте АС аАФТ , дБ

1,12

1,13

1

1,1

0,95

1,15

1,05

1,12

1300

1,1

Средняя частота повторения импульсов помех  , имп/с

1290

1300

1310

1350

1400

1260

1280

1290

1320

1350

Среднеквадратичное отклонение амплитуд импульсов

помех первой группы SE1 , дБ

10

9,55

9,5

9,6

9,7

9,8

9,9

10

9,75

9,6

Вероятность превышения группой импульсов уровня      0 дБ,   , отн. Ед.

0,94

0,93

0,97

0,96

0,94

0,95

0,93

0,98

0,89

0,96

Среднее значение амплитуды импульсов помех,  дБ

49,5

50,1

48

49

50

49,5

48,5

49,5

50,1

49

 

Методические указания к выполнению  задания 3

 

3.1.Примем среднее значение амплитуды импульсов помех, создаваемых первым источником помех равным  . Тогда амплитуда импульсов помех от второго источника определяется по формуле:

                                   (3.1)

где  – средняя частота приема, МГц.

 

3.2. Частоты повторения импульсов помех, создаваемых каждой группой источников  (первой и второй)

                                                     (3.2)

где  – средняя частота приема, МГц.

3.3. Средняя частота повторения импульсов помех на нулевом уровне

                                                                       (3.3)

где  – средняя частота повторения импульсов помех, имп/сек.

 

3.4. Показатель зависимости затухания процесса от расстояния между источником помех и приемником

                                                                                           (3.4)

где  – длина волны сигнала на приеме, м;

r0 = 3 м – расстояние между движущимся источником помех и измерительным комплексом.

r1 = 7 м – расстояние между источником помех и приемной антенной АС.

 

3.5. Полоса пропускания приемника АС

                                                                               (3.5) 

где Δf = 5 – девиация частоты, кГц;

Fmax = 3,4  – максимальная звуковая частота модуляции, кГц.

 

3.6. Среднее эффективное значение напряженности поля помех первой и второй групп источников

                          (3.6)  

где  – среднеквадратичное отклонение амплитуд импульсов помех, дБ, ;

 – полоса пропускания приемника АС, Гц;

 – полоса, в которой измерены параметры помеховой обстановки, Гц;

 – вероятность превышения группой импульсов уровня 0 дБ, отн.ед.;

S – показание зависимости затухания процесса от расстояния между источником помех и приемником, дБ.

Исходя из формулы (3.6), расписываем значения напряженности поля помех первой и второй групп источников в отдельности:

                         (3.7)

                         (3.8)

 

 

3.7.Уровень внешних шумов АС рассчитываем по формуле:

,

где

          – среднее эффективное значение напряженности поля помех, мкВ/м.                                                     (3.9)

 

3.8. Рассчитаем уровень шума собственных помех

                                                          (3.10)

где γНОМ – чувствительность приемника, мкВ;

 – затухание сигнала в антенно-фидерном тракте АС, отн. ед.;

– отношение сигнал/шум на входе приемника АС, отн. ед.;

 – действующая длина антенны АС, м;

fПРД – средняя частота передачи, Гц.

 

3.9.Уровень суммарных помех вычисляем по формуле

  .                                                               (3.11)

 

Пример решения задачи 3

Исходные данные

Средняя частота передачи с АС, fПРД, МГц                                  409,5

Средняя частота приема, fПРМ, МГц                                                       415,5

Отношение сигнал/шум на входе приемника АС, (S/N)ВХ, дБ      8

Чувствительность приемника АС, γНОМ, мкВ                               0,35

Затухание сигнала в антенно-фидерном тракте АС, αАФТ, дБ       1

Средняя частота повторения импульсов помех, , имп/сек   1300

Среднеквадратичное отклонение амплитуд импульсов

помех первой группы, , дБ                                                       9,50

Вероятность превышения группой импульсов уровня 0дБ,

, отн. ед.                                                                                              0,935

Среднее значение амплитуды импульсов помех, , дБ              48,0

 

Расчет

1. Примем среднее значение амплитуды импульсов помех, создаваемых первым источником помех . Тогда амплитуда импульсов помех от второго источника

где  – средняя частота приема, МГц.

 

2. Частоты повторения импульсов помех, создаваемых каждой группой источников

где  – средняя частота приема, МГц.

3. Средняя частота повторения импульсов помех на нулевом уровне

где  – средняя частота повторения импульсов помех, имп/сек.

4. Показатель зависимости затухания процесса от расстояния между источником помех и приемником

,

где  – длина волны сигнала на приеме, м;

r0=3 – расстояние между движущимся источником помех и измерительным комплексом, м;

r1=7 – расстояние между источником помех и приемной антенной АС, м.

 

5. Полоса пропускания приемника АС

,

где Δf=5 – девиация частоты, кГц;

Fmax=3,4 – максимальная звуковая частота модуляции, кГц.

6. Среднее эффективное значение напряженности поля помех первой и второй групп источников

где  – среднеквадратичное отклонение амплитуд импульсов помех, дБ, ;

 – полоса пропускания приемника АС, Гц;

 – полоса, в которой измерены параметры помеховой обстановки, Гц;

 – вероятность превышения группой импульсов уровня 0 дБ, отн.ед.;

S – показание зависимости затухания процесса от расстояния между источником помех и приемником, дБ.

 

7. Уровень внешних шумов АС

,

где  – среднее эффективное значение напряженности поля помех, мкВ/м.

 

.

8. Уровень шума собственных помех

,

где γНОМ – чувствительность приемника, мкВ;

 – затухание сигнала в антенно-фидерном тракте АС, отн. ед.;

– отношение сигнал/шум на входе приемника АС, отн. ед.;

 – действующая длина антенны АС, м;

fПРД – средняя частота передачи, Гц.

 

9. Уровень суммарных помех

.

Задача 4

1. Определить оптимальную мощность передатчика БС мобильной связи, работающей в зоне действия помех от автотранспорта.

2. Построить профиль между двумя базовыми станциями и определить высоту подвеса антенн.

 

Таблица 6. Исходные данные

Параметры

№ Варианта (сумма 3-х последних цифр зачетной книжки)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

Затухание сигнала в устройстве сложения ,αус , дБ

3,15

3,6

3,4

3,1

3,2

3,3

3,5

3

3,2

3,45

Затухание сигнала в дуплексном фильтре адф дБ

0,75

0,65

0,8

0,7

0,8

0,6

0,65

0,75

0,85

0,7

Коэффициент деления мощности антенного разветвителя КАР дБ

5,95

6,15

6,1

6,0

5,9

6,2

5,85

5,95

6,15

6,3

Затухание в неоднородностях АФТ передачи,  aн дБ

0,94

0,93

1

0,9

0,95

0,96

0,97

0,98

0,99

1

Затухание в фидере передающей антенны, (αl)пер дБ

3,15

3,11

3,14

3,13

3,12

3,11

3,1

3,0

3,14

3,2

Неравномерность диаграммы направленности передающей антенны БС в горизонтальной плоскости,  σпер дБ

0,99

0,94

1

0,95

0,96

0,97

0,98

0,99

1,0

1

Коэффициент усиления передающей антенны БС, εпер дБ

7,4

7,3

7,3

7,2

7,1

7,25

7,26

7,15

7,16

7,25

Дальность связи БС1, R км

17

16

13

11

10

13

14

15

13

15

Высота подвеса антенны БС,  h м

98

112

100

110

105

115

120

95

125

100

Необходимая напряженность в точке приема Е дБ

51

49

48

52

54

477

50

48

51

52

Частота передатчика РРЛ f РРЛ ГГц

5,35

5,0

5,2

5,3

5,22

5,1

5,25

5,32

5,35

5,3

Запас на замирание Ft дБ

55

58

59

60

62

58

57

56

58

61

 

 

Таблица 7 Данные для построения профиля

Вариант 1

Отметка Земли, м

650

670

710

730

710

Расстояние, км

0

0,3·R0

0,6·R0

0,8·R0

R0

 

Вариант 2

 

Отметка Земли, м

440

490

480

510

470

Расстояние, км

0

0,2·R0

0,4·R0

0,6·R0

R0

 

Вариант 3

 

Отметка Земли, м

560

600

650

670

630

Расстояние, км

0

0,3·R0

0,6·R0

0,8·R0

R0

 

Вариант 4

 

Отметка Земли, м

670

650

710

730

700

Расстояние, км

0

0,3·R0

0,6·R0

0,8·R0

R0

 

Вариант 5

 

Отметка Земли, м

430

490

480

540

500

Расстояние, км

0

0,2·R0

0,4·R0

0,7·R0

R0

 

Вариант 6

 

Отметка Земли, м

590

600

620

640

600

Расстояние, км

0

0,3·R0

0,6·R0

0,8·R0

R0

 

Вариант 7

 

Отметка Земли, м

350

400

420

380

405

Расстояние, км

0

0,2·R0

0,5·R0

0,7·R0

R0

 

Вариант 8

 

Отметка Земли, м

430

490

480

540

500

Расстояние, км

0

0,2·R0

0,4·R0

0,7·R0

R0

 

Вариант 9

 

Отметка Земли, м

690

700

720

640

700

Расстояние, км

0

0,3·R0

0,6·R0

0,8·R0

R0

 

Вариант 0

 

Отметка Земли, м

250

300

320

380

305

Расстояние, км

0

0,2·R0

0,5·R0

0,7·R0

R0

 

 

 

Методические указания к выполнению  задачи 4

 

4.1.Затухание в резонаторных и мостовых фильтрах БС, (αф) определяем по формуле:

αф = αус + адф + КАР,  дБ                                                                           (4.1)                                                                                                   

4.2. Определяем оптимальную мощности передатчика БС сотовой связи, работающей в зоне действия помех от автотранспорта. 

 

4.2.1. Рном =103 - 0,1Вэкв                                                                     (4.2)

Где  Вэкв – поправка, учитывающая отличие эквивалентной мощности передатчика БС от мощности 1 кВт, рассчитываемая по формуле:

 

    Вэкв = Енеобх – Nш – (S/N)вх – Вh2 – В%мест – Взам – Врельеф + σпр,         (4.3.)    

 где:

 

Енеобх

– необходимый уровень напряженности поля полезного сигнала на границе зоны      

 

дБ

 

 

Nш

– уровень шумов в точке приема

дБ/мкВ

 

(S/N)вх

- отношение сигнал/шум на входе приемника   АС

дБ

 

Вh2

- поправка, учитывающая отличие высоты установки антенны АС от высоты 10 м

 

дБ

 

В%мест

- поправка на медленные замирания при отличии заданного процента приемных пунктов от 50%

 

дБ

 

Взам

- поправка на быстрые замирания

дБ

 

Врельеф

- поправка, учитывающая отличия реального рельефа местности от принятого в МККР

 

дБ

 

σ2пр

- неравномерность диаграммы направленности приемной антенны АС в горизонтальной плоскости

 

дБ

 

Енеобх

необходимый уровень напряженности поля полезного сигнала

 

дБ

 

 

4.2.2. Поправка, учитывающая номинальную мощность передатчика БС, рассчитывается по формуле:

ВРном = ВРэкв - αф - aн - (αl)пер - σпер + εпер                                                 (4.4)

 

4.2.3. Номинальная мощность передатчика БС определяем по формуле:

 Рном =103 - 0,1ВРном Вт                                                                        (4.5)

 

4.3. Построение профиля.

Профиль строим согласно пунктам 2.8 – 2.14 задания 2

 

4.4. Определить время ухудшения связи из-за рефракции.

4.4.1. Среднее значение просвета на пролете:                                                                                                                                               (4.4)

4.4.2. Определяем длину препятствия. На чертеже профиля пролета проводим прямую параллельную лучу на расстоянии ΔХ = Н0 от вершины препятствия.           (4.5)                                                                                                                                                                    

 4.4.3. Находим параметр, характеризующий аппроксимирующую сферу μ

                                                                                                                 (4.6.)

где α = 1.

4.4.4.  Определяем относительный просвет по формуле:

                                                                              (4.7)

где  V0 = - 18 дБ;      Vmin = - (Ft/2),

Ft – запас на замирание.

4.4.5. Находим  параметр ψ:

 

                                                                                                              (4.8)

где                                                                                                  (4.9)

Т(Vmin) = 0%.

 

Пример решения задачи

 

Исходные данные

Затухание сигнала в устройстве сложения

αус

дБ

3,4

Затухание сигнала в дуплексном фильтре

адф

дБ

0,8

Коэффициент деления мощности антенного разветвителя

КАР

дБ

6,1

Затухание в неоднородностях АФТ передачи

aн

дБ

1

Затухание в фидере передающей антенны

(αe)пер

дБ

3,14

Неравномерность диаграммы направленности передающей антенны БС в горизонтальной плоскости

  σпер

дБ

1

Коэффициент усиления передающей антенны БС

εпер

дБ

7,3

Дальность связи БС1

 

км

13

Высота подвеса антенны БС

h

м

100

Необходимая напряженность в точке приема

 

дБ

48,9

Частота передатчика РРЛ

 

ГГц

5,2

Запас на замирание

 

дБ

59

 

Затухание в резонаторных и мостовых фильтрах БС, (αф) определяем по формуле:

αф = αус + адф + КАР =3,4+0,8+6,1 = 10,3 дБ.

 

1.Определение оптимальной мощности передатчика БС транкинговой связи, работающей в зоне действия помех от автотранспорта.

 

1.1.Оптимальная мощность передатчика БС определяется по формуле:

 Рном =103 - 0,1ВРном

 

1.2. В1Pэкв = Енеобх – Nш – (S/N)вх – Вh2 + В%мест – Взам – Врельеф + σпр,   дБ   

 где В1Рэкв – поправка, учитывающая отличие эквивалентной мощности передатчика БС от мощности 1 кВт

 

Енеобх

– необходимый уровень напряженности поля полезного сигнала на границе зоны        

дБ

48 ÷ 50 дБ

Nш

– уровень шумов в точке приема

дБ/мкВ

8,71

(S/N)вх

- отношение сигнал/шум на входе приемника АС

дБ

8 ÷ 10

Вh2

- поправка, учитывающая отличие высоты установки антенны АС от высоты 10 м

дБ

8,24

В%мест

- поправка на медленные замирания при отличии заданного процента приемных пунктов от 50%

дБ

- 11

 

Взам

- поправка на быстрые замирания

дБ

3,5

Врельеф

- поправка, учитывающая отличия реального рельефа местности от принятого в МККР

дБ

- 10

 

σ2пр

- неравномерность диаграммы направленности приемной антенны АС в горизонтальной плоскости

дБ

0

Енеобх

необходимый уровень напряженности поля полезного сигнала

дБ

48,9

 

В1Рэкв = Енеобх – Nш -(S/N)вх -  Вh2 + В%мест – Взам – Врельеф + σпр =

= 48 – 8,71 – 8 -8,24 – 11 – 3,5 + 10 + 0 =19,5 дБ.

 

1.3. Поправка, учитывающая номинальную мощность передатчика БС:

ВРном = В1Рэкв - αф - aн - (αl)пер + σпер + εпер

ВРном = 19,5 – 10,3 – 1 – 3,14 +1 + 7,3 = 13,4 дБ.

 

1.4. Номинальная мощность передатчика БС:

 Рном =103 - 0,1ВРном = 103 – 0,1∙13,4 = 45 Вт

 

2. Построение профиля.

Расстояние, км

0

0,25 R0

0,5 R0

0,75 R0

 R0

Отметка Земли, м

300

300

310

300

310

 

2.1. Выбираем расстояние между БС1 и БС2   R0 = 20 км

 

2.2. Строим профиль (смотри задачу 2).

 

Радиус кривизны Земли у =1,96 ∙ 10-2 R20 = 7,84 м    

2.3. Минимальный радиус зоны Френеля:

Н0 =      , где          

         

2.4.Просвет в отсутствии рефракции:

 

σ = 9∙10-8  1/м;  

= - 7 ∙ 10-8  1/м для Казахстана

2.5. Высота подвеса антенны:

h1 = MN + y +H(0) – CD

h2 = MN + y + H(0) – ZY

h1 = 310 + 7,84 + 10,3 – 300 = 28,14 м

h2 = 310 + 7,84 + 10,3 – 300 = 28,14 м

Вывод.

Антенны РРЛ можно расположить ниже антенны сотовой связи

2.6. Определить время ухудшения связи из-за рефракции.

2.6.1 Среднее значение просвета на пролете:

2.6.2 Относительный просвет:

 

 

2.6.3 Параметр μ:

α = 1

2.6.4  Относительный просвет:

где  V0 = - 18 дБ;      Vmin = - (Ft/2)

Ft – запас на замирание

2.6.5  Параметр ψ:

 

где     

Т(Vmin) = 0%

 

Задача 5

Рассчитать дальность связи сотовой сети GSM в направлении АС – БС в городе согласно таблицам 7,8. Выбор города производить согласно первой букве фамилии из списка городов Казахстана.

Исходные данные приведены в таблице 8,9

 

Таблица 8. Исходные  данные (последняя цифра зачетной книжки)

 

Параметры /  вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

 

БС

НС

БС

НС

БС

НС

БС

НС

БС

НС

БС

НС

БС

НС

БС

НС

БС

НС

БС

НС

Средняя частота передачи, МГц

935

915

935

890

945

900

955

910

952

907

950

905

940

895

960

915

957

912

935

890

Средняя частота приема, МГц

915

935

890

935

900

945

910

955

907

952

905

950

895

940

915

960

912

957

890

935

Дуплексный разнос каналов передачи и приема, МГц

приема, МГц

45

45

45

45

45

45

45

45

45

45

45

45

45

45

45

45

45

45

45

45

Скорость преобразования речи (кбит/с)

13

13

13

13

13

13

13

13

13

13

13

13

13

13

13

13

13

13

13

13

Число обслуживаемых абонент. терминалов

124х8

124х8

124х8

124х8

124х8

124х8

124х8

124х8

124х8

124х8

124х8

124х8

124х8

124х8

124х8

124х8

124х8

124х8

124х8

124х8

Максимальная частота модуляции, кГц

3,4

3,4

3,4

3,4

3,4

3,4

3,4

3,4

3,4

3,4

3,4

3,4

3,4

3,4

3,4

3,4

3,4

3,4

3,4

3,4

Максимальная девиация, кГц

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

Волновое сопротивление антенно-фидерного тракта, Ом

50

50

50

50

50

50

50

50

50

50

50

50

50

50

50

50

50

50

50

50

Чувствительность приемника при отношении сигнал/шум на его выходе 12 дБ, мкВ

0,25

0,25

0,2

0,2

0,22

0,22

0.3

0,3

0,35

0,35

0,24

0,24

0,33

0,33

0,23

0,23

0,32

0,32

0,29

0,29

Выходная мощность передатчика на канал, Вт1

прогр

0,8

прогр

0,9

прогр

1,0

прогр

0,85

прогр

0,9

прогр

0,85

прогр

0,95

прогр

1,2

прогр

1,15

прогр

1,1

Высота подвеса антенны, м

80

1.5

115

1.5

140

1.5

130

1.5

120

1.5

110

1.5

100

1.5

90

1.5

145

1.5

125

1,5

  

Таблица 9.  Исходные данные для расчета дальности связи (сумма двух последних цифр зачетной книжки)

 

Параметры / вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

 

БС

НС

БС

НС

БС

НС

БС

НС

БС

НС

БС

НС

БС

НС

БС

НС

БС

НС

БС

НС

Коэффициент усиления антенны, дБ

5

0

4,5

0

5,2

0

5,1

0

5,5

0

4,8

0

5,3

0

5,4

0

4,9

0

4,6

0

Неравномерность диаграммы направленности антенны горизонтальной плоскости, дБ

1

0

1,1

0

1,2

0

1,15

0

0,9

0

0,95

0

1,2

0

1,25

0

1,12

0

1,18

0

КНД антенной системы БС, дБ

3,4

 

2,9

 

3,2

 

3,1

 

3,3

 

3,0

 

3,5

 

3,6

 

3,25

 

3,4

 

Коэффициент деления мощности антенного разветвителя, дБ

6,1

-

6,2

 

6,3

 

6,4

 

6,0

 

5,9

 

6,3

 

6,15

 

6,3

 

6,25

 

Затухание в кабеле, дБ

3,24

-

3,3

 

3,4

 

3,1

 

3,5

 

3,1

 

3,2

 

3,35

 

3,4

 

3,45

 

Затухание в дуплексном фильтре, дБ

1

-

0,8

 

0,9

 

0,95

 

1,1

 

1,1

 

1,2

 

0,95

 

0,9

 

1,3

 

Затухание в устройстве разделения, дБ

3,5

-

3,2

 

3,3

 

3,4

 

3,0

 

3,15

 

3,6

 

3,45

 

3,3

 

3,7

 

Коэффициент усиления устройства соединения, дБ

2

-

1,7

 

2,1

 

1,8

 

1,9

 

2,2

 

1,85

 

2,3

 

2,1

 

2,15

 

Затухание на неравномерностях антенно-фидерного тракта, дБ

1,2

-

1,3

 

1,1

 

1,4

 

1

 

1,15

 

1,25

 

1,35

 

1,1

 

1,22

 

Затухание в антенно-фидерном тракте, дБ

-

1

 

0,9

 

1,1

 

0,8

 

1,2

 

0,75

 

1,3

 

1,15

 

1,1

 

1,05

Среднее колебание высоты местности, м

10

10

15

15

10

10

15

15

10

10

15

15

10

10

15

15

10

10

15

15

  

1Примечание: Выходная мощность передатчика может дистанционно изменяться от 1 до 50  Вт

 Методические указания к выполнению  задания 5

 

5.1.    Расчет необходимой напряженности поля в точке приема

 

Графики МККР, являющиеся основой используемой методики расчета построены при исходных данных:

- напряженность поля полезного сигнала создается передатчиком с эффективной излучаемой мощностью 1 кВт;

- приемная антенна установлена на высоте 10м;

- напряженность поля сигнала приведена в точке приема, а не на входе приемника;

- значения напряженности поля полезного сигнала, показанные на графиках, имеют место е течении 50% времени и в 50% пунктов приема.

Для определения напряженности поля полезного сигнала в расчетную формулу вносятся соответствующие поправки, учитывающие различие исходных параметров (мощности передатчика, высоты установки приемной антенны, электрических данных антенн и др.).

Необходимую напряженность поля в точке приема определяют исходя из того, что, учитывая все перечисленные выше поправки, уровень поля полезного сигнала в точке приема должен превышать уровень шумов в точке приема на заданную величину отношения сигнал/шум на входе приемника.

Расчет следует производить по следующей формуле:

 

,                   (5.1)

 

где    - необходимый уровень напряженности поля полезного сигнала, дБ/мкВ/м;

 - уровень шумов в точке приема, дБ/мкВ/м;

- отношение сигнал/шум на входе приемника, соответствующее заданному отношению на выходе, дБ;

 - поправка, учитывающая отличие эквивалентной мощности от мощности 1 кВт, для которой составлены графики МККР, дБ;

 - поправка, учитывающая отличие высоты установки антенны АС от высоты 10 м, для которой составлены графики МККР, дБ;

 - поправка на медленные замирания- при отличии заданного процента приемных пунктов, в которых обеспечивается напряженность поля, показанная на графиках МККР, от 50%, дБ;

 - поправка на быстрые замирания, учитывающая отличие  заданного процента времени превышения данной напряженности поля, от 50% времени, дБ;

 - поправка, учитывающая отличие реального рельефа местности от принятого при составлении графиков МККР, дБ;

 - неравномерность диаграммы  направленности  приемной антенны в горизонтальной плоскости, дБ.

Следует сразу же заметить, что в рассматриваемом случае передачи в направлении АС-БС, фактически рассчитывается уровень напряженности поля полезного сигнала, необходимый для качественного приема аппаратурой БС, антенна которой находится на высоте 1.5м (высоте подъема антенны НС). При этом передача ведется с границы зоны обслуживания абонентской станцией, находящейся на высоте подвеса антенны БС (150м). Уровень шумов для базовой станции берется такой, как если бы ее антенна находилась бы на своей нормальной высоте подвеса. Такая замена не влияет на конечный результат (радиус зоны обслуживания) и обусловлена спецификой материалов рекомендаций МККР.

Так как расчет ведется в две стороны, во избежание путаницы, все обозначения характеристик аппаратуры базовой станции будут снабжаться индексом "1", абонентской станции - индексом "2". С учетом этого, формула (5.1) запишется как

 

.                   (5.2)

 

5.2.    Расчет уровня суммарного шума

 

Уровень суммарного шума в точке приема определяется по формуле:

,                                                                     (5.3)

где    - уровень шумов в точке приема, дБ/мкВ/м;

- уровень внешних шумов в точке приема, мкВ/м

 - уровень собственного шума приемника, приведенного к точке приема.

 

5.3     Расчет внешних шумов

 

Если принять, что помехи приходят равномерно со всех направлений, то расчетное значение уровня помех можно определить по формуле:

                                                                              (5.4)

где  - уровень внешних шумов в точке приема, мкВ/м;

 - уровень помех, рекомендуемый для расчета (показатель помеховой обстановки для БС),  принимают 1, 5 мкВ/м;

 - коэффициент направленного действия (КНД) антенной системы БС, отн.ед.      

Приняв  = 1,5 мкВ/м, можно найти уровень внешних шумов по формуле 5.4

5.4     Расчет внутренних шумов для сотовой связи

 

Известно, что действующая длина приемной антенны (действующая высота) - коэффициент, связывающий напряженность электрического поля в месте расположения антенны с напряжением на ее согласованной нагрузке. При согласовании волнового сопротивления фидера с входным сопротивлением приемного устройства, напряжение сигнала на входе приемного устройства

                                                                                     (5.5)

где U - напряжение сигнала на входе приемного устройства, мкВ;

 - действующая длина антенны, м;

Е - напряженность поля, мкВ/м.

Уровень собственных шумов приемника, приведенных к точке приема, определяется по формуле:

                                                                                      (5.6)                                                                                                                                                 

где N со6 - уровень собственного шума приемника, приведенного к точке приема, мкВ/м;

- уровень собственного шума приемника, приведенного ко входу приемника, мкВ;

lд - действующая длина антенны, м.

 можно найти, зная отношение сигнал/шум на входе приемника и его чувствительность. При узкополосной частотной модуляции пересчет величины отношения сигнал/шум с выхода на вход приемника можно производить по формуле:

                                                                               (5.7)

где  - отношение сигнал/шум на входе приемника, соответствующее заданному отношению на выходе, отн.ед ;

 - отношение сигнал/шум на выходе приемника, отн.ед

(дано   12 дБ =15,8 отн ед);

 - максимальная звуковая частота модуляции, кГц;

 - величина девиации, кГц.

        

В связи с тем, что порог исправляющей способности при ЧМ нельзя определить расчетным путем и учитывая запас на ретрансляцию, величину  в любом случае не следует принимать менее 8 дБ (2.51 отн.ед).

Уровень собственных шумов, приведенных ко входу приемника:

                                                                                          (5.8)

где  - уровень собственного шума приемника, приведенного к входу приемника, мкВ;

- чувствительность приемника, мкВ;

 - отношение сигнал/шум на входе приемника, соответствующее заданному отношению на выходе, отн.ед.

 

Действующая длина антенны /12/,м

                                                           (5.9)                                                                          

где λ - средняя длина волны сигнала, м;

 - коэффициент усиления по мощности антенны приемника, отн.ед

 

 - волновое сопротивление фидера, Ом;

- коэффициент полезного действия (КПД) антенно-фидерного тракта приемной антенны, отн.ед.

КПД антенно-фидерного тракта БС можно найти, зная, что затухание сигнала на прием в нем рассчитывается по формуле

                                                                (5.10)

где  - затухание сигнала на прием в антенно-фидерном тракте БС, дБ;

 - затухание в дуплексном фильтре, дБ;

 - затухание в кабеле, дБ;

*             - коэффициент усиления приемного устройства соединения, дБ.

Находим затухание сигнала на прием в АФТ тракте БС сотовой сети по формуле 5.10:

 

КПД антенно-фидерного тракта приемной антенны определяем по формуле:

                                                                       (5.11)

где  - коэффициент полезного действия (КПД) антенно-фидерного тракта приемной антенны, отн.ед.;

 - затухание сигнала на прием в антенно-фидерном тракте БС, дБ.

 

Теперь можем рассчитать действующую длину приемной антенны БС по формуле 5.9.

 

Уровень собственных шумов приемника, приведенных к точке приема, определим по формуле (5.6).

 

Теперь по формуле (5.3) можно определить уровень суммарного шума в точке приема.

 

5.5. Определение поправок

 

5.5.1. Поправка, учитывающая отличие эквивалентной мощности передатчика от мощности 1кВт, дБ

                                                      (5.12)

где  - поправка, учитывающая отличие от номинальной мощности 1 кВт, для которой построены графики МККР, дБ;

 - затухание в резонаторных и мостовых фильтрах, антенных разделителях и др., дБ;

 - затухание в неоднородностях антенно-фидерного тракта передачи, дБ;

 - затухание в фидере передающей антенны, дБ;

 - неравномерность диаграммы направленности передающей антенны в горизонтальной плоскости, дБ;

* - коэффициент усиления передающей антенны, дБ.

Сумма выражает общее затухание сигнала в антенно-фидерном тракте передачи носимой станции  дБ .

 

5.5.2. Поправка, учитывающая фактическую мощность передатчика, дБ

                                                                                (5.13)

где Рном - фактическая мощность передатчика, Вт.

Тогда, по формуле (5.12), поправка, учитывающая отличие эквивалентной мощности передатчика от 1 кВт

Графики, приведенные в рекомендации №370 МККР, построены для высоты установки антенны АС, равной 10 м. В тех случаях, когда антенну АС устанавливают на другой высоте, следует внести поправку, которую можно рассчитать по формуле:

                                                                                   (5.14)

где  - поправка, учитывающая отличие высоты установки антенны АС от высоты 10 м, для которой составлены графики МККР, дБ;

* - высота установки антенны АС, м.

5.5.3. Поправка, вносимая при необходимости обеспечения связи для процента пунктов приема отличающегося от 50%, определяется по графику.

Для обеспечения связи в 90% пунктов приема поправка

 .                                                                                  (5.15)

5.5.4. Для определения поправки на быстрые замирания, учитывающей отличие принятого процента времени превышения данной напряженности поля от 50% *  времени, наиболее приемлемы графики замираний по Буллингтону. Пользуясь этими графиками, можно проводить расчеты с наибольшей степенью точности. Определенная из графика поправка на быстрые замирания для 90% времени

                                                                           (5.16)                                                                                                                                                     

5.5.5. Поправка, учитывающая отличие реального рельефа местности от принятого при составлении графиков МККР, зависит от среднего колебания высот местности Δh на расстоянии 10 км и более от БС. Для городской местности, при плотной застройке примем колебания рельефа  (Δh=100 м) поправка, определенная по графику (рисунок 3).

 дБ                                                                                   (5.17)

Неравномерность диаграммы направленности приемной антенны БС в горизонтальной плоскости = -1 дБ.

Рисунок 3. Зависимость поправочного коэффициента ослабления от среднего колебания местности

5. 6 Вычисление радиуса зоны обслуживания

Рассмотрев карту города Алматы  подсчитаем площадь города. Площадь составит около 2500 км2.

Найдем площадь, покрываемую одной БС :

 При радиусе зоны обслуживания в R км для сотовой сети,

                                                                                                                                                                       

Пример решения задачи

Таблица 10.Данные для расчета дальности связи

Параметры

БС

АС

Средняя частота передачи, МГц

935

915

Средняя частота приема, МГц

915

935

Дуплексный разнос каналов передачи и приема, МГц

45

45

Скорость передачи речи (кбит/с)

13

 

Число обслуживаемых абонент. терминалов

124х8

 

Средняя длина волны передачи, м

0,32

0,327

Средняя длина волны приема, м

0,327

0,32

Максимальная частота модуляции, кГц

3,4

3,4

Максимальная девиация, кГц

5

5

Волновое сопротивление антенно-фидерного тракта, Ом

50

50

Чувствительность приемника при отношении сигнал/шум на его выходе 12 дБ, мкВ

0,25

0,25

Выходная мощность передатчика на канал, Вт1

прогр

0,8

Высота подвеса антенны, м

80

1.5

Коэффициент усиления антенны, дБ

5

0

Неравномерность диаграммы направленности антенны горизонтальной плоскости, дБ

1

0

КНД антенной системы БС, дБ

3,4

 

Коэффициент деления мощности антенного разветвителя, дБ

6,1

-

Затухание в кабеле, дБ

3,24

-

Затухание в дуплексном фильтре, дБ

1

-

Затухание в устройстве разделения, дБ

3,5

-

Коэффициент усиления устройства соединения, дБ

2

-

Затухание на неравномерностях антенно-фидерного тракта, дБ

1,2

-

Затухание в антенно-фидерном тракте, дБ

-

1

Среднее колебание высоты местности, м

10

10

         

Расчет необходимой напряженности поля в точке приема

Графики МККР, являющиеся основой используемой методики расчета, построены при исходных данных:

- напряженность поля полезного сигнала создается передатчиком с эффективной излучаемой мощностью 1 кВт;

- приемная антенна установлена на высоте 10м;

- напряженность поля сигнала приведена в точке приема, а не на входе приемника;

- значения напряженности поля полезного сигнала, показанные на графиках, имеют место в течении 50% времени и в 50% пунктов приема.

Для определения напряженности поля полезного сигнала в расчетную формулу вносятся соответствующие поправки, учитывающие различие исходных параметров (мощности передатчика, высоты установки приемной антенны, электрических данных антенн и др.).

Необходимую напряженность поля в точке приема определяют исходя из того, что, учитывая все перечисленные выше поправки, уровень поля полезного сигнала в точке приема должен превышать уровень шумов в точке приема на заданную величину отношения сигнал/шум на входе приемника.

Расчет следует производить по следующей формуле (5.1):

 

,                           

где    - необходимый уровень напряженности поля полезного сигнала, дБ/мкВ/м;

 - уровень шумов в точке приема, дБ/мкВ/м;

- отношение сигнал/шум на входе приемника, соответствующее заданному отношению на выходе, дБ;

 - поправка, учитывающая отличие эквивалентной мощности от мощности 1 кВт, для которой составлены графики МККР, дБ;

 - поправка, учитывающая отличие высоты установки антенны АС от высоты 10 м, для которой составлены графики МККР, дБ;

 - поправка на медленные замирания- при отличии заданного процента приемных пунктов, в которых обеспечивается напряженность поля, показанная на графиках МККР, от 50%, дБ;

 - поправка на быстрые замирания, учитывающая отличие  заданного процента времени превышения данной напряженности поля, от 50% времени, дБ;

 - поправка, учитывающая отличие реального рельефа местности от принятого при составлении графиков МККР, дБ;

 - неравномерность диаграммы  направленности  приемной антенны в горизонтальной плоскости, дБ.

 

Расчет уровня суммарного шума

Уровень суммарного шума в точке приема определяется по формуле:

,                                                                    

где    - уровень шумов в точке приема, дБ/мкВ/м;

- уровень внешних шумов в точке приема, мкВ/м ;

 - уровень собственного шума приемника, приведенного к точке приема.

         Расчет внешних шумов

Если принять, что помехи приходят равномерно со всех направлений, то расчетное значение уровня помех можно определить по формуле:

,                                                                     

где  - уровень внешних шумов в точке приема, мкВ/м;

 - уровень помех, рекомендуемый для расчета (показатель помеховой обстановки для БС), мкВ/м;

 - коэффициент направленного действия (КНД) антенной системы БС, отн.ед.       D1пр=3,4 дБ (2,19 раз)

Приняв =1.5 мкВ/м , можно найти уровень внешних шумов

 

Расчет внутренних шумов для сотовой  связи

Известно, что действующая длина приемной антенны (действующая высота) - коэффициент, связывающий напряженность электрического поля в месте расположения антенны с напряжением на ее согласованной нагрузке. При согласовании волнового сопротивления фидера с входным сопротивлением приемного устройства, напряжение сигнала на входе приемного устройства

                                                                               

где U - напряжение сигнала на входе приемного устройства, мкВ;

 - действующая длина антенны, м;

Е - напряженность поля, мкВ/м.

Уровень собственных шумов приемника, приведенных к точке приема, определяется по формуле:

,                                                                                     

где N со6 - уровень собственного шума приемника, приведенного к точке приема, мкВ/м;

- уровень собственного шума приемника, приведенного ко входу приемника, мкВ;

lд - действующая длина антенны, м.

 можно найти, зная отношение сигнал/шум на входе приемника и его чувствительность. При узкополосной частотной модуляции пересчет величины отношения сигнал/шум с выхода на вход приемника можно производить по формуле:

,                                                           

где  - отношение сигнал/шум на входе приемника, соответствующее заданному отношению на выходе, отн.ед ;

 - отношение сигнал/шум на выходе приемника, отн.ед

(дано   12 дБ =15,8 отн ед);

 - максимальная звуковая частота модуляции, кГц;

 - величина девиации, кГц.

     

В связи с тем, что порог исправляющей способности при ЧМ нельзя определить расчетным путем и, учитывая запас на ретрансляцию, величину  в любом случае не следует принимать менее 8 дБ (2.51 отн.ед).

Уровень собственных шумов, приведенных ко входу приемника:

,                                                                      

где  - уровень собственного шума приемника, приведенного к входу приемника, мкВ;

- чувствительность приемника, мкВ;

 - отношение сигнал/шум на входе приемника, соответствующее заданному отношению на выходе, отн.ед.

 

Действующая длина антенны /12/,м

                                             

где λ - средняя длина волны сигнала, м;

 - коэффициент усиления по мощности антенны приемника, отн.ед

 - волновое сопротивление фидера, Ом;

- коэффициент полезного действия (КПД) антенно-фидерного тракта приемной антенны, отн.ед.

КПД антенно-фидерного тракта БС можно найти, зная, что затухание сигнала на прием в нем

,                                                     

где  - затухание сигнала на прием в антенно-фидерном тракте БС, дБ;

 - затухание в дуплексном фильтре, дБ;

 - затухание в кабеле, дБ;

*             - коэффициент усиления приемного устройства соединения, дБ.

Находим затухание сигнала на прием в АФТ тракте БС сотовой сети:

 

КПД антенно-фидерного тракта приемной антенны

,                                                                            

где  - коэффициент полезного действия (КПД) антенно-фидерного тракта приемной антенны, отн.ед.;

 - затухание сигнала на прием в антенно-фидерном тракте БС, дБ

 

Действующая длина приемной антенны БС

 

Уровень собственных шумов приемника, приведенных к точке приема, определенный по формуле :

Теперь по формуле 5.3. можно определить уровень суммарного шума в точке приема:

 

Определение поправок

Поправка, учитывающая отличие эквивалентной мощности передатчика от мощности 1кВт, дБ

,                                           

где  - поправка, учитывающая отличие от номинальной мощности 1 кВт, для которой построены графики МККР, дБ;

 - затухание в резонаторных и мостовых фильтрах, антенных разделителях и др., дБ;

 - затухание в неоднородностях антенно-фидерного тракта передачи, дБ;

 - затухание в фидере передающей антенны, дБ;

 - неравномерность диаграммы направленности передающей антенны в горизонтальной плоскости, дБ;

 - коэффициент усиления передающей антенны, дБ.

Сумма выражает общее затухание сигнала в антенно-фидерном тракте передачи носимой станции  дБ .

Поправка, учитывающая фактическую мощность передатчика, дБ

,                                                                     

где Рном - фактическая мощность передатчика, Вт.

Тогда поправка, учитывающая отличие эквивалентной мощности передатчика от 1 кВт

Графики, приведенные в рекомендации №370 МККР, построены для высоты установки антенны АС, равной 10 м. В тех случаях, когда антенну АС устанавливают на другой высоте, следует внести поправку, которую можно рассчитать по формуле:

,

где  - поправка, учитывающая отличие высоты установки антенны АС от высоты 10 м, для которой составлены графики МККР, дБ;

 - высота установки антенны АС, м.

Поправка, вносимая при необходимости обеспечения связи для процента пунктов приема, отличающегося от 50% определяется по графику.

Для обеспечения связи в 90% пунктов приема поправка

                                                                         

Для определения поправки на быстрые замирания, учитывающей отличие принятого процента времени превышения данной напряженности поля от 50% *  времени, наиболее приемлемы графики замираний по Буллингтону. Пользуясь этими графиками, можно проводить расчеты с наибольшей степенью точности. Определенная из графика поправка на быстрые замирания для 90% времени

                                                                             

Поправка, учитывающая отличие реального рельефа местности от принятого при составлении графиков МККР, зависит от среднего колебания высот местности Δh на расстоянии 10 км и более от БС. Для городской местности, при плотной застройке примем колебания рельефа  (Δh=100 м) поправка, определенная по графику (рисунок 3).

 дБ.                                                                                  (23)

Неравномерность диаграммы направленности приемной антенны БС в горизонтальной плоскости = -1 дБ.

 

Вычисление радиуса зоны обслуживания

Теперь  можно определить необходимый уровень напряженности поля полезного сигнала для сотовой сети

По графику МККР (рисунок 1) для высоты установки антенны БС 80 м радиус зоны обслуживания составит:

R=10 км – для сотовой сети.

Таким образом, с помощью расчета установлено, что при использовании  аппаратуры сотовой связи в зоне обслуживания радиусом порядка 10 км связь в направлении АС-БС будет устанавливаться в 90% времени и мест с отношением сигнал/шум на выходе приемника не хуже 12 дБ.

Расчет производился для уровня напряженности внешних помех в месте расположения БС, равного 1.5 мкВ/м.

Рассмотрев карту города Алматы, подсчитаем площадь города. Площадь составит около 2500 км2.

Найдем площадь, покрываемую одной БС ::

 При радиусе зоны обслуживания в 10 км для сотовой сети,

                                                                                    

 

Вычислим число БС, требуемых для покрытия всего города:

 

Итак, для покрытия города Алматы сотовой связью необходимо 8 базовых станций.

 

Список литературы

1     Головин О.В,  Радиосвязь  – М.: Горячая линия – Телеком, 2007.

2     Громаков Ю.А. Стандарты и системы подвижной радиосвязи. – М.: Радио и связь, 2005.

3     Карташевский В.Г. и др. Сети подвижной связи – М.: ЭКОТ РЕНДЗ, 2003.

4     Коньшин С.В., Сабдыкеева Г.Г. Теоретические основы систем связи с подвижными объектами: Учебное пособие. – Алматы: АИЭС, 2007.

5     Клочковская Л.П., Коньшин С.В. Технология беспроводной связи. Расчет параметров мобильной связи. Учебное пособие. – Алматы: АИЭС, 2007.

6     Одинский А. Перспективные технологии  подвижной радиосвязи Информост, №2(20), 2008, http://www.radioscanner.ru

7     Русев Д. Технологии беспроводного доступа: Справочник. – СПб.: БХВ- Петербург, 2007

8     Шахнович И.В. - Современные технологии беспроводной связи, СПб, 2006

  

Содержание 

Введение                                                                                                  3

Задача  1                                                                                                  4

Методические указания к выполнению задачи 1                                   4

Задача 2                                                                                                   8

Методические указания к выполнению задачи 2                                   10

Задача 3                                                                                                   16

Методические указания к выполнению задачи 3                                   16

Задача 4                                                                                                   21

Методические указания к выполнению задачи 4                                   23     

Задача 5         27

Методические указания к выполнению задачи 5                                   30

Список литературы                                                                                 43