Тема 3. Расчет характеристик антенн базовых

СТАНЦИЙ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ

Задача. Определите требуемый коэффициент усиления (КУ) антенны базовой станции мобильной связи G_БС при заданной дальности D и заданном запасе на замирание L_зам. Численные значения D и L_зам выбрать из таблицы А1 «Исходные данные к заданию».

Методические рекомендации к решению задачи. Мощность сигнала на входе приемника абонентской станции мобильной связи определяется согласно выражения

(3.1)

где P_выхБС, P_вхАС — мощности сигнала на выходе передатчика базовой станции и на входе приемника абонентской станции мобильной связи, соответственно, Вт (или мВт — милливатт); G_БС, G_AС — КУ антенн базовой и абонентской станции мобильной связи, соответственно (безразмерные величины); L_БСL_AС — ослабление сигнала за счет потерь в антенно-фидерных трактах базовой и абонентской станции мобильной связи, соответственно (безразмерные величины); L_св,L_зам — ослабления сигнала, обусловленные затуханием при распространении и замираниями, соответственно (безразмерные величины).

В логарифмическом виде формулу (3,1) можно записать как

 

(3.2)

где P_выхБС, P_вхАС определены в дБВт (или дБм); G_БС, G_AС — в дБи (размерность дБи обозначает, что КУ определен относительно изотропного излучателя); L_БС,L _AС и L_св, L_зам — в дБ.

Перевод единиц измерения в дБ и наоборот осуществляется по формулам

(3.3)

Для вычисления требуемого КУ антенны базовой станции мобильной связи G_БС в разах согласно формулы (3.1) можно воспользоваться выражением

(3.4)

или для определения G_БС в дБ согласно формулы (3.2) выражением

 

(3.5)

Численные значения P_вхАС, P_выхБС, G_AС, L_БС, L_AС заданы для всех вариантов одинаковыми. Численное значение L_зам выбирается из таблицы А1 «Исходные данные к домашнему заданию» в соответствии с вариантом.

Для вычисления L_св можно воспользоваться формулами

 

(3.6)

где D — заданная дальность действия базовой станции мобильной связи;

λ — длина волны электромагнитного колебания.

Численное значение D выбирается из таблицы А1 «Исходные данные к домашнему заданию» в соответствии с вариантом. Численное значение λ задано для всех вариантов одинаковым.

При расчете L_св согласно (3.6) значения D и λ необходимо привести к единым единицам измерения.

Таблица А1 — Исходные данные к заданию

Дополнение к таблице А1

ТЕМА 4. РАСЧЕТ ЗОНЫ ПОКРЫТИЯ БС С ПОМОЩЬЮ

МОДЕЛИ ХАТА

Эмпирическая модель Хата часто применяется при расчете зоны покрытия базовой станции, так как она рекомендована Международным Консультативным Комитетом по Радиосвязи (МККР) и довольно проста в применении. Эта модель позволяет вычислить потери на радиотрассе для конкретной местности и параметров базовой станции.

Средний уровень потерь на радиотрассе, следуя эмпирической модели Хата, определяется следующим образом:

(дБ).

Где

частота, (МГц);

высота базовой станции, (м);

расстояние между базовой станцией и абонентской станцией, (км);

высота абонентской станции, (м);

коэффициент, учитывающий высоту антенны абонентской станции ( для небольшого или среднего города, для большого города),

коэффициент, учитывающий характер местности ( для сельской местности, для пригорода, для города),

коэффициент, отражающий влияние плотности застройки, (%) – плотность застройки;

коэффициент, учитывающий сферичность Земли (вводится, если 0,2R₀ < r ≤ 0,8R₀, где R₀ – расстояние прямой видимости).

Пример расчета:

Необходимо рассчитать зону покрытия БС стандарта GSM-900 в большом городе с плотностью застройки 35%, исходя из требования обеспечения надлежащего качества сигнала.

МГц;

м;

м.

Решение

для города ().

Средний уровень потерь на радиотрассе:

(дБ);

(дБ).

Теперь, исходя из выходной мощности передатчика P (дБ), запаса по замираниям S( дБ) и требуемого уровня сигнала на входе приемника Q (дБ), запишем уравнение для нахождения R – максимального расстояния от БС, на котором достигается требуемое качество связи:

Задавая соответствующие параметры P (дБ), S (дБ), Q (дБ), можно вычислить расстояние уверенной связи R; на основании этих данных строится зона покрытия БС с точки зрения качества сигнала (без учета нагрузки на соту и возможностей БС по пропускной способности).

На рисунке ниже показан характерный вид функции уровня сигнала в зависимости от расстояния между БС и абонентом. Пересечение этой функции с прямой Q дает значение максимального значения радиуса зоны обслуживания, при котором еще предоставляются услуги требуемого качество. Для стандарта GSM R ~3-10 км (в отдельных случаях до 30 км).

В таком случае, для покрытия сотовой связью крупного города достаточным оказалось бы один-два десятка БС. На самом же деле их гораздо больше. Дело в том, что при планировании сотовой сети необходимо планировать абонентскую нагрузку на каждую соту отдельно. Нетрудно понять, что сота с радиусом действия в 10 км в крупном городе "охватит" так много абонентов (а соответственно и трафика), что справиться с нагрузкой не сможет. Фактически дозвониться при этом будет невозможно.

Поэтому приходится сужать зону покрытия и увеличивать количество БС, исходя из прогнозов абонентской нагрузки на соту.

ТЕМА 5. ЧАСТОТНО-ТЕРРИТОРИАЛЬНОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ СЕТИ GSM.

Задание. Выполнить территориально-частотное планирование подсистемы базовых станций сети GSM-900 на заданной территории. Территория представляет собой городскую застройку, разделенную на две зоны: центральную и периферийную. Для каждой зоны задан радиус R, количество абонентов N в ЧНН, нагрузка от одного абонента Y в ЧНН. При расчете необходимо учитывать следующие ограничения:

• на реализацию системы выделено 27 частотных каналов,

• вероятность блокировки вызова составляет 5%,

• в кластер объединяются 3-4 соты,

• каждая сота разделена на 3 сектора,

• радиус соты в городской застройке 0.4 – 6 км,

• эффективность использования частотного канала должна составлять 70-100%.

Необходимо рассчитать количество сот в системе, количество частотных каналов в соте, выполнить присвоение частот в кластере.

Также необходимо рассчитать количество оборудования BSS, используя при построении сети оборудование фирмы Huawei.

 

Частотно-территориальное планирование сети

В качестве исходных данных возьмем значения, приведенные в таблице 5.1.

Таблица 5.1

Для центральной зоны	Для периферийной зоны
R1, км	N1, чел	Y1, Эрл	R2, км	N2, чел	Y2, Эрл
6,5		0,016			0,011

 

Расчет:

1.1 Рассчитаемплощадь центральной зоны S₁:

Площадь периферийной зоны S₂:

1.2 Определим суммарную нагрузку в каждой зоне:

1.3 Выбрав радиус соты R₁ и R₂ для каждой зоны, находим площадь соты:

1.4 Определим количество сот в каждой зоне, учитывая перекрытие сот в пределах 20 – 30%

1.5 Определим суммарную нагрузка в соте Y_{соты 1} и Y_{соты 2}:

1.6 Определим нагрузку в секторе Y_{сект 1} и Y_{сект 2}:

 

1.7 Количество информационных каналов:

при определении количества информационных каналов в секторе заложим превышение рассчитанной нагрузки на 20%.

По таблице Эрланга с учетом 5% блокировки вызова находим необходимое количество каналов трафика TCH в секторе для каждой зоны:

N_{инф.кан.сект1} = 13 каналов,

N _{инф.кан.сект2} = 6 каналов.

1.8 Определим общее количество каналов:

зная количество каналов трафика ТСН, по таблице 5.2 находим необходимое количество каналов управления ССН.

 

Таблица 5.2. Соотношение между ТСН и ССН.

ССН	ТСН
	≤15
	≤22
	≤29

Далее, находим общее количество каналов в секторе:

N_{общ.сект1} = ТСН +ССН = 13+1 = 14 каналов,

N_{общ.сект2} = ТСН+ССН = 6+1 = 7 каналов.

1.9 Находим количество частотных каналов в секторе:

Если эффективность использования частотных каналов низкая, то необходимо найти такой радиус соты, при котором эффективность использования частотных каналов была в пределах 70-100%. В нашем задании эффективность составила 87,5% для центральной зоны и 87,5% для периферийной зоны.

1.10 Общее количество частотных каналов в системе:

(если в кластере 3 соты)

Рис.1. Назначение частотных каналов.

 

Если максимальное значение из двух чисел больше 27 – максимального количества частотных каналов, значит необходимо уменьшить радиус соты.

Далее необходимо назначить номера частотных каналов, т.е. присвоить номиналы частот, частотным каналам в каждом секторе. Назначение нужно выполнять таким образом, чтобы номера частотных каналов соседних кластеров отличались на 2 и более (рис.1).