Расчёт дальности связи

Размещено на http://www.allbest.ru/

НЕКОММЕРЧЕСКОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО

«АЛМАТИНСКИИ? УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ»

КАФЕДРА ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ

Расчётно-графическая работа №1

По дисциплине: Теория беспроводной связи

На тему: Расчёт дальности связи, расчёт мощности сигнала, необходимого для преодоления теплового шума, расчёт эффективности телекоммуникационной системы

Специальность: 5В071900 Радиотехника

Выполнила: Чернова Наталья

Группа: РЭу-13-2

Руководитель: асс. Зайцев Е. О

Алматы 2015

Содержание

Введение

Задание 1

Задание 2

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Профессиональными системами мобильной или подвижной радиосвязи PMR (Professional Mobile Radio) называются телекоммуникационные системы, использующие в качестве каналов связи радиоканал и предусматривающие использование нестационарных (носимых) пользовательских терминалов. Как правило, они имеют радиальную или радиально - зоновую (сотовую) структуру сети и могут использовать как симплексные (односторонние), так и дуплексные каналы (двухсторонние) каналы связи. При этом предполагается, что сама система может использовать для своих служебных нужд и управления коммутируемые и выделенные проводные линии электросвязи и оборудование стационарных систем телефонной связи общего пользования - PSTN (англ. Public Switched Telephone Network). В связи с большим количеством различных по функциональному составу и назначению систем мобильной связи в международной трактовке для обобщенной классификации используется термин «система связи подвижной службы (ССПС)».

Система связи подвижной службы общего пользования является двухуровневой составной телекоммуникационной сетью, включающей систему мобильной радиосвязи PMR (первый уровень) и телефонную сеть общего пользования - PSTN (второй уровень). Двухуровневая телекоммуникационная сеть обеспечивает функции коммутации и распределения информации в каждой из составных частей - рис. 1.1.

Участки «1» составной сети являются радиолиниями, образованными между мобильными станциями (МС) и базовыми станциями (БС). Участки «2» сети представляют многоканальные соединительные линии между БС и центром коммутации подвижной службы (ЦКПС). Участки «3» сети являются магистральными соединительными линиями (МСЛ) между радио- уровнем и фиксированной сетью PSTN. Множество базовых станций, размещаемых по всей зоне обслуживания системы, позволяет обеспечивать устойчивую радиосвязь любого мобильного абонента радиоуровня, в какой бы точке зоны обслуживания он не находился, с другим мобильным абонентом или с абонентом фиксированной сети PSTN через ЦКПС. Таким образом, ЦКПС выполняет роль автоматического радиокросса, обеспечивающего коммутацию между собой различных мобильных станций в зоне обслуживания, коммутацию МС с абонентскими телефонными аппаратами сети, а также выход на ЦКПС других зон обслуживания.

Увеличение плотности размещения базовых станций БС в зоне обслуживания позволяет сократить протяженность линий мобильной радиосвязи между МС и БС. Это, однако, не гарантирует предоставление и получение высококачественной радиосвязи в течение длительного времени из-за экранирования антенн МС и БС при работе в движении, особенно в условиях сильнопересеченной местности и воздействия помех.

Участки «1» составной сети (первичный пучок линий) могут рассматриваться как линии с кратковременным занятием. Такие линии в процессе установления связи могут вести себя как исправные, но из-за переходов в состояния плохого качества они не могут использоваться для дальнейшего обслуживания разговоров. Переходы линий радиосвязи в различные состояния и эквивалентны потерям вызовов.

Участки «2» составной сети могут строиться на основе линий радиорелейной связи (РРС), волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) и кабельных линий связи (КЛС). Процессы коммутации и распределения каналов связи на участках «1» и «2» могут рассматриваться как процессы установления транзитной связи между мобильными станциями МС и ЦКПС через базовые станции БС.

Участки «3» составной сети формируются на основе выделенных каналов фиксированной сети PSTN. Процессы распределения каналов в магистральных соединительных линиях рассматриваются как предоставление свободных линий связи для обслуживания транзитных разговоров между абонентами МС и абонентами сети PSTN в требуемые моменты времени.

Т. о., каналы ССПС являются составными каналами, объединяющими радиоуровень (PMR) и уровень фиксированной сети (PSTN) телекоммуникационной системы.

В настоящее время в различных странах мира применяются различные виды ССПС, которые обеспечивают информационные потребности экономики этих стран. Деление ССПС на виды определяется структурным построением радиоуровня - рис. 1.2.

В основе разделения региональных СПСС лежат способы организации радиосвязи. Глобальные СПСС различаются способом соединения различных зон обслуживания. Системы персонального радиовызова делятся на группы по способу организации радиовызовов.

Задание 1

По методике МККР и «Рекомендации 370» дальность радиосвязи между базовой (БС) и мобильно (МС) станциями определяется по формуле:

Енеобх = Nш + +Вр + ВhБС - В% + ВЗАМ + ВРЕЛ - уПРМ - уПРД,

где Енеобх - необходимый уровень напряженности в точке приёма, дБ;

Nш - уровень шумов в точке приёма, дБ;

- отношение сигнал/шум на входе приёмника, дБ;

Вр - поправка на отличие мощности передатчика от 1Вт, дБ;

ВhБС - поправка на отличие высоты установки антенны базовой станции (БС) от 10м, дБ;

В% - поправка на медленные замирания, учитывающая отличие количества пунктов успешной связи от 50%, дБ;

ВЗАМ - поправка на быстрые замирания, учитывающая отличие количества успешных сеансов связи от 50%, дБ;

ВРЕЛ - поправка на реальный рельеф местности, дБ;

уПРМ, уПРД - поправки на неравномерность диаграмм направленности приёмной и передающей антенн, дБ

Рассчитать дальность радиосвязи r между БС и МС станциями, при которой обеспечивается заданная достоверность приёма (для цифровой радиосвязи). Определить местоположение БС на местности h*1 - высоту подъема антенны над уровнем моря при заданном рельефе (показать на чертеже).

Таблица 1 - Исходные данные

Вычисление поправочных коэффициентов проводится следующим образом:

1) Шумы в точке приёма Nш состоят из внешних шумов и собственного шума приёмника, приведённого к точке приёма. Величина шума Nш определяется по формуле:

Nш = 10lg [N2ВН + • А2],

где A - потери в антенно-фидерном тракте приёмника, дБ (для мобильного телефона этим параметром пренебрегают);

NВН - уровень внешних шумов в точке приёма, дБ

NВН = N0 • ?f,

где N0 - плотность мощности шумов в ваттах на 1 Гц полосы

N0 = k • T,

где k - постоянная Больцмана (k = 1,38 • 10-23Дж/К)

Т - температура в Кельвинах

Nш = 10lg [(kT?f)2 + ] = 10lg [(1,38 • 10-23 • 243 • 1230 • 103)2 + ] = 19,085 дБ

2) Поправка Вр определяется по формуле:

Вр = 10lg + А - GA,

где А - потери в антенно-фидерном тракте передатчика, дБ. Они определяются исходя из высоты подвеса антенны (длина фидера) и затухания б на один погонный метр коаксиального кабеля.

Зная частоту и опираясь на табличные данные о затухании в кабелях, выбираем значение б равным 0,052 дБ/м, что соответствует кабелю марки РКД-2-9/33.

А = б (hБС + 5м) = 0,052 (20 + 5)= 1,3 дБ

где GA - коэффициент усиления антенны передатчика, дБи (см. таблицу 2)

Антенна представляет собой 2 независимые системы излучателей, расположенных симметрично вдоль отражающего экрана с наклоном +45° и -45° и формирующих ДН с шириной основного лепестка в горизонтальной плоскости 65° или 90°.

Коэффициент усиления, а следовательно, и ширина ДН в вертикальной плоскости зависит от количества излучающих элементов в антенной решётке. Расстояние между излучающими элементами подбирается таким образом, чтобы получить минимальный уровень боковых лепестков УБЛ, поэтому при определённой длине корпуса антенны можно расположить ограниченное количество элементов. Наиболее часто встречающиеся длины антенн - 0,7; 1,3 и 2 м.

Ставя цель создать антенну для городских условий, выбираем ширину ДН - 90° и длину антенны - 1,3 м, обеспечивая тем самым меньшую дальность связи, но большую зону покрытия.

Таблица 2 - Параметры антенн GSM, UMTS

Таким образом коэффициент усиления антенны получается равным 16,7 дБи.

Вр = 10lg + 1,3 - 16,7 = -0,84 дБ

3) Поправка ВhБС определяется по формуле:

ВhБС = 10lg() = 10lg() = -3,01 дБ

4) Поправка В%, учитывающая отличие заданного процента приёмных пунктов, в которых обеспечивается расчётная величина поля, от 50%, принятых при построении графиков (см. таблицу 3).

Таблица 3 - Величина поправки В%

Тем самым, величина В% составляет -11 дБ

5) Поправка ВЗАМ, учитывающая отличие заданного процента времени превышения расчётной величины поля от 50%, принятых при построении графиков (см. таблицу 4).

Таблица 4 - Величина поправки ВЗАМ

Тем самым, величина ВЗАМ составляет 14 дБ

6) Поправка ВРЕЛ определяется как функция максимального рельефа ?h на расстоянии между базовой и абонентской радиостанциями. При первоначальных расчётах принимают ВРЕЛ = 0.

?h определяется как разница высот местности между самой высокой возвышенностью и самой глубокой впадиной на участке распространения в данном направлении. При этом высота возвышенности уменьшается на 10%, а глубина впадины берётся равной 90% от вершины.

?h = h'1 - h'4 = 522 - 364 = 158 м

По грубой оценке параметр ?h равен половине среднего значения высот холмов или гор от подошвы до вершины на рассматриваемом участке. На наклонных трассах следует отсчитывать от линии, проходящей через середину неровностей. При этом определяется ZСР, позволяющая определить эффективную высоту подъёма антенны h1ЭФ.

h1ЭФ = h*1 - ZСР,

где h*1 - высота подъёма антенны над уровнем моря (определяется как сумма высоты над уровнем моря места установки опоры БС и высоты подъёма антенны БС на опоре - опору (БС) желательно ставить на самой высокой площадке местности).

h*1 = hБС + h1 = 20 + 580 = 600 м

ZСР = + h'4 = + 364 = 443 м

h1ЭФ = 600 - 443 = 157 м

Параметр ?h позволяет ввести условную классификацию типов местности (см. таблицу 5).

Таблица 5 - Классификация типов местности

Возвращаясь к определению величины поправки ВРЕЛ, воспользуемся найденными значениями параметров, характеризующих рельеф и местность, систематизировав их на графике (см. рисунок 3) и отбросив ненужные кривые частот 150 … 200 МГц, относящихся к селу.

Рисунок 3 - График для определения поправки рельефа местности

Из графика видно, что значение поправки ВРЕЛ следует взять равным 4 дБ.

Посчитав поправочные коэффициенты можем получить значение необходимого уровня напряженности в точке приёма:

Енеобх = Nш + +Вр + ВhБС - В% + ВЗАМ + ВРЕЛ - уПРМ - уПРД = 19,085 + 12 - 0,84 - 3,01 + 11 + 14 + 4 + 15 + 15 = 86,235 дБ

По графику на рисунке 4 (полученному экспериментально) определим ожидаемую дальность связи для рассчитанной напряженности поля при заданной высоте передающей антенны. 

Рисунок 4 - Зависимость медианного значения напряженности поля от расстояния на равнинно-холмистой местности (--- линии для метрового диапазона, - - - для дециметрового)

Видно, что дальность связи r составляет порядка 5,5 км.

радиосвязь сеть телекоммуникационный сигнал

Задание 2

Какой должна быть мощность сигнала, чтобы преодолеть тепловой шум, для того, чтобы выполнялись условия (см. таблицу 3).

Таблица 3 - Исходные данные

Отношение «сигнал/шум», ЕБ/N0 - это отношение энергии сигнала на 1 Бит к плотности мощности шумов на 1 Гц полосы частот. Для удовлетворительной связи достаточно, если при заданном отношении ЕБ/N0 величина BER (количество ошибок на Бит равнялась 10-4). Для получения другого значения BER необходимо изменить отношение ЕБ/N0.

Удельная энергия одного бита ЕБ, Дж:

ЕБ = S • ТБ,

где S, Вт - мощность сигнала, приходящаяся на 1 Бит (1 Вт = 1 Дж/с);

ТБ - время передачи одного бита

Скорость передачи данных R можно выразить в виде:

R =

Считаем, что на передачу битов влияет только тепловой шум, определяемый плотность мощности шумов (Вт/Гц):

N0 = k • T,

где k - постоянная Больцмана, k = 1,3803 • 10-23Дж/К;

Т - температура в Кельвинах

Для определения теплового шума на канале необходимо учесть ширину канальной полосы:

N0К = k • T • ?f

Используя эти формулы, приведённые выше, самостоятельно выведите формулу для расчёта S, которая должна быть выражена а дБм.

Т = 30°С = 303 К

8дБ = =

S = = = 860,96 • 1020 дБм

Заключение

Основой для аналитических расчетов радиосвязи являются документы МККР «Рекомендация 370» и «Отчет 239». В основе методики МККР лежат следующие положения:

1) величину зоны радиосвязи системы связи с подвижными объектами рассчитывают, исходя из минимальной величины сигнал/шум на выходе приемника, при которой обеспечивается заданная разборчивость речи. Общепринято для систем с цифровыми сигналами заменять понятие «разборчивость речи» на «достоверность приема». «Методика» и «Рекомендация» не определяют эти понятия;

2) все расчеты по «Методике» и «Рекомендации» имеют вероятностный характер. Это объясняется тем, что только отдельные параметры, влияющие на дальность радиосвязи, могут быть получены путем точных математических расчетов. Большое количество поправочных коэффициентов рекомендуется, исходя из среднестатистических многолетних наблюдений. Вопрос о полноте этих данных и их применимости в каждом отдельном случае остается открытым;

3) основой методики расчета являются кривые распространения радиоволн. Эти кривые представляют собой зависимости средней напряженности электромагнитного поля E (децибелы относительно 1 мкВ/м при 1 кВт эффективной излучаемой мощности и высоте передающей антенны 10 м) в точке расположения приемника от расстояния d до передатчика при различных значениях высоты подъема антенны приемника h, построенные для различных частот и типов подстилающих поверхностей. Графики соответствуют 50 % вероятности установления радиосвязи на 50 % территории.

Отношение сигнал/шум имеет большое практическое значение, поскольку скорость появления ошибочных битов является (убывающей) функцией данного отношения. При известном значении сигнал/шум, необходимом для получения желаемого уровня ошибок, можно выбирать все прочие параметры в приведенном уравнении. Следует отметить, что для сохранения требуемого значения сигнал/шум при повышении скорости передачи данных R придется увеличивать мощность передаваемого сигнала по отношению к шуму. Довольно часто уровень мощности шума достаточен для изменения значения одного из битов данных. Если же увеличить скорость передачи данных вдвое, биты будут "упакованы" в два раза плотнее, и тот же посторонний сигнал приведет к потере двух битов информации. Следовательно, при неизменной мощности сигнала и шума увеличение скорости передачи данных влечет за собой возрастание уровня возникновения ошибок.

Список литературы

1) Бабков В.Ю. Сети мобильной связи. Частотно-территориальное планирование. - СПб., 2007.

2) Карташевский В.Г. и др. Сети подвижной связи. - М.: Радио и связь, 2000.

3) Коньшин С.В. Технологии беспроводной связи: Учебное пособие. - Алматы: АИЭС, 2003.

Размещено на Allbest.ru