СРАВНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ЧАСТОТНОТЕРРИТОРИАЛЬНОГО ПЛАНИРОВАНИЯ СОТОВОЙ СЕТИ НА ОСНОВЕ СИСТЕМ ШИРОКОПОЛОСНОГО РАДИОДОСТУПА В УСЛОВИЯХ ГОРОДСКОЙ ЗАСТРОЙКИ

March 1, 2013 by admin Комментировать »

Кравчук с. А. Научно-исследовательский институт телекоммуникаций НТУУ «КПП» г. Киев, Индустриальный пер., 2, 03056, Украина Тел. 241-77-23, e-mail: sakravchuk@ukr.net

Аннотация – Представлены результаты моделирования и измерений распространения радиоволн диапазона

3..      .4 ГГц в условиях городской застройки для СШР, проведено сравнение полученных теоретических и экспериментальных данных, определена зона покрытия СШР и выполнена ее оптимизация с учетом движения транспортных средств с целью проведения частотно-территориального планирования сотовой сети на основе СШР.

I. Введение

Системы широкополосного радиодоступа (СШР) составляют динамично развивающееся направление беспроводного доступа, позволяющее создавать фиксированную сотовую сеть масштаба города, района и региона, а также интегрироваться в мультимедийную высокоскоростную кабельную сеть в качестве радиосредства «последней мили» [1].

На этапе частотно-территориального планирования СШР для оценки рабочих зон обслуживания системы используются различные модели распространения радиоволн, на основе которых разрабатываются мощные компьютерные средства расчёта и прогнозирования радиочастотной обстановки. Но, как показывает практика, разработанные модели должны быть адаптированы под исследуемые районы (внесены корректирующие данные в затухание сигнала). Несмотря на мощность средств расчёта, все факторы, задающие точность определения зон обслуживания, учесть невозможно. Отсюда постоянная потребность в совершенствовании моделей распространения радиоволн и, особенно, в условиях сложной структурированной среды, которой является городская и пригородная застройки [2].

В этой связи, целью настоящего доклада является представление результатов моделирования и измерений распространения радиоволн в условиях городской застройки для СШР, сравнения полученных теоретических (от разных моделей) и экспериментальных данных, определение зоны покрытия СШР и ее оптимизация с учетом движения транспортных средств для проведения частотно-территориального планирования сотовой сети на основе СШР.

II.                              Основная часть

Существующие модели распространения радиоволн в городской застройке можно разделить на три основных вида: эмпирические; детерминированные; стохастические (вероятностные).

Эмпирические модели основываются на результатах многочисленных наблюдений и измерений. Эти модели, главным образом, служат для прогнозирования потерь распространения радиоволн при определении зоны действия радиосистемы как в черте городской (пригородной) застройки, так и на открытых областях. Сюда можно отнести следующие модели беспроводного канала: SUI (Stanford University Interim) рабочей группы 802.16 IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers), Рекомендации МСЭ-Р P. 1546 и P. 1410, Hata и COST-231 Hata и др. Все эти модели прогнозируют усредненные потери распространения в виде функций различных параметров системы, например, расстояние, высота антенны и пр. Хотя эмпирические модели распространения для мобильных систем достаточно проработаны, но правомерность их применения для СШР, которые занимают более высокочастотный диапазон, подтверждена не полностью.

Детерминированные модели основаны на решении задач распространения радиоволн путем использования приближенных методов решения уравнений Максвелла. Одним из эффективных методов решения задач рассеяния радиоволн может быть так называемая геометрическая теория дифракции (ГТД). Постулаты ГТД являются обобщением законов геометрической оптики (ГО). Они определяют направления распространения и амплитуды рассеянных лучей от различных граничных поверхностей раздела сред.

Имеются две разновидности реализации данного рода моделей, называемые трассировкой лучей (ray tracing) и образованием лучей (ray launching). Число учитываемых итераций (отражений, препятствий) зависит от мощности компьютера.

Дифракционные потери сигнала вдоль каждого пути рассчитываются с использованием ГТД, а коэффициенты отражения – с помощью формул Френеля. Возможно также использование эмпирических соотношений, откалиброванных при помощи экспериментальных данных.

Стохастические модели имитируют окружающую обстановку в виде последовательности случайных величин. Эти модели являются менее точными, но зато не требуют много информации об окружающей обстановке.

Путем использования вышеупомянутых эмпирических моделей затухания радиоволн на городской трассе, а также детерминированного метода трехмерной трассировки лучей было проведено моделирование зон покрытия базовых станций (ВС) СШР. Для данного моделирования автором на языке C/C++ был разработан специальный программный пакет «Computer Tool For Planning and Analysis of Wireless Systems».

Другим подходом к определению зон обслуживания, является проведение натурных измерений уровня сигнала. Последний, обычно имеет место на этапе настройки радиосистемы.

Для натурных измерений в г. Киеве под патронажем компании Т. W. С. group на оборудовании Libra MX канадской компании Wi-LAN была развернута экспериментальная сеть СШР. Сеть построена на

основе двух БС с двумя 90° секторами, располагаемых на крышах корпуса Института телекоммуникационных систем (ИТС) НТУУ «КПИ» (Индустриальный переулок, 2) и административного корпуса научно- производственного объединения «Меридиан» (бульвар Ивана Лепсе, 8), и ряда абонентских терминалов для наружной установки СРЕ (Customer Premises Equipment).

88..         Все измерения проводились при следующих параметрах системы: диапазон рабочих частот 3…4ГГц, полоса пропускания канала 3,5 МГц, максимальная мощность передатчика БС 26 дБм для BPSK и QPSK, предельная чувствительность приемника БС (СРЕ) .92 (-85…88) дБм, КУ антенн СРЕ с шириной луча 20° (ТА-3408 Panel) составляет 18дБи, а с шириной луча 12° (ТА-3418 Solid Parabolic) – 21 дБи.

Измерения принимаемой мощности проводились на СРЕ, располагаемом на телескопической треноге (высотой до 3 м) в зоне действия измеряемого сектора БС. Всего было проведено более чем 400 измерений в почти 150 местоположениях. Для оценки потерь на распространение радиоволн, соответствующих каждому измерению, использовалось расчетное среднее число полученной мощности приемного сигнала на СРЕ.

Потери на распространение радиоволн определялись как отношение передаваемой и принимаемой мощностей. Обработка результатов выполнялась среднеквадратическим регрессионным анализом в виде уравнения ослабления

где do – референсное расстояние от БС до ближайшего здания (преграды); а – показатель степени потерь на распространение в условиях непрямой видимости.

Полученные экспериментальные данные показали, что все использованные эмпирические модели плохо учитывают волноводный эффект распространения радиоволн в пространстве улиц между домами. Также для инженерных расчетов на основе анализа экспериментальных данных были предложены аналитические выражения для определения ослабления на радиотрассах нескольких районов г. Киева.

Была проведена оценка динамического изменения ослабления радиоволн на радиотрассе вдоль улиц в зависимости от плотности движущегося транспорта. При этом использовалась разработанная нами модель городской улицы в виде неоднородной волноводной линии передачи, где транспортные средства представлены в виде неоднородностей, положение и скорость движения которых задавались случайным образом. Таким образом, стало возможным смоделировать влияние количества и скорости движения транспорта (трех размерных групп) на распространение радиоволны вдоль городской улицы между станциями СШР. Полученные результаты моделирования показали, что ослабления радиоволн на такой трассе при наличии на улице движущегося транспорта имеют не только медленные, но и быстрые замирания как и в случае мобильной связи. Очевидно, что в данном случае, транспортные средства являются подвижными рассеивателями радиоволн. Следует отметить, что степень допустимых упрощений в волноводной модели уточнялись при помощи модели трассировки лучей.

Представлены результаты моделирования и измерений распространения радиоволн диапазона

3..       .4 ГГц в условиях городской застройки для СШР. Проведено сравнение полученных теоретических и экспериментальных данных. Исследовано форми- ро-вание зоны покрытия СШР с учетом движения транспортных средств с целью проведения частот- но-территориального планирования сотовой сети на основе СШР.

Автор выражает благодарность компании Т. W. С. group за неоценимую помощь при проведении экспериментальных исследований.

VII. Список литературы

2006.  Ильченко М. Е., Кравчук С. А. Информационнотелекоммуникационные системы широкополосного радиодоступа // Проблемы управления и информатики.-№1-2.-С. 285-293.

[1]  Бабков В. Ю., Вознюк М. А., Михайлов П. А. Сети мобильной связи. Частотно-территориальное планирование. – СПб.: СПбГУТ, 2000.- 196 с.

COMPARISON OF THEORETICAL AND EXPERIMENTAL RESEARCH RESULTS FOR FREQUENCY-TERRITORIAL PLANNING OF A CELLULAR NETWORK ON THE BASIS OF BROADBAND RADIO ACCESS SYSTEMS IN CITY BUILDING CONDITIONS

Kravchuk S. A.

Research Institute of Telecommunications NTUU «ΚΡΙ»

2,                  Industrial Lane, Kyiv, 03056, Ukraine Ph.: 241-77-23. E-mail: sakravchuk@ukrnet

Abstract – Results of modeling and measurement of radio waves propagation in 3…4 GHz range in city building conditions for Broadband Radio Access Systems (BRAS) are submitted, comparison of received theoretical and experimental data is carried out, BRAS cover zone is determined and its optimization is executed in view of movement of vehicles with the purpose of frequency-territorial planning fulfillment for a cellular network on basis of BRAS.

I.                                       Introduction

Broadband Radio Access Systems (BRAS) make dynamically developing direction of the wireless access, allowing to create the fixed cellular network of city, area and region scale, and also to be integrated into a multimedia high-speed cable network as radio means of «last mile» [1 ].

Various models of radio wave propagation on the basis to develop powerful computer means of calculation and forecasting of radio-frequency conditions are used at a stage of frequency- territorial planning of BRAS for a rating of working sen/ice zones of system. But, as the practice shows, the developed models should be adapted under researched areas (the adjusting data are brought in attenuation of a signal). Despite of capacity of calculation means, it is impossible to take into account all factors specifying accuracy of definition for service zones. From this it follows that constant requirement for perfection of models of radio wave propagation and, especially, in conditions of the complex structured environment such as city or suburban buildings [2].

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты