Одной из важнейших характеристик распространения радиосигнала является его затухание в канале связи. Затухание L определяется как отношение передаваемой мощности 𝑃𝑡 сигнала к принимаемой 𝑃𝑟 и выражается в дБ как положительная величина:
𝐿 = 10lg (𝑃𝑡/𝑃𝑟). (1)
Отсюда выразим принимаемую мощность:
𝑃𝑟 = 𝑃𝑡/10𝐿//0. (2)
То есть зная передаваемую мощность и затухание в децибелах можно найти величину принимаемой мощность.
Затухание можно оценить, используя ту или иную модель распространения сигнала. Модели распространения в радиоканалах определяют зависимость затухания сигнала от расстояния между приемной и передающей антеннами и параметров радиоканала, таких как коэффициенты усиления антенн, средняя частота используемого диапазона, высоты установки антенн, характер местности и т.д.
Простейшая модель распространения сигнала – модель свободного пространства, описываемая следующим выражением:
𝐿 = −10lg (𝐺𝑟) − 10lg (𝐺𝑡) − 20 lg 𝜆 + 20 lg 𝑑 + 20lg (4𝜋), (3)
где 𝐺𝑟 и 𝐺𝑡 – коэффициенты усиления приемной и передающей антенн, 𝜆 – длина волны, 𝑑 – расстояние между приемной и передающей антеннами. Более удобна следующая форма записи:
𝐿 = −𝐺𝑟 дБ − 𝐺𝑡 дБ + 20 lg 𝑓 МГц + 20 lg 𝑑 км + 32.44, (4)
если коэффициенты усиления антенн даны в децибелах, частота в мегагерцах, расстояние в километрах.
В реальных условиях распространения радиосигнала на местности величина затухания зависит от комплекса факторов, определяющих характер распространения радиоволн. К ним относятся:
· отражение сигнала от объектов, имеющих размеры, превосходящие длину радиоволны;
· дифракция радиоволн, для которой характерно преломление радиосигнала на пути распространения;
· рассеивание радиосигнала, которое происходит при наличии на местности большого числа объектов, размером меньше длины радиоволны (например, лиственные деревья);
· эффект Доплера, имеющий место при перемещении подвижного объекта.
Эти факторы учитываются в различных эмпирических моделях (полученных исходя из экспериментальных данных). Одна из таких моделей – модель Хаты. Согласно ей, среднее затухание радиосигнала в городских условиях рассчитывается по эмпирической формуле, дБ:
𝐿г = 69.55 + 26.16 lg 𝑓 МГц − 13.82 lg ℎ𝑡[м] − 𝐴(ℎ𝑟[м]) +
(5)
(44.9 − 6.55 lg ℎ𝑡[м]) lg 𝑑 км,
где 𝑓 = 150...1500 МГц – частота радиосигнала; ℎ𝑡 = 30...200 м – высота пере- дающей антенны; ℎ𝑟 = 1...10 м – высота приемной антенны; 𝑑 = 1...20 км – расстояние между антеннами; 𝐴(ℎ𝑟) – поправочный коэффициент для высоты антенны подвижного объекта, зависящий от типа местности.
Для малых и средних городов
(6)
Для больших городов:
(7)
Для диапазона частот 1,5...2 ГГц используется модель COST231–Hata, которая является модифицированным вариантом модели Хаты. Формула для расчета среднего затухания в городе:
(8)
где С = 0 дБ для малых и средних городов; С = 3 дБ для больших городов. Поправочный коэффициент 𝐴(ℎ𝑟) определяется выражением
(9)
Задание на расчет
Базовая станция (БС) сети подвижной связи излучает радиосигнал частотой 𝑓 (МГц). На вход передающей антенны БС подается сигнал мощностью 𝑃𝑡 (Вт). Антенна базовой станции расположена на высоте ℎ𝑟 (м) и имеет коэффициент усиления 𝐺𝑡 (дБ). Соответствующие параметры для антенны мобильной станции (МС): ℎ𝑟 = 1.5 м, 𝐺𝑟 = 3 дБи. Построить зависимость затухания и уровня мощности сигнала на выходе приемной антенны МС 𝑃𝑟 (мВт) от расстояния 𝑑 (км) до антенны БС для следующих моделей распространения:
а) модель свободного пространства;
б) модель Хаты (𝑓 < 1500 МГц) либо COST231–Hata (𝑓 > 1500 МГц) для большого города;
в) модель Хаты (𝑓 < 1500 МГц) либо COST231–Hata (𝑓 > 1500 МГц) для малого/среднего города.
При расчетах значения d принять равными от 1 до 20 км с шагом 1 км.
Необходимые данные взять из таблицы 1.
Таблица 1
| Вариант | F (МГц) | Pt (Вт) | ht (м) | Gt (дБи) |
Расчетная часть
Строим графики зависимости затухания и уровня мощности сигнала модель свободного пространства.
Строим графики зависимости затухания и уровня мощности сигнала модель COST231 – Hata (f > 1500 МГц) для маленького/ среднего города.
Строим графики зависимости затухания и уровня мощности сигнала модель COST231 – Hata (f > 1500 МГц) для большого города
Список использованной литературы:
1. Пономарёв, Л.И. Антенные системы сотовой связи / Л.И. Пономарёв, А.И. Скородумов, А.Ю. Ганицев. - М.: Вузовская книга, 2015. - 320 c.
2. Берлин, А.Н. Сотовые системы связи: Учебное пособие / А.Н. Берлин. - М.: БИНОМ. ЛЗ, ИНТУИТ, 2013. - 360 c.
3. Бабков, В.Ю. Сотовые системы мобильной радиосвязи: Учебное пособие для ВУЗов / В.Ю. Бабков. - СПб.: BHV, 2013. - 432 c
4. Андреев, В.А. Направляющие системы электросвязи в 2-х т., т.1-Теория передач и влияния: Учебник для вузов / В.А. Андреев. - М.: ГЛТ, 2011. - 424 c.
5. Бабков, В.Ю. Системы мобильной связи: термины и определения / В.Ю. Бабков, Г.З. Голант, А.В. Русаков. - М.: ГЛТ, 2009. - 158 c.