Разработка территориальной модели и электрической схемы блока сети сухопутной подвижной службы

Рисунок 3 – Графическое представление территориальной модели сотовой сети с параметрами a=2,b=1.

Параллельно осям размещаем сетку территориальной модели, показывая её более тонкими пунктирными линиями. Заданное количество кластеров К=6 размещаем так, чтобы они охватывали всю обслуживаемую территорию и располагались как можно плотнее друг к другу.

Затем рассчитаем защитный интервал для сотовой сети по формуле

                                    , км                                        (13)

 

А также рассчитаем уровень уменьшения соканальных (интерференционных) помех по формуле для сотовой сети

                                         (14)

 

Зная площадь соты Sс, рассчитаем площадь кластера по формуле

Sкл= SсС, км2 (15)

Sкл= 72,98 * 7 = 510,86 км2 ;  

И площадь всей сети

S= SклК, км2 (16)

S= 510,86* 6 = 3065,16 км2 ;                                                                                       

В построенной сети расстояние от центра любого шестиугольника до начала координат составляет

, км (17)

км;            

Необходимо обозначить на территориальной модели места расположения BS. BS размещаем в центре сот. Присвоим им номера p, где p − целые числа и присвоим их так, чтобы номера p соответствовали порядку следования кластеров и расстоянию (a,b), то есть через размерность кластера C. Определим относительные координаты размещения BS с помощью сетки нанесенной на территориальном плане. Координаты можно определить, как в декартовой системе координат, начиная с центра первой соты, выбранной ранее. Запишем в таблицу относительные координаты всех базовых станций.

Таблица 2 − Координаты размещения 42 BS

NBS	1.1	1.2	1.3	1.4	1.5	1.6	1.7
Координаты BS (а, b)	(0,0)	(1,0)	(1,-1)	(0,-1)	(-1,0)	(-1,1)	(0,1)
NBS	2.1	2.2	2.3	2.4	2.5	2.6	2.7
Координаты BS (а, b)	(2,1)	(3,1)	(3,0)	(2,0)	(1,1)	(1,2)	(2,2)
NBS	3.1	3.2	3.3	3.4	3.5	3.6	3.7
Координаты BS (а, b)	(3,-2)	(4,-2)	(4,-3)	(3,-3)	(2,-2)	(2,-1)	(3,-1)
NBS	4.1	4.2	4.3	4.4	4.5	4.6	4.7
Координаты BS (а, b)	(1,-3)	(2,-3)	(2,-4)	(1,-4)	(0,-3)	(0,-2)	(1,-2)
NBS	5.1	5.2	5.3	5.4	5.5	5.6	5.7
Координаты BS (а, b)	(-3,2)	(-2,2)	(-2,1)	(-3,1)	(-4,2)	(-4,3)	(-3,3)
NBS	6.1	6.2	6.3	6.4	6.5	6.6	6.7
Координаты BS (а, b)	(-1,3)	(0,3)	(0,2)	(-1,2)	(-2,3)	(-2,4)	(-1,4)

                          

3. Расчет интерференционных помех территориальной модели однородной сети

 

По территориальной модели сети рассчитаем расстояния до мешающих станций, которые работают на одних и тех же каналах.

Самые худшие условия для связи наблюдаются тогда, когда мобильная станция находится в точке А, рисунок 9, т. е. при переходе из одной соты в другую. Расстояние от точки А до точек М1…М6, это расположение BS с одинаковыми каналами для С=7.

 

 

 

Рисунок 4 – Графическое представление расстояний до мешающих станций

Применяя сведения из геометрии определим расстояние от точки А до точки М1

                                               (18)

 ;

Для остальных мешающих станций (точки М2, М3, М4, М5 и М6) расстояния можно определить по формулам

                                    (19)

 

(20)

 

(21)

 

Зная эти расстояния можно рассчитать ослабление мощности в дБ на рассчитанных расстояниях (М1, М2 … МС-1) и на расстоянии R. Для модели COST 231-Хата используются частоты от 150…1500 и 1500…2000 МГц и расчет можно проводить по формуле

    (L50)=46,3+33,9lgf-13,82lg(hBS,eff)-a(hMS)+(44,9-6,55lg(hBS,eff))lgRn+C0       (22)

(L50)=46,3+33,9lg920-13,82 lg100-21,7+(44,9-6,55 lg100)lg5,3+0=120,4

(L50)=46,3+33,9lg920-13,82 lg100-21,7+(44,9-6,55 lg100)lg18,97+0=138,07

(L50)=46,3+33,9lg920-13,82 lg100-21,7+(44,9-6,55 lg100)lg22,1+0=140,18

(L50)=46,3+33,9lg920-13,82 lg100-21,7+(44,9-6,55 lg100)lg24,8+0=142,01

(L50)=46,3+33,9lg920-13,82 lg100-21,7+(44,9-6,55 lg100)lg29,57+0=144,20

где f – рабочая частота, МГц

hBS,eff, hMS – эффективная высота BS и MS, м

Rn – расстояния до мешающих станций, км

С0 – постоянная для средних городов и пригородных районов с умеренной растительностью С0=0, а для центров крупных больших городов С0=3.

(L50)=46,3+33,9lg920-13,82 lg100-8,74+(44,9-6,55 lg100)lg5,3+3=136,4 дБ

(L50)=46,3+33,9lg920-13,82 lg100-8,74+(44,9-6,55 lg100)lg18,97+3=154 дБ

(L50)=46,3+33,9lg920-13,82 lg100-8,74+(44,9-6,55 lg100)lg22,1+3=156,14 дБ

(L50)=46,3+33,9lg920-13,82 lg100-8,74+(44,9-6,55 lg100)lg24,8 +3=157,73дБ

(L50)=46,3+33,9lg920-13,82 lg100-8,74+(44,9-6,55 lg100)lg29,57+3=160,16 дБ                                                                          

где поправочный коэффициент для пригорода

a(hMS) = (1,1lgf-0,7) hMS-(1,56lgf-0,8), дБ (23)

a(hMS) = (1,1lg920-0,7)10 -(1,56lg920-0,8)=21,7 дБ

для крупного города он задается выражениями (в дБ), для f ≥400МГц

a(hMS)=3,2(lg11,75hMS)2-4,97, дБ (24)

a(hMS)=3,2(lg11,75*10)2-4,97=8,74 дБ

В пригородной местности потери при распространении сигнала можно рассчитать с помощью формулы

(L50)dВ=(L50)dВ/город-2(lg(f/28))2-5,4 , дБ (25)

(L50)dВ=120,4 -2(lg(920/28))2-5,4=110,3 дБ

(L50)dВ=138,07 -2(lg(920/28))2-5,4=128,07 дБ

(L50)dВ=140,18 -2(lg(920/28))2-5,4=130,17 дБ

(L50)dВ=142,01 -2(lg(920/28))2-5,4=132,13 дБ

(L50)dВ=144,20 -2(lg(920/28))2-5,4=134,20 дБ

В условиях открытой местности потери рассчитываются с помощью выражения

(L50)dВ=(L50)dВ/город-4,78(lg(f))2+18,33lgf-40,94 , дБ (26)

(L50)dВ=120,4 -4,78(lg(920))2+18,33lg920-40,94 =65,03 дБ

(L50)dВ=138,07 -4,78(lg(920))2+18,33lg920-40,94 =82,07 дБ

(L50)dВ=140,18 -4,78(lg(920))2+18,33lg920-40,94 =84,81 дБ

(L50)dВ=142,01 -4,78(lg(920))2+18,33lg920-40,94 =86,64 дБ

(L50)dВ=144,20 -4,78(lg(920))2+18,33lg920-40,94 =88,83 дБ

Таблица 3 – Результаты расчетов ослаблений

Расстояние, км	R=6,29	M1= 22,01	M2= 25,74	M3= 31,91	M4= 34,59	M5= 31,91
Для среднего города и пригорода, дБ	110,3	128,07	130,17	132,13	134,20	132,13
Для центра крупного города, дБ	136,4	154,00	156,14	157,14	160,16	157,14
Для открытой местности, дБ	65,03	82,07	84,81	86,81	88,83	86,81

 

4. Расчет напряженности поля на границе зоны покрытия

 

Сначала можно найти уровень мощности PT1 тепловых шумов приемника, пересчитанных к входу

                                       
                                      (27)

где nТ1 = 7…9 дБ для частот 800…1000 МГц

– полоса одного радиоканала, в котором располагается модулированный сигнал, кГц.

 

Тогда минимально допустимый уровень сигнала на границе зоны покрытия определяется по формуле

                                                                           (28)

где – энергетический запас, выбирем его равным из диапазона =5…10 дБ, – отношение сигнал-шум на входе приемника, для систем с OFDMA 5..6дБ.

Рассчитаем мощность BS в дБ  по формуле

                                                

                                    (29)

Рассчитаем мощность MS в дБ по формуле

                                            

                                   (30)                 

Формула для расчета мощности BS и MS в точке приема

 (31)

где PBS – излучаемая мощность BS, Вт;

GR, GT – коэффициенты усиления приемной и передающей антенн.

 – коэффициенты направленного  действия приемной и передающей  антенн.

Тогда напряженность электрического поля на границе зоны покрытия Еg, дБВ/м определяется по формуле

                          

                             (32)

 где f, МГц – средняя частота заданного диапазона частот с учетом дуплекса

                                                                                      (33)         

А напряженность электрического поля в В/м определим по формуле

                                           , В/м                                                 (34)

                     

Для создания такой напряженности необходимо, чтобы передатчик формировал мощность

, Вт                               (35)

где Е напряженность электрического поля в точке приема, В/м,

d – расстояние до точки приема d=R, км

G – коэффициент усиления передающей антенны, выбирается в пределах от 1до 10.

hms, hbs – высота подвеса антенн мобильной и базовой станций с учетом сферичности Земли . Выбранные значения необходимо уменьшить на

, м (36)

, Вт

 

 

5. Предварительное планирование емкости однородной сети подвижной связи

 

Найдем количество частотных каналов,

                                         (37)

где и верхняя и нижняя частота заданного диапазона частот, МГц.

 

В сетях с OFDMA частота несущего колебания f0 определяется, как среднее между fв и fн. А частота несущего колебания подканала в выделенном диапазоне частот Дрч определяется с помощью выражения

 

, МГц                                                  (38)

где n – номер подканала

 

f1=880+5*1=885 МГц

f2=880+ 5*2=890 МГц

f3=880+5*3=895 МГц

                …

F7=880+5*7=915 МГц

Количество каналов для одной базовой станции

                                                     (39)

 

Для одной BS можно использовать

 

Затем согласно территориальному планированию необходимо для каждой базовой станции кластера назначить значения несущих частот из списка ранее рассчитанного , указать номера радиоканалов, кодовых и временных каналов для них. Номера для BS могут распределяться согласно заданному стандарту и ранее приведенным расчетам. Но необходимо учесть особенности организации множественного доступа и дуплекса.

 

Рисунок 5 – Метод FDMA+TDMA

Зная вероятность отказа в соте РОТК, определим трафик соты АС с помощью формулы

,                                                    (40)

Ас=9, Эрл

Зная трафик соты, рассчитываем трафик кластера:

, Эрл.                                                 (41)

Акл=9*7=63 Эрл

Трафик всей сети

, Эрл.                                            (42)

Асети=63*42=2646 Эрл

Определить количество пользователей в сети

                                                        (43)

Nn=2646/0,015=176400

6. Моделирование радиопокрытия на электронной географической территории

 

По расчетам построим территориальную модель рисунка 3 на электронной географической территории для 5 ячеек с помощью программы RPS (Radio Planning System).Начинаем с населенного пункта Восход.

Результат расчета радио покрытия с помощью программы RPS четырьмя базовыми станциями с помощью модели Хата показан на рисунке 6. Где видно, что самое худшее радиопокрытие BS1.2, BS1.3, BS1.4 соответствует минус 90 дБм (см. карту). Это показано окружностью красного цвета. А у базовых станций BS1.1 и BS1.7 худшее радиопокрытие составляет минус 95 дБм. Это показано окружностью синего цвета.

Рисунок 6 – Географическое представление

радио покрытия пятью BS

Также, покажем графическое представление профиля трассы в пределах от BS1.1 до R=5.3 км в направлении BS1.2, которая представлена на рисунке 7.

Рисунок 7 – Графическое представление трассы в пределах от BS1.1 до R=5.3 км в направлении BS1.2