Кузнецова Н.М.
Ульяновский государственный технический университет

Source of information: http://prime.mines.edu/papers/tutorial-wsc05.pdf

В настоящее время частотно-территориальное планирование сетей сотовой связи осуществляется, в основном, с помощью программных систем, позволяющих проводить компьютерное моделирование распространения сигнала с учетом различных препятствий, а также уровня застройки местности. Методы исследования можно, в общем и целом, разделить на две группы: численные, учитывающие непосредственное взаимодействие излучения с веществом и возникающие в связи с этим эффекты (дифракция, отражение, преломление и др.), и полуфеноменологические, основанные на введении эмпирически определенных коэффициентов затухания для того или иного типа ландшафта с различной степенью антропогенности, которые отличаются большей простотой использования.

Следует отметить, что правильное применение той или иной модели позволяет получать довольно точные результаты, не прибегая непосредственно к решению упомянутой выше электродинамической задачи [1], что немаловажно, в случае, например, достаточно больших городов, когда непосредственный учет всех необходимых параметров, таких как: высота каждого здания, этажность, ширина улиц и т.д. практически невозможен. Таким образом, создание некоторой интегрированной программной среды, дающей возможность реализовать, в зависимости от заданных условий, вычисление по той или иной полуфеноменологической теории, а также произвести соответствующие интерполяционные операции над полученными результатами представляется актуальным.

В рамках данной работы нами представлены результаты, полученные с помощью разработанной в среде Microsoft Visual C++ 6.0 обобщенной модели, позволяющей размещать на карте местности базовые станции, рассчитывать радиопокрытие с использованием рассмотренных ниже подходов распространения радиосигнала и отображать его градациями цвета в зависимости от диапазона значений.

 На очень коротких дистанциях, не содержащих препятствий, нами использованы следующие модели:

- Модель распространения радиосигнала в свободном пространстве

Может быть применена, когда в зоне передачи нет объектов, поглощающих и отражающих энергию, и приемная антенна находится от передающей на расстоянии , которое соответствует дальней зоне (зоне Фраунгофера). Для открытой местности  км.

- Двухлучевая модель распространения радиосигнала

Позволяет упрощенно описать распространение радиосигнала вдоль земной поверхности. Суммарное поле в точке приема рассчитывается как суперпозиция полей прямого и отраженного от земной поверхности лучей. Считается, что поверхность земли является идеальным отражателем, и угол падения луча очень маленький.

Описанные выше модели не дают возможность учитывать множество факторов, влияющих на распространение радиоволн в реальных условиях. К этим факторам относятся уже упомянутые ранее отражение сигнала от объектов, имеющих размеры много больше длины волны; дифракция радиоволн; рассеяние радиосигнала, которое происходит при наличии на местности большого числа объектов размером меньше длины волны, а также эффект Доплера, возникающий при перемещении объекта.

Указанные эффекты за счет введения экспериментально определенных коэффициентов учтены в следующих моделях:

- Модель Okumura-Hata

Позволяет рассчитать среднестатистическое значение затухания радиосигнала между изотропными передающей и приемной антеннами.

- Модель COST231-Hata

Является модифицированным вариантом модели Okumura-Hata для диапазона частот  МГц.

- Модель Walfish-Ikegami

Не учитывает реальный рельеф местности, вместо этого в параметрах модели указывается тип городской застройки. Модель обеспечивает хорошую точность результатов при высоте антенны базовой станции выше уровня крыш. При приближении высоты антенны к уровню крыш значение ошибки увеличивается.

Ограничения данных полуфеноменологических теорий, а также область их применимости приведены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1.

Ограничения моделей

Таблица 2.

Область применения моделей

На рисунке 1 представлены графики зависимости затухания в канале связи от расстояния между антеннами базовой и мобильной станции в рамках различных моделей для нескольких типов местности.

Рис. 1. Зависимость затухания в канале связи от расстояния между антеннами базовой и мобильной станции ( (1) – свободное пространство, (2) – двухлучевая модель, (3), (4), (5) – модель Okumura-Hata: соответственно городская зона, пригородная зона, сельская местность).

Самое низкое затухание наблюдается в свободном пространстве, т. к. в зоне передачи нет объектов, поглощающих или отражающих энергию. Напротив, потери при распространении радиосигнала в городской зоне велики из-за наличия большого числа высоких, близкорасположенных зданий и других препятствий. В пригородной зоне значение затухания существенно выше уровня, соответствующего сельской местности. Например, на расстоянии 10 км разница значений затухания составляет 22 дБ.

Литература

1. Абилов А. В. Распространение радиоволн в сетях подвижной связи: Теоретический материал и задачи для практических занятий. – Ижевск: ИжГТУ, 2001. – 24 с.

2. Политиди М. В. Сети подвижной связи: Методические указания к выполнению лабораторной работы «Частотно-территориальное планирование сети сотовой связи GSM-900». – Ульяновск: УлГТУ, 2005. –   38 с.

3. Распространение радиоволн в мобильной связи: Методические указания по курсу «Распространение радиоволн и антенно-фидерные устройства в системах мобильной связи»/ С. Н. Шабунин, Л. Л. Лесная. – Екатеринбург: УГТУ, 2000. – 38 с.

4. Системы мобильной связи: Учебное пособие для вузов/ В. П. Ипатов, В. К. Орлов, И. М. Самойлов, В. Н. Смирнов; под ред. В. П. Ипатова. – М.: Горячая линия-Телеком, 2003. – 272 с.