образец квитанции;doc

Контрольная работа по дисциплине
«Стандарты и технологии мобильной связи»
1 Задание на контрольную работу
В контрольной работе требуется решить задачу по проектированию
сети беспроводного доступа одного из районов города либо прилегающей
городу сельской местности при следующих исходных данных:
1. Тип территории в зоне обслуживания
2. Используемая технология беспроводного доступа WiMax или LTE
3.Частотный диапазон реализации технологии
4. Высота базовой станции в м – HBase,
5. Высота мобильной станции в м – HMobile,
6. Площадь зоны обслуживания в км2 - Scети
Варианты исходных данных приведены в таблице 1
Вариант*
Таблица 1 - Варианты заданий для выполнения курсовой работы
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Территория зоны
обслуживания
Городская
застройка (средний
город)
Городская
застройка (большой
город)
Пригород
Сельский открытый
участок
Городская
застройка (средний
город)
Городская
застройка (большой
город)
Пригород
Сельский открытый
участок
Городская
застройка (средний
город)
Частотный
Используемый диапазон,
стандарт
МГц
Высота
базовой
станции,
м
Высота
мобильной
станции, м
Площадь зоны
обслуживания,
км2
LTE
847
35
1.5
300
WiMax
2300
40
1.6
1200
LTE
2530
50
1.5
70
WiMax
2350
80
1.6
30
WiMax
2500
55
1.6
270
LTE
2670
35
1.5
600
WiMax
2400
60
1.5
80
LTE
2680
45
1.6
40
LTE
2550
34
1.5
450
Вариант*
Продолжнение таблицы 1
Территория зоны
обслуживания
Используемый
стандарт
Частотный
диапазон,
МГц
Высота
базовой
станции,
м
Высота
мобильной
станции, м
Площадь зоны
обслуживания,
км2
10
Городская
застройка
(большой город)
WiMax
2600
45
1.6
800
LTE
2400
90
1.6
60
WiMax
2550
45
1.5
25
WiMax
2650
40
1.6
150
LTE
832
55
1.5
690
WiMax
2300
65
1.6
70
LTE
2540
80
1.5
35
LTE
776
45
1.6
220
WiMax
2600
30
1.5
150
LTE
2300
45
1.5
900
WiMax
2550
40
1.6
700
WiMax
2350
50
1.6
45
LTE
2660
60
1.5
20
WiMax
2300
35
1.6
190
LTE
2595
120
1.5
1000
LTE
2540
75
1.5
50
WiMax
2650
85
1.6
35
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
Пригород
Сельский
открытый участок
Городская
застройка
(средний город)
Городская
застройка
(большой город)
Пригород
Сельский
открытый участок
Городская
застройка
(средний город)
Городская
застройка
(средний город)
Городская
застройка
(большой город)
Городская
застройка
(большой город)
Пригород
Сельский
полуоткрытый
Городская
застройка
(средний город)
Городская
застройка
(большой город)
Пригород
Сельский
полуоткрытый
*Вариант определяется по формуле:
В=/(сумма первой и последней цифр шифра) - (разность первой и
последней цифр шифра)/
Вариант**
Таблица 2 – Данные для расчета радиуса действия базовой станции
Мощность
передатчика,
Вт
К-т усиления
приемной/передающей
антенны, дБ
К-т согласования
антенны с
радиосигналом по
поляризации
КПД
передающего
и приемного
фидеров
Чувствительность
приемника, дБ/Вт
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
20
17
15
13
16
22
18
15
20
13
15
22
20
15
15
13
16
22
20
16
20
13
15
22
20
13
13
18
16
12
14
16
14
11
16
13
12
15
13
12
16
11
12
12
16
18
16
10
15
13
18
10
0,9
0,9
0,9
0,9
0,9
0,9
0,9
0,9
0,9
0,9
0,9
0,9
0,9
0,9
0,9
0,9
0,9
0,9
0,9
0,9
0,9
0,9
0,9
0,9
0,9
0,9
0,95
0,95
0,95
0,95
0,95
0,95
0,95
0,95
0,95
0,95
0,95
0,95
0,95
0,95
0,95
0,95
0,95
0,95
0,95
0,95
0,95
0,95
0,95
0,95
0,95
0,95
-104
-118
-119
-90
-117
-105
-116
-98
-111
-116
-115
-104
-108
-106
-110
-95
-105
-106
-110
-120
-115
-100
-115
-110
-105
-98
** Вариант определяется как сумма последней и предпоследней цифры
При выполнении контрольной работы требуется:
1) рассчитать зону покрытия одной базовой станции;
2) выбор антенных систем по рассчитанной зоне покрытия;
3) рассчитать зону Френеля;
2
Расчет зоны покрытия одной базовой станции
Для расчета зоны покрытия первой базовой станции, используемой для
предоставления мобильного высокоскоростного доступа к сети передачи
данных были использованы начальные параметры, приведенные в таблице 3.3.
Таблица 3 – Параметры для расчета зоны покрытия
Параметры
Значение
Частотный диапазон F,МГц
Согласно номеру варианта
Высота базовой станции, м
Согласно номеру варианта
Высота мобильной станции, м
Согласно номеру варианта
С технической точки зрения главными характеристиками сотовой сети
являются [12]:
частотно-территориальное планирование;
максимальная нагрузка.
Поэтому проектирование сотовой сети связано в первую очередь с
этими двумя аспектами.
При этом (на стадии обоснования проекта) возникает конфликт из-за
противоположности направлений решения задачи с точки зрения техники и
экономики, ведь наращивание пропускной способности требует увеличения
затрат на оборудование, которые строго ограничиваются. В таком случае
приходится искать оптимальное решение, балансируя статистическими
критериями при анализе нагрузки на каждую отдельно взятую соту и
используя эмпирические модели распространения радиоволн в реальных
условиях.
В работе представлен один из возможных вариантов расчета зоны
покрытия отдельно взятой базовой станции. Получение действительно
точных данных при таком сильном масштабировании уже считается сложной
задачей, а анализ сети в целом вообще на данный момент является лишь
частично решенной задачей.
2.1
Расчет радиуса действия базовой станции
Эмпирическая модель Хата часто применяется при расчете зоны
покрытия базовой станции, так как она рекомендована Международным
Союзом Электросвязи (МСЭ) и довольно проста в применении. Эта модель
позволяет вычислить потери на радиотрассе для конкретной местности и
параметров базовой станции.
Существует достаточно большое количество математических моделей
и методов, позволяющих производить расчет основных потерь при
распространении сигнала для различных условий распространения как для
макросот, так и для микросот. Среди них можно выделить модель ОкамурыХата.
Методики, основанные на широком применении
эмпирических
графиков (модели Дж. Окамуры и Рекомендации 370 и 529 МСЭ) достаточно
неудобны для практического применения, особенно при автоматизации
расчетов с использованием ЭВМ. Поэтому М. Хата получил аналитическую
модель предсказания потерь распространения сигналов как результат прямой
аппроксимации кривых Окамуры [13].
В соответствии с этой моделью величина затухания сигнала при
распространении в городских районах равна:
PL 69,55 26,16 log f
13,82 log hБC a(hМС) (44,9-6,55 log hБС) log R
(1)
где f – рабочая частота в МГц;
hБС– высота подъема антенны базовой станции в м;
hMC- высота подъема антенны мобильной станции в м;
R - дальность связи в км;
а(hMC) - поправочный коэффициент, используемый при высоте
антенны мобильной станции отличной от эталонной, равной 1,5 м.
а)
а hMC
для
малых
и
средних
(1,1 lg F 0,7) H АС (1,56 lg F 0,8) ;
б) для больших городов: а hMC
В пригородной зоне:
3, 2(lg(11,75 H АС ))2 4,97 .
городов:
PL
63,35 27, 72 lg F 13,82 lg H
(44,9 6,55lg H
БС
) lg R 2(lg
(1,1 lg F
БС
0, 7) H
АС
F 2
) ;
28
В сельской местности:
PL 27,81 46,05lg F 13,82lg H
(44,9 6,55lg H
БС
БС
) lg R 4,78(lg F ) 2 .
(1,1 lg F 0,7) H
АС
Модель Окамура - Хата позволяет получать достаточно точные
значения медианных потерь на трассах наземной подвижной связи при
следующих ограничениях:
частота сигнала f = 100... 1500 МГц;
дальность связи R = 1... 100 км;
высота подъема антенны базовой станции hБС = 30...200 м;
высота подъема антенны мобильной станции hМС = 1... 10 м.
При этом в модели применяется достаточно удобная классификация
типов местности:
Крупные города. Данная зона характеризуется наличием учреждений и
индустриальных предприятий, большим числом высотных построек и
небоскребов. Движение автотранспорта крайне оживленное практически для
любого времени суток;
Небольшие и средние города. Плотно населенная зона с большим
числом учреждений, включающих отдельные высотные здания. Дорожное
движение довольно интенсивное и зависит от времени суток;
Пригород. Большое число строений преимущественно дачного типа, а
также подсобных сооружений (типа склада, хранилища, небольшого
магазина). Умеренное движение автотранспорта;
Сельская (открытая) местность. Незастроенная земля (открытое
пространство).
Невозделанная
или
частично
обработанная
небольшими далеко отстоящими группами строений.
земля
с
На начальном этапе предлагается использование для расчета зоны
покрытия сотовой сети модели Окамура-Хата. Данная модель получила
наиболее широкое распространение при расчетах потерь на трассе
распространения сигнала. Также данная модель рекомендована МСЭ
(Международный союз электросвязи) - Рекомендация МСЭ 567, так как
считается достаточно достоверной. Модель основана на результатах
экспериментальных исследований, выраженных в графиках измерений
напряженности поля радиосигналов (кривые Окамуры), на основании
которых М. Хатой были получены эмпирические формулы.
В дальнейшем данная модель была расширена на диапазон 1500-3000
МГц (модель COST 231) [14]. В связи с тем, что модель основана на
результатах практических измерений, в составе эмпирических выражений
присутствуют поправочные коэффициенты, зависящие от высоты мобильной
станции и типа местности. Данные параметры являются приближенными и
были получены по результатам измерений в г. Токио в 1960-х годах. В связи
с этим при расчетах целесообразно уточнение их применительно к
конкретной ситуации.
Предлагается использование в качестве указанных коэффициентов
нечетких чисел, при этом функция принадлежности задается экспертом на
основе анализа местности предполагаемой установки антенн. Далее при
помощи инструментов нечеткой математики модель Окамура-Хата (COST
231) приводится к нечеткому виду, и с ее использованием решается задача
расчета зоны покрытия.
РL=46.3+33.9·log(f/MHz)−13.82·log(hБС/m)−a(hМС)+(44.9−6.55·log(hБС/
m)· log(d/km) + Cm (дБ) (2);
где PL-бюджет радиолинии,
Cм = 0 дБ для городов среднего размера, пригородов и 3 дБ для
больших городов;
a(hMС) - корректировочный фактор:
а) для
малых
и
средних
городов:
a (hМС )
(1,1 lg F
0, 7) H АС
0,8) ;
(1,56 lg F
б) для больших городов: a(hМС) 3,2(lg(11,75 H АС ))2 4,97 ;
В пригородной зоне:
PL
48,55 35, 4 lg F 13,82 lg H
БС
(1,1lg F 0, 7) H
АС
(44,9 6,55lg H
БС
) lg R
В сельской местности:
PL 9,56 53, 73lg F 13,82 lg H
БС
4, 78(lg F ) 2 (44,9 6,55lg H
БС
) lg R
Основу территориального планирования составляет энергетический
расчет, в процессе
которого
пространственные
координаты
информационной
нагрузки.
определяется
с
учетом
Заданное
архитектура сети
качества
качество
и
ее
обслуживания
и
принятого
сигнала
определяется чувствительностью приемника. Суммарные энергетические
потери, возникающие на трассе распространения радиоволн могут быть
представлены так:
LΣ дБ
РПРД
ФПР
GАПРД
П
GАПРМ
ФПРМ
С
PПРМ
(3);
где РПРМ - мощность радиосигнала на входе приемника (определяется
чувствительностью приемника);
РПРД - мощность передатчика;
ηФПРД, ηФПРМ - КПД передающего и приемного фидеров;
GАПРД, GАПРМ - коэффициенты усиления передающей и приемной
антенн;
ξП, ξС - коэффициенты согласования антенн с радиосигналом по
поляризации;
LΣ - суммарное затухание радиоволн на трассе.
Данные для расчета радиуса действия базовой станции приведены в
таблице 2 согласно номеру варианта.
Из формулы (1) или (2) выразим радиус действия базовой станции d.
Для этого известное нам значение PL из формулы (3) подставим в формулу.
Исходя из того что у нас каждая базовая станция имеет три сектора,
рассчитаем площадь покрытия одной базовой станции:
Таким образом, необходимо сделать вывод о том, что удовлетворяет
ли площадь покрытия местности или нет.
2.2
Выбор антенных систем
Правильная установка и настройка антенн требует определенных
знаний. Необходимо иметь представление о диаграммах направленности и
поляризации антенн. Правильный расчет коэффициента усиления на
начальном этапе поможет избежать ошибок и неправильной работы антенн
при эксплуатации. Необходимо также учитывать различного рода искажения
при передаче сигнала, которые оказывают крайне негативные воздействие на
него.
Антенну можно определить как проводник, используемый для
излучения или улавливания электромагнитной энергии из пространства. Для
передачи сигнала радиочастотные электрические импульсы передатчика с
помощью антенны преобразуются в электромагнитную энергию, которая
излучается в окружающее пространство. При получении сигнала энергия
электромагнитных волн, поступающих на антенну, преобразуется в
радиочастотные электрические импульсы, после чего подается на приемник
[15].
Как правило, при двусторонней связи одна и та же антенна
используется как для приема, так и для передачи сигнала. Такой подход
возможен, потому что любая антенна с равной эффективностью поставляет
энергию из окружающей среды к принимающим терминалам и от
передающих терминалов в окружающую среду.
Диаграмма направленности
Антенны излучают энергию во всех направлениях. Однако в
большинстве случаев эффективность передачи сигнала для различных
направлений
неодинакова.
Наиболее
распространенным
способом
определения эффективности антенны является диаграмма направленности,
которая представляет собой зависимость излучающих свойств антенны от
пространственных координат.
Поляризация антенн
Важной характеристикой антенны является ее поляризация. В системах
радиодоступа используют антенны с вертикальной, горизонтальной и
круговой (с правым и левым вращением) поляризациями.
Учет поляризации позволяет получить дополнительные энергетические
преимущества
при
решении
задач
электромагнитной
совместимости,
планировании зон обслуживания и т. д. При заполнении определенного
пространства точками доступа до предельного уровня, после которого
взаимные радиопомехи начинают мешать нормальной работе сетей,
достаточно изменить поляризацию антенн, после чего можно продолжать
наращивать радиосеть.
В
плоской
электромагнитной
волне
векторы
вертикального
электрического E и магнитного H полей в каждый момент времени
ориентированы
в
электромагнитной
пространстве
волны
определенным
является
ее
образом.
Поляризация
пространственно-временной
характеристикой и определяется видом траектории, описываемой концом
вектора электрического поля в фиксированной точке пространства.
Приемо-передающая антенна WRW2400-13V120
Таблица 4 – Технические характеристики антенны WRW2400-13V120
Показатели
Область частот
Передний коэффициент
Горизонтальная ширина полу-силового луча
Вертикальная ширина полу-силового луча
Размеры
Технические данные
2400-2480 МГц
23 дБ
1200
160
19.8" L x 3.1" W x 2.2" D
Вес
1,2 кг
Максимальная мощность
13 дБ
Приемо-передающая антенна Ubiquiti AirMax Antenna AM-2G15-120
AM-2G15-120 - секторная антенна двойной поляризации операторского
класса для базовых станций, работающая в диапазоне частот 2.4 ГГц с
коэффициентом усиления антенны 15dbi, и поддержкой технологии MIMO
2×2.
Антенна широко используется для создания многосекторных базовых
станций и поддерживает сектор обслуживания в 120°.
Таблица 5 – Технические характеристики антенны AM-2G15-120
Показатели
Технические данные
Размеры
700 x 145 x 93 мм
Сопротивление ветру до
71.53 м/с
Технология MIMO
Да
Диапазон рабочих частот
2.30-2.70 ГГц
горизонтальная поляризация
15.0 bBi
вертикальная поляризация
16.0 dBi
Разъем
2 x RP-SMA
Поляризация
вертикальная/горизонтальная
Приемо-передающая антенна Interline 14dBi, 2,4GHz, 120⁰
Высокая мощность, большой угол диаграммы направленности и
регулировка
Лакированная
наклона
позволяют
алюминиевая
основа
расширить
и
диапазон
покрытие
с
покрытия.
защитой
от
ультрафиолетовых лучей — эти прочные материалы гарантирую долгий срок
эксплуатации антенны.
В антенне использован ABS-пластик с добавками, делающими его
невосприимчивым к воздействию ультрафиолета.
Таблица 3.6 – Технические характеристики антенны Interline 14dB
Частота
Усиление
КСВ
Сопротивление
Поляризация
Угол диаграммы направленности в горизонтальной плоскости
2400-2500 МГц
14 dBi
< 1.3
50 Ω
вертикальная
120°
Угол диаграммы направленности в вертикальной плоскости
Молниезащита
Соотношение излучения фронт/тыл
Перекрестная поляризация
Размеры
Масса
Тип коннектора
Ветровая нагрузка (170км/ч)
6°
короткозамкнута
> 25 dBi
> 17 dBi
1007x127x73 мм
3.3 кг
N female
169,5 N
2.3
Расчет зоны Френеля
Для эффективной связи с помощью высокочастотных волн нужно
обеспечить
беспрепятственную
линию
прямой
видимости
между
передатчиком и приемником. Возникает вопрос: сколько же пространства
вокруг прямого тракта между передатчиком и приемником должно быть
свободно от преград?
При ответе на него удобно использовать такое
понятие, как зоны Френеля.
Понятие зон Френеля основано на принципе Гюйгенса, согласно
которому каждая точка среды, до которой доходит возмущение, сама
становится
источником
вторичных
волн, и
поле излучения
может
рассматриваться как суперпозиция всех вторичных волн. На основе этого
принципа можно показать, что объекты, лежащие внутри концентрических
окружностей,
трансиверов,
проведенных
могут
вокруг
влиять
на
линии
качество
прямой
как
видимости
положительно,
двух
так
и
отрицательно. Все препятствия, попадающие внутрь первой окружности,
первой зоны Френеля, оказывают наиболее негативное влияние.
Радиоволна в процессе распространения в пространстве занимает
объем в виде эллипсоида вращения с максимальным радиусом в середине
пролета, который называют зоной Френеля показана на рисунке 3.1.
Естественные (земля, холмы, деревья) и искусственные (здания, столбы)
преграды, попадающие в это пространство, ослабляют сигнал.
Рисунок 3.1 - Зона Френеля
Радиус первой зоны Френеля над предполагаемой преградой может
быть рассчитан с помощью формулы:
,
где R радиус зоны Френеля (м);
S - расстояние от антенн до самой высшей точки предполагаемого
препятствия, км;
D - расстояние от антенн до самой высшей точки предполагаемого
препятствия, км;
f – частота, ГГц.
Обычно блокирование 20% зоны Френеля вносит незначительное
затухание в канал. При блокировании свыше 40% затухание сигнала будет
уже значительным, следует избегать попадания препятствий на пути
распространения.
Этот расчет сделан в предположении, что земля плоская. Он не
учитывает кривизну земной поверхности. Для протяженных каналов следует
проводить
совокупный
расчет,
учитывающий
рельеф
местности
и
естественные преграды на пути распространения.
В случае больших расстояний между антеннами следует стараться
увеличивать высоту подвеса антенн, принимая во внимание кривизну земной
поверхности.
В данном курсовом проекте зона Френеля будет рассчитываться для
расстояния между базовыми станциями, которое определяется суммой зоны
покрытия антенн между двумя станциями.
Предполагаемое препятствие от абонентской антенны находится на
расстоянии 30% от общего километража.
Следовательно, чтобы
затухание сигнала было
минимальным,
необходимо, чтобы препятствие не заходило в зону Френеля с рассчитанным
радиусом.
Расчет делается в предположении, что земля плоская. Он не
учитывает кривизну земной поверхности. Для протяженных каналов следует
проводить
совокупный
расчет,
учитывающий
естественные преграды на пути распространения.
рельеф
местности
и