Электромагнитная совместимость сотовых сетей связи (стр. 8 из 16)

Рис. 14. Зависимость ослабление радиоволн от расстояния в свободном пространстве для трех диапазонов частот.

На основании (3.5), (3.6) и (3.8) формула для расчета требуемых значений территориального разноса РЭС будет иметь вид:

, (3.10)

где

D- требуемый территориальный разнос, км;

Z- обобщенный энергетический параметр, дБ.

. (3.11)

Физический смысл параметра Z заключается в том, что он характеризует отношение минимально допустимой мощности полезного сигнала на входе приемника (чувствительность РПМ) к мощности излучаемого помехового сигнала в полосе РПМ с учетом защитного отношения приемника, а также замирания сигнала и помехи на трассе распространения. Чем больше эта разность, тем ближе могут быть установлены РПД мешающего и РПМ полезного сигналов c сохранением условий обеспечения ЭМС. Необходимо отметить, что при реальном планировании систем радиосвязи обычно к чувствительности добавляют еще некоторый запас по полезному сигналу для устойчивой работы системы.

Параметр Z объединяет все основные ЭМС - характеристики двух потенциально несовместимых РЭС. Это обстоятельство позволяет получить обобщенную зависимость требуемого территориального разноса РЭС, работающих в заданном диапазоне частот.

Частные решения для норм частотно-территориального разноса РЭС могут быть получены из общего на основе вычисления значений Z, соответствующих конкретным значениям параметров (энергетических, частотных и пространственных), входящих в выражение (3.11).

Обычно нормы ЧТР представляют в виде:

- табличных данных дискретных значений изменяемых параметров РЭС (мощности радиопередатчиков, суммарного взаимного коэффициента усиления антенн РПД и РПМ, чувствительности РПМ, высоты расположения антенн над земной поверхностью, требований к устойчивости обеспечения радиосвязи и др.) и соответствующих им значений частотно-территориальных разносов РЭС;

- графических зависимостей (номограмм) территориальных разносов РЭС от частотной расстройки при заданных типовых значениях других исходных параметров, которые позволяют более гибко определять условия согласования работы РЭС по сравнению с табличной формой.

Особенности применения норм ЧТР:

1. Необходимо помнить, что нормы ЧТР обычно характеризуют «дуэльную» ситуацию и позволяют определить условия совместной работы для пары РЭС при тех или иных ограничениях и моделях распространения. В некоторых случаях нормы ЧТР могут учитывать группу РЭС - источников непреднамеренных помех с заданной плотностью их расположения на местности.

2.Нормы ЧТР целесообразно рассчитывать с некоторым запасом, учитывая несовершенство прежде всего математических моделей распространения сигналов вдоль земной поверхности.

3.При проектировании сетей сухопутной подвижной связи, которые содержат большое количество РЭС, сосредоточенных на ограниченной территории, пользоваться нормами ЧТР бывает нецелесообразно, т.к. необходимо учитывать, что непреднамеренные системные радиопомехи будут представлять собой сумму
большого числа пространственно разнесенных источников излучения с различными рабочими частотами. В этой ситуации необходимо проводить более детальную оценку ЭМС РЭС (учитывая наличие и других систем связи) на основе вычислительных программных комплексов с использованием цифровых карт местности.

Модели распространения сигналов, используемые при анализе ЭМС и проектировании сетей подвижной связи

Задачи, связанные с распространением радиоволн в приземной зоне, весьма сложны, поскольку поле около антенны радиоприемника как абонента, так и базовой станции представляет собой суперпозицию, полученную при многолучевом распространении сигнала в условиях данной местности. Проблема осложняется влиянием на условия распространения радиоволн подвижных объектов, рассеивающих радиоволны, так и перемещением самих абонентов в зоне неравномерного поля. Уровень сигнала может изменяться от пиковых значений, превышающих средний уровень на несколько единиц и даже десятков децибел, до десятков децибел ниже среднего в зонах сильного замирания.

Для расчета ослабления сигналов при анализе ЭМС и проектировании сетей сухопутной подвижной связи наиболее широко пользуются моделированием, основанным на результатах статистической обработки экспериментальных исследований распространения сигналов вдоль земной поверхности. Такие исследования проводились во многих странах мира для различных условий местности. Некоторые из этих моделей являются общепризнанными и рекомендованы МСЭ для использования при проектировании сетей подвижной связи.

Можно выделить два основных типа моделей, используемых в сухопутной связи. Первый тип, где в качестве основных параметров, характеризующих местность и условия распространения сигналов, являются эффективная высота расположения антенны и эффективная высота неровностей местности (перепад высот земной поверхности). Второй тип - модели ослабления сигналов в городских условиях, где рельеф местности обычно не учитывается. Кроме того целесообразно выделить в особую категорию модели распространения в пределах зданий.

Статистические методы по своей сути не учитывают индивидуальных особенностей конкретных трасс распространения радиоволн и поэтому позволяют оценить средние или медианные уровни сигналов для территории, где проводились испытания. Все методы расчета должны давать в принципе одинаковые результаты для одинаковых условий. К сожалению, различные рекомендации и модели часто дают разные результаты расчетов. Однако некоторые математические модели распространения радиоволн, построенные на основе эспериментальных данных и описывающие поле в статистически однородной среде (городская территория, пригород, сельская местность, открытое пространство), являются общепризнанными, о чем свидетельствуют Рекомендации ITU и СЕРТ, и могут быть использованы как достаточное приближение для расчета зон покрытия сетей сухопутной подвижной связи и оценки их ЭМС.

Модели распространения, рекомендованные МСЭ

Для расчета напряженности поля РЭС различных служб в диапазоне от 30 МГц до 1000 МГц в МСЭ была разработана рекомендация ITU-RP.370. Кроме того имеется рекомендация непосредственно для сухопутной подвижной службы ITU-RР.529, разработанная на основе ITU-RP.370 (в эту рекомендацию включеныкривые Okumura) и рекомендация ITU-RP.1146, которая явилась следствием расширения результатов ITU-RP.370 на диапазон волн до 3 ГГц.

Рекомендация ITU-RP.370 является наиболее ранней и наиболее разработанной рекомендацией для расчета напряженности поля радиоволн в диапазоне от 30 до 1000 МГц. Она основана на огромном экспериментальном материале, полученном в основном в Западной Европе и Северной Америке. Рекомендация предоставляет возможность определять напряженность поля на расстояниях от 10 км до 1000 км. Эта рекомендация позволяет учесть высоту передающей антенны в пределах от 37 м до 1200 м и приемной антенны от 1,5 м до 40 м, а также неровности земли от 25 м до 400 м. Кроме того, в рекомендации имеется возможность определения параметров пространственных и временных флуктуаций напряженности поля, а также могут учитываться углы закрытия со стороны приемной и передающей антенн и климатические особенности регионов.

Сфера действия рекомендации ITU-RP.529, предназначенной для расчета напряженности поля применительно к сухопутным подвижным системам связи, практически совпадает с частью сферы действия рекомендации ITU-RP.370, но она не учитывает многих особенностей распространения радиоволн, которые учитываются в рекомендации ITU-RP.370. Расчеты напряженности поля, проведенные по методам рекомендаций ITU-RP.370 и ITU-RP.529 для высоты приемной антенны 1,5 м на частоте 900 МГц примерно совпадают для городской местности до 100 км. Для других частот и больших расстояний рекомендация ITU-RP.529 не содержит никаких данных. Высотная зависимость в рекомендации ITU-R Р.529 приведена лишь в пределах 1…10 м и несколько отличается от данных рекомендации ITU-RP.370.

Рекомендация ITU-R Р.1146 предназначена для расчета напряженности поля в диапазоне от 1 ГГц до 3 ГГц. На частоте 1 ГГц расчеты по этой рекомендации должны были бы совпадать с расчетом по методу рекомендаций ITU-RP.370 и ITU-RP.529. Однако, различие в расчетах достигает 20 дБ для расстояний в области 25-120 км. Это вызвано, по-видимому, тем, что в рекомендации ITU-RР. 1146 выбран неудачный метод классификации трасс по числу препятствий, дающий возможность произвольного выбора того или иного варианта расчета без надлежащего учета условий распространения радиоволн.

По-видимому, методы рекомендации ITU-RP.370 следует в большинстве случаев считать более предпочтительными по сравнению с другими методами ввиду того, что эта рекомендация основана на очень большом экспериментальном материале и учитывает большее число факторов, влияющих на распространение радиоволн. Однако для условий городской местности и для малых расстояний (менее 10 км) целесообразно пользоваться рекомендацией ITU-R Р.529.

Модель Okumura-Hata

Среди многочисленных экспериментальных исследований, связанных с прогнозом распространения радиоволн для мобильных систем, исследования Okumura считаются наиболее исчерпывающими. На основе измерений импостроены кривые напряженности поля сигналов для различных условий городской и пригородной местности. Эмпирические формулы, аппроксимирующие кривые Okumura для медианного значения ослабления радиосигнала между двумя изотропными антеннами (передающей и приемной), были получены Hata и известны как эмпирическая модель Hata для ослабления.

Модель Hata описывает особенности распространения радиоволн над квазиплоской местностью и не учитывает особенности рельефа. Кроме того предполагается, что антенны базовых станций расположены выше окружающих строений, а размер ячеек при формировании макросотовой структуры сети составляет около 1 км и более. В этом случае потери распространения определяются главным образом процессом дифракции и рассеяния радиоволн на высоте крыш зданий, окружающих абонентскую станцию. Распространение основных лучей от базовой станции происходит выше крыш строений.