Расчет зоны обслуживания с использованием модели Окамуры-Хата.

Используемое оборудование:

БС: BreezeMAX Extreme 3650

АС: Alvarion BreezeMAX SI 4m-cpe-ci-4d2v-2.5-omn

Исходные данные:

· тип местности: село средних размеров;

· тип стандарта: IEEE802.16е – Mobile WiMAX;

· вид модуляции принимающей стороны: 64QAM;

· коэффициент усиления антенны: БС: 14 дБ; МС: 18 дБ;

· высота антенны: БС: 40 м, МС: 1,5 м;

· мощность передатчика БС: 40 Вт;

· потери в фидере антенны БС: 4,4 дБ;

· потери в дуплексере – 1 дБ;

· потери в комбайнере – 3 дБ;

· К мшу = 25 дБ.

В соответствии с этой моделью величина затухания сигнала при распространении в села определяется по формуле 2.1:

(2,1)

Где - частота излучения, МГц;

- расстояние между БС и МС, км;

- высота антенны БС, м;

- высота антенны МС, м;

-поправочный коэффициент, учитывающий высоту антенны МС в зависимости от размеров села, дБ.

Частоту излучения выбираем из диапазона стандарта (2495 - 2690) МГц равной 2500МГц.

Расстояние между БС и МС выбираем равным 2км.

Высота антенн БС и МС над землей по заданию равно 40 и 1,5 метров соответственно.

Поправочный коэффициент, учитывающий высоту антенны МС, рассчитаем для села средних размеров в дБ, определяется по формуле 2.2:

(2,2)

Таким образом, с учетом данных:

радиодоступ сеть станция базовый

Определяем величину затухания сигнала по формуле 2.1:

Размеры зоны покрытия базовой станции будут определяться дальностью связи между базовой и мобильной станциями. Дальность связи будет определяться путем решения первого уравнения связи по формуле 2.3:

(2,3)

где РПС[дБм] – уровень мощности полезного сигнала на входе приемной антенны в дБм;

РИЗЛ [дБм] – уровень эффективной изотропно излучаемой мощности передатчика в дБм;

L (R, hБС, hMC) [дБ] - затухание сигнала при распространении в небольшом селе;

ВТ [дБ] - дополнительные потери сигнала при работе с портативной абонентской станцией, которые составляют величину около 3 дБ;

ВЭ [дБ] - дополнительные потери сигнала при работе с портативной абонентской станцией в здании или автомобиле (для автомобиля около 8 дБ, для здания -15 дБ).

Уровень эффективной изотропно излучаемой мощности передатчика определяется по формуле 2.4:

(2,4)

где – уровень мощности передатчика в дБ/мВт;

Р'ПРД - мощность передатчика в Вт = 40 Вт;

[дБ] = – потери в фидере антенны передатчика;

[дБ/м] – погонное затухание в фидере антенны передатчика;

[м] – длина фидера антенны передатчика;

=

ВД ПРД [дБ] - потери в дуплексере на передачу = 1 дБ;

ВК [дБ] - потери в комбайнере (устройстве сложения) = 3 дБ;

GПРД [дБ] - коэффициент усиления антенны передатчика = 15 дБ.

С учетом приведенных выше данных определяется по формуле 4.4:

Тогда уровень мощности полезного сигнала на входе приемной антенны находим по формуле 2.3:

Основным условием обеспечения связи будет необходимость превышения уровня мощности полезного сигнала на входе приемной антенны минимально необходимого уровня мощности (РПСмин), определяемого техническими характеристиками приемника согласно формуле 2.5:

(2,5)

где - чувствительность приемника в дБм

Р'ПРМ - чувствительность приемника в мкВт (в случае, если чувствительность приемника задается в дБм, то в качестве РПРМ используется именно это значение);

РПРМ = - 98, дБм;

RПРМ [Ом] - входное сопротивление приемника; – потери в фидере антенны приемника;

ВД ПРМ [дБ] - потери в дуплексном фильтре на прием = 1 дБ;

КМШУ [дБ] - коэффициент усиления антенного тракта приема (МШУ) =25 дБ;

GПРМ [дБ] - коэффициент усиления антенны приемника =17 дБи.

С учетом всех данных находим минимальную мощность полезного сигнала по формуле 4.5:

Величина дополнительного запаса уровня мощности сигнала определяется статистическими параметрами сигнала на трассах подвижной связи, а именно стандартными отклонениями сигнала по месту (sd[дБ]) и по времени (st[дБ]). При этом многочисленные экспериментальные исследования показали, что значение sd зависит в основном от степени неровности местности и диапазона частот, а st - от дальности связи.

На расстояниях меньше 10 км значение стандартного отклонения зависит от дальности связи (r). Для практических вычислений эти данные с высокой степенью точности в диапазоне 300...3000 МГц аппроксимируются формулой 2,6:

(2,6)

Подставляя данные, получаем:

Стандартное отклонение сигнала по времени σt зависит от дальности связи и для точек приема, расположенных на расстоянии менее 100 км от передатчиков, определяется формулой 2,7:

(2,7)

Обобщенное значение стандартного отклонения сигнала по месту и по времени вычисляется по формуле 2,8:

(4,8)

Подставляя рассчитанные значения, получаем:

Дополнительный запас уровня сигнала рассчитывается по формуле 2,9:

РПСдоп= kтр ×s, (2,9)

где kтр - коэффициент логнормального распределения, обеспечивающий требуемую надежность связи.

Подставляя данные, получаем:

РПСдоп= 1,645*6,3= 10,4;

Таким образом, для того чтобы мощность сигнала на входе приемной антенны РПС, превышала минимальную мощность сигнала на входе приемной антенны РПСмин исходя из чувствительности приемника, с заданной вероятностью, необходимо, чтобы выполнялось условие 2,10:

РПС ³ РПСмин + РПСдоп (2,10)

Значение требуемого уровня мощности сигнала на входе приемной антенны, обеспечивающей необходимую надежность связи:

,

РПСтр = -141+10,4 = -130,6 дБм

-150 ³ - 130,6;

-112 ³ - 130,6.

Максимально допустимые потери при распространении сигнала на трассе:

LДОП = РИЗЛ – РПСтр – ВТ – ВЭ.(2,11)

LДОП1 = 52,6+130,6-3-8 = 172,2 дБм;

LДОП2 = 52,6+130,6-3-15 = 165,2 дБм.

Максимальная дальность связи решается уравнением: L(R) = LДОП

Необходимо решить это уравнение графическим способом для этого найдем все необходимые параметры.

ü Расчет для R=4км:

, дБ

, дБ

, дБ

, дБ

РПСдоп= kтр ×s

РПСдоп= 1.645×7,5= 12,3;

РПС ³ РПСмин + РПСдоп ,

LДОП1 = 52,6+128,7 -3-8 = 170,3 дБм;

LДОП2 = 52,6+128,7 -3-15 = 163,3 дБм.

-115,2 дБм ≥ -128,7 дБм

-122,2 дБм ≥ -128,7 дБм – условие выполняется.

ü Расчет для R=6 км:

, дБ;

, дБ;

;

РПСдоп= kтр ×s

РПСдоп= 1,645×8,3= 13,65;

,

РПСтр = -141+13,65 = -127,35 дБм;

РПС ³ РПСмин + РПСдоп ,

LДОП1 = 52,6+127,35 -3-8 = 168,95 дБм;

LДОП2 = 52,6+127,35 -3-15 = 161,85 дБм.

-122,1 дБм ≥ -127,35 дБм – условие выполняется

-129,1 дБм ≥ -127,35 дБм – условие не выполняется => максимальный радиус действия для здания R=4 км.

ü Расчет для R=8 км:

, дБ;

, дБ;

;

РПСдоп= kтр ×s

РПСдоп= 1,645×8,9= 14,6;

РПСтр = -141+14,6= -125,4 дБм;

РПС ³ РПСмин + РПСдоп ,

LДОП1 = 52,6+125,4 -3-8 = 167 дБм;

LДОП2 = 52,6+125,4 -3-15 = 160 дБм.

-125,4 дБм ≥ -125,4 дБм – условие выполняется, следовательно, максимальная дальность связи для автомобиля R=8 км.

-132,4 дБм ≥ -125,4 дБм

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В соответствии с полученными результатами расчётов мы пришли к выводу, что данная технология наиболее эффективно обслуживает выбранную местность сельского типа, что в свою очередь позволит качественно предоставлять услуги широкополосного беспроводного доступа (ШПД) в интернет.

ЛИТЕРАТУРА

1. Р.Р.Убайдулаев. Волоконно-оптические сети, Москва, Эко-Трендз, 2001г, 267с.

2. В.Олифер, Н.Олифер – Компьютерные сети, 2016, 5 издание, издательство Питер.

3. TPC/IP - Тим Паркер,Каранжит Сиян – 2004, Издание 3, Издательство Питер.

4. http://www.eastrussia.ru/material/optovolokno_doberetsya_do_kamchatki/

5. http://medicalplanet.su/telemedicina/wimax.html

6. http://www.tssonline.ru/articles2/fix-op/metodologiya-sozdaniya-besprovodnyh-multiservisnyh-setey-klassa-wimax-chast-1

7. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A5%D0%B0%D1%82%D0%B0%D1%81%D1%81%D1%8B

Чувашов Максим Геннадьевич – студент 4 курса группы ИТСС13 ФГАОУ ВО СВФУ им.М.К.Аммосова, email: [email protected]

Иванов Ян Самвелович – студент 4 курса группы ИТСС13 ФГАОУ ВО СВФУ им.М.К.Аммосова, email: [email protected]