Оценка потерь энергии радиосигнала в фидере BS

Министерство связи РФ

Сибирский Государственный университет

телекоммуникаций и информатики

 Контрольная работа по курсу:

Системы связи с подвижными объектами

студента группы 991ТУ

                                                                                             заочного факультета РРТ

                                                                                             Лапина Ю.Г.

Новосибирск – 2001 г.

Вариант № 36.

Задача № 1.

На территории в виде круга с радиусом R организуется однозоновая система пейджинговой связи. Необходимо рассчитать параметры BS, которые обеспечат качественный прием сигналов на типовые приемники MS в пределах заданной территории. Множитель ослабления на радиолинии 201gV= -20 dB., V= 0,1.

Исходные данные:

R = 60 км

F = 160 МГц

Gа пд = 3 dB

Αфпд = 0,01 dB/м

Рмин = -103 dB Bт

hпр = 6 м

Gа пр =  5 dB

Передатчик BS находится у подножия мачты, передача радиосигнала к антенне осуществляется по коаксиальному кабелю с длиной, равной высоте мачты.

Решение:

           1. Из условия прямой видимости антенн BS и MS, находящихся на расстоянии R, определить высоту подвеса антенны BS, т.е. высоту мачты в условиях равнинной местности h_пд. Данное условие описывается следующим соотношением:

               R = 4,12*(√hпд + √hпр) ,                         км,

                             60 = 4,12*(√ hпд  + √6),

              hпд = 146,74 м.

Высоты подвеса антенн заданы в метрах.

2. Оценить потери энергии радиосигнала в фидере BS. Они определяются в первую очередь погонным затуханием сигнала α_фпд, dB/м, в кабеле типа РК-50, соединяющем передатчик и передающую антенну BS, и его длиной 1_фид. Так как передающее устройство находится у подножия мачты, то 1 _фид численно равна ее высоте h _пд  тогда потери фидера :

            10*lg η_фид.  = - α_фпд * h_пд , dB

            10*lg η_{фид. пд.}  = -146,74*0,01 = -1,47 dB

            10*lg η_{фид. пр.}  = -6*0,01 = -0,06 dB

 В разах:

                                 0,1*(-α _фид. * h _фид..)

            η_фид.  = 10                        ;

            η_{фид. пд.}  = 0,71

            η_{фид. пр.}  = 0,99

3. Рассчитать длину волны λ и коэффициент потерь в свободном пространстве Асв. Длина волны определяется через скорость света с = 3* 10⁸ м/с   и частоту радиолинии F в Гц :

              λ = с/ F    ,            м

              λ = 3* 10⁸ / 160* 10 ⁶  = 1,86 м.

 Асв зависит от  λ, и длины радиолинии R ( в одних и тех же единицах, например, в метрах) и определяет потери энергии за счет рассеивания радиоволн в свободном пространстве:

              Асв= (λ /4πR)²,      раз.

            Асв = (1,86/4*3,14*60 000) = 1,71* 10 ^-12
В относительных единицах:

20*lgAcв =   20*lg λ - 20*lg ( 4*π*R),    dB

20*lgAcв = 5,46 – 117,54 =112,1 dB.

4. Из формулы радиосвязи определить требуемую мощность передатчика BS Р_пд в Вт для обеспечения на входе приемников мощности сигнала Рс.вх.пр. не ниже заданной чувствительности Рмин. Формула радиосвязи соотносит друг с другом параметры передающего, приемного устройств и среды распространения:

                             Рс.вх.пр. = Рпд * η_фид.пд. * Са_пд * Асв * V² * Ga_np * η_фид.пр           Вт,

              Рпд = 5,01*10‾¹¹ / (0,73*2*6,19*10‾¹²*0,01*3,16*0,99 = 5,01*10‾¹¹ /2,75*10‾¹³ = 182,4 Вт.

Здесь Рпд в Вт, остальные величины в разах.

Можно производить расчет уровня мощности передатчика в dB относительно мощности 1 Вт   10*lg Рпд Запишем вышеприведенное уравнение радиосвязи в относительных единицах:

Рмин = 10*lg Рпд-α_фпд*h_пд+Са_пд+20*lgα, - 20*lg (4*π*R) + 20*lg V + Ga_np – α _фпр * h_np,,  dB

Здесь коэффициенты усиления передающей и приемной антенн даны в dB.

10*lg Рпд = -103 - (-1,47+3 –112,1-20 +5-0,06) =  -103 + 125,6 = 22,6 dB.

       10*lg Рпд = 22,6 dB

       Рпд = 10²·²⁶   = 182,4 Вт.

Задача № 2.

В сотовой сети связи организовано 19 BS с одинаковыми техническими параметрами и зонами обслуживания. Необходимо определить размер зоны обслуживания одной BS R₃, рассчитать минимально-необходимое расстояние Dмин  между BS, которые могут работать на одних и тех же частотах с учетом их электромагнитной совместимости.

Исходные данные:

F = 450 МГц.

Рпд = 50 Вт.

Ga пд = 15 dB.

αфпл = 0,02 dB/м.

h пд = 40 м.

V² = -22 dB.

Рмин = -103 dB Вт.

h пр = 1,5 м.

Ga пр = 0 dB.

Аз = 12 dB.

Решение:

1. Пользуясь формулой радиосвязи , рассчитать радиус зоны обслуживания Кз BSj по условию обеспечения уровня полезного сигнала на этом расстоянии Рс.вх.пр, равного чувствительности приемника Рмин.

 

               R = 4,12*(√hпд + √hпр) ,                          км,

            R = 4,12*(6,32+1,22) = 31,1 км.

λ = С/F = 300*10⁶ /(450*10⁶ ) = 0,67 м.

2. Условие беспомеховой работы радиосетей:

10*lgPc.вx.np. - 10*lgPпом.вx.np. = Аз ,      dB

Принимая уровень полезного сигнала равным чувствительности приемника Рмин, найдем из данного уравнения допустимый   уровень помехи на входе приемника:

10*lgPпом.доп. = Рмин - Аз,      dB

10*lgPпом.доп.= -103 – 12 = -115 dB

3. Пользуясь формулой радиосвязи по отношению к мешающему сигналу в виде:

10*lgPпом.доп. = 10*lgРпд-α_фпд*h_пд+Gа_пд+20*lgλ-20*lg 4*π*d+20*lgV+Ga_np-α_фпр*h_np,     dB,

20*lg 4*π*d =10*lgРпд-α_фпд*h_пд+Gа_пд+20*lgλ+20*lgV+Ga_np-α_фпр*h_{np -}10*lgPпом.доп.

 20*lg 4*π*d = 17 - 0,8 +15 – 3,5 –22 + 0 – 0,03 + 115 = 120,6

lg 4*π*d = 120,6 / 20 = 6,03

           6,03

d = 10     / 12,56 = 85 685 м = 85,7 км.

рассчитаем расстояние от мешающей базовой станции BSn до границы зоны обслуживания BS1 d , при котором обеспечивается без помеховый прием.

3. Определить минимальный территориальный разнос Dмин между BS

Dмин. = Rз + d, км

Dмин = 31,1 + 85,7 = 116,8 км.

Задача № 3.

В сотовой сети из 19 базовых станций определить необходимое число частотных каналов из условий ЭМС. Исходные данные в задаче 2.

Решения:

На рисунке, обозначающем зоны обслуживания 19 BS в виде правильных шестиугольников, выделить одним цветом те BS, которые могут использовать для работы одну и ту же частоту. Сначала назначим частоту fl сети BS1, затем найдем другую BS , которая расположена на расстоянии D мин (или чуть более) от BS1. Назначим ей ту же частоту. Из оставшихся BS выбираем станцию, которая расположена на расстоянии D мин от обеих предыдущих, назначаем ей fl, и т.д. до тех пор, пока не сможем далее назначать эту частоту. Аналогично назначим частоту £2 , £3 и другие, пока не закончим со всеми BS.

Dмин = 116,8 км.