Модели предсказания уровня принимаемого радиосигнала. Модель Окамуры. Коэффициент ”высота-усиление АС”

1.   Модели предсказания уровня принимаемого радиосигнала

Существует ряд моделей для прогнозирования уровня радиосигнала в системах подвижной радиосвязи. В городских условиях практически нет прямой видимости между антеннами БС и АС, и мощность принятого сигнала оказывается значительно ниже, чем в свободном пространстве. Дополнительное ослабление в городе на частоте 900 МГц в среднем составляет 20 ... 30 дБ при протяженности трассы 1 ... 10 км. Это ослабление вызвано в основном отражением и рассеянием энергии сигнала на крупных строениях.

Рельеф местности существенно влияет на уровень сигнала.  

Выбор энергетических параметров в сотовых системах радиосвязи должен обеспечить уверенный прием в зоне обслуживания ВС. В точках приема на границе соты уровни сигнала будут различными вследствие неодинакового влияния застройки и рельефа местности. Поэтому в сотовых системах радиосвязи путем усреднения по двум параметрам: по времени и по местоположению (по числу точек приема) определяют усредненную медианную мощность сигнала (УММС). УММС - это такое значение, которое не превышается в течение 50 % времени наблюдения и в 50 % точек приема, находящихся на расстоянии г от передающей станции.  Для дальнейших расчетов обозначим УММС как

p_M(r)=p_MLT(r,50%,50%).                (1.1)

Модель Окамуры. Основана на экспериментальных результатах, полученных Окамурой. Сначала определяется ослабление сигнала при распространении для квазигладкой местности. Трасса протяженностью несколько километров, на которой средняя высота неровностей не превышает 20 м, определена в модели Окамуры как «квазигладкая».

В модели Окамуры приняты базовые значения высоты антенны АС h_АС = 3 м и эффективной высоты антенны БС h_БС = 200 м , причем последняя определяется над средним уровнем квазигладкой поверхности. Для квазигладкой местности уровень УММС

p_M(r)=p₀(f,r)-a_M(f,r)+H₁(h_БС,r)+H₂(h_АС,f).             (1.2)

где a_M{f ,r) - дополнительное ослабление сигнала в городе {медианное значение), определенное для квазигладкого городского района при базовых высотах антенн БС и AC, h₁ (h_БС,r) - коэффициент «высота - усиление антенны БС», учитывающий, что высота антенны БС может отличаться от значения 200 м; H₂(h_АС,f) - коэффициент «высота - усиление антенны АС», учитывающий влияние реальной высоты антенны АС.

Все  величины в (1.2),кроме уровня мощности сигнала p₀(f,r), Окамура получил экспериментально, и они представлены в литературе в виде графиков. Дополнительное ослабление сигнала в городе a_M(f ,r) показано графически на рис.11

Экспериментально установлено, что влияние высоты антенны БС зависит от расстояния между АС и БС и практически не зависит от частоты в диапазоне 200 ... 2000 МГц.

При этом чем выше установлены антенны БС, тем больше уровень принимаемого сигнала. Как правило, высота антенны БС составляет десятки - сотни метров, высота антенны АС - несколько метров. На практике дальность радиогоризонта равна примерно 25 км и 50 км при высоте антенны БС соответственно 50 м и 200 м.

Экспериментально установлено (рис.1.2), что влияние высоты антенны АС не зависит от протяженности трассы, поскольку эти антенны расположены ниже уровня городской застройки. На рис.1.2 кривая 1 соответствует крупному городу, кривая 2 - среднему городу при f = 400 МГц и кривая 3 - среднему городу при f = 2 ГГц, Кроме того, при h_АС < 3м влияние антенны АС одинаково на всех частотах и не зависит от характера застройки.

Экспериментальные данные позволяют записать

H₂(h_АС,f)=10lg(h_АС/h_АС)                      (1.3)

Модель Окамуры позволяет для местности, которая не относится к квазигладкой, введением поправочных коэффициентов в (1.2), рассчитывать ожидаемый уровень медианной мощности сигнала с учетом характера местности:

p_MZ(r)=p_M(r)+K_Zоткр+K_Zн+K_Zзм+K_Zх,    (1.4)

где Κ_Zоткр - поправочный коэффициент для пригородной зоны и открытой местности; K_Zн - поправочный коэффициент для трассы с наклоном; К_Zзм - поправочный коэффициент для участка «земля-море», К_Zх- поправочный коэффициент для холмистой местности

В пригородной зоне потери сигнала при распространении меньше, чем в городе, поскольку в ней ниже здания и меньше препятствий.

В общем случае при удалении АС от БС мощность сигнала, принятого на АС, уменьшается по закону

P_M=K₀(R^*)(r/R^*)^-n,           (1.5)

где  P_M=10^0,1p(r)                                          (1.6)

n—показатель затухания; R^*=1км—эталонная длина трассы;

K₀(R^*)=P_M(R^*).

Для свободного пространства n = 2. В городских условиях ослабление сигнала гораздо больше, и показатель затухания, полученный на основании обработки результатов измерений Окамуры, зависит от расстояния до АС и высоты антенны БС.

Если расстояние между БС и АС не превышает 15 км, то показатель степени n= 4 при малой высоте антенны БС; при больших высотах n = 2,5, т.е. приближается к значению для свободного пространства. Если же r > 40 км, то уровень сигнала резко падает с увеличением расстояния.

Итак, сигнал в городе испытывает большее ослабление, чем в свободном