Отримано погонний коефіцієнт загасання радіосигналів в УВЧ діапазоні для стільникових систем зв'язку над водною гладдю. Експерименти проводилися на дальностях поширення сигналу до 1000 метрів. Результати роботи дозволять з мінімальними похибками планувати вдосконалення сучасних і розвиток перспективних систем стільникового зв'язку, що охоплюють акваторії морів, території водоймищ, озер і річкові рухливі шляху.

Анотація наукової статті з електротехніки, електронної техніки, інформаційних технологій, автор наукової роботи - Піщін Олег Миколайович


THE ANALYSIS AND EXPERIMENTAL RESEARCHES OF ATTENUATION OF A RADIO SIGNAL OF SYSTEMS OF A CELLULAR MOBILE RADIO COMMUNICATION ABOVE A WATER SMOOTH SURFACE

The factor of attenuation of a radio signal in a range of cellular communication systems above a water smooth surface is experimentally received. Experimental tests were spent on distance up to 1000 meters. Results of work allow improving and developing the modern and perspective systems of cellular communication working near to water area of ​​the seas, in territory of water basins, lakes and in territory of river ways. Errors in calculations thus will be considerably lowered.


Область наук:
  • Електротехніка, електронна техніка, інформаційні технології
  • Рік видавництва: 2009
    Журнал: Известия Південного федерального університету. Технічні науки
    Наукова стаття на тему 'Аналіз і експериментальні дослідження загасання радіосигналу систем стільникового рухомого радіозв'язку над водною гладдю'

    Текст наукової роботи на тему «Аналіз і експериментальні дослідження загасання радіосигналу систем стільникового рухомого радіозв'язку над водною гладдю»

    ?УДК 621.391.812.3

    О.Н. Піщін

    АНАЛІЗ І ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ загасання радіосигналу СИСТЕМ МОБІЛЬНОГО РУХОМИЙ РАДІОЗВ'ЯЗКУ

    НАД водною гладдю

    Отримано погонний коефіцієнт загасання радіосигналів в УВЧ діапазоні для стільникових систем зв'язку над водною гладдю. Експерименти проводилися на дальностях поширення сигналу до 1000 метрів. Результати роботи дозволять з мінімальними похибками планувати вдосконалення сучасних і розвиток перспективних систем стільникового зв'язку, що охоплюють акваторії морів, території водоймищ, озер і річкові під.

    Системи стільникового зв'язку; втрати передач; загасання радіосигналу над .

    O.N. Pishchin THE ANALYSIS AND EXPERIMENTAL RESEARCHES OF ATTENUATION OF A RADIO SIGNAL OF SYSTEMS OF A CELLULAR MOBILE RADIO COMMUNICATION ABOVE A WATER SMOOTH SURFACE

    The factor of attenuation of a radio signal in a range of cellular communication systems above a water smooth surface is experimentally received. Experimental tests were spent on distance up to 1000 meters. Results of work allow improving and developing the modern and perspective systems of cellular communication working near to water area of ​​the seas, in territory of water basins, lakes and in territory of river ways. Errors in calculations thus will be considerably lowered.

    Systems of cellular communication; Losses of capacity of a broadcast; attenuation of a radio signal above water.

    Вступ

    Основним принципом розвитку систем бездротового доступу є фразеологізм: «Anywhere, Anytime» (зв'язок завжди і всюди), позначений Всесвітньої системою мобільного зв'язку (International Mobile Telecommunications (IMT)), -

    [1].

    Сучасний етап енергійного розвитку систем зв'язку бездротового, 3- -

    мя тимчасово уповільнений. Стільникові оператори в зв'язку з поточною економічною кризою знизили свої витрати на розгортання і розширення мереж і зайнялися їх більш глибокої оптимізацією і раціоналізацією. Велика увага стала приділятися інноваційної та раціоналізаторської діяльності компаній для подальшого розширення зон радіопокриття і підвищення якості обслуговування за рахунок оптимізації існуючих мереж стільникового зв'язку. В ре-

    док значно зростає потреба в точний прогноз ослаблення сигналу при прямої видимості [3].

    Згідно [4] до основних напрямів робіт при проектуванні нових систем зв'язку для внутрішнього водного транспорту включена завдання поєднання систем зв'язку використовуваних на водному транспорті з системами зв'язку про.

    З метою оптимізації систем зв'язку загального користування на ділянках мережі, що мають на меті забезпечення доступним рівнем зв'язку таких територій, як акваторії морів, водосховищ, озер, річок і населених пунктів, розділених водними перешкодами, необхідне уточнення механізму розрахунку загасання радіохвиль в чинному і планованому для використання діапазоні частот стандартів GSM / DCS / PCS / CDMA. Необхідність підвищення точності розрахунків викликана не адекватним відображенням розрахункових зон розподілу потужності радіосигналу реальним. Це відбувається за рахунок відсутності обліку значних відмінностей в загасання радіосигналу над поверхнями суші і водної гладі в діапазоні УВЧ (ультрависокі частоти - від 300 МГц

    3).

    Основна частина

    ,

    від поширення радіохвиль над сушею з огляду на відмінності в іонізації повітря. Найбільші флуктуації сигналу відзначаються при поширенні радіохвиль в місті, найменші - в штиль над морською поверхнею.

    Нерівності земної поверхні також беруть участь у формуванні діаграм випромінювань приймально-передавальних станцій. За умовами відображення радіохвиль ділянки траси можуть бути гладкі, дзеркальні, наприклад, -. -ні ділянки створюють умови спрямованого відображення радіохвиль, шорсткі - розсіяного [2].

    Моделі, рекомендовані Міжнародним союзом електрозв'язку (МСЕ) для розрахунку загасання радіосигналів стільникового зв'язку недостатньо точні і не дозволяють отримати достовірний прогноз втрат [3].

    Так, згідно з Рекомендаціями ITU-R P.1546 [5], в методах розрахунку статистичних характеристик сигналів в службах мовлення та рухомого зв'язку статистичні розподілу напруженості поля по місцю розташування і в часі аппроксимируются логарифмически нормальним законом, параметрами якого є медіана і стандартне відхилення.

    Так звані криві поширення представляють наступну функціональну залежність медіани напруженості поля:

    E0 = F (R fon, К t),

    де R - відстань між передавачем і приймачем, км; Fоп - опорна

    частота (100, 600, 2000 МГц); h - висота підвісу передавальної антени, м; t - відсоток часу, протягом якого напруженість поля перевищує прогнозований рівень (50%, 10%, 1%). Криві відповідають деякій але-

    номінальної висоті прийомної антени, що змінюється в залежності від підстильної поверхні, і довжині траси понад 1 км [5, 12].

    Значення напруженості поля, отримані за кривими, в поєднанні з різного роду корекціями і поправками не повинні перевищувати максимально можливого значення напруженості поля Етах [6]. дане значення

    для наземних трас обмежена величиною напруженості поля при поширенні хвилі у вільному просторі, дБ:

    де Ер - напруженість поля при поширенні сигналу у вільному просторі, Р {- потужність на виході передавача дбвт. Для морських трас, дБ:

    У разі необхідності перерахунок отриманої величини напруженості поля, дБ, в втрати поширення здійснюється відповідно до виразу [6]:

    Проведені розрахунки за формулами 1, 2 і 3 на дистанціях до 1000 м, показали незначні відмінності (до 2дБ) в рівнях загасання в вільному просторі та над водною гладдю, що на практиці не підтверджується. Це відбувається через те, що наведені в Рекомендаціях ГТО-Я Р. 1546 [5] наводяться криві для наземних трас і криві описують напруженість поля на трасах, що проходять над теплими і холодними морями, прийняті для прогнозування напруженості поля в смузі частот від 30 до 3000 МГц і відстані від 1 до 1000 км. Вони описують рівні напруженості, створювані напівхвильового диполів потужністю в 1 кВт, як функції від раз.

    10-1200 м щодо підстильної поверхні.

    Таким чином, Рекомендації ГТО-Я Р. 1546 не поширюються на розрахунки загасання радіосигналу на дистанціях до 1000 м. Ці дистанції є найбільш актуальними для процесу оптимізації сучасних і розвитку перспективних мереж стільникового рухомого радіозв'язку.

    , , -ні в даному випадку з водними перешкодами не використовуються в класичних моделях розрахунку при радіопланування рухомого стільникового радіозв'язку вві-,

    рухливі системи радіозв'язку.

    З метою підвищення точності радіопланування, дотримання електромагнітної сумісності та гарантії відсутності ненавмисних перешкод

    ,

    ,

    стільникового зв'язку над сушею і водною гладдю.

    На відкритих інтервалах ліній передачі, можливо, розрахувати множник ослаблення для радіолінії. Він має інтерференційний характер, так

    Етах = Ер = 76,9 + Р (- 20. 1в (Я),

    (1)

    (2)

    Ь = 139 - Е + 20 • 1§ /.

    (3)

    Известия ПФУ. Технічні науки

    як в точку прийому окрім прямої хвилі можуть приходити одна або кілька хвиль, відбитих від земної поверхні. Інтерференційний множник ослаблення V розраховується за формулою [7]:

    V = 1 + Ф2 + 2-Ф-соб

    4-Л + в

    V Л-г у

    (4)

    де Ф - модуль коефіцієнта відбиття, Н1 - висота підйому передавальної антени, м, к2 - висота підйому прийомної антени, м, г - відстань між точками прийому і передачі, м, в - фаза коефіцієнта відбиття, град.,

    - .

    Для розрахунку интерференционного множника ослаблення необхідно визначити модуль коефіцієнта відображення Ф і його фазу в. Для визначення коефіцієнта відбиття і його фази необхідні наступні дані:

    | Діелектрична проникність е підстильної поверхні;

    | Кут ковзання Д, який визначається графічним шляхом і залежить від відстані між антенами і від висоти підйому антен над рівнем водної гладі.

    Модуль коефіцієнта відбиття і його фаза визначаються за номограмами «Криві модулів коефіцієнтів відбиття» і «Криві аргументів коефіцієнтів відбиття», наведеним в [7].

    При поширенні радіохвиль на великі відстані значення фази коефіцієнта відбиття прагне до 180 ° (0 ^>18О °) [8] і через складність обчислення коефіцієнтів відбиття до розрахунку беруть їх усереднені, «відображення» [9] (табл. 1).

    1

    Усереднені значення коефіцієнтів відбиття

    № Вид поверхні Ф при довжинах хвиль, см

    п \ п 18-15 8-7 5 3-1,5

    1 Водна поверхня 0,99 - 0,95 0,95 - 0,85 0,85 - 0,63 0,45 - 0,2

    2 Рівнина, заплавні луки, солончаки 0,99 - 0,95 0,8 - 0,6 - -

    3 Рівна лісиста місцевість 0,8 - 0,6 0,6 - 0,5 0,5 - 0,3 0,3 - 0,1

    4 Среднепересечённая лісиста місцевість 0,5 - 0,3 0,3 - 0,2 - -

    Порівняння розрахунків за формулою 4 множників ослаблення V над водною поверхнею і над сушею також не дають адекватної оцінки в різниці уров-,, тель ослаблення враховує розсіяне поширення радіохвиль, що характерно для шорстких поверхонь (суша). Умови спрямованого отраже-, (-,) .

    Проведені експериментальні дослідження поширення радіохвиль стільникового зв'язку над водною гладдю показали, що їх загасання над водо-

    yoмамі, які поділяють населені пункти на частини, значно відрізняються від загасання в вільному просторі та, тим більше, над міською частиною міста (таблиця 2).

    Таблиця 2

    Результати експериментальних досліджень загасання радіосигналу в УВЧ діапазоні над водною гладдю

    Математичне сподівання Мх рівнів загасання сигналу L0, dBm з урахуванням швидких завмирань

    Довжина хвилі X, м 0,32 0,16

    Рівень загасання у вихідній точці 40,3 56,9

    Рівень загасання на кордоні водної гладі (Я = 800 м) 45,8 62,4

    Рівень загасання над сушею (Я = 800 м) 65,6 82,3

    Експериментально отримані дані апроксимуються залежністю:

    Law = 32,45 + 5 • lg (f) + 5 • lg (r), (5)

    де Law - (above water - над водою) втрати передачі в УВЧ діапазоні над водною гладдю, дБ, f - робоча частота, МГц, r - відстань від передавача базової станції до приймача абонентської радіостанції, км.

    Розрахунок втрат передачі в УВЧ діапазоні для стільникового рухомого радіозв'язку у вільному просторі мають вигляд [10]:

    Lfs = 32,45 + 20 • lg (f) + 20 • lg (r). (6)

    Порівняння кривих втрат передачі у вільному просторі (free space

    - вільний простір) і над водною гладдю (за формулами (5) і (6)) представлено і на малюнку.

    /.".[дБ]

    Мал. 1. Втрати передачі радіосигналів в діапазоні УВЧ для вільного простору Ьш і над водною гладдю ЬЛШ

    Відносна діелектрична проникність? для морської і прісної води відповідно до виписки з таблиці електричних параметрів земної поверхні [11] (табл. 3) для хвиль УВЧ діапазону для обох середовищ іден.

    , , -ведений експериментів погонний коефіцієнт загасання над водною гладдю для хвиль УВЧ діапазону однаковий як для водойм з прісною, так і для водойм з солоною водою:

    ат водна гладь ~ 0,006875 дБ / м

    3

    Електричні параметри земної поверхні

    № Піп Вид поверхні Довжина хвилі, Відносна діелектрична проникність Питома електропровідність у3, Сим / м

    >1 75 1-6

    0,1 70 1-6

    1 Морська вода 0,03 65 10-20

    0,003 10 10-20

    >1 80 10-2- 3 X10-2

    0,1 75 1-2

    2 Прісна вода 0,03 65 10-20

    0,003 10 -

    При проведенні експериментів дотримувалися умови прямої видимості

    () (). -сота розміщення антени БС відповідала 35 м, а антени АР 1,5 м. Протяжність радиотрасс експериментальних досліджень до 1000 м.

    висновок

    Використання погонного коефіцієнта загасання радіосигналів над водною гладдю в УВЧ діапазоні дозволить підвищити точність механізму оптимізації діючих мереж і планування будівництва перспективних мереж стільникового зв'язку. Найбільш ефективний розрахунок втрат передачі буде отримано покроковим розрахунком втрат передачі з різними умовами поширення радіохвиль при використанні автоматизованих програм радіопланування, таких як ONEPLAN RPLS, RPS-2, RADIUS із застосуванням цифрових карт.

    Отримані в роботі результати дозволять з мінімальними похибками планувати вдосконалення сучасних і розвиток перспективних систем зв'язку загального користування, що охоплюють акваторії морів, тер, .

    БІБЛІОГРАФІЧНИЙ СПИСОК

    1. Невдяев Л.М. Мобільний зв'язок 3-го покоління / Под ред. Ю. М. Горностаєва. - М .: Связь і бізнес, 2000. - 208 с.

    2. Паслін В.В., Яміле В.К. Траса радіозв'язку та її вплив на стійкість радіозв'язку. - Донецьк: ДонНТУ, 2004. - 8 с.

    3. . -

    //:,,. - 2008. - 4.

    - . 72-74.

    4.

    транспорту Російської Федерації (затв. Мінтрансом РФ 28.10.2003г.) [Електронний ресурс]: сайт. - URL: http://www.pravoteka.ru/pst/51/25326.html (дата звернення

    13.05.2009).

    5. ITU-R Recommendations. 2001. - P. 1 546.

    6. / . . ,

    Г.О. Василенко, М.А. Сіверс, А.Н. Волков, Н.В. Співаків. - СПб: Тріада, 2003.

    - 159 .

    7.. . . -.:, 1972. - 464 .

    8.. .,. . -Пристрої: Учеб. - М .: Радио и связь, 1989. - 238 с.

    9. / . ., . ., . .

    та ін.; - 2-е вид. перераб. і доп. під редакцією С.В. Бородича. - М .: Радио и связь, 1981. - 416 с.

    10. []: .

    - URL: http://www.radioland.net.ua/contentid-444-page10.html (дата звернення

    13.05.2009).

    11.. . ( -

    хвиль): учеб.-мегод. комплекс Навчальний посібник). - СПб .: Изд-во СЗТВ, 2007. - 90 с.

    12. .

    //. - 2008. - 4. -. 24-26.

    Піщін Олег Миколайович

    Астраханський Державний Технічний Університет.

    E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її..

    414000, м Астрахань, вул. Личманова, 44.

    Тел .: 8 (8512) 700-087; 8 (8512) 734-970, 703-355, Fax: 8 (8512) 700-090. Кафедра «Зв'язок».

    .

    Pishchin Oleg Nikolayevich

    The Astrakhan state technical university.

    E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її..

    44, Lychmanova street, Astrakhan, 414000, Russia.

    Phone: 8 (8512) 700-087; 8 (8512) 734-970, 703-355, Fax: 8 (8512) 700-090. Faculty "Communication".

    The senior teacher of faculty "Communication".


    Ключові слова: СИСТЕМИ МОБІЛЬНОГО ЗВ'ЯЗКУ / ВТРАТИ ПЕРЕДАЧ / Загасання радіосигналу НАД ВОДОЮ / SYSTEMS OF CELLULAR COMMUNICATION / LOSSES OF CAPACITY OF A BROADCAST / ATTENUATION OF A RADIO SIGNAL ABOVE WATER

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити