В платформе 4Motion предполагается использовать несколько конфигураций антенн. Так, для формирования независимых потоков в каждом антенном канале предлагается три варианта: разнесенные антенны с различной поляризацией Антенны должны быть разнее сены на расстояние не менее 10 длин волн (). Как правило, для этого используются две двухэлементные антенны с взаимной поляризацией элементов 90°, но подключаются только по одному элементу в антенне. Использование кросс поляризационных антенн с поляризацией ±45° относительно линии горизонта объясняется тем, что при переотражении сигналов изменяется их поляризация. Второй вариант подразумевает применение Х-образной антенны с двумя элементами со взаимно-ортогональной поляризацией. Такая поляризация обеспечивает разнесение каналов не менее чем на 20 дБ. Оба этих варианта позволяют организовать передачу по двум независимым каналам.

Для реализации передачи по четырем каналам рекомендована четырехэлементная антенная система - две Х-образные антенны (как в предыдущем варианте), разнесенные друг 0от друга не менее чем на 10. Во всех этих вариантах подразумевается, что каждый антенный элемент формирует луч шириной 65° в азимутальной плоскости и 7° - в вертикальной (по уровню 3 дБ), уровень боковых лучей до -30 дБ в азимутальной плоскости и -17 дБ - в вертикальной. Для задач адаптивного формирования диаграммы направленности используют антенные массивы из четырех близко расположенных элементов с вертикальной поляризацией. Однако для смешанных режимов этот вариант не оптимален.

2.4 Абонентское оборудование

Исходные данные:

ь тип местности: Город средних размеров;

ь тип стандарта: IEEE802.16е - Mobile WiMAX;

ь вид модуляции принимающей стороны: 64QAM;

ь коэффициент усиления антенны:

БС: 14 дБ;

МС: 18 дБ;

ь высота антенны:

БС: 40 м,

МС: 1,5 м;

ь мощность передатчика БС: 40 Вт;

ь потери в фидере антенны БС: 4,4 дБ;

ь потери в дуплексере - 1 дБ;

ь потери в комбайнере - 3 дБ;

ь К мшу = 25 дБ.

В соответствии с этой моделью величина затухания сигнала при распространении в городских районах определяется по формуле 4.1:

, (4,1)

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 города, 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 городов средних размеров в дБ, определяется по формуле 4.2:

, (4,2)

Таким образом, с учетом данных:

радиодоступ сеть станция базовый

Определяем величину затухания сигнала по формуле 4.1:

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 4.3:

, (4,3)

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 городе;

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 4.4:

, (4,4)

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 4.3:

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 4.5:

, (4,5)

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 (d[дБ]) и по времени (t[дБ]). При этом многочисленные экспериментальные исследования показали, что значение d зависит в основном от степени неровности местности и диапазона частот, а t - 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 4,6:

(4,6)

Подставляя данные, получаем:

Стандартное отклонение сигнала по времени уt зависит от дальности связи и для точек приема, расположенных на расстоянии менее 100 км от передатчиков, определяется формулой 4,7:

(4,7)

Обобщенное значение стандартного отклонения сигнала по месту и по времени вычисляется по формуле 4,8:

(4,8)

Подставляя рассчитанные значения, получаем:

Дополнительный запас уровня сигнала рассчитывается по формуле 4,9:

РПСдоп= kтр , (4,9)

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

Определяется из таблицы 4.1 для заданной вероятности и kтр = 1,645.

Таблица 4.1 - Значения величин и

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 4,10:

РПС РПСмин + РПСдоп (4,10)

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

,

РПСтр = -141+10,4 = -130,6 дБм

-150 - 130,6;

-112 - 130,6.

Максимально допустимые потери при распространении сигнала на трассе:

LДОП = РИЗЛ - РПСтр - ВТ - ВЭ. (4,11)

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.

ь Расчет для R=4км:

, дБ

, дБ

, дБ

, дБ

РПСдоп= kтр

РПСдоп= 1.6457,5= 12,3;

;

;

РПС 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.

ь Расчет для R=6 км:

, дБ;

, дБ;

;

РПСдоп= kтр

РПСдоп= 1,6458,3= 13,65;

,

РПСтр = -141+13,65 = -127,35 дБм;

;

РПС 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.

ь Расчет для R=8 км:

, дБ;

, дБ;

;

РПСдоп= kтр

РПСдоп= 1,6458,9= 14,6;

РПСтр = -141+14,6= -125,4 дБм;

;

РПС 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

Сведем получившиеся данные в табл. 4.2 .

Табл. 4.2 Изменение величины затухания от дальности связи для автомобиля

Рис.4. 1. Расчет максимального радиуса действия для автомобиля

Максимальный радиус действия для автомобиля .

Рис.4. 2. Расчет максимального радиуса действия для здания

Максимальный радиус действия для здания .

Заключение