Эмпирико-статистическая модель затухания радиосигнала для расчёта в условиях городской застройки

В статье авторы предлагают использовать модель расчёта затухания радиосигнала в городских условиях с использованием преимуществ статистического подхода с достоинствами эмпирических моделей. Целью является повышение эффективности использования систем предварительного проектирования. Описывается аппроксимация реальных препятствий клиновидными для расчета зон покрытия в системах подвижной радиосвязи общего пользования.

Ключевые слова: системы подвижной радиосвязи.

В настоящее время для расчета зон покрытия базовых станций систем широкополосного доступа используются модели, полученные на основе эмпирических данных. Полученные результаты не всегда соответствуют близки к реальным значениям уровней затухания, так как для каждого расчета необходимо учитывать особенности уникального пути распространения радиоволн (преграды на пути распространения радиосигнала).

Для повышения качества предварительного проектирования систем подвижной связи, необходима дополнительная методика расчёта уровня затухания с одновременным учетом препятствий в виде зданий, высоких деревьев и иных препятствий в городской среде.

На сегодняшний день для описания огибания препятствий используется аппроксимация на клине и дуге окружности, а также их комбинации. На рисунке 1 показан пример аппроксимации препятствия на клине, препятствием может служить дом, высокое дерево и др. (клиновидные препятствия).

Рис. 1. Пример аппроксимации препятствия на клине

На рисунке 2 показана аппроксимация дугой окружности, которая используется если препятствие имеет большие размеры и не может быть использована для учета городской застройки. Поэтому в условиях городской местности целесообразно использовать аппроксимацию построек клином, при чем таких клиньев в городских условиях достаточно много.

Рис. 2. Пример аппроксимации препятствия дугой окружности

При дифракции на клиновидном экране величина множителя ослабления согласно теории оптической дифракции Френеля, не зависит от вида поляризации волн и определяется лишь одномерной переменной

где

График зависимости множителя ослабления показан на рис.3.

При наличии на трассе двух или нескольких препятствий с различным взаимным расположением достаточно строго рассчитать множитель ослабления чрезвычайно трудно, потому что необходимо решить задачу дифракцию радиоволн на этих преградах.

При расчете необходимо учитывать следующее:

1.Два или несколько препятствий, близко расположенных друг к другу, могут быть приняты за одно эквивалентное, а величины H и R должны определяться из профиля, как показано на рисунке 4.

2.При наличии препятствий различной высоты воздействием низкой помехи можно пренебречь, если выполняются условия:

где просвет на участке,

– расстояние на участке , обусловлена касательной к препятствию 2 в наиболее высокой точке.

Значение R подставляются в километрах, а H в метрах. При расчете должно выполняться наиболее жесткое из условий.

Если между базовой станцией и абонентом несколько построек и (т. е. линия прямой видимости касается вершин обоих препятствий), то величина модуля множителя ослабления приблизительно определяется формулой:

Рис. 4. Профиль трассы с двумя преградами

Более точные расчеты проводятся с учетом графика, представленного на рис.3. Для этого рассчитывается вспомогательные параметры u ₁ и u ₂

по графику определяется затухание в дБ, а общее затухание можно рассчитать по формуле:

В целях повышения эффективности проектирования в системах подвижной радиосвязи необходимо максимально точное проведение предварительного расчёта дальности действия для вышеуказанных систем. Автоматизированное проектирование не всегда бывает доступно на безвозмездной основе, поэтому проведение расчётов для предсказания зон действия систем подвижной радиосвязи на основе статистических (математических) моделей по-прежнему составляет максимальную актуальность. Разработанная модель расчета будет сочетать преимущества статистического подхода с достоинствами эмпирических моделей и позволит учесть особенности застройки городской местности.

Литература:

1. Справочник по радиорелейной связи. Каменский Н. Н., Модель А. М., Надененко Б. С. и др.; Под ред. С. В. Бородича. — Изд. 2-е, перераб. И доп. — М.: Радио и связь, 1981. — 416 с., ил.
2. Ивоботенко В. А., Ильинский Н. Ф., Копылов И. П. Планирование эксперимента в электромеханике. — М.: Энергия, 1975. — 184 с.