Построение систем беспроводной связи

дисциплина: Технологии беспроводной связи РАСЧЁТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА № 1

ЗАДАНИЕ

1. ВЫПОЛНЕНИЕ ЗАДАНИЯ

1.1 Задание 1

1.2 Задание 2

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

беспроводный связь прием сигнал

Цель расчетно-графических работ: обучить студентов принципам расчета и построения систем беспроводной связи, показать особенности распространения и затухания сигналов в системах радиосвязи с радиальной структурой.

ЗАДАНИЕ

В данной расчетно-графической работе необходимо произвести расчет:

1) максимального расстояния уверенного приема (дальности) между центральной станцией (ЦС) и мобильной абонентской станцией (АС) системы беспроводной радиосвязи (радиус зоны 1);

2) максимального расстояния посредственного, неуверенного приема (худшего качества) между ЦС и АС (радиус зоны 2).

Исходные данные:

Номинальная мощность передатчика ЦС Рн =35Вт Средняя рабочая частота f =750 МГц Высота приёмной антенны h2 =1,1 м Требуемая напряжённость поля сигнала в пункте приёма АС Ес =41дБ Рельеф местности в зоне обслуживания? h системы подвижной радиосвязи :

?h1=14 м

?h2=60 м Затухание в фильтрах и антенных разделителях Вф=9 дБ;

Таблица 1 — Параметры антенн

1. ВЫПОЛНЕНИЕ ЗАДАНИЯ

1.1 Задание 1

В качестве антенн ЦС и АС выберем четвертьволновой штырь.

1) Считаем, что высота передающей антенны не дана, поэтому будем задаваться различными высотами антенн, чтобы определить радиус обслуживания с тем, чтобы выбрать подходящий вариант размещения ЦС с учетом местных условий.

Задаемся следующими высотами антенны ЦС:

h1=30, 50, 70, 100, 150, 200, 300 м.

При расчете принимаем, что оборудование ЦС остается у основания опоры, а длина антенного фидера lф увеличивается с ростом h1, увеличивая общее затухание фидера.

2) Рассчитаем затухание фидера для всех высот антенн ЦС

Bф = lф, дБ, где lф — длина фидера, м б — погонное затухание.

Выбираем кабель марки РК-75−17−11(РК-5) с волновым сопротивлением сф=75 Ом и затуханием б=0,043 Дб/м.

Bф1= 30*0,043=1,29 дБ,

Bф2= 50* 0,043=2,15 дБ,

Bф3= 70* 0,043=3,01 дБ,

Bф4= 100* 0,043=4,3 дБ,

Bф5= 150 *0,043=6,45 дБ,

Bф6= 200* 0,043=8,6 дБ,

Bф7= 300* 0,043=12,9 дБ.

3) Полученные данные внесем в таблицу 2.

Таблица 2 — Выходные данные

4) Рассчитаем Вр. н — поправку, которая учитывает отличие номинальной мощности передатчика от мощности 1кВт, по формуле

5) Рассчитаем Вh2 — поправку, учитывающую высоту приемной антенны, отличную от 1,5 м, по формуле:

Вh2=10lg (1,5/h2),

где h2 -высота приемной антенны АС.

Вh2=10lg (1,5/1,1)=1,347 дБ

6) Определяем Врел — поправку, учитывающую рельеф местности следующим образом. График для определения поправки, учитывающей рельеф местности, приведен на рисунке 1.

Весь последующий расчет необходимо производить для двух крайних случаев: когда колебание высоты рельефа местности имеет минимальное значение (h1 — наилучший вариант) и когда колебание рельефа местности имеет максимальное значение (h2 — наихудший вариант).

Соответственно, для обоих случаев высчитывается Врел — поправка, учитывающая рельеф местности. Коэффициент Врел определяется как среднее арифметическое значений, полученных по графикам рисунков 1а (сельская местность) и 1б (городская местность) для данной h и для r100 км

Рисунок 1 — График для определения поправки рельефа местности

?h1 = 14 м

Bрел1=-5дБ (по 1 графику) Врел2=-7дБ (по 2 графику)

Врел=дБ

?h2 = 60 м

Bрел1=2 дБ (по 1 графику) Врел2=3 дБ (по 2 графику) Врел=дБ

7) Определим напряженность поля для случаев h1 и h2, реально создаваемое передающей станцией ЦС в пункте приема АС по основной расчетной формуле:

Е=Ес+Вр.н+Вф+Вh2+Врел+ (*lф)-Dу где lф =30…300 м — длина фидера;

=0,043 дБ/м — погонное затухание, дБ;

Ес =41 дБ — требуемая напряжённость поля сигнала в пункте приёма АС, дБ;

Вр.н=14,56 дБ — поправка, учитывающая отличие номинальной мощности передатчика от мощности 1кВт, дБ;

Вф=9 дБ — затухание в фильтрах и антенных разделителях, дБ;

Вh2=1,347 дБ — поправка, учитывающая высоту приемной антенны, отличную от 1,5 м, дБ;

Врел1,2=-6, 2.5 дБ — поправка, учитывающая рельеф местности, дБ;

Dу1=0 дБ — сумма коэффициентов усиления передающей и приемной антенн ЦС и АС, дБ.

Произведем расчет для всех высот передающей антенны ЦС и результаты расчета в таблицу 3.

Для высоты h1:

Е1=41+14,56+9+1,347−6+1,29= 61,2 Дб Е2=41+14,56+9+1,347−6+2,15=62,06 Дб Е3=41+14,56+9+1,347−6+3,01=62,92 Дб Е4=41+14,56+9+1,347−6+4,3= 64,21 Дб Е5=41+14,56+9+1,347−6+6,45= 66,36 Дб Е6=41+14,56+9+1,347−6+8,6= 68,51Дб Е7=41+14,56+9+1,347−6+12,9= 72,81 Дб Для высоты h2:

Е1=41+14,56+9+1,347+2.5+1,29= 69,7 Дб Е2=41+14,56+9+1,347+2.5+2,15= 70,56 Дб Е3=41+14,56+9+1,347+2.5+3,01= 71,42 Дб Е4=41+14,56+9+1,347+2.5+4,3= 72,71 Дб Е5=41+14,56+9+1,347+2.5+6,45= 74,86 Дб Е6=41+14,56+9+1,347+2.5+8,6= 77,01 Дб Е7=41+14,56+9+1,347+2.5+12,9= 81,31 Дб Таблица 3 — Результаты расчета

8) По графику на рисунке 2 (полученному экспериментально) определим ожидаемую дальность связи для рассчитанных напряженностей поля при различных высотах передающей антенны ЦС (для h1 и h2).

Рисунок 2 — Кривые для определения дальности связи

9) Итак, мы определили значения дальности связи, задаваясь различными значениями высоты подвеса антенны для крайних случаев перепада высот местности. Исходя из полученных значений, необходимо выбрать оптимальную высоту подвеса антенны h1 и обосновать свой выбор.

Наиболее оптимальной высотой подвеса антенны будет 200 метров, так как при этом обеспечивается наибольшее значение средней дальности связи.

Радиус зоны 1 (максимального расстояния между ЦС и АС) выбирается как наименьшее из значений дальности связи, рассчитанных для рельефов с h1 и h2

3,0 км

1.2 Задание 2

1) Расчёт зоны 2 (при связи ЦС с АС) отличается от расчета зоны 1 тем, что если в зоне 1 обеспечивается уверенная связь (без пропаданий и замираний сигнала); то в зоне 2 могут быть замирания и пропадания сигнала, однако при этом качество связи остается приемлемым и разборчивость речи удовлетворительна.

За радиусом зоны 2 беспроводная связь или отсутствует совсем или неразборчива. Расчёт ведём, учитывая, что напряжённость поля Ес2 в пункте приёма на 9 дБ меньше, чем в зоне 1

Ес2 =Ес1−9

Ес2 =41−9=32 Дб

2) Расчет произв. для всех высот передающей антенны ЦС и результаты расчета в таблицу 4. По графику на рисунке 2 аналогично определяется дальность связи.

Для высоты h1:

Е1=32+14,56+9+1,347−6+1,29= 52,2 Дб Е2=32+14,56+9+1,347−6+2,15=53,06 Дб Е3=32+14,56+9+1,347−6+3,01=53,92 Дб Е4=32+14,56+9+1,347−6+4,3= 55,21 Дб Е5=32+14,56+9+1,347−6+6,45= 57,36 Дб Е6=32+14,56+9+1,347−6+8,6= 59,51Дб Е7=32+14,56+9+1,347−6+12,9= 63,81 Дб Для высоты h2:

Е1=32+14,56+9+1,347+2.5+1,29= 60,7 Дб Е2=32+14,56+9+1,347+2.5+2,15= 61,56 Дб Е3=32+14,56+9+1,347+2.5+3,01= 62,42 Дб Е4=32+14,56+9+1,347+2.5+4,3= 63,71 Дб Е5=32+14,56+9+1,347+2.5+6,45= 65,86 Дб Е6=32+14,56+9+1,347+2.5+8,6= 68,01 Дб Е7=32+14,56+9+1,347+2.5+12,9= 72,31 Дб Таблица 4 — Результаты вычислений

Для высоты 200 м ожидаемый радиус равен

5 км Тогда ширина зоны 2, как разность между дальностью связи в зоне 2 и зоне 1, равна

r2-r1=5−3=2 км

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе нам необходимо было рассчитать максимальное расстояние между ЦС и подвижной АС.

В связи с тем, что высота передающей антенны не была задана, мы задавали различные высоты антенн, чтобы определить радиус обслуживания с тем, чтобы выбрать подходящий вариант размещения ЦС с учетом местных условий.

Для этого мы определили дополнительное затухание фидера, рассчитали Вр. н — поправку, которая учитывает отличие номинальной мощности передатчика от мощности 1кВт, определили Вh2 — поправку, учитывающую высоту приемной антенны отличную от 1,5 м, по графику рассчитали Врел — поправку, учитывающую рельеф местности.

Для случая h1 и h2 рассчитали напряженность поля, реально создаваемое передающей станцией ЦС в пункте приема АС по основной расчетной формуле

Е=Ес+Вр.н+Вф+Вh2+Врел+ (*lф)-Dу.

Согласно теории распространения радиоволн для рассчитанных напряженностей поля при различных высотах передающей антенны ЦС определили ожидаемую дальность связи.

Определив дальность связи, мы выбрали высоту антенны h1, для которой при лучшем варианте h1 и при худшем h2 получили оптимальную дальность связи, когда расстояние между ЦС и АС стремится к максимальному, а затраты оборудование незначительны.

В нашем случае максимальная дальность связи обеспечивается при h1=200м.

1. Карташевский В. Г. и др. Сети подвижной связи — М.: ЭКО-ТРЕНДЗ, 2001.

2. Ратынский М. В. Основы сотовой связи / Под ред. Д. Е. Зимина. — М.: Радио и связь, 2005.

3. Громаков Ю. А. Стандарты и системы подвижной радиосвязи. — М.: Радио и связь, 1999.

4. Мясковский Г. М. Системы производственной радиосвязи: Справочник. — М.: Связь, 1980.

5. Коньшин С. В., Сабдыкеева Г. Г. Теоретические основы систем связи с подвижными объектами: Учебное пособие. — Алматы: АИЭС, 2002.

6. Коньшин С. В. Технологии беспроводной связи: Учебное пособие. — Алматы: АИЭС, 2003.