Расчет параметров антенны базовой станции мобильной сети стандарта DCS-1800

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

«ХАРЬКОВСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИСТИТУТ»

ОТЧЕТ О производственной преддипломной практике студента специальность 7.92 401

«Телекоммуникационные системы и сети»

Тема технического задания: Расчет параметров антенны базовой станции мобильной сети стандарта DCS-1800

Харьков 2009 г.

Сравнительно недавно человечество шагнуло в новое тысячелетие. Вместе с течением времени изменяются и взгляды, приоритеты, образ мышления и образ жизни людей. В нашу жизнь стремительно врываются современные технологии телекоммуникаций, открывая перед нами все больше новых разнообразных возможностей.

Так, ХХ веку мы обязаны появлением мобильной связи, интернета, переходом аналоговых сетей на цифровые, но время не стоит на месте: XXI столетие окрестили веком «информационной революции», «цифрового образа жизни», сформировалось представление об Утопии наших дней под названием «Информационное общество». Современные технологии связи все больше стремятся к миниатюризации и вместе с этим астрономическими темпами возрастают их возможности. Крошечный мобильник нынче способен заменить своему хозяину записную книжку, игровую приставку, диктофон, радио и плейер, цифровую видео — и фотокамеру и, вдобавок ко всему, может быть оснащен доступом в интернет и это еще далеко не предел его возможностей. Камнем преткновения стал вопрос о пределе возможностей современных мобильных сетей. Разворачивается построение нового, третьего поколения мобильных сетей (3G), которые позволили бы передавать огромное количество данных, видео в режиме on-line наряду с передачей голоса. Одна из версий существования таких сетей — надстройка и модернизация нынешних GSM-сетей. Разрабатываются и воплощаются на практике технологии, которые позволили бы передавать большое количество данных по сетям GSM.

Поскольку преддипломная практика проходила на предприятии, которое занимается непосредственно таким родом деятельности, как предоставление телекоммуникационных услуг посредством радиосети GSM, то целью моего технического задания будет решить задачи, которыми занимаются инженеры в процессе эксплуатации и обслуживания данной системы.

1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ПРАКТИКИ

Цель: приобрести практический опыт работы в телекоммуникационных системах и сетях, углубить и закрепить теоретические знания, использование которых необходимо при решении предусмотренных программой практики задач. Основные задачи проведения производственной практики:

— ознакомление со структурой предприятия-базы практики в целом и подразделения, где проходит практика, в частности;

— ознакомление с перечнем задач, организацией и содержанием работ, выполняемых конкретным подразделением;

— ознакомление с вопросами организации производства и производственных отношений и, в частности, со степенью использования современных средств вычислительной техники для производственной и научно-исследовательской работы.

— изучение теоретических вопросов, составляющих основу задачи, практическое решение которой предусмотрено выданным студенту индивидуальным заданием;

— выполнение связанных с производственной необходимостью конкретных практических заданий по специальности и в соответствии с программой практики.

2. СОДЕРЖАНИЕ ПРАКТИКИ

2.1 Перечень вопросов, подлежащих изучению

Практика по данной специальности ориентирована на получение практических знании и умении, с целью научиться эксплуатировать вычислительные, телекоммуникационные системы и сети и используемые на предприятии, изучив их назначение, технические характеристики, особенности использования, обеспечиваемые возможности.

Студент должен:

— эксплуатировать вычислительные системы, программные продукты, БД, которые используются, изучив их назначение, технические характеристики, особенности использования;

— использовать телекоммуникационные системы и сети;

— изучать сети и системы связи, и способы доступа к сетям, а также новейшие технологии передачи информации;

— знать характеристики существующих информационных служб и особенности использования существующих служб (Интернет и др.;)

— использовать почтовую и электросвязь предприятия.

— знать системы цифровых, пакетных, аналоговых каналов связи;

— использовать технологии передачи информации в конкретных условиях,

— разрабатывать техническое задание на проектирование и принимать участие в проектировании современных систем и сетей связи;

— проводить анализ информационной службы,

— определять необходимые для реализации информационной службы аппаратные и программные средства,

— использовать существующие средства для проектирования и анализа служб;

— решать проблемы планирования узла Интернет и подключения к нему,

— определять наиболее эффективные способы коммуникации и проводить выбор информации в коммуникационном процессе;

— проводить поиск повреждений в источниках питания и линиях связи,

— осуществлять контроль за функционированием средств почтовой связки,

— знать методы сертификации каналов связи,

— выбирать системы доступа и передачи информации в телекоммуникационных каналах,

— знать принципы сжатия каналов, структуру телекоммуникационных трактов,

— технологии измерения в первичных и вторичных сетях,

— способы защиты линейных сооружений систем передачи от взаимных мешающих и опасных воздействий, а также конструкций кабелей и других элементов линейных сооружений систем передачи,

— городские сети и сети связи подвижной службы

— использовать ІРтелефонию и передавать факсы по ІРсетям

— при разработке новых технологий осуществлять поиск научно-технической и патентной документации в существующих автоматизированных информационно-поисковых системах и при необходимости создавать новые;

— выбирать и эксплуатировать программно-аппаратные комплексы необходимые для оформления документации, содержащей текстовую и графическую информацию,

— изучать и использовать другие знания полученные в ходе учебного процесса.

2.2 Индивидуальное задание

План индивидуального задания:

1. Изучение предприятия базы практики

2. Выполнение индивидуального задания

2.1 Теоретическая часть

2.2 Методика испытаний

2.3 Описание программы

2.4 Руководство пользователя

3. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА БАЗЫ ПРАКТИКИ

В первый день практика была проведена экскурсия по предприятию. Я был ознакомлен с вводным и первичным инструктажами по охране труда и технике безопасности на рабочем месте.

МТС-Украина — www.mts.com.ua — Сеть ЗАО «Украинская Мобильная Связь» (МТС-Украина) охватывает более 97% территории Украины, на которой проживает 99% населения. Компания обслуживает более 18,02 млн. абонентов. Компания владеет лицензиями на предоставление мобильной (стандарт GSM-900/1800, CDMA-450), стационарной и международной / междугородней связи, а также предоставляет услуги международного роуминга на пяти континентах.

4. ВЫПОЛНЕНИЕ ИНДИВИДУАЛЬНОГО ЗАДАНИЯ

I. Задание: выполнить частное планирование выделенной оператору мобильной связи стандарта DCS-1800 полосы частот.

Ниже в таблице представлено решение поставленного задания:

II. Суть индивидуального задания заключается в программной реализации расчета электрической составляющей электромагнитного поля, создаваемого 1 антенной базовой станции одного из ведущих мобильных операторов Украины стандарта DCS-1800. В данном документе описывается работа алгоритма, указываются системные требования программы, основные её характеристики, а также приводятся основные требования к программе, необходимые аппаратные и программные средства для обеспечения работы программы, организация входных и выходных данных, способ вызова и загрузки программы, связь модулей проекта.

5. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

5.1 Мобильная связь

Сотовая связь — один из видов мобильной радиосвязи, в основе которого лежит сотовая сеть. Ключевая особенность заключается в том, что общая зона покрытия делится на ячейки (соты), определяющиеся зонами покрытия отдельных базовых станций (БС). Соты частично перекрываются и вместе образуют сеть. На идеальной (ровной и без застройки) поверхности зона покрытия одной БС представляет собой круг, поэтому составленная из них сеть имеет вид сот с шестиугольными ячейками (сотами).

Сеть составляют разнесённые в пространстве приёмопередатчики, работающие в одном и том же частотном диапазоне, и коммутирующее оборудование, позволяющее определять текущее местоположение подвижных абонентов и обеспечивать непрерывность связи при перемещении абонента из зоны действия одного приёмопередатчика в зону действия другого.

Принцип действия сотовой связи. Основные составляющие сотовой сети — это cотовые телефоны и базовые станции. Базовые станции обычно располагают на крышах зданий и вышках. Будучи включённым, сотовый телефон прослушивает эфир, находя сигнал базовой станции. После этого телефон посылает станции свой уникальный идентификационный код. Телефон и станция поддерживают постоянный радиоконтакт, периодически обмениваясь пакетами. Связь телефона со станцией может идти по аналоговому протоколу (AMPS, NAMPS, NMT-450) или по цифровому (DAMPS, CDMA, GSM, UMTS). Если телефон выходит из поля действия базовой станции, он налаживает связь с другой (англ. handover).

Сотовые сети разных операторов соединены друг с другом, а также со стационарной телефонной сетью. Это позволяет абонентам одного оператора делать звонки абонентам другого оператора, с мобильных телефонов на стационарные и со стационарных на мобильные.

Рисунок 1 — Антенна базовой станции на мачте

5.2 Описание задачи расчета санитарно-защитной зоны и зоны ограничения застройки

Общие положения. С целью определения границ санитарно — защитной зоны (СЗЗ) и зоны ограничения застройки (303), в проекте выполнены расчеты уровней электромагнитного поля (ЭМП), создаваемого антеннами БС стандарта DCS-1800 и антенной PPC FlexiHopper plus 38. Антенны БС стандарта DCS-1800 и антенна РРС FlexiHopper plus 38 размещаются на башне Н=45,0 м, Отметка фазовых центров антенн БС стандарта DCS-1800 — 43,0 м, РРС FlexiHopper Plus 38 — 42,0 м.

Согласно ДСанПШ № 239 от 01.08.96 г. предельно допустимый уровень плотности потока излучения энергии (ППИ) для 9 и 10 диапазонов частот устанавливается 2,5 мкВт/см.

Расчет уровней ЭМП от антенн БС и РРС выполняется в соответствии с методическими указаниями МУК 3860−85 «Методические указания по определению уровней электромагнитного поля и границ санитарно-защитной зоны и зоны ограничения застройки в местах размещения средств телевидения и ЧМ-радиовещания».

Излучения от проектируемого оборудования БС и РРС в местах возможного нахождения обслуживающего персонала соответствуют требованиям ГОСТ 12.1.006−84 («Сертифікат відповіднос-ті „Базові станції системи стільникового зв’язку стандар-ту GSM900/1800 моделей BS-240 II, BS-240XL II, BS-241 II, BS-288, BS-82 II e-Micro“ №UA1.030.91 173−06 від 29.06.2006р.»; Сертифі-кат відповідності «Цифрова радіорелейна станція (ЦРРС) FlexiHopper Plus 38 GHz» №UA1.025.96 133−04 від 28.12.2004р.; висновки Державної СЕС № 05.03.02/03/26 477 від 08.06.2006р. и № 05.03.02/03/27 215 від 13.06.2006р.).

Исходные данные и технические данные рассчитываемой БС стандарта DCS-1800 приведены в таблице 1.

Таблица 1 — Технические данные БС стандарта DCS-1800

Технические данные PPC FlexiHopper Plus38, необходимые для расчетов, приведены в таблице 2.

Таблица 2 — Технические данные PPC FlexiHopper Plus 38

Рисунок 2 — Диаграмма направленности антенны РРС 30 cm, int FLEXI в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

5.3 Методика проведения расчетов

Расчет электрической составляющей электромагнитного поля, создаваемой каждой из антенн, производится по формуле:

В/м (1)

где Р — мощность на входе антенно-фидерного тракта, Вт;

G — коэффициент усиления антенны, раз;

n — коэффициент потерь в антенно-фидерном тракте;

R — расстояние от центра раскрыва антенны до расчетной точки, м;

Fo — значение нормированной диаграммы направленности антенны в вертикальной плоскости;

Fg — значение нормированной диаграммы направленности антенны в горизонтальной плоскости;

К — коэффициент, учитывающий условия распространения радиоволн (принимается К=1);

Kg — коэффициент, учитывающий неравномерность диаграммы направленности антенны в горизонтальной плоскости (принимается Kg=1).

В диапазоне частот свыше 300 МГц интенсивность излучения характеризуется плотностью потока излучения (ППИ). и измеряется в единицах Вт/м2, мкВт/см2. ППИ определяется выражением:

мкВт/см2 (2)

Границы СЗЗ и 303 определяются в соответствии с выражением:

ППИ =і (3)

где ППИ — плотность потока излучения, создаваемая 1-й антенной; ППИі - предельно допустимое значение ППИ для данного диапазона.

Результаты расчетов Для антенн БС (Al, А2, A3, A4) и антенны PPC (А5), в направлениях их максимального излучения, расчетами определены размеры и конфигурация суммарной 303 (ППИ больше 2,5 мкВт/см2) в горизонтальной и вертикальных плоскостях. Зависимость ППИ от расстояния на заданных высотах от поверхности Земли:

— 2м-уровень СЗЗ;

42,0 м — отметка фазового центра антенны А5;

43,0 мотметка фазовых центров антенн Al, А2, A3, А4.

Результаты расчетов представлены на рисун-ке 3. План размещения проекции суммарной 303 антенн БС и антенны РРС на горизонтальную плоскость представлен на рисунке 3

Рисунок 3 — Проекция суммарной ЗОЗ от антенн БС А1, А2, А3, А4 и антенны РРС А5 на горизонтальную плоскость.

Уровни ППИ на высоте 2 м от поверхности Земли, размеры и высоты границ 303, создаваемые антеннами БС и РРС приведены в таблице 3.

Таблица 3

Допустимая высота застройки в направлениях максимального излучения антенн БС и РРС соответствует высотам нижних границ 303 (таблица 3). В направлениях, отличных от азимутов максимального излучения антенн БС и РРС, допустимые высоты застройки будут больше.

6. МЕТОДИКА ИСПЫТАНИЙ

6.1 Объект испытаний

Объектом испытаний является программный продукт «Расчет электрической составляющей электромагнитного поля, создаваемой каждой из антенн БС».

Данная программа предназначена для пользователей, сфера деятельности которых затрагивает беспроводные мобильные сети. Возрастных ограничений нет. Данный продукт может использоваться для расчета электромагнитного поля антенны.

6.2 Цель испытаний

Целью испытаний данного программного продукта является обеспечение выполнения математических функций. В процессе испытаний осуществлялась проверка корректности обработки условий, определяющих правила задачи, а также проверка согласованности действий элементов управления программой в соответствии с предусмотренными ситуациями.

6.3 Требования к программе

Программа должна обеспечивать:

возможность ввода входных данных;

обработку входных данных с выводом соответствующего сообщения;

подсчет результатов;

вывод результатов в текстовой форме;

просмотр руководства пользователя.

6.4 Средства и порядок испытаний

Технические и программные средства Программа проходила тестирование на ПК следующей конфигурации:

ОС Microsoft Windows XP Professional Service Pack 2;

процессор Intel® Core™2 Duo CPU E4600 @ 2.40GHz

ОЗУ 2.00 Гб;

видеоадаптер NVIDIA GeForce 4 MX/MX 440;

монитор Samsung SyncMaster 795DF.

Для контроля правильности выполнения программы используются средства Microsoft Visual Studio 2008, язык программирования C#.

Среднее время ответа (временные характеристики) удовлетворяет запросам пользователя.

Сбой в работе программы не влияет на работу других программ.

Порядок проведения испытаний Программа испытывалась с помощью разработанного алгоритма. После проведения каждого испытания, полученные результаты сравнивались с ожидаемыми. В случае необходимости производилась корректировка алгоритма.

6.5 Метод испытаний

Генерация параметров для обработки Испытание предназначено для проверки установки и обновления параметров, необходимых для обработки, и вывода данных параметров на экран.

Отображение руководства пользователя Для отображения руководства пользователя нажать кнопку «Руководство пользователя». В результате на дисплее выводится окно с руководством пользователя.

Испытание предназначено для проверки вывода руководства пользователя на экран.

Режим тестирования В ходе тестирования возможны такие ситуации:

входные данные введены не корректно, о чем пользователя уведомляют выводом на рабочую область программы сообщением об ошибке;

входные данные введены корректно, производится обработка входных данных и вывод на рабочую область программы результатов в текстовой форме.

Испытания показали, что программа функционирует корректно, а значит алгоритм отрабатывает в полной мере.

7. ОПИСАНИЕ ПРОГРАММЫ

7.1 Входные и выходные данные

Входными данными для программы являются:

— мощность на входе антенно-фидерного тракта, Вт;

— коэффициент усиления антенны, раз;

— коэффициент потерь в антенно-фидерном тракте;

— расстояние от центра раскрыва антенны до расчетной точки, м;

— значение нормированной диаграммы направленности антенны в вертикальной плоскости;

— значение нормированной диаграммы направленности антенны в горизонтальной плоскости;

— коэффициент, учитывающий условия распространения радиоволн;

— коэффициент, учитывающий неравномерность диаграммы направленности антенны в горизонтальной плоскости.

Выходными данными являются:

результат расчета электрической составляющей электромагнитного поля, создаваемой каждой из антенн;

сообщение об ошибке.

7.2 Графическая оболочка программы

Графическая оболочка программы предназначена для наглядного отображения формулы, по которой производится расчет электрической составляющей электромагнитного поля, создаваемой каждой из антенн, входные параметры и конечный результат.

При запуске программы на экран пользователю выводится главная форма проекта, которую можно условно разбить на 4 зоны:

Область графического отображения расчетной формулы;

Панель инструментов главной формы;

Поле вывода результатов вычислений

Поле вывода текстового сообщения об ошибке (входные данные не введены или введены не корректно).

Рисунок 4 — Графическая оболочка программы При нажатии кнопки «РАСЧЕТ «проводится подсчет электрической составляющей электромагнитного поля, создаваемой каждой из антен БС.

После проведенного расчета можно обнулить все поля кнопкой «Обнулить»

Руководство пользователя, вызывается на отдельной форме нажатием кнопок «Руководство пользователя».

7.3 Используемые методы и классы

Для реализации алгоритма расчета электрической составляющей электромагнитного поля, создаваемой каждой из антен БС, используются 2 класса:

Form1 — для взаимодействия с графической оболочкой программы, содержащий методы, связанные с операциями ввода/вывода входных и выходных данных и алгоритмом расчета результата;

Form2 — для вызова из метода класса Form1 и появления результата нажатия кнопки «Руководство пользователя»;

Методы класса Form1

private void button1_Click (object sender, EventArgs e) — обработка события нажатия кнопки «РАСЧЕТ»;

private void button3_Click (object sender, EventArgs e) — обработка события нажатия кнопки «Руководство пользователя»;

private void button2_Click (object sender, EventArgs e) — обработка события нажатия кнопки «Обнуление».

8. РУКОВОДСТВО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ

сотовый связь электромагнитный поле Данная программа позволяет рассчитать электрическую составляющую электромагнитного поля, создаваемой каждой из антенн БС. Расчет осуществляется по формуле, указанной на форме.

Для получения расчетных данных пользователь должен выполнить следующие действия:

1) в первую очередь нужно ввести входные параметры:

— мощность на входе антенно-фидерного тракта, Вт;

— коэффициент усиления антенны, раз;

— коэффициент потерь в антенно-фидерном тракте;

— расстояние от центра раскрывания антенны до расчетной точки, м;

— значение нормированной диаграммы направленности антенны в вертикальной плоскости;

— значение нормированной диаграммы направленности антенны в горизонтальной плоскости;

— коэффициент, учитывающий условия распространения радиоволн;

— коэффициент, учитывающий неравномерность диаграммы направленности антенны в горизонтальной плоскости которые отображены слева на форме под меткой «Входные параметры»;

2) слева на форме расположено текстовое поле для вывода результата подсчета по формуле, указанной в верхней части формы;

3) после выполнения вышеописанных действий необходимо нажать кнопку «РАСЧЕТ». При нажатии данной кнопки введенные параметры обрабатываются.

В случае ввода параметров, соответствующих нормам, начинается поиск расчет и выводится его результат справа на форме под меткой «Результат». В противном случае выдаётся сообщение об ошибке. После расчета можно провести обнуление введенных и полученных значений кнопкой «Обнуление».

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполнения индивидуального задания была разработана в среде Microsoft Visual Studio 2008 на языке программирования C# программа, которая выполняет расчет электрической составляющей электромагнитного поля, создаваемой каждой из антенн. Результаты, полученные в ходе проектирования, могут быть использованы в учебных целях, а также при проектировании и расчета санитарно-защитной зоны БС мобильного оператора.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Программный код

using System;

using System.Collections.Generic;

using System. ComponentModel;

using System. Data;

using System. Drawing;

using System. Linq;

using System. Text;

using System.Windows.Forms;

namespace курсовой_проект

{

public partial class Form1: Form

{

public Form1()

{

InitializeComponent ();

}

private void Form1_Load (object sender, EventArgs e)

{

}

private void button1_Click₁(object sender, EventArgs e)

{

string P_str = textBox1. Text;

string G_str = textBox2. Text;

string n_str = textBox3. Text;

string R_str = textBox4. Text;

string Fv_str = textBox5. Text;

string Fg_str = textBox6. Text;

string K_str = textBox7. Text;

string Kg_str = textBox8. Text;

double P = Convert. ToDouble (P_str);

double G = Convert. ToDouble (G_str);

double n = Convert. ToDouble (n_str);

double R = Convert. ToDouble (R_str);

double Fv = Convert. ToDouble (Fv_str);

double Fg = Convert. ToDouble (Fg_str);

double K = Convert. ToDouble (K_str);

double Kg = Convert. ToDouble (Kg_str);

if (R ≠ 0)

{

double ras1 = 30 * P * G * n;

double ras2 = Math. Sqrt (ras1);

double ras3 = ras2 / R;

double result = ras3 * Fv * Kg * K * Fg;

textBox9.Text = result. ToString ();

}

else

{

MessageBox.Show («Неверный ввод»);

}

}

private void button2_Click (object sender, EventArgs e)

{

textBox1.Text = «» ;

textBox2.Text = «» ;

textBox3.Text = «» ;

textBox4.Text = «» ;

textBox5.Text = «» ;

textBox6.Text = «» ;

textBox7.Text = «» ;

textBox8.Text = «» ;

textBox9.Text = «» ;

}

private void button3_Click (object sender, EventArgs e)

{

Form2 f2 = new Form2();

f2.Show ();

}

}

}