Электромагнитная совместимость сотовых сетей связи (стр. 9 из 16)
Область применения формулы Hata ограничена следующими значениями параметров:
рабочая частотаf, МГц150... 1000;
высота антенны базовой станции hБС, м30...200;
высота антенны абонентской станции hАС, м1... 10;
протяженность трассы R, км1 ...20.
В рекомендации ITU-R Р.529 дано уравнение Hataдля напряженности поля в следующем виде:
,(3.12)гдеf - рабочая частота РЭС в МГц; hБС, hAC- высота расположения антенн БС и АС в метрах.
В формуле (3.12) используется поправочный коэффициент на высоту абонентской станции.
.(3.13)Коэффициент к в (3.12) позволяет расширить действие модели для протяженности трассы до 100 км:
к = 1 для R < 20 км,
для 20 км <R< 100 км.Формула (3.12) может быть использована и в диапазоне от 1 ГГц до 2 ГГц с ограничением по дальности до 20 км.
Основные потери передачи L(R) [дБ] при распространении на трассе протяженностью R[км] от радиопередатчика к радиоприемнику в соответствии с этой моделью определяются формулой
,(3.14)
где α, β — коэффициенты, зависящие от типа местности, рабочей частоты и высоты расположения антенн РЭС. Формулы для расчета L(R) для различных типов местности представлены ниже.
Потери в городе:
. (3.15)Потери в пригороде;
.(3.16)Потери в сельской местности:
.(3.17)Потери на открытом пространстве:
.(3.18)В формулах (3.15)-(3.18) используются те же поправочные коэффициенты, что и в (3.12). Для больших городов с плотной городской застройкой коэффициент a(hAC) равен:
для < 200 МГц,(3.19) 
для > 400 МГц.(3.20)Для корректного использования формул Hata необходимо придерживаться следующего соответствия между типами моделей и характеристиками местности:
7. Плотная городская застройка (большой город) - плотная застройка в
основном высокими зданиями (выше 20 этажей) с малой площадью зеленых
насаждений. Покрытие ячеек в значительной мере определяется дифракцией и
рассеянием сигнала на ближайших к абоненту зданиях.
7. Городская застройка - многоэтажная административная и жилая
застройка, индустриальные районы. Плотность зданий достаточно высокая, но
может быть разбавлена зелеными насаждениями, небольшими скверами.
7. Пригород - одиночные жилые дома, административные здания, магазины высотой 1-3 этажа. Большие площади зеленых насаждений (деревьев), парковые зоны с отдельными группами зданий плотной застройки.
7. Сельская местность - открытое пространство с несколькими зданиями, фермы, кустарниковые насаждения, шоссе.
7. Открытое пространство - озера, водохранилища, открытые участки
без насаждений, неплодородные земли.
На рис. 15, 16 представлены графики для медианного значения ослабления радиоволн по модели Hata и свободного пространства в диапазонах 450 МГц и 850 МГц. Значения параметров hБС, hАС, указаны на рисунках. Цифрами обозначены: 1 - свободное пространство; 2 - открытая местность; 3 - пригород; 4 - город; 5 - большой город.
Рис. 15. Графики для медианного значения ослабления радиоволн по модели Hataв диапазонах 450 МГц и 850 МГц.
Рис. 16. Графики для медианного значения ослабления радиоволн свободного пространства в диапазонах 450 МГц и 850 МГц.
Как видно из анализа формул (3.15) - (3.20) для модели Okumura-Hata спад функции основных потерь передачи L(R) существенно зависит от высоты расположения антенны БС и может составлять 30...35 дБ на декаду для R< 20 км и более 50 дБ при 20 км < R< 100 км.
Некоторыеаспекты и тенденция увеличения емкости сетейподвижной связи
Число пользователей сотовых сетей мобильной связи растет значительно быстрее, чем могли себе представить изобретатели этой технологии. Каждый год количество абонентов возрастает на 40%, и предполагается, что данная тенденция сохранится до конца десятилетия. Резкое увеличение числа абонентов и растущая коммерциализация технологии обуславливают новые требования к сети; в частности, довольно остро стоит задача увеличения емкости ячеек и повышения качества передачи звука при телефонных переговорах.
С одной и той же базовой станцией сотовой сети может взаимодействовать большое число абонентов. Такой режим работы называется множественным доступом (multipleaccess) к базовой станции. Для обеспечения множественного доступа общий ресурс базовой станции подразделяется на определенное количество "каналов", к которым получают доступ пользователи. В одно и то же время абонент может использовать только один канал. Захват канала происходит при подсоединении к данной базовой станции (при переходе к ней из зоны действия другой базовой станции или инициализации вызова), освобождение канала - при переходе в зону действия другой базовой станции или окончании переговоров.
Разные стандарты организации множественного доступа по-разному "упаковывают" каналы в наличный диапазон частот; от способа этой упаковки зависит емкость ячейки сети.
Первыми появились методы множественного доступа, основанные на разделении каналов по частотам (FDMA, frequencydivisionmultipleaccess). Каждый канал занимает определенную частотную полосу в отведенном для ячейки частотном диапазоне. В настоящее время используются стандарты AMPS(AdvancedMobilePhoneService, ширина канала 30 кГц), NAMPS (NarrowbandAdvancedMultiplePhoneService, ширина канала 10 кГц), TACS (TotalAccessCommunicationsSystem, ширина канала 25 кГц). Все эти стандарты основаны на передаче аналогового сигнала. После установления соединения вся соответствующая каналу полоса частот используется для обслуживания диалога только между одним абонентским телефоном и базовой станцией, какое-либо совместное применение одной полосы частот несколькими абонентами невозможно.
Емкость ячейки сети определяется тем, сколько частотных каналов "умещается" в частотном диапазоне, отведенном для данной ячейки. Величина этого диапазона обычно составляет одну седьмую часть от общего диапазона частот, отведенного для конкретной сотовой сети, что необходимо для "разнесения" по частотам соседних ячеек сети. Благодаря этому можно повторно использовать одни и те же частоты в отдаленных друг от друга ячейках сети, а значит, строить сети неограниченных географических масштабов, применяя конечный диапазон частот.
Большей емкости сети можно достичь с помощью одного из многочисленных методов множественного доступа с временным разделением каналов (TimeDivisionMultipleAccess, TDMA). Весь диапазон частот, выделенный для данной ячейки, сначала подразделяется на определенное число несущих частот (как в методах множественного доступа), после чего каждая из несущих делится еще на некоторое число временных слотов, и именно эти слоты представляют собой каналы. Под термином "временной слот" понимается следующее. Базовая станция, работая на данной частоте, какую-то часть времени использует для связи с одним абонентом, какую-то - с другим и так далее. По существу, временной слот здесь мало чем отличается от применяемого при мультиплексировании с разделением по времени. Речь обычно передается в оцифрованном виде с компрессией. В качестве примеров TDMAможно привести следующие стандарты: IS-54 (частотные каналы AMPSшириной 30 кГц делятся на три временных слота), PDC (каналы на 25 кГц по три слота в каждом) и усиленно продвигаемый в настоящее время GSM(восемь временных слотов при несущем диапазоне 200 кГц).
Существенное увеличение емкости сети обеспечивает не так давно появившийся в технике сотовых сетей метод CDMA(CodeDivisionMultipleAccess). Как и метод множественного доступа, он подразумевает передачу голосовой информации только в оцифрованном виде. Мы не случайно подчеркиваем, что этот метод возник недавно именно в телефонии, - в основе его лежит давно применяемый в военной радиосвязи метод модуляции с использованием шумоподобного или широкополосного сигнала (ШПС; в англоязычной литературе используется термин spreadspectrum, что часто переводится на русский язык как "растянутый" или "размытый" спектр). Полезная информация как бы "размазывается" по частотному диапазону, существенно более широкому, чем при традиционных способах модуляции сигнала (в данном контексте такой сигнал часто называют узкополосным). Осуществляется это за счет перемножения последовательности полезных битов информации на псевдослучайную последовательность более коротких импульсов. В результате получается сигнал, который занимает больший частотный диапазон и имеет значительно меньшую интенсивность, чем получаемый при узкополосной модуляции. CDMAкак метод множественного доступа аналогичен методу модуляции DSSS(direct-sequencespreadspectrum), используемому в беспроводных локальных сетях.