*119600*

к.т.н. Червинский В.В., Хасан Амер

Донецкий национальный технический университет, Украина

Анализ моделей распространения радиоволн в сети 3G для условий г. Амман (Иордания)

Моделирование покрытия мобильной сети является необходимой частью при разработке, так как основной функциональной задачей любой сети радиосвязи является предоставление услуг абонентам в заданной зоне радиопокрытия (зоне обслуживания), и важным и необходимым элементом является оценка и расчет планированной зоны обслуживания.

Система автоматического проектирования RPS 2 позволяет провести анализ зон покрытия БС стандарта UMTS используя следующие модели распространения радиоволн:

- модель Hata;

- модель Walfish-Ikegami;

- модель МККР;

- модель RPS (модель Окамура-Хата с учетом влияния отражений, дифракции, атмосферы, изменений соотношения сигнал/помех).

Для анализа был выбран 3-х сегментный кластер системы UMTS в условиях городской застройки (более сложный вариант условий распространения радиоволн). Моделирование производилось для следующих основных параметров сети:

- нижняя частота передачи: 1920,0 МГц;

- верхняя частота передачи: 1980,0 МГц;

- дуплексный разнос: 200 МГц;

- полоса канала: 5 МГц;

- треб. сигнал/помеха: 9,0 дБ;

- число информационных каналов: 1 на полосу;

- скорость передачи: 1200 кбит/с;

- внешняя помеха: -999 дБ.

Базовые характеристики сети выбраны с учетом параметров стандарта UMTS. Карта сегмента сети для исследования приведена на рис. 1.

Рисунок 1 – Карта сегмента исследования сотовой сети

Результаты моделирования покрытия при помощи модели Hata (плотная застройка) приведены на рис.2

Рисунок 2 – Результаты моделирования с использованием модели Hata (плотная городская застройка)

Разные цвета на рис. 2 характеризуют уровни принятого абонентами сигнала. Данный параметр определяет качество связи на участках района проектирования сети сотовой связи. Для оценки уровня сигнала рекомендованные следующие градации:

- 20…-40 dBm – высокий (избыточный) уровень сигнала;

- 40...-60 dBm - уверенная или нормальная связь в домах;

- 60...-80 dBm - уверенная связь на улице и в транспорте;

- 80...-100 dBm - средний уровень сигнала (прием негарантированный);

- 100...-120 dBm - минимальный уровень сигнала (связь на гране обрыва).

Видим, что в районе проектирования негарантированный прием на стороне абонента (серый фон) наблюдается на расстоянии более 600м в местах со сложной застройкой.

Результаты моделирования покрытия при помощи модели Walfish-Ikegami. представлены на рис. 3.

Рисунок 3 – Результаты моделирования с использованием модели Walfish-Ikegami

Результаты похожи на данные, полученные при помощи модели Hata.

Результаты моделирования покрытия при помощи модели МККР представлены на рис. 4.

Рисунок 4 – Результаты моделирования с использованием модели МККР

Видно, что при использовании модели МККР сформированные зоны покрытия менее точно отражают информацию о местности и внешних факторах воздействия.

Проведем моделирование покрытия при помощи модели RPS (модель Окамура-Хата с учетом влияния отражений, дифракции, атмосферы, изменений соотношения сигнал/помех). Для начала не будем учитывать поправки на внешние факторы влияния, т.е. произведем расчет только с учетом параметров местности.

Результаты моделирования покрытия представлены на рис. 5.

Рисунок 5 - Результаты моделирования с использованием модели RPS без учета влияния внешних факторов воздействия

Проведем моделирование сегмента сети с учетом воздействия внешних факторов, таких как:

- дифракция;

- отражения;

- потери в атмосфере;

- потери на местности.

Дифракция – потери на препятствиях. Отражения – потери за счет зеркального и диффузного отражения радиоволн от поверхности Земли и рассеяния радиоволн на неровностях поверхности Земли. Потери в атмосфере – поглощение радиоволн в газах, водяных парах и на метеоосадках. Потери на местности – дополнительные потери, связанные с типом местности.

Рисунок 6 - Результаты моделирования с использованием модели RPS с учетом влияния внешних факторов воздействия

Результаты анализа моделей распространения радиоволн сведем в табл. 1.

Таким образом, анализ показал, что наиболее точное представление о зонах покрытия базовых станций дает модель Окамура-Хата с учетом внешних факторов влияния. При использовании данной модели были учтены все особенности застройки в районе проектирования с поправкой на такие явления: дифракция, отражения, потери в атмосфере, потери на местности. Полученные уровни сигнала наиболее адекватны для выбранной области проектирования.

Таблица 1 – Результаты сравнения моделей распространения сигналов

Модель	Уровни сигнала, дБм	Соотв. реальн. покры-тию	Влияние Дифрак-ции	Влияние отраже-ний	Потери в атмо-сфере	Потери на местнос-ти	Учет типа местнос-ти
Hata	-40 / -100	Среднее	нет	нет	нет	нет	да
Walfish-Ikegami	-40 / -100	Среднее	нет	нет	нет	нет	да
МККР	-40 / -100	Низкое	нет	нет	да	да	да
Okamura-Hata	-40 / -60	Выше среднего	нет	нет	нет	нет	да
RPS (Okamura-Hata+)	-40 / -60	Высокое	да	да	да	да	да

Модель Окамура-Хата (в оригинальном виде) хорошо подходит для прогнозирования напряженности поля в условиях большого города с плотной застройкой. Стандартные параметры модели рассчитаны для частоты 900-1900 МГц и высот подвеса приемной антенны 1–30 м., что соответствует потребностям рассматриваемой модели. Тем не менее, предложены методы адаптации модели Окамура-Хата для условий распространения, отличных от описанных выше, путем изменения стандартных параметров (учета внешних факторов влияния). Модель Окамура-Хата достаточно точна и, при соответствующей настройке, может использоваться для прогнозирования зоны радиопокрытия для условий г. Амман.

Литература:

1. Heikki Kaaranen, Ari Ahtiainen, Lauri Laitinen, Siamäk Naghian, Valtteri Niemi. UMTS Networks: Architecture, Mobility and Services: John Wiley & Sons, Apr 1, 2005 - 422 pages.

2. Маковеева М.М., Шинаков Ю.С. Системы связи с подвижными объектами: Учебное пособие для вузов. - Г.: Радио и свиязь, 2002. - 440 с.

3. Шиллер Й. Мобильные коммуникации.: Пер. с англ. - М. :Издательский дом "Вильямс", 2002. -384 с.