Кравчук С. А., Ільченко М. Е., Антоненко Р. А. Науково-дослідний інститут телекомунікацій НТУУ «КПІ» Індустріальний пров., 2, 03056, Київ-056, Україна Тел. 241-77-23, 441-16-85, e-mail: sakrav@users.ntu-kpi.kiev.ua

Анотація Представлені особливості реалізації радіолінії і стільникової структури телекомунікаційних систем на основі високопіднятих аероплатформ, які потрібні при прогнозуванні зони дії такої системи.

I. Вступ

В даний час інтенсивний розвиток отримав новий вид систем широкосмугового бездротового доступу, названий телекомунікаційними системами на базі високопіднятих аероплатформ (ТСВА) [1-3]. Реалізація широкосмугового зв’язку в ТСВА здійснюється за допомогою ретранслюється станції на базі високопіднятою аероплатформи (СВА), розташованої на висотах 14 … 28 км.

Робочий діапазон частот ТСВА для фіксованої служби займає смуги 28 і 48 ГГц, а для мобільного служби залежить відповідно від використовуваних стандартів.

Крім цього, зона дії ТСВА являє собою соту з многоячеістой структурою, особливості побудови якої відмінні від наземних і супутникових систем зв’язку.

Таким чином, для реалізації ТСВА актуально вирішення питань про прогнозування зони покриття такої системи з урахуванням тих особливостей, що притаманні саме ТСВА.

II. Організація радіолінії

При здійсненні зв’язку між наземним абонентським терміналом (АТ) і ретранслятором СВА радіохвилі проходять послідовно дві ділянки атмосфери: зону нестійких кпіматічес-ких умов; зону щодо сталого складу та стану.

Перший (приземної) ділянка характеризується наявністю великої кількості водяної пари і різного виду опадів. Верхню межу першої ділянки, який надає сильний вплив на поширення радіохвиль міліметрового діапазону, визначає розташування шарувато-дощових і купчасто-дощових хмар, які перебувають на висотах не вище 2 км.

Друга ділянка, що розташовується над першим і характеризується низьким вмістом парів води, має незначний вплив на поширення радіохвиль.

Так як основним робочим діапазоном подається ТСВА є міліметровий діапазон, особливістю якого є дуже сильна залежність загасання в атмосфері від наявності в ній гідрометеорів. Тим не Проте, сигнал від СВА поширюється в умовах дощу і туману тільки в приземної області (1 … 3 км), завдяки чому загасання радіохвиль в ТСВА набагато менше, ніж у наземних трасах, які повністю лежать у цій області опадів.

III.Організація осередковою структури

СВА за допомогою антеною решітки формує на земній поверхні осередкову структуру подібну до тієї, що використовується в наземної стільникового зв’язку.

Представляючи основний пелюстка ДН одного антенного елемента СВА у вигляді конуса випромінювання з кутом ф (вершина конуса на СВА), а поверхня Землі як січну площину в перерізі такого конуса, то при використанні проекційних правил нарисної геометрії та тригонометрії апарату отримаємо проекцію такий ДН на площину у вигляді еліпса з головними осями а і Ь, рівними: а = п + рр.;

b2 = 4tg2(9/2)-(h/cosan+sinan-(r2-ri)/2)2-cos2an(r2-ri)2; Де п = h-sin (cp / 2) / cosan/cos(an-(p/2);

Г2 = h-sin (cp / 2) / cosan/cos(an+ (P / 2); h висота розташування СВА; an кут між віссю симетрії основного пелюстка ДН n-го антенного елемента і лінією, що відображає h; п = {0, 1, 2, …}

– Номер осередків, розташованих на одному видаленні від точки центру зони (ТЦЗ), яка знаходиться безпосередньо під СВА. Кількість таких осередків на колі радіусом dn+ A може розташовуватися 6П.

Відстань dn+ A між ТЦЗ і центром n-й комірки можна визначити з виразів (рис.1):

Рис. 2. Одночастотна інтерференція в трьох радіальних осередках 19-ти осередковою соти

Fig. 2. A single-frequency interference in three radial cells of a 19-cell honeycomb

Ha рис. 2 представлені результати розрахунків для трьох осередків 19 осередковою стільники, що працюють на одній частоті, при рівних рівнях потужностей на виходах антенних елементів і для двох випадків: 1) кут між напрямками максимального випромінювання двох поруч розташованих передавальних антенних елементів дорівнює 7 ° (штрихові лінії), 2) вище зазначений кут дорівнює 10 ° (суцільні лінії). Висота розташування СВА 20 км. Слід зазначити, що у разі кута в 7 ° бічні пелюстки сусідніх антен потрапляють в центр розраховуються осередків.

V. Висновок

Впровадження будь радіосистеми вимагає попереднього проведення досліджень з прогнозування та планування зони її дії з урахуванням особливостей і переваг самої системи. В цьому відношенні представлений доповідь спрямований на сприяння успішній реалізації ТСВА.

[1] Кравчук С. А., Ільченко М. Е. Системи широкосмугового бездротового доступу. Терміни та визначення – В кн.: 12-я Міжнародна Кримська конференція «СВЧ техніка і телекомунікаційні технології» (КриМіКо’2002). Матеріали конференції [Севастополь, 9-13 вересня 2002 р.]. – Севастополь: Вебер, 2002, с. 52-55. ISBN 966-7968-12-Х, IEEE Cat. Number 02ЕХ570.

[2] 1льченко М. Ю., Кравчук С. О., Антоненко Р. А. Телекомуикацши системи на баз1 вісокопщнятіх аероплатформ. – Зв’язок, 2003, № 3, с. 48-53.

[3] Кравчук С. О., 1льченко М. Ю. Аероплатформі для телекомункацмніх систем. – HayKOBi BicTi НТУУ “КПГ, 2003, № 1 (27), с. 5-15.

ESTIMATING A COVERAGE ZONE FOR TELECOMMUNICATIONS SYSTEMS BASED ON HIGH-ALTITUDE PLATFORM STATIONS

Kravchuk S. A., Ilchenko M. Ye., Antonenko R. A.

Research Institute of Telecommunications, National Technical University of Ukraine ‘Kyiv Polytechnical Institute’

2           Industrialnyy Provulok, Kyiv, Ukraine, 03056 phone 2417723, 4411685 e-mail: sakrav@users. ntu-kpi. kiev. ua

Abstract Features of radio link and cellular framework for telecommunications systems based on High-Altitude Platform Stations are presented. These features are required in estimating an operational range of such systems.

I.  Introduction

A new type of broadband wireless access systems has been actively developing recently known as High-Altitude Platform Stations [1-3]. The implementation of broadband communications is achieved here by means of relay stations installed on high-altitude platforms flying at 14…28 km heights.

HAPS operating frequency ranges for a fixed service are in 28 and 48 GHz bands; for mobile service depending on the local standard.

II.  Radio link administration

During communications between the ground terminal and HAPS repeater, radiowaves pass through two layers of atmosphere: a zone of unstable climatic conditions and a zone of relatively steady structure and condition.

III. Cell framework administration

By using antenna array, HAPSs shape a cellular framework on the earth surface similar to that of terrestrial mobile communications.

If we present a basic directional pattern of a single HAPS antenna element as a cone of radiation with the angle cp (cone point located on HAPS) and the earth surface as a secant plane of such cone, we will obtain a projection of this directional pattern on a plane in the shape of an ellipse with principal axes a and b.

IV.  Signal/interference ratio

The interference signal occurs when two or more separate signals are transferred simultaneously in the same frequency band. The same frequencies are used repeatedly. This reuse of frequencies necessitates the design of systems with limited carrier/interference ratio (CIR). HAPS is exactly one of such systems. Determining the CIR for any given point of the HAPS coverage zone is vital in estimating the performance of such system.

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2003р.