Кравчук с А Науково-дослідний інститут телекомунікацій НТУУ «КПП» м Київ, Індустріальний пров, 2, 03056, Україна Тел 241-77-23, e-mail: sakravchuk@ukrnet

Анотація – Представлені результати моделювання і вимірювань поширення радіохвиль діапазону

3 . 4 ГГц в умовах міської забудови для СШР, проведено порівняння отриманих теоретичних і експериментальних даних, визначена зона покриття СШР і виконана її оптимізація з урахуванням руху транспортних засобів з метою проведення частотно-територіального планування мережі на основі СШР

I Введення

Системи широкосмугового радіодоступу (СШР) складають динамічно розвивається напрямок бездротового доступу, що дозволяє створювати фіксовану стільникову мережу масштабу міста, району та регіону, а також інтегруватися в мультимедійну високошвидкісну кабельну мережу як радіозасоби «останньої милі» [1]

На етапі частотно-територіального планування СШР для оцінки робочих зон обслуговування системи використовуються різні моделі поширення радіохвиль, на основі яких розробляються потужні компютерні засоби розрахунку і прогнозування радіочастотної обстановки Але, як показує практика, розроблені моделі повинні бути адаптовані під досліджувані райони (внесені коригувальні дані в загасання сигналу) Незважаючи на потужність засобів розрахунку, всі фактори, що задають точність визначення зон обслуговування, врахувати неможливо Звідси постійна потреба у вдосконаленні моделей поширення радіохвиль і, особливо, в умовах складної структурованої середовища, якої є міська та приміська забудови [2]

У цьому звязку, метою цієї доповіді є подання результатів моделювання і вимірювань поширення радіохвиль в умовах міської забудови для СШР, порівняння отриманих теоретичних (від різних моделей) і експериментальних даних, визначення зони покриття СШР та її оптимізація з урахуванням руху транспортних засобів для проведення частотно-територіального планування мережі на основі СШР

II                              Основна частина

Існуючі моделі розповсюдження радіохвиль в міській забудові можна розділити на три основних види: емпіричні детерміновані стохастичні (ймовірні)

Емпіричні моделі грунтуються на результатах численних спостережень і вимірювань Ці моделі, головним чином, служать для прогнозування втрат поширення радіохвиль при визначенні зони дії радіосистеми як в межах міської (приміській) забудови, так і на відкритих областях Сюди можна віднести наступні моделі бездротового каналу: SUI (Stanford University Interim) робочої групи 80216 IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers), Рекомендації МСЕ-Р P 1546 і P 1410, Hata і COST-231 Hata та ін Всі ці моделі прогнозують усереднені втрати поширення у вигляді функцій різних параметрів системи, наприклад, відстань, висота антени і пр Хоча емпіричні моделі розповсюдження для мобільних систем досить опрацьовані, але правомірність їх застосування для СШР, які займають більш високочастотний діапазон, підтверджена не повністю

Детерміновані моделі засновані на вирішенні завдань поширення радіохвиль шляхом використання наближених методів розвязання рівнянь Максвелла Одним з ефективних методів вирішення задач розсіювання радіохвиль може бути так звана геометрична теорія дифракції (ГТД) Постулати ВМД є узагальненням законів геометричної оптики (ГО) Вони визначають напрями поширення і амплітуди розсіяних променів від різних граничних поверхонь розділу середовищ

Є два різновиди реалізації даного роду моделей, звані трассировкой променів (ray tracing) і утворенням променів (ray launching) Число врахованих ітерацій (віддзеркалень, перешкод) залежить від потужності компютера

Дифракційні втрати сигналу уздовж кожного шляху розраховуються з використанням ВМД, а коефіцієнти відображення – за допомогою формул Френеля Можливо також використання емпіричних співвідношень, відкаліброваних за допомогою експериментальних даних

Стохастичні моделі імітують навколишнє оточення у вигляді послідовності випадкових величин Ці моделі є менш точними, але зате не вимагають багато інформації про навколишнє оточення

Шляхом використання вищезазначених емпіричних моделей загасання радіохвиль на міській трасі, а також детермінованого методу тривимірної трасування променів було проведено моделювання зон покриття базових станцій (НД) СШР Для даного моделювання автором на мові C / C + + був розроблений спеціальний програмний пакет «Computer Tool For Planning and Analysis of Wireless Systems»

Іншим підходом до визначення зон обслуговування, є проведення натурних вимірів рівня сигналу Останній, звичайно має місце на етапі налаштування радіосистеми

Для натурних вимірювань в м Києві під патронажем компанії Т W С group на обладнанні Libra MX канадської компанії Wi-LAN була розгорнута експериментальна мережу СШР Мережа побудована на

основі двох БС з двома 90 ° секторами, що розташовуються на дахах корпусу Інституту телекомунікаційних систем (ІТС) НТУУ «КПІ» (Індустріальний провулок, 2) і адміністративного корпусу науково-виробничого обєднання «Меридіан» (бульвар Івана Лепсе, 8), і ряду абонентських терміналів для зовнішньої установки СРЕ (Customer Premises Equipment)

88 . Всі вимірювання проводилися при наступних параметрах системи: діапазон робочих частот 3 .. 4ГГц, смуга пропускання каналу 3,5 МГц, максимальна потужність передавача БС 26 дБм для BPSK і QPSK, гранична чутливість приймача БС (СРЕ) 92 (-85 .. +88) дБм, КУ антен СРЕ з шириною променя 20 ° (ТА-3408 Panel) становить 18дБі, а з шириною променя 12 ° (ТА-3418 Solid Parabolic) – 21 дБі

Вимірювання прийнятої потужності проводилися на СРЕ, який розташовують на телескопічною тринозі (висотою до 3 м) в зоні дії вимірюваного сектора БС Всього було проведено більш ніж 400 вимірювань у майже 150 місцях розташування Для оцінки втрат на поширення радіохвиль, відповідних кожному виміру, використовувалося розрахункова середня число отриманої потужності приймального сигналу на СРЕ

Втрати на поширення радіохвиль визначалися як відношення переданої та прийнятої потужностей Обробка результатів виконувалася среднеквадратическим регресійним аналізом у вигляді рівняння ослаблення

де do – референсне відстань від БС до найближчої будівлі (перепони) а – показник ступеня втрат на поширення в умовах непрямої видимості

Отримані експериментальні дані показали, що всі використані емпіричні моделі погано враховують хвилеводний ефект поширення радіохвиль у просторі вулиць між будинками Також для інженерних розрахунків на основі аналізу експериментальних даних були запропоновані аналітичні вирази для визначення ослаблення на радиотрасс кількох районів м Києва

Була проведена оцінка динамічної зміни ослаблення радіохвиль на радиотрасс вздовж вулиць залежно від щільності рухомого транспорту При цьому використовувалася розроблена нами модель міський вулиці у вигляді неоднорідної хвилеводної лінії передачі, де транспортні засоби представлені у вигляді неоднорідностей, положення і швидкість руху яких задавалися випадковим чином Таким чином, стало можливим змоделювати вплив кількості та швидкості руху транспорту (трьох розмірних груп) на поширення радіохвилі по міській вулиці між станціями СШР Отримані результати моделювання показали, що ослаблення радіохвиль на такій трасі при наявності на вулиці рухомого транспорту мають не тільки повільні, але і швидкі завмирання як і у випадку мобільного звязку Очевидно, що в даному випадку, транспортні засоби є рухомими розсіювачами радіохвиль Слід зазначити, що ступінь допустимих спрощень в хвилеводної моделі уточнювалися за допомогою моделі трасування променів

Представлені результати моделювання і вимірювань поширення радіохвиль діапазону

3 . 4 ГГц в умовах міської забудови для СШР Проведено порівняння отриманих теоретичних і експериментальних даних Досліджено форми-ро-вання зони покриття СШР з урахуванням руху транспортних засобів з метою проведення частот-но-територіального планування мережі на основі СШР

Автор висловлює подяку компанії Т W С group за неоціненну допомогу при проведенні експериментальних досліджень

VII Список літератури

2006 Ільченко М Є, Кравчук С А Информационнотелекоммуникационные системи широкосмугового радіодоступу / / Проблеми управління та інформатики – № 1-2-С 285-293

[1] Бабков В Ю, Вознюк М А, Михайлов П А Мережі мобільного звязку Частотно-територіальне планування – СПб: СПбГУТ, 2000 – 196 с

COMPARISON OF THEORETICAL AND EXPERIMENTAL RESEARCH RESULTS FOR FREQUENCY-TERRITORIAL PLANNING OF A CELLULAR NETWORK ON THE BASIS OF BROADBAND RADIO ACCESS SYSTEMS IN CITY BUILDING CONDITIONS

Kravchuk S A

Research Institute of Telecommunications NTUU «ΚΡΙ»

2,                  Industrial Lane, Kyiv, 03056, Ukraine Ph: 241-77-23 E-mail: sakravchuk@ukrnet

Abstract – Results of modeling and measurement of radio waves propagation in 3..4 GHz range in city building conditions for Broadband Radio Access Systems (BRAS) are submitted, comparison of received theoretical and experimental data is carried out, BRAS cover zone is determined and its optimization is executed in view of movement of vehicles with the purpose of frequency-territorial planning fulfillment for a cellular network on basis of BRAS

I                                       Introduction

Broadband Radio Access Systems (BRAS) make dynamically developing direction of the wireless access, allowing to create the fixed cellular network of city, area and region scale, and also to be integrated into a multimedia high-speed cable network as radio means of «last mile» [1 ]

Various models of radio wave propagation on the basis to develop powerful computer means of calculation and forecasting of radio-frequency conditions are used at a stage of frequency- territorial planning of BRAS for a rating of working sen/ice zones of system But, as the practice shows, the developed models should be adapted under researched areas (the adjusting data are brought in attenuation of a signal) Despite of capacity of calculation means, it is impossible to take into account all factors specifying accuracy of definition for service zones From this it follows that constant requirement for perfection of models of radio wave propagation and, especially, in conditions of the complex structured environment such as city or suburban buildings [2]

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р