Bogucka H. - Projektowanie i obliczenia w radiokomunikacji.pdf

(19139 KB) Pobierz
HANNA BOGUCKA
Proiektowaniei·obliczenia
w.radiokomunikacji
'"
Wybrane
zagadnienia
Wyd~nie
drugie
·
..
J'.
••
.
'
·
poprawione
r
uzupełni
one
~e~
Poznań2005
Wydawnictwo Politechniki
Poznańskiej
Spis
treści
Wprowadzenie
1.
Tłumienie
5
opóźnienie
sygnału
mocy i
w kanale radiowym
7
7
7
z
wielodrogowością
1.1. Uwagi
wstępne
1.2.
Prqkłady
1.3. Zadania
2. Efekt
Dopplera
i
okresowe zaniki
sygnału
w
transmisji
radiowej
·
2.1. Uwagi
wstępne
2.2.
Przykłady
2.3. Zadania
3. Charakterystyki
kanałów
w systemach radiokomunikacji
ruchomej
i
metody
ich
modelowania
3.1. Uwagi
wstępne
3.2.
Przykłady
3.3. Zadania
4. Zagadnienia teorii ruchu i projektowania sieci komórkowych
4.1. Uwagi
wstępne
4.2. Definicje podstawowych
terminów
używanych
w teorii ruchu
4.3.
Przykłady
4.4. Zadania
Bibliografia
Dodatki
A. Wykresy
względnego
spadku mocy i
opóźnienia
sygnału
radiowego
w
funkcji
odległości
B. Modele propagacyjne na obszarach zabudowanych
C. Modele
kanałów
dla GSM
D. Wykresy i tabele GOS
dla
I
i
II
reguły
Erlanga
E. Schematy ponownego
użycia częstotliwości
w
sieciach komórkowych
29
37
37
37
44
47
47
47
63
67
67
67
70
93
99
101
103
108
112
115
118
I
I
I
r
I
r
1
f~
r·
~:·.
.
I
I
I
I
~
-:
Wprowadzenie
I·
t·
l
!.
~--
\
Niniejsza praca zawiera zadania
rozwiązywane
na
ćwiczeniach
z
podstaw
ra-
diokomunikacji_
Dzięki
licznym
przykładom może stanowić
podręcznik
uzupełnia­
jący materiał wykładów
z tego przedmiotu.
Przedstawiono
w
nim
także
programy
komputerowe
służące
do symulacji
zjawisk
zachodzących
w transmisji radiowej,
dzięki
czemu
można
z
niego
korzystać
również
przy opracowywaniu
ćwiczeń
sy-
mulacyjnych laboratorium z radiokomunikacji.
Każdy rozdział podręcznika
zawiera
rozwiązane przykłady
oraz zadania wyma-
gające
samodzielnego
rozwiązania.
W
niektórych
przypadkach,
z
powodu
złożono­
ści
rozpatrywanych zjawisk, konieczne
jest
zastosowanie
metod
numerycznych do
rozwiązywania
rozpatrywanych
problemów.
Za wzorcowe
środowisko
programo-
wania i symulacji wybrano MATLAB
v.6.5
wraz z pakietem
SIMULINK
v.5,
po-
nieważ
wraz
z odpowiednimi
narzędziami
(Signal
Processing Toolbox, Communi-
cations Toolbox
i
DSP
Blockset) zawiera
on
wiele gotowych procedur
możliwych
do
wykorzystania w
rozważanych
przypadkach.
W pracy skupiono
się głównie
nad
problemami
związanymi
z
propagacją
fal ra-
diowych, modelowaniem zjawisk
występujących
w
kanałach
radiowych, zagadnie-
niami
teorii
ruchu
odnoszącymi się
do
systemów komórkowych oraz
interferencji
w
tych systemach.
W rozdziale
pierwszym rozpatrzono zagadnienia
tłumienia
fal
radiowych w wolnej przestrzeni
i
wielodrogowości.
W rozdziale
tym
przedstawio-
no
również
niektóre analityczne
modele
propagacyjne
(głównie
dla
środowisk
miejskich) oraz sposób korzystania z
nich
w celu wyznaczenia
tłumienia
mocy
w pewnej
odległości
od
nadajnika.
Rozdział
drugi obejmuje
prob
lematykę
związa­
ną
ze
zjawiskiem Dopplera, zanikami okresowymi
i
selektywnymi.
Rozdział
trzeci
to
problematyka symulacji
komputerowej
kanałów
radiowych, która jest
częstym
przedmiotem
rozważań
przy badaniach symulacyjnych dowolnego
systemu
radio-
komunikacji
ruchomej.
Rozdział
czwarty zawiera
przykłady
i zadania
dotyczące
zagadnień
te01ii ruchu, zastosowania
I i II
wzoru
Erlanga
w systemach komórko-
wych,
podziału
komórek oraz
projektowania sieci komórkowych z
uwzględnie­
niem
charakterystycznych
zakłóceń
interferencyjnych.
W dodatkach
A,
B, C,
D,
E
zawarto wykresy
obrazujące
zjawiska
rozważane
w poszczególnych
rozdziałach
oraz wykorzystywane wzory
i
tablice.
1.
TŁUMIENIE
MOCY I
OPÓŹNIENIE SYGNAŁU
W KANALE RADIOWYM Z
WIELODROGOWOŚCIĄ
1.1. Uwagi
wstępne
W
niniejszym
rozdziale
rozważono
zagadnienia
związane
z
propagacją
fal ra-
diowych w wolnej
przestrzeni
i
wielodrogowością.
Do
zrozumienia
zamieszczo-
nych
poniżej przykładów
i
prawidłowego
rozwiązania
zadafl konieczna jest znajo-
mość
podstawowych wzorów
i
zależności
dotyczących
propagacji
wielodrogowej.
Są
one podane w cytowanych pracach.
Część
wymaganej
teorii
przedstawiono
w postaci skrótowej w tekstach
przykładów
i
zadań.
Ze
względu
na
konieczność
zastosowania
metod
numerycznych
oraz
wizualizacyjnych do
rozwiązania
niektó-
rych problemów
niezbędna
jest
znajomość
zasad
programowania w
środowisku
MATLAB.
Środowisko
to
zostało
wybrane
w
niniejszej
pracy jako bardzo
wygod-
ne
narzędzie
programowe do obliczefl
i'
wizualizacji.
Poniżej rozważono
też
sposób
korzystania z analitycznych modeli propagacyj-
nych obszarów miejskich. Modele te
podają
wzory, którymi
należy
się posługiwać
w celu
obliczenia
wartości
mocy
odebranej lub
tłumienia
medianowego mocy
(wartość tłumienia,
dla której
prawdopodobieństwo wystąpienia tłumienia więk­
szego od
niej jest
równe
prawdopodobieństwu wystąpienia tłumienia
mniejszego)
w pewnej
odległości
od
nadajnika. Wzory te
zostały sformułowane
na podstawie
wyników empirycznych pomiarów
tłumienia sygnału
radiowego w warunkach
rzeczywistych. Trzy
z tych modeli podano w
dodatku
B.
Opisują
one
propagację
radiową
w
miastach
różnego
typu (miasta amerykaóskie, japoflskie -
duże,
średnie
lub
małe).
W
literahirze
cytowanej w
niniejszym
rozdziale
można znaleźć
opis
innych
znanych modeli
propagacyjnych
dla obszarów
gęsto
zabudowanych.
f:
'
1.2.
Przykłady
Przykład
i.I
[Pah]
wolnej
przestrzeni
i
załóżmy, że
do
odbiorni-
ka
dociera
tylko fala
bezpośrednia
bez
odbić.
Anteny
nadawcza
i odbiorcza
są
dipolami,
a ich zyski
G,
=
Gr
=
1,6.
Obliczyć względny
spadek mocy
sygnału
transmitowanego o
częstotliwości
nośnej
f
=
1
GHz
oraz
jego
opóźnienie
propaga-
cyjne,
jeżeli
antena odbiorcza znajduje
się
w
odległości
d
równej: a) 1
m,
b)
10
m
i c) 100 mod anteny nadawczej.
·
Rozważmy transmi
sję
radiową
w
i.
8
Rozwiązanie:
9
Względny
spadek
mocy
sygnału
radiowego
docierającego
do
odbiornika po
ścieżce bezpośredniej
wyraża się
wzorem [Pah,
Wes]:
Pr
=
GG
1
P
(
(~)2
4mi
~:·:
r
gdzie
P,.
oznacza moc
odebraną, ~
-
moc
nadaną,
A.
-
długość
zastosowanej
fali
radiowej
równą:
Rys. 1.1. Geometria
dróg
sygnału docierającego
do odbiornika
po
dwóch
drogach
Względne
spadki
mocy (w decybelach) oraz
opóźnienia
propagacyjne
są
równe:
Rozwiązanie:
3
a)
1Olg
Pr
=
10 lg(l,6
·
1,6)
+
20
lg(
0,
)
= 4,1- 32,4 dB=
-
28,3 dB,
P,
4·3,14·1
.
d
Im
7:=
-=
=3 33ns ·
c
3 · 10
8
mis
'
'
3
b) 1
o
lg
f,.
=
1
o
lg(l,6 . 1,6) + 20 lg(
0,
)
=
4,1'- 52,4 dB=
-48,3
dB
'
P,
4
.
3,14
.
10
d
I
Om
-r=-=
=
33,33ns;
c
3·10
8
m/s
c) !Olg
Pr
=10lg(l,6·1,6)+20lg(
3
0,
4
. 3,14 .
1
)=4,1-72,4dB=
-
68,3dB,
Moc odebrana
sygnału
radiowego,
docierającego
do odbiornika po
L
odbitych
ścieżkach,
jest
wyrażona
wzorem [Pah, Wes]:
Pr =Po
±
5-ei'P;
12'
i=ldj
przy czym:
a;,
d;
oraz
rpi
są
odpowiednio: wypadkowym
współczynnikiem
odbi-
cia oraz
wypadkową długością ścieżki
i
fazą sygnału docierającego
do odbiornika
po
i-tej
ścieżce,
z
kolei
Po= P,GrG{)J4Jt/.
faza pierwszej
ścieżki
na
wejściu
odbiornika
użyta
jest jako faza odniesie-
nia, to w
powyższym
wzorze
wartości
rp;
zostaną
zamienione przez
różnicę
faz
ścieżek
w stosunku do fazy odniesienia, a
wyrażenie określające
Pr
zostanie prze-
kształcone
w
następujący
sposób:
Jeżeli
P,
oo
d
lOOm
7:=-=
=333 33ns.
c
3·10
8
m/s
'
Przykład
1.2
[Pah]
W naszym przypadku:
Wyznaczyć względny
spadek mocy
sygnału
w przypadku transmisji radiowej,
jeżeli sygnał
dociera do odbiornika po dwóch drogach:
bezpośredniej
i odbitej od
ziemi
(patrz rys. 1.1).
Współczynnik
odbicia od.ziemi a
1
=
-1.
Antena nadawcza
zlokalizowana
jest na
wysokości
hi.
a
antena odbiorcza
na
wysokości
h
2
nad po-
ziomem
gruntu.
Odległość między
antenami wynosi di jest
dużo
większa
od wy-
sokości
anten.
przy czym
l.lrp
=
-27lfl.ld/c
oraz
!:J.d
=
d
2
-d
1•
Jeżeli
d
>>hi
oraz
d
>>
h2,
to
moż­
na
przyjąć,
że
d
1
""'
d
2 ""'
d.
Wówczas:

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin