Исследование современных методов расчета потерь распространения в радиолиниях дециметрового диапазона, работающих в условиях города тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.07, кандидат технических наук Василенко, Глеб Олегович

• Василенко, Глеб Олегович
• кандидат технических наук
• 2002

Оглавление диссертации кандидат технических наук Василенко, Глеб Олегович

Перечень условных обозначений, символов, единиц и терминов.

Введение.

Раздел 1 Эффекты при распространении радиоволн

§ 1.1 Механизмы распространения.

§ 1.1.1 Модель свободного пространства.

§ 1.1.2 Отражение.

§ 1.1.3 Дифракция.

§ 1.1.4 Рефракция.

§ 1.2 Ослабление в атмосферных газах и осадках.

§ 1.2.1 Ослабление в атмосферных газах.

§ 1.2.2 Ослабление в гидрометеорах.

§ 1.3 Расчет дополнительных потерь в растительном покрове.

§ 1.4 Затенения и быстрые замирания.

§ 1.4.1 Затенение.

§ 1.4.2 Быстрые замирания.

Выводы.

Раздел 2 Расчет дифракционного ослабления напряженности поля для фиксированных линий связи

§ 2.1 Общие сведения.

§ 2.2 Методы расчета дифракционных потерь на нескольких клиновидных препятствиях.

§ 2.2.1 Метод Дейгаута.

§ 2.2.2 Метод Эпштейна-Петерсона.

§ 2.2.3 Метод Джованелли.

§ 2.2.4 Сравнение методов.

§ 2.3 Расчет ослабления поля за счет дифракции на ряде цилиндрических препятствий.

Выводы.

Раздел 3 Расчет радиополя в службах вещания и макросотовых системах подвижной связи

§ 3.1 Расчет напряженности и ослабления поля с помощью эмпирических методов.

§ 3.1.1 Метод расчета статистических характеристик сигналов в службах вещания и подвижной связи согласно Рекомендации 1TU-R Р.370.

§ 3.1.2 Расчет ослабления сигнала с помощью моделей Окамура и

Хата.

§ 3.1.3 Расчет ослабления сигнала с помощью модели Ли.

§ 3.1.4 Необходимость калибровки эмпирических моделей.

§ 3.1.5 Минимальный набор измерений.

§ 3.1.6 Выбор модели.

§ 3.1.7 Калибровка модели.

§ 3.2 Расчет основных потерь распространения с помощью детерминистских моделей.

§ 3.2.1 Модель Икегами.

§ 3.2.2 Дифракция на крышах зданий.

§ 3.2.3 Модель Ксиа.

§ 3.2.4 Модель Уолфиша-Икегами.

§ 3.2.5 Синтез моделей.

§ 3.3 Методика расчета потерь распространения.

§ 3.3.1 База данных и ее применение для расчетов.

§ 3.3.2 Алгоритм построения профиля трассы и карты потерь с использованием географической базы данных.

§ 3.3.3 Интерпретация основных слоев электронной карты местности при расчете потерь распространения.

§ 3.4 Качество прогноза потерь по различным моделям распространения.

§ 3.4.1 Описание территории измерений.

§ 3.4.2 Результаты расчетов и измерений.

§ 3.4.3 Анализ расчетных и экспериментальных данных

Выводы.

Раздел 4 Расчет ослабления поля в микросотовых системах связи

§ 4.1 Расчет ослабления поля с помощью эмпирической модели двойного спада.

§ 4.2 Расчет ослабления поля с помощью детерминистских моделей.

§ 4.2.1 Модель улицы в ситуации прямой видимости.

§ 4.2.2 Улица как волноводная структура.

§ 4.2.3 Потери распространения в ситуации отсутствия прямой видимости.

Выводы.

Раздел 5 Расчет ослабления на препятствиях для спутниковой системы связи

§ 5.1 Общие сведения.

§ 5.2 Распространение в условиях городской застройки.

§ 5.3 Затенение лесными массивами.

§ 5.4 Затенение рельефом

§ 5.5 Расчет затенений на реальных территориях с применением детализированной базы данных.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование современных методов расчета потерь распространения в радиолиниях дециметрового диапазона, работающих в условиях города»

В России наблюдается стремительное развитие сетей сухопутной подвижной радиосвязи (ССПР). Прирост абонентов измеряется несколькими тысячами человек в день. В настоящее время наибольшее развитие получили сети сотовой связи стандарта GSM. Сегодня численность пользователей этого цифрового стандарта второго поколения превысила в мире 600 млн. человек, в России эта цифра составляет 6 млн. Согласно "Концепции развития сотовой подвижной связи общего пользования на период до 2010 г.", действующие в России аналоговые сети NMT-450 федерального уровня с целью повышения их инвестиционной привлекательности должны быть модернизированы на базе цифровых технологий, позволяющих обеспечить доступ к услугам третьего поколения.

Кроме сотовых систем бурно развиваются транкинговые (MPT, EDACS, Алтай и др.) сети, а так же сети абонентского радиодоступа (CDMA и DECT). На этапах опытной проверки находятся сотовые сети стандарта GSM-R и сети технологической транкинговой связи стандарта TETRA.

Развитие ССПР порождает рост числа радиорелейных средств, с помощью которых осуществляется технологическая связь между базовыми станциями (БС) сетей подвижной связи. Кроме того, реализуется масштабная замена аналогового радиорелейного оборудования на цифровое.

Необходимо также отметить, что в течение последнего десятилетия проявляется заметный интерес администраций связи различных государств и международных организаций к созданию систем подвижной спутниковой связи в диапазоне 1.5/1.6 ГГц. При этом наибольший интерес проявляется к системам с геостационарными спутниками. Так, по состоянию на конец 2001 г. в Бюро радиосвязи МСЭ заявлено более 180 сетей подвижной спутниковой связи с использованием космических станций в диапазоне 1.5/1.6 ГГц на геостационарной орбите.

В условиях быстрого роста числа радиоэлектронных средств (РЭС) актуальной является задача эффективного использования радиочастотного спектра (РЧС), и, как следствие, задача построения систем управления РЧС, позволяющих оптимально планировать сети радиосвязи.

Частотно-территориальное планирование ССПР предусматривает выбор конфигурации сети, места установки БС, выбор типа, высоты и ориентации антенн, распределение частот БС. Для уменьшения капитальных затрат должна осуществляться оптимизация частотно-территориального плана, т.е. разрабатываться план, обеспечивающий заданную зону обслуживания, емкость сети, требуемое качество обслуживания при минимальном числе базовых станций и минимальном числе используемых частот. Планирование должно обеспечивать внутрисистемную и межсистемную электромагнитную совместимость радиосредств. В первом случае обеспечивается электромагнитная совместимость (ЭМС) между РЭС проектируемой сети, во втором -между РЭС проектируемой сети и других систем, работающими в затронутых полосах частот и являющимися потенциальными источниками помех.

Для спутниковых систем подвижной связи наиболее важным является построение территориального покрытия, обеспечивающего требуемую зону обслуживания.

Для частотно-территориального планирования ССПР и построения радиопокрытия спутниковых систем могут применяться технологии геоинформационных систем, использующих представление информации в виде цифровых карт. На основании данных, представленных в цифровых картах местности (ЦКМ), осуществляется расчет потерь распространения, которые в дальнейшем применяются при построении радиопокрытия БС или спутников в системах связи.

ЦКМ могут применяться и при расчет потерь распространения для фиксированных линий связи.

При вычислении потерь распространения возникает вопрос о корректности выбора модели распространения сигнала ввиду наличия у каждой модели своих границ применимости. Необходимо, также, рассматривать вопрос корректности с точки зрения используемой ЦКМ определенного разрешения и точности. Различные сочетания в парах "ЦКМ-модель распространения" могут приводить к различному качеству прогноза. В свою очередь, качество прогноза может сказаться на качестве связи. Таким образом, правильный выбор модели распространения сигнала является залогом правильного построения систем связи.

Научной задачей диссертации является анализ и классификация существующих моделей расчета ослабления сигнала дециметрового диапазона для систем связи с подвижными объектами и разработка на основе этого анализа новых моделей с применением различного типа ЦКМ.

Для решения поставленной научной задачи в диссертации рассмотрен и решен ряд принципиально важных вопросов, имеющих научную новизну и практическую значимость, которые можно представить в виде следующих положений:

1. Анализ существующих моделей расчета потерь распространения для сетей фиксированной радиосвязи и возможность их применения для сетей подвижной радиосвязи.

2. Анализ и классификация моделей расчета потерь распространения для макросотовых и микросотовых сетей подвижной радиосвязи с применение ЦКМ.

3. Разработка новых моделей потерь распространения для макро- и микросотовых систем связи

4. Разработка алгоритма построения радиопокрытия для сетей подвижной радиосвязи и сетей фиксированной радиосвязи (абонентского доступа) на основе цифровой базы данных.

5. Экспериментальные исследования распространения сигнала дециметрового диапазона в условиях города.

6. Применение методики построения радиопокрытия для сотовых сетей подвижной радиосвязи в системах спутниковой связи. 9

Основные положения, выносимые на защиту.

• Классификация и анализ существующих моделей расчета ослабления сигнала дециметрового диапазона для систем связи.

• Разработка новых моделей расчета ослабления сигнала.

• Результаты экспериментальных измерений.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка литературы и приложений.

Заключение диссертации по теме «Антенны, СВЧ устройства и их технологии», Василенко, Глеб Олегович

153 Выводы

Расчет потерь распространения в микросотовых системах связи может выполняться, как и в случае макросот, с помощью статистических и детерминистских моделей распространения. Однако их применение в данной ситуации накладывает более жесткие требования на точность цифровой карты, которая в обязательном порядке должна содержать информацию о зданиях и сооружениях.

Использованию статистических методов расчета потерь должны предшествовать экспериментальные измерения. Цель измерений - получение набора экспонент потерь для главных и боковых улиц. Измерения должны предваряться некоторым обобщением или градацией улиц, выбранной для размещения микросотовой системы связи городской территории, по типам. Разбиение улиц на типы может производиться согласно параметрам, характеризующим улицы. Например, по высотности и расстоянию между зданиями, формирующими улицы. По результатам измерений каждому типу должна быть присвоена пара значений экспонент потерь, соответствующих случаям принадлежности выбранных улиц к боковым или главным улицам.

Таким образом, пред выполнением расчетов с помощью статистических методов требуется проведение большого объема подготовительной работы. Кроме этого недостатка, возникает проблема по вычислению потерь распространения внутри городских кварталов. Следовательно, статистические модели имеют серьезные ограничения по применимости для расчета микросотовых систем связи.

Ранее описанные детерминистские модели также ограничены в своем использовании. Используя положение о бесконечной высоте зданий, все модели данного вида получают ограничения по высоте подвеса антенн, которые должны быть расположены значительно ниже средней высоты окружающих сооружений. Помимо этого общего недостатка, модели обладают рядом недостатков, свойственных только им.

Так модели, использующие волноводное представление улицы, требуют наличия информации о наклоне и неровностях стен зданий, получение которой весьма осложнено. В моделях данного типа также не рассматривается влияние боковых улиц на распространение волн на "главной" улице. Данный недостаток устранен в моделях многощелевых волноводов. Однако в них отсутствует описание распространение на боковых улицах.

Расчет потерь распространения для микросотовых систем связи наиболее выгодно проводить с использованием лучевых методов в сочетании с вычислением дифракционных потерь с помощью равномерной теории дифракции. Преимущество данного метода состоит в возможности использования цифровой карты, аналогичной карте, применяемой при расчете потерь для макросотовых систем связи. Использование данных методов позволяет избежать градации улиц на боковые и главные, так как все определяется только возможным ходом лучей.

Точность расчета потерь распространения по предложенному методу в сильной степени будет зависеть от точности цифровой карты, в особенности от правильности описания месторасположения, ориентации и контура объектов застройки. При этом вероятность возникновения многократного отражения весьма мала из-за наличия на улицах транспортных средств, людей и различного вида малогабаритных объектов, не описанных в цифровой карте (столбов, колонн и т.д.). Следовательно, повышение количества учитываемых многократно отраженных и дифракционно-отраженных лучей может привести к искажениям реально наблюдаемой картины.

155 Раздел 5

РАСЧЕТ ОСЛАБЛЕНИЯ НА ПРЕПЯТСТВИЯХ ДЛЯ СПУТНИКОВОЙ

СИСТЕМЫ СВЯЗИ

§ 5.10бщие сведения

Использование спутниковых группировок для обеспечения связи с наземными подвижными объектами позволяет достичь значительно большей зоны охвата по сравнению с сухопутными системами подвижной связи. Зоны обслуживания, образуемые сфокусированными лучами от каждого спутника, формируют на земной поверхности так называемые мегасоты. Сигнал принимается на земле под очень большими углами возвышения, поэтому только сильно затеняющие препятствия вносят существенный вклад в потери распространения. Атмосферные эффекты, поглощение и рассеяние в газах и дождях, становятся значительными лишь в сантиметровом и миллиметровом диапазонах.

Спутниковые системы обычно классифицируются согласно высотам орбит. Низкоорбитальные системы (орбита 500-2000 км) требуют большого числа спутников для обслуживания всей территории Земли (например, "Ири-диум" - 66 спутников с орбитой 780 км). Спутники среднеорбитальных систем имеют высоты орбит около 5000-12000 км, и, следовательно, для покрытия земной поверхности необходимо меньшее число спутников (12 - в системе "Одиссея" с орбитой 10370 км). Для обеспечения той же зоны охвата можно использовать всего три геостационарных спутника (орбита 36000 км). Большие высоты этих спутников приводят к большим потерям распространения в свободном пространстве (при частоте 1.5 ГГц - около 186 дБ), соответственно требуется высокая мощность передатчиков на спутнике и АС.

В случае орбит, отличных от геостационарной, позиция спутника меняется относительно точки на Земле и потери становятся функцией времени. Кроме того, движение спутника приводит к появлению эффекта Доплера, также зависящего от времени. Доплеровский сдвиг может быть скомпенсирован перенастройкой приемника или передатчика.

Наряду с большими потерями в свободном пространстве значительный вклад в ослабление сигнала могут внести затенения, вызванные различными объектами земной поверхности: зданиями, деревьями, особенностями рельефа. При этом проявляются такие механизмы распространения как отражение, рассеяние, дифракция, многолучевость.

В спутниковых подвижных системах связи углы, под которым приходит волна на АС, намного превышает углы прихода в наземных системах связи (минимум 4°). Поэтому затенения создаются препятствиями, расположенными в непосредственной близости от пунктов приема. Например, когда АС находится на застроенной территории только наиболее затеняющее здание (в отличие от наземных служб) в направлении на спутник вносит существенный вклад в потери распространения. Так как АС движется вдоль улиц, ослабление, вызванное затенениями, является быстро меняющимся процессом.

Ввиду вышеперечисленных эффектов, наблюдается частая смена ситуаций наличия и отсутствия прямой видимости, что является причиной изменения статистики быстрых замираний, тесно связанной с процессом затенений. Таким образом, быстрые замирания и затенения возможно рассматривать как единый процесс, в котором параметры замираний (среднее значение сигнала и т. п.) зависят от времени.

§ 5.2 Распространение в условиях городской застройки

На рабочих частотах мобильных спутниковых систем связи здания, расположенные вдоль дорог, могут рассматриваться как импедансные ребра, на которых происходит дифракция радиоволны. При этом считается, как и ранее (§ 1.1.3), что ребро вносит значительный вклад в ослабление, если оно попадает, по крайней мере, в существенную зону Френеля.

Для расчета ослабления в случае, изображенном на рис. 5.1, можно воспользоваться соображениями, изложенными в§ 1.1.3 и § 2.1.

Существенная зона Френеля га

Рис. 5.1 Распространение в условиях городской застройки

В случае нахождения АС между зданиями (рис. 5.2) необходимо принимать во внимание отражения от стен зданий. При этом предполагается, что необходимо учитывать только однократно отраженные волны, а лучи, отраженные более одного раза (штриховая линия), можно не учитывать в виду их сильного ослабления. Интерференция прямого и однократно отраженных лучей приводит к значительным замираниям, зависящим от местоположения

На рис. 5.3 показаны геометрические параметры улицы, на которой находится АС. Прямой луч приходит на улицу с произвольного направления. Улица окружена домами, высота которых меняется случайным образом. Наиболее точно распределение высот зданий на застроенной территории может быть аппроксимировано логнормальным законом [12] с плотностью распределения (3.22).

АС.

Рис. 5.2 Распространение в условиях городской застройки (отраженный луч)

Спутник А

Рис.5.3 Геометрические параметры трассы

Суммарные дифракционные потери от N экранов j + 1 N \ A*(vz>v,) = iy-E 1 I ехР vzh . 2\ vy2 J™z v 2 , dvz J exp vy4 f ■ 2\ J™ у 2

V У dv.

5.1) где z\i - {huiidl j2(d1 + d2) Xd^d 2

Vz2; =CO

Vyli -{huildj

2 (d1+d2) Xd\d2

У 2 i buildi

2(d1 + d2) \dxd2

52)

Здесь hbuild и lbujld - высота и длина каждого здания на улице, величина hs - определяется азимутом ф и углом места 0 спутника, dx - расстояние от спутника до здания, d2 - расстояние от здания до АС, от положения которой зависят величины у 1 и у 2. В декартовой системе координат с началом отсчета в точке расположения АС координаты спутника z - Н sin 9 + hs , у ^ = Н cos 9 cos ф,

53) dl = Н -dm/cosQsm<p = H -d2, где Н -расстояния от спутника до АС.

Если высоты домов известны, то можно непосредственно произвести расчет дифракционной составляющей полей. В противном случае можно воспользоваться статистической оценкой распределения высот зданий с определенными значениями средней высоты (средняя высота зданий в конкретной местности) и стандартного отклонения.

Отраженное поле складывается из полей, отраженных стенами зданий и землей.

Также необходимо учитывать, что угол скольжения (падения) при расчете отражений зданиями будет формироваться как углом места, так и азимутом спутника, в отличие от отражения от земли, при котором все будет определяться углом места.

Значения комплексной диэлектрической проницаемости для земли и различных конструкционных материалов определяются из ранее приведенных таблиц 3.6 и 4.1.

В конечном итоге полные потери в любой точке улицы могут быть представлены

L = L0+Ld+ krLr, (5.4) где кг - равен 1 в случае существования отражений и - 0 в случае их отсутствия, потери L0 могут быть найдены исходя из: ослабления в свободном пространстве (§ 1.1.1), ослабления в атмосферных газах (§ 1.2.1), ослабления в осадках (§ 1.2.2), прочих ослаблений (сцинтилляция, деполяризация, ионосферные эффекты [12])

§ 5.3 Затенение лесными массивами

Затенение деревьями, как и в случае зданий, также оказывается значительным, если объекты растительности находится в области существенной зоны Френеля. Возможны два способа учета данного вида затенений: эмпирический, описанный в [82], и физико-статистический (§ 1.3).

Изложенный в [82] метод дает оценку глубины замираний, вызванных придорожными деревьями, в зависимости от угла места 9 спутника и процента мест вдоль трассы Р. Данная модель справедлива для частотного диапазона 0.8-20 ГГц, углов места 7°-60°, процентов мест 1-80%.

Ослабление для частоты 1.5 ГГц и процентов мест 1-20%:

L (P,0) = -(3.44 + 0.09750 - 0.00202)InP + (-0.4430 + 34.76), дБ (5.5) где 0 - в градусах, Р - в процентах.

Пересчет на другую частоту (из диапазона 0.8-20 ГГц) осуществляется согласно

L (Р,0,/2) - L (Р,0)ехр

1.5

1 1 дБ (5.6) л[7\ лШ гДе fi, fi — в ГГц и/i=T.5. Для пересчета в диапазон процентов мест 20-80% используется формула {PAf2)J (5.7)

1п4 ^PJ

Во всех выражениях для углов места меньших 20° необходимо подставлять величину 0 = 20°.

В случае нахождения АС вне объектов растительного покрова и при наличии информации об их высоте, расчет ослабления, вызванного лесными массивами, предпочтительнее проводить с помощью модели дифракции на верхней кромке леса. Указанные объекты предлагается рассматривать как непрозрачные экраны и для расчета дополнительных потерь затенения следует воспользоваться формулой(5.1).

При нахождении АС внутри растительного покрова можно воспользоваться выражением для погонного ослабления, приведенного в § 1.3. Ослабление может быть дополнительно скорректировано для лиственных лесов с помощью эмпирической поправки [83]. А именно: для периодов наличия лиственного покрова ослабление вычисляется из выражения (1.35) в дБ, а в случае отсутствия листвы его значение уточняется исходя из выражения [83]

Ьшст = 0.351 + 6.825(1нетлист)0"578, дБ (5.8)

Использование данной поправки справедливо при условии: К^тлис^^ дБ и 8<£лнст<32 дБ. Однако при малом угле возвышения спутника над территорией обслуживания величина затухания из-за большой длины трассы, проходящей через растительный покров, будет значительной. В этом случае необходимо воспользоваться методом дифракции на мнимой кромке леса (§ 3.3), для чего требуется информация о плотности растительности.

§ 5.4 Затенение рельефом

Ослабление, вызванное затенением рельефом местности, вычисляется в зависимости от того, чем аппроксимируются неровности местности.

В случае аппроксимации неровностей клиновидными препятствиями расчет ослабления поля производится согласно выражению (1.11). При этом значение параметра Френеля определяется, исходя из выражения (1.8).

В случае цилиндрической аппроксимации особенности рельефа ослабление вычисляется согласно (1.16).

Решение о том или другом виде аппроксимации принимается в зависимости от расстояния между границами препятствия.

В случае нахождения в области существенной зоны Френеля нескольких препятствий расчет ослабления производится с помощью методов, описанных в § 2.1, 2.2, с той лишь разницей, что вычисление будет производиться с применением наклонных дальностей. Выбор метода осуществляется на основе анализа величин ослаблений, вносимых каждым отдельным препятствием.

§ 5.5 Расчет затенений на реальных территориях с применением детализированной базы данных

В данном разделе представлены результаты расчетов затенений, вносимых различными препятствиями, расположенными на земной поверхности. Расчет производился для городской, пригородной и сельской местности. При этом городская территория была представлена районами средневысотной застройки и районами новостроек.

Для расчета дифракционного ослабления на различного рода препятствиях использовалась ЦКМ. К цифровой карте, содержащей слой застройки, рельефа и растительности, предъявляются требования, аналогичные приведенным в § 3.3.

На рис 5.4 представлены схематические изображения участков территорий, для которых производился расчет. /V

Цн'ч * у />t а) Высотный город б) Средний город

Ш 5 у v с у (

Ч, /'У в) Пригород г) Сельская местность

Рис. 5.4 Участки территорий При расчетах использовались реальные данные о группировке геостационарных спутников и спутников с высокоэллиптической орбитой (значение большой полуоси орбиты, наклонение орбиты, эксцентриситет, Гринвичская долгота восходящего узла, аргумент перигея, эксцентрическая аномалия). На основании этих данных были получены угол азимута и угол места для различных расчетных зон.

163

Спутники можно подразделять по углам прихода их луча на территорию: 5, 20 град для спутников №1, №2, соответственно.

Как и в случае систем сухопутной подвижной связи, окончательное представление результатов расчета возможно с помощью построения карты потерь. При этом отличие от случая макросот будет только в модели расчета ослабления радиоволн. В остальном, процедура построения карты потерь будет аналогична процедуре для макросотовой системы.

Результаты расчетов потерь затенения для обслуживания каждым из спутников выбранных участков территории на частоте 1500 МГц представлены на рис. 5.5-5.12.

Рис. 5.5 Высотный город, спутник №1

Потерн итевеш, дБ

Потерн затенения, дБ

Потери затенения, дБ

Рис. 5.7 Средний город, спутник №1

Hot ери итгпещи дЬ

Потери затевенвв, дБ

Рис. 5.9 Пригород, спутник №1

Потери затенения, дБ

Нигер lb

Рис. 5.11 Сельская местность, спутник №1

Потеря затеяеняя, дБ

В данном разделе показано, что

1. При расчетах потерь распространения для спутниковых систем связи необходимо учитывать весь комплекс механизмов, влияющих на распространение сигнала в атмосфере.

Ввиду возможности различного расположения спутника относительно земной поверхности, необходимо производить также учет затенений, вызванных геообъектами.

2. Расчет потерь на трасах вида "Спутник-АС", связанных с затенением объектами застройки, рельефа, растительности, можно проводить с помощью статистических и детерминистских методов.

Достоинство статистических методов состоит в их простой интерпретации, не требующей высокой степени детализации местности, окружающей АС. Наряду с этим указанные методы имеется ряд недостатков, одним из которых является низкая точность прогноза. Другим недостатком является отсутствие единой модели, учитывающей все особенности местности.

3. Для расчета потерь распространения с помощью детерминистских методов, требуется детальное описание территории обслуживания. В качестве цифровой модели местности может выступать ЦКМ, в которой содержится информация о квартальной застройке или застройке зданий, информация о рельефе местности, а также информация об объектах растительности и водных объектах.

При наличии карты квартальной застройки, корректная оценка потерь затенения, с помощью предложенной модели дифракции на ряде экранов, возможна на различного вида дорогах и трассах, разделяющих кварталы.

В случае наличия карты, содержащей информацию о зданиях, появляется возможность оценки потерь затенения и на внутриквартальной территории.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе рассмотрены существующие модели расчета потерь распространения для волн дециметрового диапазона. Проведен анализ и классификация моделей, а также предложены новые модели, учитывающие различные механизмы распространения сигнала.

Основные итоги работы заключаются в следующем:

1. Проведен анализ моделей расчета дифракционных потерь на различных видах препятствий, применяемых для фиксированных систем связи.

2. Проанализированы статистические и детерминистские модели распространения для макро- и микросотовых систем подвижной связи.

3. Разработан и применен на практике алгоритм калибровки статистических моделей прогноза.

4. Предложена новая детерминистская модель расчета потерь распространения для макросотовых систем подвижной связи, являющаяся симбиозом нескольких существующих моделей и позволяющая более адекватно описывать потери распространения в условиях городской застройки.

5. Проведен масштабный натурный эксперимент по измерению потерь распространения в макросотовой системе связи в условиях города.

6. На основе проведенных измерений разработан метод вычисления дополнительных потерь от растительного покрова при использовании детерминистских методов прогноза потерь распространения.

7. Разработан алгоритм построения карты потерь для сетей подвижной связи на основе статистических и детерминистских моделей потерь с применением цифровых карт местности различного разрешения.

8. Сформулированы требования, предъявляемые к различным слоям цифровых карт местности, и, в частности, к слою растительности.

9. Проведено сравнение результатов расчета по статистическим и детерминистским моделям с полученными экспериментальными данными, на основании которого выявлена предпочтительность применения модели распространения, предложенной автором.

170

10.Предложена модель расчета потерь распространения, учитывающая явления многолучевого распространение и дифракции, в условиях плотной городской застройки типичных для микросотовых систем подвижной связи.

11.Для спутниковых систем мобильной связи разработан метод расчета дополнительных потерь, вызванных наличием на трассе распространения различных геообъектов. Проведен расчет потерь затенения при обслуживании группировкой спутников территорий с различными характеристиками.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Василенко, Глеб Олегович, 2002 год

1. ITU-R Recommendations, P. 341-4, 1999.

2. Beckmann P., Spizzichino A. The Scattering of Electromagnetic Waves from Rough Surfaces.- USA, Norwood, Artech, 1987.

3. ITU-R Recommendations, P. 1411, 1999.

4. Введенский Б.А., Аренберг А.Г. Распространение ультракоротких радиоволн. -М.: Связьрадиоиздат, 1938.

5. Holloway C.L et al. Analysis of composite walls and their effects on short-path propagation modeling // IEEE Trans. Veh. Technol. 1997. - V. 46. -№ 3.

6. Piazzi L., Bertoni H.L Achievable accuracy of site-specific path-loss predictions in residential environments // IEEE Trans. Veh. Technol. 1999. - V. 48. -№5.

7. Ikegami F. Propagation factors controlling mean field strength on urban streets// IEEE Trans. Ant. Propag. 1984. - V. 32. -№ 8.

8. Noerpel A.R., Ranade A. Microwave interference due to building reflections and orientation of city blocks // IEEE Int. Conf. Commun.-New-York.-1988.-V.2

9. Распространение УКВ в городах // Итоги науки и техники. Серия Радиотехника. -Т.42. -1991.

10. Отчеты МККР, 1990, Приложение к т. V. Отчет 1145.

11. ITU-R Recommendations, Р. 526-6, 1999.

12. Saunders S. R. Antennas and propagation for wireless communication systems.- Wiley, New York, 1999.

13. Van de Pol В., Bremmer H. The diffraction of electromagnetic waves from an electrical point source round a finitely conducting sphere, with application to radiotelegraphy and the theory of the rainbow Phil.Mag., 1937, XXIV.

14. Vogler L.E. Calculation of groundwave attenuation in the far diffraction region// Radio Sci. 1964. - V. 68D. -№ 7.

15. Piazzi L., Bertoni H.L Effect of terrain on path loss in urban environments for wireless applications // IEEE Trans. Ant. Propag. 1998. - V. 46. -№ 8.

16. Parsons J. D. The Mobile Radio Propagation Channel.- USA, New York, Wiley, 1992.

17. Hall M.P.M et al. Propagation of Radio Waves.- U.K., IEE, Stevenage, 1996.

18. ITU-R Recommendations, P. 370-7, 1997. 19.ITU-R Recommendations, P. 676-3, 1999.

19. Marshal J. S. The distribution of raindrops with size // Metrology. 1948.5.

20. ITU-R Recommendations, P. 838, 1999. 22.ITU-R Recommendations, P. 618-5, 1999. 23.ITU-R Recommendations, P. 833-2, 1999.

21. Tamir T. On Radio-wave propagation in forest environments // IEEE Trans. Ant. Propag. 1967. - V. 15. -№ 12.

22. ITU-R Recommendations, P. 833-1, 1999.

23. Ду Ли-Жень Рэлеевское рассеяние на листве // ТИИЭИР. 1969,- Т. 57. №7.

24. Андреев Г.А и др. Характеристики поля пучка миллиметровых волн в в тени лесопарковой зоны // Радиотехника и электроника. 1998. № 11.

25. Андреев Г.А, Потапов А.А. Миллиметровые волны в радиолокации // Зарубежная радиоэлектроника. 1984. № 11.

26. Василенко Г. О., Иванов М.А. Обзор методов расчета характеристик радиополя в условиях городской застройки // Труды учебных заведений связи / СПбГУТ. СПб, 2000. - №166.

27. Lee C.Y. Mobile Communications Engineering.- McGraw-Hill.- New York.- 1982.3 l.Bultitude R.J.C. Propagation characteristics on microcellular urban mobile radio channels at 910 MHz // IEEE J. Selected Areas Comm.- 1989. V. 7. -№ i.

28. Mohr W. Wideband propagation measurements of mobile radio channels in mountainous areas in the 1800 MHz frequency range // 43rd IEEE Veh. Tech. Conf Record.- 1993,-May.

29. ITU-R Recommendations, P. 1057, 1997.

30. Hagn G.H. VHF radio system performance model for predicting communications operational ranges in irregular terrain // IEEE Trans. Comm. 1980. - V. 28. -№ 9.

31. В. Ю. Бабков, M. А. Вознюк, П.А. Михайлов. Сети мобильной связи. Частотно-территориальное планирование / СПбГУТ. СПб, 2000.

32. Deygout J. Multiple knife-edge diffraction of microwaves // IEEE Trans. Ant. Propag. 1966. - V. 14. -№ 4.

33. Epstein J., Peterson Donald W. An experimental study of wave propagation at 850 Mc. //Proc. IRE. 1953. - V. 41. -№ 5.

34. Giovanelli C.L. An analysis of simplified solutions for multiple knife-edge diffraction // IEEE Trans. Ant. Propag. 1984. - V. 32. -№ 3

35. Furutsu On the theory of radio wave propagation over inhomogeneous earth// Proc. IRE- 1963. V. 67. -№ 1.

36. Vogler L.E. Attenuation function for multiple knife-edge diffraction // Radio Sci. 1964.-V. 68D. -№ 7.

37. Ding. Prediction of hilly terrain diffraction loss experienced by microwaves // IEEE Int. Conf. Commun.-N.Y.-1992.-V.6.

38. Causebrook J.H. Medium wave propagation in built-up area // Proc. IRE. -1978. -V. 125. -№ 9.

39. Millington G. et al. Double knife-edge diffraction in field strength predictions //Proc. IRE. 1962. - V. 109. -№ 16.

40. Whitteker J. Diffraction over multiple rounded obstacles // Radio Science. 1988.-V. 19. -№ 1

41. ITU-R Recommendations, P. 526-4, 1994. 46.ITU-R Recommendations, P. 368-7, 1997.

42. ITU-R Recommendations, P.370-7, 1997.

43. Василенко Г. О., Иванов М.А. Современные методики расчета ослабления радиоволн в условиях городской застройки. //55 научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов/ Тезисы докладов. СПбГУТ. СПб, 2001. - № 55

44. Longley A.G. Location variability of transmission loss . land mobile and broadcast systems. Office of Telecommunications, Rep. PB 254472, National Technical Information Service, Springfield, May 1976.

45. Rasajski S.B. Computer-aided calculation of the effect of correction terrain factors and its usage in determination of coverage area // MELECOM '87 and 34th Congress of Electronics Proceedings, Vol.III: Radiocommunications, Rome, March 1987.

46. Отчеты MKKP, отчет 1145, 1990.

47. Hata M. Empirical formula for propagation loss in land mobile services // IEEE Trans. Veh. Tech. 1980. - V. 29. -№ 3.

48. ITU-R Recommendations, P.529-3, 1999.

49. Lee W.Y. Mobile communications design fundamentals.- McGraw Hill, N. Y.- 1995.

50. Medeisis A. Adaptation of the universal propagation prediction models to address the specific propagation conditions and the needs of spectrum managers // IEEE AP 2000, Millenium Conf. on, 9-14 April 2000, Davos.

51. Xia H.H. A simplified analytical model for predicting path loss in urban and suburban environments // IEEE Trans. Veh. Technol. 1997. - V. 46. -№ 4.

52. Bertoni H.L. Diffraction of cylindrical and plan waves by an arry of absorbing half screens // IEEE Trans. Ant. Propag. 1988. - V. 40. -№ 2.

53. Boersma J. Computation of Fresnel integrals // Math. Comput. 1960. - V.14.

54. Piazzi L., Bertoni H.L. Effect of terrain on path loss in urban environments for wireless applications // IEEE Trans. Ant. Propag. 1998. - V. 46. -№ 8.

55. Walfish J. and Bertoni H.L. A theoretical model of UHF propagation in urban environments // IEEE Trans. Ant. Propag. 1988. - V. 38. -№ 12.

56. ITU-R Recommendations, P.1411, 1999.

57. Li E.S et al. Low grazing incidence millimeter-wave scattering models and measurements for various road surfaces // IEEE Trans. Ant. Propag. 1999. - V. 47. -№ 5

58. Blaunstein N. Average field attenuation in the nonregular impedance street waveguide // IEEE Trans. Ant. Propag. 1998. - V. 46. -№ 12.

59. Picken D. The GSM Mobile-Telephone Network: Technical features and measurement requirements // News from Rohde & Shwarz. 1992.-№ 1

60. Фелсен JI., Маркувиц H. Излучение и рассеяние волн. -М.: Мир, 1978.

61. Василенко Г. О., Милютин Е.Р., Иванов М.А. Современная методика частотно-территориального планирования систем сотовой связи // Вестник связи. 2000. -№ 2.

62. Xia H.H. Microcellular propagation characteristics for personal communications in urban and suburban environments // IEEE Trans. Veh. Technol. 1994. -V. 43.-№3.

63. Erceg V. Urban and suburban out-of-sight propagation modeling // IEEE Com. Magazine. 1992. - V. 39. -№ 6.

64. Feurestein M. J. et al. Path loss, delay spread, and outage models as a functions of antenna height for microcellular system design // IEEE Trans. Veh. Technol. 1994. - V. 43. -№ 3.

65. Rustako A. J. et al. Radio propagation at microwave frequencies for line-of-sight microcellular mobile and personal communications // IEEE Trans. Veh. Technol. 1991. -V. 40. -№ 2.

66. Ohtaki Y. et al. Experimental study of propagation characteristics on roads on a snowy mountain // IEEE Trans. Trans. Electromagn. Compat. 1988. - V. 30. -№ 5.

67. Zhang Y. P. et al. UHF radio propagation characteristics in straight open-groove structures // IEEE Trans. Veh. Technol. 1999. - V. 48. -№ 1.

68. Emslie A. G. et al. Theory of the propagation of UHF radio waves in coal mine tunnels // IEEE Trans. Ant. Propag. 1975. - V. 23. -№ 2.

69. Василенко Г. О., Иванов М.А. Учет дифракции в методиках расчета поля радиоволн в условиях городской застройки для систем подвижной связи // Труды учебных заведений связи / СПбГУТ. СПб, 2001. - №167.

70. Mazar R. Theoretical analysis of UHF propagation in a city street modeled as a random multislict waveguide // IEEE Trans. Ant. Propag. 1998. - V. 46. -№ 6.

71. Афанасьев А. И. и др. Эквалайзинг в системах мобильной связи в условиях многолучевого распространения сигнала в каналах с замираниями // Мобильные системы. 2001. -№ 11.

72. Kozono S. Mobile propagation loss and delay spread characteristics with a low base station antenna on an urban road// IEEE Trans. Veh. Technol. 1993. - V. 42. -№ 1. ITU-R Recommendations, P. 681-3, 1997.

73. ITU-R Recommendations, P.681-3, 1997.

74. Goldhirh J. et al. Propagation effects for land mobile satellite systems: overview of experimental and modeling results // NASA reference publication 1274.-1992.-Feb.