Модели потерь при распространении волн

Модели потерь при распространении радиоволн играют важную роль в разработке сотовых систем для определения ключевых параметров системы, таких, мощность передачи, частота, высота антенны, и так далее. Некоторые модели были предложены для сотовых систем, работающих в различной окружающей среде (внутренней, наружной, городской, пригородной, сельской). Некоторые из этих моделей были получены статистическим методом на основе опытных испытаний, а другие были разработаны аналитическим путём на основе эффектов преломления. В каждой модели используются свои специфические параметры для получения точности предсказаний. В моделях предсказания на больших расстояниях, предназначенных для макросотовых систем, используется высота антенны базовой станции, мобильной станции и частота. С другой стороны, в моделях предсказания на коротких расстояниях для оценки потерь при распространении используется высота зданий, ширина улиц, направление улиц и так далее. Эти модели используются в микросотовых системах. Когда размер соты достаточно маленький (в диапазоне от 10 до 100 м), используются детерминистические модели, основанные на методах трассировки лучей. Таким образом, важно выбрать правильную модель потерь для разработки мобильной системы в заданной окружающей среде.

Модели распространения используются для определения числа сот, требуемых для обеспечения зоны покрытия сети. Первоначальная конструкция сети чаще всего основывается на зоне покрытия. Дальнейшие разработки производятся для увеличения производительности. В некоторых системах может в начале потребоваться большая зона покрытия и высокая пропускная способность, откуда потом начинается дальнейший рост.

Требования к зоне покрытия наряду с требованиями к трафику полагаются на модели распространения для определения распределения трафика, часть нагрузки с них снимается со старых сот и переносится на новые соты в ходе программы распределения пропускной способности. Модель распространения помогает определить, где следует разместить соты для оптимальной работы сети. Если модель распространения не помогает эффективному расположению сот в сети, высока вероятность неправильного размещения сот.

На эффективность работы сети влияет выбранная модель распространения, так как она используется для предсказания помех. Например, если модель распространения не точна при 6 дБ (предусматривая, что S/I = 17дБ в соответствии с требованиями конструкции), то отношение сигнал/взаимные помехи, S/I, может быть 23 дБ. На основе условий трафика, разработка для высокого соотношения S/I может негативно повлиять на рентабельность системы. С другой стороны, разработка системы с низким соотношение S/I не обеспечит достаточного качества обслуживания.

Модель распространения также используется в других аспектах характеристики системы, включая оптимизацию переадресации вызова, регулировку уровня мощности и местоположение антенны. И хотя никакая модель распространения не способна учесть все факторы реальной жизни, важно использовать несколько моделей для определения потерь при распространении в сети. В каждой используемой в промышленности модели распространения радиоволн есть свои преимущества и недостатки. Благодаря пониманию ограничений каждой модели можно получить хорошую и эффективную радиочастотную конструкцию.

Обсудим две широко используемые эмпирические модели: Окумура/Хата и COST 231. Модель Окумура/Хата широко использовалась в сотовых системах и в Европе, и в Северной Америке. Модель COST 231 рекомендована Европейским институтом стандартов связи (ETSI) для использования персональных системах связи/комплектов персональной связи (PCN/PCS). В дополнение к этому, мы также представляем опытные модели, предложенные в 2000 г стандартом IMT-2000 для внутренней среды, внешней среды, во внутренней и внешней пешеходной среде, и для движения на автотранспорте.

Модель Окумура/Хата.
Окумура анализировал характеристики потерь при передаче на основе большого количества экспериментальных данных, собранных в районе Токио, Япония. Он отбирал условия распространения данных, получив кривые средних потерь при передаче в плоской городской окружающей среде. Затем он применил некоторые коррекционные факторы для других условий распространения, таких, как:

Высота антенны и несущая частота
Пригородное, квазиоткрытое пространство, открытое пространство, или горные районы
Потери из-за преломления в горах
Морские или озерные районы
Уклон дороги

Модель Cost 231.
Эта модель –комбинация опытной и детерминистической моделей для оценки потерь при передаче в городских районах в частотном диапазоне от 800 МГц до 2000 МГц. Модель используется в основном в Европе для системы GSM 1800.

Модели IMT-2000.
Операционная среда устанавливается соответствующими подмножествами, состоящими из внутренней офисной среды, внешней и внутренней пешеходной окружающей среды, и транспортной (движущейся) среды. Для узкополосных технологий (таких как FDMA и TDMA), распространение с запаздыванием характеризуется только среднеквадратической величиной. Однако, для широкополосных технологий (таких как CDMA), сила и относительное временное запаздывание становятся важнее по отношению к другим составляющим сигнала. В дополнение к этому, для некоторых технологий (например, тех, в которых применяется контроль мощности), модели потерь при передаче включают связь между всеми межканальными линиями распространения для обеспечения точности предсказаний. Также, в некоторых случаях следует при моделировании учитывать эффект временного затенения.

Эта модель действительна только для случаев распространения вне зоны видимости (NLOS) и описывает наихудшее возможное распространение. Логарифмически нормальное замирание вследствие затенения со стандартным отклонением принимается равным lOдБ. Среднее значение потерь при проникновении в постройки составляет 18дБ со стандартным отклонением lOдБ.