Проектування мережі рухомого зв’язку стандарту WiMAX

5. Рельєф  місцевості в зоні обслуговування

Dh₁                                                                                                                                                                                            16 м;

Dh₂                                                                                                                                                                                            40 м;

6. Тип міста                                                                                                    квадрат;

7. Відстань                                                                                                          35 км;

8. Антена                                                      восьми сегментна спрямована антена.

 

2.1 Розрахунок максимальної відстані між ЦС і рухомою АС

Оскільки  висота передавальної антени не задана, задамо різні висоти антени, щоб  визначити радіус обслуговування для  того, щоб вибрати підходящий варіант  розміщення БС із врахуванням місцевих умов. Задаємо висоти антени БС:

h=50 м, 70 м, 100 м, 150 м.

Вибираємо тип  кабелю. Кабель вибирається таким  чином, щоб його загасання на даній  частоті було мінімальним. Отже, тип  кабелю: РКД-2-7/28.

Параметри обраного типу кабелю:

• хвильовий опір 75 Ом;
• згасання на частоті 1500 МГц 0,047 дБ/м.

Визначимо додаткове  загасання фідера, пов'язане зі збільшенням  його довжини понад 50 м на ЦС для  всіх висот антен ЦС.

                                                (2.1)

Де – довжина фідера.

Довжина фідера вибирається з тієї умови, що апаратура  розташовується в основі  щогли  антени і приймається рівною висоті антени.

,

,

,

,

Отримані  дані занесемо до таблиці2.1.

Таблиця 2.1 –  Результати розрахунку

Висота передавальної антени h1, м	Згасання фідера α∙lф,дБ	Додаткове загасання для lф >50м, дБ.
50	2,35	0
70	3,29	0,94
100	4,7	2,35
150	7,05	4,7

Вибираємо тип  антени. Отже, тип антени: восьмисегментна спрямована антена.

Параметри обраної  антени:

• Розкрив діаграми спрямованості ,
• коефіцієнт підсилення..

Розрахуємо  поправку, що враховує відмінність  номінальної потужності передавача від потужності 1кВт.

 

 

Визначимо поправку, що враховує рельєф місцевості в такий  спосіб. Графік для визначення поправки, що враховує рельєф місцевості, наведений  на рисунку 2.1.Щоб визначити коливання  рівня місцевості Dh, рисують рельєф місцевості і визначають коливання Dh (приклад на рисунку2.1,а.). Коли Dh відрізняється від 20 м у ту або іншу сторону, варто вносити поправки, обумовлені по графіках рисунку2.1,б. і рисунку 2.1,в. Причому коефіцієнт В_рел визначимо, інтерполюючи між графіками рисунку 2.1,б і 2.1,в для r<100км.

Рисунок 2.1 –  Графік для визначення виправлення, що враховує рельєф місцевості

Тоді поправки для даного випадку дорівнюють:

 

 

Розрахуємо  напруженість поля, реально створювану передавальною станцією БС у пункті прийому АС, за формулою:

                  (2.3)

Розрахунок  проводиться для всіх висот передавальної  антени БС.

Визначаємо очікувану дальність  зв'язку для розрахованих напруженостей поля при різних висотах передавальної антени БС за графіком на рисунку 2.2

 

Рисунок 2.2 –  Криві для визначення дальності  зв'язку

Для  :

,

,

,

.

Для  :

,

,

,

.

Результати  заносимо в таблицю 2.2.

Таблиця 2.2 –  Результати розрахунку

Висота передаваль-ної антени  , м	Dh1		Dh2
	Напруженість поля E, дБ	Очікувана дальність зв'язку r, км	Напруженість поля E, дБ	Очікувана дальність зв'язку r, км
50	46,36	10	49,36	7
70	48,24	11	51,24	9
100	51,06	13	54,06	10
150	55,76	11	58,76	8

 

Висота антени h1 вибирається таким чином, щоб  при кращому варіанті Dh1 і при гіршому Dh2 одержати оптимальну дальність зв'язку, за умови, що відстань між БС і АС прямує до максимальної, а витрати на кабельне устаткування незначні.

При розрахунку приймаємо, що устаткування БС залишається  в основі опори, а довжина антенного  фідера l_ф збільшується з ростом h₁, збільшуючи загальне згасання фідера.

З вище викладених умов вибираємо висоту антени  –  , при цьому дальність зв'язку становить 13 км у випадку, коли рельєф місцевості .

 

2.2 Розрахунок дальності між базовою станцією (БС) і мобільною абонентською станцією (АС) системи рухомого радіозв'язку при погіршенні параметрів СПР (радіус зони 2)

 

Розрахунок  проводимо для  з огляду на те, що напруженість поля

Ес2 у пункті прийому на 9дБ менше, ніж у зоні 1 :

 

Отримане  значення підставимо у формулу (2.3):

Обчислюємо  напруженість поля, реально створювану передавальною ста-

нцією БС у пункті прийому АС, і очікувану дальність зв'язку.

Для  :

.

Для  :

.

Таблиця 2.3 –  Результати розрахунків

Висота передаваль-ної антени  , м	Dh1		Dh2
	Напруженість поля E, дБ	Очікувана дальність зв'язку r, км	Напруженість поля E, дБ	Очікувана дальність зв'язку r, км
100	42,06	13	45,06	14

 

Ширина зони 2 визначається за формулою:

 

Для  :

.

Для  :

.

Таблиця 2.4 –  Результати розрахунків

r″,км
Dh1	Dh2
11,1	3,2

 

2.3 Розрахунок  дальності між центральною станцією (ЦС) і базовою станцією (БС) (радіус  зони 1)

 

Так як, висота прийомної антени 1,5 м то, виправлення, що враховує висоту прийомної антени відмінну від 1,5 м дорівнює 0.

Визначаємо  необхідну напруженість поля двох типів  антен. Основна роз- рахункова формула:

 

восьми сегментна  спрямована антена.

Параметри обраної  антени:

Розкрив діаграми спрямованості ,

Коефіцієнт підсилення..

Розраховуємо  напруженості.

 

 

 

 

 

Для  :

,     R=26 км.

Для  :

    R=25 км.

 

 

2.4 Розрахунок  дальності між центральною станцією (ЦС) і базовою станцією (БС) при  погіршенні параметрів СПР (радіус  зони 2)

 

Розрахунок  ведемо з огляду на те, що напруженість поля Ес2 у пункті прийому на 9ДБ менше, ніж у зоні 1:

Ес2= Ес1-9=17,458 (дБ).

Розраховуємо  напруженість поля, реально створювану передавальною станцією ЦС у пункті прийому БС і очікувану дальність  зв'язку.

Для  :

,     R=36 км.

Для  :

    R=35 км

 

2.5 Оптимальне  місце розташування ЦС і БС

Приклад розташування зон обслуговування подано на рисунку 2.3 .

Рисунок 2.3 –  Карта розташування БС

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 КОМП’ЮТЕРНЕ  МОДЕЛЮВАННЯ

При розробці будь-якої системи або приладу  обов’язково проводиться  фізичне  або математичне моделювання. Зазвичай фізичне моделювання супроводжується  значними матеріальними затратами. Часто фізичне моделювання не можливе через велику складність системи або пристрою який розробляється. В цьому випадку використовують математичне моделювання та засоби обчислювальної техніки.

 Найбільш  часто для комп’ютерного моделювання  використовують такі програмні  продукти як P-CAD, ORCAD, DesignLab, Aplac, CircuitMaker, MicroCap, Electronics Workbench, System View, Maple, Mathematica, MathCad та MatLab які дозволяють промоделювати роботу різних реальних та ідеальних електричних компонентів.

Комп’ютерне моделювання проводитимемо в  середовищі Matlab 7.14 а саме у його додатку Simulink, який дозволяє використовувати його для системотехнічного моделювання. Simulink - це інтерактивна система для аналізу лінійних і нелінійних динамічних систем. Це графічна система налаштована на використання "миші". Вона дозволяє моделювати систему простим перетягуванням блоків в робочу область із подальшою установкою їх параметрів. Simulink може працювати з лінійними, нелінійними, безперервними, дискретними, багатовимірними системами. Особливістю даного додатка є наявність в його складі великої кількості бібліотечних функціональних блоків, зокрема блоки джерел різноманітних сигналів з практично будь-якими часовими залежностями, масштабуючі та лінійні і нелінійні перетворювачі з різноманітними формами характеристик, квантуючі прилади, інтегруючі та диференціюючі блоки та багато іншого. В бібліотеках міститься велика кількість віртуальних реєструючих приладів – від простих вимірювачів (наприклад вольтметр, амперметр)  до універсальних осцилографів. Важливою перевагою Simulink є інтеграція не тільки з системою Matlab, а і з великою кількістю інших програмних продуктів, що забезпечує практично необмежені можливості застосування Simulink для вирішення практично будь-яких задач моделювання.

Можливості  Simulink:

• Блок  Scope, здатен працювати з кількома портами;
• Оптимізація швидкості і використання пам’яті при моделюванні;
• Підтримка комплексних чисел при роботі з базовими блоками;
• Можливість конструювання джерел сигналів.

 Після  запуску програми натискаємо  «Help», потім  Communications System Toolbox, відкриваємо Demos, в розділі Simulink Demos обираємо пункт MIMO. Для дослідження обираємо схему IEEE® 802.16-2004 OFDM PHY Link, Including Space-Time Block Coding. На рисунку 3.1 представлена досліджувана схема.

Рисунок 3.1 –  Досліджувана схема

Запустимо роботу схеми. Результати роботи можна оцінити  за допомогою вбудованих осцилографів.

На рисунку 3.2 представлено спектр канального сигналу.

 

Рисунок 3.2 - Спектр канального сигналу

На рисунку 3.3 представлено сигнальне сузір'я КАМ.

Рисунок 3.3 – Сигнальне сузір'я КАМ

На рисунку 3.4 представлено спектр сигналу на виході передавальної антени.

Рисунок 3.4 - Спектр сигналу на виході передавальної антени

 

 

 

 

 

4 СТРУКТУРНА  СХЕМА СИСТЕМИ WiMAX

Мережа WiMAX по своїй архітектурі будується подібно до стільникової мережі. По місту встановлюється мережа базових станцій (BS). Кожна базова станція по схемі “точка - багатоточка” може обслуговувати з допомогою всенаправлених антен групу будівель в радіусі 6-8 км, формуючи при цьому подобу комірки стільниці. При необхідності зв’язку між віддаленими комірками базові станції можуть мати напрямлені антени і виконувати роль ретрансляторів по схемі “точка-точка” по радіоканалу на на відстанях до 50-ти км. З допомогою ретрансляторів можна створювати регіональні мережі, що можуть складатися ніби з острівків локальних мереж. Доступ до глобальних мереж наприклад загальноміських, регіональних чи інтернет мереж забезпечується тим що або кожна базова станція або одна з них до якої через ретранслятори чи направлені антени мають доступ всі решта базові станції, підключаються провідним з’єднанням чи оптоволоконним до магістральної мережі. Таку базову стнцію називають точкою доступу до магістралі Backhaul.

Антени базових  станцій можуть бути встановлені  не лише на мачтах але і на дахах високих будівель. На першому етапі на обслуговуючих будівлях встановлюються фіксовані зовнішні антени, що підключаються до блоку трансівера – станціїї клієнтів (SS). Що знаходиться всередині будівлі. В блоці трансівера є стандартні провідні Ethernet –інтерфейси для підключення обладнання клієнтів. Ноутбуки що знаходяться всередині будівлі, що підтримують безпровідний стандарт 802.11, мають в будівлі спілну точку доступу (хотспот). Для організації виходу в зовнішню мережу трафік користувачів від різного обладнання об’єднується з допомогою мультиплексора, вихід якого підключається до блоку трансівера клієнтів і далі передається по мережі WiMAX.