Модель COST 231-Уолфиш-Икегами

Особенностями модели COST231-Уолфиш-Икегами (Walfish-Ikegami) в сравнении с модельюCOST 231-Хата являются:

1) Антенна базовой станции может находиться как выше, так и ниже линии уровня крыш городской застройки;

2) Учитывается ширина улиц, расстояния между зданиями, высота зданий и ориентация улиц относительно направления распространения сигнала;

3) Расчет ослаблений проводиться в диапазоне (0,02 –5) км, а в модели Хата – (1 – 20) км.

Основные параметры модели Уолфиш-Икегами:

1) Диапазон частот (f_МГц): (800 – 2000) МГц;

2) Высота антенн БС (h_b): (4 – 50) м;

3) Высота антенн абонентских станций (h_а): (1 -3) м;

4) Расстояние между БС и АС (d_км): (0,02 – 5) км;

5) Высота зданий (h_r): (3 n + h_c), h_c – высота ската крыши, n – число этажей;

6) Ширина улиц (b): (10 – 25) м;

7) Угол на БС относительно продольного направления улиц (ψ): 0 – 90^о.

Практически при нерегулярной застройке в качестве параметров h_r и b принимают средние значения.

Данная модель позволяет рассчитывать средние потери мощности сигнала L дБ для двух случаев: при наличии прямой видимости между антеннами БС и АС (L₁) и при отсутствии прямой видимости (L₂).Модель рассчитана на плоскую земную поверхность.

Рассмотрим эти случаи раздельно.

1. Прямая видимость вдоль улиц или других открытых площадей.

К прямым лучам между БС и АС добавляются переотраженные лучи от земли и строений с произвольными амплитудами и фазами и изменениями поляризации. Основная формула для ослабления L₁ в децибелах имеет вид:

 

L₁ = 42,64 + 26 lgd_км + 20 lgf_МГц. (15)

 

Сравнивая формулу (15) с основным ослаблением в свободном пространстве,

 

L₀ = 32,45 + 20(lgd_км + lgf_МГц),

 

получим: L₁ = L₀ + 10,2 + 6 lgd_км = L₀ + 6 lg50d_км. (16)

 

То есть, ослабление мощности сигнала в данном режиме распространения определяется добавкой ΔLк ослаблению в свободном пространстве. Эта добавка зависит только от расстояния между БС и АС:

 

ΔL = L₁ - L₀ = 6 lg50d_км. (17)

 

2. Распространение при отсутствии прямой видимости.

Возможны два варианта: 1) антенна БС расположена не выше крыш зданий, стоящих на пути луча к АС и 2) антенна БС расположена выше крыш зданий.

Потери мощности сигнала L₂ в первом варианте определяется общей формулой:

L₂ = L₀ + L₃ + L₄, где L₃ – есть потери при распространении над крышами зданий за счет дифракции, L₄ – есть потери за счет прохождения сквозь здания и многочисленные отражения.

 

L₃ = - 16,9 – 10 lgb + 10 lgf_МГц + 20 lg (h_r - h_a) + L_ψ. (18)

 

L₄ = L_h + k_а + k_dlgd_км + k_flgf_МГц – 9lg 2b. (19)

 

В уравнении (18) L_ψ есть потери из-за взаимной ориентации направления распространения и улиц (ψ = 0, если направление распространения совпадает с направлением улицы). В общем случае эти потери определяются формулами:

 

 

-10 + 0,35ψ; (0 ψ 35⁰);

L_ψ = 2,5 + 0,075 (ψ – 35⁰); (35⁰ ψ 55⁰); (20)

4,0 – 0,114 (ψ – 55⁰); (55⁰ ψ 90⁰).

 

В уравнении (19) составляющая L_h учитывает уменьшение потерь, если антенна БС расположена выше крыши зданий. Эта составляющая определяется по формуле:

 

L_h = - 18 lg (1 + h_b– h_r) при h_b>h_r; (21)

L_h = 0 при h_b<h_r.

 

В уравнении (19) составляющая k_а учитывает влияние радиуса соты a на потери мощности:

 

k_а = 54 дБ при h_b>h_r;

54 – 0,8(h_b – h_r) при h_b<h_r, а >500 м;

54 – 1,6 а_км (h_b – h_r) при h_b<h_r, а <500 м. (22)

 

В уравнении (19) составляющая k_d учитывает высоту антенны БС над крышами:

 

k_d = 18 дБ при h_b>h_r;

18 – 15 (h_b – h_r)/ h_r. (23)

 

В уравнении (19) составляющая k_f учитывает влияние частоты сигнала и характера застройки.

При многоэтажной застройке большого города:

 

k_f = -4 + 1,5 (f_МГц /925 – 1). (24)

 

Для среднего города и пригородов:

 

k_f = -4 + 0,7 (f_МГц /925 – 1). (25)

 

Заметим, что данная модель используется Международным телекоммуникационным союзом (ITU) в качестве стандартной модели для систем подвижной связи 3Gи 4G, работающих в диапазоне частот 800 < f < 2000 МГц (0,8 < f < 2,0 ГГц).

 

Результаты исследований

Построения графиков функций проведем в системе автоматического проектирования Mathcad 15.0 (см. приложение 1). Результаты исследований представлены на рисунках 1 и 2.

Сравнивая модели Окамуры-Хата и COST231-Хата для городов средней застройки оценки ослабления практически совпадают для диапазона частот 800-1000 МГц, а по мере приближения к 2 ГГц, модель COST231-Хата предсказывает большее затухание. А для городов с плотной высокой застройкой прогноз затухания сигнала по модели Окамуры-Хата выше, чем по модели COST231-Хата.

Большое расхождение можно увидеть в графиках для моделей Окамуры-Хата для открытой местности и модели Уолфиш-Икегами для прямой видимости.

С увеличением расстояния между базовой и абонентской станциями все исследуемые модели предсказывают большее затухание радиоволн.

 

 

Рисунок 1 – Зависимости затухания сигнала от частоты для различных моделей при расстоянии между базовой и абонентской станциями 1 км

 

Рисунок 2 - Зависимости затухания сигнала от частоты для различных моделей при расстоянии между базовой и абонентской станциями 5 км

 

 

Приложение 1

1. Модель Окамуры-Хата

Создадим функцию эмпирической формулы Окамуры - Хата для построения графиков L(f) в диапазоне f = [0.8, 2.0] ГГц

при расстояниях 1 км и 5 км, при высоте антенны базовой станции 50 м. Высоту подвеса антенны абонентской станции примем равной 1.5 м.(Внимание! Поправочный коэффициент высоты антенны МС для города с высокой застройкой определен только для частоты свыше 400 МГЦ):

 

2. Модель COST231-Хата

Создадим функцию эмпирической формулы COST231-Хата:

 

 

3. Модель COST 231-Уолфиш-Икегами

Создадим функцию для модели COST 231-Уолфиш-Икегами. Рассчет проведем только для случая прямой видимости между БС и АС, согласно методическим указаниям.

 

 

 

 

⇐ Предыдущая12

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: