Файл: московский технический университет связи и информатики.docx
Добавлен: 07.12.2023
Просмотров: 258
Скачиваний: 12
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
МИНИСТЕРСТВО ЦИФРОВОГО РАЗВИТИЯ, СВЯЗИ И МАССОВЫХ КОММУНИКАЦИЙ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Ордена Трудового Красного Знамени федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«МОСКОВСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СВЯЗИ И ИНФОРМАТИКИ»
(МТУСИ)
Задание 1
По дисциплине
Сети и системы мобильной связи
Москва 2023
Задача 1
Рассчитать и построить диаграммы уровней (ДУ) в соте (для направления вверх и вниз) системы мобильной связи (СМС) и определить графоаналитическим способом (т.е. с помощью построенных ДУ) оптимальные энергетические параметры (ЭПопт) радиооборудования абонентской станции (АС) и базовой станции (БС) на основе простого технического критерия (ПТК).
Таблица 1. Исходные данные
| | диапазон рабочих частот | 2,6 ГГц |
| | мощность передатчика БС | 15 Вт |
| | радиус соты | 1 км |
| | дополнительные потери в ТР | 45 дБ |
| | тип территории обслуживания (ТО): | “Большой город” (БГ) |
| | высота антенны БС | 40 м |
| | потери в АФТ БС | 0,5 дБ |
| | мощность передатчика АС | 0,25 Вт |
| | скорость передачи в КСв↓ | 1000 Мбит/с |
| | скорость передачи в КСв↑ | 500 Мбит/с |
| | вид модуляции в КСв↓ | 64-КАМ |
| | вид модуляции КСв↑ | 16-КАМ |
| | скорость помехоустойчивого кодирования в КСв↓ | 3/4 |
| | скорость помехоустойчивого кодирования в КСв↑ | 1/2 |
| | коэффициент шума приемника БС | 2 дБ |
| | коэффициент шума приемника АС | 7 дБ |
Алгоритм выполнения задач:
-
подготовка поля ДУ; -
расчет уровней по точкам ППТ; -
построение ДУ; -
расчет параметров ПТК; -
отображение ПТК на ДУ; -
анализ выполнения ПТК; -
коррекция ДУ для выполнения ПТК (если необходима). -
формулировка выводов.
Подготовка поля ДУ
Диаграммы уровней пространственно привязывается к структурной схеме типового приемопередающего тракта КСв по контрольным точкам на стыках его типовых устройств. Обязательными контрольными точками являются вход и выход КСв. Типовые устройства в составе КСв: радиопередающее устройство (РПдУ), радиоприемное устройство (РПрУ), антеннофидерный тракт (АФТ): передающий АФТ(АФТпд) и приемный АФТ (АФТпр); антенна (А): передающая А (Апд) и применая А (Апр); тракт распространения (ТР). Остальные типовые устройства (электропитания, управления и пр.) на схеме типового ППТ не отображаются. Сказанное проиллюстрировано на рис. 1.1, где приведена полная структура симплексного ППТ.
Рисунок 1 – Иллюстрация этапа Подготовка поля ДУ
Расчет уровней по точкам ППТ
Расчет проводится методом преобразования уровней соответствующим блоком ППТ в направлении от входа (КТ №1) к выходу (КТ №7). На входе и выходе параметры сигналов являются известными и одинаковыми; на основании рекомендации МСЭ G.703 имеем: напряжение сигнала u1=u8=u=3В; входное сопротивление=выходному сопротивлению=RΩ=50 Ом. Таким образом можно рассчитать уровень сигнала на входе и выходе ППТ
Расчеты
p1=р8=10lg[u2/ RΩ] = 10lg (9/50) = - 7.447 (2)
Уровень сигнала в КТ №2 определяется непосредственно по заданной в ИД выходной мощности передатчика
p2=10lg[Рпд(Вт)] = 10lg(15) = 11. 761 (3)
где Рпд(Вт) – мощность передатчика, Вт (задана в ИД)
В точках 3…7 уровни рассчитываются методом преобразования уровней по формулам:
р3 = p2 - аф пд(дБ) = 11.761-0.5=11.261 (4)
где аф пд(дБ) – потери в передающем АФТ, дБ;
р4 = p3 + ga пд(дБ) = 11.261+60=71.261 (5)
где ga пд(дБ) – коэффициент усиления передающей антенны (антенны передатчика), дБ;
р5 = p4 – атр(дБ) = 71.261-185.371=-114.11 (6)
где атр(дБ) – потери в ТР, дБ;
р6 = p5 + ga пр(дБ)= -114.11+60= -54.11 (7)
где ga пр(дБ) – коэффициент усиления приемной антенны (антенны приемника), дБ;
р7 = p6 - аф пр(дБ)=-54.11-0.5= - 54.61, (8)
где аф пр(дБ) – потери в приемном АФТ, дБ.
Значения параметров аф пд и аф пр , если соответствующие АФТ применяются в КСв, задаются в ИД. Если передающий АФТ или приемный АФТ или оба одновременно в КСв отсутствуют, то соответствующее значение потерь принимается равным 0.
Значения показателей ga пд и ga пр задаются либо непосредственно, либо рассчитываются по заданным в ИД значениям диаметра зеркала (для параболических антенн).
Параметр атр в радиорелейном и спутниковом КСв рассчитывается по общей формуле
атр = асв + адоп , (9)
в которой асв - потери в свободном пространстве, дБ; адоп – дополнительные потери в реальных условиях распространения, дБ (задаются в ИД).
Дополнительные потери адоп задаются в ИД, а показатель асв рассчитывается по известной формуле
асв = 10lg[4πd/λ] , (10)
в которой d – протяженность КСв (расстояние связи), км; λ – длина волны, км.
Альтернативно параметр атр в сотовом КСв может рассчитываться по формуле Хата (при радиусе соты ≥1 км) ил по формуле Уолфиша-Икегами (при радиусе соты <1 км).
Построение диаграммы уровней
Сначала по результатам расчета уровней определяются максимальный и минимальный уровень в ППТ и эти значения наносятся на ординату ДУ, как показано на рисунке 1, затем определяется адекватный масштаб делений вертикальной оси ДУ так, чтобы шаг был 5 или 10 дБ. После этого наносятся расчетные значения уровней во всех точках и соединяются прямыми линиями.
Окончательным шагом выполнения данного этапа является визуальная проверка формы отдельных участков диаграммы уровней, величин перепадов уровней и их знаков.
Рисунок 2. Визуальная проверка формы отдельных участков
Расчет параметров ПТК
ПТК в рабочей (окончательной) форме записывается в виде соотношения
рс доп < р7 ≤ рс доп + ∆р , (11)
-94.778 < -54.61 ≤ -92.578
где рс доп – минимально-допустимый уровень сигнала на входе приемника, называемый также чувствительностью приемника, дБВт; ∆р – эксплуатационный запас, дБ, служащий в данных задачах коридором оптимальности (КО).
Параметр рс доп рассчитывается по формуле
рс доп = рш + qш доп , (12)
в которой рш – уровень тепловых шумов на входе приемника, дБВт; qш доп – допустимое отношение сигнал-шум (ОСШ) на входе приемника ОСШдоп, дБ.
Параметр qш доп рассчитывается по формуле
qш доп = qш0 + ∆qш , (13)
в которой qш0 – допустимое ОСШ для идеального приема с известным видом используемой модуляции и известной допустимой вероятностью ошибки Рош доп; ∆qш – результирующий энергетический запас, учитывающий энергетические потери на помехи и энергетический выигрыш от помехоустойчивого кодирования и адаптивного эквалайзера.
На Рисунке 3. приведены кривые помехоустойчивости для идеального приема при использовании модуляции видов 4-ФМ, 16-КАМ и 64-КАМ.
Рисунок 3. Кривые помехоустойчивости для идеального приема для видов модуляции 4-ФМ, 16-КАМ и 64-КАМ
Данные кривые могут использоваться для определения значения показателя qш0. На рисунке 1 показано для примера определение qш0 при Рош доп=10-2.
Параметр ∆qш либо задается в ИД либо рассчитывается по формуле
∆qш = ∆ни + ∆м – (∆пк+∆аэ) , (14)
в которой ∆ни – энергетические потери из-за неидеальностей ППТ (1…3) дБ; ∆м – энергетический запас на воздействие мешающих радиосигналов от других СРС (3…5 дБ); ∆пк – энергетический выигрыш от помехоустойчивого кодирования (4…8 дБ); ∆аэ - энергетический выигрыш от адаптивного эквалайзера (4…8 дБ). При этом большие значения из приведенных показателей энергетических потерь соответствуют более высоким скоростям передачи и более высокому числу уровней модуляции, а большие значения энергетических выигрышей – меньшим значениям скорости передачи и числа уровней модуляции.
Параметр рш рассчитывается по формуле
рш = 10lg[kб Т0 Nш ∆fпр] , (15)
в которой kб =1,38∙10-23 Вт/(К∙ Гц); Т0 =300 К; Nш – коэффициент шума приемника, раз; ∆fпр – шумовая полоса приемника, Гц.
Параметр ∆fпр рассчитывается по формуле
∆fпр = (1,1…1,2)(1+αцс)Rств /( rпк log2M ), МГц , (16)
где Rств - скорость передачи в КСв, Мбит/c;
rпк – скорость помехоустойчивого кодирования;
M – число уровней модуляции;
αцс – коэффициент скругления.
Параметр Nш рассчитывается через его значение в дБ, заданное в ИД, по формуле
Nш = 100,1nш(дБ) , (17)
где nш (дБ) – коэффициент шума приемника, дБ.
Параметр ∆р определяется из соотношения
∆р = (0,1…0,2) qш доп . (18)
Отображение ПТК на ДУ
Рассчитанные значения рш, рс доп и рс доп +∆р наносятся на ДУ в точке, соответствующей входу приемника (в разных задачах точка входа приемника может иметь разные номера). Сказанное проиллюстрировано на рисунке 4.
Рисунок 4 – Иллюстрация отображения ПТК на ДУ
Анализ выполнения ПТК
Если значение р7 для какой-либо ДУ находится внутри КО, то это означает, что ПТК выполняется и что имеется ДУопт. Вместе с тем могут быть случаи, когда ни одна из 3 ДУ не попадает в КО (т.е. нет ДУопт) и при этом все 3 ДУ находятся либо выше КО, либо ниже. В этом случае необходимо провести процедуру коррекции ДУ, ближайшей к КО.
Коррекция ДУ для выполнения ПТК
На рисунке 5. приведена иллюстрация процедуры корректировки для 2 альтернативных случаев отсутствия оптимальной ДУ. На рисунке 5. показан случай отрицательной корректировки на величину ∆ - корр, когда все 3 ДУ расположены выше КО, т.е. в КСв имеется излишний энергетический запас. В данном случае целесообразно опустить нижнюю ДУ (ближайшую к КО) примерно до середины КО, тем самым уменьшив на ∆ - корр энергетический запас в КСв. Это наиболее актуально, когда величина показателя ∆ - корр значительна (5 дБ и более). При меньшей, чем 5 дБ величине ∆ - корр, коррекцию проводить практически не обязательно, т.к. теоретически КСв работоспособен.