ΣΤΟΧΟΙ ΚΥΨΕΛΩΤΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΡΑ ΙΟΚΑΛΥΨΗ ΚΑΙ ΚΙΝΗΤΙΚΟΤΗΤΑ - Ευρεία Ραδιοκάλυψη Εξωτερικών χώρων -Βάθος Ραδιοκάλυψης -Interwoking µεταξύ συστηµάτων ΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΑ -Μεγάλος αριθµός συνδροµητών -Μικρή απόρριψη κλήσεων ΠΟΙΟΤΗΤΑ -Ποιότητα οµιλίας -Ρυθµός σφαλµάτων (δεδοµένων)
ΠΡΟΒΛΕΨΗ ΕΜΒΕΛΕΙΑΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Βήµα 1: Κατασκευή Ισοζυγίου Ισχύων (Link Budget) Βήµα 2: Χρήση µοντέλων διάδοσης για την εκτίµηση της εµβέλειας (ακτίνας κυψέλης)
ΑΣΥΡΜΑΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ
ΤΡΕΙΣ ΚΛΙΜΑΚΕΣ ΜΕΤΑΒΟΛΩΝ ΣΤΑΘΜΗΣ ΣΗΜΑΤΟΣ
ΜΟΝΤΕΛΑ ΑΠΩΛΕΙΩΝ ΙΑ ΟΣΗΣ (Path Loss Models)
ΑΠΩΛΕΙΕΣ ΙΑ ΟΣΗΣ - ΙΑ ΡΟΜΗΣ G T L T G R L R P T Απώλειες ιαδροµής L Path Loss P R P = R PT GT G L LL T R R L = P P T R G L T T G L R R
EIRP και Επιτρεπτή Απώλεια ιάδοσης Ενεργή Ισότροπα Ακτινοβολ. Ισχύς P G L T T EIRP = = T P TI Ενεργή Ισότροπα Λαµβανόµενη Ισχύς P = RI PR L G R R Απώλειες ιάδοσης P P TI L = = RI P P T R G L T T G L R R Αν P RI =ευαισθησία δέκτη τότε L=max επιτρεπτή απώλεια διάδοσης L db = 10 log P P TI RI
Απώλεια ιάδοσης στο Κενό P P R T = G G a b λ 4π r 2 L db = P T 10 log = 32,5 + 20 log rkm + 20 P R log f MHz
Απώλειες Επίπεδης Γης Απώλειες Επίπεδης Γης = r h h k r P P b m T r cos 1 4 2 2 π λ + = + = r h h jk xp A A A A b m direct reflected direct tot 2 Re 1 h m r h b L = 40 log r 20 log h m 20 log h b
Απώλειες Επίπεδης Γης (συνέχεια) Απώλειες Επίπεδης Γης (συνέχεια) = r h h k r P P b m T r cos 1 4 2 2 π λ Για r>> έχουµε h b,h m <<r και 4 2 2 2 4 r h h r h h k r P P b m b m T r π λ 2 1 cos 2 θ θ L = 40 log r 20 log h m 20 log h b η σε db:
1 r 4 Απώλειες Ελευθέρου ιαστήµατος Απώλειες Επίπεδης Γης
Μέγιστη Ισχύς ανά κανάλι P T (dbm) L T Απώλειες γραµµών Τ x EIRP ανά κανάλι P EIRP (dbm) G T (dbi) Απολαβή κεραίας ΙΣΟΖΥΓΙΟ ΙΣΧΥΩΝ ΑΠΩΛΕΙΕΣ ΙΑ ΡΟΜΗΣ L path (db)=f(r,t) Περιθώριο Ισχύος Fade Margin G R (dbi) Απολαβή κεραίας P r (dbm) Ισχύς λήψης N floor (dbm/hz) NF (db) Απώλειες γραµµών L R Ισχύς εισόδου δέκτη P r (dbm) SNR Ευαισθ. έκτη P th (dbm) Ενεργή φασµατική πυκνότητα ισχύος N(dBm/Hz)
L = 40 log r 20 log h m 20 log h b COST 231 Final Report
COST 231 Final Report
ΜΟΝΤΕΛΑ ΑΠΩΛΕΙΩΝ ΙΑ ΟΣΗΣ 1. Μακροκυψέλες
ΟΡΙΣΜΟΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ Για µακροκυψέλες έχουµε
ΕΜΠΕΙΡΙΚΑ ΜΟΝΤΕΛΑ
ΜΟΝΤΕΛΑ ΕΚΘΕΤΙΚΗΣ ΥΝΑΜΗΣ ΜΟΝΤΕΛΑ ΕΚΘΕΤΙΚΗΣ ΥΝΑΜΗΣ 4 2 2 2 4 r h h r h h k r P P b m b m T R π λ n T R r k L P P = = 1 Γενικά ένα µοντέλο µπορεί να γραφεί και σαν: η σε db: L=10 n logr + K Τα n και K εξαρτώνται από: Την συχνότητα Το περιβάλλον διάδοσης Τα ύψη των κεραιών
ΜΟΝΤΕΛΟ ΠΑΡΑΓΟΝΤΑ Clutter = 10 n logr-20 logh b -20 logh m +K
150 MHz < f < 1500 MHz 30m < h b < 200m d > 1km L db =A+Blogd km -E L db =A+Blogd km -E- C L db =A+Blogd km -E- D Urban area Suburban area Open area A=69,55 + 26,16 logf MHz ) 13,82 logh b B=44,9 6,55 logh b E=3,2 (log(11,75h m )) 2 4,97 E=8,29 (log(1,54h m )) 2 1,1 E=(1,11 logf MHz 0,7)h m (1,56 logf MHz 0,8) µεγάλες πόλεις, f > 300MHz µεγάλες πόλεις, f < 300MHz µεσαίες και µικρές πόλεις C=5,4 + 2 (log (f MHz /28 )) 2 D=40,94 + 4,78 (log f MHz ) 2 18,33 log f MHz
PL= 69,55+26,16*LOG10(f c )-13,82*LOG10(h b )+(44,9-6,55*LOG10(h b ))*LOG10(d)-E PL= 69,55+26,16*LOG10($C$8)-13,82*LOG10($C$10)+(44,9-6,55*LOG10($C$10))*LOG10(B13)-$C$5 E= 3,2*(LOG10(11,75*C9))^2-4,97 για fc>300mhz E= -0,00092 Large cities f c 905 h m 1,5 h b 30 d PL(dB) 1 126,48 2 138,47 3 145,49 4 150,46 5 154,32 6 157,47 7 160,14 8 162,45 PL(dB) 165 160 155 150 145 140 135 130 125 OCUMURA-HATA 120 1 2 3 4 5 6 7 8 d(km)
1500 MHz < f < 2000 MHz 30m < h b < 200m 1m < h m < 10m 1km < d < 20km L db =F + B logd km E + G Όπου: F=46,3+33,9logf MHz 13,82logh b B=44,9 6,55 logh b E=(1,11 logf MHz 0,7)h m (1,56 logf MHz 0,8) 0 db για µεσαίες και µικρές πόλεις και προαστιακές περιοχές G= 3 db για µητροπολιτικές περιοχές
800 MHz < f < 2000 MHz 4m < h b < 50m 1m < h m < 3m 0,02 km < d < 5 km θ h b h b h roof h m h m Σταθµός Βάσης b W Για συνθήκες NLOS: L 50 =L f +L rts +L msd όπου: L f απώλειες ελευθέρου διαστήµατος L rts απώλειες περίθλασης και σκέδασης στέγης-δρόµου L msd απώλειες πολλαπλής περίθλασης
L rts = -16,9-10logW+10logf c +20log h m +L(φ) L(φ)=-10+0,354φ L(φ)=2,5+0,075(φ-35 ) L(φ)=4,0-0,114(φ-55 ) για 0 <φ<35 για 35 <φ<55 για 55 <φ<90 Σταθµός Βάσης φ L msd =L bsh + k a + k d logd + k f logf c - 9 logb L bsh = -18 log(1+ h b ) για h b >h roof = 0 για h b < h roof k a =54 για h b >h roof h b h b h roof θ = 54-0,8 h b για d > 0,5 km και h b < h roof = 54-0,8 h b *(d/0,5) για d < 0,5 km και h b < h roof k d = 18 για h b >h roof = 18-15 h b /h roof για h b < h roof k f = -4+0,7*(f c /925-1) για µικρές πόλεις και µέτρια βλάστηση = -4+1,5*(f c /925-1) για µητροπολιτικά κέντρα
Ενδεικτικές τιµές µοντέλου: b = 20-50m W =b/2 φ = 90º Ύψος Κτιρίων = 3*πλήθος ορόφων + στέγη όπου στέγη = 3 m για σπίτια µε κεραµίδια 0mγια επίπεδες ταράτσες Για συνθήκες LOS: L 50 = 42,6 + 26 logd + 20 logf c για µικροκυψέλες µε d>0,02km και h b <h roof
Λογισµικό Σχεδίασης Υπάρχουν αρκετά εργαλεία λογισµικού για την σχεδίαση των συστηµάτων Επιτρέπουν : την πρόβλεψη της περιοχής κάλυψης την πρόβλεψη των παρεµβολών την αυτοµατοποίηση των σχεδίων συχνοτήτων την επίλυση θεµάτων διαχείρισης των δικτύων Βασίζονται κυρίως σε εµπειρικά µοντέλα απωλειών και απώλειες περίθλασης από το ανάγλυφο
Κεραίες Μακροκυψελών Πανκατευθυντικές στο αζιµούθιο ή κατευθυντικές σε περίπτωση τοµεοποίησης (για ελαχιστοποίηση των ενδοκυψελικών παρεµβολών) Κατευθυντικότητα στο κατακόρυφο επίπεδο για απολαβή ισχύος και ρύθµιση της κάλυψης
Κεραία τύπου PANEL Κατευθυντικότητα 120 για τοµεοποίηση Εύρος ηµισείας ισχύος 85-90 (συµβιβασµός µεταξύ κάλυψης και παρεµβολής) Στοιχειοκεραία κατακόρυφων και οριζόντιων στοιχείων (διπόλων)
Κατακόρυφο διάγραµµα ακτινοβολίας στοιχειοκεραίας (σε dbi) Πανκατευθυντική σε αζιµούθιο
Ηλεκτρονική Στροφή Λοβού) 0 0 6 0
Επίπτωση της στροφής στην κάλυψη Μοντέλο Okumura-Hata path loss και διάγραµµα κεραίας Ισοδυναµεί µε ενεργό αύξηση του n (εκθέτης απωλειών)
Space Diversity Polarisation Diversity
ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Τα µοντέλα απωλειών διαδροµής χρησιµοποιούνται για την πρόβλεψη της κάλυψης των µακροκυψελών Τα εµπειρικά µοντέλα δίνουν εύκολα (γρήγορα) µια πρώτη πρόβλεψη Τα φυσικά µοντέλα (που περιλαµβάνουν πολλαπλή περίθλαση σε στέγες) δίνουν µεγαλύτερη ακρίβεια Η κάλυψη και οι παρεµβολές µπορούν να ρυθµίζονται και µε την βοήθεια του διαγράµµατος ακτινοβολίας της κεραίας εκποµπής του ΒΣ.
Μοντέλα Απωλειών Σκίασης (Shadow Loss or Slow fading)
Μηχανισµός Σκίασης σε Μακροκυψέλες για σταθερή απόσταση µετάδοσης έχουµε µεταβολές της γεωµετρίας κάθε διαδροµής Τα µοντέλα απωλειών προβλέπουν την µεσαία στάθµη, αυτήν δηλ. που υπερβαίνεται στο 50% των θέσεων
Τυπικές µεταβολές Σκίασης
Συνάρτηση Πυκνότητας Πιθανότητας Η ισχύς (σε db) ακολουθεί κανονική κατανοµή Άρα η ισχύς (σε W) ακολουθεί λογαριθµική κανονική κατανοµή Τυπικές τιµές σταθερής απόκλισης (τοπικής µεταβλητότητας) 5-12 db
Πυκνότητα Πιθανότητας Σκίασης Συνάρτηση πυκνότητας πιθανότητας (κανονική µε µέση τιµή 0) p( L S ) exp 2 1 L = S 2 σ L 2π 2σ L L=L 50 +L s σ L είναι η µεταβλητότητα θέσης [db] Ολική απώλεια διαδροµής Τυχαία µεταβλητή πλέον Μεσαία απώλεια διαδροµής Από µοντέλα απωλειών Απώλειες σκίασης Τυχαία µεταβλητή
Επίδραση της σκίασης στην ακτίνα της κυψέλης Μειωµένη ακτίνα για διαθεσιµότητα πάνω από 50%
Πραγµατική κάλυψη Ιδεατό Όριο κυψέλης
Πρόβλεψη (Εκτίµηση) της ιαθεσιµότητας Πιθανότητα η σκίαση να υπερβαίνει τις απώλειες διαδροµής κατά z (db) Pr [ L > ] = = S z exp dx Q z 2π 2 σ L x= σ L 1 Όπου Q(.) η συµπληρωµατική σωρευτική κανονική κατανοµή: x 2 z Q( t) 1 = 2π exp x 2 2 dx = 1 2 erfc x= t 2 t
Η συνάρτηση Q
Μεταβολή της ιαθεσιµότητας µε την Απόσταση
ιαθεσιµότητα σε όλη την έκταση της κυψέλης Η διαθεσιµότητα µειώνεται µε την αύξηση της απόστασης Υπολογίζουµε (την διαθεσιµότητα) για κάθε δακτύλιο (r, r) και αθροίζουµε
ιαθεσιµότητα συναρτήσει µεταβλητότητας θέσης
Μεταβλητότητα Θέσης Suburban Urban
η Σκίαση: ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 1. καθιστά την πρόβλεψη της ραδιοκάλυψης στατιστική ( στατιστική (προβλέπεται δηλ. η διαθεσιµότητα µάλλον παρά η στάθµη σήµατος) 2. επηρεάζει και την ραδιοκάλυψη και την χωρητικότητα