Методические указания к выполнению расчетно-графической работы №1

Задание к выполнению расчетно-графических работ

В расчетно-графической работе №1 требуется провести расчет:

- максимального расстояния уверенного приема (дальности) между центральной станцией (ЦС) и мобильной абонентской станцией (АС) системы беспроводной радиосвязи (радиус зоны 1);

- максимального расстояния посредственного, неуверенного приема (худшего качества) между ЦС и АС (радиус зоны 2).

В расчетно-графической работе №2 требуется провести расчет:

- максимального расстояния уверенного приема (дальности) между центральной станцией и базовой станцией (БС) (радиус зоны 1);

- то же расстояние, но при условии посредственного, неуверенного приема (худшего качества) (радиус зоны 2).

Общие условия расчетов:

В расчетно-графических работах принимается, что построение беспроводной системы проводится на какой-то территории покрытия впервые.

Следует иметь в виду, что связь ЦС с АС осуществляется на первых этапах построения радиальной сети, с использованием антенн с круговой диаграммой направленности. Связь ЦС с БС осуществляется с использованием направленной антенны, устанавливаемой на БС. Расчет связи ЦС с АС и связи ЦС с БС производится по одной методике.

Исходные данные для расчетов:

а) номинальная мощность передатчика ЦС Р_н выбирается по последней цифре зачетной книжки из таблицы 1;

б) средняя рабочая частота f также выбирается по последней цифре зачетной книжки из таблицы 1;

в) высота приемной антенны h₂ также выбирается по последней цифре зачетной книжки из таблицы 1;

г) требуемая напряжённость поля сигнала в пункте приёма АС Е_с также выбирается, согласно последней цифре зачётной книжки из приведенной ниже таблицы 1;

Таблица 1 – Зависимость варианта от последней цифры зачетной книжки

Последняя цифра зач. книжки
Рн, Вт
f, МГц
h2, м	1,0	1,1	1,2	1,3	1,4	1,0	1,1	1,2	1,3	1,4
Ес, дБ

д) рельеф местности в зоне обслуживания Dh системы беспроводной радиосвязи определяется по предпоследней цифре зачетной книжки из таблицы 2 для меньшего колебания изменения рельефа местности Dh₁ и для большего варианта изменения рельефа местности Dh₂;

Таблица 2 – Зависимость варианта от предпоследней цифры

Предпоследняя цифра зачетной книжки

Рельеф местности изменяется от Dh1 до Dh2

Dh1,м

Dh2,м

е) затухание в фильтрах и антенных разделителях считаем одинаковым для любого варианта и принимаем равным В_ф=9 дБ;

ж) усиление передающей и приемной антенн ЦС и АС D_у выбирается из таблицы 3. При расчете дальности связи между ЦС и АС в качестве антенн ЦС и АС следует выбирать всенаправленные антенны (ширина диаграммы направленности 360°). При расчете дальности связи между ЦС и БС следует иметь в виду, что в качестве антенны ЦС по-прежнему используется та же всенаправленная антенна, а в качестве антенны БС можно использовать разные типы антенн.

Таблица 3 – Параметры антенн

Тип антенны	QЕ, °	КУ, Dу , дБ
1 Полуволновой вибратор
2 Волновой вибратор		1,6
3 Полуволновой шунтовой вибратор
4 Четвертьволновой штырь
5 Семиэлементная антенна типа «Волновой канал»		8,0
6 Четырёхэтажная антенна из волновых вибраторов		7,3
7 То же, двухэтажная		3,6

2.1 Считаем, что высота передающей антенны не дана, поэтому будем задаваться различными высотами антенн, чтобы определить радиус обслуживания с тем, чтобы выбрать подходящий вариант размещения ЦС с учетом местных условий.

Задаемся следующими высотами антенны ЦС:

h₁=30, 50, 70, 100, 150, 200, 300 м.

При расчете принимаем, что оборудование ЦС остается у основания опоры, а длина антенного фидера l_ф увеличивается с ростом h₁, увеличивая общее затухание фидера. Параметры кабелей приведены в таблице 4.

Таблица 4 – Параметры кабелей

Марка кабеля	Волн. сопр., rф, Ом	Затухание a, дБ/м на частотах, МГц
РК-50-3-11(РК-159) РК-50-7-11(РК-147) РК-50-7-15(РК-47) РК-50-11-11(РК-148) РК-50-11-13(РК-48) РК-75-4-11(РК-101) РК-75-4-15(РК-1) РК-75-7-11 РК-75-7-12 РК-100-7-11(РК-102) РК-100-7-3(РК-2) РК-5/18 РКД-2-7/28 РКД-2-9/33 РК-75-7-12(РК-120) РК-75-4-21(РКТФ-1) РК-75-7-21(РКТФ-3) РК-75-17-11(РК-5) РК-75-7-18 РК-75-9-12(РК-3) РК-75-9-13(РК-103) РК-75-13-12 РК-75-17-12(РК-108)		- - - - - 0,08 0,08 0,05 0,05 - - - - - 0,06 0,07 0,045 0,014 0,03 0,043 0,038 0,02 0,028	- - - - - 0,3 0,28 0,18 0,19 - - - - - 0,18 0,27 0,15 0,043 0,14 0,15 0,14 0,06 0,07	0,77 0,49 0,5 0,32 0,35 0,58 0,58 0,47 0,5 0,21 0,37 0,067 0,047 0,039 - - - - - - - - -	0,83 0,51 0,52 0,34 0,37 0,62 0,62 0,52 0,55 0,25 0,41 0,085 0,052 0,043 - - - - - - - - -	0,95 0,56 0,56 0,38 0,4 0,72 0,72 0,65 0,66 0,33 0,45 0,12 0,162 0,052 - - - - - - - - -

2.2 Определим затухание фидера для всех высот антенн ЦС

DB_ф = a l_ф, дБ

где l_ф - длина фидера, м;

a - погонное затухание, дБ/м.

Для чего из таблицы 4 выбираем кабель, работающий на заданной частоте, и определяем его затухание.

2.3 Занесем полученные данные в таблицу (по форме таблицы 5).

2.4 Рассчитаем В_р.н – поправку, которая учитывает отличие номинальной мощности передатчика от мощности 1кВт, по формуле

2.5 Рассчитаем В_h2 – поправку, учитывающую высоту приемной антенны, отличную от 1,5 м, по формуле

В_h2=10lg(1.5/h₂)

где h₂ –высота приемной антенны АС.

Таблица 5 – Образец оформления выходных данных

Высота передающей антенны, h1, м.	Затухание фидера, a*lф, дБ.
	1,03
	1,73
	2,34
	3,47
	5,20
	6,94
	10,41

2.6 Определяем В_рел - поправку, учитывающую рельеф местности следующим образом. График для определения поправки, учитывающей рельеф местности, приведен на рисунке 1.

Весь последующий расчет необходимо производить для двух крайних случаев: когда колебание высоты рельефа местности имеет минимальное значение (Dh₁ - наилучший вариант) и когда колебание рельефа местности имеет максимальное значение (Dh₂ - наихудший вариант).

Соответственно, для обоих случаев высчитывается В_рел - поправка, учитывающая рельеф местности. Коэффициент В_рел определяется как среднее арифметическое значений, полученных по графикам рисунков 1а (сельская местность) и 1б (городская местность) для данной Dh.

Врел, дб (для города) Врел, дб (для села)

Рисунок 1 - График для определения поправки рельефа местности

Для примера определим поправку, учитывающую рельеф местности при Dh=20 м, она составит: В_рел = -6 дБ.

2.7 Определим напряженность поля для случаев Dh₁ и Dh₂, реально создаваемое передающей станцией ЦС в пункте приема АС по основной расчетной формуле

Е=Е_с+В_р.н+В_ф+В_h2+В_рел+ (a*l_ф)-D_у (1)

где l_ф - длина фидера, м;

a - погонное затухание, дБ/м;

Е_с - требуемая напряжённость поля сигнала в пункте приёма АС, дБ;

В_р.н - поправка, учитывающая отличие номинальной мощности передатчика от мощности 1кВт, дБ;

В_ф - затухание в фильтрах и антенных разделителях, дБ;

В_h2 - поправка, учитывающая высоту приемной антенны, отличную от 1,5 м, дБ;

В_рел - поправка, учитывающая рельеф местности, дБ;

D_у – сумма коэффициентов усиления передающей и приемной антенн ЦС и АС, дБ.

Расчет произвести для всех высот передающей антенны ЦС и результаты расчета привести по образцу таблицы 6.

Таблица 6 – Образец оформления результатов расчета

Высота передающей антенны , м	Для Dh1	Для Dh2
Напряжен-ность поля Е, дБ	Ожидаемая дальность связи r, км	Напряжен-ность поля Е, дБ	Ожидаемая дальность связи r, км
…

2.8 По графику на рисунке 2 (полученному экспериментально) определим ожидаемую дальность связи для рассчитанных напряженностей поля при различных высотах передающей антенны ЦС (для Dh₁ и Dh₂).

Рисунок 2 – Кривые для определения дальности связи

2.9 Итак, мы определили значения дальности связи, задаваясь различными значениями высоты подвеса антенны для крайних случаев перепада высот местности. Исходя из полученных значений, необходимо выбрать оптимальную высоту подвеса антенны h₁ и обосновать свой выбор.

Радиус зоны 1 (максимального расстояния между ЦС и АС) выбирается как наименьшее из значений дальности связи, рассчитанных для рельефов с Dh₁ и Dh₂

2.10 Расчёт зоны 2 (при связи ЦС с АС) отличается от расчета зоны 1 тем, что если в зоне 1 обеспечивается уверенная связь (без пропаданий и замираний сигнала); то в зоне 2 могут быть замирания и пропадания сигнала, однако при этом качество связи остается приемлемым и разборчивость речи удовлетворительна.

За радиусом зоны 2 беспроводная связь или отсутствует совсем или неразборчива. Расчёт ведём, учитывая, что напряжённость поля Е_с2 в пункте приёма на 9 дБ меньше, чем в зоне 1

Е_с2 =Е_с1-9.