dr. moshe ran/ תקשורת ניידת ותאית – פרק 3 1 מערכות תקשורת...

Dr. Moshe Ran/ 31תקשורת ניידת ותאית – פרק

מערכות תקשורת ניידות ותאיות

"ר משה רןד

. אין לצלם, לשכפל או להעתיק בכל צורה שהיא . MostlyTek Ltdכל הזכויות שמורות לחברת ללא קבלת אישור בכתב מד"ר משה רן

Dr. Moshe Ran / 32 - פרק תקשורת ניידת ותאית

תוכנית הקורס שעות[3 מבוא למערכות תקשורת אלחוטיות: ]

מערכות תקשורת להעברת מידע, מקור מידע אנלוגי, ספרתי. סכימת מערכת תקשורת ומרכיביה, מערכות תקשורת אנלוגיות מול ספרתיות

– השוואה, סווג ערוצי תקשורת )קווי, אלחוטי(, ספקטרום תדרים, ייצוג אותות בזמן ובתדר, יחידות. תהליכים וכווני התפתחות

ברשתות גישה מהירה, מערכות תקשורת אלחוטיות – סקירה, סוגיית התדרים במערכות אלחוטיות. מערכות דור ראשון, דור שני, שלישי ורביעי בתקשורת ניידת תאית. מגמות עיקריות בהתפתחות מערכות

אלחוטיות בפס רחב.

פרק 1

שעות[6עקרונות תכנון של מערכות תקשורת תאיות: ]( , הקצאת תדרים, מבוא frequency-reuseשימוש חוזר בתדרים )

וקיבול מערכת, ACI ,CCI( , הפרעות , handoffלטכניקות העברת שליטה ) ומדדים לאכות שירות, שיטות Erlang , GOSריבוב סטטיסטי ומושג

להגדלת קיבול במערכות תאיות. דוגמאות מעשיות.

פרק 2

שעותLarge Scale [ 9]מודלים להתפשטות גלים במערכות תאיות- מנגנוני יסוד 3מבוא להתפשטות גלי רדיו, מודל התפשטות בחלל חופשי,

(, פיזור diffraction(, דיפרקציה )(reflectionבהתפשטות גלי רדיו: החזרה (scattering( חיזוי הפסדי נתיב במודל עם קוו ראיה , )LOS הפסדי נתיב , )

(, מודלים מעשיים להתפשטות מחוץ NLOSבמערכות ללא קוו ראיה ) cost231,Okumura, Hata Walfish and Bertoni( כולל outdoorלבניינים )

תכנון מאזן ערוץ למערכת תאית בהתבסס על חיזוי הפסדי נתיב, קביעת (, חדירה של Indoorאחוז כיסוי שטח , מודלים להתפשטות בתוך בנינים )

Ray Tracing modelsאותות לתוך בנינים,

פרק 3


תוכנית הקורס Small Scale 9( מודלים להתפשטות גלים במערכות תאיות-

שעות( גורמים המשפיעים על מודלים לטווח קצר, מדידות של מודל החזרות

(multipath פרמטרים עקרוניים של ערוצים עם דעיכות והחזרות: רוחב סרט ,) מודלים Doppler spread, זמן קוהרנטי- delay spreadקוהרנטי –

Saleh and Valenzuelaסטטיסטיים לערוצים עם דעיכות והפרעות, מודל ITU-B, מודל SUI(, מודל Indoorלהתפשטות בתוך בנינים )

4פרק

שעות(3טכניקות אפנון וגילוי למערכות תקשורת ניידות: ) סוגי אפנון – ייצוג סכמתי לאותות מאופננים )אנלוגי, ספרתי(,

, אפנון פס צד DSB(, אפנון פס צד כפול AMאפנון ליניארי: אפנון תנופה ) SSBיחיד

(. FM(, אפנון תדר )PMאפנון לא-לניארי: אפנון זווית ), PPM, אפנון מיקום PDM, אפנון משך PAMאפנוני פולסים: אפנון עוצמה

(Delta Modulation, אפנון דפרנציאלי )PCM, אפנון מקודד PFMאפנון תדר

5פרק

-BPSK, DPSK, QPSK, O: שיטות אפנון ספרתי ליניאריות נפוצות

QPSK ,שיטות אפנון ספרתי עם עוטפת קבועה: FSK, MSK, GMSK . שיטות(. OFDM. אפנון רב-טוני )M-PSK, M-QAM, M-FSK :אפנון מסדר גבוה

Spread-Spectrumמבוא לשיטות מרחיבות סרט

6 פרק


תוכנית הקורס שעות[6טכניקות ריבוי גישה במערכות תקשורת אלחוטיות ]

(, שיטת ריבוי גישה בהתבסס על Multiple Accessמבוא לריבוי גישה ), ריבוי גישה TDMA ריבוי גישה בחלוקת זמן FDMAחלוקת תדר

, שיטות CDMA ובשיטת FHMAבטכניקות של הרחבת ספטרום . השוואת ביצועים של OFDMA, MC-CDMAמודרניות לריבוי גישה

שיטות ריבוי גישה.

7פרק

שעות(3דוגמאות מסכמות )(, תכנון תאי. קיבול מול כיסוי במערכות תאיות.Link Budgetמאזן ערוץ )

8 פרק


Large Scale Models: מודלים להתפשטות גלים במערכות תאיות 3פרק

.Large Scale vsמאפייני ערוץ תקשורת במערכת תקשורת תאית, מבוא: 1.Small Scale Models

(LOS)חיזוי הפסדי נתיב במודל עם קוו ראיה 2. מודלFriisמושגי יסוד באנטנות

(, (diffraction עקיפה(reflection)ניתוח תופעות פיזיקליות של החזרות 3.(scattering)פיזור

(NLOS) מודלים הסתברותיים להפסדי נתיב במערכות ללא קוו ראיה 4.

(outdoor) מודלים מעשיים להתפשטות מחוץ לבניינים 5.

(Indoor) מודלים להתפשטות בתוך בנינים 6.

חישוב רדיוס כיסוי, תכנון מאזן ערוץ למערכת תאית בהתבסס על רדיוס 7.הכיסוי


מודלים סטטיסטיים להפסדי נתיב במערכות תאיות ללא קוו ראיה . 4(NLOS- )

לחיזוי הפסדי נתיב בנויים על מדידות אינטנסיביות + מודלים מודלים

סטטיסטיים המתחשבים בדיוקי המדידות.

המודלים – משקללים את כל התופעות הפיזיקליות המשפיעות על

התפשטות הגלים )החזרות, עקיפה, פיזור( וכן גורמים אקראיים שלא ידועים

בוודאות למתכנן.

חיזויPL מאפשר חישוב SNR או SINR ומכאן לחשב ביצועים במובן

BER


ראינו שהפסדי נתיב בLOS 10 גדלים יחסית לגודלlog(1/d2) כלומר, שיפוע 20dB/dec-של

במערכותNLOS10- הפסדי נתיב בתלות במרחק עם שיפועlog(1/d)n

( one ray) - קרן אחת NLOS מערכות ללא קוו ראיה

) ( 10 logNLOS

dL d n

km

2 ערכו LOS . עבור PL exponent קוראים nלגודל

עירוני(NLOS בשטח 4 )ערך אופייני n<6>2עבור מערכות תאיות


טבלת ערכי מקדם אקפוננט נתיב לתווך אופייני

PL exponentסביבה

2חלל חופשי

3.5 - 2.7תווך אורבני ללא הסתרות

5 - 3תווך אורבני עם הסתרות

1.8 – 1.6 בתוך בנייןLOSתווך עם

6 - 4תווך עם הסתרות בתוך בנין

תווך עם הסתרות בתוך מפעל )בניין גדול(

2 - 3

n


)ללא הסתרה(LOS+ NLOSמודל הפסדי נתיב

קטעים: הפסדי נתיב בתווך עירוני טיפוסי כוללים שני

– L(d0) הפסדי נתיב LOS לאורך מסלולd0 בו קיים קוו ראיה. לנקודה ומבצעים מדידה d0=100m נקרא נקודת יחוס. בד"כ לוקחים doבמרחק

מדויקת של הפסדים )כיול(

–L(d) הפסדי נתיב NLOS לאורך מסלול מd0נניח שאורכו עד המקלט - d , d>d0

d0 d

L)d0( L)d(

00

0

4) ( ) ( ) ( 20log 10 logtot dB dB

d dL d L d L d n

d


log-normal shadowing אפקט הסתרה –

0 100

) ( ) ( 10 logd

L d L d n Xd

מדידות של הפסדי נתיב על פני הרבה מדידות במרחקTx-Rx – זהה כמ.א. L(d)מראות שונות גדולה בתוצאות. לכן – ניתן להתיחס להפסדי נתיב

והפסדי נתיב בסקאלה dהתלוי בגורמים שונים. עבור מרחק נתון סביב הערך ( log-normal)לוגריתמית, הפסדי הנתיב מפולגים גאוסי

המחושב

לתופעה קוראיםlog-normal shadowing התופעה מיוצגת במודל :

מפולג גאוסי מ.א ע"י

נמדד ב dB ביחס להפסדי נתיב ממוצעים הנמדדים בסקאלה לוגריתמית.

2)0, (; 6 to 12 dBX N

totL

הוא מ.א. גאוסי עם תוחלת וסטיית תקןL(d): שים לב

וגם ההספק הנקלט בתאור הזה הוא מ.א. גאוסי

00

) ( 10 logd

L L d nd

[ ] [ ] ) ([ ]r tP dBm P dBm L d dB

X

X

n,הגדלים מחושבים במודל על סמך מדידות מהשטח !!


Q-function, erf, erfcנספח: פילוג גאוסי,

PDF של מ.א. גאוסי עם תוחלת סטיית תקן

m 0xx

m2

2

) (

2

2

1) (

2

x m

p x e

) ( ) ( Probability that b

r

a

P a x b p x dx a x b

22

m E X

E x m

תוחלת

שונות 2

2

0

) (

20

1) (

2

x m

r

x

P x x e dx

בתחום xהאינטגרל מייצג הסתברות לערכים של

אינו ניתן לפיתוח בצורה סגורה.

גאוסי עם - למשתנה חדש x לכן מנרמלים את המ.א. )התפלגות "נורמלית"(1 וסטיית תקן 0תוחלת

0x x


x my

מגדירים מ.א. "מנורמל"

ניספח: פילוג גאוסי המשך2

0

20

1) (

2

x

r

y

P y y e dx

00

x my

מוגדרת ע"יQ-function : הגדרה

2

21) (

2

y

z

Q z e dy

עם PDF מייצגת את השטח מתחת ל"זנב" של Q(z)ז.א.

התפלגות נורמלית.

0 0rP ) (

x m x my Q Q z

2

0

2) (

zxerf z e dx

22) ( 1 ) ( x

z

erfc z erf z e dx

-Qקשורות ישירות ל erf(z(; erfc(z פונקציות )function

) ( 2 ) 2 (erfc z Q z


: חישוב הסתברותי למעבר סףShadowingתופעת הסתרה –

בתאור ההסתברותי שלPr(d) ניתן להשתמש כדי לענות על שאלות

מה הסתברות שעוצמת אות נקלט )הספק( תהיה מעל סף ? –

) ([ ) ( ] r

r r

P dP P d Q

מה הסתברות שעוצמת אות נקלט )הספק( תהיה מתחת ? סף

) ([ ) ( ] r

r r

P dP P d Q

בו מתקייםr יהיה שטח עם רדיוס Rמה ההסתברות שמתוך אזור הכסוי הכולל ברדיוס

2

r r r r2 20 0

1 1) ( P [P ] P [P ]

R

A

U dA r dr dR R

[ ) ( ]r rP P d


(outdoor)מודלים מעשיים להתפשטות מחוץ לבניינים . 5

.A מודלOkumura[68]

.B מודלHATA [80]

.C 91[מודל [ COST231

.DWalfisch-Bertoni[88]

.EM.1225 ITU-R[97]

.F מודלWideband PCS Microcell

.G מודל SUI [01]

Stanford University Interim להפסדי נתיב במערכות תקשורת נייחות תקף לתחום

1800-3000MHz , =Fixed Broad Band Wireless FBWA

rהערה: הפסדי נתיב חושבו בפרק זה בערך מוחלט tP P PL


A חישוב הפסדי נתיב בעזרת מודל .Okumura [68]

מודל מעשי מבוסס על תוצאות נסיוניות – ללא הסברים אנליטיים . הפסדי נתיב גדלים בתדר.

1920-150תדר לתקשורת ניידת, ערוצים צרי סרט תחומיMHz ; עד 1 מרחקים . 1-10m; אנטנת מנוי נייד 1000mעד 30m בין BS ק"מ גובה אנטנות 100

(.3000MHZ)האנטנות כלל כווניות, המודל ניתן ליישום עם אקסטרפולציה עד ל

ד"ב( לאזורים עירוניים, 14 חיזוי יחסית מדויק )סטיית תקן של המודל קטנה מ תת-עירוני. פחות טוב לאזורים כפריים, ולאזורים בהם יש שינוי מהיר בתואי השטח.

המודל נותן חיזוי לערך החציון (median) של PL בעזרת: הפסדי נתיב - חלל חופשי וכמה גורמי תיקון שנקבעו תוך התחשבות בסוג התואי, גובה אנטנות.

)בסימון מייצג את הגודל ז.א. ערך מוחלט של ההפסדים עם סימן חיובי(.

0

1) (

2

medianx

p x dx median חציון הגדרת

50L50L

הוא הגובה בפועל )כולל גובה בנין, MT ומקלט BS: הגובה האפקטיבי של משדר הערההר/גבעה ( מעל פני השטח הממוצעיםבאזור הכיסוי.


המשך Okumura [68]מודל

50

2

area

[ ] | | ) , ( ) ( ) (

10log Free Space PL4

) , ( median attenuation relative to free space

)from experimental graph(

G gain due to area t

F mu te re area

F

mu

L dB L A f d G h G h G

Ld

A f d

ype )from experimental graph(

) ( base station antenna gain factor

) ( mobile station antenna ga

NOTE: Antenna gain factor are strictly a function of h

in factor

eigh

) ( =20log 1000200

t

te

re

tete

G h

G h

hG h m

30

) ( 10log 33

) ( 20log 10 33

te

rere re

rere re

h m

hG h h m

hG h m h m


המשך Okumura [68]מודל


Okumura [68]מודל המשך


OKUMURAדוגמא לשימוש במודל

:נתונים50 , 100 , 10

omni-directional antenna, sub-urban environment

EIRP=1kW, 900

te re

c

d km h m h m

f MHz

2 8 6 2

2 2

)3 10 / 900 10 (10log 10log 125.5

)4 ( )4 50,000(FL dBd

(מתוך הגרפים ניתן לחלץ את 900 , 50 ( 43muA f MHz d km dB )suburban, 900 ( 9areaG f MHz dB

100 10) ( 20log 20log 6 ) ( 20log 20log 10.46

200 200 3 3te re

te re

h hG h dB G h dB

פקטור גובה האנטנות המחושב:

50

50

[ ] | | ) , ( ) ( ) ( 155

) ( EIRP [dBm] - [ ] [ ] 60 155[ ] 0[ ]

95

F mu te re area

r r

L dB L A f d G h G h G dB

P d L dB G dB dBm dB dB

dBm

(לחשב את הספק נקלט (rP d

פתרון


B מודל .HATA[80]

המודל שלHata הוא קרוב בנוסחאות לגרפים של OKUMURA .לסביבה עירונית המודל מספק גורמי תיקון לסביבות אחרות. נקרא בשל זאת גםHata-Okumura בקרוב טוב תוצאות החיזוי שלHata מתאימות לשל מודל OKUMURA ושניהם

. עבור מרחקים קצרים יותר יש צורך בתיקון המודל )מודל d>1kmישימים עבור PCS)

HATA שימושי לחיזוי הפסדי נתיב בתאים גדולים ואפשר להעריך בעזרתו את - מקדם האקספוננט נתיב של ההפסדים.

:סיכום הנחות וסימונים במודל

50

150 1500

base station effective height 30-200m

)can be extended to 1.5 - 400m(

mobile effective height 1-10m

Rx-Tx separation 1-20 km

median PL

c

b

m

p

f MHz

h

h

d

L L


Hata-Okumura מודל

Lp = החציון * של הפסדי נתיב בין Tx-Rx)ערך מוחלט(

אנטנות עם הגבר יחידה

10

10

10

log urban area

log suburban area

log open areap

A B d

L A B d C

A B d D

0

1) (

2

medianx

p x dx median חציון הגדרת

d מרחק בין( נמדד בק"מ BS אל MT המקדמים ,) A,B,C נקבעים ע"י נוסחאות , סוג הסביבה, ומיצגים גדלים ב MT , גובה אנטנת BSהתלויות ב: תדר ג"נ, גובה אנטנת

dB.


Hata-Okumura המשך

מקדמים נתונים ע"י

2

2

) , , ( 69.55 26.16log) ( 13.82log) ( ) (

) ( 44.9 6.55log) (

) ( 2 log 5.428

) ( 4.78 log) ( 18.33log) ( 40.94

c b m c b m

b b

cc

c c c

A A f h h f h a h

B B h h

fC C f

D D f f f

2

2

[1.11log) ( 0.7] [1.56log) ( 0.8] medium\small city

) ( 8.28[log)1.54 ] 1.1 for 300Mhz large city

3.2[log)11.75 ] 4.97 for 300Mhz large city

c m c

m m c

m c

f h f

a h h f

h f


- רישום מפורש עם הקבועים Hata-Okumura מודל

, 10

2, ,

2, ,

log urban area =

69.55 26.16log) ( 13.82log) ( ) ( )44.9 6.55log ( log

suburban area= 2[log ] 5.428

open area= 4.78)log ( 18.33log

p Urban

c b m b

p cp Urban p Urban

p Urban p Urban c

L A B d

f h a h h d

L fL C L

L D L f

40.94cf

) (ma hהוגדר כמו בשקף קודם


C מודל .COST-231 [91] הרחבה של : HATA עד 2GHz

1המודל תקף כמו קודם מעל למרחקים שלkm

) ( 46.3 33.93log) ( 13.82log) ( ) (

+[44.9-6.55log) (]log

0 medium city

3 large city

p c b m

b

L dB f h a h

h d Corr

dBCorr

dB

Corr הוא "מקדם קורלציה" המתאר את השפעת סוג השטח בדומה ל Garea שלOkumura

COST-231 וקבוצת עבודה EUTO-COSTהמודל מבוסס על עבודה במיסגרת פורום


D מודל . Walfisch-Bertoni[88]

)המודל משקלל תופעת דיפרקציה כתוצאה מפגיעה בגגות )תווך עירוניהמסודרים בגאומטריה של מבנים שווי גובה במרחק שווה.

Walfisch-Bertoni PL

Free space PL )independent of (

Loss due to "roof-to-street" diffraction and scattering

)independent of (

multi-screen diffraction loss )row of bui

Wal Ber

fs b

rts

b

msd

L

L h

L

h

L

ldings(

[ ]Wal Ber fs rts msdL dB L L L

-ITUהביטוי האחרון תלוי בגאומטריה, גובה תחנת בסיס מעל קוו המבנים. נפרט מודל זה במיסגרת M.1225


E מודל .ITU-R M.1225

המלצה שלITU-R לניתוח ביצועים של מרכיבי טכנולוגיית הרדיו 97 משנת (RTT) . המלצה מתייחסת למשפחה רחבה של מקרים. היא IMT-2000עבור מערכות

Walfisch-Bertoni ושל COST-231מכלילה/מסתמכת על המודלים של –Indoor office–Outdoor-to-indoor, pedestrian–Outdoor vehicular

: 1.5הנחות מודל

horizontal separation

Urban and Sub-Urban environment

mh m

d Tx Rx

נתייחס בהמשך )פרק מודלים Indoorנתייחס לשני המודלים האחרונים, למודל להתפשטות בתוך בנינים(.


גיאומטריה של מודל התפשטות גליםm mh h h הפרש בין גובה ממוצע של גגות ובין גובה אנטנה תחנה ניידת

x diffractionמרחק ממוצע אופקי בין תחנה ניידת לפינת הגג היוצרת

mh

h

x

r

d

mh

average separation between rows of buildings

b bh h h


Rec. ITU-R M.1225 : outdoor-to-indoor and pedestrianהפסדי נתיב עבור

מרכיבים3באופן בסיסי הפסדי נתיב מכילים ) ([ ] fs rts msdL d dB L L L

2

2

2

21 2

22

10log4

1 110log

2 2

tan

10log 10log

fs

rts

mm

msd M

Ld

Lr

hr h x

x

L Qd

-multiple-screenהפסדים בשל diffraction

הפסדים בשל דיפרקציה מגגות-לרחוב

הפסדים בשל התפשטות בחלל חופשי

15m ,10.5 בין הנייד לגג המפזר הוא x כאשר המרחק דוגמא אופיינית: , 80mh m m

[ ] 40log [ ] 30log [ ] 49L dB d km f MHz


המייצג השינוי בפקטור

multiple diffraction screen את תופעת

Rec. ITU-R M.1225 : הפסדי נתיב עבורvehicular

MQ0.9

2.35 bM

hQ

d

בנוסף, מניחים שאנטנת בסיס מעל לגובה ממוצע של

בניניםb bh h h

1.82 22

2

1 110log 10log 10log )2.35(

4 2 2bh

Ld r d

10.5 , 80 , 15mh m m x m דוגמא אופיינית לתווך אורבני:

3[ ] 40 )1 4 10 ( log [ ] 18log [ ] 211log [ ] 80b bL dB h d km h m f MHz


F מודל .Wideband PCS Microcell

1 המודלים לתחום קטן מkm מבוססים על מדידות באזור San Francisco וכן Oakland ב US מדידות בהן .LOS וגם עם

. התוצאות הנסיוניות הראו:(OBS)מכשולים )עם החזרה אחת מהקרקע( מתאים לתוצאות ray-2 מודל LOSעבור –

הנמדדות

1900MHz התאים לתוצאותlog-distance הפסדי נתיב עם OBSעבור סביבה –

pulsed 20MHz

3.7 ,8.5,13.3

1.7

c

b

m

W

h m m

h m


Wideband PCS Microcellמודל

המרחק בו אזור פר-נל הראשון מוסתר ע"י פני כדור הארץ נתוןבקרוב ע"י

fd

2 2 2 22 2116 ) ( /16f t r t rd h h h h

1 0 f

2 1 0 f

1 2

0

10 log ) 1 ( 1<d<d

) ([ ]10 log 10 log ) 1 ( d d

, PL exponents functions of ,

) 1 ,1900 ( 38.0 free-s

fs

f fsf

b m

fs

n d L d m

L d dB dn n d L d m

d

n n h h

L d m MHZ dB

pace loss at ref. point

LOSמודל למקרה של


Wideband PCS Microcellמודל

OBSמודל למקרה של 0) ([ ] 10 log) ( ) 1 (fsL d dB n d L d m

hbנתיב, נתון בטבלה הבאה כפונקציה של הוא מקדם אקספוננט הפסדי nהמקדם

שים לב שניתן גם לתאר הסתרה ע"י הוספת מ.א. גאוסי עם תוחלת אפס ושונות

X

LOW 3.7m

Medium 8.5m

High 13.3m

1n 2n [ ]dBbh 1900 LOSMHz 1900 OBSMHz

n [ ]dB

2.18

2.17

2.07

3.29

3.36

4.16 8.77

7.88

8.76 2.58

2.56

2.69

9.31

7.67

7.94


G .מודל SUIלהפסדי נתיב של מערכות אלחוטיות תאיות

למערכות רחבות סרט תאיות )לא ניידות( – מודל ( 16-07-2001)מודל עדכניSUI=Stanford University Interim הוצג ב IEEE802.16A

100

| | 10 logd

L A n sd

0420log

wavelength [ ]

path-loss exponent /

10 80 height of basestation

, , amprical constants for terrain

standard deviation 8.2 to10.6dB )log-normal shadowing effect(

BS BS

BS

dA

m

n a bh c h

m h m

a b c

s

d0 בנקודת יחוס LOSמרכיב הפסדי נתיב


Model parameter Terrain Type A Terrain Type B Terrain Type C

a 4.6 4 3.6b 0.0075 0.0065 0.005c 12.6 17.1 20

דרך הקשרים בטבלה לעיל.PL exponent קובעים את a,b,cהמקדמים

:Terrain A Hilly terrain with moderate-to-heavy tree densities

:Terrain B Intermediate path loss condition

Mostly flat terrain with light tree densities : Terrain C


Correction terms

The above model relevant for 2 GHz with CPE antenna at 2m. In order to use the model for the MMDS band and for CPE antenna heights between 2m and 8m,correction terms would be

f - frequency in MHz

h - CPE height between 1m and 8m

PLmodified PL PLf PLh

PLf 5.7logf

2000

PLh 10.8 logh

2


Path Loss for A, B and C terrain types

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

100 1000 10000

distance [m]

Pat

h L

oss

[d

B]

A

B

C


(Indoor)מודלים להתפשטות בתוך בנינים . 6

שני הבדלים עיקריים לעומת מודלי התפשטות מסוגoutdoor (micro cellמרחקים קצרים בהרבה מאשר תקשורת ניידת תאית )–

תלות בחפצים בתוך המבנה, סוג שונות גדולה מאוד על פני מרחקים קצרים: –המבנה, מיקום חלונות בתוך המבנה וכו'.

:ניתן לחלק לשני סוגים עיקרייםLOS, NLOS – כאשר הגל חודר קירות

עם הגדלת התדר. תוצאות מדגמיות:קטניםהפסדי חדירה –

14.2dB --- 900MHz

13.4dB---- 1800MHz

12.8dB----- 2300MHz ( לעומת קיר6dBהפסדי חדירה קטנים דרך חלון או גג )כ –

מודלים למערכותIndoorמבוססים על המודל הבסיסי

0 100

) ( ) ( 10 logd

L d L d n Xd

עם התאמות לתנאי ההתפשטות בתוך הבניין, שקלול מיקום תחנת הבסיס )בתוך הבנין, מחוץ

לבנין, מספר הקומות בבנין וכו'(.


לתווך COST-231מודלים פרמטריים מבוססים על Indoor

Model-1:0) ([ ] ) 1 ( 10 log) (fsL d dB L d m n d

( Wideband PCS Microcell)מודל

d נמדד ב ]m[ וכן n מחושב מתוך התאמה למדידות בשטח. קשה לתת למודל כזה משמעות הקושרת אותו לתנאים במבנה )קירות, קומות וכו'(.

. nשים לב שיש בד"כ תלות בתדר הנכנסת דרך מקדם אקספוננט הנתיב

תדר: n תוצאות אופייניות למקדם

2400MHz3.3

4.75GHz3.8

11.5GHz4.5

n


Model –2 מבוסס על( Keenan-Motley 90 :)

2) (

1) ([ ]f

f

kb

kfs c wi wi f f

i

L d dB L L k L k L

free-space loss

constant 37dB

number of penetrating walls type with loss

number of adjacent floors

Loss between adjacent floors

empirical factor=0.46

fs

c

wi wi

f

f f

L

L

k i L

k

L k

b

1

w2

18.3 typcial floor

3.4 light-wall

L 6.9 thick wall

)<10cm brick or concrete(

f

w

L dB

L dB

dB

ורצפה אופיינית על שני סוגי קירות1800MHzמדידות בוצעו בתדר

ניתן לפשט את הנוסחא ולרשום: התלות במספר הקומות אינה ליניארית )גדולה יותר מהצפוי(.

20.46

1[ ] 37 30log) ( 18.3f

f

k

kfL dB d k


:Model-3 מודל עם הנחתה אקספוננציאלית במרחק

fsL L d

המודל האחרון מתאים למקרה בו תחנת בסיס בתוך בנין גדול )מדידות בתוך בנין בורסת NYC.)

תדרהמדידות הראו:

850MHz0.54

1900MHz0.49

4GHz0.62

5.8GHz0.55

[dB/m]

אין תלות בתדר )על פני תחום תדרים מספיק גדול( – פרט להבטי 2-3: במודלים הערה.LOSהגברי אנטנה וגורם הפסדים התלוי בתדר הקשור אל מרכיב


. חישוב טווח תקשורת וכיסוי תקשורת רדיו7

הוא המרחק המקסימלי אליהם יגיעו גלי הרדיו, כך שהאות טווח תקשורתהניקלט יהיה לפחות בסף רגישות הקליטה.

LOS מנוסחת : Friis נציב במקום הספק ניקלט את רגישות הקליטה

,min

1/ 22

max,min

[meter]4 4

r rP P t t rrt r

t r

p G GPG G d

P d P

NLOSהמודל הכי פשוט - נתייחס למסלול המורכב משני קטעים :

d0 עם LOS

d עם NLOS


NLOSהמשך – כיסוי תקשורת רדיו -

)המודל הפשטני )ללא הסתרות

2

0

0

1/2 2

0 00 0

4

4 4

n

r t t r

n

nn t t r t t r

r r

dP PG G

d d

PG G PG Gd d d d

P d P d

ככל שרגישות הקליטה משתפרת – הטווח גדל.

.n=2 הוא מקרה פרטי כאשר LOSהמקרה של


ניספח: רגישות קליטה

– הספק האות הנדרש בכניסה לקיום יחס אות לרעש מינימלי רגישות קליטהרצוי במוצא .

בכמה צריך להיות האות המינימלי בכניסה מעל לרמת הרעש התרמי כדילקבל את הביצועים הנדרשים ?

,min,min ,min,

r in dB dBout out dB

S SP N F kTB F

N N


דוגמא- רגישות קליטה

בהנחה שצריך ביציאת מקלט יחס אות-לרעש B=10KHz וכן T0=290oK עבור F=10dB נניח ספרת רעש של מקלט 10dBשל

רגישות קליטה

, [ / ],min

114 10log

) 114 10log 0.01( 10 10 114

r in dBm Mhz MHz dBout dB

SP B F

N

dBm

מעל לרצפת הרעש התרמי. dB 20כלומר, האות הניקלט צ"ל עם הספק של


System Gainהגבר מערכת

פרמטר שימושי מאוד בתכנון מערכות אלחוטיות. נותן למתכנן הערכה כוללת שלמאזן ההספקים.

התכנון צריך להבטיח שיתקיים

,minSystem Gain S t rG P P

system gain [dB]

92.4 20log [ ] 20log [ ] LOS path loss in dBm

Feeder loss, Branching loss )filter, circulators, couplers etc.(

Tx antenna gain,

Rx antenna gai

S p F B t r

s

p

F B

t

r

G FM L L L G G

G

L d km f GHz

L L

G

G

n

FM Fade Margin= שולי דעיכה" רזרבה למאזן הספקים שנועד לעמוד בדרישות הזמינות של" (diversityהמערכת למרות דעיכות בערוץ )מניחים שאין

dr. moshe ran/ תקשורת ניידת ותאית – פרק 3 1 מערכות תקשורת...

Documents