6.2.4.Распространение радиоволн внутри здания
Впоследние годы активно развиваются персональные системы связи PCS (Personal Communication Systems),
основное место применения которых - внутренние помещения зданий. Соответственно возникает необходимость в расчете распространения радиоволн в специфических условиях помещений.
Вотличие от свободного пространства для объема внутри здания невозможно определить усредненную величину потерь. Параметры среды распространения меняются очень сильно на очень небольших расстояниях, как, например, при
междуэтажном распространении. Применение "усредненных" параметров не находит и теоретического обоснования, поскольку распространение радиоволн в зданиях очень сильно зависит от таких специфических характеристик, как тип конструкционного материала здания, наличие в стенах здания металла, количество этажей в здании, плотность размещения оборудования в здании и т.п.
В настоящее время экспериментальные данные по измерениям дальности радиосвязи внутри здания являются основным источником информации при проектировании систем связи. Многие фирмы, выпускающие оборудование персональной радиосвязи, проводят и публикуют результаты измерений затухания напряженности поля в радиоканале по сравнению с расчетным значением поля в свободном пространстве. При этом различие в публикуемых данных очень велико. Например, "результаты измерения затухания радиоволн в большом универсаме" по разным источникам могут отличаться на 10 дБ и более просто потому, что проводились в различных универсамах или при различной плотности покупателей. Разумеется, ценность
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
таких измерений как основание для общих выводов очень невелика. Однако реально это единственный надежный источник информации для хотя бы примерной оценки необходимой мощности передатчиков в системе связи.
Типичная полуэмпирическая формула для расчета затухания (дБ) имеет следующий вид:
PL = PL(d0 ) +10n lg( |
d |
) + Xσ , |
(6.7) |
|
|||
|
d0 |
|
|
где n = 2…3; Xσ = 5 …10 дБ.
Дисперсия ошибки при расчете по формуле (6.7) достигает 13 дБ. Некоторые измерения показывают, что точность расчетов по (6.7) увеличивается (дисперсия ошибки менее 5 дБ), если в формулу добавить еще один член, экспоненциально увеличивающийся с расстоянием:
PL = PL(d0 ) +10nlg( |
d |
) + X σ + a × d, |
(6.8) |
|
|||
|
d0 |
|
|
где α = 0,3 .... 0 дБ/м.
Фирма "Эрикссон" в своих расчетах использует графическое представление для определения величины
PL, дБ
30 
50 
70
90
d, м
10 |
20 |
30 |
40 |
Рис.6.4. Графическая модель Эрикссона для расчета затухания поля внутри здания
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
затухания поля в зависимости от расстояния для различных типов помещений (рис.6.4).
Напряженность поля внутри здания от внешнего передатчика также имеет важное значение для систем связи. Как и в случае измерений параметров распространения радиоволн в здании, трудно получить точную модель поля, наведенного внешним источником поля. Количество опубликованных экспериментальных данных невелико, и их трудно сравнивать. Однако некоторые обобщения все-таки можно сделать [5]:
∙ напряженность наведенного поля внутри здания повышается с высотой, на нижних этажах наблюдается большее затухание поля. Уменьшение потерь поля происходит со скоростью примерно 1,9 дБ/этаж от первого до четырнадцатого этажа. На более высоких этажах потери проникновения поля вновь увеличиваются. Номер этажа, начиная с которого происходит увеличение потерь, зависит от близости окружающих зданий. Чем ближе другое здание, тем на более низком этаже (зафиксирован девятый этаж) потери начинают увеличиваться;
∙ напряженность наведенного поля увеличивается с ростом частоты. Измерения, проведенные на первом этаже здания, показали следующие результаты:
Частота, МГц |
440 |
|
890 |
|
1400 |
Потери, дБ |
–16,4 |
|
–11,6 |
|
–7,6 |
∙ измерения |
напряженности |
поля около |
открытого |
||
окна не показали существенного изменения поля с частотой: разница в принимаемом сигнале 1,5 дБ при изменении частоты от 900 до 2300 МГц при среднем ослаблении –6 дБ.
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
6.3. Анализ распределения поля в модели "малого расстояния"
Основное, характерное отличие распространения сигналов в городских условиях от распространения сигналов в свободном пространстве или при наличии отдельных отражающих поверхностей заключается в эффекте многолучевого распространения при нестационарных граничных условиях. Плотная городская застройка с точки зрения электродинамики представляет собой огромное количество отражающих поверхностей, так что сигнал передатчика достигает приемника несколькими различными путями. Очень часто прямая видимость между передатчиком и приемников вообще отсутствует и на антенне приемника действует одновременно несколько копий сигнала с примерно равными амплитудами.
Различают три наиболее существенных эффекта, к которым приводит многолучевое распространение в радиоканале:
∙быстрые изменения напряженности поля на небольшом расстоянии или в течение короткого времени (фединг);
∙случайная угловая модуляция несущей частоты вследствие изменения доплеровского сдвига для различных копий сигнала;
∙временная дисперсия (эхо), вызванная различным временем распространения копий сигнала от передатчика к антенне.
Среди различных эффектов многолучевого распространения фединг в наибольшей степени влияет на возможность приема сигнала и качество принимаемой информации. Постоянное изменение расстояния между приемником и передатчиком, а также изменение положения препятствий (движение
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
транспорта) приводит к постоянным изменениям амплитуды копий сигнала, приходящих в точку приема. Измерения в городских условиях показывают, что разница между максимальным и минимальным значением интерференционного поля достигает 30 дБ, а изменение напряженности поля в 15 дБ на расстоянии менее 1 м не редкость.
Постоянное изменение расстояния между абонентами наряду с амплитудными флуктуациями приводит к изменению времени распространения копий, т.е. к постоянному изменению фазы принимаемого сигнала. Возникающая паразитная фазовая модуляция зависит как от параметров распространения, так и частоты сигнала. Движение абонента с переменной скоростью и под произвольными углами по отношению к базовой радиостанции приводит к возникновению случайного доплеровского сдвига частоты несущей, т.е. к возникновению паразитной частотной модуляции.
Таким образом, сигнал с постоянной амплитудой и фазой, излучаемый передатчиком, приходит на приемник как сигнал с паразитной амплитудной и угловой модуляцией.
Рассматриваемые ниже модели "малого расстояния" позволяют определить основные характеристики электромагнитного поля в условиях нестационарных многократных отражений. Основой моделей "малого расстояния" является представление распространения радиоволн в эфире как прохождение радиосигнала через полосовой фильтр с нестационарными параметрами. Выбор такой модели определяется тем, что фильтр является, как и среда распространения радиоволн, пассивным устройством; частотные характеристики фильтра отражают селективные свойства среды распространения по отношению к
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com