دانلود تحقیق تبدیل تضعیف انتشار به شدت میدان دریافتی

تبدیل تضعیف انتشار به شدت میدان دریافتی معادله اصلی Hata مقدار انت انتشار(dB) بیان می کند.

همچنین معنی های okumura و مدل های بهبود یافته Hata مقدار شدت میدان دریافتی را بیان می کنند.

به همین خاطر لازم است که روابط Hata به معادلات شدت میدان تبدیل شود.

که این امر به راحتی امکان پذیر است.

معادله Hata برابر است با LP= …..

رابطه بین قدرت دریافتی از یک آنتن ایزوتروپیک و شدت میدان در ایستگاه گیرنده برابر است با Pr = Pr = تبدیل یک معادله خطی به حالت لگاریتمی با فرکانس در رنج مگا هرتز برابر است با Pr = با جمع مقادیر ثابت داریم Pr = همیشه قدرت دریافتی برابر است با قدرت فرستنده Pt منهای افت انتشار LP.

Pr = Pt – Lp با استفاده از رابطه(5) و (6) شدت میدان که وابسته به تضعیف و قدرت فرستنده می باشد محاسبه می شود.

E = اگر قدرت فرستنده برابر 1KW ERP باشد این مقدار برابر است با KW EIRP 637/1 فرستنده که اگر این Pt به Db تبدیل نشود برابر 32.15Db می شود که رابطه E برابر است با E = 19 برای تبدیل dB(v/m) به dB( ) باید 120dB به رابطه(8) اضافه شود.

E = با جایگزینی افت انتشار(LP) معادله Hata در رابطه(9) داریم E= متغیرها افت انتشار امواج در منطقه شهری کوچک و متوسط بصورت LP:dB افت انتشار امواج در منطقه حومه شهری بصورت LPs:dB افت انتشار امواج در منطقه فضای باز بصورت LPO:dB شدت میدان در فاصله d از فرستنده بصورت E: فرکانس فرستنده برحسب مگاهرتز: f: ارتفاع آنتن ایستگاه فرستنده برحسب متر hb: ارتفاع آنتن ایستگاه گیرنده و سیار برحسب متر hm: فاصله بین ایستگاه فرستنده و گیرنده برحسب کیلومتر d: شکل (4) و (5) منحنی هایی برای رنج فرکانس 450MHz و 900MHz را نشان می دهد ارتفاع آنتن ایستگاه سیار 105 متر می باشد و ارتفاع آنتن ایستگاه ثابت بین 30 تا 1000 متر می باشد.

(با تغییر مکانی %50 و تغییر زمانی %50) این معنی ها از آزمایشات و اندازه گیری ها در مناطق شهری ژاپن بدست آمده است.

(شکل) معادله Hata-okumura که بصورت تقریبی با منحنی های 5,4 تطبیق دارد با روابط زیر بیان می شود.

ارتفاع آنتن گیرنده در رنج 1 تا 10 متر ارتفاع موثر آنتن فرستنده در رنج 30 تا 200 متر فرکانس برحسب مگاهرتز فاصله برحسب کیلومتر معادله(1) برتا رنج فرکانسی 2GHz برای فاصله های بالای 20 کیلومتر معتبر است.

ارتباط رادیویی بین فرستنده و گیرنده با توجه به این شکل هنگام انتشار موج از آنتن فرستنده، بفرض آنکه هیچگونه جذبی وجود نداشته، بعلت توزیع توان موج روی سطحی که با مجذور فاصله رابطه دارد چگالی توان موج کاهش خواهد یافت و می توان آن را در حالت بدون بهره آنتن با رابطه زیر بیان نمود: در رابطه فوق Pt قدرت فرستنده، d فاصله، E0 دامنه میدان الکتریکی موج دریافتی و امپدانس مشخصه فضای آزاد می باشد.

در صورتیکه آنتن فرستنده دارای بهره Gt باشد در اینصورت چگالی توان P در محل گیرنده عبارت است از: در صورتیکه آنتن گیرنده دارای سطح موثری به اندازه A0 باشد، میزان توان دریافتی در آنتن گیرنده عبارتست از: با توجه باینکه رابطه سطح موثر با بهره و طول موج بصورت زیر می باشد: (1-32) بنابراین با توجه به 3 رابطه اخیر نتیجه می شود: (1-33) از رابطه اخیر میزان افت از ورودی آنتن فرستنده تا خروجی آنتن گیرنده، با منظور نمودن بهره آنتن ها، برحسب دسیبل بصورت زیر می باشد: (1-34) (1-35) در صورت صرفنظر کردن از بهره آنتن های فرستنده و گیرنده، یعنی انتخاب آنتن های ایزونروپیک برای آنها، Gt=Gr=1، به رابطه مهم زیر می رسیم که موسوم به افت فضای آزاد می باشد.

(1-36) با توجه به رابطه که C سرعت امواج در فضای آزاد و معادل Km/s000/300 می باشد، لذا: (1-37) رابطه فوق در سیستم متریک بوده و لکن چون در ارتباطات رادیویی معمولا فرکانس برحسب MHz و یا GHz و فاصله نیز برحسب کیلومتر می باشد لذا با اعمال تبدیلات لازم به ترتیب روابط زیر بدست می آید.

(1-38) (1-39) 1.

10.

4.

قدرت موثر ارسال قدرت موثر ارسال اثرات قسمت های رادیویی و انتقال در جهت ارسال را شامل است.

این پارامتر بطور عام با ERP نمایش داده شده و عموما برحسب واحد dBm و یا dBw بیان می گردد.

قدرت موثر ارسال در واقع حاصلضرب قدرت خروجی فرستنده، پس از اعمال افتهای ناشی از خط انتقال و اتصالات، در بهره آنتن در جهت مورد نظر می باشد.

(1-46) در صورتیکه بهره آنتن نسبت به آنتن ایزوتروپیک سنجیده شود در اینصورت این پارامتر با EIRP تعریف می گردد که در این کتاب نیز همین پارامتر مدنظر می باشد.

در صورتیکه مبنای قدرت میلی وات در نظر گرفته شده باشد فرم لگاریتمی آن بصورت زیر خواهد بود: (1-47) و در صورتیکه قدرت برحسب وات لحاظ گردد فرم لگاریتمی آن بصورت زیر خواهد بود: (1-48) شرایط محیط کلیات هنگام بررسی و انجام محاسبات مربوط به پوشش رادیویی ایستگاههای ثابت در ارتباطات سیار، در نظر گرفتن اثرات محیط حائز اهمیت می باشد.

در یک طبقه بندی کلی این اثرات به دو دسته زیر قابل تفکیک هستند: پارامترهای طبیعی از جمله ساختار و جنس مسیر امواج پارامترهای مصنوعی از قبیل ساختمان ها و سازه ها نتایج اندازه گیری مقدار متوسط سیگنال های دریافتی حاکی از آنکستکه سطح سیگنال تابعی از پارامترهای فوق بوده و می تواند تحت شرایط گوناگون، تفاوت های عمده ای داشته باشد.

بهمین علت طبقه بندی نمودن شرایط محیط انتشار امواج رادیو سیار شایان توجه بوده و فرمول ها و روابطی که برای هر یک از آنها در نظر گرفته می شود متاثر از این شرایط می باشد.

برخلاف سیستم های رادیویی ثابت با شرایط دید مستقیم رادیویی که عموما تحت تاثیر ساختار و بافت مسیر ثابت موج هستند، در ارتباطات رادیو سیار عوامل دیگری نیز میبایستی در طراحی مدنظر واقع شوند، بویژه آنکه در این ارتباطات دریافت امواج از طریق بازتاب و یا پراش غیرقابل اجتناب بوده و می بایستی در محاسبات و طراحی ملاحظه گردند.

عوامل عمده در بررسی های دقیق بویژه در مدل های محاسباتی و برای موارد خاص عوامل محیطی متعدد از جمله نکات زیر قابل توجه هستند: نویزهای طبیعی و مصنوعی آلودگی فرکانس و تداخلات رادیویی گستردگی منطقه پوشش فواصل مسیرهای رادیویی ساختار و بافت منطقه پوشش مسیرهای چندگانه تعداد ایستگاههای ثابت تغییرات ضریب شکست هوا ارتفاع و شرایط اقلیمی ایجاد داکت های ارتباطی طبقه بندی عمومی و نسبتا قابل قبول توسط مراجع مختلف عبارتست از: ناحیه باز و برون شهری شامل مناطق توسعه نیافته، مناطق کوهستانی و دشت و جنگل و یا آبهای دریائی و بین المللی ناحیه حومه شهری و یا شهرهای کوچک و صنایع محدود شامل ترکیبی از مناطق مسکونی و صنایع کوچک و بدون آلودگی، بازارچه های خرید با ترافیک متوسط ناحیه شهری بزرگ شامل مراکز تجاری و صنعتی بزرگ و متمرکز، ساختمانهای بلند و متعدد، خیابان ها و اتوبانهای زیاد و ترافیک سنگین مابین ردیف های اول و دوم، طبقه دیگری تحت عنوان ناحیه صنعتی با مجتمع های کشاورزی و صنعتی مدرن و بزرگ، خطوط انتقال برق و تاسیسات صنعتی گسترده در سطح و همچنین بین ردیف های دوم و سوم فوق شهرهای کوچک/ متوسط با شرایط ویژه خود را می توان اضافه نمود.

با توجه به طبقه بندی مذکور می توان ردیف دوم، مربوط به نواحی شهرهای کوچک و یا حومه شهرهای بزرگ را بصورت حالت متوسط در نظر گرفت که در نواحی باز و برون شهری تا حدودی وضع دریافت سیگنال بهتر از آن و در نواحی درون شهری وضع دریافت سیگنال تا حدودی بدتر از آن است.

بنابراین اگر بتوان رابطه ساده ای برای محاسبه سطح سیگنال دریافتی در نواحی ردیف دوم بدست آورد همراه با اعمال اثرات جانبی برای ردیف های اول و سوم، می توان از آن برای پیش بینی سطح سیگنال دریافتی در این نواحی استفاده نمود.

6.

14.

سطح سیگنال دریافتی از مسائل مهم طراحی شبکه های رادیو سیار، محاسبه سطح سیگنال دریافتی در محل پایانه های سیار می باشد.

در یک ارتباط دوطرفه لازم است سطح دریافت سیگنال در هر دو طرف ارتباط بیش از حداقل مورد نیاز باشد.

در این بخش ابتدا به تعریف برخی از پارامترهای اصلی بشرح زیر پرداخته می شود: حداقل سطح سیگنال دریافتی که به دو مولفه زیر بستگی دارد: * حساسیت و یا آستانه دریافت گیرنده که خود به دو حالت استاتیک و دینامیک تقسیم بندی می گردد.

در مسائل مربوط به ارتباطات سیار عموما حساسیت دینامیک مدنظر می باشد مگر مواقعی که از پایانه سیار در محل ثابتی استفاده می شود.

* میزان حداقل حاشیه احتیاطی که خود تابعی از مقدار انحراف معیار و درصدهای زمانی و مکانی مورد نیاز می باشد.

تعادل ارتباط در محاسبه پوشش ارتباطی با در نظر گرفتن اینکه قدرت فرستنده، حساسیت گیرنده، بهره آنتن و برخی عوامل دیگر متفاوت هستند لذا سطح سیگنال دریافتی در دو طرف مسیر، یعنی BTS و پایانه، عموما متفاوت بوده و این امر سبب می گردد تا پوشش در حالت ارتباط یک طرفه و دو طرفه متفاوت باشد که اصطلاحا سیستم غیر متعادل نامیده می شود.

با طراحی صحیح در شرایطی که با در نظر گرفتن کلیه عوامل، پوشش های دریافتی و ارسالی یکسان باشند در اینصورت سیستم در حال تعادل خواهد بود.

مدل های تخمین مقدمه اصولا بررسی و محاسبه سطح سیگنال دریافتی در گیرنده رادیو سیار موضوع ساده ای نبوده و تحت تاثیر پارامترهای گوناگون و متعددی می باشد.

مشخصات پیرامونی نیز اثرات زیادی در انتشار امواج رادیویی داشته و بنابراین تنها فاصله عامل تعیین کننده نمی باشد.

برای تخمین افت مسیر مابین فرستنده و گیرنده مدلهای متعددی مطرح گردیده که علاوه بر مدل های پایه، در بخش های آتی این فصل مدل های زیر ارائه خواهند شد: مدل Okumura-Hata مدل COST 231-Hata مدل Lee یادآوری می گردد که معمولا هر یک از مدلها دارای محدودیت هائی از نظر فاصله، فرکانس و شرایط محیطی می باشد و بهمین علت برخی اوقات برای پیش بینی بهتر، لازم است از مدل های مختلف استفاده نمود.

از میان مدل های گوناگون، مدل های فوق الذکر بعلت دقت، گسترده و سرعت عمل بهتر، کاربرد وسیعتری پیدا کرده اند.

تقسیم بندی اصولی مدل ها مدل های ارزیابی و تخمین پوشش رادیویی در سیستم های رادیو سیار می تواند بر یکی از حالات سه گانه زیر استوار باشد: مدل تجربی که بر موارد آزمایش شده اتکا داشته و تجربیات حاصل وابسته به محیط و شرایط خاص آن می باشد.

از جمله روش های تخمین پوشش مبتنی بر این اساس می توان از روش های بولینگتون، هاتا و لی نام برد.

مدل قطعی که برای مواردی با ترکیب هندسی مشخص نظیر بلوکهای ساختمانی، خیابانها و مواردی نظیر آن می تواند اعمال شود.

مدل ساده اولیه بر این پایه استوار می باشد.

مدل آماری- فیزیکی که بر ترکیبی از مدلهای قطعی و آماری پارامترهای مختلف نظیر ارتفاع ساختمانها و پنهای جاده ها استوار می باشد.

مدل پیشنهادی ITU-R در توصیه شماره P.1546 بر پایه اصول و روابطی فیزیکی همراه با اطلاعات آماری می باشد.

15.

3.

محدودیت های مدل های پایه هر یک از مدل های سه گانه موصوف دارای محدودیت هائی هستند که در ذیل به آنها پرداخته می شود: مدل تجربی محدودیت انواع این مدل بطور خلاصه عبارتند از: در محدوده پارامترهای اندازه گیری شده قابل استفاده هستند.

عوامل محیطی طبق الگوهای طبقه بندی شده تعریف می شوند که با توجه به تنوع بسیار زیاد آنها در کشورهای مختلف ایجاد محدودیت خواهند نمود.

عدم نگرش فیزیکی به چگونگی انتشار امواج مدل قطعی این مدل صرفا در ساختارهائی با شرایط مندرج در ذیل قابل استفاده است: * کاربرد محدود با توجه به ماهیت ارتباطات سیار * نیاز به وجود ساختارهای هندسی مشخص * نیاز به اطلاعات مربوط به مشخصه های الکتریکی مسیر از جمله و * دشواری موضوع بعلت لحاظ نمودن مولفه های مستقیم، پراش، بازتاب و پخش امواج