1 Predikciós módszerek. Smartcell 3.2 Technikai Refenciatár Verziószám 1.0

Átírás

1 1 Predikciós módszerek Generál módszer A módszer matematikai alakja A módszer érvényességi köre Effektív antennamagasság számítása Kiegészítések Diffrakciós csillapítás számítása Deygout módszer Clutter Standard Okumura-Hata módszer A módszer matematikai alakja A módszer érvényességi köre Effektív antennamagasság számítása Terephullámosság számítása Clutter Korrekciós faktorok Rolling Hilly korrekciós faktor COST 231-Hata model A módszer matematikai alakja A módszer érvényességi köre Clutter 8 2 File formátumok és import függvények Antenna file Planet formátum NPSX formátum Telephely adatbázis és file-formátum Cella adatbázis és file-formátum Vektoros adatok file-jai Mérési file-ok Exportált predikciós file formátuma Predikciós módszerek Az alábbi predikciós modszerek mind lokális medián értéket adnak, azaz a gyors és a lassú féding számítása nem szerepel bennük. Ezért a prediktált értékek ellenőrzésére végzett méréseket 10-50m-re átlagolni kell, hogy gyors fédinget eltávolítsuk (Clarke: A Statisctical theory of mobile radio reception; David Parsons: The Mobile Radio Propagation Channel; Lee: Estimate of local average power of mobile radio Signal). A módszerek mind makrocellára érvényesek, azaz a bázisállomás antennájának magasabbnak kell lennie mint a közelben lévő terepakadályok. A három itt leírt eljárás empirikus, azaz fizikai hatások pontos leírása hiányzik belőlük. 11/12/01 1

2 1.1 Generál módszer A módszer matematikai alakja, ahol L = K K 4 1 K 2 Diff K log D K 5 log h log D log h K 3 t t 6 h m Clutter L K 1 Szakaszcsillapítás[dB]-ben felhasználó által beállítható konstans [db]-ben. Ez egy metszéspont, ami 0m távolságban adja meg a vételi szintet. méterben mért távolság logaritmusának és a felhasználó által beállítható konstansnak a szorzata. Maga az állandó a távolság függés meredeksége. a bázisállomás méterben mért effektív antennamagassága logaritmusának és a felhasználó által beállítható konstansnak a szorzata. K log D 2 K 3 log h t K 4 Diff a diffrakciós csillapítás [db]-ben és egy a felhasználó által beállítható konstansnak a szorzata K log D log az ún. Okumura tag. Tényezői fentebb már ismertetésre kerültek. 5 h t K 6 h m a mobil állomás méterben mért fizikai magassága és egy a felhasználó által beállítható konstansnak a szorzata Clutter A mobil környezetét leíró morfológiai osztály járulékos nyeresége. Ez a morfológiai adat a digitális térképből származik és annyi értéket vehet fel amennyit a térkép készítése során specifikáltak. Ezt fedettségi osztályonként meg kell adnia a felhasználónak A fentiekből jól látható, hogy a szakaszcsillapítás lineráris regresszióval közelített. A SmartCellben két pár K1,K2 állandót definiálhatunk amik közt a program távolság függvényében választ. A vételi teljesítmény az alábbi képlettel határozható meg ezek után: P RX = P TX + Antgain + Antgain cell mobile L A módszer érvényességi köre 50MHz < frekvencia < 2000MHz 3m < bázisállomás antenna magassága < 100m 1m < mobil antenna magassága < 100m 100m < távolság a bázisállomástól < 100km 11/12/01 2

3 1.1.3 Effektív antennamagasság számítása A mobil effektív antennamagassága a mobil fizikai, azaz földfelszin feletti magasságával egyenlő. Ezért a továbbiakban a bázisállomás effektív antenna magasság számítását tárgyaljuk. Okumura által javasolt ún. profil módszer átlagos magasságot számol az adót a vevővel összekötő metszet mentén. A metszet a bázisállomástól mért 3km-től 15km-ig tart, de maximum a mobilig. A CCIR ös ajánlása és riportja a metszet hosszát szintén így definiálja, ellenben a nemzetközi koordinációt szabályozó 1993-as Bécsi Megállapodással, ahol a metszet 1km-15km hosszon, de maximum a mobilig definiált. Elõszõr az átlagos tengerszintfeletti magasságot számoljuk ki: h = n i= 0 h i n + 1,ahol h i tengerszintfeletti magasságokat a felhasználó által beállítható közönként olvassa ki a SmartCell. Majd h eff, ahol = h 0 b h h 0 b a bázisállomás tengerszint feletti magassága Kiegészítések A Profil módszer fenti definíciója kiegészítésre szorul negatív értékek vagy 3km-nél kisebb mobil és bázisállomás közti távolságok esetén. A Bécsi Megállapodás negatív antennamagasságok esetén 0m-t javasol figyelembe venni. David Parsons mindkét esetre a bázisállomás antennájának földfelszin feletti magasságát javasolja effektív antenna magasságnak (David Parsons: The Mobile Radio Propagation Channel). A CCIR es riportja ezért az alábbi effektív antenna magasság számítást javasolja: h b h0m 0 > esetén heff = hb + h0b h0m h0 b <= h0m esetén h eff = hb,ahol h a bázisállomás antennájának földfelszín feletti magassága (fizikai magasság) b h 0 a bázisállomás tengerszint feletti magassága b 11/12/01 3

4 h 0 m a mobil tengerszintfeletti magassága A negatív effektív antennamagasságok ezzel a definícióval nem fordulhatnak elő. A SmartCell a fentiek figyelembe vételével a profil módszert használja az alábbi kiegészítésekkel: a.) ha közelebb van a mobil a távolság egy felhasználó által beállított küszöbértékénél, akkor a CCIR korrekció kapcsoló állásától függően a fenti CCIR módszerrel vagy a Parsons ajánlással számol. b.) ha az effektív antenna magasság negatívnak adódik, akkor a CCIR korrekció kapcsoló állásától függően a fenti CCIR módszerrel vagy a Parsons ajánlással számol. Ez utóbbi esetben, a két módszer majdnem azonos eredményt kell hogy adjon. A Bécsi Megállapodás ajánlása, sem a logaritmus képzés miatt - log(0m) - sem amiatt nem megfelelő, mert nem adja vissza azt a tapasztali tényt, hogy a mobil egy a bázisállomásnál magasabb hegy teteje felé mozog ( így a heff<0 ) és közben növekszik a vételi térerősség. Szekeres Béla (Cellarádió területi ellátottságának tervezése digitalizált térképészeti adatokból,híradástechnika, XLII, augusztus) cikke a CCIR módszert ajánlja kvázi sima terepre a számításigényes profil módszer helyett valószínűleg az akkori számítástechnikai környezet miatt ( 25MHz-es IBM PC-n futott az ismertetett program) Diffrakciós csillapítás számítása A SmartCell a terjedési útba eső akadályokat késélek sorozataként modellezi. A késélek által okozott csillapítás számításakor használatos a ν -Fresnel-paraméter. ν = h 2 λ d ( d + d ) 1 1 d 2 2 A h az adót és a vevőt összekötő optikai egyenes és a késél csúcsát összekötő szakasz hossza. A h akkor negatív ha a késél ezen optikai egyenes alatt van. Az adót a vevővel összekötő egyenest a késél kettéosztja, amely szakaszokat d 1 és d 2 jelöli. A Fresnel paraméterből a Fresnel integrállal számolható pontosan a diffrakciós csillapítás. A késél okozta csillapítást az alábbi közelítéssel számolhatjuk: A ( ν) = 64, + 20 log ( ν ν)[ db] 11/12/01 4

5 A képlet ν > -1 -re 0,5 db -es pontossággal használható. A SmartCell még azzal a közelítéssel él, hogy ν < -0,8 esetre 0dB csillapítást vesz, továbbá a csillapítás nem lehet nagyobb késélenként mint 40 db (lásd Bécsi Megállapodás, CCIR Riport). Meg kell még jegyezni, hogy a terepmetszetet az effektív földsugárral módosítani kell és utána kell összekötni az adót és a vevőt. 4/3-os földsugártényezőnél a görbület a következő: ( d x) x h( x) = , ahol d jelöli az adót a vevővel összekötő egyenes teljes hosszát méterben x jelöli az aktuális távolságot méterben h értékek hozzáadódnak a terepmagagasságokhoz. ( x) Deygout módszer Deygout módszer egy rekurzív módszer ami többszörös késélek által okozott csillapítás kiszámítására használatos. A módszert fő késélek módszerének nevezik, mert első lépésként a késélek Fresnel paramétereitől függően meghatározza a fő késélet. A fő késél okozta diffrakciós csillapítást az előzőekben leírtaknak megfelelően meghatározzuk. Majd a fő késél csúcsát összekötjük az adóval és a vevővel, hogy a többi késél által okozott csillapítást kiszámolhassuk. Az eljárás így folytatódik tovább. A teljes csillapítás az egyes csillapítások db-ben mért összege. A Deygout módszer túlbecsüli a csillapítást nagyszámú késélek esetén és akkor is ha két késél közel van egymáshoz. Az eljárás pontossága akkor a legnagyobb, ha egy domináns késél található a terjedési útban. Deygout módszert használó számítások gyakran leállnak 3 darab késél után (David Parsons: The Mobile Radio Propagation Channel) Clutter A felhasználónak kell beállítania a DTM (Digitális Terep Modell) fedettségi osztályainak a járulékos nyereségét. Ezek nem abszolút értékek, értékeik nagyban függnek K 1 értékétől. A különbségeknek kell állandóknak lenniük. A pontos értékeket egy modellhangolási eljárással határozhatjuk meg. Figyelemmel kell lenni, hogy a modellhangoláshoz szükséges térerősség mérések csak egyfajta clutter osztályban (út) történnek a legnagyobb számban ezért a többi clutter nyereségek meghatározása csak spekulatív úton lehetséges. A gyakorlatban 0 db-es értékek kielégítő pontosságot adnak. A modellhangolás során 0dB-től eltérő értékek nem javítanak jelentősen a pontosságon éppen azon ok miatt, hogy csak egy clutter osztály szerepel a térerősségmérésekben. 1.2 Standard Okumura-Hata módszer Az alapváltozatot a Tokióban elvégzett 200MHz és 1920 MHz közti mérésekből fejlesztették ki. Yoshihisa Okumura által 1968-ban elvégzett mérésekre Masaharu Hata 11/12/01 5

6 1980-ban a görbéket illesztett és 150MHz MHz sávra extrapolálta az eredményeket. Az ITU (korábban CCIR) ezt a városi területre vonatkozó modellt referenciaként adaptálta és kiegészítette (ITU-R Recommendation P A módszer matematikai alakja Városi területen: Pathloss[dB]=A+BlogR[km]-E Külvárosi területen: Pathloss[dB]= A+BlogR[km]-C Nyílt területen: Pathloss[dB]= A+BlogR[km]-D Kvázi nyílt területen: Pathloss[dB]= A+BlogR[km]-D+5dB ahol, A = log( f [ MHz] ) log( Heff [ m] ) B = log Heff m ( [ ]) 2 [ MHz] f C = 2 log D = 4.78 log f MHz 18.33log f MHz ( ( [ ])) ( [ ]) Nagyváros és f>=300mhz esetében: E 3.2 log 11.75h 2 4. ( ( )) 97 = mobil Közepes és kis város esetében: E = ( 1.1log( f [ MHz] ) 0.7) hmobil 1.56 log( f [ MHz] ) 0.8, ahol ( ) Heff[m] hmobil f[mhz] R[km] jelöli a bázisállomás méterben mért effektíva antennamagasságát jelenti a mobil antenna magasságát méterben. TETRA rendszerben ezt 1.5m-nek vesszük jelöli a MHz-ben mért vivőfrekvenciát. jelöli a kilométerben mért távolságot A módszer érvényességi köre 150MHz < frekvencia < 1500MHz 30m < bázisállomás antenna magassága < 200m 1m < mobil antenna magassága < 10m 1km < távolság a bázisállomástól < 20km terephullámosság < 20m Effektív antennamagasság számítása A General módszernél ismertetett módon számolja a SmartCell az effektív antennamagasságot. 11/12/01 6

7 1.2.4 Terephullámosság számítása A terepegyenetlenség, vagy terephullámosság ( h ) annak a két magasságnak a különbsége amelyeket az adót és a vevőt összekötő egyenes mentén a terep magassága az esetek 10%-ában ill.a 90%-ában meghalad (interdecilis különbségek). A hullámosságot 0 10km -ig a vevőtől az adó irányába (Okumura és David Parsons szerint) vagy 10km- 50km közt, de maximum a vevőig, a vevő irányába (CCIR370-5 szerint, Bécsi ajánlás) Clutter Az Okumura altal használt clutter-eket Okumura Osztályoknak hívják. Ezek különböznek a DTM-ekben használtaktól, ezért a SmartCellben össze kell rendelni õket Korrekciós faktorok Az Okumura-Hata módszer városi és külvárosi területekre jól használható, de vidéken, különösen gyorsan változó terepviszonyok esetében alábecsüli a szakaszcsillapítást. Nehézséget jelent még a japán körülmények között értelmezett városi, külvárosi, nyitott terület értelmezése európai körülmények közt Rolling Hilly korrekciós faktor. ( ) 2 ( ) Kh = 5, 180 log h + 3, 538 log h + 3, COST 231-Hata model A COST231-Hata módszer a közepes és kis város esetére vonatkozó Okumura-Hata módszer kiterjesztése a nagyobb frekvenciák felé A módszer matematikai alakja Városi területen: Pathloss[dB]=F+BlogR[km]-E+G,ahol Nagyváros és f>=300mhz esetében: E 3.2 log 11.75h 2 4. ( ( )) 97 = mobil Közepes és kis város esetében: = 1.1log f MHz 0.7 h 1.56 log f MHz 0.8 ( ( [ ]) ) ( ( [ ]) ) E mobil 11/12/01 7

8 F = log ( f [ MHz] ) 13.82log( heff [ m] ) G = 0dB közepes város és külváros esetében G = 3dB nagyvárosi esetben G = 3dB nyílt terület esetében A módszer érvényességi köre 1500MHz < frekvencia < 2000MHz 30m < bázisállomás antenna magassága < 200m 1m < mobil antenna magassága < 10m 1km < távolság a bázisállomástól < 20km terephullámosság < 20m Clutter Az alapul szolgáló Okumura Hata módszernél még alkalmaztak korrekciós faktorokat nyílt területre és külvárosi területre. Itt a külvárosi korrekció 0dB, míg a nyílt területre vonatkozó -3dB. 2 File formátumok és import függvények 2.1 Antenna file Planet és NPSX formátumú antenna file-okat tud a SmartCell importálni. A két féle fileban a nyereség más mértékegységben van megadva (dbi ill. dbd). Ezek az izotróp ill. a dipol antennára vonatkoztatott nyereségértékek. Az izotróp antennát a mikrohullámú sávban használják referenciaként, míg a dipólt az URH sávban. A két mértékegység közti váltószám 2.15dB (a félhullámú dipólus nyeresége) azaz dbi=dbd+2.15db (0dBd=2.15dBi). Ennek ismeretében levezethető, hogy EIRP=ERP+2.15dB Planet formátum NAME FREQUENCY GAIN 15.5 dbd TILT COMMENT DATE HORIZONTAL /12/01 8

9 VERTICAL NPSX formátum VERSION 2.0 NAME (17.5dBi, 36, 13) GAIN HOR_LOBE VER_LOBE /12/01 9

10 Telephely adatbázis és file-formátum Telephelyek paramétereit tartalmazó file formátuma tabulátorral elválasztott text file. A fejléccel együtt ez az alábbi: NAME LOCATION_X LOCATION_Y Figyelem!Az első koordináta az EOV_Y, míg a második az EOV_X! A file-ból csak a fenti paraméterek kerülnek beolvasásra kötött sorrendben. A többi telephely paraméter a paradox típusú tábla default értékeit veszik fel. Az alábbi táblázat mutatja az adatbázis telephely táblájának szerkezetét. A megnevezések azonosak a SmartCell telephely ablakában láthatóakkal. mező sorszáma mező neve mező típusa mező hossza default érték 1 Site_name alfanumerikus 32 2 Site_code alfanumerikus 32 CODE 3 Group_name alfanumerikus 32 4 EOVX[m] long int EOVY[m] long int Predict_area[m] long int Rec_pos[m] alfanumerikus Cell_1 alfanumerikus 32 9 Cell_2 alfanumerikus Cell_3 alfanumerikus Cell_4 alfanumerikus Cell_5 alfanumerikus Cell_6 alfanumerikus Cella adatbázis és file-formátum A beolvasni kívánt cella paramétereket tartalmazó file formátuma tabulátorral elválasztott text file kell legyen: 11/12/01 10

11 NPSX_CE NPSX_AN LL_NAME TENNA_N AME ANT_ ANT_ ANT_H H(fok) V(fok) EIGHT( m) TX_POWER (W) OTHER_LO SS 1_ _ _ A fejléc kötött, mezőinek jelentése: NPSX_CELL_NAME NPSX_ANTENNA_NAME ANT_H ANT_V ANT_HEIGHT(m) TX_POWER(W) OTHER_LOSS A cella neve A cellában használt antenna neve Antenna iránya fokban Antenna dőlése fokban Antenna magasság méterben Adóteljesítmény W-ban Egyéb csillapítás db-ben. A SmartCell a telephelyek és cellák nevei alapján rendeli össze a telephelyeket a cellákkal. Az elnevezésekre ezért ügyelni kell. A fenti példából jól látható az elnevezések logikája. A textfile-ban nem specifikált paraméterek default értéket kapnak. Az alábbi táblázat mutatja az adatbázis cella táblájának szerkezetét. A program belső működéséhez szükséges mezők nem láthatóak a cella ablakban, ezek megváltoztatása nem támogatott. mező sorszáma mező neve mező típusa mező hossza Minimum Maximum Default 1 Cell_name alfanumerikus 32 2 Readiness alfanumerikus 32 3 Which_modell alfanumerikus 32 4 Split Logikai FALSE 5 Transm_ant_id alfanumerikus 32 6 Transm_ant_id2 alfanumerikus 32 7 Transm_ant_dir_h numerikus Transm_ant_dir_h2 numerikus Transm_ant_dir_v numerikus Transm_ant_dir_v2 numerikus Transm_ant_height numerikus Transm_pow numerikus Transm_pow_dim alfanumerikus 8 W dbm DBm 14 Transm_loss[db] numerikus 0 15 No_of_TRX rövid egész 2 16 No_of_carriers rövid egész 2 17 ARFCN_1 rövid egész 1 18 ARFCN_type_1 alfanumerikus 8 BCCH 19 ARFCN_2 rövid egész 2 11/12/01 11

12 20 ARFCN_type_2 alfanumerikus 8 BCCH 21 ARFCN_3 rövid egész 22 ARFCN_type_3 alfanumerikus 8 23 ARFCN_4 rövid egész 24 ARFCN_type_4 alfanumerikus 8 25 ARFCN_5 rövid egész 26 ARFCN_type_5 alfanumerikus 8 27 ARFCN_6 rövid egész 28 ARFCN_type_6 alfanumerikus 8 29 ARFCN_7 rövid egész 30 ARFCN_type_7 alfanumerikus 8 31 ARFCN_8 rövid egész 32 ARFCN_type_8 alfanumerikus 8 33 ARFCN_9 rövid egész 34 ARFCN_type_9 alfanumerikus 8 35 ARFCN_10 rövid egész 36 ARFCN_type_10 alfanumerikus 8 37 ARFCN_11 rövid egész 38 ARFCN_type_11 alfanumerikus 8 39 ARFCN_12 rövid egész 40 ARFCN_type_12 alfanumerikus 8 41 ARFCN_13 rövid egész 42 ARFCN_type_13 alfanumerikus 8 43 ARFCN_14 rövid egész 44 ARFCN_type_14 alfanumerikus 8 45 ARFCN_15 rövid egész 46 ARFCN_type_15 alfanumerikus 8 47 ARFCN_16 rövid egész 48 ARFCN_type_16 alfanumerikus 8 49 ARFCN_17 rövid egész 50 ARFCN_type_17 alfanumerikus 8 51 ARFCN_18 rövid egész 52 ARFCN_type_18 alfanumerikus 8 53 ARFCN_19 rövid egész 54 ARFCN_type_19 alfanumerikus 8 55 ARFCN_20 rövid egész 56 ARFCN_type_20 alfanumerikus 8 57 ARFCN_21 rövid egész 58 ARFCN_type_21 alfanumerikus 8 59 ARFCN_22 rövid egész 60 ARFCN_type_22 alfanumerikus 8 61 ARFCN_23 rövid egész 62 ARFCN_type_23 alfanumerikus 8 63 ARFCN_24 rövid egész 64 ARFCN_type_24 alfanumerikus 8 65 Site_name alfanumerikus 32 11/12/01 12

13 66 Field_file_inv alfanumerikus 16 Invalid 67 Passloss_mask_inv logikai FALSE 68 Heff_mask_inv logikai FALSE 69 Diffloss_mask_inv logikai FALSE 70 Optic_file_inv alfanumerikus 16 Invalid 2.4 Vektoros adatok file-jai Mapinfo formátumú határvonalat lehet importálni. A mapinfo formátum az alábbi: Line Pen (5,2, ) Line Pen (5,2, ) Csak a Line kulcsszóval kezdődő sorokat veszi figyelembe a program. Ez egy vonalat jelent az első EOV_Y, EOV_X koordinátapár és a második koordinátapár között. 2.5 Mérési file-ok A beolvasandó mérési file formátuma az alábbi: Az értékek tabulátorral vannak elválasztva, EOV_Y, EOV_X, Rxlev[dBm] sorrendben. 2.6 Exportált predikciós file formátuma Ellenőrzés céljából kiíratni a mért érékeket a prediktált értékekkel egyetemben a Fájl/Passloss adatok mentése menüből lehet. Ekkor az alábbi formátumot kapjuk: Ptransm[ Diff LogD* Transm.Gai Rec.Gain dbm] logd LogHt [dbm] loght Hr[m] n[dbi] [dbi] Clutter Survey fõ közlekedési út fõ közlekedési út /12/01 13

14 11/12/01 14