View page as slide show

Langaton Tietoliikenne

Etenemismallit

  • Signaalit käyttäytyvät erilaisissa ympäristöissä eri tavalla
    • Sisätiloissa signaalin etenemiseen vaikuttavat esimerkiksi rakennuksessa käytetyt materiaalit, hissikuilut, porraskäytävät, huoneiden korkeus, ikkunoiden lukumäärä ja huoneiston kalusteet
    • Ulkotiloissa epävarmuustekijöitä enemmän: kuiva/kostea ilma, vuodenaika, kasvillisuus, lumipeite, kaupunki/maaseutuympäristö,
  • Etenemistä voidaan ennakoida etenemismalleilla
    • eri ympäristöihin omat mallinsa

—-

Etenemismallit

  • Etenemismalleilla pyritään mallittamaan erilaisten osatekijöiden vaikutusta signaaliin
    • Taajuusalue
    • Lähetysteho
    • Etäisyys
    • Antennien korkeudet
    • Ympäristötekijät

Etenemismallin toimintaan vaikuttavia tekijöitä

  • Vapaan tilan vaimennus
  • Maaston muotojen aiheuttama vaimennus
  • Kasvillisuuden aiheuttama vaimennus
  • Kaupungistumisen vaikutus
    • Kaupungistumisaste
  • Säätilan vaikutus
  • Lumipeitteen vaikutus heijastuksiin
  • Lumipeitteen vaikutus antennin toiminnalle

Radiotien jaottelu etenemismallien kannalta

  • Etenemismallien kannalta radiotie voidaan jakaa omiin kokonaisuuksiin [Ojanperä]:
    • Vehicular radio environment
    • Outdoor to indoor and pedestrian radio environment
    • Indoor office environment
  • Jako tapahtuu kukin osa-alueen ominaisuuksien perusteella

Vehicular radio environment

  • Tämä ympäristö kuvaa ns. tyypillistä makrosolua, jossa käytetään kohtalaisen suuria lähetystehoja
  • Vastaanottimet liikkuvat usein suurilla nopeuksilla
  • Ei LOS komponenttia
    \Huge L=\xi+\alpha10\log(x)(dB) x kilometreinä

\Huge \xi = shadowing efektin vaikutus. käytetään yleisesti 10dB:iä
\Huge \alpha = ympäristöstä riippuva arvo joka on yleensä välillä 3.0-5.0

Outdoor to indoor environment

  • Kuvaa pieniä mikrosoluja, joissa käytetään pieniä lähetystehoja
  • Antennit usein kattotasojen alapuolella
  • Sekä LOS että NLOS komponentit
  • Sisätilat voidaan kattaa ulkona sijaitsevilla tukiasemilla

Indoor office environment

  • Kuvataan sisätiloihin rakennettuja soluja
  • Pienet lähetystehot
  • Sekä tukiasemat että käyttäjät sisätiloissa
    \Huge L=L_{0}+10n\log(x)+\sum_{j=1}^{J} N_{w}_{j}L_{w}_{j}+\sum_{i=1}^{I} N_{f}_{j}L_{f}_{j} , jossa

\Huge L_{0} = vaimennus referenssipisteessä (1 metrin päässä) (37dB)
\Huge N_{f}_{i} = välissä olevien erityyppisten lattioiden määrä
\Huge L_{f}_{i} = lattia tyypin antama vaimennus (20 dB) \Huge L_{w}_{j}N_{w}_{j} = vastaavat arvot seinille. (3dB)
n = vaimennuskerroin (yleensä 2)

Tunnettuja malleja (ulkotilat)

  • Okumuran ja Hatan malli
  • Leen malli
  • COST mallit

(wesolowski: mobile communication systems)

Leen malli

  • Yksinkertainen malli
    \Huge P(d)=P_{0}(d/d_{0})^{-\gamma}(f/f_{0})^{-n}F_{0} \\ (P(d))_{dB}=(P_{0})-\gamma\log(d/d_{0})-n\log(f/f_{0})+(F_{0})_{dB}
  • \Huge P_{0}= referenssimediaani teho etäisyydellä math>\Huge d_{0} </math> = 1 km
  • n riippuu maaston topologiasta ja käytetystä taajuudesta.
    • n = 2 suburban/rural ja taajuus alle 450MHz.
    • n = 3 urban environment ja taajuus 450 MHz-2GHz,
  • \Huge F_{0} = korjauskerroin, joka lasketaan ottaen huomioon
  • \Huge \gamma = etenemisvaimenemisen potenssi
  • Parametrit \Huge P_{0} ja\Huge \gamma otetaan valitaan ympäristöstä riippuen ja perustuvat mittauksiin esim:
    • Free space: \Huge P_{0} = -41 , \Huge \gamma = 20
    • Rural : \Huge P_{0} = -40 , \Huge \gamma = 43.5
    • Tokio: \Huge P_{0} = -78 , \Huge \gamma = 30.5

Okumuran malli

  • Okumuran malli on kokeellinen joukko käyrästöjä
    • 1960 -luvulla Tokion ympäristössä mitattu
    • Etenemiskäyrästöt ja korjausparametrit
    • Useita taajuusalueita
    • Etäisyyden ja antennikorkeuden funktioita
    • Käyrästöt kaupunkialueelle, mutta korjauskertoimilla sovitettavissa muihin ympäristöihin

\Huge (L_{50})_{dB}=L_{s}+A(f,d)+G(h_{BS,eff})+G(h_{ms}),

  • Missä Ls = vapaan tilan vaimennus
  • \Huge A(f,d) = vaimennuksen mediaani suhteessa free space etenemiseen taajuudella f (MHz), etäisyydellä d (km). Otetaan käyrästöstä.
  • \Huge h_{BS,eff} = tukiaseman efektiivinen korkeus.
  • \Huge h_{ms} = vastaanottimen korkeus
  • \Huge G() = korjauskerroin

Okumura-Hata malli

  • Hata muutti Okumuran käyrästöt logaritmilausekkeiksi
  • Kaupunki: \Huge(L_{50})_{dB|urban}=69,55+26,16\log f-13,83\log(h_{BS,eff})\\-a(h_{MS})+(44,9-6,55\log(h_{BS,eff}))\log d
  • Avoin: \Huge(L_{50})_{dB|open}= (L_{50})_{dB|urban}-4,78(\log f)^{2}\\+18,33\log f-40,94
  • \Huge a(h_{MS}) = korjaustermi mobiiliantennille
  • Okumuran ja Hatan mallit toimivat lähinnä taajuuksilla 150-1920 MHz

Cost231-mallit

  • Okumuran ja Hatan mallit toimivat lähinnä 150 - 1920 MHz alueella
  • EU:n Cost 231 projektissa luotiin kaksi uutta mallia
  • COST 231 Hata -malli
  • COST 231 - Walfish-Ikegami -malli

COST231 Hata

  • Okumura-Hatan malliin tehtiin parannuksia taajuusalueelle 1,5 - 2 GHz
    • Alkuperäinen malli aliarvioi vaimennuksen kyseisellä alueella
  • Uusi malli laskettiin
    • Tukiasema 30-300 m
    • Mobiiliasema 1-10 m
    • Etäisyys 1-20 km
    • Voidaan soveltaa myös tukiasemille alle 30 metrissä, jos rakennukset selvästi alempana
  • Ei sovi alle 1 km etäisyyksille

\Huge(L_{50})_{dB}=46,33+33,9\log f-13,82\log(h_{BS,eff})\\-a(h_{MS})+(44,9-6,55\log(h_{BS,eff}))\log d + C
C= on vakio riippuen ympäristöstä, lähiöissä ja keskikokoisissa kaupungeissa 0, isojen kaupunkien keskustoissa 3.

COST231-Walfish-Ikegami

  • Voidaan käyttää tapauksissa, missä antenni asennetaan kattolinjan alapuolelle kaupunki- olosuhteissa
    • f = 800-2000 MHz, \Huge h_{BS} = 4-50 m, \Huge h_{MS} = 1-3 m d = 0,02 - 5 km
  • Huomioi
    • Antennikorkeudet
    • Katujen leveydet
    • Rakennusten etäisyydet
    • Rakennusten korkeudet
    • Katujen aseman signaalin etenemiseen nähden

\Huge (L_{50})_{db}=L_{s}+L_{rts}+L_{ms} Jossa,
\Huge L_{s} = vapaantilan vaimennus \Huge L_{s}=32.4+20 \log(d)+20\log (f)
\Huge L_{rts} = katolta-kadulle taipumis- ja sirontavaimennus (roof-top-to-street diffraction and scatter loss)
\Huge L_{ms} = monen esteen taipumisvaimennus (multiscreen diffraction loss)

\Huge L_{rts} ja \Huge L_{ms} laskukaavoja ei käydä kurssilla kts. Propagation Prediction Models

Sisätilan mallit

  • Sisätilojen mallinnus lähes yhtä tärkeätä kuin ulkotilojenkin
  • Ominaista sisätiloille
    • Etäisyydet lyhyitä 10-100m
    • Matalat lähetystehot
    • Suuret vaimennukset esteistä johtuen
  • Yksinkertaisimmillaan ns. point-to-point monimutkaisemmissa tapauksissa käytetään ns. säteenjäjitystä

Point-to-point

* tarkastellaan ympäristöä vain kahden pisteen kannalta. * Keskitytään lyhyimpään reittiin kahden pisteen välille * Huomioidaan lähettimen ja vastaanottimen välinen etäisyys

  • Voidaan ottaa huomioon myös välillä olevat esteet

Säteenjäljitys -mallit

  • lähteestä piirretään n määrä säteitä, joiden kulku lasketaan
  • Säteenjäljitysmallit ovat huomattavasti point-to-point malleja raskaampia laskea
  • Tulokset ovat parempia johtuen juuri signaalin todellisen käyttäytymisen mallintamisesta

Sisätilan vapaa vaimennus

  • Käytetään katkaistua arviointimallia
    • Pienempi vaimennuskerroin \Huge\gammalähietäisyydelle (d <5), ja suurempi kauemmas.

\Huge L(2.4GHz)=\begin{cases} 40+20\log(d) dB, & d\leq 5 \\ 40+14+10*\gamma\log(\frac{d}{5}) dB, & d\gt 5 \end{cases}

  • erilaiset esteet voidaan huomioda aiemmin esitetyn indoor office mallin pohjalta.
Last modified: 2013/07/01 14:42