Упрощенно представим беспроводные технологии передачи данных в виде схемы на рис.7.1. В общем случае связь в беспроводных технологий передачи данных по радиоканалу осуществляется между стационарной точкой доступа (или базовой станцией) и подвижным оконечным устройством (или абонентской станцией).

Рисунок 7.1. Упрощенная схема беспроводных технологий передачи данных.

Исходя из рис.7.1, мощность на входе приемника оконечного устройства (ОУ) можно определить как:

Pпер×Lпер×Gпер×L(R)×Gпр×Lпр (7.1)

где:

  • Pпер – мощность на выходе передатчика точки доступа (ТД);
  • Lпер – потери в линии передачи (фидере), соединяющая передатчик с антенной;
  • Gпер – коэффициент усиления антенны ТД;
  • L(R) – потери при распространении сигнала, зависящие от расстояния R;
  • Gпр – коэффициент усиления антенны ОУ;
  • Lпр – потери в линии передачи (фидере), соединяющая приёмник с антенной.

ПосколькуPпер, Lпер, Gпер, L(R), Gпр и Lпр являются заданными параметрами, то основной задачей при расчете энергетических соотношений в радиоканале БСПД является определение L(R).

Следует отметить, что поскольку в общем случае ОУ может быть мобильным, то параметры канала связи будут непрерывно изменяться в процессе сеанса связи между ТД и ОУ. В этой связи точное решение электромагнитной задачи по определению L(R) чрезвычайно сложно, поэтому при описании поведения сигналов в радиоканале БСПД пользуются статистическими (вероятностными) методами. Следует отметить, что поведение сигналов существенным образом зависит от расстояния R между ТД и ОУ, другими словами, от размера зоны обслуживания ТД. Принято различать следующие зоны обслуживания:

  • пикосоты, когда R ≤ 50 м.;
  • микросоты, когда R ≤ 500 м.;
  • макросоты, когда R ≤ 10 км..

В пикосотах антенны ТД и ОУ находятся в прямой видимости, отражениями от поверхности (стен и т.п.), как правило, пренебрегают. В этом случае потери при распространении определяются как:

где:

L0– носит название потери при распространении в свободном пространстве;

I=c/f – длина волны несущего колебания.

В микросотах, к потерям в свободном пространстве L0 следует добавить потери при распространении стен и перекрытий:

где:

  • Lэт = 15+4(nэт-1), дб – потери при распространении сигнала через перекрытия (этажи);
  • nэт – число этажей;
  • Lст=nст*aст – потери при прохождении сигнала через стены;
  • nст – количество стен;
  • aст – дельные потери в дб/м, зависящие от материала стены, в частности:
    1. дерево, aст » 4дБ/м
    2. кирпич, aст » 7дБ/м
    3. бетон, aст » 15дБ/м

При распространении радиоволн в макросоте существует несколько отчетливых явлений, вызывающих изменение мощности сигнала Рпр в точке приема при удалении ОУ (или АС) от места расположения ТД (или БС), см.рис.7.2.

Рисунок 7.2. Поведение сигнала в радиоканале беспроводных технологиях передачи данных

Такое поведение сигнала в точке приема обусловлено тремя четко выраженными причинами:

  1. Затуханием сигнала при удалении от ТД, степень этого затухания обусловлена только техническими характеристиками ТД (БС) и ОУ (АС) (частота и мощность излучения, высота подвеса и коэффициент усиления антенн и т.п.), а также типом искусственных застроек (городская застройка, пригородная, сельская или открытое пространство). При расчете среднего уровня затухания в макросотах делаются два допущения:
    • рельеф местности принимается квазиплоским;
    • тип застройки принимается однородным.
  2. В этом случае процедура вычисления среднего уровня затухания (кривая 1 на рис.7.2) сводится к использованию той или иной эмпирической модели распространения радиоволн, в частности:

    • Модель Окамуры (Okumura);
    • Модель Хаты (Hata);
    • Модель COST231-Hata;
    • Модель Керри-Ли;
    • Модель Олсбрука-Парсонса;
    • Модель Уолфиша-Икегами.
  3. Рельеф местности, а также здания и другие искусственные сооружения или природные препятствия, расположенные на прямой, соединяющей ТД (БС) и ОУ (АС), вызывают экранирование и дифракцию передаваемого ТД (БС) сигнала. В результате происходят колебания сигнала (кривая 2 на рис.7.2) относительно среднего уровня затухания, которые принято называть медленными замираниями. Поведение сигнала в условиях медленных замираний описывается логарифмически-нормальным законом распределения вероятности.
  4. Неоднородности (здания или иные искусственные сооружения, а также природные препятствия), расположенные в окрестности точки приема, вызывают явление многолучевости, т.е. в точку приема помимо прямой волны от ТД (БС) приходят также множество отраженных от неоднородностей волн. В результате происходят колебания сигнала (кривая 3 на рис.7.2) относительно уровня сигнала подверженного медленным замираниям, которые принято называть быстрыми замираниями. Характер изменения сигнала в условиях быстрых замираний, как правило, описывается Рэлеевским законом распределения вероятности.

Сигнал, который одновременно подвержен как быстрым, так и медленным замираниям, описывается составным законом распределения вероятности. На практике составной закон распределения вероятности принято аппроксимировать логарифмически-нормальным законом распределения вероятности:

где:
Eg – действующее значение напряженности электрического поля сигнала в точке приема (случайная величина) в дБmV/м;

Ecp – среднее значение напряженности электрического поля сигнала в точке приема в дБmV/м;

sS – – среднее стандартное отклонение (дисперсия) в дБ, определяется как:

здесь:
sрэл – стандартное отклонение, обусловленное быстрыми замираниями, при расчетах принимается равным 6, 9 дБ;

sлн – стандартное отклонение, обусловленное медленными замираниями, при расчетах принимается равным 5, 12 дБ.

Под интерференционными помехами подразумеваются помехи, создаваемые одновременно излучающимися устройствами, см. рис.7.3.

Рисунок 7.3. Интерференционные помехи в беспроводных сетях, ТДi– точки доступа; у0– рабочее (рассматриваемое в данный момент) излучающее устройство; уi – другие излучающие устройства, находящиеся в зонах обслуживания ТД.

При передаче данных уровень сигнала, создаваемый всеми излучающими устройствами, находящимися в зоне обслуживания своей домашней ТД (на рис.1.10 это ТД2), на входе приемника ТД может быть определен как:

где:

n – число одновременно работающих устройств в зоне обслуживания домашней ТД;

pyi – мощность на приеме в ТД от i-го устройства;

W – ширина полосы канала связи.

Соответственно, интерференционные помехи, создаваемые излучающими устройствами в зоне обслуживания домашней ТД несложно вычислить как:

В беспроводных сетях, использующих CDMA, в качестве метода множественного доступа, обязательно производится регулировка мощности излучения всех устройств, находящихся в зоне обслуживания ТД таким образом, чтобы мощность на приеме в ТД от любого устройства были одинаковы:

Тогда выражение может быть записано как:

Исследования показали, что помехи, создаваемые излучающими устройствами, находящимися в соседних, относительно домашней, зонах обслуживания ТД, составляют порядка 55% от интерференционных шумов устройств в домашней ТД