Сравнительный анализ моделей мобильных сетей

Моделирование распространения основано на прогнозировании среднего уровня принимаемого сигнала на заданном расстоянии от излучателя; значения его дисперсии основаны на обстановке в зоне радиосвязи. Зона радиопокрытия передатчика может быть определена расчетным путем. Моделирование среднего сигнала на основе расстояния между передатчиком и приемником называется крупномасштабным моделированием, поскольку оно позволяет определить сигнал на больших расстояниях (несколько сотен или более). тысяча футов). С другой стороны, другая модель характеризуется быстрым изменением значений уровня принимаемого сигнала при малых смещениях (несколько длин волн) или в течение короткого времени (несколько секунд); их называют мелкомасштабными моделями. Модель распространения волн в свободном пространстве используется для расчета принимаемого сигнала в случае передающей и приемной антенн, расположенных в зоне радиосвязи, свободной от препятствий. Эта модель используется для анализа радиосвязи по спутниковым и наземным радиолиниям, работающим на микроволновых частотах (от 3 до 30 ГГц). Когда радиоволна распространяется в свободном пространстве, выходная мощность приемной антенны, которая выражается как функция расстояния до передающей антенны, и коэффициент усиления передающей и приемной антенны. При использовании этого уравнения предполагается, что приемная антенна расположена на расстоянии от передатчика, соответствующем дальнему полю (зона Фраунгофера). Пространственное уравнение часто выражается относительно точки отсчета, расположенной в зоне Фраунгофера. Ссылка расстояние обычно выбирается равным 100 м или 1 км для связи по открытой местности. Одной из важнейших характеристик канала связи является его затухание при распространении сигнала. Затухание свободного пространства (в дБ) в зоне Фраунгофера определяется выражением Другая форма удобного затухания в свободном пространстве находится в уравнении (2):

                                                                                                          (2)

где -передаваемая мощность,  - принимаемая мощность-коэффициент усиления антенны передатчика, -коэффициент усиления антенны приемника, d-разделение Tx-Rx и L - коэффициент потерь системы зависело от затухания линии, потерь фильтра и потерь антенны и не было связано с распространением. Коэффициент усиления антенны связан с эффективной апертурой антенны, которая, в свою очередь, зависит от физического размера антенны, как указано в следующем уравнении (3).

                                                                                                         (3)

Потеря пути, представляющая собой затухание сигнала при его прохождении по беспроводному каналу, определяется разностью передаваемой и принимаемой мощности в дБ и выражается как:

                                                                                                     (4)

Поля антенны могут быть широко классифицированы в двух областях, дальнее поле и ближнее поле. Именно в дальнем поле распространяющиеся волны действуют как плоские волны, и мощность затухает обратно пропорционально расстоянию. Дальняя область поля также называется областью Фраунгофера, и уравнение Фрииса справедливо в этой области. Следовательно, уравнение Фрииса используется только за пределами расстояния дальнего поля,  , которое зависит от наибольшего размера антенны, как следующее уравнение (5).

                                                                                                            (5)

Также мы видим, что уравнение Фрииса не определено для d=0.

По этой причине мы используем близкое по расстоянию, , в качестве эталона

точка. Полученная мощность, затем дается:

                                                                                              (6)

Модели распространения, которые оценивают среднюю мощность сигнала для различных расстояний между передатчиком и приемником, от нескольких сотен до нескольких тысяч метров, называются крупномасштабными моделями распространения. Крупномасштабные модели очень просты и не учитывают очень малых изменений, таких как затухание из-за многолучевого распространения. Эти модели полезны для прогнозирования охватарадиосистем [1,2].

Модель Окумуры основана на графическом представлении экспериментальных данных, полученных для измерения уровня сигнала в Токио. Этот экспериментальный подход является широко используемым методом расчета радиоинформации в городе. Модель Okumura используется для значений параметров в диапазоне, указанном в BS, базовая станция. Модель Окумуры на основе результатов экспериментальных исследований (и по сравнению с двухлучевой моделью) позволяет более точно прогнозировать среднее значение затухания радиосигналов на относительно большом расстоянии между передающей и приемной антеннами (более 1 км) при наличии препятствий. В соответствии с моделью определяется среднее затухание в dB. Формула для модели Окумуры выражена ниже:

                                                                      (7)

Где  = (т. е. медиана) потери пути,  = потеря пути распространения в свободном пространстве,  = медианное затухание относительно свободного пространства, = коэффициент усиления антенны базовой станции по высоте,  = коэффициент усиления мобильной антенны по высоте.

Приведенная выше модель неудобна для вычислений компьютером. Хата установил эмпирические математические соотношения для описания графической информации, представленной Окумурой. Хата формулировка ограничена определенными диапазонами входных параметров и применима только на квазигладкой местности. Чтобы повысить простоту реализации, Хата предложил эмпирическую модель для описания графической информации, предоставленной Окумурой. Следовательно, модель Хата (математическая нотация) также основана на экспериментальных данных Окумуры. Хотя формула Хата не позволяет учесть все конкретные поправки, имеющиеся в методе Окумуры, она имеет существенное практическое значение

Модель Вальфиша-Икегами признана лучшей моделью для прогнозирования сигнальной информации в малых ячейках. Эта модель основана на физическом представлении поля на приемнике в виде двух составляющих: когерентной и рассеянной. Когерентная составляющая определяется с помощью дифракции волны вокруг зданий вдоль дороги между БСС. Рассеянная составляющая включает в себя волны, которые генерируются в результате реконструкции падающей волны из волн на БСС. Рассеянный компонент включает в себя направления, которые не совпадают с направлением БС и даже противоположны его направлению. Эта модель утверждает, что в городе с относительно низкими, плотно расположенными зданиями основное распространение сигнала (при отсутствии прямой видимости между узлами) представляет собой путь через крыши зданий (который можно описать как серию последовательных экранов) с последующим многократным рассеянием. В этом исследовании были рассмотрены модели распространения радиоволн, основанные на БС и характеристики антенны. Каждая модель описывается отдельно, с точки зрения их характеристик, параметров и областей применения. Определяется идеальное расстояние, на котором можно использовать текущую модель. Модель учитывает текущую структуру БСС. Исследование показывает, как эти модели влияют на производительность мобильных сетей в различных сценариях.