В рубрику "Решения операторского класса" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
Виктор Снежко, кандидат технических наук, доцент ВАС
Григорий Прасько, адъюнкт ВАС
Рабочие зоны любых радионавигационных систем зависят от энергетических параметров системы и геометрического фактора [1]. В данной статье рассматривается влияние энергетики на размеры рабочих зон позиционирования и их зависимость от параметров сети.
В большинстве технологий используется "круговой" или "гиперболический" вариант определения местоположения [2]. При любом варианте необходимо обеспечить прием трех сигналов; возможность реализации такой процедуры и будет определять размер рабочей зоны позиционирования. Таким образом, расчет рабочих зон позиционирования сводится к расчету радиолиний между базовыми и мобильными станциями с учетом надежности одновременного приема n станций из m возможных.
8 соответствии с уравнением радиосвязи [3] радиус зоны или дальность связи в ССПР зависят от энергетики радиолиний, требований к надежности (Н%) и района развертывания (город, пригород, сельская местность) [3, 4]. В качестве обобщенного энергетического потенциала радиолинии выберем энергетический потенциал [5]:
ЭП = Рпер.эф - Рпор.
где Рпер.эф - эффективная мощность передатчика; Рпор - пороговая мощность приемного устройства.
На основе известной модели предсказания потерь распространения сигналов Окамуры - Хата для города [3, 4] по уравнению радиосвязи был проведен расчет зависимости энергетического потенциала (Эп) от дальности связи (радиуса зоны) R и требуемой надежности H%. Результаты расчета приведены на рис. 1. Данные графики позволяют, с одной стороны, определять требуемый энергетический потенциал, а именно: энергетические параметры радиооборудования для обеспечения связи требуемого качества в заданной зоне. С другой стороны, они позволяют определять радиус зоны при заданной энергетике радиолинии. Из рис. 1 видно, что при требуемой надежности связи 95% и изменении радиуса зоны от 1 до 28 км энергетический потенциал изменяется от 120 до 180 дБ. Полученные результаты используются в последующих расчетах. Операторам ССПР известны типовые энергетические параметры используемого в сети радиооборудования. По этим параметрам и требованиям к надежности связи, используя графики рис. 1, легко определить радиусы зон связи. Например, при энергетическом потенциале 162 дБ и надежности связи 95% радиус зоны составляет 17 км.
При позиционировании базовые станции (БС) играют роль опорных станций (ОС). Вариант стандартной схемы покрытия территории в координатах (х, у) показан на рис. 2. Здесь зона 7 играет роль центральной зоны, другие - являются соседними по отношению к ней. Условия позиционирования будем рассматривать в центральной зоне. В других ситуациях ее роль будут играть зоны других БС, но условия позиционирования в них будут аналогичными данной. Как было отмечено выше, для определения местоположения необходим прием сигналов минимум от трех опорных станций. Роль одной из них выполняет базовая станция центральной зоны (БС 7), а двумя другими будут Б С соседних зон, для нашего примера БС 1 - БС 6.
Из рис. 2 видно, что расстояния от подвижного объекта (ПО) центральной зоны до соседних Б С будут разные. Наихудшими для позиционирования с позиций энергетики являются ситуации с наибольшими расстояниями от ПО до БС. На рис. 2 это точки o, a, b. Расстояния от других точек будут или аналогичными (точке a соответствует точка c, точке b точка d и т.д.) или меньшими. В таблице 1 приведены значения этих расстояний относительно радиуса зоны R. Как видно, указанные расстояния лежат в пределах от R до 2,65R. Например, максимальное удаление точки b будет от Б С 3, БС 4 и составит 2,65R.
При решении задачи позиционирования в качестве ОС целесообразно выбирать станции с минимальным удалением от объекта. Для точки а это БС 1/2/6 а для точки b - БС 1/6, для точки о любая из шести БС.
Подчеркнем, для позиционирования необходимо принимать сигнал минимум двух соседних БС. Если будем использовать большее число станций, то точность позиционирования будет только повышаться. Поэтому далее будем рассматривать все возможные ситуации, т. е. прием сигналов от двух до шести станций из шести возможных в соответствии с рис. 2.
Для расчета надежности приема двух и более станций (n) из шести соседних БС P в зависимости от радиуса зоны R воспользуемся расчетом вероятности сложных событий [6]. На рис. 3 представлены результаты расчета. Они получены для гипотетического наихудшего случая, когда расстояния от всех соседних БС до ПО одинаковы и равны максимальным 2,65R, а энергетический потенциал радиооборудования равен 162 дБ. Как было отмечено выше, для данного энергетического потенциала радиус зоны связи при надежности связи в зоне 95% составляет 17 км.
Из графика видно, что одновременный прием сигнала не менее шести соседних Б С с надежностью 95% обеспечивается в зоне с радиусом 4 км и не менее двух соседних станций - при радиусе зоны 10 км. Таким образом, приведенные графики позволяют определить надежность одновременного приема сигналов не менее п соседних БС при заданном радиусе зоны.
Для определения местоположения ПО достаточно обеспечить надежный прием сигнала только двух соседних БС и центральной станции.
Требования потребителя к надежности приема сигналов H от соседних БС могут быть разные, что влияет на условия позиционирования. Проанализируем изменения этих условий, проведя расчеты Pin в зависимости от Н. Результаты приведены на рис. 4.
Фактически графики, представленные на рис. 3 и 4, показывают предельные случаи приема сигналов n станций из шести при дальности до соседних станций 2,65R (предельные дальности до соседних станций). Реально (см. рис. 2) данные расстояния лежат в пределах 0,81-2,65R. Проведем анализ этих вариантов.
Вначале был проведен расчет надежности приема сигналов не менее двух соседних станций при выборе для позиционирования БС с минимальным удалением от ПО.
Надежность приема сигнала ПО центральной зоны соседними Б С будет зависеть от местоположения объекта. Наихудший случай для решения задач позиционирования, как следует из рис. 2 и табл. 1,
будет тогда, когда объект находится в центре рассматриваемой зоны, так как расстояние до всех соседних базовых станций возрастает до 1,73 R, а наилучший - когда ПО находится на краях зоны. Из рис. 2 также видно, что для симметрично расположенных соседних БС достаточно рассмотреть надежность обнаружения n станций в одном квадранте зоны, так как в остальных квадрантах они совпадают. Поэтому расчеты достаточно вести для одного квадранта зоны.
Для всех точек первого квадранта были проведены расчеты надежности приема ПО сигналов не менее двух соседних Б С при минимальном их расстоянии от ПО. Результаты приведены на рис. 5, из которого следует, что при радиусе зоны связи не более 11 км надежность одновременного приема сигналов от двух соседних Б С составляет не менее 0,95.
Из результатов расчета и рассмотрения первого квадранта (I) видно (рис. 6), что наиболее выгодно использование для позиционирования ПО первого квадранта БС 4 и БС 5.
Результаты расчетов показывают, что надежность обнаружения соседних БС, как и следовало ожидать, существенно зависит от размеров зоны связи и энергетического потенциала. Если в качестве требуемой надежности одновременного обнаружения не менее двух станций из шести выбрать надежность, равную 0,95, то зона позиционирования будет значительно меньше зоны связи (рис. 6, штриховая линия).
Проведенные расчеты показывают, что для обеспечения требуемой надежности (95%) одновременного обнаружения не менее двух БС площадь зоны позиционирования уменьшится по сравнению с зоной связи на 41%, при этом радиус зоны позиционирования будет равен 0,6R (см. рис. 6).
Выше была рассмотрена стандартная схема покрытия территории (см. рис. 2). Однако при развертывании ССПР данная структура не всегда реализуется, поэтому далее будут рассмотрены случаи, когда число соседних Б С меняется от двух до пяти.
На основе проведенного анализа всех вариантов топологии размещения БС были выявлены лучшие и худшие варианты (на рис. 7 - 10 приведены результаты для ССПР, состоящих из 3, 4, 5, 6 БС соответственно). В табл. 2 представлены (в процентах) для центральной зоны отношения зон позиционирования к зоне связи при различной надежности одновременного приема сигналов не менее чем от двух соседних БС. Результаты приведены для лучшего и худшего вариантов топологии размещения БС.
Проанализируем эти результаты.
Сеть из трех БС. Для данного случая возможны пятнадцать вариантов топологии размещения БС относительно центральной. На рис. 7, б представлен наихудший вариант. Из рисунка видно, что в этом случае надежность одновременного приема сигнала двух соседних БС во всей зоне Б С 3 при радиусе, равном 0,6R, не превышает 80%. Вариант, представленный на рис. 7, а, является более благоприятным для выполнения задач позиционирования. Как видно из табл. 2, ни один из возможных вариантов топологии сети из трех Б С не удовлетворяет заданным требованиям по надежности позиционирования 0,95. В такой сети для обеспечения одновременного приема сигналов двух БС с требуемой надежностью необходимо либо повышать энергетику радиолиний, либо уменьшать радиус зон обслуживания. Расчеты показывают, 95%-ая надежность приема такого сигнала будет обеспечиваться при уменьшении зоны связи на 55%, при этом радиус зоны будет составлять 0,23R.
Сеть из четырех БС. В этом случае возможны 20 различных вариантов размещения соседних БС относительно центральной зоны. На рис. 8 отображены, как и в предыдущем случае, лучший (а) и худший (б) для позиционирования варианты расположения БС.
Значения надежности приема сигнала двух соседних станций для лучшего варианта размещения (рис. 8, а) показаны в табл. 2.
Для худшего варианта (рис. 8, б) надежность приема сигнала от двух и более соседних БС не превышает 80% в любой точке центральной зоны (четыре БС). Для достижения требуемой надежности приема при прежних значениях энергетических параметров радиус зоны необходимо уменьшить на 44%, и он будет равен 0,3R.
Сеть из пяти БС. Из рис. 9 видно, что данный вариант построения сети является более благоприятным для позиционирования (в отличие от двух рассмотренных выше), однако и он не обеспечивает покрытия всей центральной зоны. Значение надежности приема сигнала от двух и более соседних БС для двух случаев, представленных на рис. 9, а (лучший) и 9, б (худший), отображены в табл. 2.
При этом варианте размещения БС для достижения требуемой надежности необходимо уменьшение зоны БС на 22%. В этом случае радиус будет равен 0,4R.
Сеть из шести БС. Для данной структуры ССПР возможны шесть вариантов размещения БС относительно центральной зоны, однако все они идентичны; поэтому достаточно рассмотреть один из них, изображенный на рис. 10. В табл. 2 представлены результаты расчета приема сигнала от двух и более соседних станций. Для достижения требуемой 95%-ной надежности приема сигнала площадь зоны необходимо уменьшить на 11%, и тогда ее радиус будет равен 0,47R.
Полученные результаты позволяют сделать следующие выводы. Собственные ресурсы ССПР с позиций энергетики могут быть использованы для определения местоположения подвижных объектов.
Размеры зон позиционирования существенно меньше зон связи и зависят не только от энергетики радиолиний, но и от топологии расположения соседних базовых станций по отношению к рассматриваемой зоне.
Приведенные результаты расчетов позволяют определять размеры зоны позиционирования для известной структуры ССПР при заданных требованиях к надежности связи и энергетическому потенциалу. Они позволяют также решать обратную задачу: определять требуемый энергетический потенциал радиолиний при заданных значениях зоны обслуживания и требований к качеству связи.
Лучшие варианты размещения БС, представленные на рис. 7 - 10 (а), могут быть рекомендованы при обеспечении услуги позиционирования в ССПР для получения максимальных зон определения местоположения ПО с заданным качеством.
Литература
Опубликовано: Журнал "Технологии и средства связи" #4, 2008
Посещений: 8154
Статьи по теме
Автор
| |||
Автор
| |||
В рубрику "Решения операторского класса" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
