Содержание к диссертации
Введение
Глава. 1. Особенности распространения радиоволн вне и внутри помещений и существующие модели 10
1.1. Особенности распространения радиоволн в беспроводных сетях передачи данных 10
1.1.1. Основные виды радиоволн и условия распространения 10
1.1.2. Влияние направленности антенн 12
1.1.3. Фон распространения радиоволн 14
1.1.4. Распространение радиосигнала в реальных условиях 16
1.1.5. Затухание радиосигналов при распространении 17
1.2. Модели распространения радиоволн вне помещений 17
1.2.1. Модель распространения радиосигнала в свободном пространстве 18
1.2.2. Двухлучевая модель распространения радиосигнала 19
1.2.3. Стандартные модели распространения на открытом пространстве 20
1.2.4. Модель Окамура 20
1.2.5. Модель Хата 22
1.2.6. Модель COST231-XaTa 23
1.2.7. Заказные модели 23
1.2.8. Модель Ксир-Бертони 24
1.2.9. Модель Ли «от зоны к зоне» 25
1.2.10. Модель Ли «отточки кточке» 29
1.2.11. Модель Уолфиша-Икегами 36
1.3. Модели распространения радиоволн внутри помещений 39
1.3.1. Статистические модели распространения 40
1.3.2. Эмпирические однолучевые модели 41
1.3.2.1. COST231 (версия для помещений) 42
1.3.2.2. Одноэтажные модели 42
1.3.2.3. Многоэтажные модели 44
1.3.3. Эмпирические многолучевые модели 44
1.3.4. Модели на основе геометрической оптики 46
1.3.4.1. Модели на основе трассировки лучей 47
1.3.4.2. Генетический алгоритм и нейронные сети 47
1.3.4.3. Конусная трассировка лучей 48
1.4. Выводы и постановка задачи 49
Глава 2. Постановка экспериментов и определение параметров моделей 51
2.1. Планирование и постановка эксперимента 51
2.1.1. Оборудование и измеряемые параметры 51
2.1.2. Исследование напряженности поля 54
2.1.3. Исследование потерь мощности при низко расположенных антеннах .58
2.1.4. Эксперименты на одном этаже 59
2.1.5. Эксперименты на разных этажах 62
2.2. Экспериментальные результаты и параметры 64
2.3. Результаты сравнения моделей 69
2.3.1. Эксперимент в коридоре в пределах прямой видимости 69
2.3.2. Эксперимент в коридоре в пределах прямой видимости для разного материала стен 71
2.3.3. Эксперимент в коридоре в пределах прямой видимости с наличием препятствий 73
2.4. Выводы 74
Глава. 3. Построение уточненной модели на основе экспериментальных данных.. 76
3.1. Проверка корректности использования геометрического подхода 76
3.2. Разработка геометрической модели распространения радиоволн в непрямом коридоре 81
3.3. Частные случаи и ограничения модели 99
3.4. Описание приборов и установки 102
3.5. Результаты экспериментов на разных частотах 104
3.6. Выводы 108
Глава. 4. Определение параметров моделей и использование разработанных инструментальных средств для планирования сетей внутри помещений
4.1. Задача планирования размещения точек доступа (базовых станций) при проектировании беспроводной сети 110
4.2. Экспериментальное исследование распространения в помещениях с оборудованием 111
4.3. Планирование и проведение экспериментов в многоэтажных помещениях 117
4.4. Выводы 122
Заключение 123
Список литературы
- Распространение радиосигнала в реальных условиях
- Исследование потерь мощности при низко расположенных антеннах
- Разработка геометрической модели распространения радиоволн в непрямом коридоре
- Экспериментальное исследование распространения в помещениях с оборудованием
Введение к работе
Актуальность проблемы. В последнее время, в связи с широким развитием беспроводных систем связи, актуальным стал вопрос о влиянии условий распространения радиоволн на работу мобильных абонентов. Проблема эта важна и многогранна, поэтому детальное изучение этой темы позволит более успешно строить разнообразные мобильные сети передачи данных.
В последние годы возросло количество сетей, использующих беспроводную связь внутри помещений. При этом возникает ряд проблем, связанных с моделированием препятствий на пути распространения сигналов, а также в связи с многолучевым распространением сигналов и большим количеством переотражений.
Во-первых, на распространении сказываются стены и массивные предметы обстановки. Стены и перекрытия из дерева, синтетических материалов, стекла оказывают небольшое влияние на распространение радиоволн, препятствия из кирпича, бетона - среднее, железобетона и стен с фольговыми утеплителями -высокое. Металлические стены и перекрытия существенно влияют на дальность, вплоть до полной невозможности связи. Неоднозначно влияние некапитальных гипсокартонных стен - от слабого до очень высокого в зависимости от конструкции решетки в ее основе, - и в ряде случаев может колебаться при изменении влажности в помещении.
Во-вторых, интерференционный характер электромагнитного поля внутри помещений (за счет многократных отражений от предметов) выражен более резко. Проявляется это в уменьшении напряженности поля и изменении исходной плоскости поляризации волн. В большей части помещений можно столкнуться и с так называемыми замираниями («мертвыми зонами»), в которых прием сигнала сильно затруднен. Такая ситуация возможна, даже если передатчик и приемник находятся в прямой видимости. Образование «мертвых зон» связано с тем, что сигнал следует по путям разной длины, отражаясь от металлических объектов, таких как стальные конструкции, бетонные стены, металлические двери, окна, потолки и т. д. «Мертвая зона» появляется, если длины путей распространения эффективно расходятся на нечетное количество полуволн. Но «абсолютно мертвые
зоны» обычно заметно локальны и могут быть устранены небольшим перемещением антенн приемника и/или передатчика. Это очень важно при планировании размещения устройств беспроводной связи в помещениях.
В последние годы были разработаны различные прогностические модели внутренней среды в помещении для частотного диапазона от 500 МГц до 5 ГГц. В рамках этого диапазона частот работают различные приложения и службы, которые требуют эффективных инструментов планирования. Первые из них -операторы мобильной телефонной связи, которые заинтересованы во внутреннем (внутри здания) покрытии для своих мобильных радиосетей. Вторая группа заинтересованных специалистов работает в области сетей передачи данных, таких как беспроводные локальные сети или другие компьютерные сети.
Цель работы. Целью диссертационной работы является исследование затухания радиоволн в беспроводных сетях и разработка уточненной модели затухания в помещении на основе экспериментальных данных.
Поставленная цель определяет следующие основные задачи диссертационной работы:
исследование и анализ влияния условий распространения радиоволн в беспроводных сетях связи в диапазоне от 400 МГц до 2,4 ГГц при различных высотах расположения антенн и различных типах окружающей обстановки;
проведение экспериментальных исследований по выявлению дальности связи и скорости передачи данных между абонентами при различных высотах расположения антенн и различных типах окружающей обстановки;
построение модели распространения радиоволн между мобильными абонентами беспроводной системы связи, с учетом влияния условий распространения радиоволн;
разработка уточненной модели затухания в помещениях сложной формы на основе экспериментальных данных.
Методы исследования. Все представленные в диссертационной работе аналитические результаты были получены с использованием следующих математических аппаратов: геометрии, теории статистической радиотехники и теории информации. Расчеты и математические исследования выполнены методом математического моделирования с использованием программы MatLab. Для
экспериментов использовалось, в основном, аттестованное оборудование фирмы Rohde & Schwarz. Научная новизна:
Предложена методика постановки эксперимента для компаративного исследования моделей распространения ВЧ радиосигналов в закрытых помещениях. Выявлены факторы затухания и поглощения радиосигнала и их уточненные значения.
На основе проведенного экспериментального исследования распространения радиоволн для частот 430, 915 и 2400 МГц в помещениях сложной конфигурации предложен подход к уточнению параметров наиболее адекватной модели COST231 (версия - внутри помещений), обеспечивающий повышение точности описания мощности сигнала на 2-Ю ДБ.
Разработана новая геометрическая модель распространения радиоволн в помещениях Г-образной формы, рассчитаны ее параметры для произвольных размеров коридоров. Модель включена в расчетный блок, и результаты расчета согласуются с экспериментом.
Практическая ценность работы. Созданные программные инструментальные средства в виде комплекса имитационного моделирования MatLab могут использоваться для автоматизации построения расчетных значений при проектировании и исследовании перспективных архитектур систем беспроводной передачи данных, в том числе - распространения радиоволн внутри помещения.
Этот комплекс может быть использован при изучении вузовских дисциплин, в которых рассматриваются оценки мощности принимаемого сигнала в зоне обслуживания, моделирование радиоканалов, оценки мощности радиосигнала в здании и для расчета внутреннего покрытия системами связи и предсказания затухания радиосигналов внутри помещения при сложной конфигурации здания.
Дальнейшее развитие программных приложений модели позволит оптимизировать расположение базовых станций и предсказать затухание радиосигналов внутри помещения для потребителей. Данная модель легко применима и достаточно точна при предсказании мощности принимаемых радиосигналов для сложной конфигурации здания.
Реализация и внедрение результатов работы. Основные результаты диссертационной работы используются в научной работе «Распространение высокочастотных электромагнитных сигналов в условиях многократного отражения и затухания в замкнутых объемах» (шифр «826-ГБ-ТКС», регистрационный номер 01200800309), выполняемой в соответствии с заданием Федерального агентства по образованию на проведение научных исследований; а также в учебном процессе МИЭТ при чтении курса лекций «Проектирование телекоммуникационных систем и устройств», при проведении лабораторных работ по курсам «Антенно-фидерные устройства», «Сети связи с подвижными объектами» и выполнении курсовых проектов на кафедре ТКС, что подтверждено актами внедрения.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были апробированы на международных, всероссийских и межвузовских научно-технических конференциях и семинарах (проведенных в МИЭТ и МИФИ в 2004-2008 гг.), что отражено в списке литературы.
Публикации. Содержание диссертации отражено в 11 печатных работах, в том числе в трех статьях, и одном отчете по НИР.
Краткое содержание работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 104 наименований и трех приложений.
В первой главе даны обзор свойств, характеристик и механизмов распространения радиоволн, описание особенностей распространения радиоволн в мобильных сетях передачи данных и существующих моделей, изучено влияние условий распространения радиоволн и особенностей распространения радиоволн при низко расположенных антеннах.
Во второй главе представлены особенности постановки эксперимента по изучению и моделирования ослабления радиосигналов внутри помещений и на открытом пространстве, разработка программных и аппаратных инструментов и сравнительный анализ существующих моделей, результаты уточнения моделей в свободном пространстве внутри помещения, и моделирования условий распространения радиоволн с учетом дополнительных множителей ослабления.
В третьей главе излагается подход к построению аналитической геометрической модели распространения радиоволн в помещениях Г-образной конфигурации на основе экспериментальных данных и приведены результаты исследования затухания радиосигналов при сравнении расчетных данных с экспериментальными данными в диапазонах частот 433, 915 и 2400 МГц в помещении.
В четвертой главе приведены примеры по определению параметров моделей и использованию разработанных инструментальных средств для планирования сетей внутри помещений. В этом разделе представлены результаты исследований затухания радиоволн в разных помещениях с препятствиями в виде фольги, столов, стульев и разного оборудования. Приведены результаты исследований затухания радиосигналов в зависимости от планировки здания и в зависимости от количества этажей и препятствий.
В приложениях приведены тексты программ моделирования распространения радиоволн в помещениях, которые использованы в данной работе, и представлены акты внедрения результатов диссертации.
Распространение радиосигнала в реальных условиях
В реальных условиях распространения радиосигнала на местности величина затухания зависит от комплекса факторов, определяющих характер распространения радиоволн. К ним относятся: отражение, дифракция, рассеивание, рефракция (преломление) и эффект Доплера [9-13].
1. Отражение: оно происходит, когда электромагнитная волна натыкается на объект, который по размерам больше, чем длина волны. Это может привести к ослаблению мощности сигнала при прохождении через препятствие типа стены, но может также заставить отраженную волну распространяться по совершенно иному пути.
2. Дифракция: она происходит, когда электромагнитная волна встречается с неровной поверхностью с характерным радиусом кривизны существенно меньше длины волны. Это может привести к движению волны вокруг углов и других выступов. Этот эффект очень полезен в условиях здания, поскольку это позволяет сигналу проходить по другому пути, за исключением случая прямой видимости.
3. Рассеивание: оно происходит, когда на пути электромагнитной волны встречается объект размером меньшим, чем длина волны. Результатом будет рассеивание сигнала, и будет иметь место эффект подобный эффекту отражению, когда рассеянный сигнал будет двигаться по разным путям. (Например, лиственные деревья);
4. Рефракция (преломление): происходит при распространении электромагнитных волн в среде с плавно меняющимся от точки к точке показателем преломления; причем термином "преломление" чаще называется резкое изменение направления лучей на границе раздела двух однородных сред с разными показателями преломления. Сигнал испытывает рефракцию, проходя через воздушную и водную среду, стены зданий, различные перекрытия и другие препятствия. 5. Эффект Доплера, имеющий место при перемещении подвижного объекта. Эти эффекты приводят к множественному распространению одного сигнала, и в результате мы получаем многолучевой эффект [8-16].
Согласно эмпирическим данным среднее значение затухания растет прямо пропорционально степени п расстояния d: L d", где п - экспонента затухания, определенная экспериментально и лежащая в пределах от 2 до 6, в зависимости от характера местности [10,11]. Аналогично, среднее значение уровня сигнала на входе приемной антенны обратно пропорционально экспоненте затухания: Pr d-".
При определении п результаты экспериментов, как правило, усредняют по множеству реализаций на окружности с радиусом d от передающей антенны. При распространении радиосигнала его мощность уменьшается с увеличением расстояния. В общем виде эту зависимость можно записать так [13]: Pr=a0Prd-, где Р, и Рг — мощность излучаемого и принимаемого сигнала соответственно; d — расстояние между передающей и приемной станциями; п — показатель затухания; ао — нормирующий множитель [10-12].
Модели распространения радиоволн вне помещений
Моделирование распространения радиоволн основано на предсказании среднего уровня принимаемого сигнала на заданном расстоянии от излучателя, а также в определении разброса его значений в зависимости от конкретной ситуации на трассе. Расчет радиолинии позволяет определить зону обслуживания передатчика. Моделирование среднего уровня сигнала в зависимости от расстояния между передатчиком и приемником называется крупномасштабным моделированием, поскольку позволяет определить сигнал на большом удалении (несколько сотен и тысяч метров). С другой стороны, иные модели характеризуют быстроменяющиеся значения уровня принимаемого сигнала на малых смещениях (несколько длин волн) или за короткое время (секунды) - они называются мелкомасштабными моделями [10-13].
Модель распространения волн в свободном пространстве используется для расчета принятого сигнала в условиях, когда передающая и приемная антенны находятся на открытой незатененной препятствиями радиолинии. Эта модель применяется для анализа радиоканалов связи через спутники и для наземных радиолиний, работающих в диапазоне сверхвысоких частот [13-16].
Исследование потерь мощности при низко расположенных антеннах
Измерения проводились в коридорах Г-образной формы и комнатах. Комнаты представляют собой лабораторные помещения, в которых располагаются столы, стулья и оборудование для различных измерений. Помещая передатчик в разные секторы, измеряли мощность приходящего сигнала. Передатчик в каждом секторе располагался примерно на высоте 1 м. Расстояние между точками было взято равным 1 м. Уровень мощности был установлен на максимум и составлял 7,5 дБм. Условия измерений: ? - высота передатчика (кроме специальных случаев) 1 м; ? - высота приемника (кроме специальных случаев) 1 м; ? - коэффициент усиления антенны 1,5 дБ. Измеряемые параметры: ? Р - мощность принимаемого сигнала; ? х - расстояние между антеннами. 2.1.4. Эксперименты на одном этаже
В коридорах и комнатах проводились измерения при следующих конфигурациях помещений и взаимном расположении передатчика-приемника (рис. 2.6 и 2.7): эксперимент в коридоре в пределах прямой видимости (приемник (анализатор) и передатчик находятся в зоне прямой видимости; расположение анализатора меняется (в левом углу, в центре и в правом углу)); ? эксперимент в коридоре в пределах прямой видимости в зависимости от разного материала стен (приемник (анализатор) и передатчик находятся в зоне прямой видимости; используются стены с разными материалами (кирпичная стена и стеклянная стена)); ? эксперимент в коридоре и комнате (рис.2.8) в пределах прямой видимости с наличием препятствий (приемник (анализатор) находится в конце коридора на равном расстоянии от стен, положение передатчика меняется по всей длине коридора; при этом в коридоре между антеннами расположено несколько препятствий (коробок), и их количество и положение не меняется в течение передвижения передатчика по длине коридора); ? эксперимент в коридоре и комнате в пределах непрямой видимости с наличием отражающих поверхностей (приемник (анализатор) и передатчик находятся в концах коридорах на равном расстоянии от стен; препятствие с фольгой находится между антеннами, и его положение меняется по всей длине коридора); эксперимент в коридоре в пределах непрямой видимости с изгибом коридора (приемник (анализатор) находится в конце коридора на равном расстоянии от стен при наличии изгиба коридора (угла) между приемником и передатчиком; передатчик передвигается вдоль стены в невидимой для приемника части коридора).
Секторы №11 и №12 отгорожены от общего помещения стеклянной перегородкой с металлическим каркасом. На рисунке пунктиром обозначено препятствие в виде стенда с электронным оборудованием. Помещая приёмопередатчик в разные секторы, измеряли мощность приходящего сигнала.
Исследования проводились в трехэтажном здании (рис. 2.10) с различным взаимным расположением приемника и передатчика (на разных этажах, в разных углах коридоров).
Результаты эксперимента отражены на рисунке 2.11 в виде значений уровня мощности принимаемого сигнала. Анализатор располагался примерно на высоте 1,7 м. Приёмопередатчик помещали в каждый сектор и анализатором измеряли мощность приходящего сигнала. Результаты измерений (мощности принимаемого сигнала) отображены на секторах в единицах дБм. Полоса разрешения анализатора спектра составляла 300 кГц.
1. затухание сигнала при распространении вдоль стен во всех случаях больше на 2 - ЗдБ, чем затухание при распространении радиосигнала вдали от стен;
2. при наличии препятствий в виде стеклянных перегородок с металлическим каркасом наблюдалось дополнительное затухание около 10 дБ;
3. проведя сравнение эмпирических однолучевых моделей, можно сказать, что для проводимого эксперимента наиболее подходящей моделью является модель 2-й группы. Так как она наиболее точно учитывает влияние условий распространения, присущих данному эксперименту.
Проведённый эксперимент показал устойчивую работу приёмопередатчиков в помещениях с большим количеством мебели и со стеклянными перегородками с металлическими каркасами.
Измеренный этажный ослабляющий фактор (FAF) для одного межэтажного перекрытия находится в типичном диапазоне значений, соответствующий литературным данным. Известные модели полагают, что с каждым дополнительным этажом прибавляется дополнительное ослабление в 5-Ю дБ, вплоть до 5 этажей. По нашим данным при излучении более чем на 3 этажа не наблюдается существенного увеличения FAF. Величина поэтажной потери фактически уменьшается при прохождении волн через множество перекрытий, но п с числом этажей увеличивается [78-86]. Это может быть результатом отражений от соседних зданий, движения волн по трубам (волноводам) внутри здания, или оба этих эффекта одновременно. Возможно, это отражает специфику здания. Положения приемника, соответствующие постоянному приближенному среднему значению получаемой мощности сигнала, формируют на схеме здания изолинии сигнала, приближенно являющиеся концентрическими окружностями. Для многоэтажных линий связи положение передатчика и центр такой окружности располагаются на одной вертикальной оси. Радиус такого круга соответствует расстоянию между антеннами передатчика и приемника, измеренному по горизонтали.
Разработка геометрической модели распространения радиоволн в непрямом коридоре
Рассчитаем мощность и потери радиосигнала в коридоре Г-образной формы, используя принципы геометрического построения лучей с учетом потерь (к) при отражении. В зданиях зачастую коридоры не бывают прямыми от начала до конца, а имеют продолжение после поворота, обычно под углом в 90 градусов. Мы составляем модель многолучевого распространения радиоволн в коридоре, состоящем из двух частей, расположенных под углом 90 градусов друг к другу [84-92]. В нашей модели учитывается до четырех отражений от стен. Причем сначала рассматривается распространение лучей в первой — прямолинейной части коридора, здесь учитываем до трех-четырех отражений (при большем числе считаем, что сигнал практически затухает) [104]. Без отражений в первой части коридора
На этом этапе считаем, что в прямой видимости значение коэффициента отражения принимается равным единице, т.е. распространение идет без ослабления до коридора. Здесь: d0 — исходное расстояние, обычно 1 м для внутренней среды г0 - расстояние между антеннами (м) а - ширина коридора, в котором находился передатчик Ъ - ширина второй части коридора к0 - коэффициент отражения в прямой видимости (здесь к0=1) кг0 - коэффициент расстояния в прямой видимости I „ - потери сигнала в прямой видимости Р0 — мощность принимаемого сигнала (в прямой видимости). Условие: одно отражение до угла L a - сумма потерь на пути связи из-за максимальных четырех отражений пере мощность передатчика Рприеу, - мощность приемника а — ширина коридора Ъ - ширина другого коридора d - расстояние от передатчика до коридора а - угол скольжения.
Луч, распространяющийся в вертикальной плоскости по направлению к передатчику учесть легко. А лучи, направленные под углом к вертикальной плоскости, тоже могут достигать приемника, но путь этих лучей длиннее, так как они претерпевают большее число отражений.
Предлагаемая модель имеет ряд ограничений. При рассмотрении ограниченного числа отражений от стен углы распространения лучей и расположение передатчика не могут быть любыми. Они задаются параметрами помещения, соотношением этих параметров, а также количеством рассматриваемых отражений [89-92]. Приведенные ниже формулы для частных случаев можно использовать для поиска оптимального расположения передатчика. Без отражения в первой части коридора
Для экспериментальной проверки разработанной геометрической модели используем уже описанный в предыдущей главе испытательный стенд. Применяемые приемопередатчики Atmel AT86RF211 способны излучать сигналы с разной мощностью. Уровень мощности задается тремя битами (всего 8 уровней включая ноль). Но на уровне нуля сигнал не передается. В таблице 3.1 приведены мощности сигнала при разных уровнях излучаемой мощности на частоте 433,5 МГц.
Приемник (анализатор) находится в начале второй части коридора - на продолжении ближайшей к ней стены первой части коридора. Он находится на равном расстоянии от стен. Передатчик изначально находится в аналогичной позиции в первой части коридора. Далее он передвигается параллельно стенам в направлении от угла до конца коридора. Измерения производятся через каждый метр его перемещения. На рис. 3.20 показана схема опыта.
Уровень мощности передаваемого сигнала был равен 0 дБм и как в передатчике, так и в приемнике была использована всенаправленная антенна в 1,5 дБи. Анализатор располагался примерно на высоте 1 м. Передатчик в каждом секторе располагался примерно на высоте 1 м. Расстояние между точками было установлено равным 1 м. Для повышения точности экспериментальных результатов на схему здания были нанесены значения мощностей в 40 точках. Нужно отметить, что на этих рисунках представлена только часть схемы здания.
В рамках разработанной модели были экспериментально получены коэффициенты отражения, а также определен коэффициент расстояния принимаемой мощности для данного помещения [104]. В данной модели учитывались максимум четыре отражения луча. На графике 3.21 потерь между антеннами в зависимости от размера d видно, что начиная с Ъ а и далее, величина потерь практически не зависит от ширины второй части коридора Ъ (здесь а = 2,5 м). Результаты эксперимента отражены также на рисунке 3.22 в виде значений уровня мощности принимаемого сигнала на частоте 433 МГц.
Экспериментальное исследование распространения в помещениях с оборудованием
Эти эксперименты проведены с целью выяснения оптимального расположения беспроводных узлов во внутренней БЛС. Результаты могут быть использованы для реализации широкополосной БЛС внутри офисного здания и для расчета внутренней зоны охвата радиосвязи [97-101].
Эксперимент проводился для двух вариантов расположения анализатора (расположение указано на рисунках 4.5 и 4.6). Анализатор располагался примерно на высоте 1 м. Комнаты и коридор были условно разделены на сектора. Приёмопередатчик помещали в каждый сектор и анализатором измеряли мощность 117 приходящего сигнала. Полоса разрешения анализатора спектра составляла 300 кГц. Комнаты представляют собой лабораторные и офисные помещения, в которых располагаются столы, стулья и оборудование для различных измерений. Передатчик в каждом секторе располагался примерно на высоте 1 м. Уровень мощности составлял 4 дБм. Результаты измерений (мощности принимаемого сигнала в каждом секторе) отображены на рисунках 4.7 и 4.8 в единицах дБм,
Далее испытания проводились в трёхэтажном офисном здании. Результаты были использованы для вычисления потерь сигнала при прохождении через межэтажное перекрытие [51-52]. Дополнительно можно было оценить показатель степенной зависимости от расстояния, для одно- и многоэтажных зданий. Значение этого показателя необходимо для расчета области покрытия беспроводной сети внутри помещения [100-103]. Мощность передаваемого сигнала была равна 0 дБм, и как в передатчике, так и в приемнике была использована всенаправленная антенна в 1,5 дБи.
Данное здание состоит из кирпичных стен, толщиной 0,6 м. Некоторые комнаты огорожены стеклянными перегородками с металлическим каркасом, толщиной 0.045 м. Толщина бетонного пола 0.23 м. Расстояние между двумя межэтажными перекрытиями составляет 2,7 м. Для начала были определены ослабления из-за перегородок. Их величины зависели от строительных материалов стен и межэтажных перекрытий. Чтобы выяснить, какое ослабление привносит стена, проводилась следующая процедура. Передатчик с сигналом прямой последовательности на частоте 433 МГц был расположен около стены с одной стороны, а приемник был расположен около стены с другой стороны. При этом измерялась мощность принимаемого сигнала. Можно ожидать появления небольших ошибок, связанных с отражением на поверхностях перегородки. Таким же образом было определено ослабление, привносимое одним бетонным перекрытием для частот в районе 433 ГГц. Экспериментальные результаты для потерь на перегородках и межэтажных перекрытиях приведены в таблице (4.2).
Далее принимаемая мощность сигнала была измерена и записана для разных положений на 3-х этажах. Для каждого положения было проведено несколько измерений.
В результате были получены данные, содержащие принимаемую мощность сигнала для определенных положений приемника внутри здания. Также были известны потери на перегородках и этажный ослабляющий фактор. Уравнение (1.38) применялось далее для оценки показателя степенной зависимости от расстояния п для каждой ситуации [99-101]. Оценочные значения п для одно- и многоэтажных линий радиосвязи в диапазоне 433 МГц приведены в следующей таблице 4.5.
В настоящее время не существует общепризнанных методик и программных продуктов, позволяющих с высокой точностью прогнозировать распространение радиоволн в помещениях и корректно размещать точки доступа беспроводных сетей. Эти процедуры носят итерационный характер. Результаты данной диссертации, полученные экспериментально и представленные в главах 2-4, позволят сократить число итераций и точнее находить более эффективные решения с учетом размещения оборудования, материалов стен, числа перегородок и этажности зданий. Заключение В результате выполнения диссертационной работы:
1) разработана методика проведения экспериментов по условиям распространения радиоволн в диапазонах от 400 МГц до 2,5 ГГц в условиях сильного переотражения и при низком расположении антенн передатчика и приемника, которая обеспечила проведение сравнительных исследований адекватности существующих моделей и выявила их основные недостатки расхождения расчетов и экспериментов;
2) на основе экспериментальных исследований предложены скорректированные значения параметров моделей, обеспечивающие более точное (на 2-Ю дБ) соответствие расчетных и измеренных значений мощности сигнала, в том числе в помещениях сложной формы с различными материалами стен и потолков (пола);
3) предложена аналитическая геометрическая модель распространения радиоволн в помещениях Г-образной формы, учитывающая многократные отражения волн от стен; определены параметры модели; показано, что модель хорошо соответствует экспериментальным данным;
4) модель обобщена на произвольное число отражений; показано, что при определенных условиях относительные размеры коридоров не оказывают влияния на результаты - величину принимаемого сигнала;
5) показано, что уточненные и разработанные в данной работе модели можно эффективно использовать для прогнозирования распространения радиоволн диапазонов от 500 до 2500 МГц в помещениях сложной формы, включая многоэтажные конструкции, а также для корректного размещения базовых станций (точек доступа) беспроводных сетей связи с учетом зон покрытия, что подтверждено многочисленными экспериментами.
