Распространение сигналов и помех в сетях радиосвязи. Вариант 01

Контрольная работа по дисциплине Распространение радиоволн и помех

Уважаемые слушатели.
Данная контрольная работа призвана показать вам, что дисциплина «Распространение радиоволн и помех» это не только многочисленные формулы, но и решение совершенно конкретных прикладных задач. Поэтому речь пойдёт об известных вам системах радиосвязи – Wi-Fi.
Задание:
Необходимо будет оценить особенности распространения радиосигнала от точки доступа Wi-Fi до абонентского устройства с учетом препятствий на его пути, а также определить возможную дальность связи при наличии и отсутствии препятствий.
Номер варианта соответствует последним двум цифрам пароля.
Исходные данные к контрольной работе представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Энергетические параметры точки доступа Wi-Fi и абонентского устройства
Номер варианта (две цифры пароля) Мощность излучения радиопередатчика точки доступа, мВт Потери энергии в фидере точки доступа, дБ Коэффициент усиления антенны точки доступа, дБи Рабочий диапазон частот, ГГц Коэффициент усиления антенны абонентского устройства, дБи Потери энергии в фидере абонентского устройства, дБ Чувствительность приёмника абонентского устройства, дБм
01 60 0,1 7 2,4 3 0,05 -82

Таблица 2 – Параметры среды распространения
Номер варианта (две цифры пароля) Типы препятствий на пути прохождения радиосигнала
 Железобетонная стена Деревянная стена Гипсокартонная стена
01 0 2 1

Методические указания по выполнению контрольной работы

Любая система радиосвязи состоит из трех основных частей: передающее устройство, приемное устройство и антенно-фидерные тракта передающего и приёмного устройств.

Рисунок 1 – Пояснения к расчёту

В системах радиосвязи промежуточным звеном между передающей и приёмной частями является среда распространения: пространство с возможными препятствиями на пути прохождения радиосигнала.
В данной контрольной работе необходимо будет оценить особенности распространения радиосигнала от точки доступа Wi-Fi до абонентского устройства с учетом препятствий на его пути, а также определить возможную дальность связи при наличии и отсутствии препятствий.
Расчёт энергетических параметров подавляющего большинства систем радиосвязи основан на так называемом уравнении радиосвязи, которое позволяет связать энергетические параметры приёмопередающих устройств и среды распространения и определить уровень мощности сигнала на входе приёмника:

Р_(с.вх)=Р_пд-a_фпд+G_пд-L_0-L_доп+G_пр-a_пр   (1)

где,
Рс.вх – уровень мощности сигнала на входе приемника, дБм;
Рпд – уровень мощности сигнала на выходе передатчика, дБм;
Gпд, Gnp – коэффициенты усиления приемной/передающей антенны, дБи;
апд, апр – потери в антенно-фидерном тракте передатчика и приёмника соответственно, дБ;
Lдоп – потери сигнала в различных средах, дБ;
L0 – потери сигнала в свободном пространстве, дБ.

L_0=20 lg (4πR_0 f)/с ,дБ (2)
где R0 – длина трассы прямой видимости, м.

При решении задачи радиосвязи внутри зданий одним из ключевых факторов является поглощение радиоволн в строительных конструкциях (таблица 3). Этот фактор накладывает ограничение на дальность радиосвязи, поскольку практически все среды, включая и строительные материалы, характеризуются монотонно возрастающим с ростом частоты поглощением радиоволн. Поэтому при проектировании системы радиосвязи необходимо принимать в расчет поглощение радиоволн на выбранной частоте в «типовой» стене здания. Поглощение радиоволн происходит и в других элементах строительных конструкций (двери, окна, деревянные перегородки). При расчете необходимо использовать данные из таблицы 3, в ней приведены полученные опытным путём значения потерь сигнала в различных средах на частотах работы сетей Wi-Fi.

Таблица 3 - Дополнительные потери сигнала в различных средах
Препятствие Потери (дБ)
Открытое пространство 0
Окно без тонировки (отсутствует металлизированное покрытие) 3
Гипсокартонная стена 5
Деревянная стена 10
Межкомнатная стена (15 см) 15
Бетонная стена (30 см) 20-25
Бетонный пол/потолок 15-25
Монолитное железобетонное перекрытие 20-25

Зная метод оценки зоны обслуживания, нужно найти такое расстояние между приемной и передающей антенной, чтобы:

Р_(с.вх)≥Р_доп (3)

Т.е. уровень мощности сигнала на входе приемника не должен быть меньше чувствительности приемника.
В данной контрольной работе предлагается графическое решение задачи, для чего необходимо построить график зависимости уровня мощности сигнала на входе абонентского устройства в соответствии со своими исходными данными.

Этапы решения контрольной работы

1 Этап

Выпишите из таблиц 1 и 2 исходные данные в соответствии со своим вариантом

Таблица 1 – Энергетические параметры точки доступа Wi-Fi и абонентского устройства
Номер варианта (Номер по журналу) Мощность излучения радиопередатчика точки доступа, мВт Потери энергии в фидере точки доступа, дБ Коэффициент усиления антенны точки доступа, дБи Рабочий диапазон частот, ГГц Коэффициент усиления антенны абонентского устройства, дБи Потери энергии в фидере абонентского устройства, дБ Чувствительность приёмника абонентского устройства, дБм
30 100 0,01 10 2,4 2 0 -80




Таблица 2 – Параметры среды распространения
Номер варианта (Номер по журналу) Типы препятствий на пути прохождения радиосигнала
 Несущая стена Деревянная стена Гипсокартонная стена
30 1 1 1


Сопоставьте исходные данные с поясняющим рисунком 1:


Рисунок 2 – Исходные данные для энергетического расчёта

Обратите внимание, что для использования в дальнейших расчётах формулы 1, вам необходимо перевести величину мощности передатчика точки доступа, выраженную в Ваттах в уровень мощности, выраженный в дБм:

Рпд,дБм=10 lg(Рпд,мВт)      (4)

Этап 2 Построение графиков зависимостей уровня мощности сигнала на входе приёмника абонентского устройства от расстояния между передатчиком и приёмником с учётом исходных данных из таблиц 1 и 2.

Графики необходимо привести для двух случаев: распространение сигналов в свободном пространстве (нет препятствий) и распространение сигнала через препятствия заданного типа и числа. Причём в данном случае дополнительные потери из формулы 1 будут определены:

Lдоп=nLнес+mLгипс+kLдер,     (5)
где
n, m, k соответственно – число препятствий каждого типа (таблица 2)
Lнес, Lгипс, Lдер - дополнительные потери сигнала в различных средах (таблица 3)

Пример построения графиков в среде MathCAD приведён на рисунке 3 (пунктирная линия – распространение сигнала в свободном пространстве, без дополнительных потерь, сплошная линия – с учётом дополнительных потерь в соответствии с вариантом 30):


Рисунок 3 – Графики зависимостей уровня мощности сигнала на входе приёмника абонентского устройства от расстояния между передатчиком и приёмником

При построении графиков зависимостей вручную, рекомендованные точки расчёта величины R – 1, 2, 5, 10, 15, 20, 30, 50, 100 метров.

Этап 3 – Определение возможной дальности связи абонентского устройства с точкой доступа для заданной чувствительности приёмника для случаев свободного пространства и с учётом препятствия

Имея графические представления уровня сигнала на входе приёмника абонентской станции и чувствительность приёмника Рмин можно путём простых построений определить возможную дальность связи с учётом препятствий и в свободном пространстве.

Рисунок 4 – К определению возможной дальности связи

Если горизонтальная линия не пересекает построенные кривые, делается вывод о том, что возможная дальность связи превышает 100 метров.

Этап 4 – аккуратно оформить и сдать.

Контрольная работа 1 12.05.2020 19.05.2020 Зачет Здравствуйте, Александр Александрович, Ваша работа зачтена. Небольшое замечание - не нужно писать список литературы, который Вы в действительности не использовали :)) С уважением, Кокорич Марина Геннадьевна