Статья:

Применение моделей распространения радиоволн при передаче радиосигнала для диапазонов 2.4 и 5ГГц

Конференция: X Студенческая международная научно-практическая конференция «Молодежный научный форум»

Секция: Технические науки

Выходные данные
Данилова Н.Н., Пражак В.И. Применение моделей распространения радиоволн при передаче радиосигнала для диапазонов 2.4 и 5ГГц // Молодежный научный форум: электр. сб. ст. по мат. X междунар. студ. науч.-практ. конф. № 9(10). URL: https://nauchforum.ru/archive/MNF_interdisciplinarity/9(10).pdf (дата обращения: 25.06.2019)
Лауреаты определены. Конференция завершена
Эта статья набрала 2 голоса
Мне нравится
Дипломы
лауреатов
Сертификаты
участников
Дипломы
лауреатов
Сертификаты
участников
на печатьскачать .pdfподелиться

Применение моделей распространения радиоволн при передаче радиосигнала для диапазонов 2.4 и 5ГГц

Данилова Наталья Николаевна
магистрант, Сибирский Государственный Университет Телекоммуникаций и Информатики, РФ, г. Новосибирск
Пражак Владислав Игоревич
магистрант, Сибирский Государственный Университет Телекоммуникаций и Информатики, РФ, г. Новосибирск
Костюкович Анатолий Егорович
научный руководитель, канд. техн. наук, доцент, Сибирский Государственный Университет Телекоммуникаций и Информатики, РФ, г. Новосибирск

 

Для планирования беспроводных сетей внутри помещений необходимо оценить количество и местоположение передатчиков. Прежде всего, это требование обусловлено необходимостью обеспечения наилучшего радиопокрытия в зоне планирования и оценки всех потенциальных помех. Для этого используют модели распространения радиоволн внутри помещений.

Модели распространения радиоволн – это математические инструменты, используемые инженерами и учеными для проектирования и оптимизации беспроводных сетей. Они традиционно сфокусированы на прогнозировании средней мощности сигнала на заданном расстоянии от передатчика, а также на изменчивости мощности сигнала в непосредственной пространственной близости к конкретному местоположению.

Простейшим случаем распространения радиоволн является распространение в свободном пространстве, которое означает, что между передатчиком и приемником нет никаких препятствий. Согласно закону Фрииса полученная антенной приемника мощность, которая отделена от передатчика расстоянием d, имеет вид (1):

,                                                                                         (1)

где Pr(d) – принятая мощность на расстоянии d между передатчиком и приемником;

Pt – мощность передатчика;

Gt и Gr – коэффициент усиления передатчика и приемника соответственно;

λ – длина волны.

Когда коэффициенты усиления антенны исключаются, модель потерь в свободном пространстве можно представить в виде (2):

.                                                                             (2)

На основании полученных с использованием оборудования предприятия Eltex и программного обеспечения Мathcad [1] экспериментальных данных  найдены следующие зависимости, отображенные на рисунках 1-4.

 

Рисунок 1. Зависимость уровня мощности приема от расстояния на частотах 2.4 и 5 ГГц

 

Для Рисунка 1 необходимо пояснить принятые обозначения: P_2G(d) – уровень мощности приема на рабочей частоте 2.4ГГц, P_5G(d) – уровень мощности приема  на рабочей частоте 5ГГц.

Как мы видим, мощность приема на частоте 2.4ГГц выше, чем на 5ГГц, что обусловлено меньшими затуханиями и большим значением коэффициента усиления антенн (для 2.4ГГц— 3.5дБи, для 5ГГц 2.9дБи [2])

На основе уравнения Фрииса построим зависимости затуханий радиосигналов от расстояния для частот 2.4ГГц и 5ГГц (L_free_2 и L_free_5 соответственно).

 

Рисунок 2. Зависимость значения затухания радиосигналов от расстояния для частот 2.4 и 5 ГГц

 

Данные зависимости, отображенные на Рисунке 2, подтверждают тот факт, что с увеличением частоты затухание сигнала увеличивается.

Далее рассмотрим основные эмпирические выражения, описывающие зависимость затухания от расстояния.

Модель линейного ослабления (Linear attenuation model) используется, когда передатчик и приемник находятся на одном уровне или на одном этаже. Данная модель ослабления предполагает, что потери на трассе в дБм линейно зависят от расстояния между передатчиком и приемником, что отражено в формуле 3:

,                                                                                                    (3)

где αn – коэффициент ослабления, дБ/м;

d – расстояние между передатчиком и приемником, м;

LFS – потери в свободном пространстве, дБ.

Например, в офисной среде коэффициент ослабления составляет αn=0,47 дБ/м[3].

На Рисунке 3 представлена зависимость значения потерь в дБм от расстояния для офисной среды на частотах L2(d) — 2.4ГГц и L5(d) — 5ГГц.

 

Рисунок 3. Зависимость значения потерь в дБм от расстояния для офисной среды на частотах 2.4 и 5ГГц

 

Модель с одним наклоном (One-slope model) представляет собой быстрый и простой способ вычислить среднюю мощность сигнала внутри здания, когда нет информации о планировки здания. Эта модель предполагает линейную зависимость между потерями на трассе в дБ и логарифмического расстояния между передатчиком и приемником. Зависимость отображена в формуле 4 [4].

,                                                                                             (4)

где L0 – потери на трассе на расстоянии 1 метр между передатчиком и приемником, дБ;

n – показатель потерь на трассе; d – расстояние между передатчиком и приемником, м;

d0 = 1 м.

Рисунок 4 отражает зависимость значений потерь от расстояния для данной модели, причем L_One_2 — зависимость для частоты 2.4ГГц,  L_One_5 — для частоты 5ГГц.

 

Рисунок 4. Зависимость значений потерь от расстояния для модели с одним наклоном

 

Как мы видим, затухания для диапазона 2,4Ггц выше. Это связано с тем, что значение потерь на расстоянии 1м у данного диапазона выше, так как на данном диапазоне располагалось множество сторонних точек доступа. Из-за малой “засоренности” диапазона 5ГГц потери на расстояние 1м меньше.

В заключении хотелось бы отметить, что модели распространения радиосигналов Wi-Fi не ограничиваются только рассмотренными в статье. При планировании помещений необходимо опираться не только на расчеты по какой-либо выбранной модели, но и провести необходимые замеры, т. к. модель может не учитывать всех особенностей распространения сигнала внутри помещения, предоставляя только примерные данные.

 

Список литературы:
1. Вычисления в MathCad – URL: http://foist.esy.es /Mathcad  (дата обращения 25.03.18) 
2. Техническая документация:Абонентский маршрутизатор RG-5421G-WAC - URL: http://eltex.nsk.ru/catalog/ rg5421.php (дата обращения: 14.04.2018)
3. Cтарцев С.С. Модели распространения радиосигнала Wi-Fi // Сборник статей конференции НГАСУ. – 2016. – С.2
4. Модели распространения радиоволн в реальных условиях- URL: http://studbooks.net/2346231/tehnika/modeli_rasprostraneniya_radiovoln_realnyh_usloviyah (дата обращения: 12.03.2018)