Propagacija radio talasa u sistemima mobilnih komunikacija

Uvod u prostiranje radio talasaU beinim komunikacionim sistemima prenos signala izmeu predajnika i prijemnika ostvaruje se posredstvom elektromagnetnih (EM) talasa.Pod radio talasima (RF-radio-frequency) podrazumevaju se EM talasi ije se frekvencije nalaze u opsezima uestanosti od 3kHz do 3000GHz (3THz).

Podela EM spektra

Podela RF dela EM spektra

EM spektarVLF = Very Low FrequencyUHF = Ultra High FrequencyLF = Low Frequency SHF = Super High FrequencyMF = Medium Frequency EHF = Extra High FrequencyHF = High Frequency UV = Ultraviolet LightVHF = Very High Frequency

Primene pojedinih RF opsega

Frekventni opseg

Naziv i oznaka

Tip servisa

3-30 kHz

VLF - veoma niska frekvencija

navigacije, sonari

30- 300 kHz

LF - Niska frekvencija

radio pilot signali (bikoni), pomo pri navigaciji

300-3000 kHz

MF - srednja frekvencija

AM radio difuzija, pomorske radio veze, radio ureaji za obalne strae, traenje pravca

3-30 MHz

HF - visoka frekvencija

telefonija, telegraf, faksimil, kratkotalasna meunarodna radio-difuzija, radio amaterski opseg, graanski opseg, brod-obala radio veza, brod-avion radio veza

30-300 MHz

VHF - veoma visoka frekvencija

TV, FM radio difuzija, kontrola vazdunog saobraaja, policija, taxi radio veze, pomo pri navigaciji

300-3000 MHz

UHF - ultravisoke frekvencije

TV, mobilna telefonija, satelitski prenos, radiosonde, radarski nadzor, pomo pri navigaciji

3-30 GHz

SHF - super visoka frekvencija

avionski radari, mikrotalasne veze, mobilne zemaljske veze, satelitske komunikacije

30-300GHz

EHF - ekstremno visoke frekvencije

radari, eksperimenti

Frekvencijski opsezi koje koriste pojedini beini komunikacioni sistemi

Europe

USA

Japan

Cellular

Phones

GSM 450-457, 479-486/460-467,489-496, 890-915/935-960,

1710-1785/1805-1880

UMTS (FDD) 1920-1980, 2110-2190

UMTS (TDD) 1900-1920, 2020-2025

AMPS, TDMA, CDMA 824-849, 869-894TDMA, CDMA, GSM 1850-1910,1930-1990

PDC 810-826, 940-956,1429-1465, 1477-1513

Cordless

Phones

CT1+ 885-887, 930-932

CT2

864-868

DECT

1880-1900

PACS 1850-1910, 1930-1990

PACS-UB 1910-1930

PHS 1895-1918

JCT

254-380

Wireless LANs

IEEE 802.11

2400-2483

HIPERLAN 2

5150-5350, 5470-5725

902-928

IEEE 802.11

2400-2483

5150-5350, 5725-5825

IEEE 802.11 2471-2497

5150-5250

Others

RF-Control

27, 128, 418, 433, 868

RF-Control

315, 915

RF-Control

426, 868

Talasna duina i uestanost EM talasaTalasna duina je povezana sa uestanou:

Ako posmatramo realne signale njihove uestanosti su niske, pa su im talasne duine relativno velike. Na primer, za signal ija je maksimalna frekvencija f=10kHz, talasna duina iznosi 30km!

Za VHF podruje je reda nekoliko metara, a za UHF podruje je reda nekoliko decimetara, za 900 MHz =0.33m)

c brzina prostiranja EM talasa (u vakuumu) jednaka je brzini prostiranja svetlosti c= 3x108 m/sf frekvencija radio talasa [Hz]

Talasna duina i uestanost EM talasa

Model beinog komunikacionog sistemaGant,tPtGant,rLchannelPrSlabljenje u beinom kanaluDobitak predajne anteneDobitak prijemne anteneERPt = Pt x Gant,tERPt - efektivna izraena snaga [W}Pt snaga predajnika [W]G dobitak antenePr(dB) = Pt (dB) + Gant,t (dB) - Lchannel (dB) + Gant,r (dB)

dBi dobitak u odnosu na izotropnu antenu

Pojam decibela (dB)Koristi se za izraavanje pojaanja (G) ili slabljenja (L) sistema i definisanje apsolutnih i relativnih nivoa signala.Decibel[dB] =10 log10 (X)Apsolutni nivo snage signala izraen u decibelimaP(dB)=10 log10 (X) [W]Relativni nivo N[dB] logaritamski odnos (kolinik) 2 istorodne veliine (npr. snage signala u 2 posmatrane take sistema)Snaga na ulazu u sistem P1 [W], snaga na izlazu P2 [W]N(dB) = 10 log10 (P1/P2)primer:snaga signala na ulazu 100W, a na izlazu iz sistema 1WRelativni nivo signalaN = 10 log10 (100/1)= 10log10102 =20dB

Pojam decibela (dB)

gde je:N[dB] - razlika nivoa snaga signala u decibelima (relativni nivo),P1 - snaga signala na ulazu sistema,P2 - snaga signala na izlazu sistema,log - logaritam za osnovu (log10).primeri:P2=P1N=10 log (P2/P1) = 10 log 1 = 0 dB. P2=2P1N=10 log (P2/P1) = 10 log 2 = 3 dB. P2=3P1N=10 log (P2/P1) = 10 log 3 = ~4.7 dB.P2=10P1N=10 log (P2/P1)= 10 log 10 = 10 dB. P2=10nP1 N=10 log (P2/P1) = 10 log 10n = n X 10 dB

Apsolutni nivo signaladBmReferentni signal je snage 1 mWP(dBm)=10 log10 (P[W] / 1mW)Primer:Snaga signala je P=1WP(dB)=10log10 1= 0dBP(dBm)=10log10 1000mW/1mW= 30dBm1 W= 0 dB= 30dBmRezimeP (dBW) = 10 log (P/1 W)P (dBm) = 10 log (P/1 mW)

Generisanje radio talasa - anteneRadio talasi se generiu pomou antena, koje (na predajnoj strani) vre pretvaranje elektrine energije RF signala u elektromagnetnu energiju koja se zrai u okolni prostor.Na prijemnoj strani, vri se obrnut proces, odnosno promenljivo EM polje u prostoru oko prijemne antene indukuje elektrini signal u anteni, koji se zatim dovodi na ulaz prijemnika.Drugim reima, predajna antena je ureaj koji vri pretvaranje voenih u nevoene elektromagnetne talase, a prijemna antena obrnut postupak.Kod dvosmerne komunikacije, ista antena se koristi i za predaju i za prijem EM energije.

Komponente EM talasaEM polje se javlja u nekom prostoru kao posledica neprekidnog indukovanja promenljiovg elektrinog polja iz promenljivog magnetnog polja i obratno. Elektrina i magnetna komponenta EM talasa meusobno su normalne jedna u odnosu na drugu, kao i na pravac prostiranja EM talasa.

AnteneGeneralno, antena je oscilatorno kolo kod koga je potrebno da se elektrino i magnetno polje proimaju u svakoj taki u prostoru.

1887 - Hertz prvi konstruisao napravu koja zadovoljava ovaj uslov Hercov (polutalasni) dipol.

Da bi antena imala to veu efikasnost zraenja, odnosno da bi se postiglo zraenje u uzanom snopu i tako se obezbedila visoka koncentracija snage na prijemnoj strani, to one moraju biti fiziki velike proporcionalno talasnim duinama emitovanog signala.

Otuda, sa porastom radne frekvencije, potrebne dimenzije antena su sve manje!

Osnovni tipovi antenaAntene se prema konstrukciji mogu podeliti na:izotropna antena (hipotetika, idealizovana) uniformno zraenje u svim pravcima, dijagram zraenja u prostoru je oblika lopteovakva antena u stvarnosti ne postoji, ali se u praksi esto koristi kao element komparacije sa drugimlinearne antene (monopoli i dipoli) polutalasni dipol - dipol ija je fizika dimenzija jednaka 1/2 talasne duine radio talasa koji se emituje/prima (ne koristi se na frekvencija ispod 2MHz, jer bi dimenzije antena bile suvie velike) antene oblika petlje, antene sa zraeim otvorom (paraboline, horn)antene koje rade na principu soiva.

Dijagram zraenja generike anteneHalf Power BandWidthDijagram zraenja pokazuje da antena ima glavni snop zraenja, bone snopove i snopove iza antene.HPBW ugao zraenja antene (1/2 snage u odnosu na pravac max zraenja)

Dijagram zraenja za dipol antene razliitih duinaProstorni dijagram zraenja za Hercov dipol

Antene za bazne stanice (BS)Antene koje se najee koriste kod BS usmeravaju energiju, koju prime od predajnika, u jednom relativno uskom smeru. Na taj nain je nivo polja u tom smeru je od nekoliko desetina do stotina puta vei nego kod antena koje bi zraile u svim smerovima jednako.Antene nisu idealne, pa postoji izvesno zraenje iza i ispod antene. Karakteristika zraenja antena definie se njihovim dijagramom zraenja, koji se moe dobiti merenjem ili izraunavanjem. Na slici je prikazan primer uobiajenog dijagrama zraenja antene BS koja se koristi za GSM 900 MHz.

Antene za bazne stanice (BS)Antene koje koriste BS mogu zraiti (paralelno sa zemljinom povrinom) jednako u svim smerovima (omnidirektivne) ili dominantno u jednom uskom sektoru (npr. irine oko 300). Zraenje antene bazne stanice trebalo bi pokriti tano onaj deo povrine koji pripada dotinoj eliji.Pokrivanje je uglavnom odreeno horizontalnim dijagramom zraenja, dok snop u vertikalnoj ravni odreuje uticaj na susedne elije.Ukoliko postoji opasnost od interferencije u ostalim elijama dijagram zraenja antene se moe nagnuti u vertikalnoj ravni.

Antene za bazne stanice (BS)Kada se antena nalazi na visokom stubu oko kojeg je prazan prostor, poloaj maksimalnog nivooa polja zavisi od nagiba antene i visine na koju je antena postavljena.

Vertikalni antenski nizovi dijagram zraenjaUgao usmerenostiDobitak u odnosu na polutalasni dipolZa antene baznih stanica uobiajeno se koriste vertikalni antenski nizovi.

Vertikalni antenski niz dipola - omnidirektivno pokrivanje Sektorisano pokrivanje

Antene za bazne stanice

Antene za mobilne ureajeSkoro omnidirektivni dijagram zraenja, Male dimenzijeFrekvencijsko podruje rada antene treba da pokrije sve podrane standarde (900, 1800, 1900 i 2000 MHz). To se postie kombinovanim antenama (svaka za pojedino podruje).Obzirom da je potreba za jeftinom proizvodnjom i malim dimenzijama, kao reenje se nameu monopoli i dipoli.Za efikasno zraenje duina antene bi trebala biti barem l/4, to je nepraktino, pa se koriste razliite integrisane antene koje imaju bitno smanjenu efikasnost u poreenju sa dipolom.

Antene - rezime

bazne stanice visine 30-tak metaraomni-direkciona kruni horizontalni dijagram zraenjasektorske antene horizontalni ugao usmerenosti 600 ili 1200mobilna stanica tipino 1.5 do 3 metra, neusmerena

Osnovne karakteristike beinog komunikacionog kanalaPropusni opseg kanalaPrisustvo umova i interferirajuih (ometajuih) signalaKapacitet kanala [bit/s]Varijacije nivoa signala

Propusni opseg kanala (bandwidth)predstavlja frekvencijsku karakteristiku kanala koja pokazuje sposobnost kanala da prenosi signale na razliitim uestanostima.irna propusnog opsega kanala: B=fupper-flower Uestanost nosioca (carrier): fcPrimer (GSM)fupper=890,4MHzflower=890.2MHzB=0,2MHz=200kHz

Izoblienja signala usled ogranienog propusnog opsega komunikacionog kanala

Intersimbolska interferencijaProirenje trajanja impulsa, zbog nedovoljne irine frekventnog opsega sistema za prenos, dovodi do toga da proireni impuls ima svoj deo i u susednim vremenskim sekvencama, Sabiranjem delova susednih impulsa dobija se neki signal i u vremenskoj sekvenci gde bi trebalo da signal ima vrednost nula (greka u odluivanju).Pojava da signal iz jedne vremenske sekvence utie na signale u ostalim vremenskim sekvencama naziva se intersimbolska interferencija.

Uticaj umova u beinim sistemima ta je um?Pod umom se podrazumevaju razliiti neeljeni sluajni elektrini signali koji su uvek prisutni u telekomunikacionim sistemima koji se superponiraju sa korisnim signalom koji sadri poruku.um=svaki neeljeni (umetnuti) signal koji nije deo signala poruke.um kao pojava ima izuzetan znaaj pri prenosu signala jer pridruen korisnom signalu izaziva degradaciju kvaliteta signala na prijemu. um je jedan od osnovnihih ograniavajuih faktora za postizanje eljenih performansi u telekomunikacionom sistemu.

Uticaj umova pri prenosu digitalnih signalaGreka pri odluivanju: poslata 1 a protumaena (primljena) 0, i obratno.

Izoblienje signala u prisustvu uma

Kapacitet digitalnog kanalaZa digitalne signale postavlja se pitanje koliko degradacija prenoenog signala ograniava brzinu prenosa podataka koja se moe postii.Maksimalna brzina kojom se podaci mogu prenositi preko nekog komunikacionog puta, ili kanala, pod datim uslovima naziva se kapacitet kanala.Cilj je da se raspoloivi frekvencijski opseg iskoristi to je mogue vie (tj. da se ostvari to vea spektralna efikasnost izraena odnosom bit/s/Hz) odnosno postii to je mogue veu brzinu prenosa podataka za zadatu verovatnou greke i raspoloivu irinu opsega.

Parametri koji definiu kapacitet kanalaBrzina prenosa podataka (digitalni protok)Brzina kojom se moe vriti komunikacija, tj. broj bita koji se mogu preneti u jedinici vremena (b/s)Propusni opsegopseg uestanosti (Hz) limitiran karakteristikama predajnika i medijuma za prenosumSrednja vrednost nivoa uma na komunikacionom putu, tj odnos signal/um Verovatnoa greke stepen greke bita pri prenosu digitalnih signala

Kapacitet digitalnog kanala (Shannon) enon je pokazao da se maksimalni teorijski kapacitet digitalnog kanala u prisustvu uma, izraen u bitima u sekundi, moe iskazati jednainom (enonova jednaina za kapacitet digitalnog kanala):U praksi se mogu postii samo protoci koji su nii od ovih vrednostiPrimer: B=3.4kHz (irina opsega uestanosti potrebna za prenos govora u telefoniji, SNR=40dB (S/N=104=10000), C= 3400 x log2 (1+10000)=3400 x log10(10001)/log102 = 45.2 kb/sC: kapacitet kanala (bit/s)B: irina propusnog opsega kanala (Hz)S/N: odnos signal/um (izraen linearno)

Prostiranje prostornim talasom (Space wave propagation)

Ovakav nain prostiranja dominantan je kada je visina predajne antene mnogo vea od talasne duine l, Signal na prijemu je rezultanta direktne i reflektovanih komponenti. frekvencije > 30 MHz (VHF,UHF...)Prostorni talas = direktna + reflektovana komponenta

Domet veze - linija optike vidljivosti (LoS-line of sight)Domet veze - linija optike vidljivosti je ograniene duine (par desetina km) zavisi od visina predajne i prijemne antene kao i od konfiguracije terena.ak i kada je teren izmeu predajne i prijemne antene ravan, bez prirodnih i/ili vetakih prepreka, vidljivost prijemne i predajne antene je ograniena zbog realne zakrivljenosti Zemlje:

ht i hr su visine predajne i prijemne antene u m, a Reff efektivni poluprenik Zemlje.Za uslove standardne atmosfere Reff iznosi priblino 8500 km.

Efekti pri propagaciji prostornih talasa

Prostiranje radio talasa u sistemima mobilnih komunikacijaU sistemima mobilnih komunikacija uobiajeno se koriste frekvencije iz UHF (Ultra High Frequency) opsega, koje obuhvataju uestanosti od 300MHz do 3GHz (talasne duine 1 0.1m)Radio talasi na ovim frekvencijama prostiru se prostornim talasom (Space wave propagation)U slobodnom prostoru radio signali visokih frekvencija (iznad 30 MHz) prostiru se slino svetlosnim signalima, tj. pravolinijski. Takva prava linija izmedju predajnika i prijemnika naziva se LOS (line-of-sight)- linija optike vidljivosti. Radio talasi takodje mogu prodirati u objekte. Generalno, ova pojava je vie izraena ukoliko je frekvencija nia. Obrnuto, to je frekvencija via, utoliko se radio talasi ponaaju slinije svetlosnim talasima.

Karakteristike prostiranja radio talasa u sistemima mobilnih komunikacija

Kvalitet prijemnog signala znaajno zavisi od uslova propagacije radio talasa.Propagacija radio talasa zavisi od specifinosti podruja iznad kojeg se vri prostiranje radio talasa, a generalno zavisi od konfiguracije terena, uestanosti radio talasa, brzine kretanja mobilnog terminala, izvora interferencija i drugih promenljivih faktora.

Karakteristike prostiranja radio talasa u sistemima mobilnih komunikacijaNa niim frekvencijama slabljenje signala je manje nego na viim frekvencijama. Meutim, zbog veih talasnih duina, fizike dimenzije antena moraju biti vee na niim frekvencijama. Sa druge strane, na viim frekvencijama, mogue je koristiti predajnike manjih snaga ( reda ~ W) da bi se obezbedio kvalitetan prijem signala, odnosno dovoljno velika zona pokrivanja predajnika (do nekoliko km na otvorenim podrujima, pri uslovima postojanja linije optike vidljivosti (LoS-line of sight), odnosno kroz nekoliko spratova u zgradama zatvorenim objektima. Talasne duine na viim frekvencijama (npr. iz opsega ~900MHz) su reda 30-tak cm, tako da prijemne (i predajne) antene mogu biti malih dimenzija, a predajnici malih snaga.

Karakteristike prostiranja radio talasa u sistemima mobilnih komunikacijaKarakteristike prostiranja radio talasa se znaajno razlikuju u zavisnosti od tipa okruenja: npr. prostiranje na otvorenim podrujima je znaajno drugaije od prostiranja u urbanim zonama ili unutar objekata. U otvorenim zonama (bez prepreka) na manjim rastojanjima, jaina signala opada sa kvadratom rastojanja. U ostalim okruenjima (tipovima terena), slabljenje signala uobiajeno mnogo bre raste nego to je to sluaj u otvorenim zonama!

Karakteristike prostiranja radio talasa u sistemima mobilnih komunikacijaU urbanim podrujima, direktni (LoS) talas izmeu predajnika i prijemnika esto biva blokiran i reflektovan kao posledica prisustva zgrada i drugih prepreka na terenu, ili zbog prisustva zidova u zgradama. Takve situacije dovode do NLOS (Non-LoS) uslova propagacije, odnosno prostiranja po viestrukim (indirektnim) putanjama (multipath propagation), sa razliitim jainama individualnih komponenata sa razliitim vremenima pristizanja (kanjenjima)na prijemu, to za posledicu uobiajeno ima znaajne varijacije rezultantnog nivoa signala (brzi feding). Maksimalna veliina digitalnog protoka znaajno zavisi od multipath strukture komunikacionog kanala i karakteristika fedinga usled multipath komponenata.

Problem preprekazgrade, kue reda veliine nekoliko metara do nekoliko desetina metaradrvee i grupa drveaprepreke su reda veliine ili vee od talasne duine radio talasa - mogu blokirati signal ili ga reflektovatireflektovani signal moe dopreti do antene mobilne stanice po vie putanja (multipath propagacija) uz direktni signalSpecifinosti propagacije u mobilnim vezamaGubici usled prostiranja - slabljenje na trasi (path loss)Shadowing (zasenenost) - smanjenje snage signalaProstiranje po viestrukim putanjamamoe uzrokovati slabljenje i izoblienje signalapostojanje reflektovanih signala od neke preprekeDopplerov efekat pomeraj radne frekvencije posledica je kretanja mobilne stanice u odnosu na prijemni radio talasInterferencija

Promene elektrinog polja u funkciji vremena i prostoraPolje nije konstantno tokom vremena Zbog promena temperature, pritiska i vlanosti u troposferi menja se indeks refrakcije, a padavine unose slabljenja na viim frekvencijama. Jaina polja na prijemnoj anteni osciluje u odnosu na proraunato polje u uslovima prostiranja u slobodnom prostoruPromene polja predstavljaju se statistikim veliinama modeliraju se teorijskim raspodelama (promene polja tokom vremena obino Gaussovom)Polje se menja prostorno (sa promenom rastojanja)Kod mobilnih komunikacija mobilna stanica prolazi kroz podruja s razliitim uslovima propagacije radio talasaOsigurava se odreeni procenat pokrivanja lokacija s minimalnom potrebnom jainom polja (npr. 90% lokacija) Raspodela nivoa polja zavisi od tipa terena i sredine (ruralno, prigradsko, gradsko podruje) i modeluje se empirijskim modelima

Efekti pri prostiranju radio talasa u sistemima mobilnih komunikacijaslabljenje na trasiblokiranje (shadowing)refleksija od povrine Zemlje, objekata (ije su dimenzije >>l ), slojeva atmosferedifrakcija (na ivicama objekata, krovova zgrada, brdima) rasejanje (na preprekama manjih dimenzija)

Prostiranje po viestrukim putanjama propagacije (multipath propagation) kao posledica refleksije, rasejanja ili difrakcije radio talasaReflektovan talas

Gubici (slabljenje) usled prostiranja (Path Loss)Do njih dolazi usled toga to signal sam po sebi slabi sa poveanjem rastojanja (udaljenosti) izmeu mobilne i bazne stanice, ak i u sluaju da nema prepreka izmeu predajne i prijemne antene.Oni retko uzrokuju prekid veze, zato to kad ovi gubici postanu veliki, druga bazna stanica preuzima korisnika.

Slabljenje slobodnog prostora (free space loss)Snaga signala na prijemu Pr, na udaljenosti d od predajnika data je izrazom:

gde je Pt snaga signala na predaji, l talasna duinapredajnikrastojanje dprijemnikhbhmPodrazumeva prostiranje radio talasa du trase bez prepreka (LoS)

Snaga na prijemu Antene (ako nisu izotropne) utiu da se vei deo energije usmeri ka prijemniku i iz pravca predajnika i to za Gt na predaji i za Gr na prijemu, pa je: Gt , Gr dobitak predajne, odnosno prijemne antene, respektivno:Slabljenje slobodnog prostorasnaga radio talasa koji se prostiru kroz slobodan prostor opada sa kvadratom rastojanja.Friss-ova j-na slobodnog prostora

Slabljenje slobodnog prostora (free space loss)Slabljenje prilikom prostiranja u slobodnom prostoru predstavlja najvaniji izvor gubitaka u radio kanalu, u opsezima uestanosti do 30GHz.

Slabljenje slobodnog prostora ( izraeno u decibelima):

f frekvencija nosioca.

to je radna frekvencija f vea, slabljenje ,slobodnog prostora je vee. To znai da su dometi radio talasa na niim uestanostima (pri istim snagma predajnika i istim uslovima propagacije) vei.

Slabljenje slobodnog prostoraAko se rastojanje ili frekvencija udvostrue, slabljenje slobodnog prostora se povea za 6dB.Ako se rastojanje ili frekvencija poveaju 10 puta slabljenje slobodnog prostora se povea za 20dB.

Slabljenje na trasi u sistemima mobilnih komunikacija (PL-Path Loss) Slabljenje na veim udaljenostima d

d0 referentno rastojanje u slobodnom prostoru (za celularne sisteme sa velikim oblastima pokrivanja d0 je tipino oko 1 km, dok u mikro-celularnim sistemima d0 moe imati vrednosti u granicama od 1m to 100m.

Slabljenje na trasi (path loss) Slabljenje na trasi (u opadajuem poretku):Urbana podruja (veliki gradovi) Urbana podruja (mali i srednji gradovi)Suburbana podrujaOtvorene zonePrimljena snagan=2 (free space), n=3-5 tipino u mobilnim sistemima

Tipine vrednosti eksponenta n u razliitim okruenjima

Blokiranje (shadowing) (osenenje/zakljonjenost preprekom)Visine baznih stanica su reda veliine 30-tak metara i one se normalno postavljaju na isturenim mestima gde u neposrednoj blizini nema prepreka. Medjutim, mobilni prijemnici se nalaze mnogo nie od prirodnih i vetakih objekata u okolini. Tipina visina na kojoj se nalazi mobilni aparat je 1.5 - 3 m. To praktino znai da e se esto nai neka prepreka na putu izmedju bazne stanice i mobilnog prijemnika. Ekstremni sluaj slabljenja imamo kada se na putu radio signala nadje neka prepreka koja potpuno onemoguava propagaciju direktnog signala. Tada imamo efekat blokiranja (shadowing) to moe izazvati pad snage prijemnog signala Ako se radi o vrlo visokim frekvencijama ak i male prepreke poput zida ili drvea mogu blokirati signal.

Refleksijanastupa u sluajevima kada radio talas nailazi na povrinu ije su dimenzije mnogo vee u odnosu na talasnu duinu signala.refleksija od Zemlje, zgrada, zidova, brda... Reflektovani signal je manje snage od originalnog, jer objekat apsorbuje deo snage.Refleksija moe imati pozitivnu ulogu ukoliko ne postoji (LOS) optika vidljivost izmedju predajnika i prijemnika.To je uobiajeni sluaj u urbanim i brdskim sredinama. Signal se moe vie puta reflektovati do prijemnika, a nakon svake refleksije sve je slabiji.

RefleksijaKada radio talas nailazi na granicu dve sredine razliitih provodnosti (npr.vazduh-Zemlja), incidentni talas se razdvaja na reflektovan i preneseni. Reflektovana (NLOS) komponenta talasa dolazi na ulaz prijemnika, gde zajedno sa direktnim (LOS) talasom ini rezultantno polje na mestu prijema.

RefleksijaFazni pomeraj izmeu direktne Ed i reflektovane Er komponente talasa, koja odgovara razlici njihovih puteva, dat je izrazom:

Amplitude Er i Ed su priblino jednake:

Ako su Ed i Er u protiv-fazi (180o), slabljenje signala moe biti veliko (20dB ili vie)

DifrakcijaDifrakcija je osobina elektromagnetnih talasa da se blago zalamaju, odnosno krive, na ivicama objekata koji dodiruju njihov pravac prostiranja. Radio talas koji nailazi na neki vei objekat (prepreku) pod malim upadnim uglom menja svoj pravac prostiranja i nastavlja dalje prostiranje pod drugaijim uglom u odnosu na prvobitni pravac prostiranja (prepreka postaje sekundarni izvor zraenja)Difrakcija u nekim situacijama omoguava prijem talasa i na mestima zaklonjenim preprekama (izvan LOS).Prema obliku prepreke razlikuju se dva tipa difrakcije: na otrici noa i glatkoj povrini.

Difrakcija na otrici noaDifrakcija na otrici noa - najjednostavniji tip difrakcije javlja se na prepreci koja moe da se predstavi beskonano tankom otricom noa. Posledica ove difrakcije je dodatni gubitak usled difrakcije na otrici noa (Lke )

Difrakcija na glatkoj sferi

prepreka takvog oblika da se moe ucrtati krunica poluprenika R

Gubici usled difrakcije na glatkoj sferi su vei u odnosu na sluaj difrakcije na otrici noa za vrednost Lex.

Difraktovana i reflektovana komponenta

Rasejanje (scattering)je pojava koja se deava na manjim preprekama, ije su dimenzije priblino jednake ili manje od talasne duine signala.dolazni signal nakon nailaska na prepreku se rasejava u razliitim pravcima. Posledica je znaajno slabljenje signala. ako imamo u vidu da je tipina talasna duina kod mobilnih sistema reda veliine nekoliko decimetara, mnogi objekti u okruenju mogu izazvati ovaj efekat (unutar objekata to mogu biti otre povrine i nametaj, a u spoljnjem okruenju razne prepreke manjih dimenzija, vozila, drvee i slino

Prostiranje po viestrukim putanjama (multipath propagation) LOS + NLOS

Prostiranje po viestrukim putanjama (multipath propagation)Pri prostiranju elektromagnetnih talasa, posebno u urbanim sredinama dolazi do viestrukih refleksija (multipath), to predstavlja glavni problem u sistemima mobilnih komunikacija. Naime, prilikom prostiranja od predajnika ka prijemniku, elektromagnetni talasi se reflektuju od raznih objekata tako da u prijemnik isti signal stie sa vie razliitih amplituda i kanjenja (faza).Zapravo, tipian nain prostiranja u sistemima mobilnih komunikacija je prostiranje po viestrukim putanjama.U praksi, vrlo esto i ne postoji LoS komponenta, ve je signal na prijemu rezultat mnotva signala nastalih kao posledica refleksije, rasejanja ili difrakcije.

Prostiranje po viestrukim putanjama (multipath propagation)U takvim situacijama moe doi do sledeih efekata:Vremenske varijacije signala usled prisustva zakasnelih komponenata (irenje signala na prijemu u odnosu na poslati signal),sluajnu frekvencijsku modulaciju usled Doplerov-og efekta,Duboke varijacije jaine signala na prijemu,

signal na predaji

Kanjenje usled propagacije po viestrukim putanjama delay spreadZbog konane brzine prostiranja EM talasa, multipath signali stiu do prijemnika sa odredjenim vremenskim pomakom, to dovodi do pojave pod nazivom delay spread (irenje usled kanjenja). Ova pojava ograniava maksimalni protok (brzinu prenosa) na radio kanalu. Tipina vrednost za ovu pojavu u gradovima je do 3 s, u suburbanim zonama do 0.5 s, a na otvorenom prostoru 0.2 s. GSM moe tolerisati ovaj efekat do 16 s, to odgovara razlici puteva od oko 3 km.

Intersimbolska interferencija (ISI)Komponenta koja u prijemnik stie najkraim putem, dakle sa najmanjim kanjenjem, trpi najmanje slabljenje, dok su ostale multipath komponente, koje vie kasne, vie oslabljene jer prelaze dui put. Na prijemu, dakle, postoji itav niz oslabljenih, zakasnelih, digitalnih signala ije su amplitude obrnuto proporcionalne njihovom kanjenju. Na taj nain, rezultujui digitalni impuls na prijemu dobija rep koji izaziva intersimbolsku interferenciju.Pojava meusobnog preklapanja impulsa naziva se ISI (deo energije impulsa iz jednog intervala se pojavljuje i u drugim signalizacionim intervalima).Kada je kanjenje vee od 20% trajanja signalizacionog intervala, ISI moe predstavljati znaajan problem. Takoe, ako se protok poveava, ISI je izraenija. Da bi se smanjio uticaj ISI koristi se ekvilajzer.

Feding Multipath utie na to da nivo snage signala na prijemu stalno varira u vremenu i prostoru. Ove promene nivoa primljenog signala nazivaju se feding. U sluaju kada se prijemnik, predajnik ili oba kreu, karakteristike radio kanala se stalno menjaju tokom vremena i sa promenom lokacija prijemnika i/ili predajnika.Dva tipa fedinga: spori (long-term: dugotrajni) fedingbrzi (short term kratkotrajni) feding

Spori (dugotrajni) fedingPrilikom kretanja mobilne stanice (udaljavanjem mobilnog korisnika od bazne stanice ili udaljenijih prepreka) i srednja vrednost primljenog signala znaajno se smanjuje varira.Ove promene se nazivaju spori (long-term: dugotrajni) fedingSpore varijacije u okolini srednje vrednosti signala poznate su kao spori (dugotrajni) fading. Ovaj tip fedinga naziva se i shadowing, ili log-normalni feding.

Brzi (kratkotrajni) fedingBrze promene vrednosti snage primljenog signala nazivaju se short term (kratkotrajni) fading.Pri kretanju mobilnog terminala na manjim rastojanjima (u kraim vremenskim intervalima), usled prostiranja po viestrukim putanjama, kao posledica uestalih refleksija, difrakcija ili rasejanja od razliitih objekata, (npr, zgrada, brda, vozila i sl.), dolazi do pojave kratkotrajnih i izrazito brzih (dubokih) varijacija nivoa snage signala na prijemu.Vrednost nivoa snage pri brzom (kratkotrajnom) fedingu moe se promeniti za ak 30 do 40 dB (103 do 104 puta) u odnosu na srednji nivo snage, kada se prijemnik pomeri samo za rastojanje koje odgovara delu talasne duine signala.

Prethodno pomenuti problemi javljaju se nezavisno jedan od drugogaMeutim u veini sluajeva javljaju se upravo istovremeno

Dva mogua scenarija

Vie slabijih (NLOS) signala dolazi na antenu mobilne stanice, ali nema direktnog signalaU ovom sluaju, dolazi vie signala reflektivanih od zgrada i drugih objekata u vidu vie indirektnih putanjaPrimljeni signal je u stvari suma od vie identinih signala, koji se razlikuju po amplitudi i fazi.Javlja se kad su prepreke blizu prijemne antene, u podrujima sa visokim zgradama, put kroz umuvarijacija anvelope signala modelira se Rayleigh-ovom raspodelomRejlijev feding spada u kategoriju brzog fedingaRejlijev feding zavisi od brzine kretanja vozila i frekvencijePored jake direktne (LOS) komponente signala postoji vie slabijih multipath (NLOS) komponenti Otvoren put, trgovi i ostala mesta sa dobrom vidljivosti prema baznoj stanicivarijacija anvelope signala modelira se Rice-ovom raspodelom

Doplerov efekatDoplerov efekat: kada se prijemnik kree u odnosu na izvor signala (predajnik), uestanost primljenog signala nee vie biti ista kao na izvoru (predaji).Kada se prijemnik pribliava baznoj stanici, uestanost primljenog signala se poveava u odnosu na izvorni signal, a kada se udaljava od predajnika uestanost opada.prema tome, uestanost prijemnog signala je:

gde je fC frekvencija nosioca na predaji, fD Doplerova frekvencija.Doplerov frekvencijski pomeraj:

gde je v brzina kretanja vozila, - talasna duina radio talasa.Brzina kretanja vozila vBSfD je maksimalan pri i iznosi fD=v/.

Doplerov frekvencijski pomeraj i kanjenje prijemnog signala

Modeli propagacije u sistemima mobilnih komunikacijaPrema veliini podruja pokrivanjaMakroelijski modeliMikroelijski modeliPikoelijski modeli

Modeli propagacije u sistemima mobilnih komunikacijaModeli propagacije koji se uobiajeno koriste za planiranje makroelija obuhvataju sledee: OkumuraHataOkumura-Hata (ITU-R P.529)COST 231-Hata Walfish-IkegamiLee, Carey, Longley-Rice, Ibrahim-Parsons model..ITU-R modeli preporuke: P.1411, P.1546

Svaki od navedenih modela je prilagoen za primenu na specifinim terenima i za odreene opsege frekvencija.

Okumura model (1968) TokioOkumura model je statistiki (empirijski) model koji je razvijen u Japanu i bazira se na podacima dobijenim nizom merenja na terenu. On se odnosi na nekoliko frekvencijskih opsega koji se koriste u mobilnim komunikacijama. Metod omoguava predikciju snage prijemnog signala bez poznavanja detalja o realnoj putanji signala izmeu bazne i mobilne stanice. Umesto toga kao ulazne veliine modela koriste se odreene, lako merljive, opte karakteristike terena.Ulazni parametri modela mogu se svrstati u dve grupe:osobine terena:- efektivna visina bazne stanice,- talasnost terena,- parametar izolovane (usamljene) prepreke - gubitak na otrici noa- ugao prokrenosti terena- parametar meovite povrine (kopno-voda)tip sredine: otvorena oblast, suburbana oblast, urbana oblast

Okumura model (1968) TokioNajee primenjivani model za procenu nivoa signala pri prostiranju talasa iznad kvazi ravnih terena u urbanim sredinamaFrekvencijski opseg: od 150MHz do 1500 MHzRastojanja: 1 do 100kmVisine predajne antene: od 30m do 1000mVisina prijemne antene: od 3 do 10 mZa tipine visine mobilne antene hr= 3m i predajne antene ht=200m Okumura je dao set krivih za procenu vrednosti medijane slabljenja usled propagacijeL50 (dB) = Lf + Amu(f,d) Htu(ht) Hru (hr) Gareagde je:L50 medijana vrednosti slabljenja usled propagacijeLf slabljenje slobodnog prostora (dB) Amu (dodatni gubici urbane oblasti) - srednja vrednost slabljenja u slobodnom prostoru u urbanoj oblasti, podrazumevajui efektivnu visinu bazne stanice hte=200 m I visinu mobilnih antena hre = 3 m. Htu(ht), Hru (hr) korekcije zbog visina antena drugaijijh od ht=200m i hr=3m Htu(ht) = 20 log(ht/200) 30m < ht < 1000m Hru (hr) = 20 log(hr/3) 3m < hr < 10m Hru (hr) = 10 log(hr/3) hr < 3m Garea- korekcija zbog tipa okruenja

Okumura model Amu(f,d) (dB)GAREA(f) (dB)

Okumura model - proraun srednje jaine polja na prijemuSledea jednaina daje srednju vrednost jaine polja i to za sporu varijaciju signala u oblasti posmatranja u radijusu od 1-1.5 km

Okumura model - proraun srednje jaine polja na prijemu

Okumura model...

Okumurin model obezbeuje odreeni broj krivih za tipine frekvencijske opsege u mobilnim komunikacijama (150, 450, 900, i 1500 MHz), koje daju predvienu srednju jainu polja za razliite vrednosti efektivnih visina antena BS (hte=30, 50, 70, 100, 150, 200, 300, 450, 600, 800 i 1000 m).Pri tome je pretpostavljeno da je mobilna stanica na visini 1.5 m i da je ERP=1kW.Ekstrapolacijama krivih mogue je proceniti vrednosti koje su izvan opsega vrednosti dobijenih merenjimaKrive odgovaraju ravnoj urbanoj sredini. Da bi se one mogle koristiti u drugim sredinama i pod drugim uslovima terenske neregularnosti, moraju se uzeti u obzir odgovarajui faktori korekcije (talasnost terena, usamljena uzvienja, strmina terena, vodene povrine, tip okruenja).Do sada najee korieni i jednostavan model za procenu slabljenja na trasi, posebno pogodan za primenu u urbanim i suburbanim podrujima.Primenjivan je uglavnom za procenu slabljenja signala u gradovima Japana.

Hata model (1980)Hata model je verzija Okumura modela razvijena za proraune zone pokrivanja BS uz pomo raunara. Hata je izveo matematike izraze fitovanjem (podeavanjem) vrednosti dobijenih na osnovu Okumurinih modela krivih. On takoe daje izraze za najvanije korekcione faktore. Hata daje izraze za izraunavanje propagacionih gubitaka, za urbane, suburbane, i ruralne sredine.Pogodan je za makrocelularne sisteme - sa velikim dimenzijama elija Ogranienja za ovaj model su sledea:150 f(MHz) 1500 30 ht (m) 200 1 hr 10 1 d(km) 20 gde je: ht efektivna visina antene BS. hr visina antene MS.

Hata model (1980) Gubici za ravna urbana podruja dati su izrazom:L50 (dB) = 69.55 + 26.16logf[MHz] 13.82 log(ht) a(hr) + (44.9 6.55 loght)(log d) L- medijana vrednosti slabljenja usled propagacije f frekvencija: od 150MHz do 1500MHz ht visina predajne antene: 30 do 200m hr visina prijemne antene: 1 do 10m d rastojanje (km) , 1 < d < 20km a(hr)- korekcioni faktor visine mobilne antene (za MS antenu visine 1.5 m, a(hr)=0). U zavisnosti od tipa urbanog podruja a(hr) je dat izrazom:

Hata modelU suburbanim i ruralnim zonama slabljenje na trasi treba smanjiti u odnosu na vrednost slabljenja u urbanim podrujima (za srednje i male gradove) za vrednosti faktora A[dB]:Suburbana podrujima

Ruralna podruja

Hata model poreenje slabljenja u urbanim, suburbanim i ruralnim zonamaFrekvencija 900MHzVisina antene BS: 150 m, Visina antene MS: 1.5m.

Zavisnost slabljenja od frekvencijeurbana oblast: veliki grad

Chart3

101.0314442106104.288597074112.1364490609119.9843010479122.510745087127.1014442106

110.9096254657114.1667783291122.0146303161129.862482303132.3889263422136.9796254657

116.6879910753119.9451439387127.7929959257135.6408479126138.1672919518142.7579910753

120.7878067209124.0449595843131.8928115712139.7406635582142.2671075973146.8578067209

123.9678707933127.2250236567135.0728756437142.9207276306145.4471716697150.0378707933

126.5661723305129.8233251939137.6711771808145.5190291678148.0454732069152.6361723305

128.7630049782132.0201578416139.8680098286147.7158618155150.2423058547154.8330049782

130.6659879761133.9231408394141.7709928264149.6188448134152.1452888525156.7359879761

132.3445379401135.6016908035143.4495427904151.2973947774153.8238388165158.4145379401

133.8460520485137.1032049119144.9510568988152.7989088858155.3253529249159.9160520485

135.2043367793138.4614896427146.3093416297154.1571936166156.6836376557161.2743367793

136.4443535857139.701506449147.549358436155.397210423157.9236544621162.5143535857

137.5850584702140.8422113336148.6900633205156.5379153075159.0643593466163.6550584702

138.6411862334141.8983390968149.7461910837157.5940430707160.1204871098164.7111862334

139.6244176581142.8815705215150.7294225084158.5772744954161.1037185345165.6944176581

140.5441692312143.8013220946151.6491740816159.4970260685162.0234701076166.6141692312

141.4081430302144.6652958936152.5131478805160.3609998675162.8874439066167.4781430302

142.2227191953145.4798720586153.3277240456161.1755760326163.7020200717168.2927191953

142.9932421472146.2503950105154.0982469975161.9460989845164.4725430236169.0632421472

143.7242333037146.981386167154.829238154162.677090141165.2035341801169.7942333037

144.419551843147.6767047064155.5245566933163.3724086803165.8988527194170.489551843

145.0825180345148.3396708979156.1875228848164.0353748718166.5618189109171.1525180345

145.7160091315148.9731619948156.8210139818164.6688659688167.1953100079171.7860091315

146.3225348408149.5796877042157.4275396912165.2753916781167.8018357172172.3925348408

146.9042973761150.1614502395158.0093022264165.8571542134168.3835982525172.9742973761

147.4632397253150.7203925887158.5682445757166.4160965626168.9425406018173.5332397253

148.0010848049151.2582376682159.1060896552166.9539416422169.4803856813174.0710848049

148.5193674886151.7765203519159.6243723389167.4722243259169.998668365174.5893674886

149.0194610146152.276613878160.1244658649167.9723178519170.498761891175.0894610146

149.5025989132152.7597517766160.6076037636168.4554557505170.9818997897175.5725989132

fc=150MHz

fc=200MHz

fc=400MHz

fc=800MHz

fc=1000MHz

fc=1500MHz

rastojanje d (km)

slabljenje (dB)

Path loss in city

Distancea(hm) for large citya(hm) for small cityfc=150MHzfc=200MHzfc=400MHzfc=800MHzfc=1000MHzfc=1500MHzfcUrban area for small cityfc=150MHzfc=200MHzfc=400MHzfc=800MHzfc=1000MHzfc=1500MHzSuburban areafc=150MHzfc=200MHzfc=400MHzfc=800MHzfc=1000MHzfc=1500MHzLpofc=150MHzfc=200MHzfc=400MHzfc=800MHzfc=1000MHzfc=1500MHz

1-0.0541517867-0.0039486598101.0314442106104.288597074112.1364490609119.9843010479122.510745087127.1014442106150100.9812410837104.2496384333112.1215535071119.9964981937122.531664134127.138211470994.568756909797.4304024111104.0688519866110.3448253289112.2881087278115.723023998877.344113247380.217624278886.528185273391.972428070593.54074508796.1606808107

2-0.0429073004-0.000919047110.9096254657114.1667783291122.0146303161129.862482303132.3889263422136.9796254657200110.8594223388114.1278196885121.9997347623129.8746794488132.4098453891137.016392726104.4469381648107.3085836662113.9470332417120.2230065841122.1662899829125.60120525487.222294502490.095805533996.4063665284101.8506093257103.4189263422106.0388620659

3-0.0158146008116.6879910753119.9451439387127.7929959257135.6408479126138.1672919518142.7579910753400116.6377879484119.9061852981127.7781003719135.6530450584138.1882109987142.7947583356110.2253037744113.0869492758119.7253988513126.0013721937127.9446555925131.379570863693.00066011295.8741711435102.184732138107.6289749353109.1972919518111.8172276755

40.0112780988120.7878067209124.0449595843131.8928115712139.7406635582142.2671075973146.8578067209800120.737603594124.0060009437131.8779160174139.752860704142.2880266443146.8945739812114.32511942117.1867649214123.8252144969130.1011878392132.0444712381135.479386509197.100475757699.9739867891106.2845477836111.7287905809113.2971075973115.917043321

50.02123.9678707933127.2250236567135.0728756437142.9207276306145.4471716697150.03787079331000123.9176676664127.1860650161135.0579800898142.9329247764145.4680907167150.0746380536117.5051834924120.3668289938127.0052785693133.2812519117135.2245353105138.6594505815100.28053983103.1540508615109.464611856114.9088546533116.4771716697119.0971073935

60.0358482133126.5661723305129.8233251939137.6711771808145.5190291678148.0454732069152.63617233051500126.5159692036129.7843665533137.656281627145.5312263136148.0663922539152.6729395908120.1034850296122.965130531129.6035801065135.8795534488137.8228368477141.2577521187102.8788413672105.7523523987112.0629133932117.5071561905119.0754732069121.6954089306

7128.7630049782132.0201578416139.8680098286147.7158618155150.2423058547154.8330049782128.7128018513131.981199201139.8531142747147.7280589613150.2632249016154.8697722385122.3003176773125.1619631787131.8004127542138.0763860966140.0196694954143.4545847665105.0756740149107.9491850464114.2597460409119.7039888382121.2723058547123.8922415784

8130.6659879761133.9231408394141.7709928264149.6188448134152.1452888525156.7359879761130.6157848492133.8841821988141.7560972726149.6310419591152.1662078994156.7727552363124.2033006751127.0649461765133.703395752139.9793690944141.9226524932145.3575677643106.9786570128109.8521680442116.1627290388121.606971836123.1752888525125.7952245762

9132.3445379401135.6016908035143.4495427904151.2973947774153.8238388165158.4145379401132.2943348132135.5627321629143.4346472366151.3095919232153.8447578635158.4513052004125.8818506392128.7434961406135.3819457161141.6579190584143.6012024573147.0361177283108.6572069768111.5307180083117.8412790028123.2855218001124.8538388165127.4737745402

10133.8460520485137.1032049119144.9510568988152.7989088858155.3253529249159.9160520485133.7958489216137.0642462713144.936161345152.8111060316155.3462719719159.9528193088127.3833647476130.245010249136.8834598245143.1594331668145.1027165657148.5376318367110.1587210852113.0322321167119.3427931112124.7870359085126.3553529249128.9752886486

11135.2043367793138.4614896427146.3093416297154.1571936166156.6836376557161.2743367793135.1541336524138.4225310021146.2944460758154.1693907624156.7045567027161.3111040396128.7416494784131.6032949798138.2417445553144.5177178977146.4610012965149.8959165675111.517005816114.3905168475120.701077842126.1453206393127.7136376557130.3335733794

12136.4443535857139.701506449147.549358436155.397210423157.9236544621162.5143535857136.3941504588139.6625478084147.5344628822155.4094075687157.944573509162.5511208459129.9816662847132.8433117861139.4817613616145.757734704147.7010181028151.1359333739112.7570226224115.6305336538121.9410946484127.3853374456128.9536544621131.5735901858

13137.5850584702140.8422113336148.6900633205156.5379153075159.0643593466163.6550584702137.5348553433140.8032526929148.6751677667156.5501124533159.0852783935163.6918257304131.1223711692133.9840166706140.6224662462146.8984395885148.8417229873152.2766382584113.8977275069116.7712385384123.0817995329128.5260423301130.0943593466132.7142950703

14138.6411862334141.8983390968149.7461910837157.5940430707160.1204871098164.7111862334138.5909831065141.8593804562149.7312955299157.6062402165160.1414061568164.7479534937132.1784989325135.0401444339141.6785940094147.9545673517149.8978507506153.3327660216114.9538552701117.8273663016124.1379272961129.5821700934131.1504871098133.7704228335

15139.6244176581142.8815705215150.7294225084158.5772744954161.1037185345165.6944176581139.5742145312142.8426118808150.7145269546158.5894716412161.1246375815165.7311849184133.1617303572136.0233758586142.6618254341148.9377987764150.8810821753154.3159974463115.9370866948118.8105977263125.1211587208130.565401518132.1337185345134.7536542582

16140.5441692312143.8013220946151.6491740816159.4970260685162.0234701076166.6141692312140.4939661043143.762363454151.6342785277159.5092232143162.0443891546166.6509364915134.0814819303136.9431274317143.5815770072149.8575503496151.8008337484155.2357490194116.8568382679119.7303492994126.0409102939131.4851530912133.0534701076135.6734058314

17141.4081430302144.6652958936152.5131478805160.3609998675162.8874439066167.4781430302141.3579399033144.626337253152.4982523267160.3731970133162.9083629536167.5149102905134.9454557293137.8071012307144.4455508062150.7215241485152.6648075474156.0997228184117.7208120669120.5943230984126.9048840929132.3491268902133.9174439066136.5373796303

18142.2227191953145.4798720586153.3277240456161.1755760326163.7020200717168.2927191953142.1725160683145.440913418153.3128284918161.1877731783163.7229391186168.3294864555135.7600318943138.6216773957145.2601269712151.5361003136153.4793837124156.9142989835118.535388232121.4088992634127.719460258133.1637030552134.7320200717137.3519557954

19142.9932421472146.2503950105154.0982469975161.9460989845164.4725430236169.0632421472142.9430390203146.2114363699154.0833514437161.9582961302164.4934620705169.1000094074136.5305548462139.3922003476146.0306499231152.3066232655154.2499066643157.6848219354119.3059111839122.1794222153128.4899832099133.9342260071135.5025430236138.1224787473

20143.7242333037146.981386167154.829238154162.677090141165.2035341801169.7942333037143.6740301767146.9424275264154.8143426002162.6892872867165.224453227169.8310005639137.2615460027140.1231915041146.7616410796153.037614422154.9808978208158.4158130919120.0369023404122.9104133718129.2209743663134.6652171636136.2335341801138.8534699038

21144.419551843147.6767047064155.5245566933163.3724086803165.8988527194170.489551843144.3693487161147.6377460658155.5096611395163.3846058261165.9197717664170.5263191033137.9568645421140.8185100435147.456959619153.7329329613155.6762163602159.1111316312120.7322208797123.6057319112129.9162929057135.360535703136.9288527194139.5487884431

22145.0825180345148.3396708979156.1875228848164.0353748718166.5618189109171.1525180345145.0323149076148.3007122572156.172627331164.0475720176166.5827379578171.1892852947138.6198307335141.4814762349148.1199258105154.3958991528156.3391825516159.7740978227121.3951870712124.2686981027130.5792590972136.0235018944137.5918189109140.2117546346

23145.7160091315148.9731619948156.8210139818164.6688659688167.1953100079171.7860091315145.6658060046148.9342033542156.806118428164.6810631145167.2162290548171.8227763917139.2533218305142.1149673319148.7534169074155.0293902498156.9726736486160.4075889197122.0286781682124.9021891996131.2127501942136.6569929914138.2253100079140.8452457316

24146.3225348408149.5796877042157.4275396912165.2753916781167.8018357172172.3925348408146.2723317139149.5407290636157.4126441373165.2875888239167.8227547642172.4293021011139.8598475399142.7214930413149.3599426168155.6359159592157.579199358161.014114629122.6352038775125.508714909131.8192759035137.2635187008138.8318357172141.4517714409

25146.9042973761150.1614502395158.0093022264165.8571542134168.3835982525172.9742973761146.8540942492150.1224915988157.9944066726165.8693513592168.4045172994173.0110646363140.4416100751143.3032555765149.9417051521156.2176784944158.1609618932161.5958771643123.2169664128126.0904774443132.4010384388137.845281236139.4135982525142.0335339762

26147.4632397253150.7203925887158.5682445757166.4160965626168.9425406018173.5332397253147.4130365984150.6814339481158.5533490218166.4282937084168.9634596487173.5700069856141.0005524244143.8621979258150.5006475013156.7766208437158.7199042425162.1548195136123.775908762126.6494197935132.959980788138.4042235853139.9725406018142.5924763255

27148.0010848049151.2582376682159.1060896552166.9539416422169.4803856813174.0710848049147.9508816779151.2192790276159.0911941014166.9661387879169.5013047282174.1078520651141.5383975039144.4000430053151.0384925808157.3144659232159.257749322162.6926645931124.3137538416127.187264873133.4978258675138.9420686648140.5103856813143.130321405

28148.5193674886151.7765203519159.6243723389167.4722243259169.998668365174.5893674886148.4691643616151.7375617113159.6094767851167.4844214716170.0195874119174.6261347488142.0566801876144.918325689151.5567752645157.8327486069159.7760320057163.2109472768124.8320365253127.7055475567134.0161085513139.4603513485141.028668365143.6486040887

29149.0194610146152.276613878160.1244658649167.9723178519170.498761891175.0894610146148.9692578877152.2376552373160.1095703111167.9845149977170.519680938175.1262282748142.5567737136145.418419215152.0568687906158.3328421329160.2761255317163.7110408028125.3321300513128.2056410828134.5162020773139.9604448745141.528761891144.1486976147

30149.5025989132152.7597517766160.6076037636168.4554557505170.9818997897175.5725989132149.4523957863152.720793136160.5927082098168.4676528963171.0028188366175.6093661735143.0399116123145.9015571137152.5400066892158.8159800316160.7592634304164.1941787015125.8152679499128.6887789814134.9993399759140.4435827732142.0118997897144.6318355134

Path loss in city

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

fc=200MHz

fc=400MHz

fc=800MHz

fc=1000MHz

fc=1500MHz

fc=150MHz

Distance d (km)

Path Loss Lpu (dB)

Path Loss in urban area in large city

Lf in free space

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

fc=200MHz

fc=400MHz

fc=800MHz

fc=1000MHz

fc=1500MHz

fc=150MHz

Distance(km) d

Path Loss(dB) Lpo

Path Loss v.s. distance(open area)

Sheet3

0000000

0000000

0000000

0000000

0000000

0000000

0000000

0000000

0000000

0000000

0000000

0000000

0000000

0000000

0000000

0000000

0000000

0000000

0000000

0000000

0000000

0000000

0000000

0000000

0000000

0000000

0000000

0000000

0000000

0000000

0000000

0000000

fc=150MHz

fc=150MHz

fc=200MHz

fc=400MHz

fc=800MHz

fc=1000MHz

fc=1500MHz

distance(km) d

Path Loss(db) Lpu

Path Loss in Urban area for small & medium city

94.568756909797.4304024111104.0688519866110.3448253289112.2881087278115.7230239988

104.4469381648107.3085836662113.9470332417120.2230065841122.1662899829125.601205254

110.2253037744113.0869492758119.7253988513126.0013721937127.9446555925131.3795708636

114.32511942117.1867649214123.8252144969130.1011878392132.0444712381135.4793865091

117.5051834924120.3668289938127.0052785693133.2812519117135.2245353105138.6594505815

120.1034850296122.965130531129.6035801065135.8795534488137.8228368477141.2577521187

122.3003176773125.1619631787131.8004127542138.0763860966140.0196694954143.4545847665

124.2033006751127.0649461765133.703395752139.9793690944141.9226524932145.3575677643

125.8818506392128.7434961406135.3819457161141.6579190584143.6012024573147.0361177283

127.3833647476130.245010249136.8834598245143.1594331668145.1027165657148.5376318367

128.7416494784131.6032949798138.2417445553144.5177178977146.4610012965149.8959165675

129.9816662847132.8433117861139.4817613616145.757734704147.7010181028151.1359333739

131.1223711692133.9840166706140.6224662462146.8984395885148.8417229873152.2766382584

132.1784989325135.0401444339141.6785940094147.9545673517149.8978507506153.3327660216

133.1617303572136.0233758586142.6618254341148.9377987764150.8810821753154.3159974463

134.0814819303136.9431274317143.5815770072149.8575503496151.8008337484155.2357490194

134.9454557293137.8071012307144.4455508062150.7215241485152.6648075474156.0997228184

135.7600318943138.6216773957145.2601269712151.5361003136153.4793837124156.9142989835

136.5305548462139.3922003476146.0306499231152.3066232655154.2499066643157.6848219354

137.2615460027140.1231915041146.7616410796153.037614422154.9808978208158.4158130919

137.9568645421140.8185100435147.456959619153.7329329613155.6762163602159.1111316312

138.6198307335141.4814762349148.1199258105154.3958991528156.3391825516159.7740978227

139.2533218305142.1149673319148.7534169074155.0293902498156.9726736486160.4075889197

139.8598475399142.7214930413149.3599426168155.6359159592157.579199358161.014114629

140.4416100751143.3032555765149.9417051521156.2176784944158.1609618932161.5958771643

141.0005524244143.8621979258150.5006475013156.7766208437158.7199042425162.1548195136

141.5383975039144.4000430053151.0384925808157.3144659232159.257749322162.6926645931

142.0566801876144.918325689151.5567752645157.8327486069159.7760320057163.2109472768

142.5567737136145.418419215152.0568687906158.3328421329160.2761255317163.7110408028

143.0399116123145.9015571137152.5400066892158.8159800316160.7592634304164.1941787015

fc=150MHz

fc=200MHz

fc=400MHz

fc=800MHz

fc=1000MHz

fc=1500MHz

distance(km) d

Path Loss(db) Lps

Path Loss in suburban area

distancefcfc=150MHzfc=200MHzfc=400MHzfc=800MHzfc=1000MHzfc=1500MHz

115075.971825181178.470599913384.491199826690.511799739892.4595.9718251811

220081.992425094484.491199826690.511799739896.532399653198.4705999133101.9924250944

340085.514250275588.013025007794.033624921100.0542248342101.9924250944105.5142502755

480088.013025007790.511799739896.5323996531102.5529995664104.4911998266108.0130250077

5100089.951225267892.4598.4705999133104.4911998266106.4294000867109.9512252678

6150091.534850188894.033624921100.0542248342106.0748247475108.0130250077111.5348501888

792.873785981495.3725607136101.3931606268107.4137605401109.3519608003112.8737859814

894.03362492196.5323996531102.5529995664108.5735994797110.5117997398114.033624921

995.056675369997.5554501021103.5760500153109.5966499286111.5348501888115.0566753699

1095.971825181198.4705999133104.4911998266110.5117997398112.45115.9718251811

1196.799678884399.2984536164105.3190535297111.339653443113.2778537032116.7996788843

1297.5554501021100.0542248342106.0748247475112.0954246608114.033624921117.5554501021

1398.2506922273100.7494669594106.7700668727112.790666786114.7288670461118.2506922272

1498.8943858947101.3931606268107.4137605401113.4343604534115.3725607136118.8943858947

1599.4936503622101.9924250944108.0130250077114.033624921115.9718251811119.4936503622

16100.0542248342102.5529995664108.5735994797114.594199393116.5323996531120.0542248342

17100.5808036087103.0795783408109.1001782541115.1207781674117.0589784276120.5808036087

18101.0772752832103.5760500153109.5966499286115.6172498419117.5554501021121.0772752832

19101.5468972002104.0456719323110.0662718456116.0868717589118.0250720191121.5468972002

20101.9924250944104.4911998266110.5117997398116.5323996531118.4705999133121.9924250944

21102.4162110758104.914985808110.9355857212116.9561856345118.8943858947122.4162110758

22102.8202787976105.3190535297111.339653443117.3602533563119.2984536164122.8202787976

23103.2063819015105.7051566336111.7257565469117.7463564602119.6845567204123.2063819015

24103.5760500153106.0748247475112.0954246608118.1160245741120.0542248342123.5760500153

25103.9306253546106.4294000867112.45118.4705999133120.4088001734123.9306253546

26104.2712921405106.7700668727112.790666786118.8112666993120.7494669594124.2712921405

27104.5991004643107.0978751965113.1184751097119.139075023121.0772752832124.5991004643

28104.914985808107.4137605401113.4343604534119.4549603667121.3931606268124.914985808

29105.2197851391107.7185598713113.7391597845119.7597596978121.697959958125.2197851391

30105.5142502755108.0130250077114.033624921120.0542248342121.9924250944125.5142502755

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

000000

fc=150MHz

fc=200MHz

fc=400MHz

fc=800MHz

fc=1000MHz

fc=1500MHz

Distance d (km)

Path Loss Lf (dB)

Path Loss in Free-space

Okumura-Hata model (ITU-R P.529)Dobra aproksimacija za frekvencije do 2GHz i rastojanja do 100 km.

E 69.82(6.16 log f13.82 log ht+((hr)((44.9(6.55 log( ht)(log d)b

E:jaina polja u dB((V/m) za ERP=1 kW

f:frekvencija (MHz)

ht:efektivna visina antene bazne stanice iznad povrine zemlje (od 30 do 200)m

h2:visina antene mobilne stanice (m) (od 1 do 10) m

d:rastojanje (km)

b =1 za d(20 km

b =1(0.140.000187 f0.00107

) (log [0.05d])0.8 za 20

Pt=10dBWf=400MHzHt=30mHr=5mG(t)=G(r)=2.14dBi

COST231 Hata model [1999]

Proireni Hata model za frekvencije od 1,5 do 2 GHz, za primenu u urbanim zonamaZbog potrebe planiranja GSM 1800 sistema, razvijena je revizija Hata modela, COST 231-Hata, koja koristi sline metode onima koji su korieni u Hata/Okumura modelu.

ht = 30m-200m , hr = 1m-10m, d= 1km-20km

Osnovni izraz COST 231-Hata modela je: Lb = 46.33 + 33.9 log(f) - 13.82 log(ht) - a(hr) + (44.9 - 6.55 log(ht)) log(d) + Cm

gde a(hr) ima isti izraz kao u originalnom modelu za srednje i male gradove, a Cm =0dB za gradove srednje veliine i suburbane centre sa prosenom gustinom rastinja, Cm = 3 dB za metropole. Opseg frekvencija na koje se model primenjuje je 1500 < f(MHz) < 2000, a ostala ogranienja su ista:

COST 231 Walfish-Ikegami modelKod ovog modela je mogue uvesti neke parametre koji opisuju karakter urbane sredine, kao to su:hRoof - visina zgrade, u [m],w - irina ulice, u [m],b - rastojanje izmedju zgrada, u [m],- orijentacija ulice u odnosu na direktni radio put, u stepenima.

COST 231 Walfish-Ikegami modelPristup je statistiki, jer se unose samo karakteristine vrednosti, a ne i opisi svih zgrada i ulica pojedinano.Ovaj model moe se primeniti na velike, male i mikro elije.Model je, meutim, ogranien na ravan gradski teren.Takodje, ogranienje postoji u smislu da se ne moe primeniti ako je antena bazne stanice nia od krovova zgrada, a treba ga treba oprezno primenjivati ako je antena bazne stanice priblino u visini vrhova krovova oblinjih zgrada.Za pouzdane rezultate u okviru malih elija, poeljno je da antena bazne stanice bude vie od 4 m iznad maksimalne visine krovova zgrada na udaljenosti do 150 m. Inae, raniji, slini modeli nisu posebno uzimali u obzir sluaj da izmeu antene bazne stanice i antene mobilnog telefona du neke ulice postoji direktna linija optike vidljivosti.COST 231 Walfish-Ikegami model uzima u obzir i ovaj sluaj.

COST 231 Walfish-Ikegami modelFrekvencija f: 800 - 2000 MHzVisina antene bazne stanice ht: 4 - 50 mVisina prijemne antene hr: 1 - 3 mRastojanje d: 0.01 - 5 km

Po liniji optike vidljivostiBez linije optike vidljivosti

ITU-R preporuka P.1411Model koji je relevantan za makroelijske primene, primenljiv je za rastojanja od 20m do 5km, moe se primeniti za NLoS sistemePredstavlja verziju COST 231 Walfish-Ikegami modela sa pojednostavljenom i generalizovanom procedurom prorauna.Relevantni parametri mogu biti u sledeim granicama:hb: 4 50mhm: 1 3mf: 800 2000MHz ako je hb srednja visina objekata (zgrada) iznad lokalnog terena

ITU-R preporuka P.1546Model koji se moe primeniti za vea rastojanja, sve do 1000km.Model je zasnovan na seriji grafika (ili tabela), originalno dobijenih na osnovu niza merenja, koji omoguavaju predikciju polja na irim makroelijskim podrujima (koriste se i za radiodifuzne stanice i fiksni beini pristup).Neophodno je primeniti korektivne faktore za razliite varijante terena, efektivne visine antena baznih stanica, sluaj kombinovanih trasa Zemlja more i za razliite procente vremena raspoloivosti. Ovaj metod daje priblino iste rezultate kao i model Okumura-Hata na rastojanjima do 10km. Metod je primenljiv za frekvencije od 30MHz do 3GHz i rastojanja od 1 do 1000km.

Mikroelijski modeli propagacijeK-ke mikroelija:Zona pokrivanja od 100 do 1000 mManje visine BS: 3-10mManje snage predajnika: 10mW do 1W Empirijski modeli:Lee ov mikroelijski modelModel dvostrukog nagibaHar-Hia-Bartoni modelFiziki modeli: Modeli dva zraka (two ray) i etiri zraka (four-ray)Kanjon modelModel sluajnog talasovodaITU-R P.1411 NLoS model...

Pikoelijski modeliIndoor okruenja: poslovni objekti, zgrade, aerodromi, el. stanice...Tipovi modela:Empirijski Wall and Floor factor models (modeli koji ukljuuju faktore zidova i spratova)COST231 Multi-Wall model (vie zidova)Ericsson modelEmpirijski modeli za WLANPredikcija zasnovana na merenjimaFizikiray tracingUTD (Uniform geometrical Theory of Diffraction) modelPropagacija izmeu spratovaPropagacija na pojedinanim spratovimaModeli prostiranja u zatvorenim prostorima kao to su elezniki i drumski tuneli i rudnici slini propagacioni efekti kao u pikoelijama

Ako bi se zraio signal u osnovnom opsegu duina antene bi morala da bude 30km.S druge strane ako zraimo signal 10kHz na toj teritioriji ne bi mogao primati ni jedan drugi signal.Prelaskom na vie uestalosti smanjuju se dimenzije antena za nekoliko stotina puta. Zraeim elementima se smanjuju dimenzije a isto tako izborom razliitih uestalosti se postie da se moe slati vie signala. *Oigledno je da interferencija simbola moe da dovede do pogrene binarne odluke. U primeru sa Slike to e se desiti ako zbir delova susednih impulsa, u sekvenci u kojoj bi trebalo da bude nula pree prag odluivanja i signal se protumai kao jedinica. Ukoliko bi se uzele u obzir oscilacije signala oko konane vrednosti, mogue je da delovi jednog signala koji se pojavljuju u drugoj sekvenci, gde treba da se pojavi jedinica smanjuju ukupni signal i pretvore ga u nulu.Ako je vreme trajanja jednog vremenskog intervala (sekvence) krae, mogunost pogrene odluke zbog interferencije simbola je vea. Vee brzine prenosa zahtevaju iri propusni opseg sistema, s obzirom da trajanje elementarnih impulsa mora biti vremenski krae. Oigledno je da umovi unose dodatna izoblienja impulsa i esto mogu da promene binarnu nulu u jedinicu i obrnuto. Ovo je ilustrovano na Slici. Slika a) prikazuje digitalni neizoblien signal. Na Slici b) dat je um koji se superponira signalu, tako da na mestu prijema signal ima oblik kao Slici c). Detektovan signal je prikazan na Slici d). Oito da je promenjena informacija, jer je sada osmi bit nula, a na predaji je bio jedinica.enon je dao vezu izmeu odnosa signal -um i kapaciteta kanala pri digitalnom prenosu signala u prisustvu slu;ajnog uma. On je dokazao da u sluaju prenosa digitalnih signala teorijski maksimum kapaciteta kanala C izraen preko maksimalne bitske brzine prenosa, za kanal ija je amplitudska karakteristika u opsegu B (Hz) idealna, iznosi C=Blog(1+S/N)*Personal Digital Cellular (PDC) sustavfor instance in this picture as you can see as we increase the distance, there will be a linear increase in the losses measure n DBand also you should note that these losses are function of frequency (i.e.., as we increase the frequency the looses will be increase and this is b/c increase in the frequency mean that we are decreasing wavelength that will result more losses)