В мае 2021 года нами были проведены драйв-тесты по измерению уровней сигнала от базовой станции конвенциальной системы радиосвязи в условиях сельской местности в диапазонах 145 МГц и 430 МГц (радиолюбительские диапазоны частот).
По результатам данных тестов были выполнены:
1. Сравнительный анализ реальных измеренных значений уровня принимаемой мощности с уровнями сигнала, рассчитанных в программе RadioPlanner 2.1
2. Сравнение значений затуханий в различных типах препятствий (клаттеров) полученных экспериментальным путем со значениями затуханий, определенных для соответствующего типа клаттера по рекомендации МСЭ-R P.1814.
Макет тестовой БС: радиостанция Baofeng DM-1701, работающая в аналоговом режиме с выходной мощностью 2,5 Вт, двухдиапазонная антенна с круговой диаграммой направленностью OPEK UVS-100, кабель RG-6. Выходная мощность передатчика, КСВ антенны и затухание в кабеле перед выполнением тестов контролировались для каждого частотного диапазона при помощи измерителя мощности Supercom SW-102 и векторного анализатора NanoVIVA-F.
Несколько фото макета БС:
Измерение мощности на выходе БС
Измерение КСВ на выходе БС
Размещение антенны БС
Измерение затухания в кабеле БС
У нас не было возможности разместить антенну БС таким образом, чтобы она была на доминирующей высоте относительно всех местных препятствий, фазовый центр антенны находился на уровне 8м от земли. Это несколько нарушает схему, принятую для расчетов в RadioPlanner, когда потери в местных препятствиях (клаттерах) учитываются только на стороне абонентской станции. Но, учитывая то, что в радиусе до 400-500 м от БС практически все препятствия были ниже высоты антенны, мы предположили, что сильного влияния на результат это оказать не должно.
Состав мобильной абонентской станции: Спектральный анализатор/измерительный приемник SignalHound USB-SA44B, USB GPS приемник, антенны OPEK VH-1210 (для 145 МГц) и OPEK UH-411 (для 430 МГц), ноутбук со программным обеспечением собственной разработки для измерения и предварительной обработки данных измерений. При проведении тестов антенна мобильной станции размещалась на крыше автомобиля.
Фото макета АС :
Состав оборудования макета абонентской станции
Размещение антенны 430 МГц и GPS приемника на крыше автомобиля
Выполнение измерений
Район проведения измерений – сельская местность в районе села Белоярка Новосибирской области. Это равнинная территория с абсолютными значениями высот рельефа местности от 90 до 200м с густыми лесными массивами и невысокой жилой застройкой с высотой 4-7м.
Лесной массив
Застройка
У нас не было возможности разместить антенну БС таким образом, чтобы она была на доминирующей высоте относительно всех местных препятствий, фазовый центр антенны находился на уровне 8м от земли. Это несколько нарушает схему, принятую для расчетов в RadioPlanner, когда потери в местных препятствиях (клаттерах) учитываются только на стороне абонентской станции. Но, учитывая то, что в радиусе до 400-500 м от БС практически все препятствия были ниже высоты антенны, мы предположили, что сильного влияния на результат это оказать не должно.
Для каждого частотного диапазона было выполнено несколько тестовых заездов, затем для удобства анализа треки для одного диапазона частот были объединены, и, в итоге были получены два трека – для диапазона 145 МГц и диапазона 430 МГц по нескольку тысяч точек измерений в каждом.
Скриншоты треков:
Расчет уровней сигнала в RadioPlanner 2.1 был проведен по модели распространения МСЭ-R P.1812-4 с исключением пространственной и временной статистической составляющей (вероятность по времени и месту=50%).
Параметры модели
Скриншоты сравнения измеренных и рассчитанных уровней мощности на приеме:
Результаты анализа были сведены в две таблицы, для каждого из частотных диапазонов:
По результатам измерений можно сделать следующие выводы.
1. Среднеквадратичное стандартное отклонение измеренных значений уровней сигнала и уровней, рассчитанных при помощи RadioPlanner 2.1 для разных типов препятствий со значимой статистической выборкой (400 и более точек) находится в диапазоне 4.6-7.6 дБ. Это очень хороший результат, который показывает корректность применяемой в RadioPlanner 2.1 основной модели распространения МСЭ-R P.1812-4 и наборов пространственных данных – цифровой матрицы высот и матрицы препятствий (клаттеров) для тестируемой системы связи.
2. Полученные абсолютные значения потерь на препятствиях, характерных для сельской местности – лес и невысокая застройка практически одинаковы для диапазонов 145 и 430 МГц
3. Для лесных массивов (лес и открытая территория - дороги в лесу) полученные в результате измерений абсолютные значения потерь на препятствиях (клаттерах) с точностью до 1-3 дБ совпадают с соответствующими потерями, рассчитанными по МСЭ-R P.1812-4.
4. На клаттере с типом "открытом пространство" измерения показывают дополнительные затухания 9-11 дБ. Это можно объяснить тем, что на треках, по которым выполнялись измерения, как таковые открытые пространства отсутствуют, в основном - это территория со всех сторон окруженная лесом, несмотря на то, что локально клаттер в них и идентифицируется как "открытое пространство".
5. Измеренное затухание в клаттере типа "пригородная застройка" получилось на 3-6 дБ выше, чем определенное по МСЭ-R P.1812-4. Мы считаем, что это может быть результатом того, что антенна БС располагалась как раз в сельской застройке на высоте лишь немного превышающей среднюю высоту этой застройки.
Общий вывод: Проведенный сравнительный анализ показал хорошее совпадение реальных измеренных значений и значений уровней сигнала, полученных расчетным путем в программе RadioPlanner 2.1 в УКВ диапазонах на исследуемой территории – равнинной лесной местности с сельской застройкой.