В обновлении RadioPlanner 2.1_220216 появилась возможность сравнения результатов расчета зон покрытия с данными измерений для проектов теле- и радиовещания. Во время отладки новой функции программы мы сделали несколько измерительных драйв-тестов для вещательных радиопередатчиков FM диапазона, антенны которых находятся на башне РТРС в г. Новосибирск.
Таким образом у нас появилась возможность выполнить сравнительных анализ измеренных уровней сигнала и результатов расчета, выполненных по трем разным методикам, которые позволяет делать RadioPlanner: МСЭ-R P.1812, МСЭ-R P.1546 и методу Лонгли-Райса. Кроме того, это дало возможность также сравнить значения затуханий в различных типах препятствий (клаттеров) полученных экспериментальным путем со значениями затуханий, определяемых по рекомендации МСЭ-R P.1812 в зависимости от высоты соответствующего типа клаттера.
Фото антенной опоры из Google maps:
Состав набора измерительного оборудования: Спектральный анализатор/измерительный приемник Signal Hound USB-SA44B, USB GPS приемник, антенна OPEK VH-1210 2dBi (перестроенная на частоту 106 МГц), ноутбук со программным обеспечением Spike version 3.5.21. При проведении тестов антенна мобильной станции размещалась на крыше автомобиля (фазовый центр антенны примерно 1.9м). Измерение уровня сигнала FM радиостанций при помощи измерительной установки, смонтированной на автомобиле помимо удобства и скорости проведения таких измерений по сравнению с измерениями на фиксированный приемник, лучше соотносится с реальным использованием системы радиовещания, так как основная масса современных радиослушателей — это автомобилисты. Соответственно, размещение антенны на высоте крыши авто при проведении измерений дает более корректный результат для оценки зоны покрытия чем фиксированный прием, при котором рекомендуется размещать антенну на высоте 10м.
Фото измерительного оборудования:
Результаты измерений (канальная мощность на приеме с координатами точки измерения) фиксировались в специализированном ПО Spike с шагом 10метров. Количество точек измерения для разных треков получилось от 3500 до 4500. Параллельно с измерениями проводился аудио контроль радиостанции на стандартный FM приемник автомобиля для сопоставления субъективного качества приема с измеренным уровнем сигнала:
Измерительные тесты проводились от центра г. Новосибирска по двум автомагистралям 50к-19 (направление на Новокузнецк) и P-255 (направление на Кемерово).
Район проведения измерений – центр и пригород Новосибирска (неплотной застройка, в основном высотой 5-30 метров), а также автомобильные трассы, проходящие через лесные массивы переменной плотности. Это холмисто-равнинная территория с абсолютными значениями высот рельефа местности от 90 до 350м.
Треки:
Несколько коротких видео с тестов:
Загородный ландшафт:
Мы провели тестовые измерения для двух передатчиков на разных маршрутах. Результаты измерений сохранялись из Spike как CSV файлы. После удаления всех лишних данных, которые сохраняет Spike, были подготовлены простые CSV файлы с информацией вида Принимаемая канальная мощность; Широта; Долгота.
Файл измерений:
Полученные таким образом CSV файлы были загружены в панели параметров соответствующих передатчиков в RadioPlanner 2.1:
После этого был выполнен сравнительный анализ этих результатов измерений и результатов расчетов, выполненных для каждой из моделей распространения радиоволн, предусмотренных в RadioPlanner 2.1.
Расчет уровней сигнала в RadioPlanner 2.1 проводился с исключением пространственной и временной статистической составляющей (вероятность по времени и месту=50%). Параметры моделей на скриншотах:
Потери на препятствиях (клаттерах) определялись для условия исключения средней ошибки для каждой из моделей распространения. Tuned Clutter Loss — это ослабление в соответствующем типе клаттера, которое рассчитывается при условии, что средняя ошибка между измеренным и прогнозируемым значениями равна нулю.
Ниже приведены скриншоты сравнения измеренных и рассчитанных уровней мощности на приеме одного из треков измерения для разных моделей распространения.
Модель по Рекомендации МСЭ-R P.1812:
Модель по Рекомендации МСЭ-R P.1546:
Модель Лонгли-Райса:
На скриншотах хорошо заметно лучше соответствие измеренных и расчетных значений сигнала у модели ITU-R P.1812 по сравнению с другими моделями распространения.
Сводная таблица результатов сравнения СКО:
Сводная таблица результатов расчета затухания на препятствиях:
Выводы по результатам сравнения измерений и расчетов
1. Главный критерий оценки качества предсказания модели распространения - среднеквадратичное стандартное отклонение (СКО) измеренных значений уровней сигнала и расчетных уровней. Чем это значение меньше, тем точнее модель расчета. Согласно сводной таблице, среднеквадратичное стандартное отклонение для клаттеров со значимой статистической выборкой (100 и более точек) составляет:
Модель по Рекомендации МСЭ-R P.1812 5.4-7.2 дБ
Модель по Рекомендации МСЭ-R P.1546 4.7-7.4 дБ
Модель Лонгли-Райса 4.7-10.1 дБ
Из чего можно сделать вывод, что согласно полученным нами результатам, модель по Рекомендации МСЭ-R P.1812 является наиболее точной из всех выше представленных моделей. СКО в пределах 5.4-7.2 дБ — это очень хороший результат, который показывает корректность применяемой в RadioPlanner 2.1 основной модели распространения МСЭ-R P.1812 и наборов пространственных данных – цифровой матрицы высот и матрицы препятствий (клаттеров) для тестируемой системы связи.
2. Для лесных массивов (лес и открытая территория - дороги в лесу) и застройки (город, пригород, открытые территории в городе и пригороде) 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.
3. На клаттере с типом "открытом пространство" измерения показывают дополнительные затухания 11.4 дБ по сравнению с расчетами по МСЭ-R P.1812-5. Это можно объяснить тем, что несмотря на то, что локально клаттер идентифицируется как "открытое пространство", на самом деле на треках, по которым выполнялись измерения, как таковые открытые пространства отсутствуют, в основном — это территория со всех сторон окруженная лесом или (в редком случае) застройкой. Затухание в 11.4 дБ примерно соответствует потерям на препятствиях типа лес и застройка.
Проведенные нами тесты не претендуют на полноту и особую точность, но они наглядно показывают, что при правильном выборе модели распространения результат расчетов покрытия, выполненные в RadioPlanner, вполне соответствуют результатам, полученным путем измерений.