Дослідження поширення сигналу у безпровідних мережах метрополітену
Автор: Гут Денис Ігорович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Системне адміністрування телекомунікаційних мереж
Інститут: Інститут телекомунікацій, радіоелектроніки та електронної техніки
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2023-2024 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Розвиток технологій цифрового зв’язку призводить до використання все більшої кількості безпровідних мереж різного призначення. Побудова мереж високошвидкісного безпровідного доступу для метрополітенів є актуальним і технічно складним завданням. Це пов’язано з особливістю середовища поширення хвиль - вузьких протяжних тунелів складної геометрії. Для організації безпровідної мережі в метрополітені використовують мережі типу "поїзд - земля" діапазону 5-6 ГГц, які складаються зі стаціонарно розташованих уздовж маршруту поїзда базових станцій (БС) і мобільних станцій (МС), розміщених на даху двох кінцевих (головних) вагонів поїзда [1-3]. Однією з основних задач під час проєктування мереж цього типу є вибір координат БС уздовж тунелю метрополітену. Критеріями вибору координат БС уздовж ліній метрополітену є: - мінімізація середньої щільності БС, і як наслідок, вартості розгортання та експлуатації мережі; - виконання вимог на рівень втрат потужності сигналу, що приймається, на МС, який не повинен перевищувати заданого порога при будь-якому розташуванні МС у тунелі. До теперішнього часу під час проєктування мереж у метрополітені для визначення координат розташування БС у тунелях використовували, як правило, рекомендації виробників обладнання БС. Ці рекомендації задавали максимальну відстань між БС з урахуванням забезпечення необхідного рівня сигналу. При цьому, для прямих ділянок тунелів використовували результати вимірювань у відкритому просторі, а на вигнутих ділянках - або проводили експериментальні вимірювання для визначення положення БС, або використовували рекомендації для прямих ділянок з емпіричним коефіцієнтом ущільнення БС. Наявний підхід неефективний в умовах тунелів, тому що не враховує особливостей поширення сигналу: складної геометрії тунелів із великою кількістю поворотів, спусків і підйомів, наявності множини елементів - розсіювачів електромагнітних хвиль. Відомі алгоритми і методи вибору координат БС, що забезпечують необхідний рівень сигналу за будь-якого положення МС між БС, для відкритих наземних ділянок або приміщень [4,5]. Однак, характер поширення сигналу в тунелях істотно відрізняється від наведених вище прикладів. Таким чином, для розв’язання задачі радіопланування необхідне розроблення моделі поширення сигналу в тунелі метрополітену з урахуванням величини втрат потужності сигналу (PL - path loss) під час його поширення від точки передавача до точки приймача. Крім того, на підсумковий рівень покриття ліній метрополітену безпровідною мережею і на якість розгорнутої мережі впливають низка додаткових ефектів, які, як правило, проявляються в процесі експлуатації безпровідної мережі. Таким чином, актуальним є дослідження передачі сигналу убезпровідних мережах метрополітену. Об’єктом дослідження є безпровідні мережі діапазону 5-6 ГГц у метрополітені. Предметом дослідження є процес поширення сигналу у безпровідних мережах метрополітену. Методи дослідження. Під час розв’язання поставлених завдань використовувалися методи теорії поширення радіохвиль, електродинаміки, чисельне (комп’ютерне) моделювання фізичних процесів, цифрового оброблення сигналів, машинного навчання. Наукова новизна отриманих результатів полягає у розробці математичної моделі загасання радіосигналу діапазону 5-6 ГГц у тунелях метрополітену, що базується на методах геометричної оптики. На відміну від наявних моделей, запропонована модель враховує складну геометрію тунелів метрополітену. Практичне значення отриманих результатів полягає у можливості їх використання для оптимального розміщення базових станцій уздовж ліній метро, що дозволить покращити якість надання послуг для користувачів.