5 Модель распространения радиосигнала в свободном пространстве

При распространении радиосигнала в свободном
пространстве мощность на выходе приемной антенны удобно выразить как функцию от
расстояния до передающей антенны Pr(d).

где
Gt – коэффициент усиления передающей антенны; Gr –
коэффициент усиления приёмной антенны; Pt – мощность,
подводимая к передающей антенне; λ – длина электромагнитной волны.

Это
выражение называют уравнением свободного пространства. Расстояние d должно быть
достаточно большим и не может принимать значение d = 0. При использовании
уравнения (10.1) предполагается, что приемная антенна находится от передающей
на расстоянии d ≥ d0 , которое соответствует дальней зоне (зона
Фраунгофера).

d – расстояние (разнесение) между
передающей и приемной антеннами;

d0 – эталонное расстояние или
длина отрезка трассы до первого препятствия (участок распространения в
свободном пространстве).

Уравнение
свободного пространства часто выражается по отношению к точке отсчета d0,
находящейся в зоне Фраунгофера:

В
качестве значения d0 принято выбирать: 1 м – для помещений, 100 м или 1 км –
для открытой местности.

Одной
из важнейших характеристик распространения радиосигнала является его затухание
в канале связи.

Затухание
L определяется как отношение передаваемой мощности сигнала к принимаемой и
выражается в дБ как положительная величина.

Для
свободного пространства затухание (единица измерения дБ) в зоне Фраунгофера
определяется из выражения:

Рисунок 1 .14 – Параметры распространения радиосигнала

Уровень мощности сигнала на выходе приемной антенны АС
принято обозначать в дБм, тогда выражение (1.9.1) удобнее представить в
следующем виде

1.6 Три основных способа распространения
радиоволн

. Отражение – имеет место при падении волны на объекты с размерами много
больше длины волны. Наблюдаются, например, отражения от земли, стен зданий и
т.п.

. Дифракция – явление возникновения вторичных волн при падении радиоволны
на препятствие с острыми кромками.

Дифракцией обусловлено наличие поля за препятствиями в зоне
геометрической тени. На высоких частотах дифракция, как и отражение,
существенно зависит от геометрии объекта, а также амплитуды, фазы и поляризации
поля.

. Рассеяние – имеет место при распространении волны в среде с мелкими
объектами (меньше длины волны).

1.7 Потери передачи в удаленных линиях

Как теоретические, так и экспериментальные исследования подтвердили, что
принимаемая мощность изменяется по логарифмическому закону. Этот закон
выполняется как для радиолиний вне зданий, так и внутри их. Средние
крупномасштабные потери при произвольном расстоянии излучатель – приемник
описываются выражением

или
в логарифмическом масштабе

где,
n – показатель степени, который показывает, с какой скоростью возрастают потери
передачи от расстояния; d0 – расстояние от излучателя до границы отсчета, d –
расстояние между излучателем и приемником. Черта в (1.11.1), и (1.11.2)
означает среднее из возможных значений потерь для данного расстояния d.

Показатель n ослабления поля для различных условий распространения
радиоволн.

Важно правильно выбрать подходящее расстояние d0 для исследования условий
распространения. В сотовой связи с большими зонами действия обычно используется
расстояние 1 км, в микросотовых системах много меньше – 100 м. Это расстояние
должно соответствовать дальней зоне антенны для исключения эффектов ближнего
поля.

Уравнение (1.11.2) не учитывает того, что параметры среды могут быстро
изменяться между измерениями.

Измерения показали, что величина ослабления мощности в радиоканале
описывается нормально-логарифмическим (равномерным в дБ) законом:

где
xσ
– случайная величина c
нормально-логарифмическим законом распределения со стандартной девиацией σ, дБ.

Данные
формулы могут быть использованы для расчета поля в реальных системах связи при
наличии случайных ослабляющих сигнал факторов. На практике величины n и σ обычно определяются из экспериментальных исследований
(рис. 1.15).

Поскольку
значение PL(d) – случайная величина с нормальным распределением по шкале дБ от
расстояния d, также случайно распределена и функция Pr(d).

Для
определения вероятности того, что принятый сигнал будет выше (или ниже) особого
уровня, может быть использована функция Q:

где
выполняется условие

(x)
= 1- Q(-x)                                                                           (1.11.4б)

Вероятность
того, что принятый сигнал будет выше некоторой заданной величины γ, может быть вычислена из накопительной функции
плотности как

Аналогично
вероятность того, что принятая мощность будет меньше γ:

радиоволна
мобильный связь городской

2. РАСЧЁТНЫЙ РАЗДЕЛ

2.1 Выбор моделей, используемых для расчета
ослабления сигнала в радиоканалах, вне зданий

Большинство моделей, используемых при решении задач распространения
радиоволн, учитывают одновременно аналитические и экспериментальные данные.
Экспериментальный подход основан на использовании графиков и аналитических
выражений, описывающих данные предварительных измерений.

Среди многочисленных экспериментальных исследований, свзяанных с
прогнозом распространения радиоволн для мобильных систем связи, получили
наибольшее практическое применение типовые модели Hata, Okumura, COST 231-Hata,
COST231-Walfish-Ikegami.

2.1.1 Метод Okumura

Этот метод является одним из широко используемых методов для расчета
радиолиний в условиях города. Он пригоден для частот 150 – 2000 МГц (хотя может
быть экстраполирован до 3000 МГц) и расстояний от 1 до 100 км. Данный метод
может быть использован, если эффективная высота подвеса базовой антенны
составляет от 30 до 1000 м.предложил сетку кривых для расчета среднего
ослабления относительно ослабления в свободном пространстве Ama в условиях города с квазигладким
профилем с изотропной передающей антенной, поднятой на эффективную высоту hte =
200 м и мобильной антенной высотой hre = 3 м.

Для определения уровня ослабления сигнала в радиолинии рассчитывается
ослабление поля в свободном пространстве, затем по кривым графика (рис.2.1)
определяется величина Ama(f,d) и добавляются к ослаблению в свободном
пространстве с корректирующей поправкой, зависящей от степени неровности
профиля трассы:

L50 = LF Ama (f,d) − G(hte) − G(hre) −
GAREA , дБ                            (2.1)

где L50 – средняя величина потерь,- потери в свободном пространстве ,-
усредненное дополнительное ослабление, обусловленное влиянием земной
поверхности,(hte) – эффективное усиление передающей антенны,(hre) – эффективное
усиление приемной антенны,- поправочный коэффициент из графика на рис.2.2

Рис.2.1 Частотная зависимость усредненного ослабления сигнала по
отношению к свободному пространству для квазигладкого профиля трассы

Рис.2.2 Поправочный коэффициент, обусловленный профилем радиотрассы

Кроме того, Okumura нашел, что величина G(hte) изменяется по закону 20
дБ/декада, а G(hre) для высот менее 3 м – 10 дБ/декада:

Модель
Okumura полностью построена на экспериментальных данных. Графики, полученные
Okumura, можно экстраполировать. Модель Okumura наиболее простая и достаточно
точная для расчета потерь в сотовых системах связи и мобильной связи. Она
является стандартом при расчете сот для мобильной связи в Японии.

В
основном рассмотренный метод используется для расчета радиолиний в
урбанизированных и сверхурбанизированных районах. Разница расчетных и
экспериментально измеренных напряженностей поля обычно не превышает 10-13 дБ.

2.1.2 Модель Hata

Hata
обработал экспериментальные данные Okumura для частот 150-1500 МГц и предложил
рассчитывать потери распространения в условиях города по стандартной формуле с
учетом корректирующих уравнений для иных условий. Стандартная формула для
расчета средних потерь мощности в условиях города:

(

где fc – частота от 150 до
1500 МГц,- эффективная высота базовой антенны (от 30 до 200 м),- эффективная
высота мобильной антенны (от 1 до 10 м),- расстояние от передатчика до
приемника, км,(hre) – корректирующий фактор для эффективной высоты мобильной
антенны, который является функцией величины зоны обслуживания.

Для небольших и среднего
размера населенных пунктов:

Для крупных городов:

В сверхурбанизированных
районах стандартная (основная) формула Hata (2.3) модифицируется следующим
образом:

а для открытых районов:

Хотя формулы Hata не
позволяют учесть все специфические поправки, которые доступны в методе Okumura,
они имеют существенное практическое значение. Расчеты по формулам Hata хорошо
совпадают с данными модели Okumura для дальностей, больших 1 км.

2.1.3
МодельCOST231-Hata

Европейская ассоциация
EVRO-COST предложила новую версию метода Hata, верную для частот до 2 ГГц.
Стандартная формула для расчета средних потерь мощности в условиях города
записывается следующим образом:

где a(hre) определяется
формулами (2.4) и (2.5),= 0 дБ для городов средних и крупных размеров,= 3 дБ
для столиц.

Допустимые границы параметров
в (2.8): fc 1500…2000 МГц,30…200 м,1…10 м,

d 1..20 км.

2.1.4
COST231-Walfish-Ikegami Model

Данная модель применяется,
когда реальная протяженность трассы распространения меньше соответствующей
условиям модели Hata протяженности.

Модель полуэмпирическая,
действительна для частотного диапазона 800-2000Mhz

Модель принимает во внимание
особенности городской структуры:

• Высоты зданий (м)

• ширину дороги(м)

• расстояние между строениями
(м)b

• угол трассы распространения
φ
(0)

Позволяет оценить от 20 м.
(вместо 1 км для модели Okumura-Hata)

Рисунок 2.3 Параметры,
используемые в COST231-WI model

Рисунок 2.4 Уличная
ориентация

Существует 2 случая: LOS и
NLOS

). LOS-line-of-sight
зона прямой видимости:

LLOS [децибел] = 42.6 26log10d [км] 20 log10f [МГц]
для д ≥ 0.020 км

). NLOS-отсутствие
условий прямой видимости

Потеря состоит из трех
моментов

LNLOS = L0 Lrts Lmsd

•L0 -потеря в свободном
пространстве,

•Lrts – потери за
счет дифракции от вершин крыш.

•Lmsd – потери за
счет многоэкранной дифракции.

Потеря в свободном
простанстве= 32.4 20log10d 20log10f

Потери за счет дифракции от
вершин крыш

Lrts = −16.9 −10log w 10logf
20log (hr− hm) Lori , для hr > hm

где Lori – потеря
ориентации, вычисленная следующим образом

Таблица 1

Многоэкранная потеря дифракции

Таблица
2

Если структура зданий и улиц неизвестна, рекомендуются следующие величины
[5],:

b=20… 50 m;

w=b/2;

hr=3 {число этажей} крыша. крыша = 3 для имеющего определенную высоту,
крыша=0 для плоско поверхности;

– φ =900 ;

Область применения модели определяется следующими условиями:

f = 800 МГц… 2 ГГц частота;

Hb =
4… 50 м. высота антенны базовой станции;

Hm =
1… 3 м. . высота антенны мобильной станции;

d = 0.02… 5 км протяженность трассы;

2.1.5 Заключение о моделях радиолиний вне зданий

На самом деле моделей гораздо больше, все они разрабатываются под
определенные условия. Модели ограничены некоторыми параметрами (частотой,
протяженностью трассы, высотой антенн базовой станции и мобильной станции).
Радиолинии в мобильной связи часто проходят по неровным местностям. В этом
случае следует учитывать реальный профиль трассы. Трасса может изменяться от
гладкой до сильно пересеченной местности. Также следует учесть наличие зданий,
деревьев и других препятствий при связи в условиях города. Негладкие трассы
рассчитываются разными методами. Существующие методы расчета поля в реальных
условиях связи сильно отличаются по подходу, сложности и точности.

2.2 Разработка ПО в среде MathCAD

Разработаем ПО для модели COST231-Hata и COST231-Walfish-
Ikegami, как наиболее часто встречаемые
модели, используемые в программных обеспечениях разных компаний. Программное
обеспечение использует описание моделей (пункт 2.1).

.2.1 Разработка ПО для модели COST231-Hata

1) .Произведем расчет потерь, для крупного города используя модель COST231-Hata.

Зададим несколько параметров для расчета:

 частота, МГц;

 высота антенны БС,м;

 высота МС, м;

 расстояние, км;

Так как расчет производим для крупного города, то:

 коэффициент для огромных городов;

 корректирующий фактор;

Теперь нам известны все параметры для расчета потери, которая вычисляется
следующей формулой:

средняя потеря, Дб;

Получаем результат

Дб

2) Произведем расчет потерь, для среднего города используя модель COST231-Hata.

Исходные данные:

 частота, МГц;

 высота антенны БС,м;

 расстояние, км;

Так как расчет производится для среднего города, то:

 коэффициент для средних городов;

 корректирующий фактор

Формула для вычисления потери

средняя потеря, Дб;

Результат:

, Дб;

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ РАЗДЕЛ

3.1 Обзор программного обеспечения (ПО)

На рынке существует достаточно много ПО частотно-территориального
планирования.

Производители мобильного радиотелекоммуникационного оборудования
предлагают своим клиентам собственные программы планирования сотовых
радиотелекоммуникационных сетей. Различие за частую состоит:

различные модели используемые для расчета сигнала в радиоканалах;

наличаем различных карт (рельефная, карта высот, карта типов местностии
т.д.);

базой данных антен;

дополнительных расчетов ( расчет надежности, зоны перекрытия сигнала и
т.д.);

распространение ПО( платная, бесплатная, условно-бесплатная);(СвязьЭкспокомм,
Москва)Volcano – это продукт, объединяющий три модели распространения,
предназначенные для разных случаев установки антенны по отношению к окружающим
препятствиям. Они обеспечивают высокую производительность и точность расчетов и
используются ведущими операторами для улучшения структуры сети.(Литва)

Это программное обеспечение, основанное на “UNIX open windows”, включает
модули расчета зон распространения радиоволн, радиопрозрачности, интерференции,
управления радиосетями. Модуль
распространения сигнала использует информацию из базы данных: тип антенны,
высота, направление, наклон, мощность передатчика и затухание сигнала в цепи
антенны.(Ростовский Центр Трансфера Технологий, г.Ростов-на-Дону)

Программное обеспечение позволяет выполнять планирование сетей радиосвязи
без задержек со стороны программного обеспечения. Эта возможность позволяет
моделировать большое количество вариантов размещения антенн/базовых станций
проектируемой сети радиосвязи.

Балтика СПС( Санкт-Петергбург)

“Балтика-СПС” позволяет прогнозировать радиопокрытие,
создаваемое как отдельной базовой станцией, так и всей системой связи в целом,
определять зоны взаимных помех радиосредств, оптимизировать трафик, проводить
частотное планирование. Наличае своей модели распротсранения сигнала “Балтика”.(«Силикон-Телеком
Софт», Москва)

Универсальная Система RPS-2 предназначена для автоматизированного
проектирования беспроводных сетей различной архитектуры (радиорелейных,
транкинговых, сотовых), применяющих различные стандарты передачи данных. Использование
системы позволяет в сжатые сроки разработать проект новой сети или расширить
уже развернутую сеть, оценить ее достоинства и недостатки, проанализировать
показатели электромагнитной совместимости проектируемой сети с другими сетями,
работающими в той же местности, и оптимизировать характеристики с учетом
конкретных географических условий местности при заданном распределении трафика
и источников помех.

3.1.2 ПО RPS2 (Система планирования радиосвязи)

Главным фактором выбора этого ПО для изучение моделей является его
распространение: условно-бесплатное (демо версия), а так же предоставления
кцифровой карты города Новосибирск.

По своим функциональным возможностям, точности и полноте расчета
характеристик сети, по удобству пользовательского интерфейса, программа RPS-2
не уступает наиболее известным зарубежным аналогам, выгодно отличаясь от них
ценой, существенно более низкими требованиями к конфигурации компьютера,
русским интерфейсом, доступностью технической поддержки и сопровождения.

Исходными данными являются:

Цифровые карты местности. Они могут быть представлены в одном из
стандартных форматов (“MapInfo”, “Planet” и т.д.) и с помощью прилагаемого
конвертора преобразованы во внутренний формат программы, более экономный с
точки зрения скорости проведения расчетов. При необходимости, не выходя из
программы, картографические данные можно отредактировать, добавив новые объекты
– препятствия и типы местности.

База данных с характеристиками применяемого оборудования (частотный
диапазон, диаграммы направленности и усиление антенн, частотные и
энергетические характеристики приемопередатчиков, потери в фидерах и т.д.).

Программа позволяет:

размещать радиостанции в заданном месте рассматриваемой территории,
работающие в любом из применяемых в России и за рубежом стандартов;

определять для радиостанций оптимальный состав оборудования из базы
данных, которая может пополняться и редактироваться пользователем;

задавать и редактировать распределение плотности трафика в
рассматриваемом регионе, что позволяет анализировать характеристики сотовых и
транкинговых систем в условиях различной загрузки;

рассчитывать, отображать на экране и выдавать на печать основные
характеристики планируемой сети;

рассчитывать показатели электромагнитной совместимости (уровень взаимных
помех) планируемой сети с другими сетями;

оптимизировать параметры планируемой сети путем изменения местоположения
радиостанций, а также варьируя состав и технические характеристики размещаемого
на них оборудования (программа снабжена удобным пользовательским интерфейсом,
обеспечивающим возможность интерактивно проводить указанные изменения);

отображать результаты измерений уровня принимаемого сигнала и сравнивать
их с результатами расчета с последующей оптимизацией параметров применяемых
математических моделей расчета.

Характеристики беспроводной сети, рассчитываемые с помощью программы
RPS-2:

область прямой видимости радиостанции;

уровень сигнала (покрытие) в заданной окрестности указанной радиостанции
с учетом диаграммы направленности излучающей антенны;

требуемая мощность излучения абонента, достаточная для надежного приема
его сигнала;

помехи от близлежащих и удаленных радиостанций;

профиль любой радиолинии;

потери распространения между передающей и приемной антеннами;

сигнал на входе приемной антенны абонента;

отношение сигнал/шум в прямой и обратной линиях с учетом всех видов
внутрисистемных и внешних помех;

зоны, обслуживаемая секторами базовых станций в условиях помех и их
реальная загруженность (трафик, приходящийся на каждый сектор);

зоны, в которых происходит переключение абонентов с одной станции на
другую, или с одного на другой их сектор (зоны hand-off);

сбалансированность прямой и обратной линий базовых станций.

При расчете радиопокрытия пользователь имеет возможность выбрать одну из
нескольких моделей распространения радиоволн. В программе используются
статистические модели распространения Хата и Уолфиш-Икегами, в которых грубо
учитывается характер местности (сельская, пригород, городская, плотная
городская). Кроме того, имеется возможность использовать модель, основанную на
строгом анализе профиля радиолинии с выделением препятствий и учетом
дифракционных потерь на них, поиском точек отражения и учетом соответствующих
потерь. Здесь же имеется возможность учесть дополнительные потери в листве
деревьев, эффекты дифракции на крышах и экранировки в городской местности. Имея
хорошую цифровую карту, можно с высокой точностью рассчитать покрытие и другие
характеристики сети.

Программу RPS-2 можно использовать для планирования как макро-, так и
микро-ячеек сотовых сетей, включая микросотовые системы, работающие внутри
зданий. При расчете характеристик распространения сигналов внутри зданий
использована оригинальная математическая модель.

3.3 Расчет потерь при помощи ПО RPS2

В этом разделе произведем расчет потерь при тех же самых условиях что и в
пункте 2.2.1 и 2.2.2, а затем сравним полученные результаты.

3.3.1 Расчет потерь методом COST231-Hata
используя ПО RPS2

1) Расчет потери при условиях примера 1 в пункте 2.2.1:

расчет для
крупного города используя модель COST231-Hata;

Исходные данные расчета:

 частота, МГц;

 частота, МГц;

 высота антенны БС,м;

 высота МС, м;

 расстояние, км;

Средня потеря получается (рис 3.1):

Дб

2) Расчет при условиях примера 2 в пункте 2.2.1:

Расчет для
среднего города используя модель COST231-Hata;

Исходные данные:

 частота, МГц;

 высота антенны БС,м;

 высота МС, м;

 расстояние, км;

Средняя потеря (рис. 3.2)148.9, Дб;

Рис.3.2

3.3.2 Расчет потерь методом
COST231-Walfish-Ikegami используя ПО RPS2

1) Расчет потери при условиях примера 3 в пункте 2.2.2:

Исходные данные:

 частота, МГц;

 высота зданий, м;

 высота БС, м;

 расстояние между БС и МС, км;

 ширина улиц, м;

 расстояние между строениями, м;

 высота МС, м;

 угол трассы распространения, град;

Результаты расчета( рис 3.3):

Потери в свободном пространстве:

Дб;

Потери за счет дифракции от вершин крыш:

, Дб;

Рис. 3.3

) Расчет потери при условиях примера 4 в пункте 2.2.2: расчет для крупного города, при
условии, что БС выше, чем высота зданий;

Потери за счет дифракции от вершин крыш:

, Дб;

Многоэкранная потеря дифракции:

Дб;

Общие потери:

Дб;

Рис. 3.4

3) Расчет потери при условиях примера 5 в пункте 2.2.2:

Расчет для крупного
города, при условии, что высота зданий больше чем высота БС;

Рис 3.5

Сравнив результаты расчета потерь полученные при помощи программы MathCad
с результами ПО RPS2_demo, заметим что они очень похожи.

3.4 Моделирование моделей с помощью программы RPS2

В качестче эксперементов будем использовать выше упомянатую программу
RPS2: Radio Planning System 2_demo, ниже перечисленные экспиременты мы будем
проводить для базовой станции (БС1) местоположение которой изменяться не будет.
На рис.3.6 мы видим рельефную карту города Новосибирска 2002 года. На ней
нанесено несколько базовых станций.

Рис.3.6 Рельефная карта города Новосибирск

3.4.1 Моделирование зоны прямой видимости

Произведем расчет прямой видимости базовой станции 1 (БС 1). Для этого
зададим некоторые параметры. Пусть антенна находится на высоте 50 метров,
мобильная станция (МС) на высоте 1,5 метра, расстояние расчета 50 км, шаг 124
м, расчет будем производить вокруг всей антенны, таким образом начальный угол
зададим 0 градусов, конечный угол 360 градусов (рис 3.7-3.8).

Рис.3.7 Расчет области прямой видимости

Рис 3.8 Зона прямой видимости БС 1

Теперь покажем, как влияет препятствия (здания, холмы) на зону прямой
видимости. Для этого создадим искусственно препятствие не далеко от БС 1 (рис
3.9.). Далее произведем расчет при тех же параметрах, которые использовались в
предыдущем примере (рис 3.10.).

Рис.3.9 Параметры препятствия

Рис 3.10. Расчет зоны прямой видимости

3.4.2 Моделирование модели COST231 – Walfish –
Ikegami

Данная модель была описана в пункте 2.2.2. Приведем два примера расчета
покрытия данной модели.

Пример №1.

Прежде чем произвести расчет покрытия, нужно определить параметры
места/станции (Рис.3.11.-3.12):

расположение станции на карте (долгота, широта);

число секторов ;

настройка каждого сектора(антенны, приемопередатчика);

Рис.3.11. Параметры места

Исходные данные для БС 1:

число секторов 1;

высота антенны от земли составляет 50 м;

наклон антенны 0о, азимут 135о,вертикальная поляризация;

приемопередатчик: мощность 40.000 дБм, чувствительность -95.000 дБм;

Рис.3.12.Параметры станции

После того как мы задали параметры станции мы можем произвести расчет
покрытия (рис. 3.13-3.14), предварительно задав еще несколько параметров (в
скобках указаны параметры которые мы выставили для расчета):

высота МС (1,5 м);

частота (947,5 МГц);

уровень крыш(15 м);

ширина улиц (20 м);

расстояние между зданиями (40м);

тип застройки (плотная);

расстояние (5 км);

Рис 3.13 Определения дополнительных параметров

Рис. 3.14 Результат примера №6

На рис 3.14 очерчен круг радиусом 5 км, внутри этого круга различным
цветом указаны уровни сигнала (самый сильный уровень зеленый, далее желтый,
розовый, голубой, красный, синий и серый, который указывает на отсутствие
сигнала).

Пример №2.

В этом примере мы изменим число секторов до 2 в БС 1(рис 3.15).

Рис 3.15 Параметры БС 1

Зададим параметры для каждого из двух секторов, такие же, как в примере
№1 (рис 3.16-3.17).

Рис 3.16 Параметры сектора 1(БС 1)

Рис 3.17 Параметры сектора 2(БС 1)

Теперь производим расчет покрытия БС 1 используя модель Walfish-Ikegami (дополнительные параметры используем такие же, как в
примере №1).

Рис 3.18 Определение дополнительных параметров

Рис 3.19 Результат примера №2

.4.3 Моделирование модели COST231-Hata

Пример №3. Произведем расчет покрытия БС1 методом Hata(COST231), используя исходные параметры примеров №2 и №3 из
пункта 3.4.2 (рис. 3.20-3.22).

Рис 3.20 Определение параметров станции

Рис 3.21 Определение параметров сектора 1

Рис 3.22 Определение параметров сектора 2

Зададим дополнительные параметры (в скобках указаны параметры которые мы
выставили для расчета, рис 3.23):

высота МС (1,5 м);

частота (947,5 МГц);

уровень крыш(15 м);

ширина улиц (20 м);

расстояние между зданиями (40м);

тип застройки (городская);

расстояние (5 км);

Рис 3.23 Определение дополнительных параметров

Далее произведем расчет

Рис 3.24

РАСЧЁТНО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ
РАЗДЕЛ

Расчёт затрат
на программное обеспечение

В этой части проекта произведен расчет затрат на разработку и
моделирование программного обеспечения для изучения моделей распространения
радиоволн в радиотелефонных сетях для городских условий.

Затраты на создание программного продукта складываются из расходов по
оплате труда разработчика алгоритма и программы, имитирующей работу алгоритма,
и расходов по оплате машинного времени при отладке программы.

                                                                (4.1.0)

где
 – затраты на создание программного продукта;

 –
затраты на оплату труда разработчика программы;

 –
затраты на оплату машинного времени;

 – общие
затраты.

1 Расходы на оплату труда разработчика

Расходы на оплату труда разработчика алгоритмов и программы моделирования
их определяются путем умножения трудоемкости создания самих алгоритмов по
выбранным критериям и программы моделирования на среднюю часовую оплату
разработчика (с учетом коэффициента отчислений на социальные нужды):

                                                                                (4.1.1)

4.1.1 Расчет трудоемкости процесса разработки
алгоритмов и математического моделирования на ЭВМ

Трудоемкость разработки можно определить следующим образом:

                                                         (4.1.1.1)

где
– затраты труда на подготовку описания задачи;

 –
затраты труда на разработку алгоритма решения задачи;

 –
затраты труда на разработку блок-схемы алгоритма решения задачи;

 –
затраты труда на составление кода программы по блок-схеме;

 –
затраты труда на подготовку документации задачи;

 –
затраты труда на отладку на ЭВМ при комплексной отладке задачи.

Составляющие
затрат, в свою очередь, можно вычислить через условное число операторов . В нашем случае число операторов в отлаженной
программе .

Оценить
затраты труда на подготовку описания задачи невозможно, так как это связано с
творческим характером работы, вместо этого оценим затраты труда на изучение
описания задачи с учетом уточнения описания и квалификации разработчика,
которые определяются как

                                                                          (4.1.1.2)

где
 – коэффициент увеличения затрат труда вследствие
недостаточного описания задачи, уточнений и некоторой недоработки  (коэффициент  принимается
равным 5);  – коэффициент квалификации разработчика, для
работающих до двух лет, приведены в табл. 4.1.

Таблица 4.1 – Изменения трудоемкости в зависимости от
языка программирования

Поскольку MathCAD является алгоритмическим языком высокого уровня, выбираем К
= 0,8.

Таким образом, получим:

.

Затраты
труда на разработку алгоритмов решения задачи:

                                                                          (4.1.1.3)

.

Затраты
труда на разработку блок-схемы алгоритма решения задачи вычислим следующим
образом:

                                                                          (4.1.1.4)

.

Затраты
труда на составление программы по готовой блок-схеме вычислим по формуле:

                                                                          (4.1.1.5)

.

Затраты
труда на подготовку документации по задаче определяются по формуле:

                                                                             (4.1.1.6)

где
 – затраты труда на подготовку материалов в рукописи;

 –
затраты на редактирование, печать и оформление документации.

Эти
показатели находятся по формулам:

                                                                      (4.1.1.7)

                                                                            (4.1.1.8)

Таким
образом:

,

.

Отсюда
.

Затраты
труда на отладку программы на ЭВМ при комплексной отладке задачи:

                                                                                (4.1.1.9)

где
 – затраты на отладку программы на ЭВМ при автономной
отладке одной задачи.

                                                                         (4.1.1.10)

.

Отсюда
.

Итак,
можем рассчитать общую трудоемкость программного продукта

4.1.2 Расчет средней зарплаты разработчика

Средняя
зарплата разработчика в современных рыночных условиях может варьироваться в
широких пределах. Для расчета возьмем среднюю часовую оплату труда, которая
составляет  руб/час, что составляет 7000 руб/мес при
восьмичасовом рабочем дне и пятидневной рабочей неделе.

Средние
затраты на оплату труда программиста состоят из оклада программиста, районного
коэффициента и налога на доход физических лиц. Районный коэффициент составляет
25%.

.

Таким
образом, расходы на оплату труда разработчика программы составляют:

.

Также
необходимо учесть ЕСН, который на сегодняшний день составляет – 26% и налог на
доход физических лиц – 13%. Тогда фонд оплаты труда программиста составит:

.

4.2 Расчет затрат на оплату машинного времени

Затраты на оплату машинного времени при моделировании работы алгоритма,
написании программы моделирования в системе Mathcad и отладке программы определяются путем умножения
фактического времени всех перечисленных операций на цену машино-часа арендного
времени:

                                                                                       (4.2.1)

где
 – цена машино-часа арендного времени, руб/час;  – фактическое время отладки программы на ЭВМ.

4.2.1 Расчет фактического времени отладки

Фактическое время отладки программы на ЭВМ вычислим по формуле:

                                                                        (4.2.1.1)

.

Расчет цены машино-часа

Цену машино-часа найдем по формуле

                                                                              (4.2.2.1)

где
 – полные затраты на эксплуатацию ЭВМ в течение года;

 –
действительный годовой фонд времени работы ЭВМ, час/год.

Общее
количество дней в году – 365. Число праздничных и выходных дней – 119.
Количество недель в году – 52. Время простоя в профилактических работах
определяется как еженедельная практика по 4 часа.

Итого
годовой фонд рабочего времени ЭВМ при 8-ми часовом рабочем дне составляет:

.

Полные
затраты на эксплуатацию ЭВМ можно определить по формуле:

                                               (4.2.2.2)

где
 – годовые издержки на амортизацию, руб./год;

 –
годовые издержки на электроэнергию, потребляемую ЭВМ, руб./год;

 –
годовые издержки на вспомогательные материалы, руб./год;

 –
затраты на текущий ремонт компьютера, руб./год;

 –
годовые издержки на прочие и накладные расходы, руб./год;

 –
издержки на заработную плату обслуживающего персонала, руб./год.

Сумма
годовых амортизационных отчислений определяется по формуле

                                                                            (4.2.2.3)

где
– балансовая стоимость компьютера, руб/шт; – норма амортизации в %.

Для
вычислительной техники норма амортизации допускается в размере 25%.

Балансовая
стоимость ЭВМ включает в себя отпускную цену, расходы на транспортировку,
монтаж оборудования и его наладку:

                                                                            (4.2.2.4)

где
 – рыночная стоимость ЭВМ, руб./шт.;  – затраты на доставку и установку компьютера,
руб./шт.

Цена
компьютера составляет 21000 руб., а затраты на установку и наладку составляют
примерно 5% от его стоимости, т.е.

.

Отсюда:

Стоимость
электроэнергии, потребляемой за год, определяется по формуле

                                                                    (4.2.2.5)

где
 – суммарная потребляемая мощность ЭВМ;  – стоимость 1 кВт•ч электроэнергии; А – коэффициент
интенсивного использования мощности машины.

Потребляемая
мощность ЭВМ , стоимость 1 кВт•ч электроэнергии для предприятий , интенсивность использования машины А = 0.98.

Тогда
расчетное значение затрат на электроэнергию:

.

Затраты
на текущий и профилактический ремонт принимаются равными 5% от стоимости ЭВМ:

.

Затраты
на материалы, необходимые для обеспечения нормальной работы ЭВМ, составляют
примерно 1% от стоимости ЭВМ:

.

Прочие
косвенные затраты, связанные с эксплуатацией ПЭВМ, состоят из амортизационных
отчислений здания, стоимости услуг сторонних организаций и составляют около 5 %
от стоимости ЭВМ:

.

Издержки
на заработную плату обслуживающего персонала складываются из основной
заработной платы, дополнительной и отчислений на заработную плату:

                                                                  (4.2.2.6)

Сумма
основной заработной платы определяется исходя из общей численности работающих в
штате

                                                                         (4.2.2.7)

где
 – тарифная ставка i-го работника в месяц, руб.

В
штат обслуживающего персонала должны входить инженер-электронщик с месячным
окладом 2000 руб. и электрослесарь с окладом 1000 руб. Тогда, учитывая, что
данный персонал обслуживает 10 машин, имеем издержки на основную заработную
плату обслуживающего персонала:

.

Сумма
дополнительной заработной платы составляет около 15 % от основной заработной
платы:

.

Сумма
отчислений на социальные нужды составляет 40.5 % от суммы дополнительной и
основной заработных плат:

.

Тогда
годовые издержки на заработную плату обслуживающего персонала составят:

Таким
образом полные затраты на эксплуатацию ЭВМ в течении года, составят:

Тогда
цена машино-часа арендуемого времени составит:

.

Таким
образом, расходы на оплату машинного времени оставят:

.

4.3 Расчет общих расходов

Общие расходы – это расходы на освещение, отопление, коммунальные услуги
и т. п. Они принимаются равными одной трети основной зарплаты разработчика, т.
е.

Тогда
затраты на разработку алгоритмов и создание программного продукта для
моделирования составят:

.

Выводы

Затраты
на создание требуемых алгоритмов сигналов и программы для математического
моделирования их работы составили 15866.52 руб. Круг предполагаемых
пользователей данного продукта состоит из разработчиков аппаратуры с
использованием методов, минимизирующих действие канала многолучевого
распространения на передаваемые сигналы.

5. РАЗДЕЛ ОХРАНЫ ТРУДА

Организация
рабочего места оператора, программиста и расчетчика с позиций эргономики

5.1 Характеристика производственной среды,
условий и ритма труда

Производственная среда – это пространство, в котором осуществляется
трудовая деятельность человека. В производственной среде как части техносферы
формируются негативные факторы, которые существенно отличаются от негативных
факторов природного характера. Эти факторы формируют элементы производственной
среды (среды обитания), к которым относятся: 1) предметы труда; 2) средства
труда (инструмент, технологическая оснастка, машины и т.п.); 3) продукты труда
(полуфабрикаты, готовые изделия); 4) энергия (электрическая, пневматическая,
химическая, тепловая и др.); 5) природно-климатические факторы
(микроклиматические условия труда: температура, влажность и скорость движения
воздуха); 6) растения, животные; 7) персонал.

Производственные помещения – это замкнутые пространства производственной
среды, в которых постоянно (по сменам) или периодически (в течение рабочего
дня) осуществляется трудовая деятельность людей, связанная с участием в
различных видах производства, в организации, контроле и управлении
производством. Внутри производственных помещений находятся рабочая зона и
рабочие места.

Рабочей зоной называется пространство (до 2 м) над уровнем пола или
площадки), на котором находятся места постоянного или временного пребывания
работающих.

Рабочее место – часть рабочей зоны; оно представляет собой место
постоянного или временного пребывания работающих в процессе трудовой
деятельности. От того, насколько правильно и рационально будет организовано
рабочее место, зависит безопасность и производительность труда.

Условия труда – сочетание различных факторов, формируемых элементами
производственной среды, оказывающих влияние на здоровье и работоспособность
человека.

5.2 Эргономические и психологические требования
к рабочему месту. Выбор рабочей плоскости и рабочих зон, сиденья.