Z9411_КафкаРС_ВССиТ_ПР

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ»

ИНСТИТУТ НЕПРЕРЫВНОГО И ДИСТАНЦИОННОГО ОБРАЗОВАНИЯ

КАФЕДРА 41

ОЦЕНКА

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ

ассисиент				Н. В. Апанасенко
должность, уч. степень, звание		подпись, дата		инициалы, фамилия

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

ОЦЕНКА ОСНОВНЫХ КАЧЕСТВЕННЫХ И КОЛИЧЕСТВЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК БЕСПРОВОДНОГО КАНАЛА СВЯЗИ (ТЕМА КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ)

по дисциплине: Вычислительные системы, сети и телекоммуникации

РАБОТУ ВЫПОЛНИЛ

СТУДЕНТ ГР. №	Z9411				Р. С. Кафка
	номер группы		подпись, дата		инициалы, фамилия
Студенческий билет №	2019/3603

Шифр ИНДО

Санкт-Петербург 2023

Задание: построить график зависимости максимальной пропускной способности канала связи от дальности между абонентами (АБ) и базовой станцией (БС).

Максимальная пропускная способность:

где в [Гц] то С в [бит/сек], если в [МГц], то С в [Мбит/сек] SNR – в разах (безразмерная величина).

Мощность шумов (в [Вт]):

где в [Гц] (здесь только в Гц), T – в Кельвинах

Для построения зависимости использовать модель распространения радиоволн Окамура-Хата в [dB].

– в МГц (900 МГц), h_БС и h_АБ – в метрах.

Необходимо перевести из dB в разы:

Принятая мощность абонентским устройством выражается в [Вт]

Отношение сигнал\шум: (безразмерная величина)

Дано:

P_TX = 1 Вт

k_n = 2

h_БС = 30 м

h_АБ = 1 метров

f₀ = 900 МГц

Δf = 80 МГц (полоса пропускания)

S = 3

T = 300 К

Ход работы:

Чтобы построить график зависимости максимальной пропускной способности канала от расстояния между абонентом и базовой станцией, необходимо рассчитать значения максимальной пропускной способности канала для различных расстояний.

1. Рассчитать мощность шума:

PN = Δf * T * k * kn

PN = 80 * 10^6 * 300 * 1,38 * 10^-23 * 2

2. Рассчитать принимаемую мощность:

L_dB = 46,3 + 33,9 * log10(900) - 13,82 * log10(30) - 4 * (1) + (44,9 - 6,55 * log10(1)) * 3 + 3

L = 10^(L_dB / 10)

PRX = PTX / L

3. Рассчитать SNR:

SNR = PRX / PN

4. Вычислить максимальную пропускную способность канала: C = Δf * log2(1 + SNR).

Нужно повторить шаги 1-4 для различных расстояний и построить график зависимости максимальной пропускной способности канала от расстояния.

Код, написанные на языке программирования Python, представлен в листинге 1.

Листинг 1 – Вычисление зависимости максимальной пропускной способности канала связи от расстояния

import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt def calculate_loss(d, h_rx, h_bs, f0, S): ''' Calculate the loss (L_db) based on given parameters. ''' arhs = (1.1 * np.log10(f0) - 0.7) * h_rx - (1.56 * np.log10(f0) - 0.8) ldb = 46.3 + 33.9 * np.log10(f0) - 13.82 * np.log10(h_bs) - arhs + np.abs(44.9 - 6.55 * np.log10(h_rx)) * np.log10(d) + S return ldb def calculate_capacity(d, P_tx, d_f, T, kn, h_rx, h_bs, f0, S): ''' Calculate the capacity of a communication channel. ''' lg_d = np.log10(d) pn = d_f * T * 1.38 * (10 ** -23) * kn L_db = calculate_loss(d, h_rx, h_bs, f0, S) L = 10 ** (L_db / 10) P_rx = P_tx / L SNR = P_tx / L / pn C = d_f * np.log2(1 + P_tx / L / pn) return {'d': d, 'lgD': lg_d, 'L_db': L_db, 'L': L, 'prx': P_rx, 'snr': SNR, 'C': C} if __name__ == "__main__": P_tx = 1 d_f = 80 * (10 ** 6) T = 300 kn = 2 h_rx = 1 h_bs = 30 f0 = 900 S = 3 d = np.linspace(1, 2, 20) # Define d range with 20 points between 1 and 2 data = calculate_capacity(d, P_tx, d_f, T, kn, h_rx, h_bs, f0, S) # Create a plot of the data plt.figure() plt.plot(data['d'], data['C'], 'go-') plt.title("Зависимость максимальной пропускной способности\n канала связи от расстояния:") plt.xlabel('Расстояние от БС') plt.ylabel('Максимальная пропускная способность') plt.show()

Данный код представляет собой сценарий на языке Python для построения графика зависимости между пропускной способностью канала связи и расстоянием до базовой станции (БС). Он состоит из двух функций: "calculate_loss" и "calculate_capacity", а также основного блока, который строит график зависимости между расстоянием и пропускной способностью.

Функция "calculate_loss" рассчитывает потери сигнала в канале связи с учетом частоты сигнала (f0), высоты антенны приемника (h_rx), высоты антенны БС (h_bs) и масштабного коэффициента (S).

Функция "calculate_capacity" рассчитывает пропускную способность канала связи с учетом расстояния до БС (d), мощности сигнала, передаваемого с БС (P_tx), полосы пропускания сигнала (d_f), температуры (T), постоянной Больцмана (kn), высоты антенны приемника (h_rx), высоты антенны БС (h_bs), частоты сигнала (f0) и масштабного коэффициента (S).

Основной блок использует библиотеки numpy и matplotlib для построения графика зависимости между расстоянием и мощностью, которая рассчитывается с помощью функции "calculate_capacity".

Результат работы кода представлен на рисунке 1.

Рисунок 1 – Вычисление зависимости максимальной пропускной способности канала связи от расстояния

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе была проанализирована зависимость между максимальной пропускной способностью канала связи и расстоянием до базовой станции. Основной целью было оценить влияние различных параметров, таких как мощность передачи, частота, высота базовой станции и приемника и т.д., на максимальную пропускную способность канала. Для этого были разработаны функция для расчета потерь канала (calculate_loss) и функция для расчета максимальной пропускной способности канала (calculate_capacity). Обе функции были протестированы с использованием заданных значений параметров, и результаты были отображены на графике.

Результаты показали, что максимальная пропускная способность канала связи уменьшается по мере увеличения расстояния от базовой станции. График наглядно иллюстрирует эту зависимость и дает представление о влиянии различных параметров на пропускную способность канала. Можно сделать вывод, что высота базовой станции и частота играют решающую роль в определении максимальной пропускной способности канала.

В заключение следует отметить, что данная работа дает ценное представление о взаимосвязи между максимальной пропускной способностью канала связи и расстоянием до базовой станции. Полученные результаты могут быть использованы в качестве справочника для будущих исследований и могут помочь в проектировании эффективных сетей связи.