CC BY
14INTERNATIONAL SCIENTIFIC AND TECHNICAL CONFERENCE "DIGITAL TECHNOLOGIES: PROBLEMS AND SOLUTIONS OF PRACTICAL IMPLEMENTATION IN THE SPHERES" APRIL 27-28, 2023
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МОДЕЛЕЙ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ УРОВНЕЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ В УСЛОВИЯХ
ГОРОДА
Алламуратова Замира Жумамуратовна
Ташкентский университет информационных технологий имени Мухаммада аль-Хоразмий, доцент кафедры «Информационно-компьютерные технологий и программирования»
https://doi.org/10.5281/zenodo.7857811
Abstract. This paper compares the existing methods for modeling and analyzing existing models of the propagation of electromagnetic waves in an urban environment, it was concluded that it is necessary to develop a mathematical model for calculating the spatial distribution of the field, which takes into account the specifics of the interaction of the electromagnetic field with urban development and the relief of the underlying surface.
Keywords: Simulation, electromagnetic environment, terrain, interference fading, empirical, underlying surface.
ВВЕДЕНИЕ
Развитие современных телекоммуникационных технологий относится к важной области при решении задач в рамках цифровой трансформации регионов и отраслей и в настоящее время предусматривает повышение с 78 до 95 процентов уровня подключения населенных пунктов к сети Интернет, в том числе за счет увеличения до 2,5 миллионов портов широкополосного доступа, прокладки 20 тысяч километров оптико-волоконных линий связи и развития сетей мобильной связи [1]. И в результате были проведены работы по обновлению и модернизации более 3 тысяч объектов базовых станций по всем регионам страны. Это позволило обеспечить связь оператора для более 92% населения Узбекистана, сеть 4G — 70%. покрытие и сделать технологию 4G LTE доступной повсеместно.
Вместе с модернизацией систем и услуг мобильной связи увеличивается пространственная плотность абонентских устройств и изменение электромагнитного фона, которая существенно влияет на появление проблемы электромагнитной безопасности, так как напряженность электромагнитного поля превышающая допустимых уровней представляет опасное воздействие на организм человека. Вместе с тем человек не может отказаться от технологий, поэтому проводимые многочисленные исследования предлагают разные подходы контролирования уровня электромагнитной напряженности и способы мониторинга.
Большая часть радиотехнических средств (РТС) размещаются на территории крупных городов, где находятся основные ведомственные средства связи и передачи информации, и антенны базовых станций устанавливаются на высоте 15-100 метров от поверхности земли на уже существующих постройках на удобных с точки зрения массового обслуживания местах, и исчисляются сотнями. Из-за большого количества передающих устройств, существуют проблемы экологии, рассмотрение которых практически невозможно без данных о пространственно-временном распределении напряженности электромагнитного поля в условиях города.
Информация о распределении поля в условиях городской застройки необходима для обеспечения качественного функционирования радиоэлектронных средств, для решения
INTERNATIONAL SCIENTIFIC AND TECHNICAL CONFERENCE "DIGITAL TECHNOLOGIES: PROBLEMS AND SOLUTIONS OF PRACTICAL IMPLEMENTATION IN THE SPHERES" APRIL 27-28, 2023
вопросов электромагнитной совместимости, оценки электромагнитной обстановки (требующихся для правильного расположения средств радиосвязи и определения их взаимного влияния). Кроме того, из-за большого количества передающих устройств, существуют проблемы экологии, рассмотрение которых на практике также невозможно без данных о пространственном распределении поля.
Как нам известно механизм формирования поля радиоканала в условиях города отличается от механизма для плоской поверхности земли, поэтому перенос закономерностей полученных на приземных трассах, на город со сложным рельефом местности не совсем обоснован, так как не учитывает особенности распространения радиоволн в городской среде.
В условиях многолучевого распространения волн в городе естественным является предположение о статистической независимости амплитуд отраженных волн. Напряженность поля, создаваемая каждой волной в точке наблюдения, зависит от множества случайных факторов: формы и электрические свойства отражающей поверхности, ее неоднородности, ориентации в пространстве. Это позволяет рассматривать напряженность поля как комплексную случайную величину, распределение которой близко к нормальному, а для амплитуды сигнала предположить рэлеевский или райсовский характер распределения [2]. При движении приемного объекта в районах с примерно постоянной плотностью застройки 50% замираний оказывается на 9.. .10 дБ ниже среднего уровня сигнала, глубокие замирания достигают 24.35 дБ, при этом глубина замираний практически не зависит от частоты излучения. Исследование распределения амплитуды сигнала, принимаемого движущимся объектом в условиях города, осложняется статистической неоднородностью пространственных вариаций поля, причина которой, во-первых, в ослаблении поля при увеличении растояния между антеннами и, во-вторых, в том, что затенения, порождаемые зданиями, вызывают медленные изменения уровня сигнала и характера интерференционных замираний. В [3] измерения проводилась по нескольким десяткам участков длиной 100 м, чтобы устранить влияние более крупномасштабных измерений, связанных с конфигурацией кварталов, планировкой площади, парков и т.д.
Сравнение существующих методов моделирования показало, что многие работы, посвященные вопросу распространения электромагнитных волн в условии города, основываются на экспериментальных данных, называемые эмпирическими методами. Примером таким методам служат формулы Окамуры-Хата и методы, базирующиеся на их результатах, модель Уолфиш-Икегами, формулы Бардина, Рубина. Они очень примитивны в использовании, но в большинстве случаев не учитывают ряд существенных параметров, влияющих на формирование поля. Помимо этого, их применение, как и всех эмпирических моделей, учитывает то обстоятельство, что они были разработаны на основе измерений в определенных местностях и на ограниченных частотах, поэтому не охватывают весь диапазон и всего многообразия условий, встречающихся на практике.
В отличие от эмпирических, аналитические методы основываются на анализе основных физических эффектов, возникающих при взаимодействии излучения с городской средой. Условно их можно разделить на лучевые, волновые и статистические методы. Лучевые основываются на использовании геоинформации о городской среде и определении возможных траекторий распространения радиоволн с учетом взаимодействия излучения с
INTERNATIONAL SCIENTIFIC AND TECHNICAL CONFERENCE "DIGITAL TECHNOLOGIES: PROBLEMS AND SOLUTIONS OF PRACTICAL IMPLEMENTATION IN THE SPHERES" APRIL 27-28, 2023
элементами застройки. Такие методы трудоемки и очень требовательны к вычислительным ресурсам. Как показывает практика, они удовлетворительно описывают процесс распространения на расстояниях до 1 км и меньше, но при увеличении протяженности трасс погрешность моделирования существенно возрастает. Поэтому с точки зрения расчета зон покрытия, зон уверенной радиосвязи и т.п. эти модели в настоящее время находят ограниченное применение.
Исходя из выполненного анализа существующих моделей распространения электромагнитных волн в городской среде, был сделан вывод о необходимости разработки математической модели для расчета пространственного распределения поля, в которой учитывается специфика взаимодействия электромагнитного поля с городской застройкой и рельефом подстилающей поверхности.
REFERENCES
1. Указ Президента Республики Узбекистан "Об утверждении стратегии «Цифровой Узбекистан-2030» и мерах по ее эффективной реализации от 05.10.2020 Г. № УП-6079
2. Дымов, А.В. Анализ особенностей распространения радиоволн в городских условиях с учётом рельефа трассы / А.В. Дымов, Р.Ю. Козлов // Тезисы докладов 6-й Всероссийской научно-технической конференции молодых учёных и студентов «Современные проблемы радиоэлектроники». - Красноярск: КГТУ, 2004. - С. 207-208.
3. Григорьев О.А., Меркулов П.В. Гигиенические исследования электромагнитной обстановки на территориях вокруг базовых станций сотовой связи // Бюллетень медицинских интернет-конференций. -2012. -Т. 2, № 6. -С. 458-460.
4. Z.J. Allamuratova and R.N. Usmanov, "Computer modeling of distribution of electromagnetic fields in the environment of MATLAB/SIMULINK," 2017 International Conference on Information Science and Communications Technologies (ICISCT), Tashkent, Uzbekistan, 2017, pp. 1-4, doi: 10.1109/ICISCT.2017.8188586.
5. R. N. Usmanov, T. A. Kuchkorov, Z. Ju. Alamuratova, A. Ja. Kutlimuratov/ The algorithm of ranking environmental parameters by priority for ecological monitoring // 3rd International Conferenceon Innovations and development patterns in Technical and Natural Sciences, Berlin, 20 апреля 2018 года. - Berlin: Premier Publishing s.r.o., 2018. - P. 9-14.
