Chercher
Εκτός όμως από την αποκρυπτογράφηση των συντομογραφιών, δεν καταλαβαίνουν όλοι τι κρύβεται πίσω από αυτά τα γράμματα.
Ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά στη θεωρία των ραδιοκυμάτων.

Ραδιοφωνικό κύμα

Το μήκος κύματος (λ) είναι η απόσταση μεταξύ γειτονικών κορυφών κύματος.
Πλάτος(α) - μέγιστη απόκλιση από τη μέση τιμή κατά την ταλαντωτική κίνηση.
Περίοδος(T) - χρόνος μιας πλήρους ταλαντωτικής κίνησης
Συχνότητα (v) - αριθμός πλήρων κύκλων ανά δευτερόλεπτο

Υπάρχει ένας τύπος που σας επιτρέπει να προσδιορίσετε το μήκος κύματος κατά συχνότητα:

Όπου: το μήκος κύματος (m) είναι ίσο με τον λόγο της ταχύτητας του φωτός (km/h) προς τη συχνότητα (kHz)

"VHF", "DV", "SV"

Εξαιρετικά μακρά κύματα- v = 3-30 kHz (λ = 10-100 km).
Έχουν την ικανότητα να διεισδύουν βαθιά στη στήλη του νερού έως και 20 m και, ως εκ τούτου, χρησιμοποιούνται για επικοινωνία με υποβρύχια και το σκάφος δεν χρειάζεται να επιπλέει σε αυτό το βάθος, αρκεί να πετάξει έξω τη σημαδούρα σε αυτό το επίπεδο .
Αυτά τα κύματα μπορούν να εξαπλωθούν σε όλη τη γη, η απόσταση μεταξύ της επιφάνειας της γης και της ιονόσφαιρας αντιπροσωπεύει για αυτούς έναν «κυματοδηγό» κατά μήκος του οποίου διαδίδονται ανεμπόδιστα.

Μακριά κύματα(LW) v = 150-450 kHz (λ = 2000-670 m).


Αυτός ο τύπος ραδιοκυμάτων έχει την ικανότητα να κάμπτεται γύρω από εμπόδια και χρησιμοποιείται για επικοινωνία σε μεγάλες αποστάσεις. Έχει επίσης αδύναμη διείσδυση, οπότε αν δεν έχετε απομακρυσμένη κεραία, είναι απίθανο να μπορέσετε να πιάσετε κανέναν ραδιοφωνικό σταθμό.

Μεσαία κύματα(SV) v = 500-1600 kHz (λ = 600-190 m).


Αυτά τα ραδιοκύματα αντανακλώνται καλά από την ιονόσφαιρα, που βρίσκεται σε απόσταση 100-450 km πάνω από την επιφάνεια της γης. Αυτό το εφέ χρησιμοποιείται πρακτικά για επικοινωνία, συνήθως πάνω από αρκετές εκατοντάδες χιλιόμετρα τη νύχτα.

Μικρά κύματα(HF) v= 3-30 MHz (λ = 100-10 m).

Όπως τα μεσαία κύματα, αντανακλώνται καλά από την ιονόσφαιρα, αλλά σε αντίθεση με αυτά, ανεξάρτητα από την ώρα της ημέρας. Μπορούν να διαδοθούν σε μεγάλες αποστάσεις (αρκετές χιλιάδες χιλιόμετρα) λόγω των ανακλάσεων από την ιονόσφαιρα και την επιφάνεια της γης. Πομποί υψηλή ισχύςαυτό δεν απαιτείται.

Ultrashort Waves(VHF) v = 30 MHz - 300 MHz (λ = 10-1 m).


Αυτά τα κύματα μπορούν να λυγίσουν γύρω από εμπόδια σε μέγεθος πολλών μέτρων και επίσης να έχουν καλή διεισδυτική ισχύ. Λόγω τέτοιων ιδιοτήτων, αυτό το εύρος χρησιμοποιείται ευρέως για ραδιοφωνικές εκπομπές. Το μειονέκτημα είναι η σχετικά γρήγορη εξασθένησή τους όταν συναντούν εμπόδια.
Υπάρχει ένας τύπος που σας επιτρέπει να υπολογίσετε το εύρος επικοινωνίας στην περιοχή VHF:

Έτσι, για παράδειγμα, κατά τη μετάδοση από τον τηλεοπτικό πύργο Ostankino ύψους 500 μέτρων σε μια κεραία λήψης ύψους 10 μέτρων, η εμβέλεια επικοινωνίας, υπό την προϋπόθεση άμεσης ορατότητας, θα είναι περίπου 100 km.

Υψηλές συχνότητες (εύρος HF-cm) v = 300 MHz - 3 GHz (λ = 1-0,1 m).
Δεν λυγίζουν γύρω από εμπόδια και έχουν καλή διεισδυτική ικανότητα. Χρησιμοποιείται σε δίκτυα κινητής τηλεφωνίας και δίκτυα wi-fi.
Ένα ακόμα ενδιαφέρον χαρακτηριστικόκύματα αυτού του εύρους είναι ότι τα μόρια του νερού είναι σε θέση να απορροφούν την ενέργειά τους όσο το δυνατόν περισσότερο και να τη μετατρέπουν σε θερμότητα. Αυτό το εφέ χρησιμοποιείται σε φούρνους μικροκυμάτων.
Όπως μπορείτε να δείτε, εξοπλισμός wi-fiΚαι φούρνους μικροκυμάτωνλειτουργούν στο ίδιο εύρος και μπορούν να επηρεάσουν το νερό, επομένως, κοιμηθείτε σε μια αγκαλιά με δρομολογητής wi-fi, πολύ καιρόδεν αξίζει τον κόπο.

Εξαιρετικά υψηλές συχνότητες (κύμα χιλιοστών EHF) v = 3 GHz - 30 GHz (λ = 0,1-0,01 m).
Αντικατοπτρίζονται σχεδόν από όλα τα εμπόδια και διεισδύουν ελεύθερα στην ιονόσφαιρα. Λόγω των ιδιοτήτων τους χρησιμοποιούνται στις διαστημικές επικοινωνίες.

AM - FM

Συχνά, οι συσκευές λήψης έχουν θέσεις διακόπτη am-fm, τι είναι αυτό:

Π.Μ.- διαμόρφωση πλάτους

Αυτή είναι μια αλλαγή στο πλάτος της συχνότητας του φορέα υπό την επίδραση μιας δόνησης κωδικοποίησης, για παράδειγμα, μιας φωνής από ένα μικρόφωνο.
Το AM είναι ο πρώτος τύπος διαμόρφωσης που εφευρέθηκε από τον άνθρωπο. Μεταξύ των μειονεκτημάτων, όπως κάθε αναλογικός τύπος διαμόρφωσης, έχει χαμηλή ανοσία θορύβου.

FM- Διαμόρφωση συχνότητας


Αυτή είναι μια αλλαγή στη συχνότητα του φορέα υπό την επίδραση μιας κωδικοποιητικής ταλάντωσης.
Αν και αυτό είναι επίσης ένας αναλογικός τύπος διαμόρφωσης, έχει υψηλότερη ασυλία θορύβου από το AM και επομένως χρησιμοποιείται ευρέως στον ήχο τηλεοπτικών εκπομπών και εκπομπών VHF.

Στην πραγματικότητα, οι τύποι διαμόρφωσης που περιγράφονται έχουν υποείδη, αλλά η περιγραφή τους δεν περιλαμβάνεται στο υλικό αυτού του άρθρου.

Περισσότεροι όροι

Παρέμβαση- ως αποτέλεσμα των αντανακλάσεων των κυμάτων από διάφορα εμπόδια, τα κύματα αθροίζονται. Στην περίπτωση πρόσθεσης σε πανομοιότυπες φάσεις, το πλάτος του αρχικού κύματος μπορεί να αυξηθεί σε περίπτωση προσθήκης σε αντίθετες φάσεις, το πλάτος μπορεί να μειωθεί στο μηδέν.
Αυτό το φαινόμενο είναι πιο εμφανές κατά τη λήψη σημάτων VHF FM και τηλεόρασης.


Επομένως, για παράδειγμα, η ποιότητα της εσωτερικής λήψης είναι κακή εσωτερική κεραίαΗ τηλεόραση επιπλέει πολύ.

Περίθλαση- ένα φαινόμενο που εμφανίζεται όταν ένα ραδιοκύμα συναντά εμπόδια, με αποτέλεσμα το κύμα να μπορεί να αλλάξει πλάτος, φάση και κατεύθυνση.
Αυτό το φαινόμενο εξηγεί τη σύνδεση σε HF και SW μέσω της ιονόσφαιρας, όταν το κύμα ανακλάται από διάφορες ανομοιογένειες και φορτισμένα σωματίδια και ως εκ τούτου αλλάζει την κατεύθυνση διάδοσης.
Αυτό το ίδιο φαινόμενο εξηγεί την ικανότητα των ραδιοκυμάτων να διαδίδονται χωρίς άμεση ορατότητα, λυγίζοντας γύρω από την επιφάνεια της γης. Για να γίνει αυτό, το μήκος κύματος πρέπει να είναι ανάλογο με το εμπόδιο.

ΥΓ:

Ελπίζω ότι οι πληροφορίες που περιέγραψα θα είναι χρήσιμες και θα φέρουν κάποια κατανόηση σε αυτό το θέμα.

Δίνεται μεγάλη προσοχή στο πρόβλημα της διανομής εντός κτιρίων και χώρων. Αυτό οφείλεται στη δημιουργία τοπικών δικτύων πληροφόρησης, καθώς και στην παροχή αξιόπιστων ραδιοεπικοινωνιών στους υπαλλήλους της επιχείρησης για σκοπούς λειτουργικής διαχείρισης και ασφάλειας.

Η παρουσία τοίχων, χωρισμάτων, επίπλων, ηλεκτρονικού εξοπλισμού και άλλων αντικειμένων μέσα στα κτίρια δημιουργεί ένα πολύπλοκο περιβάλλον για τη διάδοση των ραδιοκυμάτων.

Οι κύριες επιπτώσεις που παρατηρούνται σε ένα τέτοιο περιβάλλον είναι:

Πολλαπλή δέσμη, λόγω πολλαπλών αντανακλάσεων από τοίχους και άλλα αντικείμενα.

Περίθλαση από αιχμηρές άκρες αντικειμένων μέσα στα δωμάτια.

Σκέδαση ραδιοκυμάτων.

Αυτά τα εφέ δημιουργούν μια πολύπλοκη δομή παρεμβολής ηλεκτρομαγνητικό πεδίο, το οποίο αλλάζει πολύ όταν μετακινούνται άνθρωποι και άλλα αντικείμενα.

Μοντέλα που χρησιμοποιούνται για την περιγραφή των συνθηκών διάδοσης ραδιοφώνου μέσα στα κτίρια

Λήψη σημάτων από τηλεχειριστήριο εξωτερική πηγήμέσα στο κτίριο μπορεί να προβλεφθεί μόνο με τους πιο γενικούς όρους. Εκτός από τις συνθήκες για τη διάδοση των ραδιοκυμάτων από τον πομπό στον δέκτη, που καθορίζονται από το ύψος των σημείων, την πυκνότητα και τη φύση του κτιρίου, το επίπεδο σήματος επηρεάζεται σημαντικά από το σχεδιασμό και το υλικό του κτιρίου, καθώς και τη θέση του δέκτη μέσα στο κτίριο. Το να ληφθούν υπόψη αυτές οι συνθήκες είναι πρακτικά αδύνατο, δεδομένου ότι εντός του ίδιου δωματίου υπάρχουν πιθανές ρυθμίσεις εξοπλισμού λήψης στον οποίο η λήψη μπορεί να είναι είτε καλή είτε κακή, και μερικές φορές εντελώς απούσα. Η πολύπλοκη φύση παρεμβολής του πεδίου σε εσωτερικούς χώρους προκαλεί απότομες αλλαγές στη στάθμη του λαμβανόμενου σήματος, που συχνά υπερβαίνει τα 20 dB, ακόμη και με ελαφρά κίνηση του δέκτη. Μια αλλαγή στη συχνότητα του σήματος οδηγεί σε ανακατανομή των πεδίων, έτσι ώστε μια προηγουμένως αποδεκτή διάταξη του εξοπλισμού μπορεί να αποδειχθεί εντελώς ανεπιτυχής. Τα αποτελέσματα των μετρήσεων που δίνονται σε διάφορες εργασίες είναι δύσκολο να συγκριθούν και μπορεί να φαίνονται αντιφατικά εάν δεν λάβετε υπόψη την εξαιρετική ευαισθησία του σχεδίου χωρικών παρεμβολών του πεδίου σε εσωτερικούς χώρους σε αλλαγές σε οποιεσδήποτε συνθήκες μετάδοσης ή λήψης σήματος.

Η εξασθένηση του σήματος κατά τη διέλευση σε κτίρια (συγκρίνοντας το επίπεδο σήματος μέσα σε ένα κτίριο με το επίπεδο σήματος έξω από αυτό στο ίδιο ύψος) προσδιορίστηκε από το Rice σε συχνότητες 35 και 150 MHz. Σύμφωνα με εκτιμήσεις, η «απώλεια διείσδυσης» είναι κατά μέσο όρο 22-24 dB με τυπική απόκλιση 12-14 dB. Σημειώνεται επίσης ότι μερικές φορές παρατηρούνται αλλαγές που υπερβαίνουν τα 20 dB όταν τα σημεία χωρίζονται με λίγα μόνο βήματα. Γενικά, οι διακυμάνσεις του χωρικού σήματος εντός ενός ορόφου υπακούουν σε μια λογαριθμική κανονική κατανομή. Η μεγαλύτερη εξασθένηση σήματος παρατηρήθηκε στον πρώτο όροφο.

Οι μετρήσεις που έγιναν από τον Shefferd στην Ουάσιγκτον σε συχνότητες 150, 450 και 900 MHz δείχνουν σχεδόν γραμμική εξάρτησημέση στάθμη σήματος εντός του κτιρίου ανάλογα με το ύψος του σημείου λήψης. Συγκρίνει ενδιάμεσο επίπεδοσήμα στο εσωτερικό του κτιρίου διαδοχικά σε διαφορετικούς ορόφους με το πλάτος του σήματος στο δρόμο κοντά στο κτίριο σε ύψη 1-1,5 m πάνω από το έδαφος. Στο ισόγειο, το σήμα στο εσωτερικό του κτιρίου μειώθηκε κατά 35 dB στα 150 MHz. Η ανύψωση του δέκτη μέσα στο κτίριο μείωσε την εξασθένηση κατά μέσο όρο στα 8 dB στον δέκατο τέταρτο όροφο. Στις συχνότητες των 450 και 900 MHz, οι αντίστοιχες τιμές ήταν κοντινές και ισοδυναμούσαν με 28 dB στον πρώτο και 0 dB στον δέκατο τέταρτο όροφο.

Η εξάρτηση από το ύψος της εξασθένησης μέσα σε ένα κτίριο εξαρτάται σημαντικά από το ύψος και την πυκνότητα του κτιρίου. Οι μετρήσεις του Durant στο Σικάγο και στο Schaumburg, όπου η κεραία του σταθμού βάσης εγκαταστάθηκε περίπου 50 μέτρα πάνω από το έδαφος σε ανοιχτή θέση (κυρίως ένα άμεσο σήμα στο σημείο λήψης σε εξωτερικούς χώρους), επιβεβαίωσαν στα 900 MHz μια σχεδόν γραμμική εξάρτηση από το ύψος της εξασθένησης στο εσωτερικό. κτίριο (25 dB στο ισόγειο και 0 dB στον δωδέκατο όροφο) σε σχέση με το επίπεδο σήματος που καταγράφηκε κοντά στο κτίριο στο δρόμο. Ταυτόχρονα, μετρήσεις στο Μανχάταν, όπου το ύψος της κεραίας ήταν περίπου 180 μ. (αλλά στην περιοχή σταθμό βάσηςΥπήρχαν πολλά ψηλά κτίρια σε απόσταση μισού μιλίου που δημιουργούσαν σκιές προς τον δέκτη, δίνοντας μια χαμηλότερη κλίση εξασθένισης ύψους: 22 dB στο ισόγειο και 6 dB στον εικοστό όροφο. Σημειώνεται ότι το ύψος του σημείου παραλαβής ήταν ακόμα ανεπαρκές για να βγει από τη σκιά που δημιουργούσαν τα γύρω κτίρια. Τα κτίρια στο Μανχάταν ήταν 20-80 ορόφων, στο Σικάγο - 8-16 ορόφων. Οι «απώλειες διείσδυσης» στο κτίριο κυμαίνονταν σε όλες τις περιπτώσεις από 10 έως 30 dB, αλλά, κατά κανόνα, στους κάτω ορόφους ήταν μεγαλύτερες (18-30 dB). Η κατανομή του πλάτους του σήματος ήταν κοντά στο λογότυπο.

Πειράματα για τον προσδιορισμό της εξασθένησης VHF μέσα σε κτίρια περιγράφονται επίσης στο βιβλίο. Για μετρήσεις, επιλέχθηκαν κτίρια με γνωστό επίπεδο έντασης πεδίου έξω σε ένα επίπεδο 1,5 m από το έδαφος. Οι μετρήσεις εσωτερικού χώρου με χρήση δέκτη-αναλυτή κατέστησαν δυνατή τη λήψη σημαντικό δείγμαεξασθένηση του πεδίου VHF που διεισδύει στις εγκαταστάσεις του κτιρίου, κάθε τιμή του οποίου προσδιορίστηκε ως

όπου είναι το διάμεσο επίπεδο έντασης πεδίου έξω από το κτίριο σε επίπεδο 1,5 m από το έδαφος και είναι το διάμεσο επίπεδο έντασης πεδίου εντός κτιρίων σε επίπεδο 1 m από το δάπεδο.

Η στατιστική επεξεργασία των δειγμάτων εξασθένησης πραγματοποιήθηκε για κάθε τύπο χώρων (πρώτοι και ισόγειοι, υπόγεια) ξεχωριστά σύμφωνα με το κλασικό σχήμα: τα αποτελέσματα που προέκυψαν για την αξιολόγηση της εξασθένησης για κάθε τύπο κτιρίου ομαδοποιήθηκαν σε διαστήματα και προσδιορίστηκε η μέση τιμή τους , τον αριθμό των δειγμάτων σε κάθε 1ο διάστημα και τη σχετική τιμή του (συγκεκριμένα). Στη συνέχεια, προσδιορίστηκε η πυκνότητα του συγκεκριμένου.

Το σχήμα 4.12 δείχνει τα αντίστοιχα ιστογράμματα. Από τα γραφήματα που δίνονται είναι σαφές ότι οι τάξεις μεγέθους των «απωλειών διείσδυσης» είναι αρκετά συνεπείς με τα δεδομένα ξένων συγγραφέων. Υπάρχει επίσης μια σαφώς ορατή τάση για μείωση της σχετικής εξασθένησης καθώς κάποιος ανεβαίνει σε υψηλότερους ορόφους.

Όλες οι πειραματικές μελέτες σημειώνουν μια σχετικά ασθενή εξάρτηση της «απώλειας διείσδυσης» από τη συχνότητα σήματος για συχνότητες άνω των 30 MHz.

Μέχρι σήμερα, δεν υπάρχουν ικανοποιητικές μέθοδοι για τον υπολογισμό της μέσης εξασθένησης πεδίου όταν διεισδύει σε ένα κτίριο. Η στροφή σε πολυστρωματικές διηλεκτρικές κατασκευές δεν γεννά καμία ελπίδα. Η προσαρμογή του τετραγωνικού τύπου του Vvedensky με την εισαγωγή εμπειρικών συντελεστών σε αυτόν επίσης δεν φαίνεται πολλά υποσχόμενη, καθώς δεν μπορεί να ερμηνευθεί εύλογα από φυσική άποψη.

Είναι φυσικό να υποθέσουμε ότι, κατά μέσο όρο, η υψομετρική εξάρτηση του πεδίου μέσα στο κτίριο πρέπει να αντιστοιχεί στην εξάρτηση από το υψόμετρο του πεδίου έξω από το κτίριο, διαφέροντας από αυτήν κατά έναν ορισμένο παράγοντα. Αυτό επιβεβαιώνεται από μια ποιοτική σύγκριση της υψομετρικής εξάρτησης στα περιγραφόμενα έργα με την υψομετρική εξάρτηση της διάμεσης τιμής της έντασης πεδίου στην πόλη, που καθιερώθηκε σε γενικούς όρους πειραματικά.

1. Τα περισσότερα μοντέλα για τον υπολογισμό των ραδιοφωνικών διαδρομών μέσα σε κτίρια βασίζονται στον τύπο για τη διάδοση των ραδιοκυμάτων σε ελεύθερο χώρο

που είναι η ισχύς του πομπού?

Απόσταση μεταξύ πομπού και δέκτη

Ωστόσο, η παρουσία τοίχων, δαπέδων, αντικειμένων, ανθρώπων και άλλων αντικειμένων οδηγεί στην εφαρμογή κάποιων εμπειρικών μοντέλων που βασίζονται σε πολυάριθμα πειράματα.

Για τέτοια ίχνη, οι απώλειες καθορίζονται από την έκφραση

πού είναι η απόσταση μεταξύ του πομπού και του δέκτη;

Απόσταση όρασης.

Απώλειες κατά τη διάδοση ραδιοκυμάτων κατά μήκος μιας οπτικής διαδρομής μήκους r 0 .

Σε ορισμένα μοντέλα, το n είναι μια σταθερή τιμή και είναι συνάρτηση της απόστασης μεταξύ του δέκτη και του πομπού. Δείχνει τον ρυθμό με τον οποίο αυξάνονται οι απώλειες μετάδοσης με την απόσταση:

Στο εύρος της απόστασης

Έως r = 10 m n = 2,

10 μ< r < 20 м n = 3,

20 μ< r < 40 м n = 6,

R > 40 m n = 12.

Είναι σημαντικό να επιλέξετε τη σωστή απόσταση r 0 να μελετήσει τις συνθήκες διάδοσης. Σε κυψελωτές επικοινωνίες με μεγάλες περιοχές κάλυψης, χρησιμοποιείται συνήθως απόσταση 1 km, σε μικροκυψελωτά συστήματα είναι πολύ μικρότερη - 100 m Αυτή η απόσταση πρέπει να αντιστοιχεί στο μακρινό πεδίο της κεραίας για την εξάλειψη των φαινομένων κοντινού πεδίου.

Η αύξηση της τιμής του n με την αύξηση της απόστασης σχετίζεται με την αύξηση του αριθμού των τοιχωμάτων που χωρίζουν τις κεραίες λήψης και εκπομπής.

Ο δείκτης n εξαρτάται από τις συγκεκριμένες παραμέτρους του περιβάλλοντος διανομής. Οι τιμές του n για διάφορα μέσα δίνονται στον πίνακα. 3.1.

Πίνακας 3.1

Δείκτης n Ελεύθερος χώρος Κυτταρική επικοινωνία στην πόλη Κυψελοειδής σύνδεση στην πόλη στη σκιά Σε κτίρια με άμεση οπτική επαφή Εμπόδια, ακαταστασία στα κτίρια

Πίνακας 3.2

Υλικό	Ποσοστό διέλευσης, %		Συντελεστής ανάκλασης, %
Γυψοσανίδα (s=1cm)
Φινρολίτης (s=1,9cm)
Πλάκα σκυροδέματος (s=10cm)

2. Φαινόμενο αντήχησης

Εάν η κεραία εκπομπής βρίσκεται μέσα σε ένα δωμάτιο, τότε, ανεξάρτητα από τη θέση της, η επαναλαμβανόμενη ανάκλαση ραδιοκυμάτων από τοίχους, δάπεδα, οροφές, έπιπλα και άλλα αντικείμενα οδηγεί σε αύξηση της ισχύος του λαμβανόμενου σήματος σε σύγκριση με τον ελεύθερο χώρο. Αυτό θυμίζει το φαινόμενο της αντήχησης, καλά μελετημένο στην ακουστική.

Αντήχηση – υπολειπόμενος ήχος όταν η πηγή είναι απενεργοποιημένη λόγω αντανακλάσεων.

Ο τύπος για τον υπολογισμό των κύριων απωλειών είναι:

,

όπου R είναι ο συντελεστής αντήχησης (συντελεστής ανάκλασης)

όπου S είναι η περιοχή της απορροφητικής επιφάνειας.

–μέσος συντελεστής απορρόφησης της επιφάνειας.

Η τιμή των απωλειών εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τον συντελεστή απορρόφησης δομικών υλικών και επιστρώσεων (Πίνακας 3.2).

Πίνακας 3.2

Υλικό		Ποσοστό διέλευσης, %		Συντελεστής ανάκλασης, %
Γυψοσανίδα (s=1cm)
Φινρολίτης (s=1,9cm)
Πλάκα σκυροδέματος (s=10cm)

Ορισμένες εργασίες παρουσιάζουν τα αποτελέσματα πειραματικών μελετών των ηλεκτρομαγνητικών ιδιοτήτων ορισμένων κτιριακών κατασκευών (τοίχοι, χωρίσματα κ.λπ.), καθώς και τις ιδιότητες ομοιογενών δομικών υλικών - βλέπε πίνακα. στο εύρος κυμάτων 2 – 7 GHz (Πίνακες 1, 2).

Κατά τον υπολογισμό των χαρακτηριστικών των σημάτων εντός κτιρίων και χώρων, χρησιμοποιούνται διάφορες τροποποιήσεις των μεθόδων ακτίνων, οι οποίες καθιστούν δυνατό να ληφθούν υπόψη αντανάκλασηραδιοκύματα από τοίχους, οροφές, δάπεδα, τοπικά αντικείμενα, περίθλασηκύματα σε πόρτες, παράθυρα και άλλα φαινόμενα που συνοδεύουν τη διάδοση των ραδιοκυμάτων.

Πίνακας 1. Αποτελέσματα μετρήσεων συντελεστών μετάδοσης και ανάκλασης για διάφορα υλικά σε δύο συχνότητες 2,3 GHz και 5,25 GHz.

Υλικό
Πλεξιγκλάς (7,1 χλστ.)
Πλεξιγκλάς (2,5 χλστ.)
Στόρια (κλειστά)
Περσίδες (ανοιχτές)
Κόκκινο τούβλο (στεγνό)
Κόκκινο τούβλο (υγρό)
Κάλυμμα οροφής
Fiberglass
Μουσαμάς
Κωνοφόρο σανίδα
Γυψοσανίδα
Μπλοκ στάχτης (στεγνό)
Μπλοκ στάχτης (υγρό)

Πίνακας 2. Σχετική διηλεκτρική σταθερά και εφαπτομένη απώλεια στα f = 2 – 7 GHz

Υλικό	Σχετικό διηλεκτρικό Διαπερατό	Εφαπτομένη απώλειας
Πλέξιγκλας
Στόρια (κλειστά)
Περσίδες (ανοιχτές)
Κόκκινο τούβλο (στεγνό)
Κόκκινο τούβλο (υγρό)
Κάλυμμα οροφής
Fiberglass
Μουσαμάς
Κωνοφόρο σανίδα
Γυψοσανίδα

Μέθοδος παραβολικής εξίσωσης (για τον υπολογισμό ραδιοδρομικών διαδρομών που τρέχουν σε ανώμαλο έδαφος)

Donohue D.I., Kutter I.R. Μοντελοποίηση διάδοσης σε έδαφος με χρήση της εξίσωσης παραβολικών κυμάτων. IEEETrans.AntennasPropagat. 2000, τόμ. 42Αρ.2,σ.200 – 277.

Μοντέλα που λαμβάνουν υπόψη την περίθλαση των ραδιοκυμάτων από αρκετά εμπόδια είναι τα μοντέλα Billington, Einstein-Peterson κ.λπ.

ΕΡΓΟ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ

Σύμφωνα με την επαγγελματική ενότητα PM01

Διαθεματικό μάθημα: ΜΔΚ 01.01. Τεχνολογία εγκατάστασης συστημάτων κινητής επικοινωνίας

Θέμα: «Σχεδιασμός δικτύου κινητής τηλεφωνίας με ομοιόμορφη κατανομή συνδρομητών σε μια δεδομένη περιοχή»

Ειδικότητα: 210705 Επικοινωνίες με κινούμενα αντικείμενα

Συμπληρώθηκε από μαθητή της ομάδας 3SSPO9-5(u): ___________

Έλεγχος από τον δάσκαλο: Ruchko V.M. ___________

Μόσχα 2015

GBPOU ΚΟΛΛΕΓΙΟ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ Νο 54

Σύμφωνος

Πρόεδρος του αρθρωτού

προμήθειες

N.G Lobanova

"____"_______2015

Για σχεδιασμό μαθημάτων στην επαγγελματική ενότητα PM 01

Διαθεματικό μάθημα: MDK 01.01 Τεχνολογία εγκατάστασης συστημάτων κινητής επικοινωνίας

Ειδικότητα: 210705, Επικοινωνίες με κινούμενα αντικείμενα

Φοιτητικό γρ. 3SSPO9-5(u): _________________________

Θέμα: «Σχεδιασμός δικτύου κινητής τηλεφωνίας με ομοιόμορφη κατανομή συνδρομητών σε μια δεδομένη περιοχή»

Επιλογή:_____

Σχεδιάστε κυψελωτά δίκτυα με ομοιόμορφη κατανομή συνδρομητών σε μια δεδομένη περιοχή με τα ακόλουθα αρχικά δεδομένα:

1.Τύπος επικράτειας στην περιοχή εξυπηρέτησης__________________________

2. Χρησιμοποιείται πρότυπο κυψελοειδούς επικοινωνίας_________________________________

3.Αριθμός συνδρομητών στην περιοχή εξυπηρέτησης (δίκτυο M, χιλιάδες άτομα)____________

4.Περιοχή εξυπηρέτησης (δίκτυο S, km 2)_______________________

5. Πιθανότητα άρνησης παροχής καναλιού σε συνδρομητή κατά τις ώρες αιχμής (PHN) p από k.=0,02

6. Επιτρεπόμενη κίνηση σε ένα κελί σύμφωνα με τον αριθμό των καναλιών A κελί____

7.Μέση επισκεψιμότητα ανά συνδρομητή στο CHNN, A 1 =0,015-0,025Erl.

Κατά την ολοκλήρωση των μαθημάτων:

1. Κάντε τη βέλτιστη επιλογή καναλιών συχνότητας

3.Βρείτε μέγιστη αφαίρεσησε μια κηρήθρα συνδρομητικό σταθμόαπό το σταθμό βάσης

4. Προσδιορίστε την ισχύ πομπού του σταθμού βάσης

8. Σχεδιάστε τη διαδρομή του σήματος από το BS στο ηχείο

9. Σχεδιάστε τη διαμόρφωση του δικτύου (σύμφωνα με τις επιλογές)

Δάσκαλος Ruchko V.M.

Εισαγωγή………………………………………………………… 4

1.Επιλογή καναλιών συχνότητας…………………………………..

2. Υπολογισμός του αριθμού των κυψελών στο δίκτυο………………………………………………

3. Υπολογισμός της απόστασης του ΑΣ από το ΒΣ…………………………………….

4. Υπολογισμός ισοζυγίου ισχύος…………………………………….

5. Υπολογισμός απωλειών στη διαδρομή……………………………………….

6.Υπολογισμός τροφοδοσίας σταθμού βάσης………………….

7.Υπολογισμός της αξιοπιστίας του κυψελοειδούς δικτύου……………………..

8. Λογοτεχνία……………………………………………………

Παράρτημα 1……………………………………………………………..

Διαδρομή σήματος από το BS στο ηχείο

Παράρτημα 2……………………………………………………………………….

Μοντέλο Erlang B (σύστημα με αστοχίες)

Παράρτημα 3……………………………………………………………..

Διαμόρφωση δικτύου

Εισαγωγή

Ο σχεδιασμός είναι ένα από τα πιο περίπλοκα και κρίσιμα στάδια στην ανάπτυξη συστημάτων κυψελοειδούς επικοινωνίας (CCS), καθώς πρέπει να διασφαλίζει ότι η κατασκευή ενός δικτύου είναι όσο το δυνατόν πιο κοντά στο βέλτιστο με βάση το κριτήριο απόδοσης-κόστους. Κατά το σχεδιασμό, είναι απαραίτητο να προσδιοριστεί η θέση της εγκατάστασης BS και να διανεμηθούν τα διαθέσιμα κανάλια συχνότητας μεταξύ των κυψελών (να συντάξετε ένα σχέδιο εδαφικής συχνότητας σύμφωνα με την αρχή της επαναχρησιμοποίησης συχνοτήτων) με τέτοιο τρόπο ώστε να διασφαλίζεται η υπηρεσία κινητής τηλεφωνίας για μια δεδομένη περιοχή με την απαιτούμενη ποιότητα με ελάχιστο αριθμό BS, δηλ. με ελάχιστο κόστος υποδομής δικτύου. Στην πραγματικότητα, αυτό το έργο είναι πολύ δύσκολο. Από τη μία πλευρά, η υπερβολικά συχνή τοποθέτηση BS είναι ασύμφορη. Γιατί συνεπάγεται αδικαιολόγητο κόστος. Από την άλλη πλευρά, η πολύ αραιή θέση του BS μπορεί να οδηγήσει στην εμφάνιση μη εξυπηρετούμενων περιοχών της επικράτειας, οι οποίες είναι απρόσιτες. Το έργο περιπλέκεται περαιτέρω από τη δυσκολία αναλυτικής αξιολόγησης των χαρακτηριστικών της θέσης των σημάτων και τον υπολογισμό της έντασης του πεδίου, καθώς και από την ανάγκη να ληφθεί υπόψη η ανομοιομορφία της κυκλοφορίας εντός της περιοχής εξυπηρέτησης.

Στο σχεδιασμένο δίκτυο είναι απαραίτητο να πραγματοποιηθούν πειραματικές μετρήσεις των χαρακτηριστικών του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου και με βάση τα αποτελέσματα των μετρήσεων προσαρμόζεται και το δικτυακό διάγραμμα. Ο απαιτούμενος όγκος των πειραματικών μετρήσεων και η συχνότητα επανάληψής τους καθορίζονται με βάση την εμπειρία των σχεδιαστών. Η ποιότητα του έργου αξιολογείται τελικά στο στάδιο της λειτουργίας του δικτύου, όπου οι προσαρμογές και οι τροποποιήσεις του είναι επίσης αναπόφευκτες, ειδικά στην αρχή της εργασίας, όταν το δίκτυο διαμορφώνεται και βελτιστοποιείται. Αυτό το στάδιο της εργασίας αποδεικνύεται στην πραγματικότητα ότι είναι το πιο εντάσεως εργασίας. Απαιτούνται βελτιώσεις στο έργο καθώς το δίκτυο αναπτύσσεται και βελτιώνεται για τη βελτίωση της ποιότητάς του.

Η ποιότητα των υπηρεσιών που παρέχει το δίκτυο καθορίζεται σε μεγάλο βαθμό από τα χαρακτηριστικά του υποσυστήματος BS. Κατά τη διαδικασία σχεδιασμού ενός δικτύου BS, επιλύονται τα ακόλουθα καθήκοντα: εξασφάλιση ραδιοκάλυψης της επικράτειας στην οποία πρέπει να παρέχονται υπηρεσίες επικοινωνίας. δημιουργία δικτύου του οποίου η χωρητικότητα θα είναι επαρκής για την εξυπηρέτηση της κίνησης που παράγεται από συνδρομητές με αποδεκτό επίπεδο συμφόρησης· βελτιστοποίηση της επίλυσης των παραπάνω προβλημάτων (χρησιμοποιώντας έναν ελάχιστο αριθμό υποσυστημάτων και στοιχείων δικτύου) σε όλο τον κύκλο του δικτύου.

Χωρίς την επίλυση των αναφερόμενων προβλημάτων είναι αδύνατο να διασφαλιστεί υψηλής ποιότηταςπαρεχόμενες υπηρεσίες. Σύμφωνα με τον ορισμό της Διεθνούς Ένωσης Τηλεπικοινωνιών (ITU), ως ποιότητα υπηρεσίας νοείται η συνολική επίδραση της παροχής υπηρεσιών, η οποία καθορίζει τον βαθμό ικανοποίησης του συνδρομητή από αυτές. Εκτός τεχνικές πτυχέςποιότητα λειτουργίας του δικτύου, αυτός ο ορισμός περιλαμβάνει επίσης πτυχές που σχετίζονται με την παροχή πρόσθετων υπηρεσιών (για παράδειγμα, όπως η μετάδοση σύντομα μηνύματα), κόστος εξυπηρέτησης, τιμή και ποιότητα λειτουργίας κινητών τερματικών κ.λπ.

Καθ' όλη τη διάρκεια του κύκλου ζωής του δικτύου, ο αριθμός των συνδρομητών του, ο όγκος της κίνησης και η κατανομή του στην περιοχή εξυπηρέτησης αλλάζουν συνεχώς. Επιπλέον, υπάρχουν εποχικές (περιοδικές) αλλαγές στον κυκλοφοριακό όγκο και την εδαφική κατανομή του. Η διαμόρφωση του δικτύου BS πρέπει να προσαρμοστεί στις αλλαγές που συμβαίνουν, επομένως ο σχεδιασμός του είναι μια συνεχής διαδικασία. Υπάρχουν πολλά στάδια σε αυτό: σχεδιασμός ραδιοφωνικής κάλυψης. προγραμματισμός χωρητικότητας· Σχεδιασμός συχνότητας. ανάλυση και βελτιστοποίηση απόδοσης δικτύου.

Αυτή η σταδιακή διαίρεση είναι σε μεγάλο βαθμό αυθαίρετη, αφού όλα τα στάδια συνδέονται στενά. Η ακολουθία των σταδίων του σχεδιασμού του δικτύου BS φαίνεται στο Σχήμα 4.1.

Εικόνα 4.1. Στάδια σχεδιασμού δικτύου BS

Στο στάδιο σχεδιασμού ραδιοκάλυψης, ο ελάχιστος απαιτούμενος αριθμός BS (κυψέλες), η βέλτιστη θέση τους στο έδαφος και οι ραδιοτεχνικές παράμετροι προσδιορίζονται για να διασφαλιστεί η ραδιοκάλυψη μιας δεδομένης περιοχής με το απαιτούμενο επίπεδο ισχύος ραδιοφωνικού σήματος που λαμβάνεται από το κινητό τερματικό .

Μοντέλα διάδοσης ραδιοφώνου

Οι συνθήκες διάδοσης ραδιοφώνου περιλαμβάνουν 5 μοντέλα:

• στατικό μοντέλο (STATIC);
• για αγροτικές περιοχές (Rax)·
• για λοφώδες έδαφος (HTx)·
• για τυπική αστική ανάπτυξη (Tux).
• για πυκνές αστικές περιοχές (Bux).

Σε μοντέλα με δυναμικό (Rax, HTx, Tux, Bux) καθορίζονται δύο επιλογές αλλαγής παραμέτρων, οι οποίες αντιστοιχούν στις συνθήκες οδήγησης του οχήματος στην πόλη με ταχύτητα 50 km/h και σε αγροτικές περιοχές - 200 km/h. Για παράδειγμα, η αλλαγή στο ραδιοφωνικό σήμα στην είσοδο ενός ραδιοφωνικού δέκτη αυτοκινήτου που κινείται με ταχύτητα 200 km/h σε λοφώδες έδαφος περιγράφεται από το μοντέλο HT200.

Επιπλέον, υπάρχει ένα μοντέλο για τη δοκιμή του ισοσταθμιστή (Eqx).

Το στατικό μοντέλο χαρακτηρίζεται από την απουσία παραμορφώσεων πλάτους και φάσης του σήματος.

Το αγροτικό μοντέλο διάδοσης σήματος περιγράφει τις διακυμάνσεις του σήματος με μια κατανομή Rice και προσομοιώνει μια σταθερή μετατόπιση συχνότητας Doppler.

Οι συνθήκες για τη διάδοση του σήματος σε λοφώδες έδαφος απαιτούν την απουσία άμεσης ραδιοορατότητας μεταξύ του δέκτη και του πομπού, καθώς και την παρουσία επαρκώς απομακρυσμένων ανακλαστικών αντικειμένων. Τέτοιες συνθήκες περιγράφονται από ένα μοντέλο δύο ακτίνων με μέση αναλογία στάθμης δέσμης μείον 8,6 dB και μέση καθυστέρηση σήματος στη δεύτερη δέσμη ενός τετάρτου συμβόλου. Οι διακυμάνσεις του σήματος στην είσοδο του δέκτη περιγράφονται από το νόμο του Rayleigh.

Τα μοντέλα διάδοσης σήματος σε αστικά περιβάλλοντα υποθέτουν την απουσία άμεσης ραδιοορατότητας μεταξύ του δέκτη και του πομπού και την παρουσία μεγάλη ποσότηταανακλαστικά αντικείμενα. Αυτή η περίπτωση περιγράφεται επίσης από ένα μοντέλο δύο ακτίνων, αλλά με διαφορετικές σχέσεις πλάτους και χρόνου. Για παράδειγμα, η καθυστέρηση μεταξύ των ακτίνων είναι περίπου το 1/10 του συμβόλου, πράγμα που σημαίνει ότι το σήμα στην είσοδο του δέκτη δεν παρουσιάζει ουσιαστικά καμία παραμόρφωση μεταξύ συμβόλων.

Το μοντέλο δοκιμής του ισοσταθμιστή χρησιμοποιείται μόνο για τη δοκιμή εξοπλισμού κλάσης Ε Σε αυτό το μοντέλο, οι διακυμάνσεις του σήματος στην είσοδο του δέκτη προσομοιώνονται με εξασθένιση του Rayleigh κατά μήκος τεσσάρων ακτίνων με καθυστέρηση σήματος στις δέσμες έως και δύο συμβόλων.

Γραμμές επικοινωνίας βασισμένες σε ραδιοφωνικό κανάλι

ΔΙΑΛΕΞΗ 2

Ανάλογα με το μέσο διάδοσης του σήματος που χρησιμοποιείται, οι υπάρχοντες τύποι γραμμών επικοινωνίας (LC) συνήθως χωρίζονται σε ενσύρματα και σε γραμμές στην ατμόσφαιρα (ραδιογραμμές). Αρχίζουν να χρησιμοποιούνται και ασύρματες οπτικές γραμμές επικοινωνίας.

Οι ακόλουθες βασικές απαιτήσεις επιβάλλονται στις γραμμές επικοινωνίας:

· επικοινωνία στις απαιτούμενες αποστάσεις.

ευρυζωνική καταλληλότητα και μετάδοση διάφορα είδημηνύματα?

· προστασία των κυκλωμάτων από αμοιβαίες επιρροές και εξωτερικές παρεμβολές, καθώς και από σωματικές επιρροές(ατμοσφαιρικά φαινόμενα, διάβρωση κ.λπ.)

· Σταθερότητα παραμέτρων γραμμής, σταθερότητα και αξιοπιστία επικοινωνίας.

· αποτελεσματικότητα του συστήματος επικοινωνίας στο σύνολό του.

Ας εξετάσουμε τα χαρακτηριστικά της διάδοσης ηλεκτρομαγνητικών ταλαντώσεων διαφόρων σειρών ραδιοκυμάτων.

Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα που χρησιμοποιούνται για σκοπούς ασύρματης επικοινωνίας χωρίζονται σε ραδιοκύματα και οπτικά κύματα, που χαρακτηρίζονται από συχνότητα δόνησης και μήκος κύματος και χωρίζονται σε 9 ζώνες ραδιοκυμάτων και 3 ζώνες οπτικών κυμάτων.

Τα ραδιοκύματα που εκπέμπονται από την κεραία εκπομπής διέρχονται γενική περίπτωσηδύσκολο μονοπάτι. Το μέγεθος της έντασης του πεδίου στο σημείο λήψης επηρεάζεται από πολλούς παράγοντες. Τα κυριότερα:

• ανάκλαση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων από την επιφάνεια της Γης.
• διάθλαση (αντανάκλαση) στα ιονισμένα στρώματα της ατμόσφαιρας (ιονόσφαιρα).
• σκέδαση στις διηλεκτρικές ανομοιογένειες των κατώτερων στρωμάτων της ατμόσφαιρας (τροπόσφαιρα).
• περίθλαση στη σφαιρική κυρτότητα της Γης.

Επιπλέον, η ένταση του πεδίου στο σημείο λήψης εξαρτάται από το μήκος κύματος, τον φωτισμό της ατμόσφαιρας της γης από τον Ήλιο και έναν αριθμό άλλων παραγόντων.

Η ταξινόμηση και οι μέθοδοι διάδοσης των ραδιοκυμάτων δίνονται στον Πίνακα. 2.1 και πίνακας. 2. 2. Η διαίρεση των ραδιοκυμάτων σε εμβέλεια καθορίζεται από τους Διεθνείς Κανονισμούς Ραδιοεπικοινωνιών ITU-R.

Πίνακας 2.1 – Ταξινόμηση ζωνών ραδιοκυμάτων

Τύπος ραδιοκυμάτων	Τύπος ραδιοκυμάτων	Εύρος ραδιοκυμάτων (μήκος κύματος)	Διάμετρος αρ.	Εύρος συχνοτήτων	Τύπος ραδιοσυχνοτήτων
Μυριαμέτρο	Εξαιρετικά μακρύ	10..100 χλμ		3..30 kHz	Πολύ χαμηλό (VLF)
Χιλιόμετρο	Μακρύς	1..10 χλμ		30..300 kHz	Χαμηλό (LF)
Εκτομετρική	Μέσος	100..1000 μ		300..3000 kHz	Mids (μεσαία)
Δεκάμετρο	Μικρός	10..100 μ		3..30 MHz	Τριμπλ (HF)
Μέτρο		1..10 μ		30..300 MHz	Πολύ υψηλό (VHF)
δέκατο μέτρου	Εξαιρετικά σύντομο	10..100 εκ		300,3000 MHz	Εξαιρετικά υψηλό (UHF)
Εκατοστόμετρο		1..10 εκ		3..30 GHz	Εξαιρετικά υψηλή (φούρνος μικροκυμάτων)
Χιλιοστόμετρο		1..10 χλστ		30..300 GHz	Εξαιρετικά υψηλό (EHF)
δεκαχιλιοστά		0,1..1 χλστ		300..3000 GHz	Υπερυψηλές (HHF)

Πίνακας 2.2 - Μέθοδοι διάδοσης ραδιοκυμάτων

Η συχνότητα ταλάντωσης σχετίζεται με το μήκος κύματος ως εξής:

f = c /λ, Πού φά- συχνότητα, Hz; ντο= 3·10 8 m/s - ταχύτητα διάδοσης ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων σε ελεύθερο χώρο. λ - μήκος κύματος, m.

Από τον Πίνακα 2.1 μπορεί να φανεί ότι το μήκος κύματος στην περιοχή 5 (μεγάλα κύματα) υπολογίζεται σε χιλιόμετρα, σε εύρη 10-11 (εύρη μικροκυμάτων) - σε εκατοστά και χιλιοστά. Στα οπτικά εύρη, τα μήκη κύματος μετρώνται σε μικρόμετρα.

Το μήκος κύματος καθορίζει τις ιδιαιτερότητες της διάδοσης της ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας υπό γήινες συνθήκες. Ας το θυμόμαστε αυτό περίθλασηραδιοκύματα, φαινόμενα που συμβαίνουν όταν τα ραδιοκύματα συναντούν εμπόδια. Ένα ραδιοκύμα, που συναντά ένα εμπόδιο ενώ διαδίδεται σε ένα ομοιογενές μέσο, ​​αλλάζει σε πλάτος και φάση και διεισδύει στην περιοχή της σκιάς, παρεκκλίνοντας από μια ευθεία διαδρομή. Σε πραγματικές περιπτώσεις διάδοσης ραδιοκυμάτων, μπορεί να υπάρχουν εμπόδια ελεύθερη μορφήκαι να είναι και αδιαφανές και ημιδιαφανές στα ραδιοκύματα.

Τα κύματα κάθε περιοχής έχουν τα δικά τους χαρακτηριστικά διάδοσης, αλλά στα όρια των περιοχών δεν υπάρχουν απότομες αλλαγές σε αυτά τα χαρακτηριστικά.

Στον ελεύθερο χώρο, τα ραδιοκύματα ταξιδεύουν ευθεία και δεν απορροφώνται. Οι απώλειες κατά τη διάδοση των ηλεκτρομαγνητικών ταλαντώσεων στον ελεύθερο χώρο εξηγούνται από τη μείωση της πυκνότητας ισχύος ακτινοβολίας με την αύξηση της απόστασης και μπορούν να βρεθούν χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο τύπο

L 0 = 20 lg (4.189 10 4 R 0 f) , dB,

Οπου R0 - απόσταση, km, φά - συχνότητα, GHz.

Στις γραμμές ραδιοεπικοινωνίας (ραδιοφωνικά κανάλια), το μέσο διάδοσης των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων στη συντριπτική πλειονότητα των περιπτώσεων (με εξαίρεση την περίπτωση επικοινωνίας μεταξύ διαστημικών σκαφών) είναι η ατμόσφαιρα της Γης. Στο Σχ. Το 2.1 δείχνει μια απλοποιημένη δομή της ατμόσφαιρας της Γης. Στην πραγματικότητα, η δομή της ατμόσφαιρας είναι πιο περίπλοκη και η δεδομένη διαίρεση σε τροπόσφαιρα, στρατόσφαιρα και ιονόσφαιρα είναι αρκετά αυθαίρετη. Το ύψος των στρωμάτων είναι κατά προσέγγιση και ποικίλλει για διαφορετικά γεωγραφικά σημεία της Γης. Περίπου το 80% της μάζας της ατμόσφαιρας συγκεντρώνεται στην τροπόσφαιρα και περίπου το 20% στη στρατόσφαιρα. Η πυκνότητα της ατμόσφαιρας στην ιονόσφαιρα είναι εξαιρετικά χαμηλή. Πιστεύεται ότι τα πυκνά στρώματα της ατμόσφαιρας καταλήγουν σε υψόμετρο περίπου 120 km.

Η επίδραση του μέσου στη διάδοση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων εκδηλώνεται με αλλαγή (κυρίως μείωση) στο πλάτος του πεδίου κύματος, αλλαγή στην ταχύτητα και κατεύθυνση διάδοσης του κύματος, στην περιστροφή του επιπέδου πόλωσης και στην παραμόρφωση των μεταδιδόμενων σημάτων.

Τα ραδιοκύματα που διαδίδονται σε κοντινή απόσταση (σε κλίμακα μήκους κύματος) από την επιφάνεια της Γης θα ονομάζονται επίγεια, επιφανειακά ραδιοκύματα (Εικ. 2.2).

Εικόνα 2.1 - Δομή της ατμόσφαιρας της Γης

Οι συνθήκες για τη διάδοση των ραδιοκυμάτων κατά μήκος φυσικών μονοπατιών κοντά στη Γη καθορίζονται από πολλούς παράγοντες: την επίδραση της επιφάνειας της γης και τα διάφορα εμπόδια, την παρουσία της ατμόσφαιρας, την απορρόφηση ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας σε υδρομετεωρίτες (βροχή, χιόνι, ομίχλη, αιθαλομίχλη κ.λπ.). Η επιφάνεια της γης έχει σημαντικό αντίκτυπο στη διάδοση των ραδιοκυμάτων, καθώς είναι ένα ημιαγώγιμο μέσο που απορροφά ενέργεια.

Εικόνα 2.2 - Επίγεια, επιφανειακά ραδιοκύματα

Στην ατμόσφαιρα που περιβάλλει την υδρόγειο, διακρίνονται δύο περιοχές που επηρεάζουν τη διάδοση των ραδιοκυμάτων: η τροπόσφαιρα και η ιονόσφαιρα.

Τροποσφαίραετερογενής τόσο στην κατακόρυφη διεύθυνση όσο και κατά μήκος της επιφάνειας της γης, επιπλέον, οι ηλεκτρικές της παράμετροι αλλάζουν με τις αλλαγές στις μετεωρολογικές συνθήκες.

Η διάδοση των τροποσφαιρικών κυμάτων συνδέεται με τη διάθλαση (καμπυλότητα της κυματικής τροχιάς) σε ένα ανομοιογενές μέσο, ​​καθώς και με τη σκέδαση και ανάκλαση ραδιοκυμάτων από διάφορες ανομοιογένειες.

ΣΕ ιονόσφαιραΗ πυκνότητα του αερίου είναι πολύ χαμηλή και το αέριο ιονίζεται, δηλαδή υπάρχει μεγάλος αριθμός ελεύθερων ηλεκτρονίων. Η παρουσία ελεύθερων ηλεκτρονίων επηρεάζει σημαντικά τις ηλεκτρικές ιδιότητες του αερίου και καθιστά δυνατή την ανάκλαση των ραδιοκυμάτων από την ιονόσφαιρα. Με διαδοχική ανάκλαση από την ιονόσφαιρα και την επιφάνεια της Γης, τα ραδιοκύματα διαδίδονται σε πολύ μεγάλες αποστάσεις (για παράδειγμα, τα μικρά κύματα μπορούν να κάνουν κύκλους στην υδρόγειο πολλές φορές). Η ιονόσφαιρα είναι ένα ετερογενές μέσο και τα ραδιοκύματα είναι διάσπαρτα σε αυτό, γεγονός που καθιστά επίσης δυνατή τη διάδοση των ραδιοκυμάτων σε μεγάλες αποστάσεις. Τα ραδιοκύματα που διαδίδονται με ανάκλαση από την ιονόσφαιρα ή διασκορπίζονται σε αυτήν θα ονομάζονται ιονόσφαιρα, χωρικά κύματα.

Πέρα από την ιονόσφαιραη πυκνότητα του αερίου και η πυκνότητα των ηλεκτρονίων μειώνονται και σε απόσταση ίση με 3-4,5 ακτίνες του πλανήτη, η ατμόσφαιρα της Γης περνά στο διάστημα, όπου το αέριο ιονίζεται πλήρως, η πυκνότητα του πρωτονίου είναι ίση με την πυκνότητα των ηλεκτρονίων και είναι μόνο 2-20 el/cm 3. Οι συνθήκες για τη διάδοση των ραδιοκυμάτων στο διάστημα είναι κοντά στις συνθήκες για τη διάδοση στον ελεύθερο χώρο. Έτσι, αποδεικνύεται ότι είναι δυνατό να εξεταστεί χωριστά η επίδραση στη διάδοση των ραδιοκυμάτων της επιφάνειας της γης, της τροπόσφαιρας, της ιονόσφαιρας και του διαστήματος.

Η καμπυλότητα της επιφάνειας της γης, το ανώμαλο έδαφος και τα διάφορα τεχνητά εμπόδια επηρεάζουν επίσης σε μεγάλο βαθμό τη διάδοση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Εάν το μήκος κύματος και το μέγεθος των εμποδίων είναι ανάλογα, τα κύματα μπορούν να λυγίσουν γύρω τους. Για παράδειγμα, τα ραδιοκύματα 4 - 5 εμβέλειας (μακριά και υπερμακριά κύματα) έχουν την ικανότητα να κάμπτονται γύρω από την επιφάνεια της Γης και μπορούν να διαδοθούν σε αποστάσεις αρκετών χιλιάδων χιλιομέτρων από επιφανειακές ακτίνες (Εικ. 2.3).

Η ποιότητα της επικοινωνίας εξαρτάται ελάχιστα από τις εποχές ή την ώρα της ημέρας. Ωστόσο, τα κανάλια επικοινωνίας σε αυτές τις περιοχές έχουν πολύ στενή λωρίδαεύρος ζώνης και μπορεί να παρέχει τη μετάδοση περιορισμένου όγκου εκπομπών, τηλεφωνικών, τηλεγραφικών και φωτοτηλεγραφικών μηνυμάτων.

Τα μακρά και ιδιαίτερα τα πολύ μεγάλα κύματα απορροφώνται ελάχιστα όταν περνούν από ξηρά ή θάλασσα. Έτσι, κύματα μήκους 20-30 km μπορούν να διεισδύσουν αρκετές δεκάδες μέτρα στα βάθη της θάλασσας και, ως εκ τούτου, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για επικοινωνία με βυθισμένα υποβρύχια, καθώς και για υπόγειες ραδιοεπικοινωνίες.

Εικόνα 2.3 – Υπερμακρά και μεγάλα κύματα που τυλίγουν την επιφάνεια της Γης

Στη ζώνη 6 (μεσαία κύματα), η επιφανειακή δέσμη υφίσταται ισχυρότερη απορρόφηση και μπορεί να διαδοθεί σε απόσταση 500-1500 χιλιομέτρων. Ωστόσο, με την αύξηση της πυκνότητας της ιονόσφαιρας (τη νύχτα) στο εύρος μεσαίου κύματος, τα σήματα μπορούν να διαδοθούν από μια χωρική δέσμη, η οποία μπορεί να παρέχει επικοινωνία σε απόσταση πολλών χιλιάδων χιλιομέτρων (Εικ. 2.4).

Εικόνα 2.4 – Διάδοση εκατομέτρου, μεσαίων κυμάτων (ζώνη 6)

Τα ραδιοκύματα της 7ης περιοχής (μικρά κύματα) από επιφανειακές ακτίνες διαδίδονται σε μικρές αποστάσεις λόγω της απορρόφησης ενέργειας από την επιφάνεια της Γης (Εικ. 2.5). Ωστόσο, τα χωρικά κύματα μπορούν να ανακλώνται επανειλημμένα από την ιονόσφαιρα και την επιφάνεια της γης και να ταξιδεύουν πολύ μεγάλες αποστάσεις, μέχρι παγκόσμιες, παρέχοντας τη μετάδοση ραδιοφωνικών εκπομπών, ραδιοτηλεφωνίας και ραδιοτηλεγραφικών σημάτων.

Εικόνα 2.5 – Διάδοση βραχέων κυμάτων

Η διάδοση των κυμάτων με αυτόν τον τρόπο είναι αρκετά ασταθής και υπόκειται σε ισχυρή εξασθένιση, τόσο αργή (καθ' όλη τη διάρκεια του έτους, εποχή, ώρα της ημέρας κ.λπ.) όσο και γρήγορη, με περίοδο κλασμάτων και μονάδων δευτερολέπτων. Το αργό ξεθώριασμα εξηγείται από τις αλλαγές στην κατάσταση της ιονόσφαιρας και το γρήγορο ξεθώριασμα εξηγείται από την αλληλεπίδραση πολλών ακτίνων που μπορούν να χτυπήσουν τα σημεία λήψης.

Γενικά, τα σύντομα κύματα διαδίδονται καλύτερα τη νύχτα και, μερικές φορές, είναι ικανά να ανακλώνται διαδοχικά από την ιονόσφαιρα και την επιφάνεια της γης και να κάνουν τον περίπλου της υδρογείου.

Τα ραδιοκύματα 8-12 ζωνών (Εικ. 2.6) καθιστούν δυνατή τη μετάδοση πολύ πιο ογκωδών πληροφοριών, συμπεριλαμβανομένων τηλεοπτικά σήματα, πολυκαναλικά σήματα τηλεφωνίας, ψηφιακές ροές υψηλής ταχύτητας.

Ωστόσο, τα χωρικά κύματα αυτών των σειρών περνούν μέσω της ιονόσφαιρας στο εξωτερικό διάστημα και είναι σχεδόν ακατάλληλα για τους σκοπούς των επίγειων επικοινωνιών, και τα επιφανειακά κύματα διαδίδονται σχεδόν γραμμικά, πρακτικά δεν κάμπτονται γύρω από την επιφάνεια της γης.

Εικόνα 2.6 – Διάδοση υπερμικρών κυμάτων

Επομένως, περνούν σταθερά μόνο στην οπτική απόσταση μεταξύ των κεραιών του εξοπλισμού εκπομπής και λήψης. Αυτή η απόσταση είναι δεκάδες χιλιόμετρα (με το πραγματικό ύψος των κεραιών να είναι αρκετές δεκάδες μέτρα) και για τη μετάδοση σημάτων σε μεγάλες αποστάσεις είναι απαραίτητο να κατασκευαστούν αλυσίδες επαναλήπτες που σχηματίζουν γραμμές ραδιοφωνικού ρελέ (RRL).

Με σημαντικό τρόποΗ μετάδοση σημάτων από αυτές τις περιοχές σε μεγάλες αποστάσεις χρησιμοποιείται για τη μετάδοση δορυφόρων επικοινωνιών. Δορυφορικά συστήματακαθιστούν δυνατή τη μετάδοση πληροφοριών σε απόσταση δεκάδων χιλιάδων χιλιομέτρων και την κάλυψη μεγάλων περιοχών στην επιφάνεια της Γης, μέχρι τον οργανισμό παγκόσμια συστήματαδιαβιβάσεις.

Είναι επίσης δυνατή η μετάδοση σημάτων από τις ζώνες 8 - 9 σε μεγάλες αποστάσεις (που υπερβαίνουν σημαντικά τη γραμμή όρασης) λόγω της διασποράς της ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας στις ανομοιογένειες της τροπόσφαιρας. Αυτή η αρχή χρησιμοποιείται σε τροποσφαιρικές ραδιοζεύξεις (TRL).

Με αυξανόμενη συχνότητα (πάνω από 10 GHz), τα ραδιοκύματα εξασθενούν στα ατμοσφαιρικά αέρια και, ιδιαίτερα έντονα, στη βροχή, το χιόνι και το χαλάζι. Επομένως, σε αυτές τις περιοχές, η σταθερή διάδοση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων είναι δυνατή σε απόσταση μικρότερη από την απόσταση οπτικής επαφής.

Σε οπτικά μήκη κύματοςΤεράστιες ποσότητες πληροφοριών μπορούν να μεταδοθούν. Η 3η σειρά οπτικών κυμάτων (υπέρυθρα κύματα) χρησιμοποιείται κυρίως για επικοινωνιακούς σκοπούς. Όταν διανέμονται σε ανοιχτό χώρο, υπόκεινται σε μεγάλη εξασθένηση στην ατμόσφαιρα και, στην πράξη, παρέχουν επικοινωνία σε απόσταση έως και 4-5 km, ωστόσο, όταν χρησιμοποιείτε τέτοια συστήματα επικοινωνίας δεν χρειάζεται να λαμβάνετε άδειες από τις τηλεπικοινωνίες επιθεωρήσεων.

Η πλήρης εξασθένηση του φωτός στην ατμόσφαιρα οφείλεται σε διάφορους παράγοντες. Γίνεται διάκριση μεταξύ της εξασθένησης του φωτός σε μια ατμόσφαιρα χωρίς σύννεφα και ομίχλη και της εξασθένησης του φωτός στην ομίχλη. Ο πρώτος τύπος εξασθένησης αποτελείται από τη σκέδαση φωτός από μόρια αερίου και υδρατμού και επιλεκτική απορρόφηση. Η επιλεκτική απορρόφηση σε αέρια και υδρατμούς της ατμόσφαιρας εξηγείται από την αλληλεπίδραση των ηλεκτρονικών, δονήσεων και περιστροφικών ενεργειών τους με τις ηλεκτρομαγνητικές ταλαντώσεις ορισμένη συχνότητα. Η κύρια απορροφητική δράση ασκείται από τους υδρατμούς, αφού η περιεκτικότητά τους είναι πολύ μεγαλύτερη από την περιεκτικότητα σε διοξείδιο του άνθρακα και όζον. Η διαφάνεια της ατμόσφαιρας στις υπέρυθρες ακτίνες εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την υγρασία της ατμόσφαιρας. Οι μετρήσεις έδειξαν ότι η ατμόσφαιρα έχει σχετικά καλή διαφάνεια για τα υπέρυθρα κύματα στις ακόλουθες περιοχές: 0,95-1,05; 1,2-1,3; 1,5-1,8; 2.1-2.4; 3,3-4,0; 8,0-11,0 μικρά.

Για μετάδοση μεγάλων αποστάσεων χρησιμοποιούνται κλειστά οπτικά συστήματα, στο οποίο το φως ταξιδεύει μέσα από ίνες γυαλιού. Τα πλεονεκτήματα των συστημάτων επικοινωνίας οπτικών ινών (FOCL) περιλαμβάνουν τη δυνατότητα εξαιρετικά μετάδοσης μεγάλους όγκουςπληροφορίες που δεν είναι διαθέσιμες σε άλλες δομές. Επιτεύχθηκαν τα ποσοστά μεταφοράς ψηφιακά σήματασε συστήματα επικοινωνίας οπτικών ινών πάνω από 1 terabit ανά δευτερόλεπτο!

Η εκπομπή και η λήψη ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων πραγματοποιείται με χρήση κεραιών. Κεραίεςχαρακτηρίζονται από πολλές παραμέτρους, οι κυριότερες από τις οποίες είναι οι συχνότητες λειτουργίας, το πλάτος τους και οι κατευθυντικές ιδιότητες ακτινοβολίας και λήψης. Θα μιλήσουμε αναλυτικότερα για συστήματα κεραιών σε πρακτικά μαθήματα.

Οι κατευθυντικές ιδιότητες ή η ικανότητα μιας κεραίας να λαμβάνει ή να μεταδίδει σήματα δοθείσα κατεύθυνσηεξαρτώνται από τη σχέση μεταξύ του μήκους κύματος και των γεωμετρικών διαστάσεων των στοιχείων της κεραίας. Όσο μεγαλύτερο είναι το μέγεθος της κεραίας σε σύγκριση με το μήκος κύματος των ηλεκτρομαγνητικών ταλαντώσεων, τόσο καλύτερες είναι οι κατευθυντικές ιδιότητες της κεραίας.

Ένα από τα απλές κεραίες- ένας συμμετρικός δονητής που λειτουργεί αποτελεσματικά υπό τον όρο ότι το μήκος του είναι ίσο με το μισό του μήκους κύματος λ / 2. Για τη βελτίωση των κατευθυντικών ιδιοτήτων των κεραιών, χρησιμοποιούνται πρόσθετες δομές για να σχηματιστεί μια κεραία που ονομάζεται "κανάλι κυμάτων", η οποία χρησιμοποιείται ευρέως για λήψη τηλεοπτικά σήματα.

Στις ζώνες 9-12 χρησιμοποιούνται κυρίως διάφορες τροποποιήσεις παραβολικών κεραιών.

Οι κεραίες οπτικού εύρους είναι συστήματα φακών και κατόπτρων.

Ραδιοφωνικοί σύνδεσμοιχρησιμοποιείται σε περιπτώσεις που προκύπτουν δυσκολίες εγκατάστασης ενσύρματες γραμμές επικοινωνίας. Θεμελιώδης διαφοράσυστήματα μετάδοσης ραδιοφωνικών πληροφοριών είναι ότι οι συνθήκες για τη διάδοση των ραδιοκυμάτων σε μια ραδιοζεύξη είναι μη στάσιμες, δηλ. υπόκεινται σε συνεχείς τυχαίες αλλαγές ανάλογα με το χρόνο και τη συχνότητα. Ωστόσο, η μετάδοση μέσω ραδιοκυμάτων είναι σε ορισμένες περιπτώσεις η μόνη μέθοδοςεπικοινωνίες (για παράδειγμα, επικοινωνία με κινούμενα αντικείμενα). Σε αυτή την περίπτωση, χρησιμοποιούνται διάφορα συστήματα ραδιοεπικοινωνίας: ραδιοφωνικό ρελέ οπτικής επαφής και τροποσφαιρικό, δορυφορικά, δεκαμετρικά κύματα, ιονόσφαιρα κ.λπ.

Μια τυπική άποψη κατασκευής μιας ραδιοζεύξης (ραδιοφωνικού καναλιού) φαίνεται στο Σχ. 2.7.

Εικόνα 2.7 - Τυπική άποψη μιας ραδιοζεύξης

Για να εξασφαλιστεί μονομερήςραδιοεπικοινωνίες (Εικ. 2. 8) στο σημείο από το οποίο μεταδίδονται τα σήματα, τοποθετείται μια συσκευή εκπομπής ραδιοφώνου που περιέχει έναν ραδιοπομπό RPer και μια κεραία εκπομπής A PER, και στο σημείο όπου λαμβάνονται τα σήματα - μια συσκευή ραδιοφωνικής λήψης που περιέχει μια κεραία λήψης A PR και ένας ραδιοφωνικός δέκτης RPr. Οι κεραίες συνδέονται με τον εξοπλισμό εκπομπής και λήψης χρησιμοποιώντας διαδρομές τροφοδοσίας F. For αμφίδρομη ανταλλαγήσήματα, πρέπει να έχετε δύο σετ τέτοιου εξοπλισμού. Η αμφίδρομη ραδιοεπικοινωνία μπορεί να είναι απλή ή πλήρης αμφίδρομη. Στο απλόςΗ μετάδοση και η λήψη ραδιοφώνου πραγματοποιούνται εναλλάξ. Σε αυτήν την περίπτωση, οι πομποί ραδιοφώνου στα τελικά σημεία μπορούν να λειτουργήσουν στην ίδια συχνότητα και οι ραδιοφωνικοί δέκτες συντονίζονται στην ίδια συχνότητα. Ο πομπός ραδιοφώνου είναι ενεργοποιημένος μόνο κατά τη διάρκεια της εκπομπής.

Εικόνα 2.8 - Δομή του συστήματος ραδιοεπικοινωνίας

Στο διπλόςΣτις ραδιοεπικοινωνίες, η μετάδοση γίνεται ταυτόχρονα με τη λήψη. Για μια τέτοια σύνδεση, πρέπει να διατεθούν δύο διαφορετικές συχνότητεςγια μετάδοση σε διαφορετικές κατευθύνσεις. Οι ραδιοπομποί και οι ραδιοφωνικοί δέκτες των συνδρομητών είναι ενεργοποιημένοι καθ' όλη τη διάρκεια της συνεδρίας επικοινωνίας.

Υπουργείο Παιδείας της Ρωσικής Ομοσπονδίας

Κρατικό Τεχνικό Πανεπιστήμιο Ουραλίων

ΔΙΑΔΟΣΗ ΡΑΔΙΟΚΥΜΑΤΩΝ

ΣΤΙΣ ΚΙΝΗΤΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ

Οδηγίες για το μάθημα

«Συσκευές διάδοσης ραδιοκυμάτων και τροφοδοσίας κεραίας σε συστήματα κινητής επικοινωνίας»

για φοιτητές όλων των μορφών σπουδών

ειδικότητες ραδιομηχανικής

Ekaterinburg 2000

Μεταγλωττιστές,

Επιστημονικός συντάκτης Αναπληρωτής Καθηγητής, Υποψήφιος Επιστημών τεχν. επιστήμες

ΔΙΑΔΟΣΗ ΡΑΔΙΟΚΥΜΑΤΩΝ ΣΤΙΣ ΚΙΝΗΤΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ:Οδηγίες για το μάθημα «Διάδοση ραδιοκυμάτων και συσκευές κεραίας-τροφοδότης σε συστήματα κινητής επικοινωνίας»/ , . Ekaterinburg: USTU, 20σ.

Οι οδηγίες περιέχουν μια σύντομη περιγραφή του υπολογισμού των συνδέσεων ραδιοεπικοινωνίας με κινούμενα αντικείμενα σε ανοιχτούς χώρους και σε δύσκολες συνθήκεςαστική και βιομηχανική ανάπτυξη. Δίνονται εκφράσεις για τον υπολογισμό της εξασθένησης του σήματος στον ελεύθερο χώρο, καθώς και για τη λήψη υπόψη της επιρροής της επιφάνειας της γης και των εμποδίων σκίασης. Εξετάζονται τα αποτελέσματα της ανάκλασης, της περίθλασης και της σκέδασης των ραδιοκυμάτων. Κάθε ενότητα περιέχει πρακτικές ασκήσεις.

Βιβλιογραφία: 6 τίτλοι. Εικ. 14. Πίνακας 1. Παράρτημα 1.

Εκπονήθηκε από το τμήμα «Μέσα υψηλών συχνοτήτων

ραδιοεπικοινωνίες και τηλεόραση».

ραδιοεπικοινωνίες και τηλεόραση».

Ó Πολιτεία Ουραλίων

Πολυτεχνείο, 2000

Σκοπός αυτών των κατευθυντήριων γραμμών είναι να διδάξουν στους μαθητές να υπολογίζουν το κανάλι ραδιοεπικοινωνίας μεταξύ του πομπού και του κεραίες λήψης ami σε ελεύθερο χώρο και πραγματικές συνθήκες και συσχετίζουν τη λαμβανόμενη ισχύ με την τάση και το πλάτος του δέκτη ηλεκτρικό πεδίο, μελετήστε την τεχνική ανάλυσης της ανάκλασης, της σκέδασης και της περίθλασης των ραδιοκυμάτων, μάθετε να λαμβάνετε υπόψη την επίδραση της επιφάνειας της γης χρησιμοποιώντας ένα μοντέλο δύο ακτίνων διάδοσης ραδιοκυμάτων, να είστε σε θέση να αξιολογήσετε την ισχύ του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου σε ένα πόλη.

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Η διαδρομή ενός ραδιοκυμάτων από τον πομπό στον δέκτη στα συστήματα κινητής επικοινωνίας είναι εξαιρετικά ποικίλη: από την άμεση ορατότητά τους σε μια διαδρομή που εμποδίζεται σε μεγάλο βαθμό από εμπόδια, σπίτια και δέντρα. Διαφορετικός ενσύρματη επικοινωνία, όπου οι παράμετροι είναι σταθερές, in ασύρματη επικοινωνίαΤα ραδιοφωνικά κανάλια έχουν ουσιαστικά τυχαίες παραμέτρους που συχνά είναι δύσκολο να αναλυθούν. Η μοντελοποίηση ραδιοζεύξης είναι η πιο δύσκολη εργασία στο σχεδιασμό ραδιοφωνικών συστημάτων. Εκτελείται κυρίως στατιστικά χρησιμοποιώντας πειραματικά δεδομένα, που μερικές φορές εκτελούνται στο ίδιο ή παρόμοιο σύστημα.

Ο μηχανισμός διάδοσης ραδιοκυμάτων στα συστήματα επικοινωνίας είναι διαφορετικός, αλλά μπορεί να αναπαρασταθεί κυρίως με ανάκλαση, περίθλαση και σκέδαση. Τα περισσότερα κυψελωτά συστήματα λειτουργούν σε πόλεις όπου δεν υπάρχει άμεση οπτική επαφή μεταξύ της κεραίας πομπού και δέκτη και η παρουσία ψηλών κτιρίων προκαλεί μεγάλες απώλειες περίθλασης. Χάρη στις πολλαπλές αντανακλάσεις από διάφορα αντικείμενα, τα ραδιοκύματα ταξιδεύουν διαφορετικά μονοπάτια. Η παρεμβολή αυτών των κυμάτων προκαλεί έντονη αλλαγή στο επίπεδο του σήματος ανάλογα με τη θέση του συνδρομητή.

Η μοντελοποίηση διάδοσης ραδιοκυμάτων βασίζεται στην πρόβλεψη του μέσου επιπέδου λαμβανόμενου σήματος στο δεδομένη απόστασηαπό τον πομπό, καθώς και στον προσδιορισμό της εξάπλωσης των τιμών του ανάλογα με συγκεκριμένη κατάστασηστον αυτοκινητόδρομο. Ο υπολογισμός της ραδιοζεύξης σάς επιτρέπει να προσδιορίσετε την περιοχή εξυπηρέτησης του πομπού. Η μοντελοποίηση της μέσης ισχύος σήματος ως συνάρτηση της απόστασης μεταξύ του πομπού και του δέκτη ονομάζεται μοντελοποίηση μεγάλης κλίμακας επειδή επιτρέπει τον προσδιορισμό του σήματος από μεγάλη απόσταση(πολλές εκατοντάδες χιλιάδες μέτρα). Από την άλλη πλευρά, τα μοντέλα χαρακτηρίζουν τις ταχέως μεταβαλλόμενες τιμές του λαμβανόμενου επιπέδου σήματος σε μικρές μετατοπίσεις (πολλά μήκη κύματος) ή πέρα ​​από σύντομο χρονικό διάστημα(δευτερόλεπτα) - αυτά ονομάζονται μοντέλα μικρής κλίμακας.

Όταν μετακινείτε έναν κινητό δέκτη σε μικρές αποστάσεις, το λαμβανόμενο σήμα μπορεί να αλλάξει πολύ. Αυτό συμβαίνει επειδή το λαμβανόμενο σήμα είναι το άθροισμα πολλών κυμάτων που προέρχονται από διαφορετικές κατευθύνσεις, διανύουν διαφορετικές αποστάσεις και έχουν διαφορετικά πλάτη και φάσεις. Το συνολικό σήμα υπακούει στο νόμο του Rayleigh. Ανάλογα με τη διαδρομή του ραδιοφωνικού καναλιού, η απόκλιση μικρής κλίμακας μπορεί να αλλάξει κατά 3-4 τάξεις μεγέθους, δηλαδή το επίπεδο του σήματος μπορεί να αλλάξει κατά 30-40 dB (Εικ. 1). Εάν ο δέκτης του κινητού είναι αρκετά μακριά, το μέσο επίπεδο σήματος μειώνεται. Παρακάτω θα εξετάσουμε τη μεγάλης κλίμακας εξάρτηση του σήματος στην είσοδο του δέκτη.

Εικ.1. Αλλαγή στην ένταση πεδίου ανάλογα με την απόσταση από την κεραία εκπομπής, λαμβάνοντας υπόψη την επίδραση τυχαίων παραγόντων σε συχνότητα 1800 MHz

2. ΔΙΑΔΟΣΗ ΚΥΜΑΤΩΝ ΣΕ ΕΛΕΥΘΕΡΟ ΧΩΡΟ

Το μοντέλο διάδοσης κυμάτων ελεύθερου χώρου χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό του λαμβανόμενου σήματος υπό συνθήκες όπου οι κεραίες εκπομπής και λήψης βρίσκονται σε ανοιχτή ραδιοζεύξη χωρίς εμπόδια. Αυτό το μοντέλο χρησιμοποιείται για την ανάλυση καναλιών ραδιοεπικοινωνίας μέσω δορυφόρων και για επίγειες ραδιοζεύξεις που λειτουργούν στην περιοχή μικροκυμάτων. Η ισχύς που λαμβάνει η κεραία λήψης με κέρδος Gr, η οποία ακτινοβολείται από την κεραία πομπού με ισχύ Pt με απολαβή Gt σε μήκος κύματος l σε απόσταση d σε ανοιχτό απεριόριστο χώρο, υπολογίζεται με τον τύπο

. (1)

Το κέρδος της κεραίας προσδιορίζεται ως εξής:

, (2)

όπου Ae είναι η αποτελεσματική επιφάνεια της κεραίας, m2.

Το μήκος κύματος σχετίζεται με τη φέρουσα συχνότητα από τη σχέση

όπου c είναι η ταχύτητα του φωτός.

Η ισχύς που λαμβάνει η κεραία σύμφωνα με το (1) μειώνεται με την αύξηση της απόστασης d με ρυθμό 20 dB ανά δεκαετία, δηλ. ανάλογο με τον συντελεστή .

Απώλειες μετάδοσης σε ραδιοφωνικό κανάλι (αναλογία λαμβανόμενων και εκπεμπόμενων δυνάμεων)

, dB. (4)

Για ισοτροπικές κεραίες (το κέρδος καθεμιάς από αυτές είναι G=1)

, dB. (5)

Οι προηγούμενες εκφράσεις ισχύουν μόνο για τη μακρινή ζώνη (ή ζώνη Fraunhofer). Το όριο της μακρινής ζώνης καθορίζεται από την συνθήκη:

όπου D είναι το μεγαλύτερο μέγεθος κεραίας.

Μια πρόσθετη προϋπόθεση για την μακρινή ζώνη πρέπει να είναι οι ακόλουθες σχέσεις:

Επί μεγάλες αποστάσειςκατά τον υπολογισμό της έντασης του πεδίου στο σημείο λήψης, χρησιμοποιείται μερικές φορές η τιμή της λαμβανόμενης ισχύος σε μια ορισμένη σταθερή απόσταση d0 - Pr (d0). Τότε σε διαφορετική απόσταση d:

, . (7)

Επειδή η αλλαγή στο επίπεδο της λαμβανόμενης ισχύος από απόσταση είναι πολύ μεγάλη, χρησιμοποιήστε μετρήσεις ισχύος σε dBmW (dB σε σχέση με 1 milliwatt) και dBW (dB σε σχέση με 1 watt):

, , (8)

όπου το Pr (d 0) αντικαθίσταται στο W.

Η απόσταση αναφοράς d0 επιλέγεται συνήθως να είναι 100 m ή 1 km για υπαίθριες επικοινωνίες. Για ραδιοφωνικά κανάλια εντός κτιρίων τυπική αξίααπόσταση αναφοράς d 0 = 1 m.

Μερικές φορές στους υπολογισμούς χρησιμοποιείται μια παράμετρος - αποτελεσματική ακτινοβολούμενη ισχύς (), η οποία δείχνει πόσες φορές η πυκνότητα ροής ισχύος στη θέση της κεραίας λήψης όταν εκπέμπει ισχύ Pt θα είναι μεγαλύτερη όταν χρησιμοποιείται μια κεραία με απολαβή Gt σε σύγκριση με μια ισότροπη κεραία . Εκφραση

(9)

δείχνει τη μέγιστη ακτινοβολούμενη ισχύ προς την κατεύθυνση της μέγιστης ακτινοβολίας.

Πυκνότητα ροής ισχύος σε απόσταση d από την κεραία εκπομπής:

όπου 377 Ohm είναι η χαρακτηριστική αντίσταση του ελεύθερου χώρου,

E είναι το πλάτος του ηλεκτρικού πεδίου σε απόσταση d, V/m.

Λήψη ισχύος (ισχύς που παρεμποδίζεται από την κεραία λήψης από ένα προσπίπτον επίπεδο κύμα)

όπου ΑΕ είναι η αποτελεσματική επιφάνεια της κεραίας λήψης, m2.

Ισοδύναμο κύκλωμαη κεραία λήψης που είναι συνδεδεμένη στην είσοδο του δέκτη φαίνεται στο Σχ. 2. Με την προϋπόθεση ότι η σύνθετη αντίσταση εισόδου της κεραίας και του δέκτη () ταιριάζει, η τάση στην είσοδο του τελευταίου θα είναι ίση με το μισό του emf της κεραίας. Η ενεργή τάση U σχετίζεται με τη λαμβανόμενη ισχύ από την έκφραση

. (12)

Εικ.2. Ισοδύναμο κύκλωμα μιας κεραίας λήψης που είναι συνδεδεμένη στην είσοδο του δέκτη

Η τάση στην είσοδο του δέκτη καθορίζεται από τον τύπο

, V. (13)

3. ΤΡΕΙΣ ΚΥΡΙΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΔΙΑΔΟΣΗΣ ΡΑΔΙΟΚΥΜΑΤΩΝ

1. Αντανάκλαση- συμβαίνει όταν ένα κύμα πέφτει σε αντικείμενα με διαστάσεις πολύ μεγαλύτερες από το μήκος κύματος. Παρατηρούνται για παράδειγμα αντανακλάσεις από το έδαφος, τοίχοι κτιρίων κ.λπ.

2. Περίθλαση- το φαινόμενο της εμφάνισης δευτερευόντων κυμάτων όταν ένα ραδιοκύμα πέφτει σε εμπόδιο με αιχμηρές άκρες. Η περίθλαση οφείλεται στην παρουσία ενός πεδίου πίσω από εμπόδια στη γεωμετρική ζώνη σκιάς. Στις υψηλές συχνότητες, η περίθλαση, όπως και η ανάκλαση, εξαρτάται σημαντικά από τη γεωμετρία του αντικειμένου, καθώς και από το πλάτος, τη φάση και την πόλωση του πεδίου.

3. Διασκόρπιση- συμβαίνει όταν ένα κύμα διαδίδεται σε ένα μέσο με μικρά αντικείμενα (μικρότερα από το μήκος κύματος).

3.1. Αντανάκλαση ραδιοκυμάτων

3.1.1. Αντανάκλαση ραδιοκυμάτων από μια επίπεδη διεπαφή μεταξύ δύο μέσων

Εάν ένα κύμα προσπίπτει στη διεπαφή μεταξύ μέσων με διαφορετικές παραμέτρους, παρατηρείται μερική διέλευση του κύματος στο δεύτερο μέσο.

Τα πλάτη πεδίου των κυμάτων Ei και ανακλώμενων Er συσχετίζονται μέσω των συντελεστών ανάκλασης Fresnel Г, και το εκπεμπόμενο κύμα Et σχετίζεται μέσω του συντελεστή μετάδοσης T:

Εικ.3. Ανάκλαση και διάθλαση κυμάτων στη διεπαφή

Ένα προσπίπτον κύμα αυθαίρετης πόλωσης διασπάται σε δύο: με κάθετη και οριζόντια πόλωση.

Σε ένα διηλεκτρικό με απώλειες, η διηλεκτρική σταθερά έχει πολύπλοκο χαρακτήρα:

, (14)

όπου er είναι η σχετική διηλεκτρική σταθερά του μέσου, s η αγωγιμότητα του μέσου, S/m. ΣΕ καλοί οδηγοί, όταν η συνθήκη f ικανοποιείται< s/e0er, вещественной частью в (14) можно пренебречь.

Συντελεστής ανάκλασης για πεδίο κάθετης πόλωσης

. (15)

Συντελεστής ανάκλασης για οριζόντιο πεδίο πόλωσης

, (16)

όπου Zi είναι η χαρακτηριστική αντίσταση του 1ου ή 2ου μέσου.

.

Οι οριακές συνθήκες απαιτούν να πληρούνται οι ακόλουθες σχέσεις:

E r = G. E i, (18a)

E t = (1 + Г) . E i. (18β)

Αν το πρώτο περιβάλλον είναι ελεύθερος χώρος (e1=1), και το δεύτερο περιβάλλον δεν έχει μαγνητικές ιδιότητες(m1 = m0), στη συνέχεια οι εκφράσεις (15), (16) απλοποιούνται:

, (19)

. (20)

Για γωνίες πρόσπτωσης κοντά στη βόσκηση, οι συντελεστές ανάκλασης είναι .

Για μια ορισμένη γωνία, ο συντελεστής ανάκλασης για ένα κατακόρυφα πολωμένο κύμα είναι . Αυτή η γωνία ονομάζεται γωνία Brewster qBR (η γωνία για την οποία δεν υπάρχει ανακλώμενο κάθετο κύμα πόλωσης):

. (21)

Εάν το πρώτο μέσο είναι ο αέρας και η διηλεκτρική σταθερά του δεύτερου μέσου είναι er, τότε

. (22)

Εικ.4. Εξάρτηση του συντελεστή ανάκλασης κάθετου κύματος

και οριζόντια πόλωση από τη γωνία πρόσπτωσης,

πτώση στην επιφάνεια ξηρής γης (er = 4)

Η γωνία Brewster εμφανίζεται μόνο για κάθετη πόλωση πεδίου.

3.1.2. Ανάκλαση από την επιφάνεια ενός ιδανικού αγωγού

Όταν ένα επίπεδο κύμα πέφτει στην επιφάνεια ενός ιδανικού αγωγού, εμφανίζεται ολική ανάκλαση.

Εάν το διάνυσμα βρίσκεται στο επίπεδο πρόσπτωσης (κάθετη πόλωση), τότε

Για την περίπτωση που το διάνυσμα είναι κάθετο στο επίπεδο πρόσπτωσης (οριζόντια πόλωση),

Από (συνεπάγεται ότι για γωνίες πρόσπτωσης κοντά στη βόσκηση, οι συντελεστές ανάκλασης και .

3.1.3. Ανάκλαση από την επιφάνεια της γης (μοντέλο 2 ακτίνων)

Σε προβλήματα κινητής επικοινωνίας, η άμεση διάδοση των ραδιοκυμάτων μεταξύ της κεραίας εκπομπής και λήψης είναι αρκετά σπάνια, επομένως το μοντέλο διάδοσης κυμάτων στον ελεύθερο χώρο έχει περιορισμένη χρήση. Το μοντέλο διάδοσης κυμάτων δύο ακτίνων (Εικ. 5), χρήσιμο για πρακτική, βασίζεται στους νόμους της γεωμετρικής οπτικής.

Εικ.5. Άμεσες και ανακλώμενες ακτίνες στο σημείο λήψης ραδιοκυμάτων

Το συνολικό πεδίο στο σημείο λήψης οφείλεται στην επίδραση άμεσων και ανακλώμενων ακτίνων από την επιφάνεια της γης:

.

Από το Σχ. 6 φαίνεται ότι η διαφορά στη διαδρομή της άμεσης δέσμης και της δέσμης με ανάκλαση από το έδαφος

Εικ.6. Εκπομπός φανταστικού πεδίου

Αν η απόσταση , τότε η (27) μπορεί να απλοποιηθεί χρησιμοποιώντας την επέκταση Taylor:

, μ. (28)

Στη συνέχεια, η διαφορά φάσης μεταξύ της άμεσης και της ανακλώμενης ακτίνας

. (29)

Το συνολικό ηλεκτρικό πεδίο στο σημείο λήψης των άμεσων και ανακλώμενων ακτίνων, σύμφωνα με τις υποθέσεις που έγιναν, υπολογίζεται από τον τύπο

, , (30)

όπου E0 είναι η ένταση πεδίου που δημιουργείται από την κεραία ακτινοβολίας σε μια ορισμένη απόσταση αναφοράς d0 σε ελεύθερο χώρο (χωρίς να λαμβάνεται υπόψη η ανάκλαση), .

Σε μεγάλες αποστάσεις, όταν η σχέση ικανοποιείται ,

. (31)

Το συνολικό πεδίο σε αυτήν την περίπτωση μπορεί να προσεγγιστεί από την παράσταση

, , (32)

όπου K είναι μια σταθερά που σχετίζεται με το πλάτος πεδίου E0, τα ύψη της κεραίας και το μήκος κύματος. Η ισχύς που λαμβάνει η κεραία λήψης είναι ανάλογη με το τετράγωνο της έντασης του πεδίου:

. (33)

Από τον τύπο (33) είναι σαφές ότι σε μεγάλες αποστάσεις η λαμβανόμενη ισχύς μειώνεται αντιστρόφως σε d4 ή 40 dB ανά δεκαετία. Αυτό είναι πολύ πιο γρήγορο από ό,τι στον ελεύθερο χώρο.

Για ένα μοντέλο δύο ακτίνων, σύμφωνα με το (33), οι απώλειες ισχύος στο κανάλι ραδιοφώνου προσδιορίζονται από την έκφραση

3.2. Περίθλαση ραδιοκυμάτων

Το φαινόμενο της περίθλασης επιτρέπει στα ραδιοκύματα να διαδοθούν γύρω από την επιφάνεια της σφαιρικής γης πέρα ​​από τον ορίζοντα και πέρα ​​από διάφορα εμπόδια. Παρά την επικάλυψη της οπτικής γωνίας και τη σημαντική μείωση του επιπέδου σήματος, εξακολουθεί να παραμένει επαρκής για λήψη.

Το φαινόμενο της περίθλασης εξηγείται από την αρχή Huygens - δευτερογενής επανεκπομπή σημείων μετώπου κύματος με διαφορετικές φάσεις (ζώνες Fresnel). Η ένταση του πεδίου καθορίζεται από το διανυσματικό άθροισμα της συμβολής των δευτερευόντων εκπομπών.

3.2.1. Γεωμετρία ζωνών Fresnel

Αφήστε να υπάρχει ένα εμπόδιο μεταξύ του πομπού και του δέκτη - μια οθόνη ύψους h άπειρων διαστάσεων σε διατομή. Η απόσταση από την οθόνη στον πομπό είναι d1, στον δέκτη - d2.

Εικ.7. Περίθλαση ραδιοκυμάτων από σφηνοειδές εμπόδιο

Είναι σαφές ότι το μονοπάτι μέσα από την άκρη του εμποδίου είναι μεγαλύτερο από το ευθύ. Υποθέτοντας ότι η h<>l, η διαφορά στη διαδρομή της άμεσης και μέσω της άκρης των ακτίνων θα είναι:

. (35)

Η αντίστοιχη διαφορά φάσης

, (36)

όπου χρησιμοποιείται η προσέγγιση για το μικρό όρισμα tg x » x και η γωνία a προσεγγίζεται από την έκφραση

.

Η έκφραση (36) μπορεί να προσεγγιστεί χρησιμοποιώντας την αδιάστατη παράμετρο περίθλασης Fresnel-Kirchhoff:

, (37)

όπου το a αντικαθίσταται σε ακτίνια, όλες οι άλλες παράμετροι είναι σε μέτρα. Έτσι, η διαφορά φάσης Ф μπορεί να υπολογιστεί από την έκφραση

Από την έκφραση (38) προκύπτει ότι η μετατόπιση φάσης μεταξύ της άμεσης και της δέσμης περίθλασης είναι συνάρτηση του ύψους h και της σχετικής θέσης του εμποδίου, του πομπού και του δέκτη.

Οι απώλειες ισχύος περίθλασης σε ένα ραδιοφωνικό κανάλι μπορούν να εξηγηθούν χρησιμοποιώντας ζώνες Fresnel. Οι ζώνες Fresnel είναι περιοχές μέσω των οποίων η διαφορά διαδρομής από τον πομπό στον δέκτη είναι nl/2 σε σύγκριση με μια άμεση δέσμη (l είναι το μήκος κύματος, n είναι ένας ακέραιος αριθμός).

Στις κινητές επικοινωνίες, συνήθως υπάρχει σκίαση ορισμένων ζωνών (πηγές δευτερογενών κυμάτων) και, κατά συνέπεια, μείωση του μεριδίου της λαμβανόμενης ισχύος. Ανάλογα με τη γεωμετρία του εμποδίου, η λαμβανόμενη ενέργεια προσδιορίζεται μέσω του διανυσματικού αθροίσματος των δευτερευόντων κυμάτων.

Εικ.8. Σχηματισμός ζωνών Fresnel

Εάν το εμπόδιο δεν κρύβει την πρώτη ζώνη Fresnel, τότε οι απώλειες περίθλασης είναι ελάχιστες και παραμελούνται. Χρήση επόμενο ακίνητο: Εάν τουλάχιστον το 55% της πρώτης ζώνης Fresnel είναι ανοιχτό, τότε το περαιτέρω άνοιγμα της πρώτης ζώνης Fresnel δεν μειώνει τις απώλειες περίθλασης.

3.2.2. Μοντέλο περίθλασης ραδιοκυμάτων με μία μόνο σφήνα

Ο προσδιορισμός του βαθμού εξασθένησης πεδίου από λόφους και κτίρια είναι μια μάλλον δύσκολη εργασία κατά τον υπολογισμό των περιοχών εξυπηρέτησης. Συνήθως, ο ακριβής υπολογισμός της εξασθένησης είναι αδύνατος, επομένως χρησιμοποιούνται μέθοδοι υπολογισμού πεδίου με τις απαραίτητες πειραματικές διορθώσεις.

Ένα εμπόδιο με τη μορφή ενός μόνο λόφου ή βουνού μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας ένα μοντέλο σφήνας. Αυτό απλούστερο μοντέλοΤα εμπόδια και οι γρήγοροι υπολογισμοί εξασθένησης είναι δυνατοί χρησιμοποιώντας την κλασική λύση Fresnel για περίθλαση πεδίου με ημιεπίπεδο.

Εικ.9. Επιλογές μπλοκαρίσματος της ορατότητας κεραιών με εμπόδιο

Η ένταση του πεδίου στη θέση της κεραίας λήψης καθορίζεται από το διανυσματικό άθροισμα των δευτερευουσών πηγών που βρίσκονται στο επίπεδο που βρίσκεται πάνω από το εμπόδιο. Η ένταση του πεδίου κατά τη διάρκεια της περίθλασης με σφήνα καθορίζεται από την έκφραση

, (39)

όπου E0 είναι η ένταση πεδίου στη θέση της κεραίας λήψης απουσία εμποδίων και γείωσης, και F(n) είναι το μιγαδικό ολοκλήρωμα Fresnel. Η τιμή του ολοκληρώματος F(n) προσδιορίζεται από γραφήματα και πίνακες.

Κέρδος περίθλασης με εμπόδιο (συνήθως μικρότερο από 1) σε σύγκριση με τον ελεύθερο χώρο

, dB. (40)

Το γράφημα αυτής της συνάρτησης φαίνεται στο Σχ. 10.

Εικ. 10. Εξάρτηση συντελεστή κέρδους περίθλασης

στην τιμή της παραμέτρου περίθλασης n

(41δ)

2.2.3. Περίθλαση με πολλαπλές σφήνες

Εάν υπάρχουν πολλά εμπόδια στη διαδρομή μεταξύ του πομπού και του δέκτη, τότε όλα προσεγγίζονται από ένα ισοδύναμο εμπόδιο (Εικ. 11).

Εικ. 11. Ισοδύναμο σφηνοειδές εμπόδιο σε πρόβλημα επικοινωνίας

με δύο εμπόδια

Αυτό το μοντέλο λειτουργεί καλά για δύο εμπόδια, αλλά για αρκετά, προκύπτουν ορισμένες μαθηματικές δυσκολίες.

2.3. ΡΑΔΙΟΚΥΜΑΤΙΚΗ ΣΚΕΣΔΙΑ

Οι απώλειες από τη σκέδαση ραδιοκυμάτων από εμπόδια είναι συνήθως πολύ λιγότερες από τις απώλειες από ανάκλαση και περίθλαση. Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι η σκέδαση κυμάτων συμβαίνει προς όλες τις κατευθύνσεις (σε αντικείμενα όπως ιστοί, λάμπες, δέντρα κ.λπ.).

Επίπεδες επιφάνειες με διαστάσεις πολύ μεγαλύτερες από το μήκος κύματος μπορούν να μοντελοποιηθούν ως ανακλαστικές επιφάνειες. Ωστόσο, η παρουσία παρατυπιών αλλάζει την αντανάκλαση. Η τραχύτητα της επιφάνειας καθορίζεται από το κριτήριο Rayleigh, το οποίο καθορίζει το κρίσιμο ύψος hc της τραχύτητας όταν ένα κύμα προσπίπτει υπό γωνία qi:

. (42)

Η επιφάνεια θεωρείται λεία εάν η εξάπλωση του ελάχιστου και μέγιστα ύψηλιγότερο hc. Για ανώμαλες επιφάνειες, ο συντελεστής ανάκλασης Г πολλαπλασιάζεται με τον συντελεστή απώλειας σκέδασης ps.

Υποθέτοντας ότι το ύψος τραχύτητας h κατανέμεται τυχαία με νόμο κατανομής Gauss, ο συντελεστής απώλειας σκέδασης

, (43)

όπου sh είναι η τυπική απόκλιση του ύψους της επιφάνειας γύρω από το μέσο ύψος. Μετά από ορισμένες βελτιώσεις, ο συντελεστής απώλειας διασποράς, σε καλή συμφωνία με την πρακτική, καθορίζεται από την έκφραση

όπου I0 είναι η συνάρτηση Bessel του πρώτου είδους μηδενικής τάξης. Ο συντελεστής ανάκλασης ηλεκτρομαγνητικού πεδίου για ανωμαλίες h>hc προσδιορίζεται από την έκφραση

. (45)

Ο βαθμός σκέδασης ραδιοκυμάτων από εμπόδια μεγάλα μεγέθη, για παράδειγμα, μεγάλα σπίτια, μπορούν να χαρακτηριστούν από τη διάμετρο σκέδασης. Η διατομή σκέδασης αντικειμένου (RCS) ορίζεται ως ο λόγος της πυκνότητας ροής ισχύος του σκεδαζόμενου πεδίου προς την κατεύθυνση του δέκτη προς την πυκνότητα ροής ισχύος που προσπίπτει στο αντικείμενο σκέδασης και έχει τη διάσταση m2. Η ανάλυση βασίζεται στη θεωρία της γεωμετρικής περίθλασης και στη φυσική οπτική και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για προβλήματα υπολογισμού του πεδίου που διασκορπίζεται από μεγάλα κτίρια. Για αστικές συνθήκες, χρησιμοποιείται μια διστατική εξίσωση ακτινοβολίας, η οποία περιγράφει τη διάδοση ενός κύματος στον ελεύθερο χώρο και το πεδίο που διασκορπίζεται μεταξύ των αντικειμένων και στη συνέχεια ακτινοβολείται εκ νέου προς την κατεύθυνση του δέκτη.

όπου dt και dr είναι η απόσταση από το αντικείμενο διασποράς στον πομπό και τον δέκτη. Αυτή η εξίσωση είναι σωστή για το μακρινό πεδίο του πομπού και του δέκτη.

3. ΠΡΑΚΤΙΚΑ ΜΟΝΤΕΛΑ ΠΟΥ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΟΥΝΤΑΙ ΓΙΑ ΤΟΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟ ΤΗΣ ΕΞΑΣΘΕΝΗΣΗΣ ΣΗΜΑΤΟΣ ΣΕ ΡΑΔΙΟΚΑΝΑΛΙΑ

Τα περισσότερα μοντέλα που χρησιμοποιούνται για την επίλυση προβλημάτων διάδοσης ραδιοκυμάτων λαμβάνουν υπόψη τόσο αναλυτικά όσο και πειραματικά δεδομένα. Η πειραματική προσέγγιση βασίζεται στη χρήση γραφημάτων και αναλυτικών εκφράσεων που περιγράφουν προκαταρκτικά δεδομένα μέτρησης. Το πλεονέκτημα αυτής της προσέγγισης είναι ότι λαμβάνει υπόψη τους περισσότερους από τους παράγοντες που επηρεάζουν τη διάδοση των ραδιοκυμάτων. Μερικές φορές χρησιμοποιείται σε εργασίες κινητής επικοινωνίας κλασικά μοντέλαραδιοζεύξεις, οι οποίες επιτρέπουν τη μοντελοποίηση γραμμών επικοινωνίας σε μεγάλη κλίμακα. Για παράδειγμα, το μοντέλο δύο ακτίνων κατέστησε δυνατή την πρόβλεψη της απόδοσης των κυψελοειδών συστημάτων πριν εμφανιστούν. Ακολουθούν ορισμένα μοντέλα ραδιοζεύξεων.

3.1. Απώλειες μετάδοσης σε απομακρυσμένες γραμμές

Τόσο οι θεωρητικές όσο και οι πειραματικές μελέτες έχουν επιβεβαιώσει ότι η λαμβανόμενη ισχύς ποικίλλει σύμφωνα με έναν λογαριθμικό νόμο. Αυτός ο νόμος ισχύει τόσο για ραδιοζεύξεις εξωτερικών όσο και εσωτερικών κτιρίων. Οι μέσες απώλειες μεγάλης κλίμακας σε μια αυθαίρετη απόσταση πομπού-δέκτη περιγράφονται από την έκφραση

(47)

ή σε λογαριθμική κλίμακα

, dB, (48)

όπου n είναι ένας εκθέτης που δείχνει τον ρυθμό με τον οποίο αυξάνονται οι απώλειες μετάδοσης με την απόσταση. d0 είναι η απόσταση από τον πομπό έως το όριο αναφοράς, d είναι η απόσταση μεταξύ του πομπού και του δέκτη. Η γραμμή στα (47), (48) σημαίνει τον μέσο όρο των πιθανών τιμών απώλειας για δεδομένη απόστασηρε. Σε ένα διάγραμμα λογαριθμικής κλίμακας, το γράφημα εξασθένησης περιγράφεται από μια κεκλιμένη ευθεία γραμμή με συντελεστή κλίσης 10,n dB ανά δεκαετία. Ο δείκτης n εξαρτάται από τις συγκεκριμένες παραμέτρους του περιβάλλοντος διανομής.

Εκθέτης εξασθένησης πεδίου n για διάφορες συνθήκεςδιάδοση ραδιοκυμάτων

Είναι σημαντικό να επιλέξετε την κατάλληλη απόσταση d0 για να μελετήσετε τις συνθήκες διάδοσης. Σε κυψελωτές επικοινωνίες με μεγάλες περιοχές κάλυψης, χρησιμοποιείται συνήθως απόσταση 1 km, σε μικροκυψελωτά συστήματα είναι πολύ μικρότερη - 100 m Αυτή η απόσταση πρέπει να αντιστοιχεί στο μακρινό πεδίο της κεραίας για την εξάλειψη των φαινομένων κοντινού πεδίου. Η τιμή εξασθένησης αναφοράς υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τον τύπο διάδοσης ελεύθερου χώρου (4) ή μέσω πεδίων που μετρώνται σε απόσταση d0.

Η εξίσωση (48) δεν λαμβάνει υπόψη ότι οι περιβαλλοντικές παράμετροι μπορούν να αλλάξουν γρήγορα μεταξύ των μετρήσεων. Οι μετρήσεις έχουν δείξει ότι η ποσότητα της εξασθένησης ισχύος στο ραδιοφωνικό κανάλι περιγράφεται από έναν κανονικό-λογαριθμικό (ομοιόμορφο σε dB) νόμο:

όπου xs είναι μια τυχαία μεταβλητή με νόμο κανονικής-λογαριθμικής κατανομής με τυπική απόκλιση s, dB.

Αυτοί οι τύποι μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον υπολογισμό του πεδίου στο πραγματικά συστήματασύνδεση παρουσία τυχαίων παραγόντων που εξασθενούν το σήμα. Στην πράξη, οι τιμές των n και s καθορίζονται συνήθως από πειραματικές μελέτες (Εικ. 12).

Δεδομένου ότι η τιμή του PL(d) είναι μια τυχαία μεταβλητή με κανονική κατανομήσε μια κλίμακα dB από την απόσταση d, η συνάρτηση Pr(d) κατανέμεται επίσης τυχαία. Για να προσδιοριστεί η πιθανότητα ότι ένα λαμβανόμενο σήμα θα είναι πάνω (ή κάτω) από ένα συγκεκριμένο επίπεδο, μπορεί να χρησιμοποιηθεί η συνάρτηση Q:

, (50a)

όπου η προϋπόθεση ικανοποιείται . (50β)

Η πιθανότητα ότι ένα λαμβανόμενο σήμα θα είναι μεγαλύτερο από κάποια δεδομένη τιμή g μπορεί να υπολογιστεί από τη συνάρτηση αθροιστικής πυκνότητας ως

. (51)

Ομοίως, η πιθανότητα η λαμβανόμενη ισχύς να είναι μικρότερη από g:

(52)

Εικ. 12. Πειραματικά δεδομένα που απεικονίζουν την εξασθένηση των ραδιοκυμάτων σε αστικές συνθήκες (παρουσιάζονται μετρημένα δεδομένα για την εξασθένηση της ισχύος των ραδιοφωνικών καναλιών για 6 πόλεις στη Γερμανία, από αυτά τα πειραματικά δεδομένα προσδιορίστηκαν οι παράμετροι n=2,7, s=11,8 dB)

3.2. Μοντέλα ραδιοζεύξεων εκτός κτιρίων

Οι ραδιοζεύξεις στις κινητές επικοινωνίες ταξιδεύουν συχνά σε ανώμαλο έδαφος. Σε αυτήν την περίπτωση, θα πρέπει να ληφθεί υπόψη το πραγματικό προφίλ διαδρομής. Η διαδρομή μπορεί να ποικίλλει από ομαλό έως πολύ ανώμαλο έδαφος. Θα πρέπει επίσης να λάβετε υπόψη την παρουσία κτιρίων, δέντρων και άλλων εμποδίων όταν επικοινωνείτε σε μια πόλη. Υπολογίζονται μη ομαλές διαδρομές διαφορετικές μεθόδους. Οι υπάρχουσες μέθοδοι για τον υπολογισμό του πεδίου σε πραγματικές συνθήκες επικοινωνίας ποικίλλουν πολύ ως προς την προσέγγιση, την πολυπλοκότητα και την ακρίβεια. Τα περισσότερα βασίζονται στη χρήση πειραματικών δεδομένων για την περιοχή που εξυπηρετείται. Μερικές μέθοδοι περιγράφονται παρακάτω.

3.2.1. Μέθοδος Okumura

Αυτή η μέθοδος είναι μια από τις ευρέως χρησιμοποιούμενες μεθόδους για τον υπολογισμό των ραδιοζεύξεων σε αστικά περιβάλλοντα. Είναι κατάλληλο για συχνότητες MHz (αν και μπορεί να προεκταθεί στα 3000 MHz) και αποστάσεις από 1 έως 100 km. Αυτή η μέθοδοςμπορεί να χρησιμοποιηθεί εάν το πραγματικό ύψος ανάρτησης είναι κεραία βάσηςείναι από 01/01/01 μ.

Ο Okumura πρότεινε ένα πλέγμα καμπυλών για τον υπολογισμό της μέσης εξασθένησης σε σχέση με την εξασθένηση ελεύθερου χώρου Amu σε μια σχεδόν ομαλή πόλη με ισοτροπική κεραία ανυψωμένη σε πραγματικό ύψος hte = 200 m και ύψος κινητής κεραίας hre = 3 m Τα γραφήματα λαμβάνονται από πολλές μετρήσεις με πανκατευθυντικό σταθμό βάσης και κεραίες rover και σχεδιάζονται για το εύρος συχνοτήτων MHz ως συνάρτηση του εύρους από 1 έως 100 km.

Για τον προσδιορισμό των απωλειών σε μια ραδιοζεύξη, υπολογίζεται η εξασθένηση πεδίου στον ελεύθερο χώρο, στη συνέχεια προσδιορίζεται η τιμή Ama(f, d) από τις καμπύλες του γραφήματος (Εικ. 13) και προστίθεται στην εξασθένηση στον ελεύθερο χώρο με μια διόρθωση. ανάλογα με τον βαθμό ανομοιομορφίας του προφίλ διαδρομής:

όπου L50 είναι η μέση απώλεια,

LF - απώλεια ελεύθερου χώρου,

Ama - μέση πρόσθετη εξασθένηση λόγω της επίδρασης της επιφάνειας της γης,

G(hte) - αποτελεσματικό κέρδος της κεραίας εκπομπής,

G(hre) - αποτελεσματικό κέρδος της κεραίας λήψης,

GAREA - συντελεστής διόρθωσης από το γράφημα στο Σχ. 14.

Εικ. 13. Εξάρτηση από τη συχνότητα της μέσης εξασθένησης

σήμα σε σχέση με τον ελεύθερο χώρο

για ένα σχεδόν ομαλό προφίλ διαδρομής

Εικ. 14. Συντελεστής διόρθωσης λόγω προφίλ διαδρομής ραδιοφώνου

Επιπλέον, ο Okumura διαπίστωσε ότι η τιμή του G(hte) ποικίλλει σύμφωνα με το νόμο των 20 dB/δεκαετία και του G(hre) για ύψη μικρότερα από 3 m - 10 dB/δεκαετία:

, 1000 m > h te > 10 m; (54α)

, hre< 3 м; (54б)

, 10 m > hre >3 m (54v)

Το μοντέλο του Okumura βασίζεται εξ ολοκλήρου σε πειραματικά δεδομένα. Τα γραφήματα που ελήφθησαν από τον Okumura μπορούν να προεκτεθούν. Το μοντέλο Okumura είναι το απλούστερο και ακριβέστερο για τον υπολογισμό των απωλειών σε συστήματα κινητής και κινητής επικοινωνίας. Είναι το πρότυπο για τους υπολογισμούς κυψελών για κινητές επικοινωνίες στην Ιαπωνία.

Το κύριο μειονέκτημα του μοντέλου είναι η εργασία με γραφήματα και η αδυναμία να ληφθούν πλήρως υπόψη οι ταχέως μεταβαλλόμενες συνθήκες στο προφίλ διαδρομής.

Βασικά, η εξεταζόμενη μέθοδος χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό των ραδιοζεύξεων σε αστικές και υπεραστικές περιοχές. Η διαφορά μεταξύ υπολογισμένης και πειραματικά μετρούμενης ισχύος πεδίου συνήθως δεν υπερβαίνει τα 10-13 dB.

3.2.2. Μοντέλο Χάτα

Η Hata επεξεργάστηκε τα πειραματικά δεδομένα του Okumura για συχνότητες MHz και πρότεινε τον υπολογισμό των απωλειών διάδοσης σε αστικά περιβάλλοντα χρησιμοποιώντας έναν τυπικό τύπο, λαμβάνοντας υπόψη τις εξισώσεις διόρθωσης για άλλες συνθήκες. Τυπικός τύπος για τον υπολογισμό των μέσων απωλειών ισχύος σε συνθήκες πόλης:

όπου fc είναι η συχνότητα από 150 έως 1500 MHz,

hte - αποτελεσματικό ύψος της βασικής κεραίας (από 30 έως 200 m),

hre - αποτελεσματικό ύψος κεραία κινητής τηλεφωνίας(από 1 έως 10 μέτρα),

d - απόσταση από τον πομπό στον δέκτη, km,

Το a(hre) είναι ένας συντελεστής διόρθωσης για το πραγματικό ύψος της κεραίας κινητής τηλεφωνίας, το οποίο είναι συνάρτηση του μεγέθους της περιοχής εξυπηρέτησης.

Για μικρούς και μεσαίους οικισμούς:

Για μεγάλες πόλεις:

Για fc<300 МГц; (57a)

Για fc>300 MHz. (57β)

Σε υπεραστικές περιοχές, ο τυπικός (βασικός) τύπος Hata (55) τροποποιείται ως εξής:

, dB, (58)

και για ανοιχτούς χώρους:

Αν και οι τύποι Hata δεν λαμβάνουν υπόψη όλες τις συγκεκριμένες διορθώσεις που είναι διαθέσιμες στη μέθοδο Okumura, έχουν σημαντική πρακτική σημασία. Οι υπολογισμοί που χρησιμοποιούν τύπους Hata συμφωνούν καλά με τα δεδομένα από το μοντέλο Okumura για εμβέλειες μεγαλύτερες από 1 km.

3.2.3. Βελτίωση της μεθόδου Hata

Η Ευρωπαϊκή Ένωση EVRO-COST πρότεινε νέα έκδοσηΜέθοδος Hata, που ισχύει για συχνότητες έως 2 GHz. Ο τυπικός τύπος για τον υπολογισμό των μέσων απωλειών ισχύος σε αστικές συνθήκες γράφεται ως εξής:

όπου το a(hre) προσδιορίζεται από τους τύπους (56) και (57),

Gm = 0 dB για μεσαίες και μεγάλες πόλεις,

Gm = 3 dB για πρωτεύουσες.

Αποδεκτά όρια παραμέτρων σε (60): fc 1500...2000 MHz,

hte 30...200 m,

Η χρήση των παραπάνω εκφράσεων σάς επιτρέπει να υπολογίσετε μια ευρεία κατηγορία καναλιών ραδιοεπικοινωνίας, λαμβάνοντας υπόψη τις ειδικές συνθήκες διάδοσης των κυμάτων. Η επιλογή ενός συγκεκριμένου μοντέλου που περιγράφει τη διάδοση των ραδιοκυμάτων εξαρτάται σημαντικά από τη φέρουσα συχνότητα, το ύψος των κεραιών εκπομπής και λήψης και τον περιβάλλοντα χώρο. Η επάρκεια των υπολογισμών και των πειραματικών δεδομένων καθορίζεται από την ορθότητα των μεθόδων που χρησιμοποιούνται και επίσης εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από πρακτική εμπειρίαειδικός