CC BY
89
2009
НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА серия Студенческая наука
№ 150
УДК 621.396
ОПТИМИЗАЦИЯ РАСЧЕТА НАДЕЖНОСТИ ДКМВ КАНАЛА СВЯЗИ
К.Г. ГОРШКОВА, Н.Д. ПЕТРОВА
Статья представлена доктором технических наук, профессором Кринициным В.В. Статья подготовлена под руководством кандидата технических наук, доцента Яманова Д.Н.
В статье приводится методика расчета ДКМВ канала, которая позволяет оценить достоверность и надежность связи на отдельных направлениях в условиях равнинной местности.
Целью расчета ДКМВ каналов сети радиосвязи, когда известны расположение и параметры радиостанций, является определение достоверности связи при заданных надежности связи, дальности и профиле трассы.
Все известные методы расчета ДКМВ каналов основываются на формуле потерь энергии радиоволн при распространении (в дБ):
Р2 = Р1 + ^1 + ^2 + )1 + )2 - Ьсв - Ьфл + Ьм . (1)
где: Р1 - мощность передатчика;
Р2 - мощность сигнала на входе приемника;
G1 и G2 - коэффициенты усиления передающей и приемной антенн;
) и 1)2 - коэффициенты передачи антенных фидеров передатчика и приемника;
Ьсв - потери в свободном пространстве;
Ьфл - слагаемое, определяемое флуктуационным характером поля;
Ьм - множитель ослабления, определяемый характером трассы и зоной размещения приемной антенны (зона освещенности, полутени или тени).
Потери в свободном пространстве:
4в = 20^(4рБ) - 20^. (2)
где: Б - расстояние между антеннами абонентов;
X - длина волны.
Множитель ослабления Ьм в зависимости от профиля трассы и расстояния Б рассчитывается различными методами [1]. Совместное комбинированное применение этих методов эффективно при больших объемах расчетов с применением вычислительной техники (например, при составлении карт распределения напряженности ДКМВ поля). В случае оперативных инженерных оценок можно воспользоваться методом, рекомендуемым ИКАО. Согласно этим рекомендациям учитывают три вида напряженности поля: поле свободного пространства Есв, поле в
области дифракции Ед и ослабление АЬ поля тропосферного рассеяния Етр по сравнению с Есв. Основные расчетные соотношения и иллюстрирующие их графики даны для следующих условий: эффективная мощность излучения полуволнового диполя без потерь - 1 кВт, модуль коэффициента отражения - единица, поверхность Земли - гладкая, сферическая, закон распределения замираний - Накагами-Райса, атмосфера - стандартная, относительный нулевой уровень напряженности поля - 1 мкВ/м, надежность связи р( = 95%.
Для перечисленных условий:
Есв = 106,6-20^Б ; (3)
где: Б - расстояние между антеннами абонентов, км;
Есв - напряженность поля в дБ по отношению к 1 мкВ/м.
Дифракционные потери принимают равными 0,81 дБ/км. Превышение поля свободного пространства над полем тропосферного рассеяния составляет (в дБ):
ЛЬ =Е„-ЕтГ = 20,4 + 10^/-Ы- ~310 + Ш, (4)
где: / - частота в МГц;
N - индекс рефракции;
в - угол тропосферного рассеяния. Величина:
в ■
171РЭ
4а
(5)
где: а - радиус Земли;
Бэ - эквивалентное расстояние.
Смысл Бэ ясен из рис. 1.
Бэ = Б - Бг = Б - 4,12(^//т1 + ^2) .
(6)
Рис. 1. К определению эквивалентного расстояния
Графическая иллюстрация уравнений (3)-(6) приведена на рис. 2, где изображена зависимость напряженности поля сигнала Ес от расстояния г. На расстояниях в пределах радиогоризонта (от точки 1, рис. 2.) Ес определяется равенством (1). Сразу за радиогоризонтом от точки 1
до точки 4 поле определяется дифракционными потерями, градиент которых составляет 0,81 дБ/км. После точки 4 проявляется действие тропосферного рассеяния, и линия потерь имеет крутизну наклона, как следует из уравнения (4), равную 0,1 дБ/км. Начальная точка (точка 3) этой линии лежит ниже точки 1 на АЬ дБ. Положение точки 3 определяется формулой (2) при Бэ = 0 и зависит от / и N . Например, если / = 120 МГц, а N = 350, то ЛЬ = +33 дБ. На той же частоте для ^ = 370 значение ЛЬ = 29 дБ, для ^ = 390 - ЛЬ = 25 дБ и т.д. по ±2 дБ на каждые ±10 единиц (пунктирные линии, рис. 2). Если мощность, излучаемая передающей антенной, не равна 1 кВт, то ее значение пересчитывается в дБ по отношению к 1 кВт и точка 1 на рис. 2 смещается (в точку 2) на полученное число дБ вверх (вниз), если мощность больше (меньше) 1 кВт.
Поправки на коэффициенты G1 G2, )1 и )2 вносятся обычным путем в соответствии с равенством (1). Коэффициент усиления G1 выражается в дБ по отношению к коэффициенту уси/
ления полуволнового вибратора и обозначается G1 . Уровень внутренних шумов приемных уст-
ройств Еш определяют экспериментально либо выбирают (для оценки достоверности связи) в пределах - 10....- 30 дБ [1].
Вместо внутренних шумов приемника может учитываться уровень индустриальных помех Еп, который при расположении его в городе может превосходить Еш . При отсутствии экспериментальных данных значение Еп для расчетов выбирают в пределах 0...+15 дБ [1]. Достоверность связи определяют из рис. 4 по величине превышения Н сигнала над помехой.
Ес,и
80
60
40
20
О
-20
N0 —о2
. Т\ ■ 7 *{Л ¿тр \ = 350 \ _ 4 Ы5ш330 1 1 1 г
і ' ..... . - 1 ..
20 40 а 16 60 60 100 г,кп ' 1
Рис. 2. Зависимость напряженности ДКМВ поля сигнала от расстояния:
а - область Е„
б - область Ед; в - область АЬтр
Рассмотрим методику расчета ДКМВ канала связи, построенную по уравнениям (1)-(6), на конкретном примере. Примем для расчета такие исходные данные: Р1 = 200 Вт, И1= 30 м,
к2 = 4 м, G1/= 0 дБ (четвертьволновой штырь типа зонтик), G2 = 3 дБ, ) = 2 дБ, г 1)2 = 1дБ, / = 120 МГц, N = 350, Еш =-10 дБ, р( = 95%, дальность связи В = Вг; необходимо определить достоверность связи J на дальности Вг.
Методика расчета включает следующие пункты:
1. По формуле (1) находят дальность радиогоризонта:
Вг = 4,12(7^+^) = 4,12(^30 +74) = 30,8 км.
/
2. По формуле (3) рассчитывают напряженность поля Есв для Р1 = 1 кВт:
Есв = 106,6-201ёВ = 106,6-201§30,8 » 77 дБ.
3. Находят поправку АР по заданной мощности Р1 = 200 Вт:
Лп 1Л1 1000 1Л1 1000 „ ^
АР = 101§-----= 101§______» 7 дБ.
Р
200
4. Определяют напряженность поля в точке приема:
Е = Е -АР = 77-7 = 70 дБ.
с св ^
/
5. Вносят поправки на О1, 02, ) и )2 и определяют Ес на входе приемника:
Есш = Ес + 0; + 02 +) +)2 = 70 + 0 + 3 - 2-1 = 70 дБ.
6. Находят отношение сигнал/шум на входе приемника:
H = ЕсШ -Еш = 70 - (-10) = 80 дБ. 7. По графикам на рис. 4 устанавливают, что J ~ 100% .
Рис. 4. Зависимость достоверности связи от необходимого отношения сигнал/помеха на входе приемника
Приведенная методика расчета ДКМВ каналов позволяет относительно быстро оценить достоверность и надежность связи на отдельных направлениях в условиях равнинной местности.
ЛИТЕРАТУРА
1. Калинин А.И., Чернова Е.Л. Распространение радиоволн и работа радиолиний. - М. : Связь, 1971.
THE OPTIMIZATION OF RELIABILITY COMPUTATION OF VHF COMMUNICATION CHANNELS
Gorshkova K.G., Petrova N.D.
The article performs the optimization of reliability computation of VHF communication channels.
Сведения об авторах
Горшкова Кристина Геннадьевна, студентка факультета авиационных систем и комплексов МГТУ ГА, область научных интересов - телекоммуникационные системы.
Петрова Наталия Дмитриевна, студентка факультета авиационных систем и комплексов МГТУ ГА, область научных интересов - телекоммуникационные системы.
