CC BY
873. Борисов В.В. Нечеткие модели и сети. / В.В. Борисов, В.В. Круглов, А.С. Федулов, М.: Горячая линия-Телеком, 2007. 284 с.
4. Симонов С.В. Анализ рисков, управление рисками / С.В. Симонов. Jet Info, 2003. 28 с.
ОРГАНИЗАЦИЯ РАДИОСЕТИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БПЛА
Семенишен А.А.
Семенишен Андрей Александрович - студент магистратуры, Научно-исследовательский университет Высшая школа экономики, Московский институт электроники и математики, г. Москва
Аннотация: в статье анализируется теоретическая возможность создания радиосети в области, где отсутствует стационарная сеть. Приводятся расчёты покрытия сети в зависимости от мощности передатчика, высоты его расположения и поляризации.
Ключевые слова: анализ, радиотехника, исследование, БПЛА.
В наше время, коммуникационная сеть приобрела размеры и области покрытия невероятных масштабов. Оборудование постоянное совершенствуется, качество связи неуклонно растет. Тем не менее, часто происходят ситуации, когда покрытие сети отсутствует, либо имеет неудовлетворительное качество. Например, в местах техногенных катастроф, военных мероприятий, поисково-спасательных операций и т.д. Проще говоря: тогда, когда необходимо установить качественный канал связи, но не рационально устанавливать стационарный комплекс связи или нет такой возможности (труднопроходимая местность) [1].
Для решения данной проблемы, на помощь могут прийти беспилотные летательные аппараты. Так как в последнее десятилетие данный вид техники получил скачок в развитии характеристик, в виде прикладного программного обеспечения и составной - компонентной части, то, благодаря им, можно временно установить радиоканал, удовлетворяющим необходимым требованиям.
Для исследования теоретических аспектов данного вопроса, была поставлена задача рассмотреть распространение радиоволн и, вследствие, зон покрытия сигнала. Примеры реалистических прогнозов расстояния рассматриваются на базе двухлучевой модели распространения радиоволн и по формуле Фрииса [2].
Gt Goh?
• PR — мощность, полученная от приемной антенны;
• РТ — мощность, подаваемая на передающую антенну;
• GR — коэффициент усиления приемной антенны;
• GT — коэффициент усиления передающей антенны;
• d — расстояние;
• c — скорость света в вакууме = 299,972458*106 м/с;
• X — длина волны;
• X = c/f.
Данная модель также может учитывать типичные строительные материалы зданий.
Для получения реалистичной оценки дальности связи использованы формула Фрииса [2] и двухлучевая модель распространения. Двухлучевая модель [3] принимает во внимание земную поверхность, влияние которой всегда будет уменьшать достижимое расстояние [4].
Получив конечные вычисления, можно проанализировать важность учета высоты антенны и ограничений прямой видимости, преимущество работы на более низкой частоте, чтобы достигнуть большего расстояния. Для перекрытия максимальной территории необходимо учитывать следующие факторы: мощность передатчика; поляризацию сигнала; высота размещения передатчика. Для расчетов был использован MS Excel [5].
Таблица 1. Расчеты дальности распространения радиосигналов
15 дБм - Vertical
ЧастоТа^^ 1,5 м 25 м 50 м 75 м 100 м 1500 м 3000 м
50 МГц 7900 16300 20400 23200 25500 61000 75500
220 МГц 2950 6150 7700 8850 9750 24600 30050
500 МГц 1725 3850 5000 5875 6575 16350 13350
920 МГц 1180 3120 4190 4990 5650 7140 5370
2440 МГц 800 2700 3500 3800 2200 2500 700
15 дБм - Horizontal
50 МГц 3000 6300 8000 9100 10100 27700 36700
220 МГц 1175 3175 4300 5200 5600 21300 29200
500 МГц 820 2860 4000 4875 5600 18500 6700
920 МГц 730 2790 3920 4760 5460 9870 6870
2440 МГц 700 600 1400 4000 1300 3600 1700
30 дБм - Vertical
50 МГц 25000 51700 64500 73600 80900 196900 246750
220 МГц 9400 19300 24200 27600 30400 76600 97500
500 МГц 5420 11540 14680 16990 18890 54600 71200
920 МГц 3650 8550 11275 13350 15075 46750 53050
2440 МГц 2100 6800 9400 11400 13000 16300 16500
30 дБм - Horizontal
50 МГц 9500 19800 24800 28400 31200 80400 104100
220 МГц 3600 8500 11300 13400 15200 53000 73700
500 МГц 2280 7040 9770 11860 13620 50500 69700
920 МГц 1850 6725 9450 11550 13300 47500 58900
2440 МГц 1700 6600 9200 11200 12800 16400 20400
Так, на частоте в 50 МГц дальности распространения при 15 дБм, вертикальной поляризации и размещении передатчика на высоте 100 м, достигает 25,5 км, а при 3 км - 75,5 км. При увеличении значения мощности передатчика до 30 дБм, показатели вырастают до 80,9 км и 246,75 км соответственно.
При 500 МГц, 15 дБм, вертикальной поляризации и размещении на высоте 100 м -дальность 6,6 км и 30 дБм - 19 км.
Фактически, для организации радиосвязи можно использовать передатчики с УКВ диапазоном, что, в конечном счете, более выгодно, так как используется меньшее количество оборудования, за счет особенностей данного диапазона. Вертикально поляризованный сигнал показывает лучшие характеристики по дальности распространения, за счет меньшей восприимчивости к замиранию от многолучевого распространения.
Но, для организации широкополосной системы связи действуют другие приоритеты. Для маломощных передатчиков практичнее использовать БПЛА ближнего радиуса действия (привязного типа или нет, следует выбирать по количеству времени, необходимого на работу на местности и конечной полезной нагрузки), так как в результате расчетов при частоте 2,44 ГГц, при мощности в 15 дБм и горизонтальной поляризации сигнал покрывает местность радиусом в 4 км на высоте 75 м. Но при увеличении мощности передатчика до 30 дБм, смене поляризации и высоты до 100 м, то радиус возрастает до 13 км.
Для мощных передатчиков практичнее использовать БПЛА дальнего радиуса действия или аэростатного типа, так как при размещении на высоте 1500 м при обоих типах поляризации можно перекрыть сигналом местность до 16,5 км. При увеличении высоты размещения аппарата рациональнее использовать вертикально поляризованный сигнал, так как радиус покрытия возрастает на 19,12 %.
Данные расчеты, показывают возможность и рациональность в создании такой системы, так как она будет иметь ряд преимуществ, по сравнению с существующими, а именно :
• Многофункциональность;
• Дешевизна;
• Возможность размещения в любой точке на любом типе местности и в любую погоду.
Список литературы
1. Абилов А.В. Распространение радиоволн в сетях подвижной связи. Изд-во ИжГТУ, 2005. 24 с.
2. Friis - Shaw J.A. «Radiometry and the Friis transmission équation». Am. J. Physics. 81 (33), 2013. С. 33-37.
3. [Электронный ресурс]: @alexxerm Теория радиоволн. Стандарты связи, Беспроводные технологии. [https://habrahabr.ru], 2011. Режим доступа: https://habrahabr.ru/post/158161/ (дата обращения: 25.04.2017).
4. Уоллес Р. Максимальная дальность связи по радиоканалу в системе: как этого добиться? // Новости Электроники, 2015. С. 2.
5. [Электронный ресурс]: Microsoft Corporation. Excel Sheet for Range Calculation. [https://msdn.microsoft.com], 2017. Режим доступа: https://msdn.microsoft.com/en-us/library/office/ff834613. aspx/ (дата обращения: 20.04.2017).
