CC BY
92
2010
НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА серия Радиофизика и радиотехника
№ 152
УДК 517.9
ПОДХОД К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОПОЛОГИИ СЕТИ РАДИОСВЯЗИ ДЕКАМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА ПРИ ЕЕ ИНТЕГРАЦИИ В СИСТЕМУ АВИАЦИОННОЙ ЭЛЕКТРОСВЯЗИ
С.Н. НАЗАРОВ
Статья представлена доктором технических наук, профессором Васильевым К.К.
В статье рассматривается подход к решению задачи определения топологии сети радиосвязи декаметрового диапазона: определение зоны расположения подсети вынесенных взаимосвязанных ретрансляторов, определения требуемого количества используемых ретрансляторов и оптимального их расположения в зоне приема, определение оптимального расположения точек доступа абонентов в сеть.
Ключевые слова: авиационная электросвязь, топология сети радиосвязи, ретрансляторы.
Согласно [1] между точкой доступа и сетью вынесенных РЦР образуется канал радиодоступа (КРД). Учитывая то, что РЦР пространственно разнесены между собой на расстояние, обеспечивающее отсутствие пространственной корреляции точек приема сигнала на одной частоте в одно и то же время [2, 3, 4], особенности характеристик диаграммы направленности используемых антенн [5], различия условий осуществления радиосвязи для разных точек приема, образуемые в КРД радиолинии, будут характеризоваться различными значениями вероятностей осуществления радиосвязи [6] и уровня сигнала в точках приема.
Для определения значений уровня сигнала в точках приема проведен расчет конструкции антенны (за основу была использована антенна типа ромб). В качестве исходных данных для расчетов были использованы значения минимальной и максимальной рабочей частоты (МГц), высоты подвеса и длины плеча антенны.
Для расчетов использованы следующие формульные зависимости [4]:
а) для расчета характеристики направленности ромбической антенны в вертикальной плоскости используется формульная зависимость (1):
/(0) = (8Іп(0'5 * к * I(1 - с«*«) * Тоіі(е)))2 * яп(£ *Ь * яп(0))),
0.5 * к * I(1 - СОБ«) * СО8(0)) (1)
где к- волновое число; 1- длина плеча ромба; И- высота подвеса ромба; а- острый угол ромба; 0 = 0,0.01^..^;
б) для расчета характеристики направленности ромбической антенны в горизонтальной плоскости используется формульная зависимость (2) [4]:
/р) = ( йіп(0.5 * к * (I * (1 - соб( ¥) * соб« - р)))) * біп(0.5 * к * (I * (1 - соб( ¥) * соб« + р)))) * ^
Р ^0.5 * к * (I * (1 - соб(¥ ) * соБ(а-р))) ^0.5 * к * (I * (1 - соб(¥ ) * соБ(а+р))) ( )
* Біп(к * к * Біп(^))),
где к - волновое число; 1 - длина плеча ромба; ¥ - центральный угол; а - острый угол ромба; □ =0.01п...2п.
На основе полученных значений ХДН разработана автоматизированная методика для расчета напряженности электромагнитного поля (ЭМП). В основу методики положена формула (3) [4]:
= 430*0,25*Ра *Р^^п-1
Ес =^--------- --------а-- *1 ЯГ' * ег * ВЕ(0) * Вг(ф), (3)
с
Г
где Pa - мощность, подводимая к антенне; Gl - коэффициент усиления передающей антенны; гл
- длина луча ионосферной волны; Я - коэффициент отражения волны от земли; ег- полный коэффициент поглощения; БЕ(0) - ХДН антенны в вертикальной плоскости; Вг(ф) - ХДН антенны в горизонтальной плоскости.
Расчет ЭМП ионосферной волны в зоне покрытия системы РЦР производился на территории региона для КВ линий радиосвязи по данным радиопрогнозов. Учет потерь на магнитоионное расщепление волн и поляризационное рассогласование осуществляется снижением мощности, подводимой к антенне Ра в четыре раза. Для многоскачковой трассы множители ослабления включают также коэффициент отражения волны от земли Я в степени, на единицу меньшую числа скачков п. Расчет проводится для одного луча, а воздействие других учитывается через параметры быстрых замираний [4].
Расчеты проведены для многоскачковой радиотрассы с Лгск=1,2,3. Основная энергетика радиолинии обеспечивается на первом скачке радиотрассы, поэтому в основу определения напряженности ЭМП положена односкачковая радиотрасса.
Результаты расчетов, проведенные согласно формулы (3), для односкачковой радиотрассы показаны на рис. 1.
V и З.Ю7Ол)ОТ'0 Ш1 йй-
\ 0.001 Гфй \ Щуол № г. г
0.011(.0]5 *■——о,ой( 0Л02 Жгл А1С ГЧ
с, (к 0Л02
) 10 20 30 40 зО ¿0
Рис. 1. Распределение значения ЭМП в топографической системе координат
Анализ рис. 1 показывает, что уровни ЭМП на рассматриваемой территории распределяются неравномерно. Существуют зоны ограниченного размера, удаленные от радиопередатчика на расстояние более 1000 км, с уровнем ЭМП, значительно превышающим минимально допустимое для уверенного приема сигналов значение.
Таким образом, обеспечивается возможность определения зоны расположения подсети вынесенных взаимосвязанных РЦР для одного радионаправления от отдельно выбранной точки доступа. Для остальных точек доступа расчеты производятся аналогичным образом.
В соответствии с количеством точек доступа в ДКМ СРС будет формироваться N КРД. Для обеспечения высокого качества обслуживания запросов абонентов зона размещения сети вынесенных взаимосвязанных РЦР должна быть оптимально расположена относительно всех точек доступа ДКМ СРС.
В общем виде графическое представление решения данной задачи показано на рис. 2. Как следует из анализа рис. 2, передающие антенны в точках доступа ориентированы на одну точку приема. Так как ХДН расширяется с увеличением расстояния радиосвязи, то на расстоянии 2000 км и более от передатчика будет охвачена большая зона. Пересечение диаграмм излуче-
ния различных точек доступа позволяет определить оптимальную зону размещения сети вынесенных РЦР.
Для представленного примера проведены расчеты и получены результаты для КРД Санкт -Петербург, для КРД Грозный, для КРД Хабаровск.
Рис. 2. Графическое представление определения зоны оптимального размещения
сети вынесенных РЦР
Наложение полученных результатов ЭМП для всех рассчитанных КРД определяет зоны пересечения диаграмм направленности передающих антенн. В топографической системе координат эти результаты показаны на рис. 3.
Рис. 3. Зоны пересечения диаграмм направленности передающих антенн в топографической системе координат
На основе полученных результатов определяется зона с наивысшими значениями ЭМП, расположенная в пределах координат (Хо Уо), (Х1 У1), (Х2 У2), (Х3У3). В качестве примера в выделенной зоне отмечены точки максимальных значений ЭМП с координатами Хп1.
Таким образом, представленные в графическом виде результаты решения задачи определения зоны оптимального размещения сети вынесенных РЦР позволяют определить массив точек приема сигналов от точек доступа.
Решение второй подзадачи осуществляется на основе полученного массива точек приема. Механизм пространственного ресурса КВ радиосвязи будет реализован, если РЦР будут разме-
щаться в точках зоны, разнесенных на расстояние L, обеспечивающее отсутствие пространственной корреляции. Следовательно, необходимо выделить множество точек М из N, равноудаленных друг от друга на расстояние L. Наиболее плотное размещение точек, удаленных на данное расстояние в указанной области, обеспечивает использование гексагональной решетки [7]. Ячейками данной области являются правильные шестиугольники, площадь которых определяется из основных геометрических зависимостей. Тогда выражение (4) определяет функциональную зависимость R(x,y):
M
„ч
lim —--------
L S
R ®2 S зоныРЦР
где R - радиус ячейки решетки; Бяч - площадь правильного шестиугольника; Бзоны РцР - площадь размещение сети РЦР.
Площадь зоны размещения определяется как определенный интеграл от F(x,y). Функциональные зависимости R(x^), F(x,y) и нахождение предела (4) позволяют получить множество точек М с их координатами размещения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Назаров С.Н. Применение динамического программирования при распределении пространственного ресурса радиосвязи декаметрового диапазона // Инфокоммуникационные технологии. - 2007. - №2. - С. 70 - 74.
2. Комарович В.Ф., Сосунов В.Н. Случайные радиопомехи и надежность КВ радиосвязи. - М.: Связь , 1977. -136 с.
3. Комарович В.Ф., Сосунов В.Н., Фарбирович М.Я. О частотно-пространственных резервах диапазона де-каметровых волн // Радиотехника. - 1978. - № 6. - С. 100 - 101.
4. Комашинский В.И. , Максимов А.В., Стратонов О.П. Пространственно-частотная адаптация в сетях связи с подвижными объектами // Радиотехника. - 1997. - №2. - С. 3-7.
5. Нарышкин Е.М., Серков В.П. Волновая служба и антенные устройства. Ч1. Теория электромагнитного поля и распространение радиоволн. - М.: Военное издательство МО СССР, 1982. - 287 с.
6. Прохоров В.К., Шаров А.Н. Методы расчета показателей эффективности радиосвязи. - Л.: ВАС, 1990. -132 с.
7. Волков Л.Н., Немировский М.С., Шинаков Ю.С. Системы цифровой радиосвязи: базовые методы и характеристики: учебное пособие. - М.: Эко - Трендз, 2005. - 392 с.
APPROACH TO THE SOLUTION OF THE PROBLEM OF DETERMINING THE TOPOLOGY OF THE NETWORK OF THE RADIO COMMUNICATION OF DECAMETRIC RANGE WITH ITS INTEGRATION INTO THE SYSTEM OF THE AVIATION ELECTRICAL COMMUNICATION
Nazarov S.N.
In the article the approach to the solution of the problem of determining the topology of the network of the radio communication of the decametric range is examined: the definition of the zone of the arrangement of the subnetwork of the remote interconnected retranslates, determination of the required quantity of utilized retranslates and their optimum arrangement in the zone of method, the determination of the optimum arrangement of the points of the access of subscribers into the network.
Сведения об авторе
Назаров Сергей Николаевич, 1967 г.р., окончил Высшее военное авиационное училище связи г. Санкт-Петербург (1997), докторант Ульяновского ГТУ, автор 25 научных работ, область научных интересов - радиосвязь, математические методы моделирования.
(4)
н
