МЕТОДИКА РАСЧЕТА
электромагнитной совместимости между радиоэлектронными
средствами сетей беспроводного доступа и земными
станциями фиксированной спутниковой службы
гражданского применения в полосе
частот 3400-4200 МГц

Перечень сокращений, условных обозначений, символов

АС

-

Абонентская станция

АЧХ

-

Амплитудно-частотная характеристика

БС

-

Базовая станция

ДН

-

Диаграмма направленности

ЗС

-

Земная станция

МСЭ-Р

-

Международный союз электросвязи, сектор радиосвязи

МШУ

-

Малошумящий усилитель

РЭС

-

Радиоэлектронное средство

ТТХ

-

Тактико-технические характеристики

УВЧ

-

Усилитель высокой частоты

ФАПЧ

-

Фазовая автоматическая подстройка частоты

ФС

-

Фиксированная служба

ФСС

-

Фиксированная спутниковая служба

ЭИИМ

-

Эквивалентная изотропно излучаемая мощность

ЭМС

-

Электромагнитная совместимость

  
Введение

Оценка ЭМС радиоэлектронных средств является неотъемлемой частью процесса согласования условий совместной работы РЭС. Общая методология оценки ЭМС хорошо известна и широко используется [5, 14]. Вместе с тем, специфика РЭС различных радиослужб обуславливает необходимость внесения в общую методологию некоторых изменений и дополнений. Это может касаться перечня исходных данных взаимодействующих РЭС, моделей распространения радиосигналов, критериев обеспечения ЭМС, а также особенностей учета методов уменьшения помех.

Настоящая методика предназначена для проведения расчетов электромагнитной совместимости между земными станциями фиксированной спутниковой службы (линия космос-земля) в полосе радиочастот 3400-4200 МГц и РЭС беспроводного доступа в полосе частот 3400-3600 МГц.

Методика также содержит ряд рекомендаций по выбору значений некоторых технических характеристик (описание ДН антенн, АЧХ входных трактов и т.д.), по которым может отсутствовать информация в заявочных или разрешительных документах.

Основу методики составили действующие Рекомендации МСЭ-Р, стандарты и спецификации наземного и спутникового оборудования, материалы НИР "Совместимость 3,5", а также методологии, утвержденные радиочастотными органами Российской Федерации [14].

1. Общая постановка задачи и перечень исходных данных

При решении задач ЭМС между ЗС ФСС (космос-земля) и РЭС сети беспроводного доступа, функционирующими в общих полосах частот 3400-3600 МГц, наиболее критичными направлениями создания помех являются следующие:

- базовая (БС) станция сети беспроводного доступа на ЗС ФСС;

- одна или несколько абонентских станций (АС) сети беспроводного доступа на ЗС ФСС.

Помехи со стороны передатчиков фиксированной спутниковой службы, размещенных на космических аппаратах, оказываются приемлемыми. Это обеспечивается наложением ограничений на плотность потока мощности, создаваемой у поверхности Земли. Поэтому в данной методике помехи в направлении РЭС беспроводного доступа не рассматриваются.

Типовой помеховый сценарий между РЭС беспроводного доступа и ЗС ФСС предполагает наличие базовой станции с всенаправленной или секторной антенной, абонентских станций, размещенных в произвольных точках зоны обслуживания сети, с направленными антеннами, строго ориентированными на свои базовые станции, и собственно земной станции, работающей с КА на геостационарной орбите (см.рис.1.1).

Рис.1.1. Типовой помеховый сценарий между РЭС

Условие ЭМС между сетью беспроводного доступа и ЗС ФСС считается выполненным, если будет одновременно обеспечена электромагнитная совместимость каждой станции сети беспроводного доступа, рассматриваемой как потенциальный источник помех, и земной станции, рассматриваемой как приемник помех. Таким образом, задача оценки ЭМС может быть сведена к последовательному рассмотрению дуэльных помеховых вариантов взаимодействия каждой, действующей наземной станции сети беспроводного доступа и земной станции фиксированной спутниковой связи.

В ходе проведения оценки ЭМС дуэльных помеховых вариантов следует учитывать, что помимо основных и побочных каналов проникновения мешающих сигналов на вход приемника ЗС ФСС, в ряде случае достаточно опасным является эффект блокировки элементов высокочастотного тракта. Это связано, главным образом, с тем, что современные малошумящие усилители ЗС ФСС имеют достаточно широкую полосу пропускания, которая составляет 1100-1500 МГц [1-4].

Перечень тактико-технических характеристик, необходимых для решения задач ЭМС, в полном объеме находится в следующих заявочных и разрешительных документах:

- Решение ГКРЧ и прилагаемые карточки по форме N 1 ГКРЧ;

- Заявка на частотные назначения по формам N 1-РС и 1-ЗС;

- Разрешение ФГУП "Главный радиочастотный центр" на использование частот.

Для выполнения вычислений по настоящей методике необходимы исходных данные о параметрах и ТТХ РЭС беспроводного доступа и ЗС ФСС в объеме табл.1.1 и табл.1.2.

Таблица 1.1

Первичный перечень технических параметров земных станций ФСС

Наименова-
ние группы
параметров

Наименование параметра

Обозначе-
ние параметра

Единицы
измерения
параметра

Документ,
в котором
содержатся
сведения
о параметре

Географические координаты места установки:

Общие

Широта

Градусы, доли

Форма N 1-ЗС,

исходные

Долгота

градусов

Разрешение

данные

Азимут направления главной оси ДН антенны ЗС

Az

Градусы

ФГУП "ГРЧЦ"

Угол места направления главной оси ДН антенны ЗС

Градусы

Рабочая частота

МГц

Разрешение ФГУП "ГРЧЦ"

Высота подъема фазового центра антенны над поверхностью Земли

h

м

Форма N 1-ЗС, Разрешение ФГУП "ГРЧЦ"

Тип модуляции

BPSK
QPSK
8 PSK
16 QAM

Решение ГКРЧ, карточки по форме N 1 ГКРЧ

Скорость передачи данных

R

кбит/с

Скорость кодирования

k

Параметры приемника ЗС

Эквивалентная шумовая температура

T

К

Пороговая чувствительность

P

дБВт

Реальная чувствительность

Р

дБВт

Максимальный уровень сигнала на входе МШУ (по блокировке)

Р

дБВт

Параметры

Диаметр антенны

D

м

Решение ГКРЧ, карточки

антенны

Потери фидера

дБ

по форме N 1 ГКРЧ,

Описание диаграммы направленности антенны ЗС

G

дБ

Форма N 1-ЗС, Разрешение ФГУП "ГРЧЦ"

Требования к качеству передачи информации

Допустимое увеличение эквивалентной шумовой температуры

Т

%

Решение ГКРЧ, карточки по форме N 1 ГКРЧ

Таблица 1.2

Первичный перечень технических параметров РЭС беспроводного доступа

Наименова-
ние группы
параметров

Наименование параметра

Обозначе-
ние
параметра

Единицы
измерения
параметра

Документ,
в котором
содержатся
сведения
о параметре

Географические координаты места установки:

Общие

Широта

Градусы,

Форма N 1-РС,

сведения

Долгота

доли градусов

Разрешение

Азимут направления главной оси ДН антенны РЭС беспроводного доступа (для абонентских станций)

Az

Градусы

ФГУП "ГРЧЦ"

Угол места направления главной оси ДН антенны РЭС беспроводного доступа (для абонентских станций)

Градусы

Рабочая частота

МГц

Разрешение ФГУП "ГРЧЦ"

Высота подъема фазового центра антенны над поверхностью Земли

H

м

Форма N 1-ЗС, Разрешение ФГУП "ГРЧЦ"

Шаг сетки

МГц

Решение ГКРЧ,

Дуплексный разнос

МГц

карточки по

Максимальная мощность излучения передатчика на канал

P

дБВт

форме N 1 ГКРЧ

Параметры передатчика

Минимальная мощность излучения передатчика на канал

P

дБВт

Количество одновременно работающих каналов

Ширина полосы излучения

на уровне -3 дБ

B(-3dB)

кГц

на уровне -30 дБ

B(-30dB)

кГц

на уровне -60 дБ

B(-60dB)

кГц

Относительный уровень побочных излучений

P

дБ

Параметры антенны

Коэффициент усиления антенны

G

дБ

Решение ГКРЧ, карточки по

Потери фидера

дБ/м

форме N 1 ГКРЧ,

Описание диаграммы направленности антенны РЭС беспроводного доступа

G

дБ

Форма N 1-РС, Разрешение ФГУП "ГРЧЦ"

     
2. Условия обеспечения электромагнитной совместимости
 и порядок расчета

В процессе решения задач обеспечения электромагнитной совместимости РЭС ключевым моментом является правильный выбор необходимого критерия. В большинстве случаев под критерием обеспечения ЭМС понимается комплексное правило, выполнение которого обеспечивает требуемое качество функционирования взаимодействующих РЭС в условиях воздействия непреднамеренных помех.

Применительно к задаче совмещения ЗС ФСС и РЭС беспроводного доступа в полосе частот 3400-4200 МГц, критерий обеспечения ЭМС может быть упрощенным. Это обусловлено односторонним воздействием помех только со стороны РЭС беспроводного доступа на ЗС ФСС. С учетом эффекта блокировки, правило обеспечения ЭМС между i-й станцией беспроводного доступа и ЗС ФСС можно записать следующим образом:

где:

I

-

допустимая мощность помехи по основному или побочному каналам приема на входе приемника ЗС ФСС;

I

-

ожидаемая мощность помехи, создаваемая i-й РЭС сети беспроводного доступа, по основному или побочному каналам приема на входе приемника ЗС ФСС;

I

-

допустимая мощность помехи по блокированию элементов приемного ВЧ тракта ЗС ФСС;

I

-

ожидаемая мощность помехи, создаваемая i-й РЭС сети беспроводного доступа, по блокированию элементов приемного ВЧ тракта ЗС ФСС.

Алгоритм проведения расчетов, реализующий принятые выше условия обеспечения ЭМС, приведен на рис.2.1.

На первых этапах задаются ТТХ и технические параметры ЗС ФСС, выполняется их обработка и рассчитываются допустимые уровни помех на входе приемника земной станции и на входе элементов его ВЧ тракта. Затем для каждой станции сети беспроводного доступа задаются технические характеристики, рассчитываются величины ожидаемых помех на входе демодулятора и МШУ ЗС ФСС и сравнивают их с допустимыми значениями. Если ожидаемые уровни помех, создаваемые станциями сети беспроводного доступа не превышают допустимые значения, то принимается решение о выполнении условий ЭМС ЗС ФСС и сети беспроводного доступа в целом. Если хотя бы для одной станции беспроводного доступа указанные условия не выполняются, то делается вывод о невыполнении условий ЭМС.

Более детальное рассмотрение каждого этапа алгоритма представлено в последующих разделах.

Рис.2.1. Алгоритм проведения оценки ЭМС между сетью беспроводного доступа и ЗС ФСС в полосе частот 3400-4200 МГц

     
3. Обработка исходных данных

В данном разделе приводятся математические соотношения и модели, которые рекомендуется использовать в ходе обработки первичных исходных данных по ЗС ФСС и РЭС сети беспроводного доступа, а также расчета некоторых дополнительных параметров. Условно они могут быть разделены на три группы:

- соотношения для расчетов общих параметров;

- соотношения для обработки исходных данных ЗС ФСС;

- соотношения для обработки исходных данных РЭС сети беспроводного доступа.

3.1. Математические соотношения для расчета общих параметров

1. Расстояние между мешающим и затронутым РЭС (d ).

Данный параметр может быть найден на основе географических координат РЭС:

где:

.

В ряде случаев требуется знание длины трассы прохождения мешающего сигнала (d ). Выражение для данного параметра при условии прямой видимости имеет следующий вид:

,

где:

R

- радиус Земли, равный 6370 км.

2. Азимут и угол места между затронутыми РЭС

Азимут от ЗС ФСС в направлении на станцию сети беспроводного доступа Аz может быть вычислен по следующему выражению:

,

где:

Выражение для угла места в направлении на мешающую станцию сети беспроводного доступа имеет следующий вид:

при условии прямой видимости

в противном случае

Азимут и угол места в обратном направлении, т.е. от РЭС сети беспроводного доступа на ЗС ФСС, рассчитываются следующим образом:

3. Частотная расстройка (F).

Расстройка между номиналами частот радиосигналов взаимодействующих РЭС определяется следующим выражением:

     
3.2. Математические соотношения для обработки исходных данных ЗС ФСС

1. Диаграмма направленности (ДН) антенн ЗС ФСС.

Для описания внеосевого усиления приемных антенн ЗС ФСС могут быть использованы Рекомендации МСЭ-Р S.580 и S.465 [6, 7], а также непосредственные описания форм ДН, представленные разработчиками или соответствующими операторами.

При отсутствии указанной информации рекомендуется использовать следующую единую эталонную ДН [15]:

  1. a) для

    G = G - 2,5  10()

    при 0 < <

    G = G

    при <

    G = 32 - 25

    при < 48°

    G = -10

    при 48° 180°

    где:

    D : диаметр антенны

    : длина волны

    G : усиление первого бокового лепестка =

    == (градусы);

    = (градусы);

  2. b) для

    G = G - 2,5  10( )()

    при 0 < <

    G = G

    при <

    G = 52 - 10- 25

    при 100 < 48°

    G = 10 - 10

    при 48° 180°

Указанные диаграммы направленности могут быть изменены для обеспечения более точного соответствия реальной диаграмме направленности.

В тех случаях, когда неизвестно , его можно вывести из выражения:

20 G - 7.7,

где:

G - выраженное в дБ усиление главного лепестка антенны.

2. Внеосевой угол в направлении на источник помех .

В общем случае искомый угол отклонения функционально зависит от высот подъема антенн взаимодействующих РЭС, величины трассы распространения мешающего сигнала , а также направления излучения ЗС по углам места и азимута (см.рис.3.1).

Рис.3.1

Выражение для внеосевого угла  имеет следующий вид [12]:

,

где:

-

угол места в направлении на РЭС сети беспроводного доступа;

Az

-

азимут от ЗС ФСС в направлении на РЭС сети беспроводного доступа;

-

угол места основной оси ДН антенны ЗС;

Az

-

азимут основной оси ДН антенны ЗС.

3. Полоса пропускания демодулятора (описание амплитудно-частотной характеристики)

Требования к амплитудно-частотной характеристике фильтра демодулятора для двоичной фазовой манипуляции изложены в [1-4]. Путем несложных обобщений сформированы аналогичные требования к АЧХ демодуляторов, настроенных на прием радиосигналов с различными типами модуляции. Требования в виде трафарета допустимых значений АЧХ приведены в табл.3.1 и на рис.3.1

Таблица 3.1

Точка

Амп.(дБ)

Нормированная частота,
(Гц)

A

+0,25

0,0

B

-0,25

0,0

C

+0,25

0,30R

D

-0,25

0,30R

E

+0,25

0,40R

F

-1,00

0,40R

G

-0,50

0,45R

H

-2,00

0,50R

I

-4,00

0,50R

J

-9,00

0,60R

K

-12,00

0,60R

L

-35,00

1,00R

M

-40,00

1,10R

Рис.3.1. Трафарет для АЧХ фильтра демодулятора

Выражение для символьной скорости передачи R имеет следующий вид:

,

где:

m

-

Коэффициент, зависящий от числа фаз ФМ сигнала:

m = 1 для BPSK,

m = 2 для QPSK,

m = 3 для 8 PSK,

m = 4 для 16QAM.

3.3. Математические соотношения для обработки исходных
данных РЭС сети беспроводного доступа

1. ЭИИМ в направлении на ЗС (ЭИИМ )

Выражение для ЭИИМ в направлении на ЗС имеет следующий вид:

,

где:

P

-

максимальная мощность передатчика на канал;

n

-

количество одновременно работающих каналов;

-

внеосевой угол в направлении на затрагиваемую ЗС ФСС.

2. Диаграммы направленности антенн для станций беспроводного доступа

При отсутствии конкретной информации о ДН антенн станций беспроводного доступа рекомендуется использовать следующие эталонные ДН.

Согласно Рекомендации МСЭ-Р F.699 [9], диаграмма направленности антенны с коэффициентом усиления более 32 дБ, для абонентских станций беспроводного доступа описывается следующими выражениями:

G

= G - 2.5 х 10 ( D )

для 0° < <

= G1

для < 100

= 52 - 10( D /) - 25

для 100 < 48°

= 10 - 10( D /)

 для 48° 180°

где:

=  20(/D) (G - G )

G 2 + 15(D/)

Диаграммы направленности антенн с коэффициентом менее 32 дБ для абонентских станций беспроводного доступа описываются следующим выражением (Рекомендация МСЭ-Р F.1336) [8]:

где:

= градусы

= 1.9 градусы

= х 10 градусы

Ненаправленные диаграммы направленности антенн базовых станций в вертикальной плоскости описываются следующим выражением (Рекомендация МСЭ-Р F.1336) [9]:

,

где:

Эталонные ДН для секторных антенн диапазона 3.5 ГГц в настоящее время еще не разработаны. В расчетах следует руководствоваться описанием ДН конкретных типов антенн, приведенных в спецификациях.

3. Внеосевой угол в направлении на затрагиваемую ЗС ФСС ).

Порядок расчета внеосевого угла от абонентской станции на ЗС ФСС аналогичен расчету внеосевого угла на источник помех .

Для базовых станций с ненаправленными антеннами в первом приближении угол можно считать равным нулю для всех возможных вариантов размещения ЗС ФСС.

Таким образом, выражение для внеосевого угла имеет следующий вид:

,

где:

-

угол места от РЭС сети беспроводного доступа в направлении на ЗС;

Az

-

азимут от РЭС сети беспроводного доступа в направлении на ЗС;

-

угол места основной оси ДН антенны РЭС сети беспроводного доступа;

Az

-

азимут основной оси ДН антенны РЭС сети беспроводного доступа.

Таким образом, используя представленные выше математические соотношения можно рассчитать перечень базовых технических параметров (см.табл.3.2), которые необходимы для выполнения оценки ЭМС.

Таблица 3.2

Базовый перечень технических характеристик ЗС ФСС и РЭС беспроводного доступа

Наименование
группы
параметров

Наименование параметра

Обозначение
параметра  

Единицы
измерения
параметра  

Расстояние между взаимодействующими РЭС

d

км

Общие исходные

Частотная расстройка

F

МГц

данные

Дополнительное затухание мешающего сигнала, обусловленное применением методов уменьшения помех

Z

дБ

Полоса пропускания демодулятора

H(f)

По уровню -3 дБ

B (-3dB)

кГц

По уровню -30 дБ

B (-30dB)

кГц

По уровню -60 дБ

B (-60dB)

кГц

Параметры приемника ЗС

Эквивалентная шумовая температура

T

°К

Максимальный уровень сигнала на входе МШУ (по блокированию)

Р

дБВт

Внеосевое усиление ДН антенны ЗС ФСС в направлении на источник помех

G( )

дБ

Высота подъема фазового центра антенны над поверхностью Земли

h

м

Потери фидера

дБ

ЭИИМ в направлении на ЗС

ЭИИМ( )

дБВт

Шаг сетки

f

МГц

Параметры РЭС

Ширина полосы излучения

P(f)

кГц

беспроводного

По уровню -3 дБ

B (-3dB)

кГц

доступа

По уровню -30 дБ

B (-30dB)

кГц

По уровню -60 дБ

B (-60dB)

кГц

Относительный уровень побочных излучений

P

дБ

Высота подъема фазового центра антенны над поверхностью Земли

h

м

     
4. Расчет ожидаемой мощности помехи

4.1. Уравнения мощности помехи

Расчет реально создаваемых уровней помех осуществляется на основе уравнения радиолинии, устанавливающего взаимосвязь энергетических, частотных и пространственных параметров РЭС полезного сигнала (рецептора радиопомех) и мешающих сигналов (источников непреднамеренных помех). Поскольку основу оценки ЭМС составляет последовательный анализ так называемых "дуэльных" ситуаций, в качестве приемника полезного сигнала рассматривается ЗС ФСС, а источника помех - РЭС беспроводного доступа. Ниже приводятся уравнения мощности ожидаемых помех в полосе демодулятора и в элементах высокочастотного тракта приемника ЗС ФСС.

Уравнение мощности ожидаемой помехи в полосе демодулятора ЗС ФСС

I = ЭИИМ + G - + OCR( F) - L(d, h , h , p) - Z - L ,

где:

OCR( F)

-

коэффициент ослабления воздействия непреднамеренной помехи за счет частотного разноса и несовпадения ширины полосы приемника и мешающего радиосигнала;

L(d, h , h , p)

-

потери при распространении мешающего сигнала;

L

-

ослабление воздействия радиопомехи за счет несовпадения поляризации;

Z

-

ослабление радиопомехи за счет применения методов уменьшения помех.

Уравнение мощности ожидаемой мощности помехи в полосе МШУ ЗС ФСС


   I = ЭИИМ + G - L(d, h , h , p) - Z - L

В соответствии с ГОСТ В 25838-83, в случае совпадения главных лепестков ДН антенн ЗС ФСС и РЭС сети беспроводного доступа значение коэффициента поляризационной развязки L составляет 3 дБ при использовании круговой поляризации ЗС ФСС и линейной поляризации РЭС сети беспроводного доступа. В противном случае L = 0 дБ.

Математические соотношения для расчета коэффициентов OCR (F) и L(d, h , h , p) приведены в последующих разделах.

4.2. Расчет коэффициента частотной коррекции OCR(F)

Точное выражение для коэффициента ослабления воздействия непреднамеренной помехи за счет частотного разноса и несовпадения ширины полосы приемника и мешающего радиосигнала приводится в Рекомендации МСЭ-Р SM.337-4 и имеет следующий вид:

,

где:

P(f) -

спектральная плотность мощности мешающего сигнала (Вт/Гц);

H(f) -

эквивалентная амплитудно-частотная характеристика по ПЧ приемника, испытывающего помеху;

F -

частотный разнос между приемником, испытывающим помеху и мешающим передатчиком.

4.3. Расчет затухания мешающего радиосигнала на трассе распространения

Одним из наиболее важных аспектов в ходе решения задач ЭМС является выбор модели распространения радиосигналов, на основании которой рассчитывается коэффициент ослабления мешающего сигнала L(d, h , h , p) . Анализ известных моделей распространения показал, что наиболее подходящей на сегодняшний день является модель, описанная в Рекомендации МСЭ-Р 452-6 [11]. Некоторые специфические исходные данные, необходимые для выполнения расчетов, характерные для территории и климатических условий Российской Федерации, подробно изложены в [14]. Основываясь на указанных источниках, а также особенностях диапазона частот 3,5 ГГц, для задач ЭМС между ЗС ФСС и РЭС сетей беспроводного доступа разработан следующий порядок расчета коэффициента ослабления L(d, h , h , p) .

1. Расчет просвета, соответствующего полю свободного пространства, H :

,

где:

-

длина волны, м;

-

расстояние между источниками помех и полезным приемником, км;

k

-

относительная координата точки с минимальным просветом.

2. Расчет реального просвета H :

H = ( - ) k(1 - k)/(2R ) ,

где:

,

-

расстояние прямой видимости для гладкой сферической земной поверхности, км;

R

-

медианное значение эффективного радиуса Земли.

Значение эффективного радиуса земли зависит от климатического района. Его медианные величины для различных регионов России приведены в таблице.

Значения R для наихудшего месяца

N

Климатический район

R, км

1.

Северо-запад и запад Европейской территории России (Кольский п-ов, Карелия, Коми, Архангельская обл.)

8930

2.

Центральные области Европейской территории России

9300

3.

Юго-Запад Европейской территории России (Курская обл., Воронежская обл.)

8930

4.

Степные районы Поволжья, Дона, Краснодарского и Ставропольского краев)

8500

5.

Оренбургская обл. и прилегающие районы Юго-Востока Европейской территории России

7870

6.

Районы Прикаспийской низменности

10900

7.

Степная полоса Южной Сибири

8200

8.

Средняя полоса Западно-Сибирской низменности

9300

9.

Восточная Сибирь (Якутия, Красноярский край)

8200

10.

Приамурье, Приморье, Сахалин

9800

11.

Субарктический пояс Сибири

8200

12.

Черноморское побережье Кавказа

9300

3. Выбор модели распространения.

Выбор модели распространения основан на сравнении реального просвета H и просвета, соответствующего свободному распространению.

4. Расчет затухания мешающего радиосигнала для модели свободного распространения. Выражение для расчета имеет следующий вид:

L(d, h , h , p) = 92.5 + 20 (ГГц) + 20 d(км) + E (p) + A + A ,

где:

E (p)

-

коэффициент, учитывающий многолучевое распространение радиосигнала, значение которого не превышается более чем р % времени, дБ;

A , A

-

коэффициент, учитывающий дополнительные затухания из-за различных подстилающих поверхностей на трассе распространения, дБ;

р

-

процент времени, который может изменяться в пределах от 0 до 50.

     
E (p) = 2.6 (1 - e)(p /50).

Коэффициенты A и A , учитывающие дополнительные затухания из-за различных подстилающих поверхностей на трассе распространения, рассчитываются как функция от высоты подъема ЗС и РЭС соответственно:

,

Типовые значения параметров d и h приведены в табл.3.3.

Табл.3.3

Типовые значения параметров d и h

Категория местности

Типовая высота
препятствий, h, (м)

Типовое расстояние
между
препятствиями,
d (км)

Открытая местность с отдельно стоящими деревьями или домами

4

0.1

Пригород, мелкий город

9

0.025

Пригород с высокой плотностью застройки

12

0.02

Город

20

0.02

Город с высокой плотностью застройки

25

0.02

5. Расчет затухания мешающего радиосигнала для дифракционной модели распространения. Выражение для расчета имеет следующий вид:

L(d, h , h , p) = 92.5 + 20(ГГц) + 20(км) + L(p) + Е (p) + А + A ,

     
,

где:

L (p)

-

коэффициент, учитывающий дифракционные потери при распространение радиосигнала, значение которого не превышается более чем р % времени, дБ;

 

-

расстояние от РЭС сети беспроводного доступа до точки горизонта, км;

 

-

расстояние от ЗС ФСС до точки горизонта, км.

Коэффициент, учитывающий дифракционные потери при распространении радиосигнала, L (p) рассчитывается в соответствии с Рекомендацией МСЭ-Р P.526.

5. Расчет допустимой мощности помехи

В процессе решения задачи по обеспечению электромагнитной совместимости РЭС ключевым моментом является правильный выбор необходимого критерия. В большинстве случаев под критерием обеспечения ЭМС понимается комплексное правило, выполнение которого обеспечивает требуемое качество функционирования взаимодействующих РЭС в условиях воздействия непреднамеренных помех. Комплексность правила состоит в том, что оно учитывает взаимное влияние радиоэлектронных средств друг на друга.

Применительно к исследуемой, в данной работе, задаче совмещения ЗС ФСС и РЭС беспроводного доступа в полосе частот 3400-3600 МГц, критерий обеспечения ЭМС может быть упрощенным. Это обусловлено односторонним воздействием помех только со стороны РЭС беспроводного доступа на ЗС ФСС.

Прежде чем перейти к выбору критерия защиты ЗС ФСС представляется целесообразным проанализировать влияние помеховых воздействий на процесс их функционирования. В частности, детальные исследования показали, что результатом воздействия помех на ЗС ФСС являются:

  1. 1. Ухудшение качества приема информации, выраженное в увеличении количества ошибочно принимаемых битов.

  2. 2. Срыв синхронизации.

Срыв синхронизации носит пороговый характер и имеет место в случае превышения мощности помехи, проходящей во входные цепи приемника, порогового уровня. Чаще всего срыв синхронизации обусловлен одним из следующих процессов во входных цепях приемника:

  1. 1. Перегрузка (блокировка) МШУ, конвертора или демодулятора интегральными помехами в полосе частот рабочего ствола ЗС.

  2. 2. Нарушение работы системы наведения антенны интегральными помехами в полосе частот рабочего ствола ЗС.

  3. 3. Недопустимое ухудшение качества приема в каналах синхронизации.

  4. 4. Прохождение помехи в цепи ФАПЧ.

Наиболее вредным из перечисленных процессов оказывается блокировка МШУ и конвертора. Причиной блокировки, как правило, является мощная помеха, возникшая в любой части диапазона частот 3300-4300 МГц. Именно такую полосу пропускания имеют современные МШУ и конверторы.

Ухудшение качества приема, обусловленное снижением отношения сигнал/(шум+помеха) , носит плавный характер и наступает, как правило, при меньших значениях мощности помехи, прошедшей на выход приемника. Поскольку на уровень помехи существенное влияние оказывают процессы фильтрации в демодуляторе, степень помехового воздействия снижается с увеличением частотной расстройки.

Таким образом, краткий анализ воздействия помех на приемники земных станций показал, что для обеспечения защиты ЗС ФСС целесообразно принять во внимание два критерия, предотвращающие срыв синхронизации и ухудшение качества приема информации ниже требуемого.

Правилом, исключающим срыв синхронизации (по крайне мере по блокировки МШУ), является следующее:

I I = Р ,

где:

I

- максимально допустимая мощность помехи в полосе частот 3400-3600 МГц;

I

- ожидаемая мощность помехи в полосе частот 3400-3600 МГц.

Обзор Рекомендаций МСЭ-Р и СЕРТ показал, что определение допустимого уровня помехи, вызывающей ухудшение качества приема информации, целесообразно осуществлять как долю от мощности суммарных шумов приемника.

I I = 10 + 30 - 228,6 ,

где:

x -

- допустимая доля мощности суммарных шумов приемника;

I

- максимально допустимая мощность помехи в полосе приемника;

I

- реально создаваемая мощность помехи в полосе приемника.

Согласно Рекомендации МСЭ-Р SF.558 [10], рекомендуемым значением x для рассматриваемого случая совмещения является величина, равная 0,1. При этом допускается превышение указанного порогового уровня помехи не более 20% времени наихудшего месяца. Это значение используется в данной работе для проведения дальнейших исследований.

6. Методы уменьшения помех

Среди методов уменьшения помех, частично исследованных и рекомендованных исследовательскими комиссиями МСЭ-Р для обеспечения ЭМС в полосе частот 3400-3600, следует выделить применение искусственных и естественных экранов. Анализ известных работ [5], посвященных проектированию искусственных экранов показывает, что они могут обеспечить дополнительное затухание мешающего сигнала до 15 дБ. Более эффективными являются естественные экраны больших размеров (дом, гора, лес, группа деревьев и т.д.). По имеющимся оценкам развязка в этом случае может достигать 40-50 дБ [5].

Другим методом уменьшения помех является применение секторных антенн. При выборе соответствующего правила распределения частот между секторами сети беспроводного доступа (чтобы частоты не совпадали в соседних секторах), можно всегда спланировать работу ЗС так, чтобы ее рабочий номинал не совпадал с номиналом рабочей частоты сектора. Дополнительная развязка по пространству может составить в этом случае до 20-25 дБ.

Традиционным методом уменьшения помех является введение частотной расстройки между радиосигналами затронутого и мешающего РЭС. Применительно к рассматриваемой ситуации данный метод может быть реализован следующим образом.

Если назначение частот для разворачиваемой сети беспроводного доступа в каком-либо регионе осуществлять с шагом, кратным шагу сетки n*F МГц (где n=2, 3, …, а F- шаг сетки), то при назначении частот для ЗС ФСС в оставшихся местах будет обеспечен соответствующий частотный разнос. На рис. 6.1 поясняется суть предлагаемого метода разрежения частотного плана.

Важно заметить, что для широкополосных режимов работы ЗС ФСС, т.е. в случае существенного превышения полосы затрагиваемого приемника над полосой мешающего радиосигнала, метод разрежения частотного плана оказывается также достаточно эффективным. Это обусловлено тем, что в этом случае количество мешающих сигналов, попадающих на вход затрагиваемого приемника, уменьшается пропорционально параметру n, что также поясняется на рисунке.

Таким образом, величина параметра Z может составить следующие величины:

Метод защиты от помех

Величина Z

Искусственные экраны

15

Использование секторных антенн

25

Естественные экраны

40 дБ

Разряжение частотного плана

30-60 дБ

Рис.6.1. Пояснение метода разрежения частотного плана

Список использованных источников

1. Регламент системы "Интерспутник". Документ РСИ-301. Стандарты земных станций системы "Интерспутник". Интерспутник, 1994. Пересмотрен 25.05.98. - 5 с.

2. Регламент системы "Интерспутник". Документ РСИ-302. Характеристики антенны и высокочастотной части земных станций , работающих в диапазоне частот 6/4 ГГц. Стандарт "С". Интерспутник, 1994. Пересмотрен 25.05.98. - 8 с.

3. Регламент системы "Интерспутник". Документ РСИ-501. Стандарты земных станций типа VSAT системы "Интерспутник". Интерспутник, 01.12.98. - 4 с.

4. Регламент системы "Интерспутник". Документ РСИ-502. Стандарт земных станций типа VSAT системы "Интерспутник" для С-диапазона. Стандарт "VC". Интерспутник, 01.12.98. - 12 с.

5. Рекомендация МСЭ-Р SF.1486 "Метод совмещения фиксированных беспроводных систем доступа в фиксированной службе и терминалов с очень маленькой апертурой антенн в фиксированной спутниковой службе в полосе 3400-3700 МГц".

6. Рекомендация МСЭ-Р S.465 "Эталонная диаграмма направленности антенны земной станции для использования при координации и для оценки помех в диапазоне частот от 2 до 30 ГГц".

7. Рекомендация МСЭ-Р S.580 "Диаграммы направленности для использования в качестве норм при проектировании антенн земных станций, работающих с геостационарными спутниками".

8. Рекомендация МСЭ-Р F.1336 "Эталонные диаграммы направленности излучения всенаправленных и других антенн в радиально-узловых (Р-МР) системах для использования при исследовании вопросов совмещения".

9. Рекомендация МСЭ-Р F.699 "Диаграммы излучения антенн РРЛ системы прямой видимости для использования при исследованиях координации и оценке помех в частотном диапазоне от 1 до 40 ГГц".

10. Рекомендация МСЭ-Р SF.558 "Максимально допустимые величины помех от наземных радиолиний системам фиксированной спутниковой службы, использующим 8-разрядную ИКМ для телефонии и работающими в тех же полосах частот".

11. Рекомендация МСЭ-Р Р.452 "Процедура прогнозирования оценки микроволновых помех между станциями на поверхности Земли на частотах выше 0.7 МГц".

12. Приложение ApS7 к Регламенту радиосвязи.

13. НИР "Совместимость 3,5 ГГц".

14. Методика расчета статистических характеристик мешающих сигналов в диапазоне 60 МГц - 40 ГГц для географических и климатических условий различных регионов России. НИР "Помеха - 2".

15. Приложение ApS8 к Регламенту радиосвязи.

Приложение

Определения и понятия

В настоящей методике используются следующие определения и понятия:

полоса (диапазон) радиочастот

ограниченная часть радиочастотного спектра;

радиоэлектронное средство

техническое средство, состоящее из одного или нескольких радиопередающих и (или) радиоприемных устройств и вспомогательного оборудования;

электромагнитная совместимость

способность радиоэлектронных средств одновременно функционировать в реальных условиях эксплуатации с требуемым качеством при воздействии на них непреднамеренных радиопомех и не создавать недопустимых радиопомех другим радиоэлектронным средствам;

основные излучения

излучения радиопередающего устройства в необходимой полосе частот;

побочные излучения

неосновные излучения, обусловленные любыми нелинейным процессом, за исключением модуляции (манипуляции);

основной канал приема

канал приема основного излучения полезного сигнала;

побочный канал приема

неосновной канал приема в полосах частот, примыкающих к полосе основного канала, обусловленный нелинейными процессами в смесителе и недостаточной избирательностью резонансных цепей основного канала;

блокирование

нелинейный процесс, проявляющийся в уменьшении усиления полезного сигнала во входном тракте приемника, вызванный действием интенсивного мешающего сигнала, частота которого находится вне основного канала приема.

МЕТОДИКА
расчета ЭМС РРЛ прямой видимости с наземными РЭС
гражданского назначения в полосах частот выше 1 ГГц

 
Обозначения и сокращения

FDD

-

Frequency Division Duplex (Режим частотного дуплекса)

FDMA

-

Frequency Division Multiple Access (Множественный доступ с частотным разделением каналов - МДЧР)

FHSS

-

Frequency-Hopping Spread Spectrum (Псевдослучайная Перестройка Рабочей Частоты - ГОТРЧ)

ETSI

-

European Telecommunications Standards Institute (Европейский институт стандартов электросвязи)

INR

-

Interference-to-Noise Ratio (Отношение суммарная помеха/шум ПРМ)

SIR

-

Signal-to-Interference Ratio (Отношение сигнал/суммарная помеха)

TDMA

-

Time Division Multiple Access (Множественный доступ с частотным разделением каналов - МДЧР)

TDD

-

Time Division Duplex (Режим временного дуплекса)

AC

-

Абонентская станция

АФТ

-

Антенно-фидерный тракт

БС

-

Базовая станция

ГКРЧ

-

Государственная комиссия по радиочастотам

ДНА

-

Диаграмма направленности антенны

MI

-

Источник помехи

КУА

-

Коэффициент усиления антенны

МСЭ

-

Международный Союз Электросвязи

НПР

-

Необходимая полоса радиочастот

ОВП

-

Объект воздействия помех

ПРД

-

Радиопередатчик

ПРМ

-

Радиоприемник

РРЛ

-

Радиорелейная линия

PPC

-

Радиорелейная станция

РЧС

-

Радиочастотный спектр

РЭС

-

Радиоэлектронные средства

СБД

-

Сети беспроводного доступа

СЕПТ

-

Европейская конференция администраций почт и электросвязи

СПС

-

Сухопутная подвижная служба

НШП
(НПР)

-

Необходимая ширина полосы (необходимая полоса радиочастот)

УМ

-

Управление мощностью

УПЧ

-

Усилитель промежуточной частоты

БДЧП

-

База данных частотных присвоений

ФС

-

Фиксированная служба

ЧТР

-

Частотно-территориальный разнос

ЭИИМ

-

Эквивалентная изотропно излучаемая мощность

ЭМС

-

Электромагнитная совместимость

Термины и определения

В "Методике расчета ЭМС РРЛ прямой видимости с наземными РЭС гражданского назначения в полосах частот выше 1 ГТц" используются термины, определения которых представлены в таблице 1.1 [1], [15], [16].

Таблица 1.1

Термин

Определение

Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств (ЭМС РЭС)

Способность радиоэлектронных средств одновременно функционировать в реальных условиях эксплуатации с требуемым качеством при воздействии на них непреднамеренных радиопомех и не создавать недопустимых радиопомех другим радиоэлектронным средствам

Непреднамеренная радиопомеха

Радиопомеха, создаваемая источником искусственного происхождения, не предназначенная для нарушения функционирования радиоэлектронных средств

Приемлемая радиопомеха

Непреднамеренная радиопомеха, уровень которой устанавливается путем соглашения между заинтересованными администрациями или радиослужбами

Межсистемная радиопомеха

Непреднамеренная радиопомеха, возникающая между радиоэлектронными средствами разных радиосистем

Внутрисистемная радиопомеха

Непреднамеренная радиопомеха, возникающая между радиоэлектронными средствами одной радиосистемы

Необходимая полоса радиочастот

Минимальная полоса частот данного класса радиоизлучения, достаточная для передачи сигнала с требуемыми скоростью и качеством

Занимаемая ширина полосы частот радиоизлучения

Ширина полосы частот радиоизлучения, за пределами которой излучается заданная часть средней мощности излучения радиопередающего устройства

Полоса частот радиоизлучения на уровне X дБ

Полоса частот излучения радиопередающего устройства, за пределами которой любая дискретная составляющая спектра внеполосных радиоизлучений или спектральная плотность мощности внеполосных радиоизлучений ослаблены относительно заданного уровня не менее чем до уровня X дБ

Основное радиоизлучение

Излучение радиопередающего устройства в необходимой полосе радиочастот, предназначенное для передачи сигнала

Нежелательное радиоизлучение

Излучение радиопередающего устройства за пределами необходимой полосы радиочастот

Внеполосное радиоизлучение

Нежелательное радиоизлучение в полосе частот, примыкающей к необходимой полосе радиочастот, являющееся результатом модуляции сигнала

Побочное радиоизлучение

Нежелательное радиоизлучение, возникающее в результате любых нелинейных процессов в радиопередающем устройстве, кроме процесса модуляции Примечание: уровень побочного радиоизлучения может быть снижен без ухудшения качества передачи сигнала.

Радиоизлучение на гармонике

Побочное радиоизлучение на частотах, в целое число раз больших частот основного радиоизлучения

Основной канал приема радиоприемника

Полоса частот, находящаяся в полосе пропускания радиоприемника и предназначенная для приема сигнала

Побочный канал приема радиоприемника

Полоса частот, находящаяся за пределами основного канала приема радиоприемника, в который сигнал проходит на выход радиоприемника
Примечание: к побочным каналам приема радиоприемника относятся каналы, включающие промежуточную, зеркальную, комбинационную частоты и субгармоники частоты настройки радиоприемника

Характеристика частотной избирательности радиоприемника

Зависимость уровня сигнала на входе радиоприемного устройства от частоты этого сигнала при заданном отношении сигнал-шум или уровне сигнала на выходе радиоприемника
Примечание: измерение характеристики частотной избирательности радиоприемника проводится односигнальным или многосигнальными методами

Беспроводный доступ

Подключение конечного пользователя к базовой сети через радиосоединение

Абонентский радиодоступ

То же, что и "Беспроводный доступ"

Мягкий хендовер

Одновременное соединение АС с двумя или более БС, при котором происходит сложение полезных сигналов, что обеспечивает пространственное разнесение сигнала.

   
1. Общие положения

1.1. Назначение и состав методики

Методика расчета ЭМС РРЛ прямой видимости с наземными РЭС гражданского назначения в полосах частот выше 1 ГГц разработана в соответствии с Техническим заданием на НИР шифр "Расчет ЭМС - РРЛ" в интересах решения задач радиочастотными органами РФ по обеспечению ЭМС вводимых в эксплуатацию РЭС РРЛ с РЭС действующих РРЛ, РЭС БД и сетями СПС гражданского назначения.

В данной Методике на основе возможных сценариев и механизмов возникновения помех, а также соответствующих ограничений и допущений описаны математические выражения расчета уровня полезного сигнала и суммарного уровня помех на входе приемного устройства РЭС РРЛ для одной выборки случайных параметров, определено необходимое количество циклов данных расчетов для получения достоверных вероятностных оценок отношения уровня полезного сигнала к суммарному уровню помех или отношения суммарного уровня помех к уровню шума ПРМ РЭС РРЛ и представлены алгоритмы расчета взаимной ЭМС заявляемых РЭС РРЛ и РЭС действующих РРЛ, а также алгоритмы расчета ЭМС заявляемых РЭС РРЛ с РЭС БД и сетями СПС. Методика позволяет производить оценку и делать выводы о возможности возникновения помех для РЭС РРЛ от РЭС других РРЛ, РЭС БД и сетей СПС гражданского применения, действующих в общих полосах частот и расположенных в дальней зоне.

Методика расчета ЭМС РРЛ прямой видимости с наземными РЭС гражданского назначения в полосах частот выше 1 ГГц используется органами радиочастотной службы РФ при рассмотрении материалов, проведении экспертизы и принятии решения о присвоении (назначении) радиочастот и радиочастотных каналов для радиоэлектронных средств в пределах выделенных полос радиочастот.

Методика состоит из пяти разделов и трех приложений.

В первом разделе определены ограничения и допущения, принятые в методике, входные параметры и выходные результаты, а также критерии оценки ЭМС РЭС РРЛ с другими РЭС РРЛ, РЭС БД и сетями СПС гражданского назначения.

Во втором разделе рассмотрены сценарии взаимного помехового влияния вновь вводимых в эксплуатацию РЭС РРЛ и действующих РЭС РРЛ, а также помехового влияния РЭС БД и сетей СПС на вновь вводимые в эксплуатацию РЭС РРЛ.

В третьем разделе определены механизмы воздействия помеховых сигналов, которые учитываются в методике, и методы математического расчета уровня полезного сигнала и суммарного уровня помех на входе приемного устройства РЭС РРЛ для одной выборки случайных параметров в соответствии с данными механизмами помех, определены также необходимые процедуры для моделирования функционирования рассматриваемых в Методике РЭС.

В четвертом разделе на основе помеховых сценариев и математического аппарата, представленных во втором и третьем разделах, разработаны алгоритмы взаимной оценки ЭМС заявляемых РЭС РРЛ и РЭС действующих РРЛ, а также алгоритмы оценки ЭМС заявляемых РЭС РРЛ с РЭС БД и сетями СПС.

В пятом разделе определен порядок использования Методики расчета ЭМС РРЛ прямой видимости с наземными РЭС гражданского назначения в полосах частот выше 1 ГГц.

Приложение 1 включает в себя методики расчета суммарного ослабления помехового и полезного сигнала, которые используются для расчета ЭМС РЭС РРЛ в соответствующих сценариях совместного использования РЧС с РЭС других РРЛ, БД и сетями СПС гражданского назначения.

В Приложениях 2 и 3 представлены форма и структура исходных данных в части карточки ТТХ РЭС по Форме N 1 ГКРЧ, а также Форм ИД-PC и ИД-ФС.

1.2. Ограничения и допущения

В Методике расчета ЭМС РРЛ прямой видимости с наземными РЭС гражданского назначения в полосах частот выше 1 ГГц приняты следующие ограничения на ее применение:

  1. 1. Оценка ЭМС заявляемых РЭС РРЛ с действующими РРЛ, РЭС БД и сетями СПС проводится для одного пролета заявляемой РРЛ с учетом помехового влияния РЭС РРЛ, РЭС БД и РЭС сетей СПС на заявляемую РРЛ.

  2. 2. Оценка взаимной ЭМС заявляемых РЭС РРЛ и РЭС действующих РРЛ, а также оценка ЭМС заявляемых РЭС РРЛ с РЭС БД и сетями СПС проводится для дальней зоны распространения радиоволн.

  3. 3. Оценка ЭМС РЭС РРЛ проводится при условии наличия данных о рельефе.

  4. 4. Оценка ЭМС РЭС РРЛ проводится для наименее помехоустойчивого режима заявляемой РЭС РРЛ (режим передачи голосовых услуг).

  5. 5. В методике не моделируется адаптивный выбор частотных каналов и регулировка мощности излучения в РРЛ.

  6. 6. Оценка ЭМС заявляемых РЭС РРЛ с РЭС БД проводится с учетом режимов функционирования РЭС БД без FHSS и с FHSS.

  7. 7. Методики расчета суммарного ослабления полезного и помехового сигнала с оценкой всего профиля трассы применяется для оценки ЭМС между РЭС РРЛ, а суммарного ослабления помехового сигнала также для оценки ЭМС между РЭС РРЛ и БСБД и сетей СПС. Для оценки ЭМС между РЭС РРЛ и АС БД и сетей СПС используются методики в соответствии с Рекомендацией МСЭ-Р Р.1546 и усовершенствованной моделью Хата. При этом; методика расчета суммарного ослабления помехового сигнала с использованием усовершенствованной модели Хата применяется для случая оценки ЭМС на расстояниях от 40 м до 1 км (таблица 1.2).

Таблица 1.2

Рас-
стоя-
ние,
км

Расчета
суммарного
ослабления
помехового
сигнала
с оценкой всего
профиля
рельефа

Расчета
суммарного
ослабления
полезного
сигнала
с оценкой
всего
профиля

Рекомендация
МСЭ-РР.1546

Усовершен-
ствованная
модель
Хата

РРЛ - РРЛ

D 1

+

+

-

-

РРЛ - БС
БД (СПС)

+

-

-

-

РРЛ - АС
БД (СПС)

-

-

+

-

РРЛ-РРЛ

D < 1

-

-

-

+

РРЛ - БС
БД (СПС)

-

-

-

+

РРЛ - АС
БД (СПС)

-

-

-

+

   
1.3. Исходные данные для расчета ЭМС

В Методике расчета ЭМС РРЛ прямой видимости с наземными РЭС гражданского назначения в полосах частот выше 1 ГГц в качестве исходных данных используются:

  1. 1. Сведения о действующих и вновь вводимых в эксплуатацию РЭС, которые представлены в карточке ТТХ РЭС по Форме N 1 ГКРЧ (приложение 2) в соответствии с Положением о порядке рассмотрения материалов, проведения экспертизы и принятия решения о выделении полос частот для радиоэлектронных средств и высокочастотных устройств.

  2. 2. Данные для подготовки заключения о возможности назначения (присвоения) радиочастот для РЭС, используемых в сетях фиксированной и подвижной радиослужб по Форме ИД-РС и ИД-ФС, представляемые заявителями в соответствии с Положением о порядке рассмотрения материалов, проведении экспертизы и принятии решения о присвоении (назначении) радиочастот и радиочастотных каналов для радиоэлектронных средств в пределах выделенных полос радиочастот (приложение 3).

  3. 3. Рекомендации МСЭ-Р, стандарты ETSI и TEЕЕ, содержащие технические характеристики РЭС и алгоритмы их функционирования [2-15].

Полный перечень исходных данных, которые требуются для взаимной оценки ЭМС заявляемых РЭС РРЛ и РЭС действующих РРЛ, а также оценки ЭМС заявляемых РЭС РРЛ с РЭС БД и сетями СПС представлены ниже.

Таблица 1.2.

Исходные данные для вновь вводимых в эксплуатацию и действующих РЭС РРЛ

Обозначение

Характеристика

Источник

N

Количество рассматриваемых РРС

Форма N ИД- РС

(X , Y )

Координаты i-ой РРС

Проект частотно-

H

Высота подвеса антенны i-ой РРС, м

территориаль-
ного плана сети

(Ftx ) , (Frx )

Частотное присвоение для k-ой несущей ПРД и ПРМ i-ой РРС, МГц

Форма N ИД-РС 19, 20, 21, 22

G

Коэффициент усиления антенны ПРМ i-ой РРС

Форма N 1 ГКРЧ п.п.6.7
Форма N ИД-РС п.14

G( ) ,
G( )

Аппроксимации диаграммы направленности антенны ПРМ в вертикальной и горизонтальной плоскостях в i-ой РРС, дБ

Форма N 1 ГКРЧ п.п.6.8, 6.9, 6.10, 6.11
Форма N ИД-РС, ФС п.п.12, 13

G

Коэффициент усиления антенны ПРД i-ой РРС

Форма N 1 ГКРЧ п.п.6.7
Форма N ИД-РС п.14

G( ) ,
G( )

Аппроксимации диаграммы направленности антенны ПРД в вертикальной и горизонтальной плоскостях в i-ой РРС, дБ

Форма N 1 ГКРЧ п.п.6.8, 6.9, 6.10, 6.11
Форма N ИД-РС, ФС п.п.12, 13

Sens

Чувствительность ПРМ i-ой РРС на k-ой несущей (режиме), дБм

Форма N 1 ГКРЧ п.п.5.7
Форма N ИД-РС п.11

SIR

Требуемое отношение сигнал/суммарная помеха в канале в i-ой РРС на k-ой несущей (режиме) для кратковременной помехи для заданного процента времени Тнорм., дБ

Форма N 1 ГКРЧ п.п.5.8 и Методика п.п.1.4

P

Максимальная мощность передатчика в i-ой РРС на k-ой несущей (режиме), дБм

Форма N 1 ГКРЧ п.п.4.12

Garmonics

Уровень побочных излучений на гармониках в i-ой РРС, дБ

Форма N 1 ГКРЧ п.п.4.17, 4.18

Избирательность по зеркальному каналу в i-ой РРС, дБ

Форма N 1 ГКРЧ п.п.5.20

F

Необходимая ширина полосы (НШП) в i-ой РРС на k-ой несущей, МГц

Форма N 1 ГКРЧ п.5.4

S( )

Трехуровневая аппроксимация спектров передаваемых сигналов (режимов) в i-ой РРС на k-ой несущей

Форма N 1 ГКРЧ п.п.4.7, 4.8, 4.9, 5.15, 5.16, 5.17

A , A

Коэффициенты ослабления полезного сигнала в АФТ на передачу и на прием в i-ой РРС на k-ой несущей, дБ

Форма N 1 ГКРЧ п.п.1 7.4, 7.5

Polarization

Тип поляризации или их комбинации в антенне ПРМ (ПРД) в i-ой РРС

Форма N 1 ГКРЧ п.п.7.6,
Форма N ИД-РС:
Форма 1-РС п.16

Исходные данные для действующих РЭС БД

Обозначение

Характеристика

Источник

N

Количество БС БД в рассматриваемой заявке

Форма N ИД-РС. Проект частотно-

(X , Y )

Координаты БС БД в рассматриваемой заявке

территориального плана сети

Sectors

Количество секторов в i-ой БС БД

H

Высота подвеса антенны в j-ом секторе в i-ой БС БД БД, м

H

Высота подвеса антенны i-ой АС, м

(Ftx ) , (Frx )

Частотное присвоение для k-ой несущей в j-ом секторе в i-ой БС БД, МГц

Форма N ИД-РС п.п.19, 20, 21

G

Коэффициент усиления антенны в j-ом секторе в i-ой БС, дБ

Форма N 1 ГКРЧ
п.п.6.7
Форма N ИД-РС п.14

G( ) ,
G(
)

Аппроксимации диаграммы направленности антенны в вертикальной и горизонтальной плоскостях в j-ом секторе в i-ой БС, дБ

Форма N 1 ГКРЧ п.п.6.8, 6.9, 6.10, 6.11
Форма N ИД-РС п.п.12, 13

G

Коэффициент усиления антенны на i-ой АС, дБ

Форма N 1 ГКРЧ п.п.6.7
Форма N ИД-РС п.14

G( ) ,
G(
)

Аппроксимации диаграммы направленности антенны в вертикальной и горизонтальной плоскостях на i-ой АС, дБ

Форма N 1 ГКРЧ п.п.6.8, 6.9, 6.10, 6.11
Форма N ИД-РС п.п.12, 13

Sens

Чувствительность приемника БС БД в j-ом секторе в i-ой БС БД, дБм

Форма N 1 ГКРЧ п.п.5.7,
Форма N ИД-РС п.11

Sens

Чувствительность приемника АС, дБм

Форма N 1 ГКРЧ п.п.5.7

SIR

Требуемое отношение сигнал/суммарная помеха в обратном канале, дБ

Форма N 1 ГКРЧ п.п.5.8

SIR

Требуемое отношение сигнал/суммарная помеха в прямом канале, дБ

Форма N 1 ГКРЧ п.п.5.8

P
P

Минимальная и максимальная мощность передатчика АС, дБм (при отсутствии управления мощностью совпадают)

Форма N 1 ГКРЧ п.п.4.11, 4.12

P
P

Минимальная и максимальная мощность передатчика в j-ом секторе в i-ой БС БД на k-ой несущей, дБм (при отсутствии управления мощностью совпадают)

Форма N 1 ГКРЧ п.п.4.11, 4.12
Форма N ИД-РС п.6

Garmonics

Уровень побочных излучений на гармониках для ПРД в j-ом секторе в i-ой БС БД, дБ

Форма N 1 ГКРЧ п.п.4.17, 4.18

Garmonics

Уровень побочных излучений на гармониках для ПРД АС, дБ

Форма N 1 ГКРЧ п.п.4.17, 4.18

Избирательность по зеркальному каналу для ПРД в j-ом секторе в i-ой БС БД, дБ

Форма N 1 ГКРЧ п.п.5.20

Избирательность по зеркальному каналу для ПРД АС, дБ

Форма N 1 ГКРЧ п.п.5.20

S( )

Трехуровневая аппроксимация спектров передаваемых сигналов для прямого канала

Форма N 1 ГКРЧ п.п.4.7, 4.8, 4.9

S( )

Трехуровневая аппроксимация спектров передаваемых сигналов для обратного канала

Форма N 1 ГКРЧ п.п.4.7, 4.8, 4.9

F

- необходимая ширина полосы приемника АС, МГц

Форма N 1 ГКРЧ п.5.4

F

- необходимая ширина полосы приемника БС, МГц

Форма N 1 ГКРЧ п.5.4

A , A

коэффициенты ослабления полезного сигнала в АФТ на передачу и на прием в j-ом секторе в i-ой БС БД, дБ

Форма N 1 ГКРЧ п.п.7.4, 7.5

A , A

коэффициенты ослабления полезного сигнала в АФТ на передачу и на прием в АС, дБ

Форма N 1 ГКРЧ п.п.7.4, 7.5

Polarization

Тип поляризации или их комбинации в антенне в j-ом секторе в i-ой БС БД

Форма N 1 ГКРЧ п.п.7.6,
Форма N ИД-РС:
Форма 1-РС п.16

Исходные данные для действующей сети СПС

Обозначение

Характеристика

Источник

N

Количество БС в рассматриваемой СПС

Форма N ИД-РС.

(X ,Y )

Координаты БС в рассматриваемой СПС

Проект частотно-

Sectors

Количество секторов в i-ой БС

территориального

H

Высота подвеса антенны в j-ом секторе в i-ой БС, м

плана сети

(Ftx ) , (Frx )

Частотное присвоение для k-ой несущей в j-ом секторе в i-ой БС, МГц

Форма N ИД-РС п.п.19, 20, 21
Проект ЧТП

G

Коэффициент усиления антенны в j-ом секторе в i-ой БС

Форма N 1 ГКРЧ п.п.6.7
Форма N ИД-РС п.14

G( ) ,
G( )

Аппроксимации диаграммы направленности антенны в вертикальной и горизонтальной плоскостях в j-ом секторе в i-ой БС, дБ

Форма N 1 ГКРЧ п.п.6.8, 6.9, 6.10, 6.11
Проект ЧТП

Sens

Чувствительность приемника БС, дБм

Форма N 1 ГКРЧ п.п.5.7,
Форма N ИД-РС п.11

Sens

Чувствительность приемника АС, дБм

Форма N 1 ГКРЧ п.п.5.7

SIR

Требуемое отношение сигнал/суммарная помеха в обратном канале, дБ

Форма N 1 ГКРЧ п.п.5.8

SIR

Требуемое отношение сигнал/суммарная помеха в прямом канале, дБ (отлично от SIR в случае CDMA)

Форма N 1 ГКРЧ п.п.5.8

P
P

Минимальная и максимальная мощность передатчика АС, дБм (при отсутствии управления мощностью совпадают)

Форма N 1 ГКРЧ п.п.4.11, 4.12

P ,
P

Минимальная и максимальная мощность передатчика в j-ом секторе в i-ой БС на к-ой несущей, дБм (при отсутствии управления мощностью совпадают)

Форма N 1 ГКРЧ п.п.4.11, 4.12
Форма N ИД-РС п.6

Garmonics

Уровень побочных излучений на гармониках для ПРД в j-ом секторе в i-ой БС, дБ

Форма N 1 ГКРЧ п.п.4.17, 4.18

Subgar

Уровень побочных излучений на субгармониках для ПРД в j-ом секторе в i-ой БС, дБ

Форма N 1 ГКРЧ п.п.4.19

Garmonics

Уровень побочных излучений на гармониках для ПРД АС, дБ

Форма N 1 ГКРЧ п.п.4.17, 4.18

Избирательность по зеркальному каналу для ПРД в j-ом секторе в i-ой БС, дБ

Форма N 1-ГКРЧ п.п.5.20

Избирательность по зеркальному каналу для ПРД АС, дБ

Форма N 1 ГКРЧ п.п.5.20

S( )

Трехуровневая аппроксимация спектров передаваемых сигналов для прямого канала

Форма N 1 ГКРЧ п.п.4.7, 4.8, 4.9

S( )

Трехуровневая аппроксимация спектров передаваемых сигналов для обратного канала

Форма N 1 ГКРЧ п.п.4.7, 4.8, 4.9

F

- необходимая ширина полосы приемника АС, МГц

Форма N 1 ГКРЧ п.5.4

F

- необходимая ширина полосы приемника БС, МГц

Форма N 1 ГКРЧ п.5.4

A , A

коэффициенты ослабления полезного сигнала в АФТ на передачу и на прием в j-ом секторе в i-ой БС, дБ

Форма N 1 ГКРЧ п.п.7.4, 7.5

A , A

коэффициенты ослабления полезного сигнала в АФТ на передачу и на прием в АС, дБ

Форма N 1 ГКРЧ п.п.7.4, 7.5

Polarization

Тип поляризации или их комбинации в антенне в j-ом секторе в i-ой БС

Форма N 1 ГКРЧ п.п.7.6,
Форма N ИД-РС:
Форма 1-РС п.16

1.4. Критерии ЭМС РРЛ

В качестве критериев обеспечения ЭМС заявляемых РЭС РРЛ с РЭС действующих РРЛ, РЭС БД и сетями СПС в Методике используются отношение сигнал/суммарная помеха и отношение суммарная помеха/шум РПУ на входе РПУ в НШП. Информация о характеристиках заявляемой РРЛ представляется заявителем в карточке ТТХ РЭС по Форме N 1 ГКРЧ.

Для цифровых и аналоговых РРЛ прямой видимости при оценке ЭМС учитываются два вида помех, для которых независимо от механизма их возникновения на входе РПУ в НИР должны выполняться требуемые отношения суммарная помеха/шум и сигнал/суммарная помеха.

Долговременная помеха в соответствии с Рекомендацией МСЭ-Р F.758 характеризуется значением отношения суммарная помеха/шум -10 дБ, которое при выполнении ЭМС не должно превышаться в более, чем 20% времени наихудшего месяца [2].

Кратковременная помеха в соответствии с Рекомендацией МСЭ-Р F.1094 характеризуется малым процентом времени, в течение которого показатели качества РРЛ не должны ухудшаться более, чем на 10% от нормируемых значений [3]. Это означает, что отношение сигнал/суммарная помеха за наихудший месяц на каждом интервале РРЛ, на который воздействует помеха, может быть меньше требуемого отношения сигнал/суммарная помеха (защитного отношения), определяющего показатели качества в малом проценте времени, в течение не более 10% времени от нормируемого значения. Этот процент времени определяется выражением:

      0,1,

(1.1)

где

- нормируемый процент времени для РРЛ различного назначения;

R - длина интервала РРЛ с РЭС - ОВП (рецептор помех);

L - длина интервала РРЛ с РЭС - ИП.

Данные о значениях представляются Заявителем при введении новой РРЛ. При отсутствии таких данных, для цифровых РРЛ используются значения , которые разработаны на основе Рекомендаций МСЭ-Т G.826, G.828 c учетом показателя качества коэффициента секунд со значительным количеством ошибок (SESR) и представлены в Таблице 1.3 [4,5].

Таблица 1.3

Участок

Международный

Национальный участок

РРЛ

участок

Магистральная
сеть

Внутризоновая сеть

Местная
сеть

Сеть
доступа

Длина РРЛ

12500

2500

600

200

50

100

-

0,06

0,012

0,012

0,012

0,003

0,01

0,015

4. Точность оценки расчетного значения отношениях сигнал/суммарная помеха и суммарная помеха/шум РПУ определяется ошибкой статистического анализа А, которая связана с количеством итераций Ntotal следующей зависимостью [2]:

     

(1.2)

где Ntotal - общее количество итераций моделирования функционирования РРЛ, РЭС БД и сетей СПС.

Рекомендуемое значение Ntotal для получения достоверной оценки ЭМС РРЛ соответствует не менее 0,01 .

1.5. Выходные результаты

Выходным результатом в Методике расчета ЭМС РРЛ прямой видимости с наземными РЭС гражданского назначения в полосах частот выше 1 ГГц является решение об ЭМС заявляемых РЭС РРЛ с РЭС действующих РРЛ, РЭС БД и сетями СПС.

Математический аппарат и подробный алгоритм принятия данного решения об ЭМС РЭС РРЛ приводится в главах 3 и 4.

2. Сценарии совместного использования РЧС РЭС РРЛ, РЭС БД
и сетями СПС гражданского назначения

Сценариями совместного использования РЧС РЭС РРЛ, РЭС БД (БС и АС) и РЭС сетей СПС (БС и АС) гражданского назначения в полосах частот выше 1 ГГц являются следующие:

- вводимые в эксплуатацию РРЛ с действующими РРЛ (проводится оценка взаимной ЭМС);

- вводимые в эксплуатацию РРЛ с действующими РЭС сетей СПС (проводится оценка помехового влияния от сетей СПС на РРЛ);

- вводимые в эксплуатацию РРЛ с действующими РЭС БД (проводится оценка помехового влияния от действующих РЭС БД на РРЛ);

- вводимые в эксплуатацию РРЛ с действующими РРЛ и РЭС сетей СПС (проводится оценка помехового влияния от действующих сетей СПС и РРЛ на вводимые в эксплуатацию РРЛ);

- вводимые в эксплуатацию РРЛ с действующими РРЛ и РЭС сетей БД (проводится оценка помехового влияния от действующих РЭС БД и РРЛ на вводимые в эксплуатацию РРЛ).

Для упрощения моделирования совместного использования РЧС вышеуказанными РЭС рассматриваются первые три сценария, которые при соответствующем совместном моделировании будут охватывать все перечисленные сценарии.

При формировании сценариев совместного использования РЧС между РЭС РРЛ, РРЛ как источник помех, представляется одним пролетом, т.е. парой РРС, одна из которых является ПРД, а другая ПРМ в одном направлении и, наоборот, в другом направлении с детерминированными во времени параметрами. В Методике также принято, что ПРД РРЛ всегда используют максимальную мощность.

При формировании сценариев совместного использования РЧС между РЭС РРЛ и РЭС БД, для РЭС БД используются технологии множественного доступа с временным и частотным разделением каналов (TDMA, FDMA) без учета возможности адаптивного выбора канала. При рассмотрении РЭС БД, как источников помех, предполагается использование режимов с максимальной заявленной скоростью, которые при наличии алгоритма управления мощностью в РЭС БД будут создавать максимальные помехи РРЛ.

При формировании сценариев совместного использования РЧС между РЭС РРЛ и РЭС сетей СПС в качестве базового режима для моделирования выбран режим FDD. Для анализа сети, использующей режим TDD, производится переход к анализу двух сетей FDD. При этом моделирование и анализ ЭМС РЭС РЛЛ с сетью TDD производится дважды. В первом случае рассчитывается ЭМС, в котором сеть TDD в рассматриваемом диапазоне представляется как ряд каналов АС-БС сети FDD с аналогичными параметрами. Во втором случае рассчитывается ЭМС, в котором сеть TDD в рассматриваемом диапазоне представляется как ряд каналов БС-АС сети FDD с аналогичными параметрами. Данный подход обусловлен тем, что в системах с TDD дуплексом половина временного цикла выделяется одному направлению передачи, при этом длительность односторонней передачи достаточна для проведения регулировки мощности и оценки отношения сигнал/суммарная помеха.

Ниже приведено краткое описание особенностей функционирования РЭС РРЛ, РЭС БД и сетей СПС.

2.1. Краткое описание особенностей функционирования
 РЭС РРЛ, РЭС БД и сетей СПС

РРЛ

Кроме особенностей указанных выше, оценка взаимной ЭМС заявляемых и действующих РЭС РРЛ проводится в Методике для наименее помехоустойчивого режима заявляемой или действующей РЭС РРЛ (режим передачи голосовых услуг).

С учетом того, что все параметры РРС считаются детерминированными и неизменными при проведении моделирования, модель функционирования РЭС РРЛ представляется следующим образом.

РЭС РРЛ

Особенности моделирования РЭС РРЛ

Координаты РЭС

Управление
мощностью ПРД

ПРД, ПРМ РРС

Постоянные

-

При расчете ЭМС РЭС РРЛ рассматривается совокупность двух РРС, образующих пролет радиорелейной линии. Для обеспечения ЭМС необходимо оценивать воздействие помех на обе РРС. Считается, что ЭМС выполняется только в случае отсутствия недопустимых помех в приемниках обеих РРС.

РЭС БД с технологией TDMA-TDD без FHSS

Применение РЭС БД с технологией TDMA-TDD без FHSS предполагает передачу данных только БС или только АС в один и тот же момент времени в паре БС-АС с постоянной мощностью излучения сигнала в течение интервала передачи. При этом номиналы частот несущих фиксированы и не изменяются во времени.

Как на БС, так и на АС может применяться управление мощностью в зависимости от уровня принимаемого сигнала. Кроме того, координаты АC могут быть случайными (когда при заявлении РЭС БД регистрируются только БС) или заданы некоторым конечным множеством координат (когда регистрируются и БС и АС), из которых равновероятно выбирается местоположение АС при моделировании.

В рассматриваемых далее сценариях выделены следующие варианты функционирования РЭС БД с технологией TDMA-FDD без FHSS.

РЭС БД

Особенности моделирования сетей СПС

Координаты РЭС

Управление мощностью ПРД

AC TDMA-TDD без FHSS (без упр. мощ-тью)

Случайные или дискретно случайные

-

БС TDMA-TDD без FHSS (без упр. мощ-тью)

Постоянные

-

AC TDMA-TDD без FHSS (с упр. мощ-тью)

Случайные или дискретно случайные

+

БС TDMA-TDD без FHSS (с упр. мощ-тью)

Постоянные

+

РЭС БД с технологией TDMA-FDD с FHSS

Применение РЭС БД с технологией TDMA-TDD с FHSS также предполагает передачу данных только БС или только АС в один и тот же момент времени в паре БС-АС с постоянной мощностью излучения сигнала в течение интервала передачи. При этом номиналы несущих частот выбираются случайным образом из определенного множества доступных номиналов.

Как на БС, так и на АС может применяться управление мощностью в зависимости от уровня принимаемого сигнала. Кроме того, координаты АС могут быть случайными (когда при заявлении РЭС БД регистрируются только БС) или заданы некоторым конечным множеством координат (регистрируются и БС и АС), из которых равновероятно выбирается местоположение АС при моделировании.

В рассматриваемых далее сценариях выделены следующие варианты функционирования РЭС БД с технологией TDMA-TDD с FHSS.

РЭС БД

Особенности моделирования сетей СПС

Координаты РЭС

Управление
мощностью ПРД

AC TDMA-TDD с FHSS (без упр. мощ-тью)

Случайные или дискретно случайные

-

БС TDMA-TDD с FHSS (без упр. мощ-тью)

Постоянные

-

AC TDMA-TDD с FHSS (с упр. мощ-тью)

Случайные или дискретно случайные

+

БС TDMA-TDD с FHSS (с упр. мощ-тью)

Постоянные

+

Сеть СПС с технологией CDMA

Сеть СПС с CDMA состоит из ряда БС, которые работают на одних и тех же частотах. Максимально возможное количество пользователей в сети ограничено внутрисистемными помехами и не может быть определено без моделирования. В сетях СПС с CDMA как в прямом, так и в обратном каналах осуществляется управление мощностью в АС и БС с целью достижения заданного отношения сигнал/помеха при минимизации внутрисистемных помех. В прямом канале ограничением является максимальная мощность БС, а в обратном канале - внутрисистемная помеха.

При разработке модели функционирования сети СПС с CDMA было принято, что:

- излучение сигнала в течение сеанса связи происходит постоянно, при этом голосовая активность абонентов не учитывается;

- загрузка сети СПС с CDMA при анализе ЭМС равна 70% [6].

В рассматриваемых далее сценариях выделены следующие варианты функционирования АС и БС сетей CDMA.

РЭС системы

Особенности моделирования сетей СПС

CDMA

Координаты РЭС

Управление мощностью ПРД с учетом

SIR

Мощности
на входе ПРМ

AC CDMA

Переменные

+

-

БС CDMA

Постоянные

+

-

Сеть СПС с технологией FDMA

Сеть FDMA состоит из ряда БС, частотные планы которых формируются с целью создания кластеров частот, при этом размерность кластера больше четырех. Каждый частотный канал внутри кластера используется только одной парой АС-БС. Общее количество абонентов, работающих в сети в заданный момент времени, ограничено количеством частотных каналов, выделяемых БС.

В Методике принято, что управление мощностью в прямом канале отсутствует. Управление мощностью в обратном канале может как присутствовать так и отсутствовать. При этом во время этапа управления мощностями мощность АС не изменяется.

Зона обслуживания сети СПС FDMA в прямом и обратном направлениях связи ограничивается мощностью передатчиков и чувствительностью приемников. Излучение сигнала в течение сеанса связи происходит постоянно, голосовая активность абонентов не учитывается.

В рассматриваемых далее сценариях выделены следующие варианты функционирования систем FDMA.

РЭС системы FDM А

Особенности моделирования сетей СПС

Координаты

Управление мощностью ПРД с учетом

РЭС

SIR

Мощности
на входе ПРМ

AC FDMA (FDMA без упр. мощ-тью)

Переменные

-

-

AC FDMA (FDMA с упр. мощ-тью)

Переменные

-

+

БC FDMA

Постоянные

-

-

Сеть СПС с технологией TDMA

Сеть TDMA состоит из нескольких БС, частотные присвоения которых образуют кластеры частот, размерность кластера больше четырех. Разделение каналов происходит как по частотному принципу, так и по временному принципу. В каждом частотном канале передается несколько мультиплексированных во времени речевых потоков.

Каждый частотный канал в заданный момент времени, как и в системе FDMA, внутри кластера используется только одной парой АС-БС. По этой причине при анализе ЭМС считается, что максимальное количество одновременно работающих станций в сети равно количеству частотных каналов с учетом повторения частот. Суммарная емкость системы при этом определяется как количество установленных при моделировании активных соединений без учета количества тайм-слотов в частотном канале для данной системы.

Управление мощностью в прямом канале может присутствовать или отсутствовать. Управление мощностью в обратном канале присутствует почти во всех современных системах.

Зона обслуживания сети СПС TDMA ограничивается мощностью передатчиков и чувствительностью приемников. При анализе ЭМС голосовая активность абонентов не учитывается.

РЭС системы TDMA

Особенности моделирования сетей СПС

Координаты РЭС

Управление мощностью ПРД с учетом

SIR

Мощности
на входе ПРМ

AC TDMA

Переменные

-

+

БС TDMA (TDMA без упр. мощ-тью)

Постоянные

-

-

БC TDMA (TDMA с упр. мощ-тью)

Постоянные

-

+

    
2.2. Сценарий РРЛ - РРЛ

Все параметры РРС считаются детерминированными и неизменными при проведении моделирования. Статистическую неопределенность в определение отношения сигнал/суммарная помеха вносят только множители ослабления полезного и помехового сигналов.

РЭС РРЛ

Особенности моделирования РЭС РРЛ

Координаты РЭС

Управление
мощностью ПРД

ПРД (ПРМ) РРС

Постоянные

-

     
2.3. Сценарий РЭС РРЛ - БД

Учитывая детерминированность и неизменность параметров РРС при проведении моделирования, перечень возможных вариантов взаимодействия СПС-РЭС РРЛ ограничивается приведенными в следующей таблице.

ОВП,

ИП, ПРД

ПРМ

АС без
FHSS
(без
упр.
мощ-
тью)

БС без
FHSS
(без
упр.
мощ-
тью)

АС без
FHSS
(с упр.
мощ-
тью)

БС без
FHSS
(с упр.
мощ-
тью)

АС с
FHSS
(без
упр.
мощ-
тью)

БС с
FHSS
(без
упр.
мощ-
тью)

АС с
FHSS
(с упр.
мощ-
тью)

БС с
FHSS
(с упр.
мощ-
тью)

ПРМ РРС

0

0

V

V

0

0

V

V

V - управление мощностью в передатчике, связанном с ИП; 0 - управление мощностью отсутствует.

2.4. Сценарий РЭС РРЛ- СПС

Учитывая детерминированность и неизменность параметров РРС при проведении моделирования, перечень возможных вариантов помехового влияния сети СПС на РЭС РРЛ ограничивается приведенными в следующей таблице.

ОВП,

ИП, ПРД

ПРМ

АС
CDMA

БС
CDMА

БС FDMA
(FDMA
без УМ)

БС
FDMA
(FDMA
с УМ)

АС
FDMA

БС
TDMA

AC TDMA
(TDMA
без УМ)

АС
TDMA
(TDMA
с УМ)

ПРМ РРС

V

V

0

V

0

V

0

V

V - управление мощностью в передатчике, связанном с ИП; О - управление мощностью отсутствует.

3. Методы, используемые в методике расчета ЭМС РРЛ
с другими РРЛ, РЭС БД и сетямиСПС гражданского назначения

3.1. Методы, используемые в методике расчета ЭМС для сценария РРЛ-РРЛ

3.1.1. Принцип расчета ЭМС для сценария РРЛ-РРЛ

Оценка ЭМС РРЛ с другими РРЛ проводится путем имитационного моделирования функционирования РЭС РРЛ методом Монте-Карло, который предусматривает формирование на каждой итерации статичных отображений суммарного ослабления помеховых и полезных сигналов при распространении радиоволн с учетом того, что все остальные параметры РРЛ считаются детерминированными [12, 13, 14]. Таким образом, на каждой итерации производится моделирование каналов связи между РЭС РРЛ с учетом определенных в главе 1 ограничений и допущений и проверяется выполнение заданных требований по отношению сигнал/суммарная помеха и отношению суммарная помеха/шум ПРМ на входе ПРМ РЭС РРЛ в соответствии с критерием ЭМС, рассмотренным в главе 1. Невыполнение данного требования интерпретируется как отсутствие ЭМС заявляемых РЭС РРЛ с действующими РЭС РРЛ.

3.1.2. Метод моделирования функционирования РРЛ  

При моделировании функционирования РРЛ, с учетом реализации в них частотного дуплекса, отдельно рассматривается каждое направление передачи информации. Для каждой частоты и наименее помехоустойчивого реализованного на ней режима определяется функция распределения отношения суммарная помеха/шум ПРМ и отношения сигнал/суммарная помеха на входе ПРМ РЭС РРЛ, которая является совместной функцией распределения уровня сигнала и уровня суммарной помехи на входе ПРМ. Случайной составляющей распределения уровня сигнала и уровня суммарной помехи для данного сценария является множитель ослабления, учитывающей все механизмы распространения радиоволн на основе данных по рельефу всей трассы, приведенный, соответственно, в приложении 1.

3.1.3. Отбор РЭС РРЛ при моделировании сценария РРЛ-РРЛ

При оценке ЭМС список действующих РРЛ, участвующих в формировании помех на заявляемую РРЛ, ограничен процедурой пространственного и частотного отбора.

Частотный отбор

В анализе ЭМС учитываются частотные присвоения тех ПРД РРЛ, частотный канал которых находится в пределах двух частотных интервалов между смежными частотными каналами ПРМ РРЛ - объекте воздействия помех (ОВП). Критерием частотного отбора РРЛ-источников помех (ИП) является выполнение следующего условия:

,

  

(3.1)

где:

  • и - соответственно несущая и ширина канала в ПРД РРЛ - ИП;

  • и - соответственно несущая и ширина канала в РРЛ - ОВП.

Пространственный отбор

Под РРС - ИП, рассматриваемыми при оценке ЭМС, понимаются все РЭС РРЛ, прошедшие частотный отбор и находящиеся к заявленной (действующей) РРЛ ближе расстояния, определяемого из следующего выражения:

P + G + G - 32,44 - 20 · - Sens = 0

(3.2)

где:

P - максимальная мощность ПРД РЭС РРЛ - ИП, дБм;

G - коэффициент усиления антенны ПРД РЭС РРЛ - ИП, дБ;

G - коэффициент усиления антенны ПРМ РЭС РРЛ - ОВП, дБ;

Sens - чувствительность ПРМ РЭС РРЛ - ОВП, дБм;

- средняя частота передачи или приема (в зависимости от направления воздействия помех) РЭС РРЛ, МГц.

3.2. Методы, используемые в методике расчета ЭМС для сценария РРЛ - сеть СПС

3.2.1. Общий принцип расчета ЭМС для сценария РРЛ - сеть СПС

Оценка ЭМС РРЛ и сетей СПС проводится путем имитационного моделирования функционирования сетей СПС методом Монте-Карло. Метод Монте-Карло предусматривает моделирование отображений сети сотовой связи, представляющих собой описание всех параметров сети в заданный момент времени. Для создания такого отображения случайным образом по определенным законам распределения случайных величин генерируются положения абонентских станций, множитель ослабления при распространении радиоволн, рассчитываются ослабления сигналов, моделируется организация канала связи между БС и АС, производится управление мощностью на основе параметров распространения радиоволн и мощностей АС и БС. В завершении в каждом отображении проверяется выполнение заданных требований по отношению суммарная помеха/шум ПРМ и отношению сигнал/суммарная помеха в каждом канале ПРМ РЭС РРЛ в соответствии с критерием ЭМС, рассмотренным в главе 1. Невыполнение данного требования интерпретируется как отсутствие ЭМС РЭС РРЛ и сетей СПС.

В соответствии с используемой технологией, TDMA/FDMA или CDMA, происходит моделирование функционирования сети СПС и производится оценка ЭМС. В методике предусмотрены отдельные процедуры для моделирования сети TDMA/FDMA и моделирования сети CDMA, при этом процедуры для прямого и обратного каналов CDMA могут иметь различия.

Исходными данными для методики являются данные о рельефе местности и параметры, предоставляемые заявителем в карточках ТТХ РЭС по Форме N 1 ГКРЧ и Форме N ИД-PC, ФС (см. п.1.3).

Алгоритмы расчета ЭМС для сценария РРЛ-СПС рассмотрены в разделах 4 и 5. Данные по методам и процедурам моделирования функционирования сетей СПС, используемых в этих алгоритмах, приведены в пунктах 3.1.2 - 3.3.

3.2.2. Отбор РЭС сетей СПС при моделировании сценария РРЛ - сеть СПС

Для ограничения количества сетей и РЭС СПС - источников помех используются следующие параметры пространственного и частотного отбора.

Частотный отбор

В анализе учитываются частотные присвоения тех сетей СПС - источников помех, в которых хотя бы один канал ПРД находится в пределах двух частотных интервалов между смежными частотными каналами ПРМ РРЛ - ОВП. Критерием частотного отбора РЭС СПС - ИП является выполнение следующего условия:

,

(3.3)

               

где:

  • и - соответственно несущая и ширина канала в сети СПС источнике помех;

  • и - соответственно несущая и ширина канала в ПРМ РЭС РРЛ.

Пространственный отбор

Под РЭС СПС - источниками помех, рассматриваемыми при оценке ЭМС с РРЛ подразумеваются все РЭС сети СПС, прошедшие частотный отбор и находящиеся от заявляемой (действующей) РРЛ ближе расстояния, определяемого из следующего выражения:

P + G + G - 32,44 - 20 · - Sens = 0

(3.3а)

где:

P - максимальная мощность ПРД БС сети СПС, дБм;

G - коэффициент усиления антенны БС, дБ

G - коэффициент усиления антенны ПРМ РЭС РРЛ;

Sens - чувствительность ПРМ РЭС РРЛ, дБм;

- средняя частота передачи или приема на БС, МГц.

- искомое расстояние, км.

3.2.3. Метод моделирования функционирования сети СПС

3.2.3.1. Метод определения зон обслуживания

Определение зоны обслуживания сети СПС (совокупности зон обслуживания всех БС сети) с учетом рельефа местности является процедурой, которая предшествует всем остальным этапам моделирования функционирования сети. В Методике применяются одинаковые алгоритмы для секторных и всенаправленных антенн БС, т.к. конфигурация соты задается соответствующей диаграммой направленности антенны.

В состав БС входит передатчик, работающий на одной или нескольких частотах в одном и том же диапазоне (в пределах 5% от средней частоты из присвоенных заявляемой БС), приемник и приемо-передающая антенна. Предполагается, что зона обслуживания в обратном канале является определяющей и используется для моделирования функционирования сети в обоих направлениях связи. Для построения зоны обслуживания каждой соты производятся следующие процедуры:

  1. 1. Для каждой БС определяются радиусы на поверхности Земли, которые соответствуют максимальным расстояниям возможного обслуживания АС для заданного количества азимутальных радиусов (рекомендуется 360 азимутальных радиусов) с учетом диаграммы направленности антенны в горизонтальной плоскости (рис.3.1). В случае нескольких рабочих частот в одном диапазоне на БС расчет зоны обслуживания производится для средней частоты.

  2. 2. Из определенных в п.1 координат точек на поверхности Земли формируются массивы ArrayArea () для каждой k-ой БС в сети СПС (точки задаются в полярной системе координат с центром с координатами к-ой БС).

Рис.3.1. Принцип построения зоны обслуживания БС.

В соответствии с введенными допущениями, процедуры расчета максимальных азимутальных расстояний возможного обслуживания АС в направлении АС-БС будут различны для РЭС, реализующих технологию CDMA и РЭС технологии TDMA/FDMA.

Сеть СПС с технологией CDMA

Для РЭС, реализующих технологию CDMA, максимальные азимутальные расстояния возможного обслуживания АС для направления АС-БС определяются следующими выражениями [6]:

      R = ,

(3.4)

где:

R - максимальное расстояние для поддержания связи, рассчитанное с учетом требуемого отношения SIR в приемнике БС для режима передачи телефонного трафика в предположении, что в сети работает только одна станция [7,8]. R находится из решения следующего уравнения:

P + G ) + G ) - Loss(R ) - Sens - b · = 0,

(3.5)

где:

P - максимальная мощность АС, дБм;

Sens - чувствительность приемника БС, дБм;

G ) = G ) + G ) - коэффициент усиления передающей антенны в направлении передачи, дБ;

G ) = G ) + G ) - коэффициент усиления приемной антенны в направлении приема, дБ;

Loss (R ) - медианные потери на трассе на расстоянии R , дБ (приложение 1);

- параметр СКО, определяющий распределение логнормальных замираний (приложение 1);

b - запас на замирания, принимаемый равным 1,96, что соответствует 95% площади зоны обслуживания [8];

L - фактор загрузки, который характеризует среднюю загрузку сети (соты) и в методике принимается равным 0,75 (стандартная загрузка для города) [8].

- показатель степени, характеризующий зависимость потерь от расстояния, аппроксимирующий используемую модель распространения радиоволн, определяется из выражений:

для модели Хата

,

(3.6)

для модели Рек. Р.1546

.

(3.7)

Сеть СПС с технологией FDMA/TDMA

Для РЭС, реализующих технологию TDMA/FDMA, максимальные азимутальные расстояния (радиусы) возможного обслуживания AC R для направления АС-БС определяются из уравнения:

P + G ) + G ) - Loss(R) - Sens - b · = 0.

(3.8)

Решение уравнений:

А ) Для решения уравнений вида:

P + G ) + G ) - Loss(R) - Sens - А = 0,

(3.9)

где:

А = b · - константа, не зависящая от R, R ;

применяется рекурсивный метод расчета [6] с использованием функции:

= + G ) + G ) - Loss(R) - Sens - А;

(3.10)

= - ,

(3.11 )

n - номер итерации (порядковый номер расчетов) n = 2, 3,..., R = 0,001 км и R = 1000 км .

Критерий остановки расчетов определяется неравенством:

        0,001.

(3.12)

3.2.3.2. Метод определения координат АС в зоне обслуживания БС

При проведении статистического моделирования функционирования сети СПС на каждой итерации расчетов АС присваиваются координаты в соответствии с равномерным законом распределении АС (п.п.3.3.6.1) в зоне обслуживания одной из БС. С этой целью по всему массиву ArrayArea( ) с учетом координат k-ой БС определяются граничные значения области обслуживания БС в декартовой системе координат , , , . За начало декартовой системы координат принимается положение БС. В прямоугольной зоне, ограниченной данными координатами, осуществляется генерация случайных равномерно распределенных величин X и Y . При этом учитываются координаты только тех точек, которые будут находиться в рассчитанной (п.п.3.2.3.1) зоне обслуживания данной БС.

Количество АС, генерируемых в зоне обслуживания каждой БС, определяется на этапе моделирования функционирования сети СПС.

Принадлежность местоположений АС к зоне обслуживания сети СПС определяется следующим образом:

  1. 1. Генерируются случайные координаты АС в прямоугольной области , , , .

  2. 2. Рассчитываются координаты АС в полярных координатах относительно данной БС ().

  3. 4. Определяются ближайшие по азимуту точки из массива ArrayArea( ) к k-ой БС.

  4. 5. Проверяются следующие условия:

    - если оба радиуса точек из массива ArrayArea( ) , больше , то точка в зоне обслуживания БС;

    - если оба радиуса точек из массива ArrayArea( ) , меньше , то точка вне зоны обслуживания БС;

    - если больше одного радиуса и меньше второго радиуса, то:

    - происходит переход в декартову систему координат;

    - по точкам из массива ArrayArea( ) строится уравнение прямой;

    - если АС находится в той же полуплоскости или на линии, что и БС, то АС находится в зоне обслуживания БС, иначе вне зоны.

Если АС не принадлежит к зоне обслуживания ближайшей БС, то процедура повторяется, и вновь генерируются случайные координаты X и Y . Процесс продолжается до тех пор, пока АС не попадет в зону обслуживания БС.

3.2.3.3. Алгоритм моделирования функционирования сети СПС FDMA/TDMA  

Метод моделирования функционирования сети СПС FDMA/TDMA одинаков как для прямого, так и для обратного каналов связи и может быть представлен следующей последовательностью операций:

  1. 1) По входным данным определяются координаты БС сети СПС и устанавливаются их параметры.

  2. 2) Определяются зоны обслуживания всех рассматриваемых БС.

  3. 3) На каждой итерации:

    • 3.1) В зоне обслуживания каждой БС для каждого частотного канала генерируются координаты АС.

3.2) Производится организация соединения АС-БС.

3.3) Производится управление мощностью.

3.4) В соединениях АС-БС проверяется факт выполнения заданного отношения сигнал/суммарная помеха.

3.2.3.4. Алгоритм моделирования функционирования сети СПС CDMA

     
Моделирование функционирования сети СПС CDMA в прямом канале

Модель функционирования сети СПС CDMA в прямом канале представлена в Методике следующей последовательностью операций:

  1. 1) По входным данным определяются координаты БС и устанавливаются их параметры.

  2. 2) Определяются зоны обслуживания всех рассматриваемых БС.

  3. 3) Для каждой заявляемой БС проводится следующее моделирование (шаги 5-7):

  4. 4) На каждой итерации:

    • 4.1) Устанавливается начальное количество абонентов N = 10 в каждой соте.

    4.2) Устанавливается шаг приращения абонентов = 5 для каждой соты.

    4.3) Устанавливается флаг точного поиска TunningFlag = False.

    4.4) Устанавливается количество итераций проверки k = 20 [6].

    4.5) Устанавливается счетчик успешного соединения всех абонентов S = 0 для БС (к абонентам БС относятся все АС, организовавшие соединение с данной БС).

    4.6.1) Генерируется размещение N абонентских станций в зоне обслуживания каждой БС.

    4.6.2) Организуются соединения АС-БС.

    4.6.3) Производится регулирование мощности.

    4.6.4) Производится подсчет успешно организованных соединений для БС.

    4.6.5) Если все абоненты рассматриваемой БС успешно подключены, то S = S + 1.

    4.7) Повторить k раз шаг 4.6.

    4.8А) Если S 0,8 · k , то:

    - Если флаг точного поиска TunningFlag = True, то:

    - Если = 1, то осуществляется переход к шагу 4.9, иначе = Int( /2 );

    - N = N + и осуществляется переход к шагу 4.5.

    4.8Б) Если S 0,8 · k , то:

    - TunningFlag=True;

    - Если = 1, то осуществляется переход к шагу 4.9, иначе = Int (/2);

    - N = N - и осуществляется переход к шагу 4.5.

    4.9) Максимальное количество обслуживаемых АС равно N абонентов.

  5. 5) Происходит усреднение максимального количества обслуживаемых АС для заявляемой БС.

Моделирование функционирования сети СПС CDMA в обратном канале

В качестве условия возможности обслуживания АС для БС в обратном канале служит заданный порог превышения уровня внутрисистемных помех над уровнем тепловых шумов приемника БС:

NR = ,

где:

N - тепловой шум приемника БС, мВт;

и мощность создаваемых помех в приемнике БС соответственно от АС, прикрепленных к данной БС, и АС, прикрепленных к другим БС в этой же сети, мВт.

Стандартным значением этого порога, применяемым при планировании сетей CDMA является 6 дБ [8].

Модель функционирования сети СПС CDMA в обратном канале представлена в Методике следующей последовательностью операций:

  1. 1) По входным данным определяются координаты БС и устанавливаются их параметры.

  2. 2) Определяются зоны обслуживания всех рассматриваемых БС.

  3. 3) Для каждой заявляемой БС проводится следующее моделирование (шаги 5-7):

  4. 4) На каждой итерации:

    4.1) Устанавливается начальное количество абонентов N = 10 в каждой соте

  5. 4.2) Устанавливается шаг приращения абонентов = 5 для каждой соты.

    4.3) Устанавливается флаг точного поиска TunningFlag = False.

    4.4) Устанавливается количество итераций проверки k = 20.

    4.5) Устанавливается счетчик повышения шума за счет внутрисистемных помех NR=0 (к абонентам БС относятся все АС, организовавшие соединение с данной БС).

    4.6.1) Генерируется размещение N абонентских станций в зоне обслуживания каждой БС.

    4.6.2) Организуются соединения АС-БС.

    4.6.3) Производится регулирование мощности.

    4.6.4) NR = +NR.

    4.7) Повторить k раз шаг 6.6.

    4.8А) Если (NR/k) 4 (6 дБ), то:

    - Если флаг точного поиска TunningFlag = True, то:

    - Если = 1, то осуществляется переход к шагу 4.9, иначе = Int (/2):

    - N = N + и осуществляется переход к шагу 4.5.

    4.8Б) Если (NR/k) > 4 (6 дБ), то:

    - TunningFlag=Trae;

    - Если = 1, то осуществляется переход к шагу 4.9, иначе = Int (/2);

    - N = N - и осуществляется переход к шагу 4.5.

    4.9) Максимальное количество обслуживаемых АС равно N абонентов.

  6. 5) Происходит усреднение максимального количества обслуживаемых АС для заявляемой БС.

3.2.3.5. Организация каналов связи

Организация каналов связи для TDMA

После размещения АС в зоне обслуживания БС СПС TDMA организуются соединения между АС и БС. БС, в которой АС была размещена в соответствии с процедурой расположения АС (п.3.2.3.2), является БС организующей соединение.

Организация каналов связи для CDMA

После размещения АС в зоне обслуживания сети СПС CDMA организуются соединения между АС и БС.

1) С учетом присутствия замираний на трассе определяются потери распространения радиоволн (РРВ) для каждой БС и АС для средней частоты рабочего диапазона данной БС.

2) Определяется БС с минимальными потерями РРВ на трассе для рассматриваемой АС.

3) Данная БС организует соединение АС с сетью СПС.

3.2.3.6. Модели управления мощностями АС и БС в СПС

Модель управления мощностями АС и БС в сети CDMA

Регулировка мощностей АС и БС для каждой i-ой пары ПРД-ПРМ в пределах одной итерации вычислений в сети CDMA при моделировании ее функционирования происходит в соответствии со следующим алгоритмом [10]:

  n = 0, 1, …

(3.13)

где заданное отношение SIR, и соответствуют рассчитываемому значению SIR и мощности излучения i-oro передатчика АС или БС на n-ой итерации.

В качестве начального значения мощности каждого передатчика принимается ее минимально возможное значение. Выбор начальной мощности не оказывает влияния на работу алгоритма, минимальный уровень выбран для однозначности построения метода.

В соответствии с данным алгоритмом, вычисление мощности АС и БС сети CDMA останавливается после достижения точности данных вычислений ± 0.5 дБ, или по достижении максимального количества итераций, равного 150 [6]. Если точность вычислений для АС не достигает значения ±0.5 дБ, то эти абоненты считаются потерянными и отключаются. Таким образом АС считается успешно обслуживаемой, если в результате управления мощностью выполняется условие:


Модель управления мощностью в обратном канале CDMA

Алгоритм управления мощностью для обратного канала CDMA практически полностью повторяет общий алгоритм.

p =     n = 0, 1,…   ;


(3.14)

где:

- минимально допустимая мощность передатчика, мВт;

- максимально допустимая мощность передатчика, мВт;

- мощность полезного сигнала, принятая на n-ой итерации, мВт;

- заданное отношение сигнал/суммарная помеха;

- отношение сигнал/суммарная помеха, измеренное на n-ой итерации алгоритма управления мощностью в i-ом приемнике:

 = ,

(3.15)

где:

N - мощность шумов i-oro приемника;

- мощность суммарных помех от АС, прикрепленных к обслуживающей БС на n-ой итерации в i-ом приемнике, мВт;

- мощность суммарных помех помех от всех других АС данной сети на n-ой итерации в i-ом приемнике, мВт;

- мощность суммарных помех от всех других РЭС в смежных и пересекающихся диапазонах частот на n-ой итерации в i-ом приемнике, мВт;

Gp - коэффициент усиления за счет расширения спектра, который равен отношению чиповой скорости к скорости передаваемой информации.

Модель управления мощностью в прямом канале CDMA

Алгоритм управления мощностью в прямом канале CDMA отличается от алгоритма в обратном канале тем, что помимо ограничения на излучаемую мощность для одного абонента существует ограничение на суммарную излучаемую мощность БС.

Кроме этого учитывается нарушение ортогональности сигналов в прямом канале CDMA вследствие многолучевого распространения радиоволн.

Ограничение суммарной мощности происходит при помощи введения поправочного коэффициента для всех каналов трафика [6].

p =     n = 0,1 …  ;


(3.16)

где:

- минимально допустимая мощность передатчика, мВт;

- максимально допустимая мощность передатчика, мВт;

- мощность полезного сигнала, принятая на n-ой итерации, мВт;

- заданное отношение сигнал/суммарная помеха;

- отношение сигнал/суммарная помеха, измеренное на n-ой итерации алгоритма управления мощностью в i-ом приемнике:

 = ,

(3.17)

N - мощность шумов i-oro приемника;

- мощность суммарных помех от остальных каналов (телефонные каналы, пилот сигнал, служебные каналы), излучаемых обслуживающей БС на n-ой итерации в i-ом приемнике;

- коэффициент неортогональности сигналов одной БС в прямом канале, стандартное значение которого равно 0.4;

- мощность суммарных помех помех от всех других БС данной сети на n-ой итерации в i-ом приемнике, мВт;

- мощность суммарных помех от всех других РЭС в смежных и пересекающихся диапазонах частот на n-ой итерации в i-ом приемнике, мВт;

Gp - коэффициент усиления за счет расширения спектра, который равен отношению чиповой скорости к скорости передаваемой информации.

Scaling - поправочный коэффициент для ограничения суммарной мощности каналов телефонного трафика в БС, вычисляемый следующим образом:

Scaling =


(3.18)

где:

- максимально допустимая мощность БС, включающая все типы прямых каналов;

- суммарная моделируемая мощность БС, включающая все типы прямых каналов на n-ой итерации алгоритма управления мощностью;

pilot - доля мощности БС, отводимая на пилот-сигнал (определяется стандартом);

overhead - доля мощности БС, отводимая на служебные каналы;

pilot + overhead принимается равным 20% [6].

Модель управления мощностью в TDMA/FDMA в прямом и обратном канале

Алгоритм управления мощностью для прямого и обратного каналов TDMA/FDMA отличается от алгоритмов CDMA. В алгоритме управления мощностью для TDMA/FDMA мощность определяется по абсолютному уровню сигнала в приемнике, связанном с данным передатчиком, а не по отношению SIR [10]:

  P =

(3.19)

где:

- минимально допустимая мощность передатчика, мВт;

- максимально допустимая мощность передатчика, мВт;

- величина логнормального замирания в конкретном соединении, зависящая от параметра , случайно генерируемая при расчете уровня сигнала;

Sens - чувствительность приемника, дБм;

= - коэффициент усиления передающей антенны в направлении передачи, дБ;

- - коэффициент усиления приемной антенны в направлении приема, дБ;

Loss(R) - медианные потери на трассе между приемником и передатчиком на расстоянии R , дБ;

- параметр СКО, определяющий распределение логнормальных замирании;

Для учета присутствия внутрисистемных помех предполагается работа приемника на 3 дБ выше, чем собственная чувствительность [10].

3.3. Методы, используемые в методике расчета ЭМС для сценария РPЛ-БД

3.3.1. Общий принцип расчета ЭМС для сценария РРЛ-БД

При оценке ЭМС РРЛ и РЭС БД рассматриваются РЭС БД, использующие технологию множественного доступа с временным разделением каналов (TDMA) с временным дуплексом (TDD) и технологию множественного доступа с частотным разделением каналов (FDMA) с частотным дуплексом (FDD). При этом в методике предусматривается возможность применения технологии FHSS в РЭС БД, но не учитывается возможность адаптивного выбора канала.

Алгоритмы расчета ЭМС для сценария РРЛ-БД рассмотрены в разделах 4 и 5. Данные по методам и процедурам моделирования функционирования РЭС БД, используемых в этих алгоритмах, приведены в пунктах 3.3.2-3.3.3.

3.3.2. Отбор РЭС БД при моделировании сценария РРЛ-БД

Для ограничения количества РЭС БД - источников помех используются следующие параметры пространственного и частотного отбора.

Частотный отбор

В анализе учитьшаются частотные присвоения тех БС БД - источников помех, в которых хотя бы один канал ПРД находится в пределах двух частотных интервалов между смежными радиостволами ПРМ РРЛ - ОВП. Критерием частотного отбора РЭС СПС - ИП является выполнение следующего условия:

(3.20)

где:

  • и - соответственно несущая и ширина канала БС БД - источнике помех;

  • и - соответственно несущая и ширина канала в ПРМ РЭС РРЛ.

Пространственный отбор

Под БС БД - источниками помех рассматриваемыми при оценке ЭМС с РРЛ подразумеваются все БС БД, прошедшие частотный отбор и находящиеся от заявляемой (действующей) РРЛ ближе расстояния, определяемого из следующего выражения:

P + + - 32.44 - 20· - Sens = 0,

(3.20а)

где:

P - максимальная мощность ПРД БС БД, дБм;

- максимальный коэффициент усиления антенны БС, дБ;

-  максимальный коэффициент усиления антенны ПРМ РЭС РРЛ;

Sens - чувствительность ПРМ РЭС РРЛ, дБм;

- средняя частота передачи на БС БД, МГц;

r - искомое расстояние, км.

3.3.3. Метод моделирования функционирования РЭС БД

3.3.3.1. Метод определения зон обслуживания

Определение зоны обслуживания БС БД (совокупности зон обслуживания всех БС сети) с учетом рельефа местности является процедурой, которая предшествует всем остальным этапам моделирования функционирования РЭС БД. В методике не существует различия между секторными и всенаправленными БС БД, конфигурация соты задается соответствующей диаграммой направленности антенны.

Под БС подразумевается совокупность передатчика, работающего на одной или нескольких частотах в одном и том же диапазоне (в пределах 5% от средней частоты), соответствующего приемника и приемо-передающей антенны. Предполагается, что зона обслуживания в обратном канале является определяющей, т.к. мощность передатчика АС чаще всего меньше мощности передатчика БС БД. Именно эта зона обслуживания используется для моделирования функционирования сети в обоих направлениях связи. Для построения зоны обслуживания конкретной соты производятся следующие процедуры (см. рис.3.1):

3. Для каждой БС БД определяются координаты точек на поверхности Земли, которые соответствуют максимальным расстояниям возможного обслуживания АС для заданного количества азимутальных радиусов (рекомендуется 360 азимутальных радиусов) с учетом диаграммы направленности антенны БС БД в горизонтальной плоскости. В случае нескольких рабочих частот в одном диапазоне на БС расчет зоны обслуживания производится для средней частоты.

4. Из определенных в п.1 координат точек на поверхности Земли формируются массивы ArrayArea(r , ) для каждой БС БД (точки задаются в полярной системе координат с центром с координатами БС БД).

Для РЭС БД максимальные азимутальные расстояния возможного обслуживания АС для направления АС-БС определяются следующими выражениями:

(3.5)

где:

R - максимальное расстояние обеспечения связи, рассчитанное с учетом требуемого отношения SIR в приемнике БС БД для наиболее помехоустойчивого режима передачи;

- максимальная мощность АС, дБм;

Sens - чувствительность приемника БС БД, дБм;

= - коэффициент усиления передающей антенны в направлении передачи, дБ;

- - коэффициент усиления приемной антенны в направлении приема, дБ;

Loss(R) - медианные потери на трассе на расстоянии R , дБ (см. приложение 1);

- параметр СКО, определяющий распределение замираний (используется значение в соответствии с приложением 1 Модель Хата);

b - запас на замирания, принимаемый равным 1,96, что соответствует 95% площади при использовании логнормального закона в соответствии с Моделью Хата.

Решение уравнений:

А) Для решения уравнений вида:

(3.22)

где:

А = b · - константа, не зависящая от R , R ;

применяется рекурсивный метод расчета [3] с использованием функции:

;

(3.23)

,

(3.24)

n - номер итерации (порядковый номер расчетов) n = 2, 3… и R = 0,001 км и R = 1000 км .

Критерий остановки расчетов определяется неравенством:

.

(3.25)

3.3.3.2. Метод определения координат АС в зоне обслуживания БС

При проведении статистического моделирования функционирования РЭС БД на каждой итерации расчетов АС присваиваются координаты в соответствии с равномерным законом распределении случайных величин в зоне обслуживания соответствующей БС БД. С этой целью по k-ому массиву ArrayArea (r , ) с учетом координат БС БД определяются граничные значения области обслуживания РЭС БД в декартовой системе координат , , , . За начало декартовой системы координат принимается положение первой заявляемой БС БД. В прямоугольной зоне, ограниченной данными координатами, осуществляется генерация случайных равномерно распределенных величиной Y. При этом учитываются координаты только тех точек, которые будут находиться в рассчитанной зоне обслуживания БД.

Принадлежность местоположений АС к зоне обслуживания определяется следующим образом:

  1. 1. Рассчитываются координаты АС в полярных координатах относительно данной БС ( r , ).

  2. 2. Определяются ближайшие по азимуту точки из массива ArrayArea ( r , ) данной БС.

  3. 3. Проверяются следующие условия:

    - если оба радиуса точек из массива ArrayArea ( r , ) больше r , то точка находится в зоне обслуживания БС;

    - если оба радиуса точек из массива ArrayArea ( r , ) меньше r , то точка находится вне зоны обслуживания БС;

    - если r больше одного радиуса и меньше второго радиуса, то:

    - происходит переход в декартову систему координат;

    - по точкам из массива ArrayArea ( r , ) строится уравнение прямой;

    - если АС находится в той же полуплоскости или на линии, что и БС, то АС находится в зоне обслуживания БС, иначе - вне зоны.

Если АС не принадлежит к зоне обслуживания ближайшей БС, то процедура генерации координат повторяется. Процесс продолжается до тех пор, пока не будет определена принадлежность точки к области обслуживания соответствующей БС БД.

Количество АС, для которых будет проводиться процедура генерации их координат, определяется числом каналов БС, учитываемых в расчетах ЭМС с РРЛ.

3.3.3.3. Организация каналов связи в РЭС БД  

Метод выбора направления передачи данных в паре БС-АС

Для имитации метода множественного доступа в БД направление связи в каждой паре БС-АС выбирается случайным образом на каждой итерации с учетом следующих условий:

Flag = T (0; 1);

Т(0, 1) - равномерно распределенная величина в интервале (0; 1).

Если Flag 0.5 - выбирается обратное направление связи.

Если Flag > 0.5 - выбирается прямое направление связи.

Модель управления мощностями АС и БС в БД

В алгоритме управления мощностью для БД мощность определяется по абсолютному уровню сигнала в приемнике, связанном с данным передатчиком [7]:

P =

(3.26)

где:

- минимально допустимая мощность передатчика, мВт;

- максимально допустимая мощность передатчика, мВт;

- случайная величина потерь в конкретном соединении, зависящая от модели распространения, случайно генерируемая при расчете уровня сигнала (см. приложение 1);

Sens - чувствительность приемника, дБм;

= - коэффициент усиления передающей антенны в направлении передачи, дБ;

= - коэффициент усиления приемной антенны в направлении приема, дБ;

Loss(R) - медианные потери на трассе между приемником и передатчиком на расстоянии R , дБ (см. приложение 1);

Для учета присутствия внутрисистемных помех предполагается работа приемника на 3 дБ выше, чем собственная чувствительность [10].

Метод выбора частотного канала при использовании FHSS

При использовании FHSS АС и БС для передачи данных доступно множество из N частот {}. В реальных системах выбор частоты происходит по псевдослучайному закону независимо для каждой пары БС-АС. Поэтому при моделировании выбор частоты реализуется следующим образом:

Flag = N · T (0; 1);

Т(0,1) - равномерно распределенная величина в интервале (0;1).

;

CEIL() - функция округления до ближайшего целого большего, чем аргумент округления.

Метод выбора максимальных скоростей для РЭС БД источников помех

Для имитации максимальных помех со стороны РЭС БД при наличии управления мощностью предполагается использование максимальных скоростей передачи, требующих большей излучаемой мощности.

Выбор максимальных скоростей носит итеративный характер и строится по оценке выполнения заданного SIR в соединениях БС-АС источниках помех:

  1. 1) Во всех парах БС-АС устанавливается минимальная скорость передачи

  2. 2) Проверяется выполнение отношения SIR в соответствии с алгоритмом управления мощностью в парах БС-АС

  3. 3) При использовании управления мощностью если в паре БС-АС требуемое SIR не достижимо, то считается, что они используют минимальную скорость передачи в данной итерации.

  4. 4) Если на предыдущем шаге хотя бы для одной пары БС-АС выполнилось требование по мощности и максимальная скорость еще не достигнута, то:

    • 5.1) Для пар БС-АС не достигших максимальной допустимой скорости происходит увеличение до следующего номинала скорости.

    5.2) Пары БС-АС, уже использующие максимальную допустимую скорость, работают в установленном режиме передачи.

    5.3) Оценивается выполнение требований по мощности в соответствии с алгоритмом управления

    5.4) Для пар БС-АС, в которых выполнилось заданное требование по мощности, устанавливается данный номинал скорости

    5.5) Переход к шагу 4)

  5. 6) Полученные скорости и соответственно мощности используются при моделировании емкости РЭС БД рецепторов помех в присутствии РЭС БД источников помех.

3.4. Описание математических выражений расчета уровней
полезного и помеховых сигналов

3.4.1. Обозначения, используемые в математических выражениях

В математических выражениях расчета уровня полезного сигнала и суммарного уровня помех на входе приемного устройства используются следующие обозначения:

Обозначение

Определение параметра

Grxj( ),Gtxj( )

диаграмма направленности ПРМ и ПРД антенн в горизонтальной плоскости излучения j-гo РЭС, дБ

Grxj( ),Gtxj( )

диаграмма направленности ПРМ и ПРД антенн в вертикальной плоскости излучения j-гo РЭС, дБ

Azj

азимут максимального излучения j-гo РЭС, рад

Elj

угол места максимального излучения j-гo РЭС, рад

Ptxj

мощность ПРД j-гo РЭС, дБм

Fadeij

величина случайной составляющей потерь, генерируемая на каждой итерации при расчете уровня сигнала i-гo ПРД в j-ом ПРМ, дБ (закон распределение случайно составляющей зависит от используемой методики распространения радиоволн, см. приложение 1)

Sensj

чувствительность ПРМ j-гo РЭС, дБм

SIRj

ащитное отношение сигнал/помеха j-гo РЭС, дБ

Sj( )

маска спектра сигнала, излучаемого j-ым РЭС, дБ

hrxj, htxj

высота подвеса ПРМ и ПРД антенн, м

Arxj, Atxj

коэффициенты ослабления полезного сигнала в АФТ ПРД и ПРМ j-гo РЭС, дБ

Lossij

медианное ослабление сигнала в пространстве при распространении от антенны i-гo РЭС к антенне j-гo РЭС, дБ (зависит от используемой методики распространения радиоволн, см. приложение 1)

Selj

избирательность приемника j-гo РЭС по зеркальному каналу, дБ

Prxij

мощность полезного сигнала, поступающая на вход приемника j-гo РЭС от соответствующего i-гo передатчика, дБм

Pij

мощность одиночного помехового сигнала, поступающая на вход приемника j-гo РЭС от i-гo передатчика, дБм

P ij

коэффициент ослабления помехового сигнала в полосе ПРМ j-го РЭС с учетом частотной расстройки ПРД помехового сигнала i-го РЭС и ПРМ j-го РЭС - объекта воздействия помех, дБ

Pcj

мощность помехового сигнала на частоте гармоник, дБм

Pnj

относительный уровень шумовых излучений источника помех, дБм

ij

коэффициент поляризационных потерь между i-ым и j-ым РЭС, дБ

P1ij

мощность одиночного помехового сигнала, поступающая на вход приемника j-гo РЭС от основного и внеполосного излучения i-го передатчика, дБм

P2ij

мощность одиночного помехового сигнала по зеркальному каналу приема, поступающая на вход приемника j-го РЭС от основного и внеполосного излучения i-го передатчика, дБм

P3ij

мощность одиночного помехового сигнала по основному каналу ПРМ j-го РЭС, создаваемая побочным излучением на гармониках ПРД i-го РЭС

P4ij

мощность одиночного помехового сигнала по основному каналу приема, обусловленного шумовым побочным излучением источника помех

P j

суммарная помеха поступающая на вход приемника j-го РЭС

Grxj( ),Gtxj( )

диаграмма направленности ПРМ и ПРД антенн в горизонтальной плоскости излучения j-го РЭС, дБ

Grxj( ),Gtxj( )

диаграмма направленности ПРМ и ПРД антенн в вертикальной плоскости излучения j-го РЭС, дБ

Azj

азимут максимального излучения j-го РЭС, рад

Elj

угол места максимального излучения j-го РЭС, рад

Ptxj

мощность ПРД j-го РЭС, дБм

Fadeij

величина случайной составляющей потерь, генерируемая на каждой итерации при расчете уровия сигнала i-гo ПРД в j-ом ПРМ, дБ (закон распределение случайной составляющей зависит от используемой методики распространения радиоволн, см. приложение 1)

Sensj

чувствительность ПРМ j-гo РЭС, дБм

SIRj

защитное отношение сигнал/помеха j-гo РЭС, дБ

Sj( )

маска спектра сигнала, излучаемого j-ым РЭС, дБ

hrxj, htxj

высота подвеса ПРМ и ПРД антенн, м

Arxj, Atxj

коэффициенты ослабления полезного сигнала в АФТ ПРД и ПРМ j-гo РЭС, дБ

Lossij

медианное ослабление сигнала в пространстве при распространении от антенны i-гo РЭС к антенне j-гo РЭС, дБ (зависит от используемой методики распространения радиоволн, см. приложение 1)

Selj

избирательность приемника j-гo РЭС по зеркальному каналу, дБ

Prxij

мощность полезного сигнала, поступающая на вход приемника j-гo РЭС от соответствующего i-гo передатчика, дБм

Pij

мощность одиночного помехового сигнала, поступающая на вход приемника j-гo РЭС от i-гo передатчика, дБм

P ij

коэффициент ослабления помехового сигнала в полосе ПРМ j-гo РЭС с учетом частотной расстройки ПРД помехового сигнала i-гo РЭС и ПРМ j-гo РЭС - объекта воздействия помех, дБ

Pcj

мощность помехового сигнала на частоте гармоник, дБм

Pnj

относительный уровень шумовых излучений источника помех, дБм

ij

коэффициент поляризационных потерь между i-ым и j-ым РЭС, дБ

P1ij

мощность одиночного помехового сигнала, поступающая на вход приемника j-го РЭС от основного и внеполосного излучения i-гo передатчика, дБм

P2ij

мощность одиночного помехового сигнала по зеркальному каналу приема, поступающая на вход приемника j-гo РЭС от основного и внеполосного излучения i-гo передатчика, дБм

P3ij

мощность одиночного помехового сигнала по основному каналу ПРМ j-го РЭС, создаваемая побочным излучением на гармониках ПРД i-гo РЭС

P4ij

мощность одиночного помехового сигнала по основному каналу приема, обусловленного шумовым побочным излучением источника помех

P j

суммарная помеха поступающая на вход приемника j-гo РЭС

3.4.2. Вычисление уровня полезного сигнала на входе приемного устройства

Расчет уровня мощности полезного сигнала на входе ПРМ производится в соответствии с выражением:

Prxij = Ptxi + + - Arxj - Atxi - Lossij - Fadeij , дБ

(3.27)

где:

=

=

3.4.3. Вычисление уровня помехового сигнала на входе приемного устройства

При расчете помехового сигнала на входе приемника, рассматриваются сигналы, поступающие от передатчиков всех рассматриваемых при моделировании РЭС за исключением собственного передатчика РЭС. Учитывается четыре механизма возникновения помех:

- помеха по основному каналу от основного и внеполосного излучения;

- помеха по основному каналу от побочного излучения на гармониках;

- помеха по зеркальному каналу приема от основного и внеполосного излучения;

- помеха по основному каналу от побочного шумового излучения.

3.4.3.1. Расчет уровня одиночного помехового сигнала по основному каналу приема, обусловленного основным и внеполосным излучением источника помех

Расчет уровня мощности одиночного помехового сигнала на входе ПРМ производится в случае если:

(3.28)

и - соответственно несущая и ширина канала источника помех;

и - соответственно несущая и НШП приемника на РЭС в сети СПС - ОВП;

Расчет производится в соответствии с выражением:

P1ij = Ptxi + + + - Arxj - Atxi - Lossij - - Fadeij , дБм

(3.29)

где:

P = 10 ·

(3.30)

S2 () - АЧХ помехи (при интегрировании полагается, что вне аппроксимации АЧХ равна 0);

- НШП приемника помех

[] = 2 - ширина полосы канала помехового сигнала по уровню -60 дБ (возможен выбор уровня, определяемый наличием информации в карточке ТТХ РЭС по форме N 1 ГКРЧ);

и - несущие частоты полезного и помехового сигналов;

- коэффициент поляризационных потерь, который определяется в соответствии с приложением 7 Международного регламента радиосвязи таблицей, показан в таблице:

Поляризация

Коэффициент поляризационных потерь

ПРД

ПРМ

Круговая левосторонняя

Круговая правосторонняя

6

Круговая левосторонняя

Линейная

1,5

Круговая правосторонняя

Линейная

1,5

Круговая левосторонняя

Круговая левосторонняя

0

Круговая правосторонняя

Круговая правосторонняя

0

Вертикальная

Вертикальная

0

Горизонтальная

Горизонтальная

0

Вертикальная

Горизонтальная

0

3.4.3.2. Расчет уровня одиночного помехового сигнала по зеркальному каналу приема,
обусловленного основным и внеполосным излучением источника помех

Зеркальные каналы образуются в супергетеродинных приемниках из-за недостаточной селективности их трактов, нелинейности активных элементов, а также низкого качества гетеродинов.

Учитывая структуру характеристик избирательности ПРМ по зеркальным каналам, расчет уровня помеховых сигналов проводится в зеркальных каналах приема в соответствии со следующими выражениями:

P2ij = P( )txi + Selj + + + - Arxj - Atxi - Lossij(Т) - - Fadeij , дБм

(3.31)

где рассчитывается аналогично п.3.3.3.1 в предположении, что частота полезного сигнала соответствует частоте зеркального канала.

Частота зеркального канала определяется соотношением:

= ,

(3.32)

где - промежуточная частота в приемнике.

- частота гетеродина.

В случаях, когда приемник помех строится по схеме прямого преобразования, P2ij не рассчитывается и не принимает участие в формировании суммарной помехи.

3.4.3.3. Расчет уровня одиночного помехового сигнала по основному каналу приема,
обусловленного побочным излучением источника помех на гармониках

Причиной возникновения побочных излучений служат нелинейные процессы в тракте формирования высокочастотных сигналов и в антенно-фидерном тракте ПРД. К ним относятся излучения на гармониках. Излучения на гармониках P3ij вычисляются по следующим формулам:

P3ij = Pci + + - Arxj - Atxi - Lossij - - Fadeij ,

(3.33)

P3ij рассчитывается в тех случаях, когда гармоника попадает в полосу , где и - соответственно несущая и НШП приемника на заявляемой БС в сети СПС рецепторе помех. В целях уменьшения расчетов случаи, когда гармонические помехи попадают в соседние каналы приема, не рассматриваются.

3.4.3.4. Расчет уровня одиночного помехового сигнала по основному каналу приема,
обусловленного шумовым побочным излучением источника помех

Расчет уровня мощности пощехового сигнала, обусловленного шумовым побочным излучением источника помех, на входе ПРМ производится в случае если:

(3.34)

и - соответственно несущая и ширина канала источника помех;

и - соответственно несущая и НШП приемника на РЭС в сети СПС рецепторе помех;

Расчет производится в соответствии с выражением:

P4ij = Ptxi - Pnj + + - Arxj - Atxi - Lossij - - Fadeij , дБм

(3.35)

3.4.3.5. Расчет суммарного уровня помеховых сигналов, отношения
 сигнал/суммарная помеха и суммарная помеха/шум ПРМ

Расчет уровня суммарной мощности помеховых сигналов на входе j-oro ПРМ для одной выборки значений случайных параметров производится в соответствии с выражением:

= 10 дБ

(3.36)

Расчет отношения сигнал/суммарная помеха на входе j-oro ПРМ РЭС-ОВП для одной выборки значений случайных параметров производится в соответствии с выражением:

SIR = , дБ  

(3.37)

Расчет отношения суммарная помеха/шум ПРМ на входе j-ого ПРМ РЭС-ОВП для одной выборки значений случайных параметров производится в соответствии с выражением:

INR = , дБ  

(3.38)

где разность чувствительности ПРМ (Sens) и требуемого защитного отношения (SIR ) соответствует уровню шумов ПРМ.

3.4.4. Вычисление расстояний и взаимных углов направления максимумов ДНА

Расстояние от точки 1 до точки 2 в геоцентрической системе координат находится по следующей формуле:

R = r · arccos(sin (lat1) · sin (lat2) + cos (lat1) · cos (lat2) · cos ( long))

(3.39)

где:

  • long = ;

  • r - радиус земли, равный 6371 км;

  • lat1 и Iat2 - значение широт точек, между которыми ищется расстояние, в радианах;

  • long1 и long2 - значение долгот точек, между которыми ищется расстояние, в радианах.

Нахождение азимута направления от первой точки ко второй производится по формуле:

Az =

(3.40)

3.4.5. Аппроксимация диаграмм направленности антенн РРЛ, РЭС БД и РЭС сетей СПС

Для аппроксимации диаграммы направленности РРЛ и АС БД рекомендуется использовать эталонные диаграммы излучения антенн радиорелейных систем прямой видимости в диапазоне частот свыше 100 МГц, рассмотренные в Рек. МСЭ-Р F.699.

Для антенн БС БД используется ДНА, приводимая в карточке ТТХ РЭС по Форме N 1 ГКРЧ, или в соответствии с данными, приведенными в Форме ИД-РС, ФС. В случаЕ отсутствия данных для аппроксимации антенн РЭС БД в диапазонах частот выше 1 ГГц используются аппроксимации диаграммы направленности антенн систем беспроводного доступа, представленные в Рекомендации ETSI EN301525 и в Рекомендации МСЭ-Р F.1336.

В настоящее время регламентирующие документы по аппроксимации диаграммы направленности антенн РЭС СПС отсутствуют. Вследствие этого, наиболее предпочтительным является использование данных по аппроксимации диаграммы направленности конкретных типов применяемых антенн на основе их технического описания. При спгсутствии таких данных, для антенн БС СПС в диапазонах частот выше 1 ГГц также рекомендуется использовать аппроксимации диаграммы направленности для антенн систем беспроводного доступа, представленных в Рек. ETSI EN301525 и в Рек. МСЭ-Р F.1336.

3.4.6. Модели формирования случайных чисел

3.4.6.1. Модель формирования равномерного распределения случайных чисел

Ряд псевдослучайных чисел, распределенных по равномерному закону в диапазоне (0,1), можно получить по следующему алгоритму, представленному в Отчете 68 ERC [12]:

u = ,

(3.41)

где:

  • u  - очередной член псевдослучайного ряда;

  • m = 2 - 1 = 2147483647;

    = ( a · x )mod m ;

    где:

    • a = 950706376;

      - инициализирующее целое число из диапазона от 1 до m -1.

3.4.6.2. Модель формирования нормального распределения случайных чисел

Ряд псевдослучайных чисел, распределенных по нормальному закону с параметрами (0, 1), можно получить из равномерного ряда по следующему алгоритму:

(3.42)

где:

  • и - две независимые случайные величины, распределенные по равномерному закону в диапазоне (0,1).

3.4.6.3. Модель формирования логнормального
распределения случайных чисел

Случайная величина, распределенная по логНормальному закону с медианой 1 и параметром среднеквадратического отклонения в дБ может быть получена из нормальной случайной величины с параметрами (0,1) по следующему алгоритму:

= exp( · 0.2302585 · ),

(3.43)

где - нормальная случайная величина с параметрами (0,1).

3.4.6.4. Модель формирования случайных чисел с распределением,
заданным непрерывной функцией

Пусть имеется интегральная функция вероятности распределения случайной величины, заданная монотонно возрастающей функцией P( )=F( ) на непрерывном интервале .

Тогда случайная величина x может быть сгенерирована по следующей формуле:

=

(3.44)

где:

- независимая случайная величина, распределенная по равномерному закону в диапазоне (0, 1);

- функция обратная

Так как функция может не иметь аналитического представления, то используется следующий алгоритм генерации из решения уравнения:

- = 0

где:

- независимая случайная величина, распределенная по равномерному закону в диапазоне (0,1).

Для решения применяется рекурсивный метод расчета [6] с использованием функции:

= ,

(3.45)

номер итерации n = 2, 3... и = и =

Критерий остановки расчетов определяется неравенством:

,

где - порядковый номер расчетов.

3.3.6.5. Модель формирования случайных чисел с распределением,
заданным кусочно-линейной аппроксимацией по N точкам*

________________

* Нумерация соответствует оригиналу. - Примечание изготовителя базы данных.

Пусть имеется интегральная функция вероятности распределения случайной величины, заданная массивом из N точек {}, где возможное значение случайной величины, a = Р () вероятность, что случайная величина примет значение меньшее, чем . Причем и .

Тогда с помощью линейной аппроксимации данного массива точек можно построить непрерывную для [] обратную функцию X(Y) . При этом для Y > X = и для Y < X = . Тогда случайная величина х может быть сгенерирована по следующей формуле:

(3.46)

где:

- независимая случайная величина, распределенная по равномерному закону в диапазоне (0, 1).

3.3.6.6. Определение законов распределения случайных
величин, используемых в методике расчета ЭМС*

________________

* Нумерация соответствует оригиналу. - Примечание изготовителя базы данных.

Наименование случайно
генерируемой величины

Тип
распределения

Параметры
распределения

Примечание

Плотность расположения АС в зоне обслуживания

Равномерное по площади


ArrayArea (r, )

см. п.3.2.3.3

Выбор частоты при FHSS

Дискретное равномерное

N

см. п.3.3.3.3

Величина лог-нормального замирания

Логнормальный закон

см. п.3.3.6.3, см. приложение 1В, П.2, П.3

Величина коэффициента (множителя) ослабления помехового сигнала V

Непрерывная функция

см. п.3.3.6.4, см. приложение 1В, П.1, формула П1В.5

Колебания уровня поля во времени при дифракционном распространении радиоволн

Логнормальный закон

см. п.3.3.6.3, см. приложение 1В, П.1, формула П1В.33

Величина коэффициента ослабления вследствие тропосферного распространения эадиоволн

Закон приведен в явном виде

см. приложение 1В, П.1, формула П1В.45

Переменная Т генерируется по равномерному закону эаспределения от 0 до 100%

Величина коэффициента ослабления вследствие рассеяния радиоволн осадками

Кусочно-
линейная аппроксимация по N точкам

см. п.3.3.6.5,  см.приложение 1В, П.1, Таблица П1В.2

Величина коэффициента ослабления, обусловленного влиянием интерференционных замираний

Непрерывная функция

см. п.3.3.6.4, см. приложение 1А, формула (П1А.5)

Величина коэффициента ослабления, обусловленного влиянием субрефракции

Закон приведен в явном виде

см. приложение 1А, формула (П1А.27)

Переменная генерируется по нормальному закону распределения с параметрами и

Величина коэффициента ослабления, обусловленного влиянием дождей

Кусочно-
пинейная аппроксимация по N точкам

см. п.3.3.6.5, см. приложение 1А, Таблица П1А.2

4. Алгоритмы расчета ЭМС РЭС РРЛ с РЭС действующих РРЛ, РЭС БД и сетями
СПС гражданского назначения

4.1. Алгоритм расчета ЭМС для сценария РРЛ-РРЛ

В соответствии с п.1.4 и п.3.1 алгоритм расчета ЭМС для сценария РРЛ-РРЛ описывается следующей последовательностью действий:

  1. 1. На основе ТТХ РЭС РРЛ - объекта воздействия помех производится отбор РЭС РРЛ - источников помех (п.3.1.3).

  2. 2. Выполняется взаимное размещение РРЛ-ОВП и РРЛ-ИП.

  3. 3. Определяется количество итераций, необходимое для достижения требуемой точности оценки SIR и INR.

  4. 4. Проводится статистическое моделирование множителей ослабления полезного и помехового сигналов.

  5. 5. Рассчитывается интегральное распределение отношения сигнал/суммарная помеха или отношения суммарная помеха/шум РПУ на входе ПРМ РЭС РРЛ.

  6. 6. Осуществляется проверка выполнения требуемого отношения сигнал/суммарная помеха или отношения суммарная помеха/шум РПУ для кратковременной и долговременной помех.

Невыполнение требуемого отношения сигнал/суммарная помеха или отношения суммарная помеха/шум РПУ для одного из вида помех интерпретируется как отсутствие ЭМС между РЭС РРЛ.

Данный общий алгоритм представлен на рис.4.1.      

Рис.4.1. Общий алгоритм расчета ЭМС для сценария РРЛ-РРЛ.  

4.2. Алгоритм расчета ЭМС для сценария РРЛ - сеть СПС

4.2.1. Схема общего алгоритма расчета ЭМС для сценария РРЛ-СПС (FDMA/TDMA)

На рис.4.2 представлена схема общего алгоритма расчета ЭМС для сценария РРЛ-СПС (FDMA/TDMA) в соответствии с представленной в главе 3 методикой.

Алгоритм расчета ЭМС для сценария РРЛ-СПС (FDMA/TDMA) описывается следующей последовательностью действий:

  1. 1. На основе ТТХ РЭС РРЛ - объекта воздействия помех производится отбор РЭС СПС-ИП (п.3.2.2).

  2. 2. Выполняется взаимное размещение РРЛ-ОВП и БС СПС (FDMA/TDMA).

  3. 3. Определяется количество итераций, необходимое для достижения требуемой точности оценки SIR и INR.

  4. 4. Проводится статистическое моделирование функционирования РРЛ в присутствии РЭС СПС (FDMA/TDMA) - ИП

    4.1. Производится расчет зон обслуживания БС и расстановка АС

    4.2. Организуется соединения АС-БС

    4.3. Производится управление мощностью передатчиков РЭС СПС

    4.4. Производится моделирование множителей ослабления полезного и помеховых сигналов

    4.5. Производится расчет INR и SIR для одной выборки параметров

  5. 5. Рассчитывается интегральное распределение отношения сигнал/суммарная помеха и отношения суммарная помеха/шум РПУ на входе ПРМ РЭС РРЛ.

  6. 6. Осуществляется проверка выполнения требуемого отношения сигнал/суммарная помеха и отношения суммарная помеха/шум РПУ для кратковременной и долговременной помех.

Невыполнение требуемого отношения сигнал/суммарная помеха или отношения суммарная помеха/шум РПУ для одного из вида помех интерпретируется как отсутствие ЭМС между РЭС РРЛ.

Рис.4.2. Схема общего алгоритма расчета ЭМС для сценария РРЛ-СПС (FDMA/TDMA).  

4.2.2. Схема общего алгоритма расчета ЭМС для сценария РРЛ-СПС (CDMA)

На рис.4.3 представлена схема общего алгоритма расчета ЭМС для сценария РРЛ-СПС (CDMA) в соответствии с представленной в главе 3 методикой.

Алгоритм расчета ЭМС для сценария РРЛ-СПС (CDMA) описывается следующей последовательностью действий:

  1. 1. На основе ТТХ РЭС РРЛ - объекта воздействия помех производится отбор РЭС СПС - источников помех (п.3.2.2).

  2. 2. Осуществляется поиск максимального количества обслуживаемых абонентов для каждой БС сети СПС (CDMA) - ИП.

  3. 3. Выполняется взаимное размещение РРЛ-ОВП и БС СПС(CDMA).

  4. 4. Определяется количество итераций, необходимое для достижения требуемой точности оценки SIR и INR.

  5. 5. Проводится статистическое моделирование функционирования РРЛ в присутствии РЭС СПС (CDMA) - ИП, обслуживающей максимальное количество абонентов.

5.1. Производится расчет зон обслуживания БС и расстановка АС

5.2. Организуется соединения АС-БС

5.3. Производится управление мощностью передатчиков РЭС СПС

5.4. Проводится моделирование множителей ослабления полезного и помеховых сигналов

5.5. Производится расчет INR и SIR для одной выборки параметров

6. Рассчитывается интегральное распределение отношения сигнал/суммарная помеха и отношения суммарная помеха/шум РПУ на входе ПРМ РЭС РРЛ.

7. Осуществляется проверка выполнения требуемого отношения сигнал/суммарная помеха и отношения суммарная помеха/шум РПУ для кратковременной и долговременной помех.

Невыполнение требуемого отношения сигнал/суммарная помеха или отношения суммарная помеха/шум РПУ для одного из вида помех интерпретируется как отсутствие ЭМС между РЭС РРЛ.

Рис.4.3. Схема общего алгоритма расчета ЭМС для сценария РРЛ-СПС (CDMA)  

4.3. Алгоритм расчета ЭМС для сценария РРЛ-БД

На рис.4.4 представлена схема общего алгоритма расчета ЭМС для сценария РРЛ-БД, в которую включен алгоритм функционирования сети РЭС БД в соответствии с представленной в главе 3 методикой.

Алгоритм расчета ЭМС для сценария РРЛ-БД описывается следующей последовательностью действий:

  1. 1. На основе ТТХ РЭС РРЛ - объекта воздействия помех производится отбор РЭС БД - источников помех (п.3.3.2).

  2. 2. Выполняется взаимное размещение РРЛ-ОВП и БС БД - ИП.

  3. 3. Определяется количество итераций, необходимое для достижения требуемой точности оценки SIR и INR.

  4. 4. Проводится статистическое моделирование функционирования РРЛ в присутствии РЭС БД - ИП

    4.1. Производится расчет зон обслуживания БС и расстановка АС БД

    4.2. Организуется соединения АС-БС БД

  5. 4.2.1. Антенна АС ориентируется на местоположение БС БД.

4.2.2. Для РЭС БД с TDD производится выбор направления передачи данных

4.2.3. Для РЭС БД с FHSS производится выбор частоты канала

4.2.4. Производится установка максимально возможных скоростей для РЭС БД - ИП и применение управления мощностью

4.4. Проводится моделирование множителей ослабления полезного и помеховых сигналов

4.5. Производится расчет INR и SIR для одной выборки параметров

5. Рассчитывается интегральное распределение отношения сигнал/суммарная помеха и отношения суммарная помеха/шум РПУ на входе ПРМ РРЛ.

6. Осуществляется проверка выполнения требуемого отношения сигнал/суммарная помеха и отношения суммарная помеха/шум РПУ для кратковременной и долговременной помех.

Невыполнение требуемого отношения сигнал/суммарная помеха или отношения суммарная помеха/шум РПУ для одного из вида помех интерпретируется как отсутствие ЭМС между РЭС РРЛ.

Рис.4.4. Схема общего алгоритма расчета ЭМС для сценария РРЛ-БД.

При оценке ЭМС РРЛ в сценариях совместного использования РЧС РЭС РРЛ с действующими РРЛ и РЭС сетей СПС, а также РЭС РРЛ с действующими РРЛ и РЭС сетей БД необходимо, как указывалось в главе 2, проводить совместное моделирование всех РЭС, совместно использующих РЧС с учетом представленных выше алгоритмов.

5. Порядок использования методики

Данная методика может быть использована при проведении расчетов ЭМС РЭС РРЛ с другими РРЛ, РЭС БД и РЭС сетей СПС гражданского назначения при разработке программного обеспечения по автоматизации расчетов ЭМС.

Расчеты ЭМС с использованием данной методики выполняются следующим образом:

- на основе представленных исходных данных определяются сценарии совместного использования РЧС РРЛ с другими РРЛ, РЭС БД и РЭС сетей СПС гражданского назначения (глава 2), определяются ограничения и особенности совместного функционирования РЭС (главы 1 и 2);

- для соответствующего сценария, ограничений и особенностей функционирования РЭС уточняется общий алгоритм расчетов (глава 4);

- в соответствии с уточненным алгоритмом расчетов определяются всенеобходимые формульные соотношения (глава 3);

- производится моделирование функционирования РЭС РРЛ с другими РРЛ, РЭС БД и РЭС сетей СПС гражданского назначения в соответствии с выбранным алгоритмом;

- по результатам моделирования делается вывод об обеспечении ЭМС РРЛ с другими РРЛ, РЭС БД и РЭС сетей СПС гражданского назначения.

5.1. Применение методики для сценария РРЛ-РРЛ

Применение методики расчета ЭМС для сценария РРЛ-РРЛ осуществляется в следующей последовательности:

  • 1). Осуществляется отбор РЭС РРЛ ОВП и РРЛ ИП по частотному и территориальному критерию (п.3.1.3).

2). Производится формирование входных данных с учетом карточек ТТД N 1 и формы ИД-РС (п.1.3).

3). Выполняется расчет суммарного ослабления полезного и помехового сигналов на каждой итерации расчетов (п.3.4.2. и 3.4.3.)

4). Производится определение для каждой итерации отношения сигнал/суммарная помеха и суммарная помеха/шум ПРМ в ПРМ РРЛ-ОВП.

5). Находится интегральное распределение отношения сигнал/суммарная помеха и суммарная помеха/шум ПРМ в ПРМ РРЛ-ОВП.

6). Принимается решение об ЭМС РРЛ, если выполняется критерий ЭМС.

5.2. Применение методики для сценария РРЛ-СПС

1). Осуществляется отбор РЭС РРЛ ОВП и РЭС СПС-ИП по частотному и территориальному критерию (п.3.2.2).

2). Производится формирование входных данных с учетом карточек ТТД N 1 и формы ИД-PC (пункт 1.3).

3) Определяются зоны обслуживания БС СПС-ИП (п.3.2.3.1).

4) Проводится поиск максимального среднего числа АС, обслуживаемых БС СПС - ИП для сетей СПС - CDMA (п.п.3.2.3.3, 3.2.3.3).

5). Выполняется моделирование функционирования сети СПС с учетом максимального или максимального среднего числа АС (п.п.3.2.3.3, 3.2.3.3).

6). Находится интегральное распределение отношения сигнал/суммарная помеха и суммарная помеха/шум ПРМ в ПРМ РРЛ-ОВП.

7). Принимается решение об ЭМС РРЛ с сетью СПС, если выполняется выбранный критерий.

5.3. Применение методики для сценария РРЛ - БД

1). Осуществляется отбор РЭС РРЛ ОВП и РЭС БД-ИП по частотному и территориальному критерию (п.п.3.3.2).

2). Производится формирование входных данных с учетом карточек ТТД N 1 и формы ИД-PC (пункт 1.3).

3). Определяются зоны обслуживания БС БД (п.3.3.3).

4). Выполняется моделирование функционирования РЭС БД с учетом максимального числа АС (п.3.3.3).

5). Находится интегральное распределение отношения сигнал/суммарная помеха или суммарная помеха/шум ПРМ в ПРМ РРЛ-ОВП.

6). Принимается решение об ЭМС РРЛ, если выполняется выбранный критерий.

Применение методики расчета ЭМС для сценариев совместного использования РЧС РЭС РРЛ с действующими РРЛ и РЭС сетей СПС, а также РЭС РРЛ с действующими РРЛ и РЭС сетей БД осуществляется путем соответствующего объединения указанных выше последовательных действий 5.1 и 5.2, или 5.1 и 5.3 при совместном моделировании алгоритмов функционирования РЭС РРЛ, РЭС БД или РЭС сетей СПС.

Приложение 1А

     
МЕТОДИКА
расчета статистического распределения множителя ослабления
полезного сигнала на интервалах прямой видимости

Введение

В данном приложении приведен математический аппарат для расчета статистического распределения множителя ослабления полезного сигнала на интервалах РРЛ прямой видимости, который позволяет произвести его статистическую оценку при расчетах ЭМС РРС с различными РЭС. Эта статистическая оценка основана на том, что в предлагаемом математическом аппарате учитываются все основные факторы, влияющие на распространение радиосигналов РРС, а именно, интерференционные замирания, влияние субрефракции, влияние дождей и поглощение сигналов в газах атмосферы. В частности, в расчетах учитываются характеристики сигнала для трасс, проходящих в различных географических и климатических условиях над морем и над сушей. В данном приложении уточнены расчетные соотношения для определения величины погонного ослабления радиоволн в дождях на частотах до 60 ГГц, что обеспечило их согласование с данными Рекомендаций МСЭ-Р 838-1. Помимо этого, в представленном приложении расчет ослабления в атмосферных газах может быть проведен с использованием метеорологических параметров различных регионов России и их высотной зависимости.

Допущения и ограничения

При расчетах статистического распределения множителя ослабления полезного сигнала на интервалах РРЛ прямой видимости с использованием приведенного математического аппарата необходимо учитывать следующие ограничения:

- в расчетах не учитывается влияние ослабления сигнала вследствие изменения диаграмм направленности остронаправленных антенн, появляющегося при изменении условий рефракции, неточности юстировки антенн, деформации опор. Учет этих факторов увеличивает эти составляющие;

- расчеты составляющих статистического распределения множителя ослабления полезного сигнала на приземных интервалах (средняя высота трассы над уровнем моря м) справедливы без соответствующих поправок при применении приемных или передающих антенн, имеющих коэффициенты усиления не более 43 дБ. Если же на приземных интервалах используются антенны с большими значениями коэффициентами усиления, необходимо учитывать следующие рекомендации:

- на коротких интервалах РРЛ (R 25 км) при применении антенн всех типов, кроме перископических, с коэффициентом усиления до 45 дБ при расчетах можно использовать их номинальное значение коэффициента усиления;

- на более длинных интервалах РРЛ (R > 25 км) при расчетах статистического распределения множителя ослабления, обусловленного интерференцией и субрефракцией радиоволн для случая использования всех типов антенн, кроме перископических, имеющих коэффициент усиления G > 44 дБ следует принимать значения коэффициента усиления передающей и приемной антенн равными 44 дБ при размещении антенн на решетчатых и железобетонных опорах. При размещении антенн с коэффициентом усиления более 43 дБ на трубчатых опорах с их повышенной тепловой деформированностью, следует считать значения коэффициента усиления передающей и приемной антенн равными 43 дБ;

- при применении перископических антенн из-за большего влияния деформированности опор и трудности юстировки во всех случаях при их коэффициенте усиления большем 43 дБ следует принимать значения коэффициента усиления передающей и приемной антенн равными 43 дБ;

- на горных интервалах РРЛ (800 м < 1200 м) при использовании антенн с коэффициентами усиления до 45 дБ в процессе расчетов необходимо принимать их номинальное значение коэффициента усиления. На высокогорных интервалах РРЛ ( > 1200 м) номинальное значение коэффициента усиления антенн можно использовать без ограничений;

- на трассах с пассивными ретрансляторами коэффициенты усиления антенн на активных станциях принимаются аналогично предыдущим рекомендациям с учетом соответствующих длин пролетов между активными станциями и пассивным ретранслятором;

- в тех случаях, когда могут наблюдаться большие попутные потоки (например, горные интервалы, городская застройка и т.п.) целесообразно ориентироваться на использование антенн с максимально узкой диаграммой направленности;

- при расчете составляющей статистического распределения множителя ослабления полезного сигнала, обусловленной влиянием дождей можно учитывать номинальный коэффициент усиления антенн и значения множителя ослабления V, рассчитанные без учета влияния нелинейных эффектов из-за многолучевого распространения радиоволн;

- при расчете составляющей статистического распределения множителя ослабления полезного сигнала, обусловленной субрефракцией радиоволн, можно не учитывать влияние нелинейных эффектов.

1. Общие положения

В общем случае множитель ослабления полезного сигнала на интервале РРЛ, превышающего в Т% времени наихудшего месяца, рассчитывается по формуле:

(Т) = + (Т),

(П1А.1)

где - множитель ослабления в свободном пространстве, определяемый выражением:

= -[32,44 + 20 · (R + f)] , дБ;

(П1A.2)

где R - длина интервала, км;

f - частота, МГц.

(Т) - величина множителя ослабления, превышаемая в течение Т% времени в наихудшего месяца.

Как видно из выражений (П1А.1) и (П1А.2), статистическое распределение суммарного ослабления сигнала будет определяться статистическим распределением множителя ослабления (Т), которое, в свою очередь, зависит от механизма распространения радиоволн и их ослабления в газах атмосферы:

(Т) = V(T) + V, дБ,

(П1А.3)

где:

V(T) - множитель ослабления, учитывающий влияние различных механизмов распространения радиоволн;

V  - множитель ослабления в газах атмосферы.

В данной методике для расчетов V(T) на интервалах РРЛ прямой видимости учитываются три основных механизма распространения радиоволн, приводяще к их ослаблению на пролетах линии:

- ослабление вследствие интерференции прямой волны и волн, отраженных от земной поверхности и неоднородностей тропосферы V;

- ослабление за счет экранирующего влияния препятствий земной поверхности при субрефракции радиоволн V;

- ослабление при выпадении дождей на трассе распространения радиоволн V.

Для нахождения закона распределения множителя ослабления V(T) необходимо определить процент времени (вероятность), в течение которого его значение не превысит заданную величину, изменяющуюся в некоторых пределах. Эти пределы обусловлены экспериментальными данными по измерениям уровней сигналов на различных трассах РРЛ и составляют от 0 до -100 дБ. Для этого необходимо найти распределения множителя ослабления для каждого из вышеперечисленных механизмов распространения радиоволн: V(T), V(T) и V(T), а затем можно определить совместное распределение V(T) с использованием метода Монте-Карло.

2. Расчет статистического распределения множителя ослабления,
обусловленного влиянием интерференционных замираний

Данная составляющая множителя ослабления определяется в основном характером интервала РРЛ, поэтому ее расчет необходимо проводить с учетом этого обстоятельства.

Пересеченные интервалы РРЛ

К ним относятся трассы, где влиянием отражений от земли можно пренебречь. По результатам экспериментов, проведенных в нашей стране в различных климатических районах, можно сделать вывод о том, что на таких интервалах РРЛ в большинстве случаев величина неровностей земной поверхности h > Н, где H просвет на интервале, соответствующий полю свободного пространства, он рассчитывается по выражению:

H =

(П1А.4)

где:

  • k - относительная координата препятствия, равная k = R/R;

    R - расстояние от передающей антенны до препятствия, над которым определяется просвет (см. рис.П1А.1).   

Рис.П1А.1.

На пересеченных интервалах РРЛ при значении множителя ослабления V -10 дБ процент времени, в течение которого множитель ослабления меньше, или равен V за счет интерференционных замираний, можно определить по формуле:

T(V) 10 · T(),

(П1А.5)

где:

Т()  - процент времени, учитывающий вероятность возникновения интерференционных замираний, обусловленных отражениями радиоволн от слоистых неоднородностей тропосферы с перепадом диэлектрической проницаемости воздуха ().

Для среднестатистического наихудшего месяца в сухопутных районах значения T() в зависимости от R и f можно определить по формуле, удовлетворительно аппроксимирующей экспериментальные распределения:

При 20 R 100 км:

T() 4,1 · 10 · Rf,

(П1А.6)

При R 20 км:

T() 2,05 · 10 · Rf,

(П1А.7)

где:

R -расстояние от передающей антенны R, км;

f - частота, ГГц;

        1 - для сухопутных районов;

        5 - для приморских районов (приморскими районами условно считается 50-километровая полоса вдоль береговой линии над ровной местностью), а также районов вблизи водохранилищ, крупных рек, болот и других водных массивов (за исключением крайнего Севера);

= 1...2 - для надводных районов Севера.

При расчете Т(V) необходимо учитывать следующие положения:

  1. 1) Расчет T(V) по формулам (П1А.5) и (П1А.6) при = 1 можно производить не только для приземных, но также и для приподнятых сухопутных пересеченных интервалов РРЛ, если выполняется условие:

    = 800 м,

    (П1А.8)

    где:

    - средняя высота трассы над уровнем моря;

    и - высоты передающей и приемной антенн над уровнем моря соответственно.

  2. 2) На приподнятых пересеченных приморских (или проходящих вблизи водных массивов) интервалах РРЛ величину T(V) можно рассчитывать по формулам (П1А.5) и (П1А.6), полагая, что при = 500 м параметр равен = 2,5, а при = 800 м этот параметр равен = 2 [1].

  3. 3) Если перепад высот корреспондирующих пунктов, для которых по расчетам получается V(50%) < 1 (т.е. 0 дБ), то по указанным формулам рассчитывается величина T(V), где V определяется выражением:

    V = V - V(50%),

    (П1А.9)

где:

V(50%) - медианное значение множителя ослабления V, которое для трасс с перепадом высот рассчитывается по следующей формуле:

V(50%) = .

(П1А.10)

Параметр , входящий в формулу (П1А.10) определяется следующим образом. Вначале по известным высотам расположения передающей и приемной антенн и расстоянию между ними рассчитывается параметр :

= 57,3 ·

(П1А.11)


затем вычисляется отношение /R. Если оно оказывается больше, чем 3,37 · 10, то параметр принимается равным . Если это отношение оказывается меньше, чем 3,37 · 10, то параметр рассчитывается по формуле:

= 1,68 · 10R + 9,7 · 10 ·

(П1А.12)

где R, h, h - в км.

Рассчитав параметр и подставив его в выражение (П1А.10), можем найти медианное значение множителя ослабления V(50%).

Слабопересеченные интервалы РРЛ

К таким интервалам относятся следующие:

- интервалы, на которых влиянием отражений радиоволн от подстилающей земной поверхности пренебречь нельзя. Это морские интервалы РРЛ, сухопутные интервалы с неровностями земной поверхности (в пределах существенной для отражения зоны т.е. ±0,15R относительно точки отражения), удовлетворяющими условию:

,

(П1А.13)

где:

- максимальная высота неровностей земной поверхности;

n - номер интерференционного минимума. Его можно определить по выражению:

n = ,

(П1А.14)

где:

- среднее значение эффективного вертикального градиента диэлектрической проницаемости воздуха. Это значение зависит от времени года и места положения радиорелейной станции и может быть определено из таблицы П1А.1 и рисунка П1А.3 [2];

P() - относительный просвет на трассе при среднем значении эффективного вертикального градиента диэлектрической проницаемости воздуха:

P() = ,

(П1А.15)

где:

H() - просвет на трассе с учетом средней рефракции, рассчитываемый по формуле:

H() = H - k · (1 - k),

(П1А.16)

где k - относительная координата точки отражения.

На слабопересеченных интервалах РРЛ процент времени, в течение которого множитель ослабления меньше, или равен V за счет интерференционных замираний можно определить по формуле:

T(V) Q · T() · 10,

(П1А.17)

где:

Т() определяется формулой (6) при = 1;

Q - коэффициент, характеризующий вероятность попадания точки приема в интерференционные минимумы, обусловленные отражением от Земли. Для сухопутных трасс этот параметр определяется по формуле:

Q = 1,8 + 18,8 · [f (p(), A)] + 1,76 · 10 · [f (p(), A].

(П1А.18)

Для морских трасс этот параметр определяется по формуле:

Q = 4,85 + 13,4 · [f (p(), A)] + 2,55 · 10 · [f (p(), A] ;

(П1А.19)

где величина f (p(), A) находится с помощью следующего выражения:

f (p(), A 0,36A · · ,

(П1А.20)

параметр А определяется следующей формулой:

A = ,

(П1А.21)

где - величина среднеквадратического отклонения эффективного вертикального градиента относительной диэлектрической проницаемости воздуха, которую можно определить из таблицы П1А.1 с учетом места расположения РРЛ. На рисунке П1А.2 приведена схема расчета множителя ослабления, обусловленного интерференционной составляющей.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

R,
км

f,
ГГц

V,
дБ

Q

R,
км

f,
ГГц

V,
дБ

p()

k

, 1/м

R

R 20

R < 20

R        k

= · 10

    

           

A, ф-ла (21)

= 3 · 10/ f

R    f    Q

     R    f     Q

   

    

   

     p()

T(), ф-ла (6)

T(), ф-ла (7)

f [p(), A], ф-ла (20)

сухопутные трассы

морские и приморские трассы

                 

                                                             

Q = 1,8 + 18,8 f [p(), A] + 1,76 · 10 f[p(), A]

Q = 4,85 + 13,4 f[p(), A] + 2,55 · 10f [p(), A]

V

R

          

R 20

R < 20

                        

Т(V), ф-ла (5)

R        f

   R        f

 

    

   

        

             

T(), ф-ла (6)

T(), ф-ла (7)

     

Пересеченные приземные

Слабопересеченные

Т(V), ф-ла (5)

    V

трассы

трассы

Рис.П1А.2 Схема расчета T(V) на пересеченных и слабопересеченных трассах

Параметры статистических распределений эффективных
градиентов на территории Российской Федерации

Таблица П1А.1.

N

Климатический

Летние месяцы

Зимние месяцы

Дополнительные данные

р-на
на
рис.1

район

, 1/м

, 1/м

, 1/м

, 1/м

, 1/м

, 1/м

Соответств.
месяцы года

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

Северные районы Европейской территории.
*Архангельская обл., Коми АССР

-8 · 10

7 · 10

-8 · 10
-10 · 10

3 · 10
5 · 10

-7 · 10

4 · 10

апрель-май

_______________
   * В районе водных массивов (рек, болот, озер и пр.) в летние месяцы =  -10 · 10 1/м; = 8 · 10 1/м.

2

Центральные районы Европейской территории

-10 · 10

8 · 10

-8 · 10

5,5 · 10

8,5 · 10

5,5 · 10

март-апрель,
сентябрь-
ноябрь

3

Юго-Запад Европейской территории России (Курская, Воронежская области)

-9 · 10

7,5 · 10

-7 · 10

(4 - 3,5) · 10

4

Степные районы Поволжья, Дона, Краснодарского и Ставропольского краев

-8 · 10

8,5 · 10

-7 · 10

(4,5 - 5,5) · 10

-7 · 10

9,5 · 10

март, октябрь

область повышенной
рефракции

5

Восточные районы средней полосы (Пермская область, Башкирия)

0

16 · 10

область субрефракции

-9 · 10

7 · 10

6

Оренбургская область и прилегающие районы Юго-Востока Европейской территории

-6 · 10

7 · 10

-9 · 10

(4 - 3,5) · 10

октябрь-
декабрь

7

Районы Прикаспийской низменности

-13 · 10

10 · 10

-12 · 10

6,5 · 10

-7 · 10

9 · 10

8

Средняя полоса Западно-Сибирской низменности

-10 · 10

9 · 10

9

Восточная Сибирь (Якутия, Краснодарский край)

-7 · 10

9 · 10

-15 · 10

6,5 · 10

-16 · 10

6,5 · 10

ноябрь-март

10

Прибайкалье (прибрежные районы)

-8 · 10

8 · 10

-9 ·10

4,5 · 10

11

Забайкалье (континентальные районы)

-(6-10) · 10

10 · 10

-(10-12) · 10

(7-8) · 10

12

Приамурье, Приморье

-12 · 10

9 · 10

-8 · 10

3,5 · 10

-8 · 10

3,5 · 10

март, октябрь

13

Субарктический пояс Сибири

-7 · 10

7 · 10

-15 · 10

6 · 10

-15 · 10

6 · 10

ноябрь-март

14

Черноморское побережье Кавказа

область повышенной
рефракции

-12 · 10

10 · 10

-9 · 10

8 · 10

март, апрель

область субрефракции

октябрь,

-12 · 10

6 · 10

ноябрь

15

Камчатский полуостров

область повышенной
рефракции

10 · 10

(7,5 - 8) · 10

-(8,5-9) · 10

(2,5 - 3 ·10)

март,

область субрефракции

октябрь

-10 · 10

5 · 10

Рис.П1А.3.

При расчете T(V) необходимо учитывать следующие положения:

  1. 1. Пределы применимости формулы (П1А.12) определяются условием(П1А.7).

  2. 2. Если на трассе имеется препятствие, исключающее возможность попадания приемной антенны в первый интерференционный минимум при всех значениях до , (где = -31,4 · 10 1/м - критическое значение эффективного вертикального градиента диэлектрической проницаемости воздуха), то приближенно при p(), соответствующем значениям вблизи интерференционных максимумов m 3 необходимо учесть следующие обстоятельства:

    1. а) на слабопересеченных сухопутных интервалах РРЛ значения Т(V) определяются по формуле (П1А.5), а значения Т() - по формуле (П1А.6), т.е. так же, как для случая пересеченных сухопутных трасс;

    2. б) на слабопересеченных морских или приморских интервалах РРЛ, включая трассы в бассейне больших рек и водохранилищ, значение T(V) рассчитывается так же, как в случае пересеченных трасс, проходящих в этих районах.

    При p() > 3,88 расчет производится с учетом значений параметра Q.

  3. 3. Расчет статистического распределения множителя ослабления,
    обусловленного влиянием субрефракции

    Величина множителя ослабления при субрефракции T(V) зависит от протяженности интервала РРЛ, длины волны, величины просвета H(), особенностей рельефа местности на трассе, а также от статистического распределения градиентов диэлектрической проницаемости воздуха в районе расположения трассы T().

Для большинства районов России величина Т() распределена по нормальному закону со средним значением и стандартным отклонением . Эти параметры определяются с помощью таблицы П1А.1 и рисунка П1А.3 [3].

Порядок расчета множителя ослабления в этом случае сводится к следующему:

  1. 1. Задаваясь значениями градиента в области выше , необходимо построить профиль интервала. Для этого вначале рассчитывается и строится условный нулевой уровень у (смотри рисунок П1А.4) по следующему выражению:

    y = R(R - R),


    (П1А.22)

    где:

    • a = 6370 км - радиус Земли;

      - эффективный градиент диэлектрической проницаемости воздуха, 1/м;

    • расстояния R и R, м, (смотри рисунок П1А.4).

    Затем относительно этого уровня откладываются высотные отметки местности и наносятся строения и лесные массивы. После этого проводится линия между центрами раскрывов антенн и линии, касательные к профилю трассы из точек передачи и приема, как это показано на рисунке П1А.4.

  2. 2. На основании профиля и проведенных построений принимается решение о том, что ослабление электромагнитной волны на трассе будет определяться одним препятствием, или необходимо учитывать два раздельных препятствия.

  3. 3. На трассе с одним препятствием в соответствии с рисунком П1А.3 определяются величины r, y, H(), и R, а затем рассчитываются необходимые параметры, а именно:

    - радиус кривизны вершины препятствия:

    b = ;

    (П1А.23)

    - относительная координата вершины препятствия (смотри рисунок П1А.3):

    k = ;


    (П1А.24)

    Рис.П1А.4. Аппроксимация реального препятствия сферической поверхностью

    -- параметр , учитывающий дифрагирующую способность препятствия:

    = ;

    (П1А.25)

    - относительный просвет препятствия:

    P() = ,

    (П1А.26)

    где H определяется выражением (П1А.6).

    Все единицы в выражениях (П1А.25)-(П1А.26) должны подставляться в системе СИ. Величина определяется из профиля интервала (см. рисунок П1А.3) и должна быть равной или больше величины просвета на интервале, соответствующей полю свободного пространства H. Если получается меньше H, то в этом случае от вершины препятствия откладывается = H и заново определяются параметры r, b и .

  4. 4. По рассчитанным значениям параметров P() и при ожидаемом значении V - (35...40) дБ и < 5 определяется множитель ослабления V() по следующей формуле:

    V() = -6 · · [1 - p()], дБ

    (П1А.27)

    В остальных случаях множитель ослабления V() может быть найден с помощью графиков, представленных на рисунке П1А.5.

  5. 5. При наличии на трассе двух или более препятствий проверяется выполнение условий их раздельного учета. Два или несколько препятствий, близко расположенных друг к другу, могут быть приняты за одно эквивалентное, а величины H() и r находятся из профиля интервала следующим образом:

    - параметр r определяется касательными к профилю препятствия и равен расстоянию между точками касания, если при этом > H. Величина отсчитывается от точки профиля с наибольшим закрытием;

    Рис.П1А.5. Зависимость V от p() и

    - если < H, то первоначально от точки профиля с наибольшим закрытием откладывается величина H, а затем проводится линия, параллельная линии АВ. Проведенная линия будет определять хорду r, аналогично рисунку П1А.4.

    При наличии препятствий различной высоты (смотри рисунок П1А.5)  < влиянием более низкого препятствия можно пренебречь, если при заданном значении g выполняется условие:

    H > H,

    где:

    H - просвет на интервале от точки передачи до более высокого препятствия (смотри рисунок П1А.6). Эта величина отсчитывается от вершины первого препятствия до касательной, проведенной из точки передачи на вершину более высокого препятствия;

    H - просвет, соответствующий полю свободного пространства на интервале.

    Эту величину можно определить по формуле:

    H = ,

    (П1А.28)

    где:

    - относительная координата препятствия, равная

    = .

    Если два препятствия удалены друг от друга, то приближенно можно считать, что результирующее значение множителя ослабления будет определяться следующим выражением:

    V f(R, R, R) · ( + ),

    (П1А.29)

    Рис.П1А.6. Профиль трассы с двумя разнесенными препятствиями.

    где:

    функция f(R, R, R) учитывает взаимное влияние препятствий и определяется выражением:

    f(R, R, R) = · ;

    (П1А.30)

    и - значения множителя ослабления в дБ для первого и второго препятствий соответственно. Эти значения рассчитываются так же, как для интервала с одиночным препятствием.

    Формулой (П1А.29) можно пользоваться при одновременном выполнении следующих условий:

    - на касательных и закрытых трассах, для которых выполняется неравенство:

    H() < 0;

    - при заданном значении высота обеих препятствий и над впадиной между ними должна быть больше величины H для каждого препятствия;

    - расстояние между препятствиями таково, что значение функции f(R, R, R) больше, или равно 0,65. Если значение этой функции меньше 0,65, то препятствия можно считать за одно эквивалентное.

    Если ширина впадины между препятствиями существенно меньше ширины наиболее узкого препятствия, то два препятствия следует аппроксимировать одним эквивалентным. Однако в любом случае, величина множителя ослабления, полученная с учетом двух препятствий всегда должна быть меньше этой величины для одного препятствия.

  6. 6. Для определения процента времени, в течение которого множитель ослабления меньше, или равен V за счет экранирующего влияния препятствий при субрефракции T(V) по значениям , , и рассчитывается параметр :

    = .

    (П1А.31)

    Зная этот параметр, можно определить величину T(V) по формуле:

    T(V) =

    (П1А.32)

  7. 7. Аналогичным образом проводятся расчеты для других значений градиента g и после этого строится статистическое распределение T(V). На рисунке П1А.7 приведена схема расчета множителя ослабления, обусловленного влиянием субрефракции.

    ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

    R,

    f,

    V,

    ,

    Набор данных для разных

    км

    ГГц

    дБ

    1/км

    1/км

    r,
    км

    ,
    км

    H,
    км

    R,
    км

    R

    R

    r

    f

         

           

         

       

    к, ф-ла (24)

    b, ф-ла (23)

    = 3 · 10/f

                    

      

       

                   R

    H, ф-ла (4)

    , ф-ла

    (25)

        H()

         R

                 H()

    p(), ф-ла (15)

           

    V()

    ф-ла (27)

    ,

      V

    из условия V() = V

              



             

    , ф-ла (4.31)

    ф-ла (32)

      

    T(V)


Рис.П1А.7 Схема расчета T(V)

4. Расчет статистического распределения множителя
ослабления, обусловленного влиянием дождей

1. Расчет величины Т(V) производится для условно "наихудшего" месяца. Заметное влияние дождей на ослабление сигналов РРЛ начинает проявляться в диапазонах выше 6 ГГц, а на частотах выше 10 ГГц это влияние становится определяющим. Поэтому статистическое распределение множителя ослабления при выпадении дождей определяется статистическим распределением интенсивности дождя. Порядок расчета значения множителя ослабления в дожде сводится к следующему:

Для географического расположения интервала РРЛ с помощью карты, приведенной на рисунке П1А.8, определяется климатический район расположения интервала РРЛ и по таблице П1А.2 определяется статистическое распределение интенсивности дождя Т().

2. Задаваясь процентом времени Т, с помощью таблицы П1А.2 определяется интенсивность дождя за наихудший месяц года.

3. По известной частоте f и углу наклона поляризации относительно горизонтальной плоскости (в случае круговой поляризации угол равен 45°) рассчитывается погонное затухание радиоволны в дожде :

= k  · (), дБ/км,

(П1А.33)

где:

параметры k и определяются выражениями:

k = k + k + (k - k) · cos2;

(П1А.34)

= [k + k + (k - k) · cos2]/2k.

(П1А.35)

Параметры k, и k, в зависимости от рабочей частоты РРЛ определяются по следующим выражениям:

для частот f 10 ГГц:

k = 0,000614(f - 5,2) - 9,0e,

= 1,195 - 0,0066f + + 0,75e;

(П1А.36)

k = 0,000789(f - 5,8) - 3,12e,

= 1,172 - 0,0066f + + 2,51e.


  для частот 4 ГГц   f  <10 ГГц:

k = 0,000353 + 1,5 · 10f,    = 1,32 - 0,018 + ,

(П1А.37)

k = 0,000326 + 1,42 · 10f,    = 1,262 - 0,0195 + .

4. Величина множителя ослабления V(T) при известной интенсивности дождя , превышаемой в течение Т% времени, рассчитывается по следующей формуле:

V(T)  = k[(Т)]R · ехр , дБ

(П1А.38)

5. Аналогичным образом для других процентов времени Т находятся соответствующие им интенсивности дождя и, в соответствии с пунктами 2, 3 и 4 рассчитываются ожидаемые значения множителя ослабления в дожде V(T).

6. По полученным значениям множителя ослабления V(T) строится статистическое распределение T(V). На рисунке П1А.9 приведена схема расчета множителя ослабления, обусловленного влиянием дождей.

Рис.П1А.8.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

R,
км

f,
ГГц

V,
дБ

W,
г/м

I(T),
мм/ч

,
дБ

поляри-
зация

f

   

f < 10

f 10

верт.поляриз.

горизонт.поляриз.

верт.поляриз.

горизонт.поляриз.

      

                   

             

                         

  f

k, ф.(П1А.34, 37)

     f

k, ф.(П1А.34, 37)

k, ф.(П1А.34, 36)

   f

k, ф.(П1А.34, 36)

  f

  f

, ф.(П1А.35, 37)

   f

, ф.(П1А.35, 37)

, ф.(П1А.35, 36)

   f

, ф.(П1А.35, 36)

  f

        

      

,

ф-ла (П1А.33)

   I

          

V, ф-ла (П1А.38)

Рис.П1А.9. Схема расчета составляющей T(V)

Статистические данные об интенсивности дождей за средний
 наихудший месяц районов территории России

Таблица П1А.2

N р-на
-------------

%

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

1,0

3,4

3,7

3,7

3,3

3.4

2,8

2,3

2,6

1,9

4,0

4,9

Ин-

0,7

4,2

4,5

4,5

4,1

4,6

3,8

3,0

3,6

2,8

4,9

6,4

0,5

5,0

5,2

5,3

4,9

5,6

4,7

4,0

4,5

4,0

5,8

8,6

тен-

0,3

6,2

6,7

7,0

6,5

7,6

6,5

5,4

5,9

5,7

8,3

12,0

0,2

7,7

8,0

8,3

8,5

9,2

8,5

7,1

8,0

7,2

10,5

19,7

сив-

0,1

12,0

11,3

12,0

11,3

13,0

13,4

11,2

13,0

10,5

22,0

36,0

0,07

13,7

15,0

15,4

15,2

18,6

19,6

15,0

17,0

15,5

30,8

46,8

ность,

0,05

16,2

17,9

20,0

21,0

26,5

28,0

22,0

24,0

22,4

38,4

56,3

0,03

25,3

25,6

26,0

31,5

39,0

40,2

36,8

36,5

42,7

54,8

68,4

мм/ч

0,02

35,2

32,2

31,7

41,0

49,5

52,4

51,6

48,4

57.3

70.0

81,0

0,01

60,0

51,0

45,0

61,7

74,0

72,8

82,8

72,0

72,0

105,0

113,3

0,007

68,3

58,8

54,2

75,2

90,0

84,2

99,1

86,4

79,7

115,6

134,0

0,005

74,5

70,8

61,2

88,5

105,4

98,7

114,2

98,0

91,5

124,0

160,4

0,003

90,0

80,4

72,5

110,7

130,0

118,5

140,0

122,6

107,0

147,4

189.3

0,002

101,6

94,0

81,0

128,4

148,2

133,5

160,0

139,2

118,3

165,3

196,3

0,001

121,70

126,0

99,5

162,0

184,5

161,7

198,0

170,3

142,4

195,0

Продолжение Таблицы П1А.2.

N р-на
-------------

%

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

1,0

2,3

3,0

3,8

3,6

4,7

4,8

5,8

6,2

5,2

3,7

Ин-

0,7

3,3

4,0

4,7

4,3

5,7

5,7

7,2

7,4

5,8

4,1

0,5

4,2

5,0

5,4

5,0

6,7

6,7

8,4

8,6

6,7

4,5

тен-

0,3

1,0

5,7

6,6

7,0

6,2

8,2

8,3

10,4

10,0

8,5

5,3

0,2

2,2

7,3

8,2

8,1

7,9

9,6

10,1

12,0

11,0

9,8

6,7

сив-

0,1

7,0

10,7

13,0

10,8

11,7

12,0

15,0

20,9

14,3

12,7

9,2

0,07

10,3

13,3

17,0

12,6

17,5

15,2

19,8

27,4

18,2

15,2

10,1

ность,

0,05

13,4

17,2

23,0

16,5

26,0

19,2

27,5

34,4

21,1

17,2

11,0

0,03

21,0

25,6

32,4

24,8

32,2

27,2

38,0

47,2

28,0

18,9

13,7

мм/ч

0,02

33,0

32,4

39,6

33,0

37,3

35,0

46,6

58,4

34,0

19,6

19,5

0,01

60,0

43,0

58,4

48,0

54,0

48,0

60,0

77,6

45,0

26,0

31,0

0,007

78,0

49,0

69,0

64,3

62,5

57,5

70,0

88,7

53,9

29,3

43,3

0,005

93,0

53,7

80,4

74,2

69,5

64,0

80,6

99,0

63,0

32,4

49,1

0,003

122,0

70,0

100,5

88,3

84,0

74.5

95,0

117,5

71,2

49,0

63,0

0,002

148,6

84,0

116,8

110,0

91,5

84,0

106,0

130,3

81,0

50,0

74,3

0,001

198,0

110,0

148,0

154,0

138,0

101,7

128,4

155,7

93,6

60,5

83,4

5. Расчет множителя ослабления в атмосферных газах

На частотах до 60 ГГц ослабление в атмосферных газах будет определяться поглощением радиоволн в водяных парах и в атмосферном кислороде. Определение погонного ослабления радиоволн в водяных парах и в атмосферном кислороде производится на основе инженерного метода расчета, который представлен в [4]. Специфика этого метода заключается в учете зависимости этих ослаблений от метеорологических параметров: давления, температуры и влажности, которые зависят как от района расположения трассы, так и от высоты оконечных пунктов.

Для трасс прямой видимости исходными данными для расчета ослабления являются: частота - f, ГГц, протяженность трассы помех - R, км, географические координаты пункта излучения - широта , долгота - , географические координаты пункта приема - , , высоты местности относительно уровня моря h, h, км, высоты подвеса антенн относительно земной поверхности - h, h, км.

Процедура расчета

1. По данным, представленным в таблице П1А.З определяются метеорологические параметры (давление - Р, мбар, температура - t°C, абсолютная влажность - W г/м) для трассы. Для этой цели из таблицы П1А.З выбираются 4 близлежащих к трассе пункта таким образом, чтобы оба пункта передачи и приема оказались внутри четырехугольника, вершинами которого являлись выбранные метеорологические пункты. Если один из пунктов передачи или приема совпадает или лежит вблизи (расстояние до метеорологического пункта < 0,1 R) одного из метеорологические пунктов, то в этом случае достаточно выбрать из таблицы 3 еще 2 метеорологических пункта, чтобы другой пункт трассы помех находился бы внутри треугольника с вершинами 3 выбранных метеорологических пунктов. При совпадении или близком расположении (расстояние до метеорологических пункта 0,1 R) пунктов передачи и приема к метеорологическим пунктам метеорологические параметры для расчета ослабления в газах определяются по данным этих метеорологических пунктов, как средние значения параметров, приведенных к уровню моря.

P = , мбар,      t = , °C,     W = , г/м.

(П1А.39)

В случае использования в качестве исходных метеорологических параметров их значения для четырех метеорологических пунктов процедура определения Р, t и W для трассы заключается в следующем:

  1. а) По географическим координатам пунктов передачи и приема определяются географические координаты середины трассы.

    = , Д = .

    (П1А.40)

  2. б) По метеорологическим параметрам и географическим координатам метеорологических пунктов, используя принцип линейной интерполяции, рассчитываются метеорологические параметры (МП - Р, t, W) для середины трассы.

    МП = (Д' - Д) + МП';

    (П1А.41)

    МП' = + МП

    (П1А.42)

    МП'' = + МП

    (П1А.43)

    Д' = ();             Д'' = ();

    (П1А.44)

где индексы 1, 2 относятся к метеорологическим пунктам с долготами меньше, чем долгота середины трассы помех, и соответственно большей и меньшей широтами, индексы 3, 4 - к метеорологическим пунктам с долготами больше, чем долгота середины трассы, и соответственно большей и меньшей широтами.

2. Для расчета множителя ослабления V, в соответствии с [4] были приняты следующие высотные зависимости метеорологических параметров, полученные на основе данных, представленных в [5, 6]:

   Давление -

P = P), мбар,

(П1А.45)

   Температура -

t = t - 5,5(h - h), °C,

(П1А.46)

   Влажность -

W = e, г/м

(П1А.47)

где:

  • h - высота относительно уровня моря, км;

  • h - высотная отметка Земли метеорологического пункта относительно уровня моря, км;

  • t - температура на поверхности Земли, °C;

    - влажность на поверхности Земли, г/м;

    P - давление на поверхности Земли, мбар.

Учитывая тот факт, что погонное ослабление как в атмосферном кислороде , так и в водяных парах функционально сложно зависит от метеорологических параметров, расчет составляющих множителя ослабления V и V проводится методом разбиения трассы на отрезки с перепадом высот 100 м, при котором изменение метеорологических параметров с высотой можно не учитывать, а затем суммируются полученные значения множителя ослабления на отрезках.

При такой методике расчетная формула для V и V будет иметь вид:

V = -, дБ,

(П1А.48)

где:

R - протяженность трассы или участка трассы, км;

h - высота подвеса антенн относительно уровня моря на передающем (или приемном) пункте, км, т.е. h = h + h (или h = h + h), км;

h - высота подвеса антенны относительно уровня моря на приемном (или передающем) пункте, км;

h = h + 0,1i, км, - высота трассы относительно моря на текущем отрезке, км, последнее значение которой не должно превышать h;

(h) - погонное ослабление в атмосферном кислороде () или водяных парах () на высоте текущего отрезка трассы, дБ/км.

В соответствии с [4] (h) или (h) рассчитываются по следующим формулам:

при f < 54 ГГц

= f · 10, дБ/км.

(П1А.49)

при 54 ГГц < F < 60 ГГц

= exp{[(54) · (f - 57)(f - 69)(f - 63)(f - 66)-

- (57) · (f - 54)(f - 60)(f - 63)(f - 66) +

+ (60) · (f - 54)(f - 57)(f - 63)(f - 66) -

- (63) · (f - 54)(f - 57)(f - 60)(f - 66) +

+ (66) · (f - 54)(f - 57)(f - 60)(f - 63)]}, дБ/км,

  (П1А.50)

(54) = 2,128 · · · exp[-2,528(1 - r)],

  (П1А.51)

(54) = 2,136 · · · exp[-2,5196(1 - r)],

(П1А.52)

(57) = 9,984 · · · exp[0,8563(1 - r)],

(П1А.53)

(60) = 15,42 · · · exp[1,1521(1 - r)],

(П1А.54)

(63) = 10,63 · · · exp[0,6287(1 - r)],

(П1А.55)

(66) = 1,944 · · · exp[-4,1612(1 - r)],

(П1А.56)

a = ln()/ln3,5;

(П1А.57)

b =4/;

(П1А.58)

= 6,7665 · · · exp[1,5663(1 - )] - 1,

(П1А.59)

= 27,8843 · · · exp[0,5496(1 - )] - 1,

(П1А.60)

r = P/1013,              = 288/273 + t,

(П1А.61)

P и t - определяются по формулам:

Р = Рехр, мбар,    t = t - 5,5h, °C,

(П1А.62)

= {

fW · 10, дБ/км

(П1А.63)

где - влажность воздуха на текущем отрезке рассчитывается по формуле:

W = W · e, г/м

(П1А.64)

= 0,9544 · + 0,0061W,

(П1А.65)

= 0,95 · + 0,0067W,

(П1А.66)

= 1 + (f - 22,235)/(f + 22,235) .

(П1А.67)

P, t и W в формулах (П1А.62, П1А.64) - это значения метеорологических параметров для середины трассы помех, рассчитанные по формулам (П1А.39-П1А.44). На рисунке П1А.10 приведена схема расчета множителя ослабления в атмосферных газах.

Рис.П1А.

10. Схема расчета множителя ослабления в атмосферных газах

Данные об усредненных значениях давления, температуры
и абсолютной влажности у земной поверхности для наиболее влажного месяца

Таблица П1А.3

п/п

Название
метеорологи-
ческого пункта

географические
координаты

высота
пункта
относи-

давление,
мбар

темпера-
тура, °C

влажность,
г/м

широта

долгота

тельно
уровня
моря, км

1

2

3

4

5

6

7

8

1

Алдан

58°37'

125°22'

0,682

928,5

16,2

9,03

2

Александровск-на-
Сахалине

50°54'

142°10'

0,03

1006,0

15,1

10,8

3

Александровское, Томская обл.

60°25'

77°52'

0,06

1002,1

18,5

10,96

4

Анадырь

64°47'

177°34'

0,062

1009,0

10,7

8,04

5

Архангельск

64°35'

40°30'

0,013

1010,0

15,6

9,6

6

Аян, Хабаровский край

56°27'

138°09'

0,01

1009,1

12,9

9,33

7

Барабинск

55°22'

78°24'

0,12

993,0

19,3

10,86

8

Баренцбург

78°04'

14°13'

0,02

1008,5

5,4

5,63

9

Беринга, о

55°12'

165°59'

0,01

1007,8

10,4

8,88

10

Благовещенск

50°16'

127°30'

0,14

987,6

20,2

13,85

11

Богучаны, Красноярский край

58°25'

97°24'

0,13

992,0

18,5

10,9

12

Бологое

57°54'

34°03"

0,18

990,0

16,6

10,45

13

Борзя, Читинская обл.

50°23'

116°31'

0,68

927,1

18,0

11,35

14

Варнавара, Красноярский край

60°20'

102° 16'

0,26

977,0

17,4

9,8

15

Васильева, мыс Сахалин

50°00'

155°23'

0,02

1009,1

10,3

8,73

16

Верхноянск

67°33'

133°23'

0,14

992,5

14,3

7,5

17

Визе о., Красноярский край

79°30'

76°30'

0,01

1010,4

0,5

4,8

18

Вилюйск

63°46'

121°37'

0,11

994,1

17,6

8,9

19

Витим

59°27'

112°35'

0,19

984,2

17,9

10,5

20

Владивосток

43°07'

131°54'

0,14

998,2

20,4

14,9

21

Волгоград

48°41'

44°21"

0,14

994,5

23,6

9,8

22

Вологда

59°17'

39°52'

0,12

996,9

16,7

10,2

23

Вятка

0,16

18,3

10,5

24

Гижига, Магаданская обл.

61°56'

160°20'

0,005

1007,9

11,0

8,2

25

Диксон н.о.

73°30'

80°14'

0,02

1005,5

4,5

6,15

26

Н.Новгород

56°13'

43°49'

0,08

992,3

18,4

10,7

27

Екатерино-Никольское, Хабаровск. край

47°44'

130°58'

0,07

995,6

20,0

14,4

28

Жигалово, Иркутская обл.

54°48'

105°10'

0,41

958,1

17,5

10,95

29

Жиганск, Якутия

66°46'

123°24'

0,06

997,4

15,7

8,55

30

Игарка

67°28'

86°34'

0,03

1005,8

15,7

9,6

31

Ивдель, Екатерининская обл.

60°41'

60°26'

0,1

997,8

17,3

10,05

32

Иркутск

52°16'

104°21'

0,485

956,5

18,2

11,2

33

Казань

55°47'

49°11'

0,06

996,4

19,5

11,14

34

Калининград

54°42'

20°37'

0,03

1011,1

16,6

10,72

35

Кандалакша, Мурманск. обл.

67°08'

32°26'

0,03

1007,2

13,7

8,68

36

Кемь-Порт, Карелия

64°59'

34°47'

0,01

1010,1

13,0

9,26

37

Киренск, Иркутская обл.

57°46'

108°07'

0,26

976,1

18,8

10,98

38

Ключи, Камчатка

56°19'

160°50'

0,02

1005,9

12,6

9,13

39

Корф, Камчатка

60°21'

166°00'

0

1009,6

11,5

8,53

40

Красноярск

56°00'

92°53'

0,21

983,6

18,2

10,98

41

Красный Чикой Читинская обл.

50°22'

108°45'

0,77

918,4

16,2

10,66

42

Курск

51°39'

36°11'

0,25

984,0

19,6

10,7

43

Кызыл

51°50'

94°30'

0,63

934,5

19,4

9,6

44

С.Петербург

59°58'

30°18'

0

1003,2

15,0

10,2

45

Самара

53°15'

50°27'

0,04

1005,0

20,7

11,1

46

Марково, Магаданская обл.

64°41'

170°25'

0,03

1005,4

12,7

8,3

47

Минеральные воды

44°13'

43°06'

0,31

975,4

22,6

11,9

48

Могоча, Читинская обл.

53°44'

119°47'

0,62

993,8

16,5

10,6

49

Москва

55°45'

37°34'

0,16

989,7

17,6

10,87

50

Мурманск

68°58'

33°03'

0,05

1004,7

10,9

8,07

51

Нарьян-Мар

67°39'

53°01'

0,01

1010,2

13,7

8,5

52

Начаева бухта, Магаданская обл.

58°37'

150°47

0,12

995,6

11,4

8,5

53

Нижнеудинск

54°53'

99°02'

0,41

595,6

17,2

10,75

54

Николаевск-на-Амуре

53°09'

140°42'

0,05

1003,6

15,4

10,6

55

Новосибирск

55°02'

82°54'

0,16

991,3

20,4

11,5

56

Оленск, Якутия

68°30'

112°26"

0,20

988,3

14,4

7,87

57

Олекминск, Якутия

60°24'

120°25'

0,13

989,8

18,4

10,1

58

Омолон, Магаданская обл.

65°07'

160°25'

0,26

976,8

11,6

7,55

59

Омск

54°56'

73°24'

0,09

996,0

20,7

10,77

60

Оренбург

51°45'

55°06'

0,11

996,2

21,6

10,88

61

Оймякон

63°16'

143°09'

0,73

921,0

12,0

7,34

62

Пенза

53°08'

45°01'

0,17

990,5

19,5

10,8

63

Петрозаводск

61°49'

34°16'

0,04

1005,0

15,0

9,6

64

Петропавловск-Камчатский

52°58'

158°45'

0,01

1008,0

13,2

9,34

65

Печора

65°07'

57°06'

0,06

1002,0

16,6

8,9

66

Подкаменная Тунгуска

61°36'

90°00'

0,06

1001,5

18,2

10,5

67

Поронайск, Сахалинская обл.

49°13'

143°06'

0,03

1005,0

11,6

9,87

68

Ростов-на-Дону

47°15'

39°49'

0,08

993,0

23,0

11,2

69

Салехард

66°32'

66°32'

0,04

1004,0

14,7

9,15

70

Саратов

51°34'

46°02'

0,17

991,0

20,7

11,3

71

У сть-Баргузин, Бурятия

53°26'

108°59"

0,46

958,0

14,7

9,98

72

Уфа

54°45'

56°00'

0,2

998,0

18,8

11,8

73

Хабаровск

48°81'

135°10'

0,07

1002,0

20,9

13,9

74

Хакасская (Абакан)

53°45

91°24'

0,25

978,0

19,5

11,0

75

Ханты-Мансийск

60°58'

69°04'

0,04

1004,0

18,3

11,2

76

Хатанга

71°59'

102°28'

0,02

1005,0

13,0

7,82

77

Хейса о., Архангельская обл.

80°37'

58°03'

0,02

1006,0

0,7

4,73

78

Челюскина мыс

77°43'

104°17'

0,01

1010,0

1,6

5,04

79

Четырехстол-
бовой, о., Якутия

70°38'

162°24'

0,01

1008,0

1,6

5,0

80

Тамбов

52°44'

41°28'

0,14

995,0

19,6

11,1

81

Тарко Сале, Тюменская обл.

64°55'

77°49'

0,03

1006,0

16,3

10,0

82

Терней, Приморский край

45°02'

136°40'

0,01

1005,0

16,7

12,7

83

Тикси

71°35'

128°55'

0,01

1008,0

7,1

6,64

84

Тобольск

58°09'

68°11'

0,05

1003,0

18,7

11,6

85

Троицкий прииск, Бурятия

54°37'

113°08'

0,13

992,0

12,4

8,56

86

Туапсе

44°06'

39°06'

0,1

996,0

23,0

14,9

87

Туруханск

65°47'

87°57'

0,03

1006,0

17,3

9,98

88

Екатеринбург

56°48'

60°38'

0,29

978,0

18,0

11,1

89

Сеймчан, Магаданская обл.

62°56'

152°25'

0,21

987,0

13,4

8,21

90

Смоленск

54°45'

32°04'

0.24

985,0

17,1

10,8

91

Сортавала

61°43'

30°43'

0,02

1006,0

15,3

9,81

92

Советская гавань

48°50'

140°08'

0,02

1004,0

15,5

11,4

93

Симушир, о.

46°51'

151°52'

0,03

1003,0

10,0

9,06

94

Сусуман, Магаданская обл.

62°50'

148°10'

0,65

931,0

11,6

7,53

95

Сутур, Хабаровский край

50°04'

132°08'

0,35

975,0

17,7

12,4

96

Сухиничи

54°07'

35°20'

0,24

985,0

17,9

10,9

97

Сыктывкар

61°40'

50°51'

0,1

998,0

17,0

10,3

98

Чита

52°01'

113°20'

0,68

927,0

18,3

10,8

99

Мыс Шалаурова, Якутия

73°11'

143°56'

0,01

1006,0

2,3

5,23

100

Мыс Шмидта, Магадан, обл.

68°55'

179°29'

0,01

1005,0

4,2

5,67

101

Южно-Курильск

44°01'

145°49'

0.04

1003,0

14,9

12,0

102

Южно-Сахалинск

46°55'

142°44'

0,02

1005,0

16,4

11,8

103

Якутск

62°05'

129°45'

0,1

995,0

18,9

9,08

Литература

1. Справочник по радиорелейной связи. - М.: Радио и связь, 1981.

2. Методика расчета трасс аналоговых и цифровых РРЛ прямой видимости. - М.: НИИР, 1987.

3. Калинин А.И. Распространение радиоволн на трассах наземных и космических радиолиний. - М.: Связь, 1979.

4. Recommendation ITU-P Р.676-5 "Attenuation by atmospheric gases".

5. Новый аэроклиматический справочник пограничного слоя атмосферы над СССР. Статистические характеристики температуры, давления, плотности, влажности. - М.: Гидрометеоиздт, 1985.

6. Казаков Л.Я., Ломакин А.Н. Неоднородности коэффициента преломления воздуха в тропосфере. - М.: Наука, 1976.

Приложение 1B  

Методики расчета суммарного ослабления радиосигнала

Введение

В данном приложении приведены три методики, позволяющие рассчитать суммарное ослабление сигнала при распространении радиоволн на различных трассах и в различных условиях.

В первом разделе приведена разработанная в НИИР методика расчета суммарного ослабления сигнала при фиксированном положении пунктов передачи и приема в диапазоне частот 1-60 ГГц. В ней рассмотрен расчет множителя ослабления при распространении радиоволн в условиях прямой видимости, в условиях дифракции на различных препятствиях, а также при тропосферном распространении радиоволн. Кроме того, методика позволяет учесть конкретный вид трассы - сухопутная, морская, смешанная, а также ослабление сигнала в осадках и в газах атмосферы. Расчеты по данной методике справедливы в указанном диапазоне частот при вероятности уровней мешающих сигналов меньшей, или равной 50% времени наихудшего с точки зрения помех среднего месяца за несколько лет.

Методика справедлива для эквивалентных расстояний до 1200 км.

Во втором разделе приведена методика расчета множителя ослабления для сухопутных трасс по Рекомендации ITU-R Р. 1546 без учета климатических особенностей. В ней описан расчет напряженности поля на основе эмпирически полученных кривых напряженности поля для заданного набора высот антенн, частот, процентов времени превышения и т.д., для ЭИИМ 1 кВт. В предложенной методике напряженность поля в каждом конкретном случае рассчитывается путем интерполяции или экстраполяции эмпирических кривых напряженности с учетом условий приема, которые вводятся определенными поправками к интерполированным значениям. Предлагаемая методика позволяет по известным передаваемым и принимаемым величинам напряженности поля вычислить конкретное значение ослабления сигналов на трассе. Расчеты по данной методике справедливы при следующих ограничениях: длина трассы - от 1 до 1000 км, диапазон частот от 30 до 3000 МГц, допустимые высоты подвеса антенн передающих и приемных станций относительно среднего уровня рельефа - до 3000 м. Результаты расчета по данной методике справедливы для процентов времени превышения от 1 до 50% и для процентов покрытия от 1 до 99%.

Для более точного расчета потерь при распространении радиоволн на расстояниях до 1 км в третьем разделе приложения приведена методика, основанная на усовершенствованной модели Хата, применяемой в SEAMCAT. Эта методика позволяет рассчитать множитель ослабления сигнала на сухопутных трассах при расположении пунктов передачи и приема в условиях застройки различной интенсивности. Расчеты по данной методике справедливы в диапазоне частот от 30 до 3000 МГц.

1. Методика расчета суммарного ослабления сигнала при фиксированном
положении пунктов передачи и приема в полосах частот 1-60 ГГц

1.1. Напряженность поля в свободном пространстве

В условиях свободного пространства напряженность поля определяется формулой

Е= 74,77 + P - 20,

(П1В.1)

где

E - среднеквадратичная величина напряженности поля, в дБ по отношению к 1 мкВ/м;

R - расстояние, в км,

P - излучаемая мощность, в дБ по отношению к 1 Вт.

= P + G - ,

где:

G - коэффициент усиления передающей антенны в направлении на приемную антенну, в дБ по отношению к изотропной антенне;

- затухание в фидере, в дБ;

Р - мощность передатчика, в дБ по отношению к 1 Вт.

В реальных условиях напряженность поля отличается от Е. Это отличие учитывается множителем ослабления V,

V = Е - Е, дБ,

(П1В.2)

где:

Е - истинная среднеквадратичная величина напряженности поля, в дБ по отношению к 1 мкВ/м.

Множитель ослабления можно определить как

где :

- реальная мощность на входе приемника, в дБ относительно 1 Вт;

- мощность на входе приемника в свободном пространстве, в дБ относительно Вт.

Таким образом, множитель ослабления включает в себя все эффекты, связанные с распространением радиоволн, вызывающие изменения величины напряженности поля и мощности на входе приемника. Поэтому далее речь будет идти именно о множителе ослабления V .

1.2. Методы расчета суммарного ослабления сигнала в зоне прямой видимости

1.2.1. Общие соображения

При распространении радиоволн в пределах прямой видимости уровень сигнала может быть значительно выше его медианного значения и даже выше уровня сигнала в свободном пространстве. Это объясняется приходом в место приема волн, отраженных от поверхности Земли, и их сложением с прямой волной при меняющейся во времени разности фаз этих волн.

Кроме того, в место приема приходят волны, отраженные от атмосферных неоднородностей, имеющие случайные амплитуды и фазы, которые также складываются с прямой волной и волнами, отраженными земной поверхностью. В результате интерференции этих волн есть вероятность значительного увеличения уровня сигнала в приемной антенне.

Увеличение напряженности поля может вызывать также явление фокусировки волн атмосферными неоднородностями и отражениями волн от каких-либо объектов, расположенных вблизи трассы, а также волноводным распространением волн в тропосфере. В результате, уровень сигнала имеет сложную структуру, меняющуюся во времени, при значительной вероятности больших уровней сигнала. При этом вероятность в значительной степени зависит от климатических и географических характеристик района трассы.

Для решения проблем ЭМС необходимы методы определения распределения уровня сигнала во времени при t < 50% для различных климатических районов. Эти распределения могут быть рассчитаны лишь на основе экспериментальных данных, полученных при исследовании распространения радиоволн на различных частотах на трассах различной длины в различных климатических и географических районах.

На основе методологии [1] и данных статистики больших уровней сигналов для территории России [2] ниже приводится метод расчета уровней мешающих сигналов при t 50% для территории России.

1.2.2. Расчет статистического распределения множителя ослабления

После построения профиля трассы (ее геологического разреза от передающей к приемной антенне) становится очевидным имеется ли прямая видимость между передающей и приемной антеннами. Однако это не значит, что при наличии прямой видимости напряженность поля будет равна напряженности поля в свободном пространстве. Влияние поверхности Земли будет сказываться при просветах (расстояниях от точек профиля трассы до линии, соединяющей передающую и приемную антенны) значительно больше 0. К открытым трассам обычно относят трассы, у которых просвет Н (см. рис.П1В.1) при средней рефракции в любой точке трассы удовлетворяет условию:

H 10 · , м,

(П1В.3)

где , , R - км, f - ГГц.

В этом случае множитель ослабления поля свободного пространства будет определяться двумя компонентами: множителем ослабления сигнала , превышающим поле свободного пространства, плюс множитель ослабления из-за поглощения радиоволн в атмосферных газах (на частотах до 60 ГГц оно вызывается поглощением в кислороде и водяных парах).

Таким образом, результирующее значение множителя ослабления будет:

V(T) = (T) + , дБ.

(П1В.4)

Расчет приведен в п.1.6.

На основании [1, 2] статистическое распределение Т(), позволяющее учитывать климатические и топографические особенности помеховых трасс, рассчитывается по формуле:

T() = 10, %

(П1В.5)

     
x = 1,242 - 0,07795 - (3 - ),

где:

        0 дБ;

- фактор возникновения условий многолучевого и аномального распространения радиоволн, %.

Зависимость T() для значений от 0,01% до 1000% представлена на рис.П1В.2

В соответствии с [3] величина определяется следующим образом:

- при 20 км R 100 км = 4,1 · 10 · Q · , %;

              - при R < 20 км

= 2,05 · 10 · Q · , %,

(П1В.6)

где f - частота, ГГц;

R - протяженность трассы, км;

Q - фактор, учитывающий особенности местности, равный:

К приморским относятся трассы, проходящие не более чем в 50 км от береговой линии, а также расположенные вблизи водохранилищ, крупных рек, болот и других больших водных массивов. К слабопересеченным относятся трассы, у которых отраженный от земной поверхности луч не экранируется препятствиями и изрезанность местности в области точки отражения (0,15 R относительно точки отражения) удовлетворяет условию:

, м,

(П1В.7)

где , - координаты точки отражения, км.

Формулы (П1В.6) пригодны для расчета на частотах до 20 ГГц. На частотах выше 20 ГГц некоторые экспериментальные исследования в России и в других странах дают значения меньше, чем на частоте 20 ГГц, но частотной зависимости в этом диапазоне пока не получено. Поэтому в настоящее время при расчете больших уровней мешающих сигналов на частотах выше 20 ГГц следует принимать те же значения, что и на частоте 20 ГГц.

Алгоритм расчета T() приведен на рис.П1В.3

Рис.П1В.1. Профиль открытой трассы

Рис.П1В.2. Зависимость T() для значений от 0,01% до 1000%

Рис.П1В.3. Алгоритм расчета T()

1.3. Методы расчета суммарного ослабления сигнала при
дифракционном распространении радиоволн

1.3.1. Общие соображения

В зоне тени электромагнитное поле может быть вызвано явлением дифракции радиоволн на различных препятствиях. Такими препятствиями могут быть выпуклость сферической Земли, закрывающей приемный пункт от передающего, или холмы и горы, а также здания, леса и другие объекты, нарушающие видимость между пунктами передачи и приема.

Уровень дифракционного поля зависит от характера препятствия: его размеров, формы, шероховатости поверхности, электрических параметров материала препятствия, а также от частоты излучения и поляризации.

Современные теоретические методы определения дифракционного поля для препятствий различной формы достаточно полно изложены в [4]. Они были использованы в предлагаемой методике для ряда случаев расчета напряженности поля в тени реальных препятствий (гладкая сферическая поверхность Земли, цилиндрическое препятствие). Для расчета дифракции на нерегулярном шероховатом препятствии (наиболее часто встречающийся случай для сухопутных трасс) применяется метод, разработанный в НИИР, который имеет значительные преимущества по сравнению с методом, предлагаемым в [4]. Метод НИИР, основанный на теории геометрической дифракции, дает плавный переход от освещенной области в область тени и плавный переход от нескольких препятствий и широкого препятствия к одному клиновидному препятствию при плавном изменении параметров без необходимости введения различных методов расчета для разных видов препятствий. Экспериментальное обоснование этого метода НИИР дано, в частности, в [5].

В различных случаях для определения дифракционного ослабления применяются разные методы расчета. Поэтому важной первоначальной задачей является определение наиболее адекватного метода расчета, позволяющего рассчитать дифракционное ослабление с наилучшей точностью.

Анализ трассы распространения радиоволн начинается с построения профиля трассы (вертикального разреза местности). При этом следует учитывать, что сами препятствия расположены на сферической поверхности Земли, поэтому при построении профиля трассы необходимо определять высоты точек профиля с учетом кривизны Земли.

Кривизна Земли может быть приближенно представлена следующим образом

h = ,

(П1В.8)

где:

  • h - высота над линией, соединяющей передающий и приемный пункты;

    - эквивалентный радиус Земли, учитывающий явление рефракции (стандартные значения = 8500 км);

    - расстояние от одной из конечных точек трассы до текущей точки;

  • r - длина трассы.

Для построения профиля вычерчивается кривизна Земли по (П1В.8) и поверх этой кривизны откладываются высоты точек препятствия.

После построения профиля трассы можно приступить к выбору метода расчета.

1.3.2. Критерии, определяющие применяемый метод расчета

В соответствии с результатами исследований, проведенных в НИИР [5], одним из таких критериев является величина неровностей поверхности препятствия. Согласно [5] если неровности препятствия больше, чем величина

= 0,04, м,

(П1В.9)

где

- радиус кривизны препятствия, м;

- длина волны, м,

то препятствие можно считать шероховатым (нерегулярным).

Если же < , то препятствие следует полагать гладким. В зависимости от условия > или < меняется метод расчета дифракционного ослабления, т.к. в первом случае велико влияние рассеяния волны шероховатой поверхностью, а во втором случае им можно пренебречь. Этот метод определения типа препятствия по вкладу, подготовленному НИИР, принят в новой версии рекомендации Р.526-8 МСЭ-Р.

Другим критерием является форма препятствия. Если на участке препятствия, прилегающем к линии, соединяющей приемный и передающий пункты, форма вершины препятствия в наибольшей степени приближается к цилиндрической, то для определения дифракционного ослабления используются методы теории дифракции на цилиндрических поверхностях, Если эта форма ближе к сферической, то применяется теория дифракции на сфере. Ширина участка на вершине препятствия вблизи линии трассы, которая при этом учитывается при определении формы, должна быть порядка ширины зоны Френеля

D = ,

(П1В.10)

где

- расстояние от передающего пункта до препятствия;

- расстояние от приемного пункта до препятствия.

Для вычисления критерия (П1В.9), а также для расчетов дифракционного ослабления необходимо определить радиус кривизны препятствия . Этот радиус вычисляется по трем точкам на поверхности препятствия. Две из них являются точками касания лучей, проведенных из точки излучения и приема к поверхности препятствия, а третья точка является наивысшей точкой поверхности между точками касания (см. рис.П1В.4).

Рис.П1В.4. К вычислению радиуса кривизны препятствия

Радиус препятствия будет определяться выражением:

= .

(П1В.11)

Таким образом, после анализа профиля трассы будет определен тип препятствия. Этих типов может быть четыре:

  • 1). Гладкое сферическое препятствие ( < ). Это может быть достаточно ровная сферическая поверхность Земли (равнина, море) или гладкий холм или гора.

2). Гладкое цилиндрическое препятствие ( < ), которое может быть гребнем холма или горы.

3). Препятствие с неровной поверхностью ( < ), которое может представлять собой холм или гору, а также массив леса или какие-то искусственные сооружения.

4). Препятствие в виде клина с малым радиусом кривизны вершины и крутыми склонами. Это могут быть острые гребни гор, стены, здания и какие-то другие сооружения. В этом случая должно выполняться условие

< ,

(П1В.12)

где

- угол дифракции, т.е. угол между направлением падающей на вершину волны и направлением от вершины на приемный пункт (см. рис.П1В.5).

Рис.П1В.5. К вычислению угла дифракции

Ниже приводятся методы расчета для всех 4 типов препятствий.

1.3.3. Гладкое сферическое препятствие

Чаще всего этот метод применяется при дифракции радиоволн на гладкой сферической Земле [4]. В этом случае кривизна Земли образует зону тени на расстояниях более расстояния до горизонта

= ( + ),

(П1В.13)

где:

- эквивалентный радиус Земли (стандартное значение = 8500 км),

и - высоты передающей и приемной антенн (все величины в формуле (П1В.13) в одних и тех же единицах).

Множитель ослабления в этом случае выражается формулой

V = F(X) + G(Y) + G(Y), дБ

(П1В.14)

Для частот выше 1000 МГц в одних и тех же единицах параметры X и Y определяются выражениями:

X = ,

(П1В.15)

Y = 2,

(П1В.16)

где:

  • r - длина трассы;

    - высоты передающей и приемной антенн над сферической поверхностью препятствия радиуса ;

    - радиус кривизны поверхности препятствия.

В случае гладкой сферической Земли под следует понимать эквивалентный радиус Земли , поэтому = . Таким образом, в этом случае удается учесть влияние рефракции при дифракционном распространении радиоволн, т.к. величина характеризует степень рефракции. В таблице П1В.1 приведены значения для различных регионов России, а карта районирования дана на рис.П1В.6.

Рис.П1В.6. Карта районирования территории России

Эквивалентный радиус Земли для территории России

Таблица П1В.1

N

Район

, км

N

Район

, км

1

Северные районы Европейской территории

8550
лето
8930
зима

8

Средняя полоса Западной Сибири

9340

2

Центральный район Европейской территории

8930

9

Восточная Сибирь (Якутия, Красноярский край)

10050

3

Юго-Запад Европейской территории

8550

10

Прибайкалье (Прибрежные районы)

8930

4

Степные районы Поволжья, Дона, Краснодарского и Ставропольского края

8370

11

Забайкалье (Континентальные районы)

9340

5

Восточные районы средней полосы Европейской территории

8930

12

Приамурье Приморье

9340

6

Оренбургская обл. и районы Юго-Востока Европейской территории

8200

13

Субарктический пояс Сибири

9800

7

Районы Прикаспийской низменности

10530

14

Черноморское побережье Кавказа

9570

15

Камчатский полуостров

9130

В более удобных единицах равенства (П1В.15) и (П1В.16) будут выглядеть следующим образом:

X = 2,2r,

(П1В.17)

= 9,6 · 10,

(П1В.18)

где:

  • r - длина трассы в км;

    - эквивалентный радиус Земли в км;

  • h - высоты передающей и приемной антенн в м;

    - частота в МГц.

Первое слагаемое в (П1В.14), учитывающее расстояние, определяется следующим равенством:

F(X) = 11 + 10(X) - 17,6 X

(П1В.19)

Второе и третье слагаемые в (П1В.14), учитывающие высоты расположения передающей и приемной антенн, выражаются формулами:

G() = 17,6( - 1,1) - 5( - 1,1) - 8 для >2

(П1В.20)

G() = -20( + 0,1 · )               при 0,1 < Y < 2

(П1В.21)

1.3.4. Гладкое цилиндрическое препятствие

Чаще всего этот метод применяется при определении дифракционного ослабления от гладких холмов и гор с поверхностью, удовлетворяющей условию < .

Геометрия препятствия будет в этом случае такой, как на рис.П1В.7.

Рис.П1В-7.

Множитель ослабления при такой геометрии препятствия будет определяться выражением:

V = J() + T(m, n), дБ,

(П1В.20)

где:

J() - ослабление клиновидным препятствием высотой Н.

Параметр может быть представлен формулой

= 0,0316Н,

(П1В.21)

где: Н и - в метрах, а и - в километрах. Тогда ослабление J() можно определить:

J() =- 6,9 - 20, дБ.

(П1В.22)

T(m, n) - дополнительное ослабление, связанное с тем, что препятствие не является клиновидным, его вершина сглажена и искривлена.

T(m, n) = km, дБ,

(П1В.24)

k = 8,2 + 12n,

(П1В.25)

b = 0,73 + 0,27[1 - exp(-1,43 n)]

(П1В.26)

m = ,

(П1В.27)

n = .

(П1В.28)

Здесь , , , в одних и тех же единицах.

1.3.5. Препятствие с нерегулярной шероховатой поверхностью

На частотах выше 1 ГГц природные препятствия, которые встречаются на трассах радиосвязи, во многих случаях оказываются нерегулярными, когда для поверхности препятствия выполняется неравенство > .

Для определения дифракционного поля в тени нерегулярного препятствия следует воспользоваться аппроксимацией реального препятствия или ряда препятствий поглощающими полуплоскостями, которые в определенной степени могут быть моделью реального шероховатого нерегулярного препятствия, т.к. не вызывают отраженной волны.

Для практики обычно достаточно использовать модель из трех полуплоскостей, специальным образом расположенных на трассе перпендикулярно направлению трассы.

Две полуплоскости располагаются так, чтобы их вершины совпадали с точками касания лучей, проведенных из точек приема и передачи к поверхности Земли, а вершина третьей полуплоскости должна совпадать с наивысшей точкой профиля трассы относительно линии, соединяющей точки касания. Последняя может совпадать с одной из боковых полуплоскостей и тогда модель будет состоять из двух полуплоскостей.

Расчет дифракционного ослабления производится следующим образом.

Строится профиль трассы между передатчиком и приемником. На профиле трассы проводятся линии из точек, соответствующих приемной и передающей антеннам, к вершине препятствия АС, ВС и касательные к препятствию AD, BF. Кроме того, проводится линия, соединяющая точки расположения антенн АВ (см. рис.1.3.5).

Из этих построений находятся величины: Н, , , , , , , ;

- расстояние между приемным и передающими пунктами;

- расстояние между передающим пунктом и вершиной среднего препятствия;

- расстояние между приемным пунктом и вершиной среднего препятствия,

и - величины закрытия боковыми препятствиями, т.е. высоты этих препятствий в точках касания над линиями, соединяющими передающий и приемный пункты с вершиной препятствия;

и - расстояния от вершины препятствия до первого и второго боковых препятствий, соответственно;

Н - величина закрытия, т.е. высота препятствия над линией, соединяющей приемный и передающий пункты.

Рис.П1В.8. К определению геометрических параметров препятствия

При наличии прямой видимости между передающей и приемной антеннами величины , и Н становятся отрицательными. В этом случае в качестве точек С, D, F выбираются три наивысшие точки на профиле трассы.

Величина Н вычисляется с учетом средней рефракции, т.е. с учетом медианной величины эквивалентного радиуса Земли . Поэтому построение профиля трассы производится для медианного значения . Медианные значения находятся из таблицы П1В.1. Множитель ослабления для такого профиля будет определяться выражением;

V = F() + F() + F(), дБ.

(П1В.29)

Для всех трех слагаемых F(u) вычисляются по формуле:

F(u) = -6,9 - 20, дБ;

(П1В.30)

при u - 0,7. Если и < - 0,7 , то величина F(u) считается равной нулю.

В формуле (П1В.29) параметры , , определяются следующим образом:

= - ,

= - ,

= - m + ,

= 0,0816 · H

= ;

= 0,0816 · H

= ;

= 0,0816 · H

= 81,6 · ()

= + .

Если > + 0,75; > + 0,75, то при расчете следует подставлять значения = + 0,75 0; = + 0,75 0.

= 0,001,

= 0,001.

Если параметры , 0, то при расчете следует принимать их равными нулю.

При следует принимать = 0, если = 0, то = 0.

Величина всегда меньше или равна , так что .

Если по расчету оказывается больше , то следует принимать (=) , и следовательно, = .

В вышеприведенных формулах величины , , , , выражены в км, , , Н - в метрах, f - в ГГц.

1.3.6. Клиновидное препятствие с острой вершиной и крутыми склонами

Такие препятствия могут быть в горах и представляют собой острые вершины хребтов, гор и холмов, а также стены и другие искусственные сооружения. Если радиус кривизны вершины такого препятствия удовлетворяет условию:

< 10,

(П1В.31)

где - угол дифракции, т.е. угол между направлением на вершину препятствия со стороны передающего и приемного пунктов (рис.П1В.5), то множитель ослабления определяется следующим образом:

V = -6,9 - 20, дБ,

(П1В.32)

где:

  • u = 0,0816H, , , - км, Н - метры, f - ГГц (см. рис.П1В.9).

Рис.П1В.9. Клиновидное препятствие

1.3.7. Колебания уровня поля во времени и расчет напряженности
поля при дифракционном распространении радиоволн

При дифракции радиоволн статистическое распределение временных изменений множителя ослабления относительно его медианного значения удовлетворительно аппроксимируется логарифмически-нормальным законом. Величина стандартного отклонения оказывается связанной с протяженностью трассы г следующей зависимостью:

= 6(1 - ), дБ,

(П1В.33)

где:

  • r - выражено в км. При r > 100 км величина асимптотически приближается к 6 дБ.

Значение множителя ослабления V(T) в децибелах, превышаемое в течение Т процентов времени, равно сумме

V(T) = V + V(T),

(П1В.34)

где:

V - медианное значение множителя ослабления в децибелах, равное:

V = + ;

- медианное ослабление при дифракции;

- ослабление в газах атмосферы;

V(T) - его распределение относительно медианного значения V. Оно вычисляется по следующим формулам, аппроксимирующим логарифмически-нормальный закон:

для Т 50%

V(T) = · Q(T), дБ,

(П1В.35)

Q(T) = А(Т) - (T),

(П1В.36)

А(Т) = ,

(П1В.38)

(T) =

(П1В.39)

Величина ослабления в газах атмосферы будет определяться в п.1.6.

1.3.8. Пояснения к порядку расчета дифракционного ослабления

Порядок расчета.

1. Строится профиль трассы при средней рефракции ( определяется из таблицы П1В. 1) согласно формуле (П1В.8).

2. Из профиля трассы по формуле (П1В.9) определяется критерий .

3. При < при выполнении условия (П1В.10) D < b, где b - ровный участок гребня, расчет производится по методам, изложенным в пп.1.3.3 и 1.3.4.

4. При (наиболее часто встречающийся случай для сухопутных трасс) расчет производится по методу, описанному в п.1.3.5, для которого ниже даются более подробные пояснения.

Проводится прямая между центрами передающей и приемной антенн. Затем проводятся две касательные к поверхности препятствия со стороны передающей и приемной антенн. После этого находится наивысшая точка препятствия между точками касания и определяются параметры Н, , , , , , , . Затем расчет производится по методу, изложенному в п.1.3.5.

5. Если выполняется условие (П1В.31), то расчет производится по методу, описанному в п.1.3.6.

6. Расчет флуктуации уровня сигнала во времени и определение вероятностных распределений уровня сигнала во времени при дифракции производится по методам, приведенным в п.1.3.7. Алгоритм расчета дифракционного ослабления приведен на рис.1.3.7.

7. Замечание по поводу применения цифровых карт. Профиль трассы в случае "цифровой карты" в сущности будет таблицей, в одной строке которой отмечены расстояния с выбранным шагом между соседними точками, а в другой строке высота над линией, соединяющей приемный и передающий пункты для каждой из выбранных точек.

Для того, чтобы определить точки касания лучей поверхности препятствия (точки D, С, F рис.П1В.8), а также подобные точки на рис.П1В.4 и П1В.5 определяются две точки с максимальным отношением по упомянутой таблице, где высота, а расстояние от одного из пунктов до точки n (с помощью перебора всех значений ). Угол дифракции (рис.П1В.5) в этом случае будет равен

= arctg + arctg,

где индекс 1 относится к первой точке касания, а индекс 2 - ко второй точке.

8. Для того чтобы выбрать метод расчета дифракционного ослабления согласно пункту 1.3.2 необходимо определить среднюю величину неровностей поверхности препятствия . Эта величина может быть получена непосредственно из рассмотрения формы и природы неровностей. Ими могут быть деревья, кустарники, здания, высота которых будет определять величину , кроме того, к ним относятся неровности рельефа (выступы и впадины на поверхности препятствия), величину которых также можно оценить, зная природу препятствий (холмы, горы, равнина). Если имеется точный профиль препятствия с учетом всех неровностей, то величину можно определить более точно.

Неровности определяются на участке между точками касания лучей поверхности препятствия. При N шагов разбиения профиля препятствия в пределах от -d до +d получим следующее выражение для определения средней величины

= ,

где

- означает модуль а;

- высота точки максимума;

- расстояние от точки максимума до n-й точки;

h() - высота для n-й точки;

Н, d, d - см. рис. П1В.4, формула (П1В.11).

Рис.П1В.

10. Алгоритм расчета дифракционного ослабления

1.4. Методы расчета суммарного ослабления сигнала вследствие
 тропосферного распространения радиоволн

1.4.1. Общие соображения

Распространение радиоволн в тропосфере является нерегулярным, случайным процессом, часто вызывающим сильное возрастание величины напряженности поля на больших расстояниях и создающим во многих случаях помехи работе радиосистем. Обычно различают ряд явлений, которые могут привести к увеличению напряженности поля на больших расстояниях:

  1. 1. Тропосферное рассеяние радиоволн на объемных неоднородностях тропосферы (часто турбулентного характера).

  2. 2. Отражение от слоистых неоднородностей тропосферы.

  3. 3. Распространение радиоволн в тропосферных волноводах, образованных слоистыми неоднородностями тропосферы.

  4. 4. Рефракция радиоволн в тропосфере при больших величинах градиентов индекса рефракции.

Между этими явлениями нет четкой границы и часто одну и ту же ситуацию можно относить к разным явлениям. Кроме того, по характеру напряженности поля в месте приема невозможно определить, к какому из перечисленных явлений можно отнести ситуацию на трассе распространения радиоволн в каждом конкретном случае. Поэтому целесообразно рассматривать все перечисленные явления в совокупности, в отличие от рекомендации МСЭ-Р Р452, в которой для каждого из перечисленных явлений приводятся методы определения величины напряженности поля, неизвестно каким образом полученные.

В связи с этим в настоящей методике на основании очень большого экспериментального материала, полученного на всей территории России и сопредельных стран приводятся методы расчета напряженности поля, в которых учитываются все явления, перечисленные выше. Все эти явления в дальнейшем именуются тропосферным распространением радиоволн.

По сравнению с Методикой 1996 года в данной Методике произведена коррекция частотной зависимости напряженности поля и расширен диапазон частот в сторону высоких частот до частоты 60 ГГц. Кроме того, в ней уточнен метод учета высоты объема рассеяния при определении напряженности поля.

1.4.2. Общие положения

Дальнее тропосферное распространение радиоволн (ДТР) является главной причиной возникновения мешающих сигналов на больших расстояниях. Вследствие этого механизма распространения характеристики мешающих сигналов зависят от протяженности трассы между источником помехи и точкой приема, ее географических особенностей (высот антенн над уровнем моря углов возвышения в конечных точках трассы), частоты и климатических условий.

Величина множителя ослабления при ДТР радиоволн зависит от эквивалентного расстояния , которое является функцией геометрической протяженности трассы и ее географических особенностей и определяется формулой

= R + ( + )

(П1B.40)

= 8500 км (значение при стандартной рефракции);

и - углы возвышения (в радианах) на передающем и приемном пунктах трассы (см. рис. 1.4.1) для стандартной рефракции ( = 8500 км).

Углы возвышения и отсчитываются между горизонтальной плоскостью и направлениями на вершины препятствий. Они считаются положительными, когда вершины препятствий находятся выше горизонтальной плоскости и отрицательными, когда вершины препятствий лежат ниже этой плоскости. Значения углов и в радианах могут быть рассчитаны по формулам

= ,

(П1В.41)

= ,

(П1В.42)

где:

, - высоты препятствий над условным уровнем отсчета;

, - расстояния от конечных точек трассы до вершин препятствий.

В формулы (П1В.41, П1В.42) значения h, h, h, h, R, R, подставляются в любых, но одинаковых единицах.

Если перед антеннами земная поверхность близка к гладкой сферической (море, степь), то значения и могут быть найдены по формуле

=

(П1В.43)

Знание углов и позволит рассчитать эквивалентное расстояние , которое, в свою очередь, необходимо для нахождения множителя ослабления.

Рис.П1В.1

1. Геометрия трассы при ДТР радиоволн

Результаты анализа экспериментальных данных по ДТР радиоволн показывают, что зависимости множителя ослабления V(T), превышаемого в течение Т процентов времени, от и частоты f оказываются различными для сухопутных, морских и приморских трасс, которые можно характеризовать следующим образом:

  • сухопутные трассы - трассы, удаленные на расстояние более 100 км от морского побережья;

  • морские трассы - трассы, проходящие полностью над морем;

  • прибрежные трассы - трассы, проходящие над сушей в прибрежной полосе не далее 100 км от береговой линии.

Множитель ослабления при тропосферном распространении зависит в определенной степени от абсолютной высоты передающего и приемного пунктов над уровнем моря.

Падение уровня с высотой зависит от величины и определяется параметром .

- приращение высоты объема рассеяния по сравнению с высотой при h = h = 0 и = = 0

= (h + h) +
х ,


(П1В.44)

где - длина трассы;

постоянные коэффициенты и определяются выражениями:

= + ; = + ,

, , h, h - выражены в километрах, углы, в радианах.

Для морских трасс высоты h и h определяются относительно уровня моря, для сухопутных и приморских трасс значения h и h отсчитываются от высоты 0,2 км над уровнем моря.

1.4.3. Расчет множителя ослабления V для сухопутных трасс (зона I)

Для этой зоны аппроксимирующие аналитические выражения для множителя ослабления V имеют вид:

V(Т) = 20, дБ

(П1В.45)

где функция ) определяется выражением:

= 1,037 + 7,604 · 10 - 1,118 · 10 +
+ 3,185 · 10(2000 - )Т - К,

(П1В.46)

а частотная функция F(f) может быть найдена по формуле:

F(f)= -0,04( + 50) +

, дБ

+ 0,6

(П1В.47)

где - эквивалентное расстояние, км;

f - частота, ГГц;

Т - процент времени, в течение которого превышается значение множителя ослабления V(T);

= 6, дБ, где определяется формулой (П1В.44), - в км.

Климатический параметр К изменяется в пределах от -1,5 до 3. Его значение можно найти из рисунка П1В.12, на котором изображена карта России с изолиниями климатического параметра К.

1.4.4. Расчет множителя ослабления V для горных районов (зона II)

Для высокогорных районов в большинстве случаев уровни мешающих сигналов определяются дифракционным распространением радиоволн. Методы определения уровней дифракционного поля изложены в разделе 1.3. Однако в ряде случаев, когда между источником помехи и приемником расположено множество горных препятствий, возможно, что мешающий сигнал определяется тропосферным распространением радиоволн.

К сожалению, в настоящее время не имеется надежных экспериментальных данных по аномальному тропосферному распространению радиоволн в горах. Известно только, что уровни сигнала при тропосферном распространении в горах заметно ниже, чем на равнине.

Учитывая это обстоятельство, можно приближенно, с некоторым запасом, принять, что для высокогорных районов уровень мешающих сигналов из-за тропосферного распространения определяется так же, как для обычных сухопутных трасс (п.1.4.3).

Рис.П1В.1

2. Карта районирования территории России по параметру К

1.4.5. Расчет множителя ослабления V для акваторий морей умеренных широт (зона III)

К морям умеренных широт относятся акватории таких морей, как Балтийское, Охотское и северная часть Японского моря. Для этой зоны аппроксимирующие зависимости имеют следующий вид:

V(Т) = 20, дБ

(П1В.48)

где функции ), F(f) и (Т) определяются выражениями:

= 3,92 · 10 - 1,37 · 10 - 0,27 +
+ Т + 4 · 10(1 + 2,12 · 10

(П1В.49)

F(f)= -0,025( + 50), дБ

(П1В.50)

(Т) = -0,0008Т - 0,000136, дБ/км,

(П1В.51)

В формулах П1В.48-П1В.51 выражено в км, Т - в процентах, - в дБ/км.

Наихудший месяц приходится на летний сезон и для различных морей может быть различным.

1.4.6. Расчет множителя ослабления для акваторий полярных морей (зона IV)

К зоне IV относятся акватории морей Северного Ледовитого океана.

Уровни мешающих сигналов для этой зоны значительно ниже, чем для зоны III. Аппроксимирующие зависимости для множителя ослабления V(T) имеют вид:

V(Т) = 20F(f) + · + 6, дБ

(П1В.52)

где функции ), F(f) и (Т) определяются выражениями:

= 1,45 + 5,8 · 10 - 2,4 · 10 + 7 · 10( + 700) х
х (1,17Т + 0,1Т) - К,

(П1В.53)

F(f)= -0,025( + 50), дБ

(П1В.54)

В формулах П1В.52-П1В.54 выражено в км, Т - в процентах, - в дБ/км.

Наихудший месяц с точки зрения возможности появления больших уровней мешающих сигналов - июль, август.

1.4.7. Расчет множителя ослабления для акваторий теплых морей (зона V)

К зоне V относятся акватории Черного, Азовского, Каспийского, а также южной части Японского моря.

Для этой зоны характерна наибольшая вероятность аномально высоких уровней сигнала и максимальная длительность периода, когда такие уровни возможны.

Аппроксимирующие зависимости V(T) для этой зоны имеют вид

V(Т) = 206 + (Т), дБ

(П1В.55)

где функции ), F(f) и (Т) определяются выражениями:

= 1, 53 + 3,29 · 10 -1,37 · 10 + Т +
+ 3,7 · 10 (1 + 2,12 · 10,

(П1В.56)

F(f)= -0,025( + 50), дБ

(П1В.57)

В формулах П1В.55-П1В.57 выражено в км ,Т - в процентах, f - в ГГц, -дБ/км.

Для зоны V наихудшим временем, когда возможны аномально высокие уровни сигналов, является практически весь весенне-летний период.

1.4.8. Расчет множителя ослабления V для приморских трасс (зона VI)

Приморские зоны занимают полосу 100 км вдоль берега моря, если вдоль берега моря расположена равнина. Если же вдоль берега располагается горный хребет, то приморской зоной следует считать лишь полосу между хребтом и берегом моря.

Для приморских зон множитель ослабления V определяется как средняя величина в децибелах величин V для соседней морской и соседней сухопутной зон:

V = ,

где:

V - множитель ослабления для соседней сухопутной зоны;

V - множитель ослабления для соседней морской зоны.

1.4.9. Смешанные трассы

Если трасса между источником помехи и точкой приема является смешанной, т.е. имеет участки, находящиеся в различных зонах, то значение V(T) может быть вычислено по формуле:

V(T) = + + + …, дБ

(П1В.58)

где:

R , R , R - протяженности участков трассы, проходящих в зонах , n, m;

, , - значения множителей ослабления для зон , n, m;

R - географическая длина трассы.

1.4.10. Потери усиления антенн при тропосферном распространении радиоволн

Потери усиления антенн в 50% времени определяются следующим образом:

= 5 + 5,

(П1В.59)

где и - ширина диаграмм направленности передающей и приемной антенн по половинной мощности в вертикальной плоскости.

Для вероятности меньше 1% времени следует считать = 0. Если одна из антенн отвернута в сторону от направления трассы, то соответствующее слагаемое в (П1В.59) будет равно нулю.

Потери усиления для других процентов времени между 1 и 50% можно определить с помощью линейной интерполяции

= .

Алгоритм расчета множителя ослабления при тропосферном распространении радиоволн приведен на рис.П1В.13.

Рис.П1В.

13. Алгоритм расчета множителя ослабления при тропосферном распространении радиоволн

1.5. Метод расчета суммарного ослабления сигнала
вследствие рассеяния радиоволн осадками

1.5.1. Общие положения

Рассеяние радиоволн осадками из-за малых размеров рассеивающих частиц может приводить при соответствующей ориентации антенн взаимодействующих РЭС к появлению значительных уровней мешающих сигналов во всем секторе азимутальных углов вокруг источника помех, в то время как все другие рассмотренные выше механизмы вызывают распространение мешающих сигналов примерно вдоль дуги большого круга, соединяющей местоположения РЭС.

Наиболее сильное рассеяние радиоволн вызывают дожди. Вероятность появления мешающих сигналов из-за рассеяния радиоволн другими осадками (град, снег) значительно меньше. Рассеяние радиоволн дождем начинает проявляться на частотах выше 4 ГГц, максимальная дальность распространения мешающих сигналов при действии этого механизма зависит от максимальной высоты скопления рассеивающих частиц и для климатических условий территории РФ может достигать нескольких сотен километров. При этом необходимо знать площадь рассеяния единицы объема дождя S, которая определяется эмпирически по результатам зондирования очагов дождя с помощью метеорологических радиолокаторов. Как показали такие зондирования, максимальная высота дождевых очагов h в климатических условиях РФ не превышает 11 км, а величина S при 0 < h < 11 км связана не только с интенсивностью дождя у земной поверхности, но и с географическими координатами расположения объема рассеяния. На основании этого была получена следующая эмпирическая зависимость для расчета величины S в наихудшем месяце:

S = 6,4 · 10 х                 ;

х 10, 1/м

(П1В.60)

где - длина волны, м;

, - географическая широта и долгота расположения объема рассеяния, град;

- интенсивность дождя, мм/ч.

Наибольшее рассеяние радиоволн вызывают ливневые дожди с большими значениями и ограниченными горизонтальными размерами очагов. В соответствие с результатами экспериментальных исследований рассеяния радиоволн дождями принято, что очаг дождя имеет форму цилиндра диаметром d:

d = 3,3 , км.

(П1В.61)

При пересечении диаграмм направленности антенн РЭС в общем объеме (рис.П1В.14) в подавляющем числе случаев по ширине (размерам лучей) в области дождевого очага они будут сильно отличаться. Поэтому для определения ослабления сигнала в дожде необходимо учесть и следующие параметры:

D - ослабление мешающего сигнала из-за различия поляризаций на передающем и приемном пунктах, дБ;

- параметр, учитывающий уменьшение мешающего сигнала из-за отличия реального рассеяния каплями дождя от рэлеевского приближения, дБ;

- погонное ослабление в дожде на трассе от РЭС с "узкой" диаграммой направленности антенны до объема рассеяния, дБ/км;

- угол возвышения луча антенны с "узкой" диаграммой направленности, рад;

- угол возвышения луча антенны "широкой" диаграммой направленности, рад;

R - расстояние вдоль земной поверхности от РЭС с "узкой" диаграммой направленности антенны до проекции точки пересечения осей диаграмм направленности на земную поверхность, км;

r - расстояние от РЭС с "широкой" диаграммой направленности антенны до точки пересечения осей диаграмм направленности антенн в объеме рассеяния, км;

G  - усиление антенны с "широкой" диаграммой направленности в направлении на объем рассеяния в дБ;

- эквивалентный радиус Земли, км;

h, h- минимальная и максимальная высоты объема рассеяния, км.

Остальные обозначения приводились ранее.

На начальном этапе деление антенн по ширине луча в объеме рассеяния на "узкую" и "широкую" проводится по отношению диаметров главных лепестков диаграмм направленности, которое приближенно равно:

Рис.П1В.1

4. Геометрия трассы при рассеянии осадками

= .

(П1В.62)

Если это отношение меньше 1, то антенну РЭС следует отнести к классу "узкая", если оно больше 1, то к классу "узкая" должна быть отнесена антенна РЭС. После этого при подготовке исходных данных для расчета индексы 1 и 2 следует поставить в соответствие с этим ("узкая" - 1, "широкая" - 2). Необходимо отметить, что при отклонении главных лепестков диаграмм направленности антенн PЭC и РЭС в разные стороны от линии, соединяющей их положение или при выполнении условия < - 180°, а также при величине отклонения хотя бы одной из антенн от направления на ось диаграммы направленности другой антенны, превышающем в 4,5 раза ширину главного лепестка диаграммы направленности этой антенны по уровню 3 дБ, помехи вследствие рассеяния радиоволн дождем можно не учитывать и расчеты дальше не продолжать.

1.5.2. Нахождение геометрических параметров трассы

Геометрические параметры трассы рассеяния в случае пересечения диаграмм направленности антенн при заданных R, ,  и рассчитываются по следующим формулам:

= , км,

(П1В.63)

где r - расстояние от РЭС с "узкой" диаграммой направленности антенны до точки пересечения осей диаграмм направленности антенн, оно находится из решения следующего уравнения:


- cos = 0,

(П1В.64)

где R - расстояние между PЭС и РЭС по дуге большого круга, км;

- угол между направлением от PЭС на РЭС и проекцией оси диаграммы направленности "узкой" антенны (РЭС) на земную поверхность;

h = + ,км -

(П1В.65)

высота точки пересечения осей диаграмм направленности антенн PЭС на РЭС в объеме рассеяния над земной поверхностью,

sin = ,

(П1В.66)

- так называемый угол рассеяния, т.е. угол между осями ДН передающей и приемной антенн;

(П1В.67)

- расстояния вдоль земной поверхности от PЭС на РЭС соответственно до проекции точки пересечения осей диаграмм направленности антенн на земную поверхность, км;

= arccos

(П1В.68)

- необходимый угол между направлением на РЭС и проекцией оси диаграммы направленности "широкой" антенны (РЭС) на земную поверхность.

Если координаты мест расположения PЭС на РЭС известны, т.е. известны величины R, , и , то можно определить необходимый угол возвышения луча антенны РЭС, обеспечивающий пересечение диаграмм направленности антенн в общем объеме:

= arctg ,

(П1В.69)

в этом случае расстояния R и R определяются следующим образом:

R = , км

R = , км.


(П1В.70)

Значения h, sin(), и рассчитываются в соответствии с формулами (П1В.65), (П1В.66) и (П1В.67).

1.5.3. Определение угловых критериев пересечения диаграмм
направленности передающей и приемной антенн

После проведения расчетов по п.1.5.2 для обоих вариантов исходных параметров определяются разности:

= , град;

= , град,

(П1В.71)

где , - истинные значения углов для антенны РЭС.

Наименьшая из этих разностей сравнивается шириной диаграммы направленности "широкой" антенны с учетом высших боковых лепестков , которая принимается равной

= 4,55, град,

(П1В.72)

где - ширина главного лепестка ДН по уровню - 3 дБ, град, которая известна из исходных данных для антенн либо рассчитывается по формуле:

= , град,

(П1В.73)

где G - коэффициент усиления "широкой" антенны, дБ.

Если разность = min(, ) больше , то можно считать, что диаграммы направленности антенн в общем объеме не пересекаются, поэтому помехи из-за рассеяния каплями дождя будут отсутствовать и дальнейший расчет можно не проводить.

1.5.4. Расчет коэффициента усиления "широкой" антенны

Если значение разности , то коэффициент усиления "широкой" антенны в направлении на объем рассеяния находится по имеющейся диаграмме направленности либо по формулам:

по главному лепестку:

G = G - 12, дБ

(П1В.74)

по боковому лепестку:

G = G - G , дБ

(П1В.75)

где G - уровень первого бокового лепестка ДН второй антенны относительно главного лепестка, дБ;

- угловое положение максимума первого бокового лепестка ДН второй антенны относительно главного лепестка, град.

Значения и G определяются по имеющейся диаграмме направленности антенны либо приближенно принимаются равными:

G = -16 дБ;        = 1,5.

(П1В.76)

Для дальнейших расчетов принимается наибольшее из значений G и G, которое обозначаем как G().

Для уточнения деления антенн на ''узкую" и "широкую" необходимо найти значения отношений О и О для выбранного варианта исходных геометрических параметров:

О  = ;            О = .

(П1В.77)

К "узкой" относится та антенна, у которой это отношение больше. Если окажется, что это отношение больше у антенны, которую на начальном этапе расчетов принимали за "широкую", то следует заново провести расчеты по п.п.1.5.2 и 1.5.3, учитывая истинные значения углов возвышения и азимутального отклонения .

1.5.5. Учет затухания в газах

Учет затухания в газах при определении сигнала, рассеянного дождем, проводится по методике пункта 6. При этом учитываются высоты антенн над уровнем моря h и h, частота f, параметры атмосферы у земной поверхности (абсолютная влажность W, температура t, давление Р), которые находятся из таблицы П1В.2.

Кроме того, учитывается высота объема рассеяния h, которая была рассчитана ранее по формуле (П1В.65). Общее затухание в газах равно сумме затухания на трассе источник помехи - объем рассеяния и затухания на трассе объем рассеяния - приемный пункт.

1.5.6. Определение высоты замерзания дождевых капель

По географическим широте и долготе объема рассеяния, определяемым как среднее от широт и долгот расположения PЭС и РЭС или как широта и долгота расположения РЭС с большим углом возвышения луча антенны , рассчитывается высота замерзания дождевых капель (высота дождя):

h = 6,1 - 0,065 + 0,0205 - 0,000106, км,

(П1В.78)

где значения координат , - в градусах.

1.5.7. Определение минимальной и максимальной высот объема рассеяния

Для определения минимальной и максимальной высот объема рассеяния (h, и h) рассчитываются следующие величины:

- по формуле (П1В.61) - диаметр дождевого очага d для заданной интенсивности дождя ;

- минимальный размер объема рассеяния, определяемый шириной луча "узкой" антенны в дождевом очаге:

= 2,5 , км,

(П1В.79)

- длина луча "узкой" антенны в дождевом очаге:

= 2, км,

(П1В.80)

если /2 , то = ;

- расстояние от РЭС до ближнего () и дальнего () краев очага дождя:

= - , км


(П1В.81)

= + , км.

- минимальная (h) и максимальная (h) высоты пересечения луча "узкой" антенны с дождевым очагом:

h = + sin, км


(П1В.82)

h = + sin, км

При пересечении дождевого очага лучом "широкой" антенны высота h определяется после проверки условия:

.

(П1В.83)

Если оно выполняется, то h будет определяться пересечением луча "узкой" антенны с дождевым очагом. В случае невыполнения условия (П1В.83) h рассчитывается по формуле:

h = + sin + , км.

(П1В.84)

Для дальнейших расчетов в качестве высоты h используется наименьшая из высот:

  • h = min(h, h).

1.5.8. Расчет ослабления сигнала в дожде V

Для нахождения множителя ослабления в дожде вначале сравниваются высоты h и h (П1В.65) с высотой дождя h.

Если выполняется условие h h, то величина находится следующим образом:

с помощью рис.П1В.15 и таблицы П1В.2 находится интенсивность дождя, а далее рассчитываются:

- погонное ослабление в дожде и на участках трассы и по исходным данным об интенсивности дождя , частоте f, углах наклона поляризации относительно горизонтальной плоскости и и углах возвышения трасс и . При круговой поляризации = 45°:

= , дБ/км,

(П1В.85)

где параметры и определяются выражениями:

    = [ + + ( - )coscos2],

(П1В.86)

    = [ + + ( - )coscos2]/2.

Для частот f 10 ГГц параметры , и определяются выражениями:

    = 0,000614(f - 5,2) - 9,0е,

    = 1,195 - 0,0066f + + 0,75e;

(П1В.87)

    = 0,000789(f - 5,8) - 3,12е,

    = 1,172 - 0,0066f + + 2,51е.

Для частот 4 ГГц f < 10 ГГц эти параметры находятся по формулам:

= 0,000353 + 1,5 · 10f, = 1,32 - 0,018 + ,

(П1В.88)

= 0,000326 + 1,42·10f, = 1,262 - 0,0195 + .

- максимальная протяженность зоны дождя вне дождевого очага

= 600 · 10, км.

(П1В.89)

- протяженность ослабляющего участка трассы внутри дождевого очага

= , км.

(П1В.90)

С учетом найденных параметров величина ослабления будет равна:

= +
                                                                                                   , дБ.

(П1В.91)

+

Если выполняется условие h< h < h, то величина V находится следующим образом:

V = + х

                                                                                                      , дБ.

(П1В.92)

х

Если выполняется условие h < h < h, то величина V находится следующим образом:

V = + х

дБ.

х

(П1В.93)

Если входящие в выражение (П1В.93) разности

;

;

,


становятся равными нулю или отрицательными, то соответствующие составляющие множителя ослабления в формулах (П1В.92-П1В.93) следует считать равными нулю.

1.5.9. Определение поправки, связанной с отличием реального рассеяния от приближения Рэлея

На частотах f > 10 ГГц рассчитывается поправка S, учитывающая уменьшение сигнала из-за отличия реального рассеяния от приближения Рэлея [7].

, дБ.

(П1В.94)

Тогда окончательно результирующая величина суммарного множителя ослабления сигнала в дожде будет определяться выражением:

= +  , дБ.

Алгоритм расчета множителя ослабления вследствие рассеяния радиоволн осадками приведен на рис.П1В.16.

Рис.П1В.1

5. Карта районирования территории РФ по интенсивности дождей

Статистические данные об интенсивности дождей за средний
 наихудший месяц районов территории России

Таблица П1В.2

И

N р-на

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

н

%

т

1,0

3,4

3,7

3,7

3,3

3,4

2,8

2,3

2,6

1,9

4,0

4,9

е

0,7

4,2

4,5

4,5

4,1

4,6

3,8

3,0

3,6

2,8

4,9

6,4

н

0,5

5,0

5,2

5,3

4,9

5,6

4,7

4,0

4,5

4,0

5,8

8,6

с

0,3

6,2

6,7

7,0

6,5

7,6

6,5

5,4

5,9

5,7

8,3

12,0

и

0,2

7,7

8,0

8,3

8,5

9,2

8,5

7,1

8,0

7,2

10,5

19,7

в

0,1

12,0

11,3

12,0

11,3

13,0

13,4

11,2

13,0

10,5

22,0

36,0

н

0,07

13,7

15,0

15,4

15,2

18,6

19,6

15,0

17,0

15,5

30,8

46,8

о

0,05

16,2

17,9

20,0

21,0

26,5

28,0

22,0

24,0

22,4

38,4

56,3

с

0,03

25,3

25,6

26,0

31,5

39,0

40,2

36,8

36,5

42,7

54,8

68,4

т

0,02

35,2

32,2

31,7

41,0

49,5

52,4

51,6

48,4

57,3

70,0

81,0

ь,

0,01

60,0

51,0

45,0

61,7

74,0

72,8

82,8

72,0

72,0

105,0

113,3

0,007

68,3

58,8

54,2

75,2

90,0

84,2

99,1

86,4

79,7

115,6

134,0

мм/ч

0,005

74,5

70,8

61,2

88,5

105,4

98,7

114,2

98,0

91,5

124,0

160,4

0,003

90,0

80,4

72,5

110,7

130,0

118,5

140,0

122,6

107,0

147,4

189,3

0,002

101,6

94,0

81,0

128,4

148,2

133,5

160,0

139,2

118,3

165,3

196,3

0,001

121,70

126,0

99,5

162,0

184,5

161,7

198,0

170,3

142,4

195,0

Продолжение Таблицы П1В.2

И

N р-на

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

н

%

т

1,0

2,3

3,0

3,8

3,6

4,7

4,8

5,8

6,2

5,2

3,7

е

0,7

3,3

4,0

4,7

4,3

5,7

5,7

7,2

7,4

5,8

4,1

н

0,5

4,2

5,0

5,4

5,0

6,7

6,7

8,4

8,6

6,7

4,5

с

0,3

1,0

5,7

6,6

7,0

6,2

8,2

8,3

10,4

10,0

8,5

5,3

и

0,2

2,2

7,3

8,2

8,1

7,9

9,6

10,1

12,0

11,0

9,8

6,7

в

0,1

7,0

10,7

13,0

10,8

11,7

12,0

15,0

20,9

14,3

12,7

9,2

н

0,07

10,3

13,3

17,0

12,6

17,5

15,2

19,8

27,4

18,2

15,2

10,1

о

0,05

13,4

17,2

23,0

16,5

26,0

19,2

27,5

34,4

21,1

17,2

11,0

с

0,03

21,0

25,6

32,4

24,8

32,2

27,2

38,0

47,2

28,0

18,9

13,7

т

0,02

33,0

32,4

39,6

33,0

37,3

35,0

46,6

58,4

34,0

19,6

19,5

ь,

0,01

60,0

43,0

58,4

48,0

54,0

48,0

60,0

77,6

45,0

26,0

31,0

0,007

78,0

49,0

69,0

64,3

62,5

57,5

70,0

88,7

53,9

29,3

43,3

мм/ч

0,005

93,0

53,7

80,4

74,2

69,5

64,0

80,6

99,0

63,0

32,4

49,1

0,003

122,0

70,0

100,5

88,3

84,0

74,5

95,0

117,5

71,2

49,0

63,0

0,002

148,6

84,0

116,8

110,0

91,5

84,0

106,0

130,3

81,0

50,0

74,3

0,001

198,0

110,0

148,0

154,0

138,0

101,7

128,4

155,7

93,6

60,5

83,4

Рис.П1В.

16. Алгоритм расчета множителя ослабления вследствие рассеяния радиоволн осадками

1.6. Метод расчета суммарного ослабления сигнала в атмосферных газах

1.6.1. Общие положения

На частотах до 60 ГГц ослабление в атмосферных газах будет определяться поглощением радиоволн в водяных парах и в атмосферном кислороде.

В методике расчета ослабления можно выделить два аспекта:

  1. а) определение погонного ослабления, инженерный метод расчета которого в атмосферном кислороде и водяных парах представлен в [8]. Специфика этого метода заключается в учете зависимости этих ослаблений от метеорологических параметров: давления, температуры и влажности, которые зависят как от района расположения трассы, так и от высоты оконечных пунктов, высоты препятствий при дифракции и высоты переизлучающего объема при ДТР и рассеянии радиоволн осадками;

  2. б) определение протяженности ослабляющих участков трассы, величина которых зависит от механизма распространения радиоволн.

На трассах прямой видимости и при аномальном дальнем распространении радиоволн величина ослабления в газах будет определяться на всей трассе, а на дифракционных трассах и при рассеянии радиоволн осадками - на участках от источника помех до наивысшего препятствия (дифракционные трассы), или до объема рассеяния (при рассеянии осадками) и от препятствия или объема рассеяния до пункта приема помех.

Методика расчета в обоих случаях будет одна и та же, но во втором случае эта величина складывается из двух составляющих и .

1.6.2. Исходные данные для расчета

Для трасс прямой видимости и при аномальном дальнем распространении радиоволн такими данными являются: частота - f, ГГц, протяженность трассы помех - R, км, географические координаты пункта излучения помех - широта , долгота - , географические координаты пункта приема - , , высоты местности относительно уровня моря h, h, км, высот подвеса антенн относительно земной поверхности - h, h, км. Для дифракционных трасс и при рассеянии радиоволн осадками: протяженность участков от точек передачи и приема помех до вершины наивысшего препятствия - R, R, км, или до объема рассеяния - r, r, км, высота наивысшего препятствия h относительно уровня моря, км, или высота точки пересечения осей диаграмм направленности передающей и приемной антенн в объеме рассеяния h над уровнем моря, км. Остальные данные те же, что и для трасс прямой видимости.

1.6.3. Процедура расчета

1. По данным, представленным в таблице П1В.3, определяются метеорологические параметры (давление - Р, мбар, температура - t°С, абсолютная влажность - W г/м) для трассы помех. Для этой цели из таблицы П1В.3 выбираются 4 близлежащих к трассе помех пункта таким образом, чтобы оба пункта передачи и приема помех оказались внутри четырехугольника, вершинами которого являлись выбранные метеорологические пункты. Если один из пунктов передачи или приема совпадает или лежит вблизи (расстояние до метеорологического пункта 0,1 R) одного из метеорологических пунктов, то в этом случае достаточно выбрать из таблицы П1В.3 еще 2 метеорологических пункта, чтобы другой пункт трассы помех находился бы внутри треугольника с вершинами 3 выбранных метеорологических пунктов. При совпадении или близком расположении (расстояние до метеорологических пунктов 0,1 R) пунктов передачи и приема к метеорологическим пунктам метеорологические параметры для расчета ослабления в газах определяются по данным этих метеорологических пунктов, как средние значения параметров, приведенных к уровню моря.

Р = , мбар,   t =  , °С,  W = , г/м

(П1В.95)

В случае использования в качестве исходных метеопараметров их значения для четырех метеопунктов процедура определения Р, t и W для трассы помех заключается в следующем:

  1. а) По географическим координатам пунктов передачи и приема определяются географические координаты середины трассы помех.

    ,    Д = .

    (П1В.96)

  2. б) По метеопараметрам и географическим координатам метеопунктов, используя принцип линейной интерполяции, рассчитываются метеопараметры (МП - Р, t, W) для середины трассы помех.

    МП = (Д' - Д) + МП';

    (П1В.97)

    = + МП;

    (П1В.98)

    = + МП;

    (П1В.99)

    Д' = ();

    ();

    (П1В.100)

где индексы 1, 2 относятся к метеорологическим пунктам с долготами меньше, чем долгота середины трассы помех, и соответственно большей и меньшей широтами, индексы 3, 4 - к метеорологическим пунктам с долготами больше, чем долгота середины трассы, и соответственно большей и меньшей широтами.

2. Для расчета множителя ослабления V в соответствии с [8] были приняты следующие высотные зависимости метеорологических параметров, полученные на основе данных, представленных в [9, 10]:

Давление -

Р = Р ехр (- 34,32), мбар,

(П1В.101)

Температура -

t = t - 5,5(h - h), °C,

(П1В.102)

Влажность -

W = , г/м

(П1В.103)

где: h - высота относительно уровня моря, км,

h - высотная отметка Земли метеорологического пункта относительно уровня моря, км,

t - температура на поверхности Земли, °С,

- влажность на поверхности Земли, г/м ,

Р - давление на поверхности Земли, мбар.

Учитывая тот факт, что погонное ослабление как в атмосферном кислороде , так и в водяных парах функционально сложно зависит от метеорологических параметров, расчет составляющих множителя ослабления и проводится методом разбиения трассы на отрезки с перепадом высот 100 м, при котором изменение метеорологических параметров с высотой можно не учитывать, а затем полученные на этих отрезках значения множителя ослабления суммируются.

При такой методике расчетная формула для и будет иметь вид:

= (), ДБ,

(П1В.104)

где R - протяженность трассы или участка трассы, на котором рассчитывается ослабление в газах, км,

h - высота подвеса антенн относительно уровня моря на передающем (или приемном) пункте, км, т.е. h = h + h (или h = h + h),

h - высота подвеса антенны относительно уровня моря на приемном (или передающем) пункте в случае трасс прямой видимости или при аномальном дальнем распространении радиоволн, высота наивысшего препятствия h = h при дифракционном распространении, высота точки пересечения осей диаграмм направленности передающей и приемной антенн в объеме рассеяния дождевой зоны (h = h), км;

h = h + 0,1i, км, - высота трассы относительно моря на текущем отрезке, км, последнее значение которой не должно превышать h.

(h) - погонное ослабление в атмосферном кислороде () или водяных парах () на высоте текущего отрезка трассы, дБ/км.

В соответствии с [8] (h) или (h) рассчитываются по следующим формулам:

при f < 54 ГГц

= f · 10, дБ/км.

(П1В.105)

при 54 ГГц < f < 60 ГГц

= exp [{· (f - 57)(f - 60)(f - 63)(f - 66) -
- · (f - 54)(f - 60)(f - 63)(f - 66) +
+ · (f - 54)(f - 57)(f - 63)(f - 66) -
- · (f - 54)(f - 57)(f - 60)(f - 66) +
+ · (f - 54)(f - 57)(f - 60)(f - 63)]}

, дБ,

(П1В.106)

= 2,128rrexp[-2,528(1 - r)],

(П1В.107)

= 2,136rrexp[-2,5196(1 - r)],

(П1В.108)

= 9,984rrexp[0,8563(1 - r)],

(П1В.109)

= 15,42rrexp[1,1521(1 - r)],

(П1В.110)

= 10,63rrexp[0,6187(1 - r)],

(П1В.111)

= 1,944rrexp[-4,1612(1 - r)],

(П1В.112)

a = ln()/ln3,5,

(П1В.113)

b = 4/,

(П1В.114)

= 6,7665rrexp[1,5663(1 - r)] - 1,

(П1В.115)

= 27,8843rrexp[0,5496(1 - r)] - 1,

(П1В.116)

r = P/1013,

r = 288/273 = t,

(П1В.117)

P и t - определяются по формулам:

P = Pexp, мбар,            t = t - 5,5h, °С,

(П1В.118)

= · 10rr + 1,76 · 10 · r + r х

х f · 10,

дБ/км

(П1В.119)

где - влажность воздуха на текущем отрезке рассчитывается по формуле:

= W · , г/м,

(П1В.120)

= 0,9544 · rr + 0,0061,

(П1В.121)

= 0,95 · rr + 0,0067,

(П1В.122)

= 1 + (f - 22,235)/(f + 22,235).

(П1В.123)

P, t и W в формулах (П1В.118, П1В.120) - это значения метеорологических параметров для середины трассы помех, рассчитанные по формулам (П1В.95-П1В.100).

Алгоритм расчета множителя ослабления сигнала в атмосферных газах приведен на рисунке П1В.17.

Рис.П1В.

17. Алгоритм расчета множителя ослабления сигнала в атмосферных газах

Данные об усредненных значениях давления, температуры и абсолютной влажности у земной поверхности для наиболее влажного месяца

Таблица П1В.3

N
п/п

Название пункта

географические
координаты

высота
пункта

давление,
мбар

темпера-
тура, °С

влаж-
ность,

широта

долгота

относи-
тельно
уровня
моря, км

г/м

1

2

3

4

5

6

7

8

1

Алдан

58°37'

125°22'

0,682

928,5

16,2

9,03

2

Александровск-на-
Сахалине

50°54'

142°10'

0,03

1006,0

15,1

10,8

3

Александровское, Томская обл.

60°25'

77°52'

0,06

1002,1

18,5

10,96

4

Анадырь

64°47'

177°34'

0,062

1009,0

10,7

8,04

5

Архангельск

64°35'

40°30'

0,013

1010,0

15,6

9,6

6

Аян, Хабаровский край

56°27'

138°09'

0,01

1009,1

12,9

9,33

7

Барабинск

55°22'

78°24'

0,12

993,0

19,3

10,86

8

Баренцбург

78°04'

14°13'

0,02

1008,5

5,4

5,63

9

Беринга, о.

55°12'

165°59'

0,01

1007,8

10,4

8,88

10

Благовещенск

50°16'

127°30'

0,14

987,6

20,2

13,85

11

Богучаны, Красноярский край

58°25'

97°24'

0,13

992,0

18,5

10,9

12

Бологое

57°54'

34°03'

0,18

990,0

16,6

10,45

13

Борзя, Читинская обл.

50°23'

116°31'

0,68

927,1

18,0

11,35

14

Варнавара, Красноярский край

60°20'

102°16'

0,26

977,0

17,4

9,8

15

Васильева, мыс. Сахалин

50°00'

155°23'

0,02

1009,1

10,3

8,73

16

Верхоянск

67°33'

133°23'

0,14

992,5

14,3

7,5

17

Визе о., Красноярский край

79°30'

76°30'

0,01

1010,4

0,5

4,8

18

Вилюйск

63°46'

121°37'

0,11

994,1

17,6

8,9

19

Витим

59°27'

112°35'

0,19

984,2

17,9

10,5

20

Владивосток

43°07'

131°54'

0,14

998,2

20,4

14,9

21

Волгоград

48°41'

44°21'

0,14

994,5

23,6

9,8

22

Вологда

59°17'

39°52'

0,12

996,9

16,7

10,2

23

Вятка

0,16

18,3

10,5

24

Гижига, Магаданская обл.

61°56'

160°20'

0,005

1007,9

11,0

8,2

25

Диксон н.о.

73°30'

80°14'

0,02

1005,5

4.5

6,15

26

Н.Новгород

56°13'

43°49'

0,08

992,3

18,4

10,7

27

Екатерино-
Никольское, Хабаровск/край

47°44'

130°58'

0,07

995,6

20,0

14,4

28

Жигалово, Иркутская обл.

54°48'

105°10'

0,41

958,1

17,5

10,95

29

Жиганск, Якутия

66°46'

123°24'

0,06

997,4

15,7

8,55

30

Игарка

67°28'

86°34'

0,03

1005,8

15,7

9,6

31

Ивдель,
Свердловская обл.

60°41'

60°26'

0,1

997,8

17,3

10,05

32

Иркутск

52°16'

104°21'

0,485

956,5

18,2

11,2

33

Казань

55°47'

49°11'

0,06

996,4

19,5

11,14

34

Калининград

54°42'

20°37'

0,03

1011,1

16,6

10,72

35

Кандалакша, Мурманск, обл.

67°08'

32°26'

0,03

1007,2

13,7

8,68

36

Кемь-Порт, Карелия

64°59'

34°47'

0,01

1010,1

13,0

9,26

37

Киренск, Иркутская обл.

57°46'

108°07'

0,26

976,1

18,8

10,98

38

Ключи, Камчатка

56°19'

160°50'

0,02

1005,9

12,6

9,13

39

Корф, Камчатка

60°21'

166°00'

0

1009,6

11,5

8,53

40

Красноярск

56°00'

92°53'

0,21

983,6

18,2

10,98

41

Красный Чикой Читинская обл.

50°22'

108°45'

0,77

918,4

16,2

10,66

42

Курск

51°39'

36°11'

0,25

984,0

19,6

10,7

43

Кызыл

51°50'

94°30'

0,63

934,5

19,4

9,6

44

С.-Петербург

59°58'

30°18'

0

1003,2

15,0

10,2

45

Самара

53°15'

50°27'

0,04

1005,0

20,7

11,1

46

Марково, Магаданская обл.

64°41'

170°25'

0,03

1005,4

12,7

8,3

47

Минеральные Воды

44°13'

43°06'

0,31

975,4

22,6

11,9

48

Могоча, Читинская обл.

53°44'

119°47'

0,62

993,8

16,5

10,6

49

Москва

55°45'

37°34'

0,16

989,7

17,6

10,87

50

Мурманск

68°58'

33°03'

0,05

1004,7

10,9

8,07

51

Нарьян-Мар

67°39'

53°01'

0,01

1010,2

13,7

8,5

52

Начаева бухта, Магаданская обл.

58°37'

150°47'

0,12

995,6

11,4

8,5

53

Нижнеудинск

54°53'

99°02'

0,41

595,6

17,2

10,75

54

Николаевск-на-
Амуре

53°09'

140°42'

0,05

1003,6

15,4

10,6

55

Новосибирск

55°02'

82°54'

0,16

991,3

20,4

11,5

56

Оленск, Якутия

68°30'

112°26'

0,20

988,3

14,4

7,87

57

Олекминск, Якутия

60°24'

120°25'

0,13

989,8

18,4

10,1

58

Омолон, Магаданская обл.

65°07'

160°25'

0,26

976,8

11,6

7,55

59

Омск

54°56'

73°24'

0,09

996,0

20,7

10,77

60

Оренбург

51°45'

55°06'

0,11

996,2

21,6

10,88

61

Оймякон

63°16"

143°09'

0,73

921,0

12,0

7,34

62

Пенза

53°08'

45°01'

0,17

990,5

19,5

10,8

63

Петрозаводск

61°49'

34°16'

0,04

1005,0

15,0

9,6

64

Петропавловск-
Камчатский

52°58'

158°45'

0,01

1008,0

13,2

9,34

65

Печора

65°07'

57°06'

0,06

1002,0

16,6

8,9

66

Подкаменная Тунгуска

61°36'

90°00'

0,06

1001,5

18,2

10,5

67

Поронайск, Сахалинская обл.

49°13'

143°06'

0,03

1005,0

11,6

9,87

68

Ростов-на-Дону

47°15'

39°49'

0,08

993,0

23,0

11,2

69

Салехард

66°32'

66°32'

0,04

1004,0

14,7

9,15

70

Саратов

51°34'

46°02'

0,17

991,0

20,7

11,3

71

Усть-Баргузин, Бурятия

53°26'

108°59'

0,46

958,0

14,7

9,98

72

Уфа

54°45'

56°00'

0,2

998,0

18,8

11,8

73

Хабаровск

48°81'

135°10'

0,07

1002,0

20,9

13,9

74

Хакасская (Абакан)

53°45

91°24"

0,25

978,0

19,5

11,0

75

Ханты-Мансийск

60°58'

69°04'

0,04

1004,0

18,3

11,2

76

Хатанга

71°59'

102°28'

0,02

1005,0

13,0

7,82

77

Хейса о., Архангельская обл.

80°37'

58°03'

0,02

1006,0

0,7

4,73

78

Челюскина мыс

77°43'

104°17'

0,01

1010,0

1,6

5,04

79

Четырехстолбовой, о., Якутия

70°38'

162°24'

0,01

1008,0

1,6

5,0

80

Тамбов

52°44'

41°28'

0,14

995,0

19,6

11,1

81

Тарко Сале, Тюменская обл.

64°55'

77°49'

0,03

1006,0

16,3

10,0

82

Терней, Приморский край

45°02'

136°40'

0,01

1005,0

16,7

12,7

83

Тикси

71°35'

128°55'

0,01

1008,0

7,1

6,64

84

Тобольск

58°09'

68°11'

0,05

1003,0

18,7

11,6

85

Троицкий прииск, Бурятия

54°37'

113°08'

0,13

992,0

12,4

8,56

86

Туапсе

44°06'

39°06'

0,1

996,0

23,0

14,9

87

Туруханск

65°47'

87°57'

0,03

1006,0

17,3

9,98

88

Екатеринбург

56°48'

60°38'

0,29

978,0

18,0

11,1

89

Сеймчан, Магаданская обл.

62°56'

152°25'

0,21

987,0

13,4

8,21

90

Смоленск

54°45'

32°04'

0,24

985,0

17,1

10,8

91

Сортавала

61°43'

30°43'

0,02

1006,0

15,3

9,81

92

Советская гавань

48°50'

140°08'

0,02

1004,0

15,5

11,4

93

Симушир, о.

46°5Г

151°52'

0,03

1003,0

10,0

9,06

94

Сусуман, Магаданская обл.

62°50'

148°10'

0,65

93 1.0

11,6

7,53

95

Сутур, Хабаровский край

50°04'

132°08'

0,35

975,0

17,7

12,4

96

Сухиничи

54°07'

35°20'

0,24

985,0

17,9

10,9

97

Сыктывкар

61°40'

50°51'

0,1

998,0

17,0

10,3

98

Чита

52°01'

113°20'

0,68

927,0

18,3

10,8

99

Мыс Шалаурова, Якутия

73°11'

143°56'

0,01

1006,0

2,3

5,23

100

Мыс Шмидта, Магадан, обл.

68°55'

179°29'

0,01

1005,0

4,2

5,67

101

Южно-Курильск

44°01'

145°49'

0,04

1003,0

14,9

12,0

102

Южно-Сахалинск

46°55'

142°44'

0,02

1005,0

16,4

11,8

103

Якутск

62°05'

129°45'

0,1

995,0

18,9

9,08

2. Методика расчета множителя ослабления для сухопутных трасс
по Рекомендации ITU-R Р.1546 без учета климатических особенностей

В данной методике описан расчет напряженности поля на основе эмпирически полученных кривых напряженности поля для заданного набора высот антенн, частот, процентов времени превышения и т.д., для ЭИИМ 1 кВт. В предложенной методике напряженность поля в каждом конкретном случае рассчитывается путем интерполяции или экстраполяции эмпирических кривых напряженности с учетом условий приема, которые вводятся определенными поправками к интерполированным значениям. Интерполяция напряженности поля проводится последовательно по различным параметрам: по высоте передающей антенны, по частоте, по проценту времени и т.д. Также в методике приведен алгоритм, в котором описана последовательность интерполяций и экстраполяции напряженности поля по различным параметрам, рассмотрен математический аппарат интерполяций и экстраполяции и показаны условия введения последующих поправок, учитывающих конкретные условия приема и распространения радиоволн [11].

Предлагаемая методика позволяет по известным передаваемым и принимаемым величинам напряженности поля вычислить конкретное значение ослабления сигналов на трассе.

2.1. Ограничения, налагаемые на расчеты по методике

На расчеты, проводимые по данной методике, налагаются следующие ограничения:

- расчет напряженности поля применим к расстояниям от 1 до 1000 км;

- методика может использоваться в диапазоне частот от 30 до 3000 МГц;

- результаты расчетов по методике справедливы для процентов времени превышения от 1 до 50%;

- допустимые высоты подвеса антенн передающих станций относительно среднего уровня рельефа (см. ниже) ограничены величиной до 3000 м;

- допустимые высоты подвеса антенн приемных станций ограничены величиной от 1 до 3000 м;

- результаты расчетов по методике справедливы для процентов покрытия от 1 до 99%;

- максимальная получающаяся напряженность поля не должна превышать ее значения для распространения в свободном пространстве.

2.2. Исходные данные

В качестве исходных данных в методике предполагаются известными следующие величины:

- высота подвеса антенны передающей станции h относительно уровня земли в точке установки;

- высота подвеса приемной станции h = h относительно уровня земли в точке установки;

- длина и профиль трассы, полученный на основе цифровой карты;

- средняя высота застройки в точке установки антенны приемной станции при нахождении в городе/пригороде (застройка менее 10 м считается территорией вне города и заменяется при расчете на минимально допустимое значение 10 м);

- для трасс длиной менее 15 км средняя высота застройки трассы при расположении в городе/пригороде;

- требуемый процент времени превышения найденного уровня сигнала;

- требуемый процент покрытия по превышению найденного уровня сигнала.

2.3. Процедуры для выполнения расчетов

Процедура N 1. Ограничение максимального значения напряженности поля.

Напряженность поля для сухопутной трассы не должна превышать максимальную величину Е:

Е = E, ДБ (мкВ/м),

(П1В.124)

где E - напряженность поля в свободном пространстве для 1 кВ э.и.м., определяемая выражением:

E = 106,9 - 20 lg(d) дБ(мкВ/м),

(П1В.125)

d - длина трассы, км.

Полученная напряженность поля сравнивается с максимальной, и в случае превышения значения максимальной напряженности, полученная напряженность заменяется на Е.

Процедура N 2. Определение высоты передающей антенны h относительно среднего уровня рельефа.

При длине трассы d менее 15 км:

h = h, м

(П1В.126)

где h - высота подвеса передающей антенны над средним уровнем неровностей Земли. Этот уровень рассчитывается путем усреднения по интервалу трассы от 0,2d до d км.

При длине трассы d более 15 км:

h = h, м

(П1В.127)

где h - высота подвеса передающей антенны над средним уровнем неровностей Земли. Этот уровень рассчитывается путем усреднения по интервалу трассы от 3 до 15 км.

Процедура N 3. Интерполяция/экстраполяция напряженности поля по высоте передающей антенны, для h, лежащей в диапазоне от 10 до 1200 м.

Если значение h совпадает с одной из восьми высот, для которых представлены эмпирические кривые, а именно 10, 20, 37,5, 75, 150, 300, 600 или 1200 м, требуемая напряженность поля может быть получена непосредственно из соответствующих кривых. Если значение h не совпадает с одной из этих высот, требуемая напряженность поля может быть получена путем интерполяции по двум ближайшим кривым, используя выражение:

Е = E + (E - E) lg(h/h)/lg(h/h) дБ (мкВ/м),

(П1В.128)

где:

  • h