0. Поширення заважаючих радіосигналів

Механізми поширення завад. 

Заважаючі сигнали (завади) між станціями різних систем радіозв’язку можуть виникати через довгострокові й короткострокові механізми поширення [34]. При цьому є деякі особливості дії цих механізмів поширення як носіїв МС. Траси поширення ЗС можуть мати самі довільні характеристики. Тому проблема надійного прогнозування рівнів ЗС пов’язана із труднощами обліку великої розмаїтості типів і параметрів трас і умов поширення на них. При цьому в деякі періоди часу на певній відстані від передавальної станції спостерігаються переваги того або іншого механізму поширення або одночасна дія декількох механізмів поширення ПС [36].

Пряма видимість. Рівні ПС можуть часто значно збільшуватися в короткі періоди часу через багатопроменеве поширення й фокусуючих ефектів, викликуваних шаруватою структурою атмосфери.

Дифракція. За прямою видимістю й при нормальних умовах ефекти дифракції звичайно домінують там, де виявляються значні рівні сигналу. Дифракційний прогноз повинен досить точно враховувати округлість Землі, природні й штучні завади на трасі поширення ПС.

Тропосферне розсіювання. Цей механізм визначає рівень фонової завади для трас довжиною більше 100... 150 км, коли дифракційне поле стає дуже слабким. Проте, за винятком деяких спеціальних випадків (земні станції супутникових систем зв’язку й станції радіолокаційних систем), завада через тропосферне розсіювання буде на досить низькому рівні.

Поверхневий хвилевод. Цей найбільш важливий короткостроковий механізм поширення ЗС може викликати високі рівні сигналу на більших відстанях (більше 500 км над морем). Рівень таких ЗС за певних умов може перевищити рівень, що відповідає поширенню у вільному просторі.

Відбиття й переломлення шарами, що піднімаються. Відбиття і/або переломлення від шарів на висотах до кількох сотень метрів має велике значення як механізму поширення, що обумовлює при сприятливій геометрії траси рівні ЗС вище, ніж при поширенні за рахунок дифракції. Крім того, вплив даного механізму поширення може бути істотним на дуже більших відстанях (аж до 250.. .300 км).

Розсіювання гідрометеорами може бути потенційним джерелом МС між передавачами наземних ліній зв’язку й земних станцій через фактично всеспрямованного характеру перевипромінювання радіохвиль і може, отже, впливати по трасах, що лежить поза площиною великого кола. Рівні таких ПС можуть бути значні так само, як і при тропосферному розсіюванні, тільки в специфічних випадках (земні станції супутникових систем зв’язку або станції радіолокаційних систем).

Екранування локальними неоднорідностями (будови, дерева й т.п.). Цей фактор при поширенні ПС відіграє захисну роль, оскільки деякою мірою знижує рівні ПС у точці їхнього прийому.

Методи прогнозу рівнів ПС у діапазоні частот 0,7... 100 ГГц утримуються в Рекомендації Р.452 МСЕ-Р [36]. Нижче коротко розглядається її основний зміст, що стосується особливостей поширення ЗС і прогнозування їхніх рівнів у різних умовах.

Радіометеорологічні дані. У процедурах прогнозу характеристик поширення ЗС застосовуються три радиометеорологических параметри [34]:

–  – зміна середнього індексу рефракції атмосфери на 1 км висоти;

–  – відсоток часу, для якого заломлююче індексне перевищення похибки од./км може очікуватися на перших 100 м висоти атмосфери; повинен визначатися на географічній широті середини траси;

 – індекс рефракції на рівні поверхня моря.

Радіокліматичні зони, для яких застосовні методи прогнозування Рекомендації Р.452 [34], наведені в табл. 2.2.

Таблиця 2.2 - Радіокліматичні зони

Тип зони	Код	Визначення
Берегова зона	А1	Берегова земля і області берега, тобто земля, суміжна з морем, висотою до 100 м. відносно середнього рівня моря або води, або обмежена відстанню 50 км. від найближчої морської зони
Материки	А2	Вся земля, крім берегової зони і області берега, визначене вище як «берегова зона»
Моря	В	Моря, океани та інші великі водні простори (тобто покриваючі територію не менше 100 км. у діаметрі)

Ефективний радіус Землі.

Медіанне значення параметра ефективного радіуса Землі для траси визначається зі співвідношення

(2.11)

З урахуванням дійсного радіуса Землі 6371 км, медіанне значення ефективного радіуса Землі

 км.

Поширення ПС в умовах прямої видимості. Основні втрати при передачі дБ, що не перевищують для км. часу

(2.12)

де f – частота, ГГц; d – довжина траси, км;  – параметр корекції, що враховує ефекти багатопроменевого поширення й фокусування, дБ,

(2.13)

 – загальне поглинання атмосферними газами, дБ [54],

(2.14)

 – специфічне ослаблення в сухому повітрі й водяних парах відповідно;  – щільність водяних пар.

Поширення МС через дифракцію. Основні втрати при передачі, дБ, перевищуються не для часу,

(2.15)

де . (2.16)

Тут  – дифракційні втрати для , що обчислюються у відповідності Рекомендацією Р.526 [31] для ; – дифракційні втрати для , що обчислюються у відповідності Рекомендацією Р.526 [31] для  – параметр інтерполяції, заснований на тому, що дифракційні втрати для відсотків підкоряються нормальному закону розподілу,

. (2.17)

Тут  – звернення (зворотня функція) інтеграла ймовірності [31], що відповідає співвідношенням

; (2.18)

 – виправлення на багатопроменеві ефекти між антенами й завадами, дБ, що знаходиться за формулою

, (2.19)

де  – відстані від передавальної й приймальної антен до їх радіогоризонтів, км, відповідно, ці величини визначаються із профілю траси поширення ПС відповідно до методики, описаної в [31].

Поширення ПС шляхом тропосферного розсіювання.

При малих відсотках часу важко встановити дійсний тропосферний ефект поширення, оскільки є й другорядні ефекти такого способу поширення, такі, як тропосферний хвилевід і відбиття шаруючи. Це допускає безперервний прогноз основних втрат передачі в межах відсотків часу .

Основні втрати при передачі , дБ, перевищуються на протязі , можуть бути визначені за формулою

(2.20)

де  – кут розсіювання на трасі поширення, мрад;  – частотно-залежні втрати, дБ,

(2.21)

Втрати посилення антен дБ, визначаються за формулою

(2.22)

де , і  – коефіцієнти підсилення передавальної й прийомної антени відповідно;  – поглинання в газах, що розраховується за (2.14) при для повної довжини траси.

Екранування ПС локальними неоднорідностями. Цей механізм поширення ПС є джерелом додаткових дифракційних втрат у випадку розміщення антен в оточенні локальних інфраструктурних неоднорідностей (будови, рослинність і т.п.). Коли достовірна інформація про такі неоднорідності відсутня, втрати через розсіювання на інфраструктурних неоднорідностях не повинні враховуватися. Втрати цього виду розраховують для номінальних параметрів типових неоднорідностей (висоти й відстань від неоднорідності до антени), дані по яких представлені в табл. 2.3.

Таблиця 2.3 - Номінальні параметри типових неоднорідностей

Категорування неоднорідностей (по типу місцевості)	Номінальна висота неоднорідностей	Номінальна Віддстань від неоднорідностей до антени
Поля, парки, рідко розтущі дерева, сади рідко розташовані будинки	4	0,1
Центр селища	5	0,07
Листяні ліси	15	0,05
Хвойні ліси	20	0,05
Тропічні ліси	20	0,03
Приміська зона	9	0,025
Приміська зона із щільною забудовою	12	0,02
Місто	20	0,02
Місто із щільною забудовою	25	0,02
Промислова зона	20	0,05

Додаткові втрати із-за екранування локальними неоднорідностями

, (2.23)

де  – відстань від точки розташування неоднорідності до антени, км;  –висота антени над локальним рівнем землі, м;

 – номінальна висота неоднорідності над локальним рівнем землі, м.

Поширення ПС через розсіювання гідрометеорами.

Модель цього механізму поширення ПС базується на двох фундаментальних припущеннях [31,38]:

– розсіювання відбувається тільки в межах осередку дощу, що має циліндричний поперечний переріз, діаметр якої залежить від інтенсивності дощу в осередку. У межах осередку дощу інтенсивність дощу й, отже, відбиваність є постійними аж до висоти дощу, середнє значення якої залежить від географічної широти, але зі специфічним розподілом щодо цього значення. Вище висоти дощу приймається лінійне зменшення відбиваності;

– ослаблення відбувається як усередині, так і зовні осередку, але тільки нижче висоти дощу. Усередині осередку приймається добре відома залежність специфічного ослаблення від інтенсивності дощу.

За допомогою даної моделі можна обчислювати рівні ПС як на довгих трасах (більше 100 км), так і на короткі (аж до декількох кілометрів) з довільними кутами піднесення на обох терміналах, а також на трасах з бічним розсіюванням (тобто поза площиною великого кола) і на трасах поширення ПС через бічний пелюсток ДНА однієї станції й головний пелюсток ДНА іншої станції.

Діаметр дощового осередку , км, залежить від інтенсивності дощу R, мм/год, як

. (2.24)

Осередок центрується на точці перетину ДНА взаємодіючих станцій, як показано на рис. 2.7.

Рисунок 2.7 - Геометрія траси поширення ПС через розсіювання радіохвиль дощовим осередком

Втрати передачі  дБ, через розсіювання гідрометеорами для даної інтенсивності дощу R і висоти дощу можуть бути виражені співвідношенням

(2.25)

де  – параметр ефективності антени ПС , типове значення ;

 – відстань між станціями через обсяг розсіювання (ОР), км;

f – частота, ГГц;

 – параметр відбиваності одиничного обсягу дощу нижче або вище висоти дощу, мм⁶/м³,

(2.26)

Тут  – середньохвилинна інтенсивність дощу в точці, що перевищується протягом часу;  – поправочний параметр на відхилення закону розсіювання від релеєвского на частотах вище 10 ГГц [31]:

(2.27)

де  – кут розсіювання траси поширення ПС;

 – ослаблення в кисні й парах води, що розраховується за (2.14) при =7,5 г/м³ [36];

C – ефективна передатна функція розсіювання,

(2.28)

де  – мінімальна й максимальна висота інтегрування;

 – коефіцієнт підсилення антени наземної станції;

 – ДНА наземної станції в напрямку на ОР;

 – кут піднесення осі ДНА земної станції;

 – відбиваність обсягу розсіювання, нормалізована до ,

(2.29)

Тут  – середня висота дощу, значення якої наведені в Рекомендації Р.838 [38];  – ослаблення в дощі від наземної станції до ОР і від ОР до земної станції, відповідно.

При даних розрахунках ДНА наземної станції апроксимується гаусовською функцією виду

(2.30)

де  – різниця висот точок перетинання віссю антени земної станції променя антени наземної станції за рівнем 0,5 (точки – 3 дБ).

Завідувач кафедри РРМ

ДТН, СНС В.А. ДРУЖИНИН