Расчет вероятности нарушения связи из-за многолучевого распространения

Метеорологические условия в пространстве, разделяющем передатчик и приёмник, могут иногда оказывать вредное воздействие на принимаемый сигнал. Лучи, которые обычно затухают в тропосфере, могут преломляться и попадать в приёмную антенну и в приёмник, где они суммируются с полезным сигналом. Амплитудно-фазовые соотношения между этими сигналами определяют результирующий сигнал на выходе приёмника.

При этом возникают два эффекта, влияющих на качество передачи сигналов. В одних случаях все компоненты полезного сигнала уменьшаются в равной степени. Это так называемые «плоские» замирания [8].

В других случаях подавляются только некоторые компоненты спектра, вызывая его искажения. Это так называемые «селективные» замирания. Эти два эффекта проявляются раздельно.

Плоские замирания

В отчёте 338-6 МСЭ-Р и в рекомендации 530 даются два различных метода для расчёта вероятности появления замираний для худшего месяца. Эти методы называются метод 1 и метод 2. Метод 1 используется для проектирования на начальном этапе, метод 2 - для более детального проектирования. Несмотря на то, что профиль нам известен, для пролёта Чажемто -Леботер проведём расчёт первым методом.

Измерения проведённые в различных частях мира (отчёт 336-8 МСЭ-Р и рекомендация 530), показали, что вероятность снижения уровня принимаемого сигнала на по сравнению с уровнем сигнала в свободном пространстве (вероятность нарушения связи), равна [8]:

%, (5.9)

где – запас на замирание, дБм;

– вероятность появления замирания, %, которая находится по следующей формуле:

, % (5.10)

где – наклон пролёта (миллирадиан):

мрад, (5.11)

где – абсолютные высоты подвеса антенн, м;

– геоклиматический коэффициент, его можно оценить по данным замираний для среднего худшего месяца.

При отсутствии таких данных можно использовать следующие эмпирические соотношения для сухопутных трасс:

(5.12)

где P_L – это процент времени, в течении которого средний коэффициент преломления в самых нижних 100 м атмосферы меньше, чем – 100 N/км. В методике Nera приведены значения P_L для четырёх различных месяцев. Выбирается месяц, имеющий наибольшее значение P_L. По рисункам в находим значение P_L = 5. М=10^-0,2 этот коэффициент используется при сильно изрезанных профилях пролётов, когда не имеет смысла определять среднее значение угла касания. В нашем случае М=1.

Селективные замирания

Характеристики радиорелейных линий прямой видимости могут быть серьёзно ухудшены селективными замираниями из-за амплитудных и фазовых искажений в полосе сигнала. Эти многолучевые (или селективные) замирания могут появиться в результате отражений от поверхности или аномалий в атмосфере, например, большого градиента в атмосферном волноводе [8].

При неизменной во времени горизонтально расслоенной атмосфере вертикальный градиент преломления в атмосфере вызывает появление нескольких лучей распространения между передатчиком и приёмником на линии прямой видимости, как показано на рисунке 5.3. Но это лишь упрощенная модель, на самом деле в приемник приходит множество отраженных сигналов на один переданный.

Рисунок 5.3 - Упрощённая двулучевая модель селективных замираний

Если через обозначить относительное время задержки между двумя путями распространения радиоволн, то относительная фаза между двумя сигналами будет равна , являясь функцией частоты . Т.е. амплитуда и фаза принятого сигнала изменяется с частотой. Такое изменение сигнала на радиолинии в зависимости от частоты называется селективным замиранием.

Влияние селективного замирания на цифровую радиорелейную линию можно кратко описать следующим образом [18]:

· уменьшается отношение сигнал/шум и, следовательно, увеличивается вероятность ошибки (BER);

· искажается форма импульса, увеличивая межсимвольную интерференцию и вероятность ошибки;

· увеличиваются взаимные помехи между ортогональными несущими, потоками I и Q и, следовательно, увеличивается BER.

Имеется целый ряд различных методов прогноза нарушений связи, вызванных селективными замираниями. Фирма “Nera” выбрала использование метода сигнатур, описанных в отчёте 784-3 МСЭ-Р.

Этот метод достаточно хорошо согласуется с результатами измерений и ясно показывает способность радиоаппаратуры противостоять селективным замираниям.

Вероятность появления селективного замирания равна:

%, (5.13)

Где – коэффициент сигнатуры оборудования;

– типовое значение задержки отражённого сигнала на пролёте, нс, определяется по следующей формуле:

– время задержки отражённого сигнала во время измерения кривых сигнатуры; 6,3 нс;

– коэффициент активности замирания, находится по следующей формуле:

(5.14)

Общая вероятность нарушения радиосвязи, вызванная многолучевым замиранием, равна сумме вероятностей нарушений, вызванных плоским и селективным замиранием:

%, (5.15)

В методике Nera нет детального расчета параметра SESR. Его значение будем брать из программы Territories. Упрощенно этот расчет можно отобразить следующей формулой:

(5.16)