Розрахунок лінії зв‘язку між радіодавачем та системою збору інформації

 

У основу розрахунку енергетики сигнала та завади треба покласти модель, що використовує рівняння передачі

 

,

 

де – потужність сигнала на вході приймача (дБ);

– потужність передавача (дБ);

, – відповідно: коефіцієнти підсилення антен передавача та приймача (дБ);

– параметр, що характеризує втрати електромагнітної енергії між передавачем та приймачем системи безпроводової передачі інформації (дБ);

, – втрати у фідерному тракті відповідно передавача та приймача (дБ).

У загальному випадку складається з двох частин

 

,

 

де – загасання у вільному просторі;

– додаткові втрати сигнала за рахунок інших механізмів поширення радіохвиль: дифракції, відбиття хвилі від землі та ін.

Втрати у вільному просторі

 

,

 

де – довжина радіотраси між передавальною та приймальною антенами;

– довжина хвилі.

Додаткові втрати сигналу визначаються виходячи з умов середовища поширення даного сигнала. Для кожної умови розміщення системи радіозв‘язку використовується свої технічні рішення. Студент повинен отримати від викладача детальну інформацію про розташування антен радіодавача і системи збору інформації, та відповідно до неї врахувати можливі втрати сигнала. Так, наприклад, в умовах використання радіозв‘язку у приміщеннях параметр додаткового загасання енергії сигнала може визначатись наступним рівнянням:

 

,

 

де – додаткове загасання радіохвиль, що викликано впливом стін та перекриттям поверхів;

– додаткові втрати енергії сигнала при заповненні простору різними предметами;

– випадкова компонента загасання;

– додаткові втрати за рахунок нелінійних спотворень у тракті приймача;

– втрати за рахунок частотного неспівпадіння завади та робочої смуги пропускання приймача. Будемо рахувати, що ці втрати відсутні.

визначається як:

 

,

 

де ;

– висота кожного поверха, м;

, – висоти передавальної та приймальної антен, м;

– довжина кімнати;

– втрати за рахунок міжповерхового перекриття;

– втрати за рахунок впливу стін;

– емпірічний параметр;

– несуча частота, МГц;

– довжина радіотраси, км.

Зазвичай для стін береться дБ та , а для міжповерхового перекриття дБ та .

Параметр , що характеризує додаткові втрати енергії сигнала при заповненні простору різноманітними предметами, вводиться, коли умови поширення такі, що у навколишньому середовищі досить багато різноманітних об‘єктів, що перевипромінюють чи поглинають електромагнітну енергію сигналів:

,

 

де – коефіцієнт погоного загасання, що враховує заповнення простору різними предметами. Для майже порожнього простору дБ/м, для переповненого простору дБ/м.

Випадкова компонента додаткового загасання

 

,

 

де , – відображають відповідно: повільні та швидкі випадкові завмирання.

У нашому випадку швидкими завмираннями звичайно зневажають, бо вони характерні для досить протяжних, коли км, переважно закритих чи напівзакритих радіотрас. Тобто .

Причиною, що породжує випадкову зміну рівня сигнала, є різноманітні переміщення людей та предметів, переміщення транспортних одиниць та ін., відбитий сигнал від котрих приходить у точку прийома з випадковою фазою та (чи) з випадковою фазою і амплітудою. Квазіперіод цих завмирань становить секунди та більш довгі часові відрізки. Повільні завмирання становлять 10-16 дБ. Повільні завмирання зі значно більшими квазіперіодами (години) могуть бути результатом впливу атмосферних факторів, які теж бажано врахувати [27].

Параметр рекомендовано визначати за наступною формулою

 

,

 

де – смуга пропускання приймача по радіочастоті;

– ефективна ширина спектра сигналу.

В умовах використання лінії радіозв‘язку поза будівель необхідно враховувати, що основними механізмами поширення радіохвиль у загальному випадку є: дифракція, рефракція, розповсюдження у вільному просторі та уздовж земної поверхні, перевідбиття від різноманітних поверхонь. Ці механізми можуть діяти разом чи у різних комбінаціях в залежності від фізико-географічних умов. Є низка рекомендацій ITU, що дозволяють враховувати різноманітні механізми поширення радіохвиль.

Незважаючи на те, що у науковій літературі питання оцінки втрат при поширенні радіохвиль розглянуто досить широко, точні методи розрахунку складні, для чого потрібен докладний аналіз профілю траси. Тому для оцінки втрат зовні будинків рекомендується використовувати спрощені методи, що враховують сукупність перерахованих механізмів поширення радіохвиль. Однією з найбільш відомих емпірічних формул, що дозволяє прогнозувати середні втрати при поширенні радіохвиль при відсутності прямої видимості, є формула Окамури-Хата [27]

 

 

де ;

;

;

;

;

, – висоти встановлення антен базової станції та абонентської станції.

Комітетом Європейського співробітництва у області науково-технічних досліджень (EURO COST) рекомендується також використовувати більш точну модифіковану модель COST 231 Hata. Згідно цієї моделі ослаблення визначається за формулою

 

,

 

де – середні втрати сигнала в залежності від умов середовища поширення радіосигнала, дБ;

– середньоквадратичне відхилення повільних завмирань, дБ;

– висота антени передавача, м;

– висота антени приймача, м;

– несуча частота радіосигналу, МГц;

– відстань між передавачем та приймачем, км.

У випадку коли відстань між приймальною та передавальною антенами становить км, середні втрати можна визначити як:

1. місто

- 150 МГц < ≤ 1500 МГц

 

;

 

- 1500 МГц < ≤ 2000 МГц

 

;

 

- 2000 МГц < ≤ 3000 МГц

 

;

 

2. приміські райони

 

;

 

3. сільська місцевість

 

;

 

4. відкритий простір

 

.

 

При цьому параметри , , , , у наведених формулах знаходяться наступним чином:

 

,

,

,

,

.

 

Вважається, що стандартне відхилення розподілене по логнормальному закону та визначається за наступними формулами:

- 0.2 км < ≤ 0.6 км

 

дБ (поширення хвиль нижче дахів будинків),

дБ (поширення хвиль вище дахів будинків);

 

- 0.6 км <

дБ.

 

При виконанні курсового проекту для розрахунку радіолінії зв‘зку між радіодавачем та базовою станцією збору інформації за наведеною методикою, оцінки втрат сигналу при його поширенні та аналізу впливу різноманітних завад на якість радіозв‘язку можна також скористатися програмою SEMCAT, яку можна взяти на кафедрі “Основ радіотехніки”.

Таким чином, після визначення початкових вимог і формування функціональної схеми радіодавача, а також розрахунку його радіолінії зв‘язку треба перейти до проектування транзисторного підсилювача потужності – одного з основних функціональних вузлів тракту передачі радіодавача.