Проектирование цифровой радиорелейной линии на участке Томск-Чажемто (стр. 12 из 27)
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 PL – это процент времени, в течении которого средний коэффициент преломления в самых нижних 100 м атмосферы меньше, чем – 100 N/км. В методике Neraприведены значения PL для четырёх различных месяцев. Выбирается месяц, имеющий наибольшее значение PL. По рисункам в находим значение PL = 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)где
процент времени, в течение которого величина коэффициента ошибок навыходе ЦРРЛ превосходит максимально допустимый коэффициент ошибок из-
за многолучевых (интерференционных) замираний на интервале;
процент времени, в течение которого величина коэффициента ошибок навыходе цифровой РРЛ превосходит максимально допустимый коэффициент
ошибок из-за субрефракционных замираний, происходящих по причине экрани-
рующего влияния препятствий при субрефракции;
коэффициент интерференции (обычно 
); 
коэффициент готовности в условиях интерференционных замираний; 
коэффициент готовности в условиях субрефракционных замираний.5.3.4 Расчет вероятности нарушения связи, вызванного дождем
Передача СВЧ-сигнала подвержена влиянию осадков. Дождь, снег, частички льда и град ослабляют и рассеивают СВЧ-сигнал, что определяет готовность системы с точки зрения качества передачи. Энергия ослабляется из-за переизлучения (рассеяние) и поглощения (нагревания).
Так как радиоволны представляют собой переменное во времени электромагнитное поле, оно наводит в дождевой капле дипольный момент. Диполь дождевой капли изменяется во времени так же, как и радиоволна и поэтому действует как антенна, переизлучающая энергию. Дождевая капля представляет собой антенну с очень небольшой направленностью и какая-то доля энергии переизлучается по различным направлениям, что приводит к частым потерям энергии. Когда длинна волны меньше размера дождевых капель, большая часть энергии уходит на нагревание капель. Напряжённость поля радиоволны сильно меняется из-за наведения дипольного момента [18].
Увеличение дождевых капель приводит к изменению их формы, они приобретают форму отличную от сферической. Это отклонение от сферической формы вызывает их растяжение в горизонтальном направлении. Следовательно, капли будут ослаблять горизонтально поляризованную волну больше, чем вертикально поляризованную. Это значит, что вертикальная поляризация предпочтительней на высоких частотах, где доминирует «простой» радиолинии, вызванный дождём.
Поскольку дождь имеет тенденцию идти зарядами (особенно дожди с высокой скоростью), только часть пролёта радиолинии будет подвержена влиянию дождя.
Эффективная длина пролёта, содержащего дождевые заряды, определяется выражением:
км, (5.17)где
– интенсивность дождя (значение было приведено в исходных данных, выбирается в зависимости от региона).Затухание на пролёте, вызванное дождём, может быть найдено по формуле:
(5.18)где k = 0.00454, α = 1.327 – коэффициенты регрессии для данного частотного диапазона, как функции частоты и поляризации (взяты из методики фирмы Nera). Расчёт неготовности, вызванной дождём, будет вестись для горизонтальной поляризации, т.к. в этом случае затухание в осадках электромагнитной волны выше.