13. Особенности и применение ррл е-диапазона 71-76 и 81-86гГц.

Е-диапазон состоит из трех частотных полос - 71-76, 81-86 и 92-95 ГГц.

При распределении частот Е-диапазона, включающего два канала по 5 ГГц, не происходит деления на полосы, как в случае более низкочастотных СВЧ-диапазонов. Благодаря широкой полосе Е-диапазон достаточен для передачи данных со скоростью 1 Гбит/с посредством простейших схем модуляции, например, двухпозиционной фазовой манипуляции (BPSK). При более сложных схемах модуляции скорость передачи в полнодуплексном режиме может достигать 10 Гбит/с. Поскольку простые схемы модуляции не требуют высокой линейности усилительных трактов в трансиверах, то усилители мощности передатчика могут работать в режиме максимальной выходной мощности. А большая выходная мощность наряду с высоким коэффициентом усиления антенны обеспечивает высокую излучаемую мощность, что позволяет компенсировать возможные потери передачи и делает системы Е-диапазона сравнимыми по характеристикам с СВЧ-системами связи "точка-точка". Не менее важное достоинство Е-диапазона заключается в возможности существенного снижения габаритов антенных систем, обеспечивающих, тем не менее, формирование узкой диаграммы направленности. Помимо удешевления за счет меньших размеров более миниатюрные антенны испытывают гораздо меньшую ветровую нагрузку, что весьма ощутимо сказывается на стоимости системы связи.

На дальность связи в миллиметровом диапазоне значительное влияние оказывают затухание на молекулах воды, кислорода, а также погодные факторы.

В СВЧ-диапазонах до 38 ГГц атмосферное затухание не превышает 0,3 дБ/км. За подъемом в районе 23 ГГц следует сильное затухание на 60 ГГц, обусловленное поглощением радиоволн молекулами кислорода, На частоте 60 ГГц ослабление достигает 14 дБ/км, что существенно ограничивает дальность передачи радиоволн. На частотах выше 100 ГГц начинают сказываться другие эффекты молекулярного поглощения (в том числе на молекулах воды). Слабая зависимость от тумана и облачности.

Окно относительной прозрачности лежит в диапазоне 70-100 ГГц. Здесь атмосферное затухание составляет около 1,5 дБ/км, что близко к затуханию в традиционных СВЧ-диапазонах. В результате становится возможным передавать радиосигналы на значительные расстояния 5-10 км.

В случае сильного дождя (интенсивность 25 мм/ч) затухание сигнала в Е-диапазоне достигает 10 дБ/км

Быстрое затухание радиоволн делает обязательным применение антенн с узкой диаграммой направленности, что устраняет проблему интерференции различных источников сигнала и упрощает задачу частотного планирования (как технически, так и административно). Использование диапазона не требует лицензирования.

14. Зона Френеля. Радиус зон Френеля. Область, существенная для распространения радиоволн.

При распространении радиоволн в свободном пространстве различные области пространства неодинаково влияют на формирование поля на некотором расстоянии от излучателя. Согласно принципу Гюйгенса, каждая точка фронта распространяющейся волны является источником новой вторичной сферической волны. Полное поле определяется путем суммирования элементарных полей, созданных вторичными источниками, находящимися на некоторой поверхности, окружающей первичный источник.

Пример зон Френеля для интервала РРЛ

15. Рефракция радиоволн. Виды рефракции.

Рефракция радиоволн - искривление направления распространения волн в неоднородной среде.

Изменения показателя преломления с высотой существенно влияют на распространение радиоволн, особенно УКВ диапазона. Сами по себе значения коэффициента преломления незначительно отличаются от единицы, но с учетом больших расстояний распространения радиоволн, небольшие его изменения приводят к искривлению траектории распространения радиоволны.

Тропосфера разбивается на тропосферные слои, в пределах каждого показатель преломления n считается неизменяемым. С учетом того, что с ростом высоты коэффициент преломления уменьшается и при дискретной аппроксимации

луч по закону преломления (в первом приближении отражёнными волнами можно пренебречь, так как скачёк Δn от слоя к слою очень незначителен) будет отклоняться в сторону земной поверхности.

Радиус кривизны траектории зависит от скорости изменения коэффициента преломления с высотой

-Нормальная (стандартная) рефракция:

-Критическая рефракция: радиус кривизны траектории распространения волны и радиус Земли совпадают

- Серхрефракция: эффект тропосферного волновода

- Отрицательная рефракция:

16. Дальность прямой видимости. Влияние рефракции на дальность радиосвязи.

+ прошлый вопрос

При нормальной рефракции расстояние прямой видимости возрастает на 15%.

При отрицательной рефракции траектория радиоволны обращена выпуклостью вниз — радиоволна удаляется от поверхности Земли

При сверхрефракции радиоволны, излученные под небольшими углами возвышения, испытывают в нижних слоях тропосферы полное внутреннее отражение и возвращаются к поверхности Земли. При последовательных отражениях от земной поверхности радиоволны могут распространяться на значительные расстояния за пределы «прямой видимости».

17. Составляющие затухания на интервалах РРЛ. Затухание в дожде и атмосферных газах.

При проектировании трассы радиосвязи для связи земной станции и спутника необходимо учитывать затухание радиосигнала, складывающееся из нескольких составляющих: затухание в атмосферных газах, дожде и облаках, амплитудные замирания радиосигнала.

Метод суммирования спектральных линий позволяет рассчитать величину ослабления, испытываемого радиоволной при распространении через газы атмосферы на основе таких параметров, как абсолютная температура T (К), давление сухого воздуха p (гПа), парциальное давление водяного пара водяной пар p (гПа) и индекс рефракции n. Основным принципом методики является разделение атмосферы на слои, вычисление влияния каждого отдельного слоя на сигнал и последующее суммирование найденных воздействий с целью получения итогового значения.

Метод расчета затухания в дожде, основывается на применении эффективной длины трассы и двух поправочных коэффициентов. Из-за неоднородной структуры дождя вводятся коэффициент ослабления по горизонтали и коэффициент подстройки по вертикали, с помощью которых далее непосредственно вычисляется эффективная длина трассы и перемножается с погонным затуханием с целью получения итогового значения

Затухание при распространении радиоволн в атмосфере также связано с облаками, представляющими собой скопление капель воды, размер которых не превышает 0,01 см. Для сигналов с частотой не более 200 ГГц погонное ослабление в облачности может быть выражено с использованием релеевской аппроксимации

Для осуществления оценки затухания необходимо иметь местные статистические данные об общем столбчатом объеме воды в жидкой фазе, содержащейся в облаках

Амплитудные мерцания, являющиеся изменением амплитуды радиоволны вследствие неоднородности индекса рефракции вдоль пути ее распространения, вызывают замирания сигнала. Эффект многолучевости, выраженный в приходе на приемную антенну не только самого сигнала, но и его переотраженных и преломленных копий, также может играть роль в замирании, а следственно, и ослаблении радиоволны. Тем не менее при углах места, больших или равных 5°, вклад многолучевости по сравнению с мерцанием незначительный.

18. Профиль трассы. Просвет на интервале. Типы интервалов – открытые, полуоткрытые, касательные, закрытые.

Радиус Н₀ называется также критическим просветом. При таком просвете множитель ослабления поля свободного пространства равен 1 (0 дБ), т.е. уровень принимаемого сигнала при таком просвете такой же, как и при установке антенн в свободном пространстве на расстоянии R₀.

19. Характеристики качества цифровых РРЛ. Показатели качества для битовых и блоковых ошибок

20. Показатели готовности и неготовности цифровых линий. + прошлый вопрос

21. Интерференционный множитель на открытых трассах. Коэффициент отражения для разных типов поверхностей и длин волн.

22. Замирание. Механизмы возникновения замираний: многолучевость распространения и изменение свойств атмосферы).

В многолучевых каналах наблюдаются изменения во времени фаз сигналов. При определенных соотношениях фаз сигналы, приходящие вдоль разных траекторий, могут взаимно компенсироваться, при других – усиливаться. Наблюдаемые вариации амплитуды принимаемого сигнала, обусловленные нестационарностью канала, называются замираниями.

Если путь сигнала целиком лежит в атмосфере (тропосфере), локальные изменения ее показателя преломления и коэффициента поглощения, движения слоёв и неоднородностей приводят к тому, что радиоволны рассеиваются, отражаются или поглощаются. Это создаёт хаотический процесс наложения более или менее быстрых изменений уровня сигнала на некоторую среднюю его величину. В случае движения слоёв возникают рефракционные замирания.

23. Замирания в гидрометеорах. Ослабления в дожде, снеге, тумане. Коэффициент ослабления.

24. Зоны и типы дождей. Эффективная длина трассы.

Затухание сигнала в гидрометеорах При распространении радиоволн в тропосфере происходит уменьшение напряжённости поля электромагнитной волны из-за её поглощения и рассеяния в гидрометеорах (дожде, тумане, снеге, граде). Ослабление сигнала в дожде, тумане, снеге, граде обусловлено в основном рассеянием электромагнитной энергии частицами таких гидрометеоров. Под воздействием электромагнитного поля каждая частица становится вторичным излучателем, рассеивающим электромагнитную энергию в различных направлениях, в результате чего уменьшается доля энергии, распространяющейся в направлении на точку приёма. Кроме рассеяния, имеет место также нерезонансное поглощение в самих частицах. Таким образом, энергия волны при прохождении через осадки ослабляется из-за переизлучения (рассеяния) и поглощения. Рассеяние и поглощение электромагнитной энергии частицами гидрометеоров зависит от интенсивности осадков, соотношения между размерами частиц и длиной волны, от протяжённости полосы осадков, температуры, статистического распределения размеров частиц и их состояния. Так, например, диэлектрическая проницаемость воды (ε = 80) и льда (ε = 3) сильно отличается. С укорочением длины волны ослабление в осадках возрастает, так как увеличивается рассеяние каплями за счёт большей соизмеримости размеров частиц с длиной волны и большей плотности тока смещения, наводимого волной в частицах. Ослабление, вызванное поглощением, больше ослабления, вызванного рассеянием для длин волн, меньших по сравнению с размером капель. Для длин волн, сравнимых с размером капель, ослабление, вызванное рассеянием, больше, чем ослабление, вызванное поглощением. Согласно экспериментальным данным [1, 2, 4] затухание сигнала в сухом и мокром снеге, в туманах, облаках и газах значительно (в 10 и более раз) меньше, чем в дожде, поэтому при проектировании РРЛ на частотах ниже 50 ГГц учитываются замирания только в дожде. Кроме того, затуханием сигнала в дожде на частотах ниже 8 ГГц можно пренебречь. Модуль множителя ослабления |Vд|, дБ при распространении радиоволн в зоне осадков определяется по формуле

Для заданной рабочей частоты f рассчитывается зависимость |Vд|, дБ, от интенсивности дождя Iд, мм/час, для пролётов различной протяжённости R₀, км. Для заданной протяжённости пролёта R₀ рассчитывается его эффективная длина

25. Замирания из-за влияния ДН антенн.

26. Дальняя тропосферная связь. Принцип работы, основные характеристики.

Тропосферная радиосвязь, дальняя радиосвязь, основанная на использовании явления переизлучения электромагнитной энергии в электрически неоднородной тропосфере при распространении в ней радиоволн; осуществляется в диапазонах дециметровых и сантиметровых волн. Электрическая неоднородность тропосферы (неоднородность её диэлектрической проницаемости e) обусловлена случайными локальными изменениями температуры, давления и влажности воздуха, а также регулярным уменьшением этих величин с увеличением высоты.

27. Система тропосферной связи Гроза. Анализ характеристик.

Тропосферная система связи ГРОЗА предназначена для организации мультисервисной цифровой радиосвязи стационарных объектов по топологии ТОЧКА-ТОЧКА на расстояниях до 200 км при отсутствии прямой видимости между антенными постами.

Система связи может быть эффективно применена для организации связи отдаленных промышленных объектов и поселений, в том числе в условиях крайнего севера. Тропосферную связь можно применять для организации сотовой связи и доступа в Интернет в труднодоступных и малонаселенных районах. Система имеет более высокую экономическую эффективность по сравнению со спутниковыми альтернативами.

Ключевые особенности:

─ Максимальная скорость передачи: 50 Мбит/с

─ Усовершенствованная нелинейная модуляция позволила увеличить среднюю мощность полезного сигнала передатчика при той же потребляемой мощности за счет работы в нелинейном режиме усиления (класс C)

─ Адаптивный итерационный эквалайзер на основе нейронных сетей позволяет существенно (на 5 – 10 дБ) увеличить энергетическую эффективность системы связи. Эквалайзер предназначен для работы в нестационарном многолучевом канале и обеспечивает эффективность вблизи границы Шеннона

─ Разработанные схемы синхронизации несущей, тактовой частоты, блоковая синхронизация, работающие при отрицательных отношениях сигнал/шум (до минус 26 дБ), обеспечивают гарантированную связь в плохих погодных условиях, а также скрытность передачи

─ Сигнал имеет постоянную огибающую, что обеспечивает преимущество в несколько дБ относительно мультитоновых и OFDM-сигналов за счет нулевого пик-фактора и высокого КПД нелинейного усилителя

Характеристики:

-Диапазон рабочих частот ППМ: от 2 до 8,5 ГГц

-Ширина полосы модуляции/демодуляции: 80 МГц для всех скоростей передачи

-Режимы работы: частотный дуплекс, временной дуплекс

-Обеспечение помехоустойчивости: расширение спектра + ППРЧ

-Скорости передачи группового информационного потока в радиоканале (переключается вручную): 50 Мбит/с, 25 Мбит/с, 12 Мбит/с, 6 Мбит/с, 3 Мбит/с, 1,5 Мбит/с, 750 кбит/с, 375 кбит/с, 188 кбит/с, 94 кбит/с, 47 кбит/с

-Метод расширения спектра: помехоустойчивый код + ПСП

-Выходная мощность модема: от -40 до +20 дБм

-Шаг установки выходной мощности передатчика: 1 дБ

- Чувствительность приемника при 25 °C : -172 дБм/Гц

-Избирательность приемника: не хуже 100 дБ

- Точка компрессии 1 дБ приемника по входу, при выключенном входном аттенюаторе: минус 30 дБм

- Потребляемая мощность: не более 400 Вт

28. Замирания вследствие многолучевого распространения. Статистики Рэлея и Райса.

+ Вопрос 22

29. Полоса когерентности. Частотно-селективные и амплитудные (плоские) замирания.

В канале с замираниями взаимосвязь между максимальной избыточной задержкой распространения Tm и временем передачи символа Ts можно рассматривать с позиции двух различных категорий ухудшения качества передачи: частотно-селективного замирания и частотно-неселективного (frequency nonselective fading), или амплитудного замирания

Частотно-селективное замирание, если Tm > Ts.

Это условие реализуется, когда принятый многолучевой компонент символа выходит за пределы длительности передачи символа. Такая многолучевая дисперсия порождает тот же тип искажений ISI, что и электронный фильтр. Фактически другим названием этой категории ухудшения передачи вследствие замирания является вводимая каналом ISI. При частотно-селективном замирании возможно уменьшение искажений, поскольку многие многолучевые компоненты разрешаются приемником.

Частотно-неселективное замирание или канал с амплитудным замиранием, если Tm < Ts.

В этом случае все полученные многолучевые компоненты символа поступают в течение времени

передачи символа; поэтому компоненты не разрешаются.

В данном случае отсутствуют искажения за счет вводимой каналом ISI, так как расширениесигнала во времени не приводит к существенному наложению соседних полученных символов. Однако ухудшение характеристик все же имеет место, поскольку неразрешенные компоненты вектора сигнала могут деструктивно суммироваться, что приводит к значительному уменьшению SNR.

Полоса когерентности - f0 является статистической мерой диапазона частот, по которому канал пропускает все спектральные компоненты с приблизительно равным коэффициентом усиления и линейным изменением фазы. Таким образом, полоса когерентности представляет диапазон частот, в пределах которого частотные компоненты сигнала имеют большую вероятность амплитудной корреляции. Иными словами, на все спектральные компоненты этого диапазона канал влияет одинаково, например, проявляя или не проявляя замирание.