нестационарное, немонотонное и негладкое. Неоднородность поля определяется интерференционной структурой, которая является следствием взаимодействия множества переотраженных копий передаваемого сигнала. Вполне возможно возрастание поля при увеличении расстояния до излучателя или резкие изменения поля на небольших расстояниях. Нестационарность распределения поля обусловлена перемещением абонентов (т.е. передатчика и приемника), а также перемещением препятствий (транспорта). Модели поля, в которых рассматривается нестационарная интерференционная структура поля в локальной точке приема, называются моделями "малого расстояния" (little scale model). Результат расчетов по моделям "малого расстояния" - это определение локальной структуры поля, уровня флуктуации параметров принимаемого сигнала в результате одновременного приема нескольких копий сигнала, глубины амплитудного затухания сигнала и т.д.

6.2. Расчет дальности радиосвязи в модели "большого расстояния"

Основой расчета дальности радиосвязи в модели "большого расстояния" является формула для распространения радиоволн в свободном пространстве с соответствующими поправочными коэффициентами [5]. В частности, мощность сигнала в точке приема на заданном расстоянии от передатчика определяется в наиболее распространенной формуле Фриза следующим образом:

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com

где Pr (d) - мощность сигнала на расстоянии d от передатчика; Pt - мощность передатчика; Gr , Gt - усиление

антенны приемника и передатчика соответственно; λ - длина волны; L - фактор потерь распространения.

Формула Фриза предсказывает уменьшение принимаемой мощности в зависимости от расстояния со скоростью 20 дБ/декаду. Очевидно, что эта формула имеет смысл только в том случае, если можно сопоставить параметр дополнительных потерь распространения L реальным усредненным условиям распространения радиоволн в городе, пригороде, ровной или холмистой местности и т.п. Поэтому на практике формула (6.1) преобразуется в полуэмпирическую формулу для расчета дальности радиосвязи, в которой интегральный параметр L вычисляется по экспериментально определенным коэффициентам. Эти коэффициенты отражают реальный тип поверхности, над которой происходит распространение радиоволн (городская застройка, сельская, водная поверхность и т.п.), шумы эфира в точке приема, высоты поднятия антенн, диаграммы направленности антенн, быстрые и медленные замирания.

Практически используются две методики расчета вероятностной дальности радиосвязи: на основании рекомендаций МККР (Международный консультативный комитет по радиосвязи) и рекомендаций EURОCOST (Европейское объединение для научных и технических исследований). Обе методики разработаны для расчета дальности радиосвязи транкинговых систем, которые характеризуются относительно большой дальностью (несколько десятков километров) и относительно большой высотой подъема передающих антенн, расположенных на высотных домах, триангуляционных вышках и т.п. Для

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com

расчета дальности связи в микросотах (и тем более пикосотах) эти методики применимы уже с большими оговорками, так как предположение о "средней" равномерности поля плохо оправдывается на расстояниях в несколько сот метров. Тем более методики не применимы для расчета затухания поля в зданиях.

6.2.1. Расчет дальности связи по методике МККР

Основой для практических расчетов усредненной вероятностной дальности радиосвязи являются документы Международного консультативного комитета по радиосвязи (МККР) "Рекомендация 370" и "Отчет 239" [6], а также разработанная на их основе "Методика определения ожидаемой дальности УКВ радиосвязи с подвижными объектами" [7]. В основе методики расчета дальности радиосвязи лежат следующие положения:

∙"Методика" и "Рекомендации" разработаны для систем связи с аналоговыми информационными сигналами;

∙зону действия системы связи с подвижными объектами рассчитывают исходя из минимальной величины сигнал/шум на выходе приемника, при которой обеспечивается заданная разборчивость речи. По общепринятой методике во всех руководящих документах, разработанных для систем с цифровыми сигналами, понятие "разборчивость речи" следует заменять понятием "достоверность приема". "Методика" и "Рекомендации" не определяют эти термины;

∙все расчеты по "Методике" и "Рекомендациям" имеют вероятностный характер. Это объясняется

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com

тем, что только отдельные параметры, влияющие на дальность радиосвязи, могут быть получены путем точных математических расчетов. Большое количество поправочных коэффициентов рекомендуется исходя из среднестатистических многолетних наблюдений. Вопрос о полноте этих данных и их применимости в каждом отдельном случае остается открытым;

∙основой методики расчета являются кривые распространения. Эти кривые представляют собой

зависимости средней напряженности электромагнитного поля E (децибелы относительно 1 мкВ/м для 1 кВт эффективной излучаемой мощности и высоты передающей антенны 10 м) в точке расположения приемника в зависимости от расстояния L до передатчика и высоты подъема антенны передатчика h, построенные для различных частот и типов подстилающих поверхностей, в течение 50% времени для 50% сеансов радиосвязи. Типовые графики распространения показаны на рис.6.1.

Е

h1

h2

h3

L

Рис.6.1. Типовые графики распространения для расчета дальности: h1, h2, h3 - высоты подъема антенны приемника

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com

Кривые распространения могут относиться к сухопутным трассам, морским и смешанным. При использовании антенн с высотой подъема, не приведенной в графиках, можно использовать линейную экстраполяцию. Наибольшую надежность приведенные зависимости имеют на расстоянии прямой видимости (до горизонта);

∙расчетная величина напряженности поля в точке приема в каждом конкретном случае получается путем ведения различного рода поправок, отражающих реальную ситуацию.

"Методика определения ожидаемой дальности УКВ радиосвязи с подвижными объектами" определяет следующую формулу для расчета поправок к графикам, содержащимся в "Рекомендации 370" и "Отчете 239" МККР:

Eнеобх = Nш + ( NS )вх + Вp + Вh2 − B% + Bзам + Врельеф −σпр −σпер, (6.2)

где Енеобх - необходимый уровень напряженности поля в точке приема, дБ; Nш - уровень шумов в точке приема, дБ; (SN)вх - соотношение сигнал/шум на входе приемника, дБ; Bp - поправка на отличие мощности передатчика от 1 кВт, дБ; Bh2 - поправка на отличие высоты установки антенны от 10 м, дБ; B% - поправка на медленные замирания, учитывающая отличие количества пунктов успешной связи от 50 %, дБ; Bзам - поправка на быстрые замирания, учитывающая отличие количества успешных сеансов связи от 50%, дБ; Bрельеф - поправка на реальный рельеф местности, дБ; σпр, σпер - поправка на неравномерность

диаграммы направленности приемной и передающей антенн, дБ.

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com

Вычисление поправочных коэффициентов в формуле (6.2) производится по следующим формулам.

Уровень шумов в точке приема Nш (дБ) состоит из внешних шумов в точке приема и собственного шума приемника, приведенного к точке приема. Величина шума Nш определяется по формуле

где Next - уровень внешних шумов в точке приема, мкВ/м; Eext - чувствительность приемника по полю, мкВ/м; (SN)вх - требуемое соотношение сигнал/шум на входе

где (SN)дет - требуемое соотношение сигнал/шум на входе детектора, дБ; Nлин - коэффициент шума линейной части приемника, дБ.

Поправка Bp (дБ) определяется по следующей формуле:

где Pпрд - мощность передатчика, Вт; A - потери в антеннофидерном тракте передатчика, дБ; GA - коэффициент усиления антенны передатчика, дБ.

Поправка Bh2 (дБ) определяется по следующей формуле:

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com

где h2 - высота установки приемной антенны, м. Поправка B% (дБ) определяется из таблицы:

Поправка Bрельеф (дБ) определяется как функция

максимального перепада рельефа h на расстоянии между базовой и абонентской радиостанциями. Эта величина оценивается от –5 дБ при условиях прямой видимости до примерно +5 дБ при перепаде высот более 200 м.

Поправки σпр и σпер (дБ) определяются степенью

экранирования приемной и передающей антенн местными предметами и постройками.

В результате расчета напряженности поля по формулам (6.2), (6.3) определяется дальность радиосвязи по графикам МККР на рис.6.1. Если расчетная дальность радиосвязи превышает расстояние до горизонта, рассчитанное для выбранной высоты подъема антенны передатчика, то

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com

принимается, что дальность радиосвязи равна расстоянию до горизонта с вероятностью лучшей, чем это принято при расчетах.

В настоящее время разработано несколько специализированных программ, осуществляющих автоматический расчет поправок формулы (6.2) и определение дальности радиосвязи. Кроме рекомендованных, в программы введены и другие поправки, позволяющие более точно провести расчеты, например, для больших городов в программы введены карты измерения распространения волн именно в данных городах, а также планы городов для определения теневых радиозон. Наибольшее распространение эта методика получила для расчета дальности УКВ радиосвязи на частотах до 500 МГц.

6.2.2. Расчет дальности связи по методике

EUROCOST

Европейское объединение для научных и технических исследований (EURОCOST) сформировало рабочий комитет COST-231, установивший Европейский стандарт расчета дальности радиосвязи транкинговых сетей связи на частотах до 2 ГГц [5].

Основой методики расчета является модель Хата, определяющая величину среднего ослабления напряженности поля в городских условиях относительно напряженности поля в свободном пространстве в зависимости от рабочей частоты при расстоянии между радиостанциями как параметре. Вначале производится расчет дальности радиосвязи в свободном пространстве, а затем вычисляется поправочный коэффициент L для (6.1),

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com