Расчет ожидаемой вероятности связи с требуемым качеством передачи сообщений по УКВ радиолинии при гарантированной вероятности по местоположению корреспондентов.

Задание

Под показателем эффективности линии сети радиосвязи понимается количественная мера её способности выполнить основные функциональные требования в конкретных условиях эксплуатации. Хотя эти требования определяются целевым назначением радиолинии, реальная возможность их выполнения зависит от ряда случайных факторов, изменяющихся во времени. Поэтому показатели эффективности радиолинии сети связи имеют вероятностный смысл. Оценка эффективности УКВ радиолиний производится по следующим показателям:

- вероятности обеспечения связи с достоверностью не хуже заданной при гарантированной вероятности по местоположению корреспондентов;

- предельной дальности связи с заданной достоверностью и гарантированной вероятностью по местоположению корреспондентов.

При этом возможны два основных типа задач:

- расчет показателей эффективности при известных характеристиках и параметрах радиоаппаратуры и заданных условиях её эксплуатации. Такая задача обычно возникает на этапе планирования и организации сети связи;

- расчет необходимых параметров радиосредств для обеспечения заданных показателей эффективности связи. В качестве таких параметров могут выступать мощность передатчика, направленность антенны, класс излучения сигнала, скорость смены присвоенных частот и др. Решение этой задачи позволяет конструктору обосновать ТТХ радиоаппаратуры на этапе её проектирования.

Рассмотрим кратко основные факторы, определяющие эффективность УКВ радиолиний.

Грамотно организованное частотное планирование и применение помехозащитных мер позволяют значительно ослабить индустриальные радиопомехи и взаимные станционные помехи между радиолиниями. При этом основными природными факторами, влияющими на эффективность УКВ, радиолиний выступает рельеф местности и метеорологические условия. В качестве критерия достоверности используется отношение сигнал/шум на входе радиоприемника в полосе его пропускания (превышение сигнала), соответствующее данному классу излучения сигнала. Для телефонных УКВ радиолиний с ЧМ сигналами можно рекомендовать следующие величины превышения сигнала по мощности: ²_доп=14 и 20 дБ – при хорошем и отличном качестве воспроизведения речи. При дополнительных преобразованиях сигналов в оконечной аппаратуре величину ²_доп следует увеличить на 5….6 дБ.

Мощность сигнала на входе радиоприемника линии связи

(4.1)

где - мощность радиопередатчика, подводимая к фидеру антенны, Вт;

- к.п.д. фидера передающей и приёмной антенн;

- коэффициенты усиления передающей и приемной антенн;

- множитель ослабления энергии радиоволн на трассе связи.

Для удобства дальнейших расчетов, все величины в (4.1) выразим в дБ: [дБ]. (4.2)

Случайный множитель ослабления

[дБ] (4.3)

где соответствующие множители также выражены в дБ и характеризуют:

- ослабление энергии радиоволн; - потери в почве равнинной поверхности при нормальной атмосферной рефракции волн; - дополнительные потери из-за неровностей рельефа местности; - дополнительные потери при расположении радиостанций в лесистой местности; - дополнительные потери из-за возможных замираний на трассе.

Множитель

(4.4)

где - длина волны;

- протяженность трассы связи

Множитель зависит от , частоты , высоты подъема антенны и электрических параметров почвы – диэлектрической постоянной и удельной проводимости (1/Ом*м)

На рис.4.1 показаны экспериментальные графики зависимости (, , ) при =4 и =10^-3 (1/Ом*м), т.е. для сухой песчаной и суглинистой почв, скальной и лесистой местности при любых почвах, большинства почв в зимнее время.

Множитель является величиной случайной. На рис.4.2 приведены экспериментальные для среднепересеченной местности на большом числе трасс зависимости П%= , где величина П% определяет процент пунктов на местности, в которых обеспечивается прием сигналов на заданном удалении от передающей станции с достоверностью не хуже требуемой, и называется вероятностью по местоположению корреспондентов. При П=50% множитель =0; при гарантированной повышенной вероятности (П>50%) дополнительные потери учитываются обязательно.

Потери следует учитывать в тех случаях, когда станции развернуты не на открытой местности, а в лесистой. По экспериментальным данным при размещении только одной станции в лиственном лесу =-(8…10) дБ, а зимой или в хвойном лесу =-(4…5) дБ. Если обе станции развернуты в лесу, то значение удваивается.

Множитель характеризует влияние замирания на закрытых трассах большой протяженности ( > 30 км.). Эмпирические зависимости (, , ) показаны на рис.4.3, где величина характеризует долю времени суток в процентах, для которой на частоте потери за счет замираний составляют определенную величину .

Если, исходя из заданной достоверности связи, известна мощность , то условием качественного приема сигналов будет > . или с учетом (4.1)

(4.5)

Используя понятие энергетического потенциала радиолинии

(4.6)

Условие достоверного приёма сигналов представим в виде

(4.7)

Тогда вероятность обеспечения связи с достоверностью не хуже заданной можно оценить вероятностью

(4.8)

При организации сетей УKB радиосвязи требуется решить обратную задачу – оценить предельную дальность связи при заданном значении вероятности связи по местоположению корреспондентов.

Методика расчёта вероятности связи с достоверностью не хуже заданной заключается в следующем:

1. Задаются исходные данные: , характеристика рельефа местности, электрические параметры почвы, частота , гарантированная вероятность по местоположению , мощность , к. п. д.фидеров и , коэффициенты усиления антенн и , мощность .
2. Вычисляется энергетический потенциал радиолинии ; при этом формулу (4.6) удобно представить в виде:

[дБ], (4.9)

где все величины в дБ.

Для типовых станций УKB радиосетей можно рекомендовать следующие значения мощности дБ Вт и -144,8 дБ Вт при отличном и хорошем качестве связи соответственно. В общем случае эту мощность можно определить по формуле:

, [дБ],

где - направление сигнала на входе радиоприёмника, мкВ, при котором обеспечивается требуемое превышение сигнала на входе ( и 5 при отличном и хорошем качестве приёма); - входное сопротивление радиоприёмника, Ом.

Значение и для различных типов УКВ антенн приведены в табл.4.1.

Таблица 4.1

Тип антенны	, дБ	, дБ
Штырь длиной м
Штырь 4 м (на автомобиле)
Штырь 3,4 м (на опоре высотой м)		-2
Вертикальный полуромб		-2
Объёмный вибратор		-2
Штырь 2,7 м (на автомобиле)

1. Для трасс км суммарные потери энергии на трассе без учёта затухания ( дБ)

[дБ] (4.10)

При этом множитель определяется по (4.4), множитель - по графикам рис. 4.1, а высота подъёма антенны

(4.11)

где - высота опоры; м; - высота штыря, м;

Множитель находится на графике рис.4.2 по заданной вероятности П% и рабочей частоте . При необходимости к значению в соответствии со сделанными выше рекомендациями добавляется значение .

1. Проверяется условие достоверности приема сигналов

(4.12)

Если оно выполняется, то вероятность связи ; и в противном случае эта вероятность , т.е. связь для заданной трассы с достоверностью приёма не хуже заданной не обеспечивается.

5. Для трасс >30 км необходимо учитывать потери запираний . В этом случае также находится величина и потери без учета замираний, и проверяется условие (4.12). Если оно выполняется, то вероятность , и теперь необходимо оценить допустимые потери , дБ, при которых еще соблюдается условие достоверного приема сигналов. Эта величина

(4.13)

Используя графики рис. 4.3, для данной трассы и частоты , определяется процент времени суток , соответствующий . При этом ожидается вероятность связи с достоверностью не хуже заданной

(4.14)

Пример расчёта. Определить ожидаемую вероятность связи в радиолинии UKB сети с требуемым качеством и гарантированной вероятностью по местоположению корреспондентов для трассы заданной протяженности при следующих данных: = 40 км; местность – среднепересеченная; одна станция расположена в лиственном лесу =-9 дб, другая – на открытой местности; параметры почвы =4 м, м; =18,7 дб (75 Вт); =40 МГц (); передающая и приемная антенны типа “объемный вибратор” с и ; = 2 дб; = -2 дб; сигнал – ТЛФ-ЧМ; = -132.2 дб и -144,8 дб при отличном и хорошем качестве связи; гарантированная вероятность . Промежуточные результаты расчетов предоставлены в табл.4.2.

Таблица 4.2

,   ,   и	,   дБ	,   дБ	,   дБ	,   дБ	,   дБ	Качество ? дБ
связь отл. качества	связь хор. качества
17,1	-96,5	-44,5	-8	-9	-158	153,9	163,5

Из таблицы видно, что связь с отличным качеством при равна нулю, так как . Для хорошего качества связи при условие выполняется.При этом допустимы потери = -5.5 дБ Из графика рис. 4.3. по величине и заданными и находим, что =0.1%, т.е. ожидаемая вероятность связи .

В табл. 4.3. указаны варианты контрольного задания.

Таблица 4.3

Исходные параметры	номера вариантов
	МГц
	км
местность почва	среднепересеченная
	1/Ом м
	Вт
PT	дБ
сигнал	телефонный ЧМ
	дБ	-135,2 для отличного качества связи
	-144,8 для хорошего качества связи
П, %				99,5
	дБ	-8	-4	-16	-9	-10	-17	-4	-18	-8	-16
Прд. станция
	m			авт.				авт.	авт.
	m	1,5	3,4		1,5	2,7	3,4	2,7		3,4	1,5
	дБ	-2	-2		-2	-2	-2			-2	-2
	дБ
Прм. станция
	m				авт.	авт.		авт.
	m	3,4	3,4	1,5	2,7		1,5		3,4	2,7	1,5
	дБ	-2	-2	-2			-2		-2	-2	-2
	дБ

2. Расчет предельной дальности УКВ радиолиний при заданной вероятности связи с требуемым качеством и гарантируемой вероятности по местоположению корреспондентов.

Определить ожидаемые предельные дальности УКВ радиолинии при заданных вероятности связи требуемого качества и гарантируемой вероятности по местоположению корреспондентов. Сходные данные для расчета те же, что и в задании № 1. Допустимая величина вероятности связи требуемого качества =90%. Построить зависимость для П=90% и 60%.

Методика решения задачи заключается в следующем:

1.Вычисляется по ф-ле (4.9) энергетический потенциал радиолинии Мэ.

2.Определяются по ф-ле (Суммарные потери энергии на трассе без учёта замираний (); при этом величина вычисляется для различных значений dтр.

3. По допустимому значению вероятности связи определяется величина

4. По графикам рис 4.3 находятся значения Δ Fз для различных dтр.

5. Вычисляются по (4.3) потери энергии Fтр для различных dтр и строится график зависимости при заданной вероятности П%.

6. Если на на этом графике на уровнях М э.о и М э.л, Соответствующих отличному и хорошему качеству связи, провести прямые линии параллельные оси абсцисс, то точки их пересечения с кривой графика определяют максимальную протяжённость трассы dтр max, в пределах которой обеспечивается приём с заданной вероятностью сигналов требуемого качества и вероятностью по месту положения корреспондентов.

7. Если график построить для нескольких значений вероятности П%, то можно найти зависимость гарантируемой вероятности П% от dтр при заданной вероятности приёма сигналов требуемой достоверности.

Пример расчёта. Определить ожидаемые предельные дальности связи при допустимой вероятности связи требуемого качества P доп = 90%. В качестве исходных используем данные примера задания 4. Результаты расчёта параметров для различных dтр приведены в табл. 5.1

табл. 5.1

dтр, км	Fсв, дБ	Fр, дБ	Δ Fр, дБ	Δ Fа, дБ	Δ Fз, дБ	Δ Fтр, дБ
	-64.5	-11	-8	-9		-92.5
	-78.5	-20	-8	-9		-115.5
	-84.5	-26.5	-8	-9		-128
	-90.5	-37	-8	-9		-144.5
	-94	-41.5	-8	-9		-152.5
	-96.5	-44.5	-8	-9	-1	-159
	-98.5	-46.5	-8	-9	-2.1	-164.1
	-100	-50	-8	-9	-3.2	-170.2

Величина Δ Fз определялась из графика рис 4.3 при P доп = 90% (). Из таблицы видно, что энергетический потенциал радиолинии М э.о = 153.9 дБ и М э.л = 163.5 дБ. На рис 5.1 показан график , построенный по данным табл. 5.1, из которого следует, что ожидаемые предельные дальности связи составляют dтр.о = 32.5 km и dтр.л =47.5 km.

Дата добавления: 2015-10-21