Телекомунікаційні системи та мережі. Том 1. Структура й основні функції.  /  Зміст  /  Розділ 4. Лінії зв’язку   /  Тема 4.11. Особливості радіоліній, радіорелейних і супутникових ліній зв’язку

Зміст:

4.11.3. Особливості поширення радіохвиль у радіорелейних лініях зв’язку

Із зонами Френеля пов’язують характер відкритості траси РРЛ. Коли 1/3 першої зони Френеля не перекрита ніякими перешкодами, то траса вважається відкритою. З рис. 11.4 зрозуміло, що при r = 1/3 r1 рівень Pпр = Pпр в. На цей рівень Pпр і розраховують при проектуванні РРЛ. 1/3 першої зони Френеля носить назву зони, істотної для поширення радіохвиль. Н — просвіт, Н0 — критичний просвіт, радіус зони, істотної для поширення радіохвиль (рис. 4.11.5).

Рис. 4.11.5. Схема проходження променів у РРЛ на відкритому інтервалі

Прийнято розглядати такі варіанти відкритості РРЛ. Для відкритих трас: HH. Для напівзакритих: 0 < H < H0, для закритих: H < < 0, де

(4.11.17)

Тут H0 — критичний просвіт, радіус зони, істотної для ПРХ.

Також важливим є поняття дальності прямого бачення, яке пов’язують з оптичним баченням. Ця дальність з урахуванням рефракції дорівнює

(4.11.18)

де R — обчислюється в кілометрах, а висота антен h — у метрах.

Дальність без урахування рефракції дорівнює

(4.11.19)

Рефракція — властивість радіохвиль (також і видимого світла) викривляти свою траєкторію при проходженні через шари атмосфери з різною щільністю повітря. Відомо, що щільність повітря характеризується показником заломлення nз ≈ 1,000 · 310 ± 40 · 10−6. Вона зменшується з висотою над поверхнею Землі (n1 > n2 > n3) (рис. 4.11.6). Це явище і викликає відповідне викривлення траєкторії променя. На цьому ж рисунку показані траєкторії радіопроменів при різній рефракції (1, 2 та 3). Очевидно, додатна рефракція сприяє збільшенню дальності прямої видимості і відкритості траси. Так, за наявності будь-яких перешкод на інтервалі (гір, високих будівель, ліній електропередачі тощо) додатна рефракція забезпечує більшу відкритість, а відповідно і протяжність радіотраси, тоді як від’ємна рефракція за наявності цих же перешкод погіршить ситуацію. В атмосфері Землі в середньому в понад 85 % часу існує додатна рефракція, хоча інколи існує і критична і навіть надкритична рефракція.

Для більшої зручності при практичному аналізі геометрії променів використовують не реальний радіус Землі ρЗ, який дорівнює 6370 км, а еквівалентний ρекв = 8500 км, при якому промінь стає ніби прямим, а співвідношення на інтервалах і масштаб відстаней залишається без змін. Очевидно при критичній рефракції ρекв дорівнює ∞. Проте існують випадки, коли виникає від’ємна рефракція, яка може зірвати зв’язок. При цьому відкритий інтервал може стати частково або повністю закритим і в РРЛ виникають додаткові ослаблення та завмирання сигналів. Наявність таких завмирань у РРЛ враховуються тим, що передбачають досить великий запас необхідної потужності передавача Pпер (запас ВЧ-рівня), який може сягати 20…30 дБ.

Рис. 4.11.6. Траєкторії радіохвиль при поширенні між точками А і Б без рефракції (1), при додатній (2) і від’ємній (3) рефракціях

При зміні параметрів рефракції змінюється Н-просвіт: при додатній рефракції він збільшується, а при від’ємній зменшується. При зменшенні просвіту можуть бути дуже небезпечні наслідки, оскільки відкритий інтервал може стати напіввідкритим або закритим, що інтерпретується як завмирання за рахунок екранування рельєфом місцевості даного інтервалу.

Рефракція призводить не тільки до явищ екранування. Не менш важливою і небезпечною є дія інтерференції прямого (1) та відбитого від підстильної поверхні (2) променів (рис. 4.11.5). Зміна параметрів рефракції сприяє тому, що ці промені складаються в певні моменти то в фазі, то в протифазі, що також проявляється як завмирання. Особливо небезпечним, пов’язаним з глибокими завмираннями, є відбиття від водної поверхні, яка може припадати на зону відбиття цього інтервалу. Тому місця розташування РРС слід вибирати так, щоб на інтервалі не було болота або водної поверхні.

Явища екранування й інтерференції призводять до завмирань сигналів у приймачах РРС і є дестабілізуючими при налаштуванні зв’язку. Вони враховуються при проектуванні РРЛ.

Зазначені завмирання мають у радіорелейних лініях повільний характер, який відзначається на інтервалах упродовж десятків хвилин і більше. Проте рівень цих завмирань може сягати декількох десятків децибел відносно середнього і можуть порушити зв’язок. Для боротьби з цими завмираннями вживають таких заходів:

  • збільшують рівень потужності переданих сигналів (створюють запас високочастотного рівня);
  • прагнуть зменшити або взагалі позбутися відбитої хвилі. Для цього зону відбиття на поверхні вибирають на пересіченій ділянці, бажано вкритій лісом або чагарником. Цю зону можна перемістити за допомогою вибору різної висоти підвісу однієї чи обох антен;
  • для усунення екрануючої дії перешкоди прагнуть збільшити висоти підвісу антен h, що дозволяє збільшити діючий просвіт Н і відповідно — відкритість самої траси.

Дифракція — це також механізм викривлення траєкторії, але це викривлення найбільш дієво впливає при поширенні променя поблизу межі розділу (поблизу горизонту тощо). Дифракція проявляється на напівзакритих і закритих трасах і є головним механізмом поширення радіохвиль у зоні тіні.

Необхідно чітко уявляти всі складові частини рівняння передачі, вміти розраховувати енергетичні характеристики РРЛ. Для того щоб скласти рівняння передачі, слід розглянути основні енергетичні співвідношення при поширенні радіохвиль у вільному просторі.

Особливості поширення радіосигналів у тропосферних лініях зв’язку. Траси тропосферних ліній на відміну від РРЛ є закритими, оскільки там відбувається прийом компонентів сигналів, які розсіяні на крупних неоднорідностях тропосфери. Такий механізм розсіювання породжує як повільні, так і швидкі завмирання сигналу. З теорії зв’язку відомо, що для боротьби зі швидкими завмираннями використовується рознесений прийом некорельованих компонентів сигналу. При цьому слід звернути увагу на значення статистичної залежності параметрів завмирань від параметра рознесення (від просторової відстані, частоти, поляризації та часу). Інтенсивність розсіяного сигналу безпосередньо залежить від стану атмосфери (тиску, вологості тощо). Для тропосферних ліній можна вибирати досить великі значення розмірів інтервалу між РРС 200...600 км. Проте в Україні ці ТРС і тропосферні лінії не набули поширення через велику щільність населення та небезпеку опромінення потужними передавальними сигналами, у яких Pпер ≥ 1 кВт.

Особливості поширення радіосигналів в мобільних лініях зв’язку. Слід відзначити, що в сотових радіолініях, лініях транкінгового, пейджингового зв’язку та радіолініях технологій Wi-Fi, Wi-Max статистика параметрів сигналів характерна своєю нестаціонарністю. В цих радіолініях досить великі варіації рівня сигналу, які сягають 3—4-х порядків залежно від того, як пролягає в даний момент радіотраса між рухомим об’єктом і базовою станцією або точкою доступу. Ця траса може бути відкритою, тоді рівень радіосигналу може скласти сотні міліват, або закритою, тоді цей рівень може впасти до мікроват. Однак і в тому і в іншому разі сигнали будуть завмираючими, статистика амплітуди яких близька до закону Релея (рис. 4.11.2). Очевидно, на закритих трасах зв’язок забезпечується за рахунок проникнутих через перепону, відбитих і розсіяних на штучних і природних утвореннях компонент.