2.3 Замирание и усиление, обусловленные многолучевостью и связанными с ней механизмами
При планировании линий связи протяженностью более нескольких километров следует учитывать три механизма замирания при ясной погоде в условиях существования атмосферных слоев с сильной рефракцией: расширение луча (в англоязычной технической литературе обычно называемое дефокусировкой), развязку антенн, поверхностную и атмосферную многолучевость. Большинство из этих механизмов могут возникать сами по себе или в сочетании друг с другом (см. Примечание 1). Наиболее сильное частотно-избирательное замирание возникает, когда расширение луча прямого сигнала сопровождается его отражением от поверхности, вызывая многолучевое замирание. Замирание, обусловленное мерцанием, возникающим из-за мелкомасштабных турбулентных неоднородностей, всегда сопровождает названные механизмы, однако на частотах ниже 40 ГГц его вклад в общее замирание незначителен.
ПРИМЕЧАНИЕ 1. – Развязка антенн является фактором, определяющим необходимую минимальную ширину луча антенн.
Метод прогнозирования распределения одночастотного (или узкополосного) замирания большой глубины для среднего наихудшего месяца в любой точке земного шара приводится в п. 2.3.1. Этот метод не требует знания профиля трассы и может использоваться для целей предварительного планирования, лицензирования или проектирования. В п. 2.3.2 представлен второй метод, который подходит для замираний любой глубины и основан на использовании метода для глубоких замираний и интерполяционной процедуры для замираний малой глубины.
Метод прогнозирования усиления сигнала изложен в п. 2.3.3. В качестве единственного исходного параметра в этом методе используется глубина замирания, прогнозируемая с помощью метода, описываемого в п. 2.3.1. И наконец, в п. 2.3.4 представлен метод преобразования распределений для среднего наихудшего месяца в среднегодовые распределения.
2.3.1 Метод для малых значений процента времени
Шаг 1: Для трасс, проходящих над рассматриваемой местностью, оценить геоклиматический коэффициент K для среднего наихудшего месяца по данным о замираниях для данной географической области, если такие данные имеются (см. Дополнение 1).
Если и детальное проектирование линии выполняется при отсутствии измеренных данных для K (см. Примечание 1), следует оценить геоклиматический фактор для среднего наихудшего месяца по формуле:
, (4)
где:
dN1 : это точечный градиент рефракции в самом нижнем 65-метровом слое атмосферы, не превышаемый в течение 1% среднего года, а sa – это неровность местности в рассматриваемой области;
dN1 : обеспечивается в сетке с шагом 1,5 по широте и долготе в Рекомендации МСЭ-R P.453. Истинное значение для широты и долготы в центре трассы должно быть получено из значений для четырех ближайших точек сетки путем билинейной интерполяции. Эти данные имеются в табличной форме, и размещены Бюро радиосвязи (БР) на веб-сайте 3-й Исследовательской комиссии;
sa : определяется как стандартное отклонение высот местности (м) в пределах зоны 110 км 110 км с разрешением 30 с (например, данные Globe "gtopo30"). Данная зона должна быть выровнена по долготе, так чтобы две одинаковые половины зоны находились по обе стороны долготы, проходящей через центр трассы. Данные о рельефе местности имеются в сети WWW (Всемирной паутине) (веб адрес можно получить в БР).
Если для применений в целях планирования необходим быстрый расчет K (см. Примечание 1), то весьма точную оценку можно получить из выражения:
. (5)
Шаг 2: Если высота антенн he и hr ((м) выше уровня моря) известна, то вычислить абсолютное значение угла наклона трассы |p| (мрад) с помощью выражения:
, (6)
где d – длина трассы (км).
Шаг 3: Для применений в целях детального проектирования линии (см. Примечания 1 и 2), вычислить процент времени pw для среднего наихудшего месяца, в течение которого превышается глубина замирания A (дБ):
, (7)
где:
f : частота (ГГц);
hL : высота нижней антенны (т. е. меньше по высоте, чем he и hr)
и где геоклиматический коэффициент K получен из уравнения (4).
Для применений в целях быстрого планирования, когда это требуется (см. Примечания 1 и 2), вычислить процент времени pw среднего наихудшего месяца, в течение которого превышается глубина замирания A (дБ):
, (8)
где K получен из уравнения (5).
ПРИМЕЧАНИЕ 1. – Общие стандартные отклонения погрешности в прогнозах с использованием уравнений (4) и (7), а также (5) и (8) составляют 5,7 дБ и 5,9 дБ, соответственно (включая вклад вследствие междугодичной изменчивости). В пределах широкого диапазона длин трасс, включенных в эти цифры, минимальная величина стандартного отклонения погрешности 5,2 дБ применяется для трасс над сушей, для которых hL < 700 м, а максимальная величина 7,3 дБ – для надводных трасс. Однако небольшая разница между величинами общего стандартного отклонения неточно отражает улучшение качества прогнозов, что наблюдается при использовании уравнений (4) и (7) для линий над очень пересеченной местностью (например, горами) или над очень ровной местностью (например, надводные трассы). Стандартные отклонения погрешности для горных линий связи (hL > 700 м), например, уменьшаются на 0,6 дБ, а величины отдельных погрешностей для линий над высокогорными районами – на несколько децибелов.
ПРИМЕЧАНИЕ 2. – Уравнения (7) и (8), а также связанные с ними уравнения (4) и (5) для геоклиматического коэффициента K, были выведены из множественных регрессий по данным замираний для 251 линии в различных геоклиматических районах мира с учетом следующих параметров: длины линий, d, в диапазоне от 7,5 до 185 км, частоты f в диапазоне от 450 МГц до 37 ГГц, угла |p| наклона трасс до 37 мрад, высоты нижней антенны, hL, в диапазоне от 17 до 2300 м, градиенты рефракции, dN1, в диапазоне от –860 до –150 N-единиц/км и неровности поверхности в рассматриваемой зоне, sa, в диапазоне от 6 до 850 м (для sa < 1 м следует использовать нижний предел в 1 м).
Предполагается, что уравнения (7) и (8) будут действительны также и для частот до, по крайней мере, 45 ГГц. Результаты полуэмпирического анализа показывают, что нижняя граница частотного диапазона, для которой это уравнение еще справедливо, обратно пропорциональна длине трассы. Грубую оценку этой нижней частотной границы, fmin, можно получить с помощью соотношения:
. (9)
2.3.2 Метод для всех процентов времени
В представленном ниже методе прогнозирования глубины замираний для процента времени их превышения комбинируются распределение глубоких замираний, описанное в предыдущем разделе, и эмпирическая процедура интерполяции с глубиной замирания до 0 дБ.
Шаг 1: Используя метод, описанный в п. 2.3.1, вычислить коэффициент появления многолучевости, p0 (т. е. пересечение кривой распределения глубоких замираний с осью времени в процентах):
(10)
для применений по детальному проектированию линий связи с K, полученным из уравнения (4), и
(11)
для применений при быстром планировании с K, полученным из уравнения (5). Следует отметить, что уравнения (10) и (11) эквивалентны уравнениям (7) и (8), соответственно, при A 0.
Шаг 2: Вычислить уровень глубины замираний, At, при котором происходит переход от распределения глубоких замираний к распределению неглубоких замираний, в соответствии с прогнозами эмпирической процедуры интерполяции:
. (12)
Далее процедура зависит от того, будет ли уровень A больше или меньше, чем At.
Шаг 3a: Если требуемая глубина замираний, A, равна или больше, чем At:
Вычислить процент времени, когда A превышается за средний наихудший месяц:
. (13)
Следует отметить, что уравнение (13) эквивалентно уравнению (7) или (8), в зависимости от ситуации.
Шаг 3b: Если требуемая глубина замираний, A, меньше, чем At:
Вычислить процент времени, pt, когда At превышается за средний наихудший месяц:
. (14)
Следует отметить, что уравнение (14) эквивалентно уравнению (7) или (8), в зависимости от ситуации, при A At.
Вычислить 
исходя из переходного уровня замирания, At, и соответствующего процента времени, pt:
. (15)
Вычислить qt исходя из и переходного уровня замирания, At:
. (16)
Вычислить qa исходя из требуемого уровня замирания, A:
. (17)
Вычислить процент времени, pw, в течение которого уровень замирания, A (дБ), превышается за средний наихудший месяц:
. (18)
При условии, что p0 2000, следование вышеуказанной процедуре создает монотонное изменение pw в зависимости от уровня A, которое может использоваться для определения уровня A при заданной величине pw с применением простой итерации.
При использовании p0 в качестве параметра, на рисунке 3 показано семейство кривых, обеспечивающих графическое представление данного метода.
рисунок 3
Процент времени, pw, в течение которого глубина замирания, А, превышается за средний наихудший месяц,
при p0 (в уравнении (10) или (11), в зависимости от ситуации), изменяющемся в пределах от 0,01 до 1000
2.3.3 Метод прогнозирования усиления
Сильное усиление сигнала наблюдается в условиях возникновения волноводных слоев и связанных с ними замираний, обусловленных многолучевостью. Усиление свыше 10 дБ за средний наихудший месяц следует прогнозировать с помощью следующего соотношения:
, (19)
где E – усиление (дБ), не превышаемое для p% времени, а A0,01 – глубина замирания, прогнозируемая с помощью уравнения (7) или (8), в зависимости от ситуации, и превышаемая в течение pw 0,01% времени.
Для расчета усиления от 10 до 0 дБ используется следующая пошаговая процедура:
Шаг 1: Вычислить процент времени 
, для которого усиление меньше или равно 10 дБ (E 10), используя уравнение (19).
Шаг 2: Вычислить 
с помощью следующего выражения:
. (20)
Шаг 3: Вычислить параметр qs:
. (21)
Шаг 4: Вычислить qe для требуемого значения E, используя соотношение:
. (22)
Шаг 5: Процент времени, для которого усиление E (дБ) не превышается, определяется по формуле:
. (23)
Семейство кривых на рисунке 4 дает графическое представление метода при использовании p0 в качестве параметра (см. уравнение (10) или (11), в зависимости от ситуации). Каждая кривая на рисунке 4 соответствует кривой на рисунке 3 при той же величине p0. Следует отметить, что на рисунке 4 показан процент времени, в течение которого значения усиления превышаются, что соответствует величине (100 – pw), при pw, определяемом уравнениями (19) и (23).
рисунок 4
Процент времени, (100–pw), в течение которого усиление, Е, превышается за средний наихудший месяц,
при p0 (в уравнении (10) или (11), в зависимости от ситуации), изменяющемся в пределах от 0,01 до 1000
Для прогнозирования процента времени превышения для среднего года, а не среднего наихудшего месяца, см. п. 2.3.4.
2.3.4 Преобразование распределений для среднего наихудшего месяца в распределения для среднего года
Распределения замираний и усилений сигнала для среднего наихудшего месяца, полученные с помощью методов, описанных в пп. 2.3.1–2.3.3, можно преобразовать в распределения для среднего года с помощью следующей процедуры:
Шаг 1: С помощью уравнения (7) или (8), в зависимости от ситуации, вычислить процент времени pw, в течение которого превышается глубина замирания A для среднего наихудшего месяца в области длинного хвоста распределения.
Шаг 2: Вычислить логарифмический геоклиматический коэффициент преобразования, G, по формуле:
, (24)
где G 10,8 дБ, и знак плюс соответствует значениям 45, а знак минус – значениям 45, и где:
: широта (в с. ш. или ю. ш.);
d : длина трассы (км);
: абсолютное значение угла наклона трассы (полученное из уравнения (6)).
Шаг 3: Вычислить процент времени, p, превышения глубины замирания, A, в области глубоких замираний (длинный хвост распределения) для усредненного года по формуле:
p 10–G / 10 pw % . (25)
Шаг 4: Если требуется распределение в области неглубоких замираний, используется метод, описанный в Шаге 3b п. 2.3.2, со следующими изменениями:
1) преобразовать величину pt, полученную в уравнении (14), в годовую величину посредством уравнения (25) и использовать эту годовую величину вместо pt, в то время как pt включается в уравнение (15);
2) величина pw, рассчитываемая с помощью уравнения (18), представляет собой требуемую годовую величину p.
Шаг 5: Если требуется составить прогноз распределения усилений для среднего года, используется метод из п. 2.3.3, где в этом случае A0,01 будет глубиной замирания, превышаемой в течение 0,01% времени среднего года. Прежде всего следует определить значение pw, инвертировав уравнение (25) и положив p 0,01%. Затем рассчитать глубину замирания A0,01, превышаемую для 0,01% времени среднего года, инвертировав уравнение (7) или (8), в зависимости от ситуации, и заменив pw на p.
2.3.5 Преобразование от среднего наихудшего месяца к более коротким наихудшим периодам времени
Процент времени, pw, превышения уровня глубоких замираний, A, за средний наихудший месяц может быть преобразован в процент времени, psw, превышения такого же уровня глубоких замираний, A, за более короткий наихудший период времени, T, с помощью соотношений:
% 1 ч T720 ч для сравнительно плоских трасс, (26)
% 1 ч T720 ч для холмистых трасс, (27)
% 1 ч T720 ч для холмистых сухопутных трасс. (28)
ПРИМЕЧАНИЕ 1. – Уравнения (26)–(28) были получены на основе данных для 25 линий связи в регионах с умеренным климатом, для которых величина pw определяется из данных для летних месяцев.
2.3.6 Прогнозирование неселективных сбоев (см. Примечание 1)
При проектировании цифровых линий рассчитать вероятность сбоя Pns из-за неселективной составляющей замирания (см. п. 7) по формуле:
, (29)
где pw (%) – процент времени, в течение которого для наихудшего среднего месяца превышается запас на амплитудное замирание A F (дБ), соответствующий заданному коэффициенту ошибок по битам (BER) (определяется в соответствии с п. 2.3.1 или п. 2.3.2, в зависимости от ситуации). Запас на амплитудное замирание, F, определяется при расчете линии с учетом технических характеристик конкретного оборудования, а также возможного ослабления сигнала за счет помех на действующей линии.
ПРИМЕЧАНИЕ 1. – Для удобства сбой здесь определяется как вероятность того, что BER превышает заданное пороговое значение, каким бы оно ни было (подробно см. п. 7).
2.3.7 Возникновение одновременных замираний на многоскачковых линиях
Экспериментальные исследования показывают, что в условиях ясного неба глубокие замирания на соседних пролетах многоскачковых линий являются практически некоррелированными событиями. Это относится к случаям возникновения частотно-избирательных замираний, амплитудных замираний или их сочетания.
Для многоскачковых линий верхняя граница общей вероятности сбоев для условий ясного неба может быть получена путем суммирования вероятностей сбоев на отдельных пролетах. Более точно верхнюю границу для вероятности превышения глубины замирания A (дБ) на линии из n пролетов можно оценить как (см. Примечание 1):
, (30)
(31)
где Pi – это вероятность сбоев, прогнозируемая для i-го пролета из общего числа n пролетов, а di длина трассы (км) i-го пролета. Уравнение (31) следует использовать при значениях А < 40 дБ и (di + di+1) ≤ 120 км. При значениях, превышающих эти пределы, С = 1.
ПРИМЕЧАНИЕ 1. – Уравнение (31) получено на основе измерений, проведенных на 19 парах смежных пролетов, работающих в пределах прямой видимости на полосах частот в 4 и 6 ГГц, при длине трасс от 33 до 64 км.
<предыдущая страница | следующая страница>