Оценка максимальных размеров зоны обслуживания транкинговой системы связи СВ-КВ диапазонов частот

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 7 из 11Следующая ⇒

▷ Похожие статьи

Представленная в п. 1.3 методика позволяет выполнить расчёты радиуса зоны обслуживания рассматриваемой в разделе 4.2 системы радиосвязи. В качестве тестовой по разработанной методике решалась задача определения дальности от передатчика (мощность 1 кВт, изотропная антенна), на которой напряженность поля составляет 1 мкВ/м. Результаты решения представлены на рис. 1.3 в виде кривых зависимостей удаления от базовой станции, на котором Е_с = 1 мкВ/м, от частоты для различных значений проводимости почвы σ. Величина напряженности в 1 мкВ/м принята потому, что она близка к критической, определяемой уровнем внешнего шума.

Из рис. 1.4 видно, что расчетное удаление от передатчика в значительной степени определяется параметрами подстилающей поверхности и частоты. При этом, при работе поверхностными волнами на частотах ниже 3 МГц, при хорошей проводимости почвы и низком уровне внешних шумов, при наличии в системе мощных (1 кВт) передатчиков и эффективных антенн потенциально могут быть получены дальности связи превышающие 300 км и более. Таким образом, по результатам расчёта тестового примера использования методики можно утверждать, что потенциально достижимый радиус зоны обслуживания рассматриваемой системы транкинговой связи может достигать 300 км и более. Вместе с тем, разработка антенн с высокими значениями коэффициента усиления для систем связи с подвижными объектами является достаточно сложной технической задачей. В связи с этим далее рассмотрено влияние на размер зоны обслуживания транкинговой системы связи СВ-КВ диапазонов волн характеристик антенн базовой и абонентской радиостанций.

Рассмотрим передачу сообщения абонента на базовую станцию, так как ввиду малой мощности абонентской радиостанции и менее эффективной малоразмерной антенны именно она определяет размер зоны обслуживания. Пусть базовая станция оснащена радиостанцией с антенной «штырь 10 м». В качестве абонентской станции примем автомобильные радиостанции мощностью 200 Вт с антеннами «штырь 10 м», «штырь 4 м» и портативную радиостанцию 5 Вт с антенной «штырь 2 м». Коэффициенты усиления указанных антенн, взятые из справочника [20], представлены в табл. 1.7.

Таблица 1.7. Коэффициенты усиления антенн

В табл. 1.8 представлены необходимые для расчета электрические параметры различных видов почвы - относительная диэлектрическая проница-емость почвы (ε _зм) и удельная электрическая проводимость почвы (σ _зм), выражаемой в См/м.

Таблица 1.8. Электрические параметры различных типов почв

Тип почвы	εзм	σзм, См/м
Морская вода		1-6
Лед (t = - 10° C)	4-5	10-2 – 10-1
Влажная почва	10-30	3·10-3 – 3·10-2
Пресная вода рек и озер		10-3 – 10-2
Мерзлая почва	3-6	10-3 – 10-2
Болотистая равнина, густо поросшая лесом		7,5·10-3
Холмы средней высоты, среднее облесение		6·10-3
Среднее облесение, тяжелые глинистые почвы		5·10-3
Каменистая почва, крутые холмы		2·10-3
Сельская местность, слегка холмистая, чернозем		10-3
Песок	2-5	2·10-4 – 2·10-3
Городские и индустриальные районы		10-4 – 10-3
Сухая почва	3-6	10-5 – 5·10-3
Снег (t = - 10° C)		10-6

В соответствие с методикой расчета, приведенной в разделе 1.3, мощность сигнала на входе приемника рассчитывалась по формулам (1.15), (1.16).

Для приемной и передающей антенн «штырь 10 м», частот 1 ÷ 10 МГц, удалений абонентской станции от базовой 20 ÷ 160 км, для двух видов подстилающей поверхности (с параметрами ε = 4, σ = 3∙10^-2; и ε=4, σ =10^-3) и мощности передатчика абонентской радиостанции 0,2 кВт величины мощности сигнала на входе приемника приведены в табл. 1.9. в единицах дБм.

Из табл. 1.9 видно существенное падение мощности принимаемого сигнала при увеличении частоты сигнала от 1 до 10 МГц, а также сильное влияние параметров земли на величину затухания сигнала.

Таблица 1.9. Величины мощности сигнала на входе приемника для двух видов почвы, в зависимости от удаления от передатчика и частоты сигнала.

Определим величину мощности шумов на входе приемника базовой станции из формулы (1.25).

В табл. 1.10 представлены коэффициенты индустриального шума, подсчитанные для приемной антенны «Штырь 10 м» в соответствии с рекомендациями [122] для условий сельской местности (rural) и удаленной сельской местности (quet rural), и значения мощности шума на входе приемника базовой станции (знаменатель), рассчитанные для тех же условий.

Таблица 1.10. Коэффициенты индустриального шума F_ш [дБ] и мощность шума на входе приемника базовой станции P_{ш пр} [дБм]

В табл. 1.11 представлены рассчитанные отношения сигнал/шум на входе приемника базовой станции, для частот 1-10 МГц, удалений абонентской станции от 20 до 160 км и для почвы с параметрами (ε = 4, σ = 3∙10^-2), при работе передатчика абонентской радиостанции мощностью 0,2 кВт на антенну «штырь 10 м».

Таблица 1.11. Величины отношения сигнал/шум [дБ] на входе приемника БС. Передающая антенна «штырь 10м». Параметры земли ε=4, σ =3*10^-2. Сельская местность.

Заливкой серым цветом отмечены ячейки, в которых значения сигнал/шум, превышают значение коэффициента защиты 15 дБ, при котором обеспечивается хорошее качество передачи речи; в каждом столбце таблицы подчеркиванием помечены самые нижние значения сигнал/шум, превышающие значение коэффициента защиты 6 дБ, при котором обеспечивается минимально удовлетворительное качество передачи речи.

На рис. 1.5для передающей антенны «штырь 10 м» и мощности передатчика 0,2 кВт представлены расчетные значения максимальных дальностей, на которых обеспечивается минимально удовлетворительное качество речи для «хорошей» земли с высокой проводимостью (σ =3·10^-2) – кривая 1 и для «плохой» земли с низкой проводимостью (σ =10^-3) – кривая 3, а также максимальные дальности, на которых обеспечивается хорошее качество передачи речи для «хорошей» земли (σ =3·10^-2) – кривая 2 и для «плохой» земли (σ =10^-3) – кривая 4 соответственно. В отличие от кривых рисунка 1.4, которые могут использоваться только для качественной оценки дальности связи, кривые рис. 1.5 построены с учетом характеристик приемной антенны, уровня шума в точке приема и вида передаваемого сигнала.

	Рисунок 1.5. Максимальные дальности связи для передающей антенны «штырь 10 м» и мощности передатчика 0,2 кВт. Приемная антенна – «штырь 10 м».

Антенна "Штырь 10 м" относится к классу мобильных антенн, с легкими складными мачтами, которые могут оперативно устанавливаться силами экипажа при остановке транспортного средства и обеспечивать работу на стоянке.

На рис. 1.6 представлены расчетные значения максимальных дальностей для передающих антенн «Штырь 4 м», для мощности передатчика 0,2 кВт, для «хорошей» и «плохой» земли (σ =3*10^-2 и σ =10^-3), а также для хорошего и минимально удовлетворительного качества передачи речи. Приемная антенна базовой станции – «Штырь 10 м». Антенна "Штырь 4 м" может устанавливаться на мобильных абонентских радиостанциях и обеспечивать работу как на стоянке, так и в процессе движения (на ходу).

На рис. 1.7 представлены расчетные значения максимальной дальности связи абонентской радиостанции и базовой станции для передающих антенн «Штырь 2 м» и для мощности передатчика 5 Вт (приемная антенна базовой станции – «Штырь 10 м»). Антенна "Штырь 2 м" может устанавливаться на портативных радиостанциях и обеспечивать связь абонента с базовой станцией в процессе движения. Как видно из таблицы 1.7 коэффициенты усиления антенны "Штырь 2 м" ниже соответствующих коэффициентов усиления антенны "Штырь 4 м" на порядок и более. Результаты расчета дальности связи при использовании антенны "Штырь 2 м" показывают, что в этом случае выигрыш по дальности связи по сравнению с УКВ системами не обеспечивается.

Таким образом, приведённые выше зависимости позволяют утверждать, что в рассматриваемой системе связи наиболее приемлемым частотным диапазоном работы является диапазон 1 – 3 МГц.

При использовании на абонентской радиостанции достаточно простых мобильных штыревых антенн высотой 10 м и выше, обеспечивающих работу на стоянке транспортного средства, и умеренной мощности передатчика P = 200 Вт, в местах с низким уровнем индустриальных шумов (rural и quet rural по классификации рекомендаций [122]) и для высокой проводимости почвы (σ = 3∙10^-2) может быть обеспечен радиус зоны обслуживания порядка 160 - 190 км. При тех же условиях и для низкой проводимости почвы (σ = 10^-3) может быть обеспечен радиус зоны обслуживания порядка 90 – 105 км. Полученные результаты хорошо согласуется с данными трассовых испытаний, представленными в работе [30]. При использовании на абонентской радиостанции штыревых антенн высотой 4 м расчетный радиус зоны обслуживания составляет 105 - 140 км для высокой проводимости почвы и 65 – 80 км для низкой проводимости почвы. Практически, для обеспечения возможности работы на ходу с такой антенной, её верхний конец фиксируется с помощью оттяжек.

Расчетные дальности связи для антенны «Штырь 2 м» составляют 6 – 22 км для различных проводимостей почвы, при минимально удовлетворительном качестве связи, и (4 – 10) км – для хорошего качества связи. Низкая эффективность коротких штыревых антенн КВ и, особенно, СВ диапазонов обуславливает необходимость создания высокоэффективных малогабаритных антенн, которые могут быть использованы как в портативных и мобильных абонентских радиостанциях, так и в мобильных базовых станциях, обеспечивающих работу на ходу. В последнее время были проведены ряд испытаний малогабаритных антенн, разработанных специалистами ОмГТУ и НПООО «КВ-СВЯЗЬ» (вибраторная антенна [79]) и специалистами ФГУП ОНИИП (резонансная ЕН-антенна). Далее в главе 4 приведены результаты испытаний указанных антенн.

Познавательные статьи:



Где возникла философия и почему?

Относительная высота сжатой зоны бетона

Сущность проекции Гаусса-Крюгера и использование ее в геодезии

Тарифы на перевозку пассажиров