Методики энергетического расчета канала дальней тропосферной радиосвязи

Существует два различных понимания природы потери усиления антенн при больших коэффициентах усиления антенн. В [1] формула для расчета этих потерь выведена исходя из уменьшения объема переотражения в тропосфере при уменьшении диаграммы направленности антенн. В [2] формула получена исходя из того, что при больших размерах антенны распределение фаз в раскрыве антенны при приходе волн с различных направление будет отличаться от прихода плоской волны [7]. Результат вычислений L_a по формуле из источника [1] значительно отличается от экспериментальных данных по этому параметру, приведенных в источниках [1] и [7], а результат вычислений по формуле из источника [2] совпадает с этими экспериментальными данными. Поэтому потери усиления антенны будем определять по формуле из источника [2].

Определим потери усиления антенны:

L_а(дБ) = 0,07×exp [0,055× (G_пер + G_пр)],            (2.33)

где G_пер и G_пр − коэффициенты усиления антенны (дБ).

2.2.6      Климатические потери L_к.

Это потери, связанные с отличием климатических особенностей района размещения станций от климатических условий центральной части ETC, можно оценить на основе установленной связи между потерями и значением коэффициента преломления у земной поверхности N_з.

По данным многолетних измерений метеорологических элементов, проводившихся на территории СССР, были рассчитаны значения N_з и вычислены величины L_к. На рис. 14 и 15 показаны изолинии изменения величины потерь L_к на территории СССР. Значения L_к даны на картах для трасс длиной 100, 200 и 300 км.

Рис. 14. Изменения потерь, обусловленных климатическими особенностями различных районов (январь, расстояния 100, 200 и 300 км)

Рис. 15. Изменения потерь, обусловленных климатическими особенностями различных районов (июль, расстояния 100, 200 и 300 км)

2.3      Общие потери на трассе.

Общие потери определяются по формуле:

L(дБ)=L₀(дБ)+L_доп(дБ).                  (2.34)

При необходимости перехода от среднемесячной оценки к среднесуточной или среднегодовой, необходимо подкорректировать общие потери на трассе, определив величину Δδ из рис. 16.

Рис. 16. Зависимость дополнительного запаса высокочастотного уровня сигнала от расстояния при переходе от суточной надежности к месячной или годовой надежности

L(сут) = L(мес)+Δδ (мес).                  (2.35)

L(год) = L(сут)-Δδ (год)=L(мес)+Δδ (мес)-Δδ (год).      (2.36)

Кривую для годовой надежности (рис.16) можно аппроксимировать формулой:

(2.37)

А для месячной

(2.38)

2.4      Мощность шума на входе приемника.

2.4.1      Для телеграфных видов работы определяем мощность шума на входе приемника с учетом скорости передачи.

Р_ш.пр = F_э×К×Т₀×Δf(Гц) = 4×10^-21×F_э×Δf.            (2.39)

Для различных типов модуляции ширина спектра сигнала Δf определяется:

– при непосредственной модуляции несущей для амплитудной и фазовой манипуляции Δf=1/Т_с=V,

где Т_с – длительность импульса;

– V(бод) – скорость передачи информации.

– для частотной манипуляции Δf=V при m≤1,

где m=f_д/F – индекс частотной модуляции,

где f_д – девиация частоты, F – частота манипуляции.

При m>1, Δf=2 f_д=f_р, где f_р – разнос частот.

Для амплитудной, фазовой и узкополосной частотной манипуляции при непосредственной модуляции несущей формулы будут иметь вид:

Р_ш.пр =4×10^-21×F_э×V.                  (2.40)

Р_ш.пр(дБ)=10lg(Р_ш.пр).                  (2.41)

F_э(дБ)=10lg(F_э).                        (2.42)

2.4.2      В телефонном режиме надежность и качество связи на радиолинии оцениваются по отношению мощности сигнала к мощности шума на выходе оконечной станции (точнее, в такой точке телефонного канала, в которой уровень сигнала равен 0 дБ/мВт, т.е. Р_с=1 мВт).

Для рассматриваемых многоканальных радиолиний с частотной модуляцией и частотным уплотнением мощность шума в телефонном канале определяется в точке с нулевым относительным уровнем сигнала Р_с.т=0 дБ/Вт, т.е. в условной точке с уровнем сигнала 1 мВт.

Воспользоваться формулой для определения мощности шума в телефонном канале Р_ш.т. из источника [1] не удалось, так как не указаны единицы измерения входных параметров, а попытка подбора единиц измерений к успеху не привела. Кроме того, появилось подозрение о наличии в формуле опечатки, так как размерность вычисляемого значения Р_ш.т. не соответствует ватам.

Для вывода достоверной формулы вычисления мощности шума в телефонном канале воспользуемся данными из источника [4].

Так как ширина полосы телефонного канала много меньше средней частоты канала в линейном спектре ΔF_к˂˂F_к, то спектральную плотность шумов в полосе одного канала можно считать постоянной. Тогда квадрат эффективного напряжения шумов в канале можно представить в виде:

(2.43)

где ΔF_k=3100 Гц – ширина полосы пропускания телефонного канала;

F_к – средняя частота телефонного канала в линейном спектре аппаратуры уплотнения;

σ²=Р_ш/Δf – спектральная плотность шума на входе приемника в полосе 1 Гц;

u_c – эффективное напряжение сигнала на входе приемника;

с – коэффициент пропорциональности между отклонением частоты и напряжением на выходе канала: