Определяне на мощността на сигнала на входа на приемника на лабораторията на катедрата. Мерни единици за нивата на радиосигнала Как да измерим силата на радиосигнала при определена честота

7.9 Измерване на параметри в радиочестотни системи Измерване на функцията BER (C/N)

Съвременните техники за измерване на BER използват различни схеми, от които могат да се разграничат две основни.

Ориз. 7.16. Схема на метода на регулируемия атенюатор.

При този метод в радиочестотния тракт на приемника се включва регулируем атенюатор, с помощта на който се въвежда допълнително затихване, като стабилността на приемания сигнал се приема за постоянна през цялото време на измерване. Нивата на сигнала и шума се измерват с помощта на електромер, а измерването на шума в междинната честота на приемника без филтриране дава стойност, по-голяма от действителната мощност на шума в работната лента на пътя. Следователно при измерване на мощността се използват допълнителни филтри, настроени към работната честотна лента.

Параметърът за грешка BER се измерва от анализатор на цифров канал.

Основният недостатък на метода е допускането на постоянна мощност на полезния сигнал през целия период на измерване. В реални условия нивото на полезния сигнал претърпява значителни колебания поради многостранно разпространение на радиовълни и промени в условията на разпространение. Поради тази причина съотношението C/N също може да се промени и дори промяна от 1 dB в C/N може да причини промяна в BER с порядък на величина. По този начин този метод не осигурява необходимата точност на измерване, особено за ниски стойности на BER.

2. Интерферентен метод за измерване на BER(C/AT), чиято диаграма е показана на фиг. 7.17, използва специално устройство - анализатор/симулатор на параметъра C/N, който измерва нивото на мощността на полезния сигнал C при въвеждане на дадено ниво на шум N, което осигурява висока точност при определяне на параметъра C/N. При този метод анализаторът/симулаторът автоматично регулира нивото на внесения шум и точността на измерване на характеристиката BER(C/AT) може да достигне стойности от ~1СГ12. В заключение на това разглеждане на функцията BER (CIN) отбелязваме следното.

1. Сравнението на теоретичните и практическите зависимости VESCHHS/N) показва, че практическите зависимости се различават от теоретичните по това, че за практическите стойности на BER се изисква по-голямо съотношение C/N. Това се дължи на различни причини за влошаване на параметрите в междинните и радиочестотните пътища.

2. На практика приносите на радио и междинните честотни пътища са сравними помежду си, докато за цифрови системи за предаване на информация със скорости до 90 Mbit/s, следните стойности на нивата на влошаване на параметъра BER са наблюдаваното.

Ориз. 7.17. Схема на метода за смущения за измерване на BER(C/N)

Влошаване на пътя на междинната честота на IF:

Грешки по фаза и амплитуда на модулатора - OD dB;

Междусимволна интерференция поради работа на филтъра - 1.0 dB;

Наличие на фазов шум - 0.1 dB;

Диференциални процедури за кодиране/декодиране - 0.3 dB;

Трептене (фазово трептене) - 0.1 dB;

Допустима честотна лента на шума на демодулатора - 0,5 dB;

Други причини (ефект на стареене, температурна нестабилност) - 0,4 dB.

Така общо влошаването на BER в IF пътя може да достигне 2,5 dB. Влошаване на BER в радиочестотния път:

Ефекти на нелинейност - 1.5 dB;

Увреждания, дължащи се на ограничение на честотната лента на канала и време на групово забавяне - 0,3 dB;

Смущения в съседни канали - 1.0 dB;

Увреждане поради затихване и ехо ефекти - 0,2 dB. Общо в RF радиочестотния път влошаването на BER ще бъде 3 dB, т.е. общото в системата

Влошаването на BER при предаване може да достигне -5,5 dB.

Трябва да се отбележи, че в диаграмите на фиг. 7.16, 7.17 целта на еквалайзерите в цифровите радиопътеки не беше взета предвид.

Измервания на честота и мощност в радиочестотни пътища.

Измерванията на честотата и мощността на полезен радиосигнал се прилагат на практика чрез следните методи:

1) използват се честотомери и електромери,

2) използват се спектрални анализатори с функции за измерване на маркери.

При втория метод маркерът осигурява движение по спектралната характеристика, като едновременно с това показва стойностите на параметрите на честотата и мощността на полезния радиосигнал.

За да разширят възможностите за измерване на параметрите на мощността, съвременните спектрални анализатори осигуряват спектрално изглаждане, филтриране на шума и др.

Анализ на работата на еквалайзерите.

В сравнение с кабелни системирадиоефирът, като среда за предаване на радиосигнали, има характеристики, които произволно се променят във времето. Поради широкото използване на цифрови радиокомуникационни системи и повишените изисквания за точността на тяхното предаване, еквалайзерите са включени в приемните устройства, за да се намали драстично влиянието на многопътното разпространение (подравняване на сигнала) и времето за групово забавяне (автоматична настройка на сигнала). Когато използват цифрови методи за модулиране на високочестотни сигнали, разработчиците срещнаха трудности при точната настройка на модеми и други устройства, формиращи канали, като част от радиочестотния път. В този случай еквалайзерите също действат като елементи на компенсация за възможни нелинейности в устройствата на пътя на радиочестотното предаване. В съвременните системи за предаване на радиочестотна информация има два основни вида затихване, свързани с факторите на разпространение на радиосигнала по радиочестотния път.

1) Линейно затихване, което е независимо от честотата равномерно намаляване на амплитудата на сигнала от коефициентите на разпределение на сигнала. Линейното затихване обикновено се причинява от естествени фактори при разпространението на електромагнитните вълни:

С преминаващо разпространение в горски територии;

При разпространение в атмосферата при наличие на хидрометеори (дъжд, сняг).

2) Затихване поради многолъчево разпространение на радиосигнали.

Тези два фактора променят амплитудата на желания сигнал, което води до промяна в съотношението C/N, което в крайна сметка се отразява на параметъра на грешката BER. Промените в структурата на полезния сигнал, свързани с тези две затихвания, се компенсират от еквалайзери. Както знаете, основата на работата на всеки еквалайзер е използването на теснолентов прорезен филтър за елиминиране на нелинейността на полезния сигнал. Основният параметър за измерване е зависимостта на дълбочината на филтриране от честотата при даден параметър BER, който в различни рецензии се нарича крива М или крива W (фиг. 7.18).

Ориз. 7.18. М криви за случаи на липса и наличие на еквалайзер.

За да се получи кривата М, обикновено се симулират различни условия на предаване на сигнала, които се компенсират от еквалайзер и в процеса на компенсация се изгражда кривата М. Схемата на измерване е показана на фиг. 7.19.

В резултат на измерванията се получават диаграми под формата на двустранни М криви, една от които е без хистерезис (показваща способността на еквалайзерния филтър да осигури дълбочина на филтриране при дадена честота, достатъчна за изравняване на структурата на полезния сигнал), а другият е хистерезис (показващ производителността на филтъра, когато е истинска работаако е необходимо, първо увеличете и след това намалете параметъра за дълбочина на филтриране). На практика и двата вида криви са от съществено значение за анализиране на работата на еквалайзера.

Ориз. 7.19. Измервателна схема за М криви

Измервания на параметри на неравномерност на фазово-честотната характеристика и групово времезакъснение.

Неравномерността на фазово-честотната характеристика (PFC) на радиочестотния път се определя от времето на групово забавяне (GDT) от формулата:

Директното измерване на зависимостта на фазовото изместване от честотата f (n) и последващото диференциране на получената зависимост се прилага, като правило, за системи с ниско ниво на фазов шум; но за радиокомуникационни системи присъства фазов шум в канала, което води до неравномерна фазова характеристика и промяна в груповото закъснение. Обикновено измерванията на групово закъснение се извършват по време на тестовете за приемане на радиосистеми и отчитат възможните отклонения в работата на предавателя, приемника, антенните устройства и условията на разпространение на радиосигнала. Документът описва два метода за измерване на групови закъснения, базирани на използването на композитни радиосигнали.

Измервания на устойчивост на линейно затихване и многолъчево затихване на радиосигнали

Параметрите на радиосигналите се променят поради линейно затихване и затихване, причинено от многолъчево разпространение на радиосигнали. При извършване на фабрични тестове се въвежда приемлива граница на линейно затихване, която не надвишава 50 dB за BER = 10~3. За компенсиране на линейното затихване се използват еквалайзери като част от предавателя/приемника. Ефективността на еквалайзер, който компенсира линейното затихване, може да бъде измерена с помощта на регулируеми атенюатори.

Когато се измерва съпротивлението на затихване, свързано с многолъчево разпространение на радиосигнали, е възможно да се използва диаграма на състоянието и очна диаграма, които показват:

Диаграма на състоянието - преслушването между I и Q сигналите е показано като елипси,

Диаграма на очите - феноменът на многопътността се отразява от изместването на центровете на „очите“ от центъра към краищата.

Въпреки това, както диаграмата на състоянието, така и диаграмата на очите не предоставят цялата необходима спецификация за измерване. За извършване на практически измервания на ефективността на компенсацията за явлението многопътни сигнали се използват методи, които са в съответствие с методите за компенсация. Тъй като е почти невъзможно да се предскаже появата на многолъчевия фактор, въздействието на този фактор се взема предвид с помощта на стресови методи, тоест чрез симулиране на феномена на многопътно разпространение на сигнала. Както е отбелязано в работата, се използват два модела за симулиране на многопътно разпространение на сигнала.

1.Двулъчев модел. Принципът на моделиране се свежда до теоретично обоснованото предположение, че затихването е свързано с двулъчева интерференция, а интерфериращият лъч има забавяне (за отразения лъч) във времето. От характеристиките на неравномерността на честотната характеристика (амплитудно-честотна характеристика) и груповото забавяне за двулъчево разпространение на радиосигнал следва:

Намаляване на амплитудата при промяна на честотата;

Промени в груповото закъснение и честотната характеристика в случай на минимална фаза (когато основният радиолъч има голяма амплитуда);

Промени в честотната характеристика и груповото забавяне в случай на не-минимална фаза (когато полученият лъч след смущението на два лъча надвишава основния сигнал по амплитуда).

2. Трилъчев модел. Тъй като моделът с два лъча не описва феномена на амплитудна модулация и появата на слаби модели на биене в рамките на работния честотен диапазон, в резултат на което амплитудата на полезния сигнал се отклонява в рамките на работния диапазон, дори ако възелът на биенето е извън в работния диапазон се използва модел с три лъча, за да се вземе предвид ефектът на изместване на амплитудата. Обикновено моделът с два лъча се използва за висококачествени измервания, а моделът с три лъча се използва за прецизни измервания.

Анализ на интермодулационни смущения.

Когато радиосигналите се разпространяват по пътека, възникват интермодулационни взаимодействия на сигнали по време на мултиплексиране и демултиплексиране, както и под влияние на нелинейностите на каналообразуващите устройства в рамките на пътя. Обикновено интермодулационното изкривяване е на доста ниско ниво - по-малко от 40 dB спрямо нивото на желания сигнал. Въпреки това, контролирането на интермодулационното изкривяване и елиминирането на причините за него осигурява в някои случаи решение на проблема със смущенията в съседни канали. Спектралните анализатори се използват за анализ на интермодулацията.

Измервания на характеристики на каналообразуващи радиочестотни пътища.

В допълнение към комплексните измервания, измерванията на характеристиките на каналообразуващите радиочестотни пътища са широко използвани в практиката, чието познаване е необходимо при проектирането и експлоатацията на радиотехнически системи за предаване на информация. В допълнение към измерванията на честотата и мощността в зоната на обслужване, има нужда от измерване на антенни системи, нива на топлинен шум, честотна стабилност на главните осцилатори, фазово трептене, параметри на модеми и усилвателни пътища заедно с филтриращи устройства.

Измервания на антенната система.

Антенно-фидерните устройства като част от радиочестотния път играят изключително важна роля. Основните параметри: мощност на излъчване, диаграма на излъчване в съответните равнини, усилване, импеданс и т.н., обикновено се изчисляват и измерват на етапа на производство на антената. По време на работа важни параметри са

Коефициент на пътуващата вълна (TWC): CBW = Umin/Umax, (7,38)

Коефициент на стояща вълна (SWR): SWR = 1/KBW, (7,39)

Ниво на обратна загуба от входа на антената, където Umin и Umax са минималните и максимално напрежениена захранващата линия.

В случай на идеално съгласуване на пътя: изход на предавател - фидер - вход на антена, KBV = 1 (тъй като цялата енергия от изхода на предавателя е насочена към антената и в същото време £/min = Umax), в случай на Umin = 0, VSWR = oo KBV = 0 — във фидера възниква режим на стояща вълна, което е недопустимо.

В реален случай КСВ може да приема стойности от 1,1...2, т.е. КСВ = 0,5...0,9. В радиотрасите на цифрови системи за предаване на информация с цифрови типове модулация се изисква ниско ниво на обратни загуби, т.е. минимална стойност на SWR от -1,1, когато режимът във фидерната линия е близо до висока степен на съвпадение.

Например, за микровълнови връзки, използващи 64 QAM модулация, препоръчителното ниво на потискане на обратните загуби на антената е 25 dB или по-високо. За измерване на обратните загуби обикновено се използва схемата, показана на фиг. 7.20.

Сигналът се подава от микровълновия осцилатор към антената чрез пасивен насочен съединител. При наличие на вълна, отразена от входа, електромагнитните трептения преминават през насочен съединител в спектрален анализатор (или в селективен приемник), където се измерва нивото на отразената мощност. За да се намали нивото на отразената мощност, пътят на антена-фидер е съгласуван. Когато се използва на практика вместо анализатор на спектъра на електромера, точността на измерване намалява, тъй като заедно с отразения сигнал електромерът отчита нивото на шума, свързан с външни влияния върху радиоканала в даден работен честотен диапазон.

Измервания на нивото на присъщия топлинен шум на елементите на радиочестотния път.

С увеличаване на нивото на шума, междусимволното изкривяване се увеличава рязко цифрови сигналии стойността на BER се увеличава. В диаграмите на състоянието и диаграмите на очите това се отразява в увеличаването на размера на точките за показване на състоянието и ефекта на „затваряне на очите“. Измерване на шума различни устройствакато част от радиочестотния път се извършва на етапа на експлоатация, за да се локализира точката на повишено ниво на шум. Като се има предвид, че собственият шум на различни устройства в радиочестотния път е малък, за измервания се използват диференциални методи. За да направите това, смущаващ едночестотен сигнал се смесва с тестовия сигнал и след това се правят измервания на шума чрез разликата между смущаващия сигнал и шума. Този метод се използва при измерване на шум с ниска мощност. Като пример на фиг. Фигура 7.21 показва резултатите от измерванията на шума на фона на смущаващ едночестотен сигнал за 16 QAM модулация при съотношение сигнал/шум C/I = 15 dB, докато, както може да се види от фигурата, увеличение на нивото на шума води до увеличаване на размера на точките на диаграмата на състоянието и ефекта на „затваряне на окото“ на диаграмата на очите.

Ориз. 7.21. Примери за диаграма на състоянието и очна диаграма при измерване на шум при C/1 = 15 dB.

Измервания на фазово трептене.

Важен параметър за измерване на радиочестотни предавателни системи с цифрова модулация е фазовото трептене на сигнала от главните осцилатори на приемника/предавателя, т. нар. трептене. За анализиране на трептене ефективно се използва диаграма на състоянието, тъй като очната диаграма не е чувствителна към нея. Ако в пътя се появи фазово трептене на сигнала, тогава, както следва от

Ориз. 7.22, има увеличение на размера на точките на диаграмата на състоянието. За да се елиминират проблемите, свързани с наличието на трептене при измерване на трептене, обикновено се извършват допълнителни измервания на работните параметри на главните осцилатори и се отстраняват грешките.

Измерване на параметрите на модема.

За измерване на параметрите на модема обикновено се използват анализатори, които осигуряват измервания на сигнала под формата на диаграми на състоянието и очни диаграми, които предоставят най-пълната информация за структурата и промените в параметрите на цифровата модулация. На фиг. Фигура 7.23 показва като пример диаграма на състоянието и очна диаграма за случая на квадратурна амплитудна модулация с 16 състояния 16 QAM, от което следва:

Замъгляването на точките на диаграмата на състоянието показва влиянието на шума;

Изкривяването на размера на „окото“ показва възможни смущения в работата на цифровия канал (например появата на междусимволни изкривявания).

Ориз. 7.23. Примерна диаграма на състоянието и очна диаграма за AM 16 QAM кутия с 16 състояния

Нека разгледаме следните видове неизправности на модема и съответните диаграми.

1.Загуба на синхронизация в цифров канал.

Глобалният отказ/изключване на демодулатора или отказ на фазово заключване може да доведе до загуба на съответствие между модулатора и демодулатора и загуба на сигнал в преносната система. В този случай диаграмата на състоянието представлява произволно разпределение на сигналите в съответните нива на модулация, „окото“ на диаграмата на окото е напълно затворено (фиг. 7.24).

Ориз. 7.24. Пример за загуба на синхронизация в цифров канал: диаграмата на състоянието представлява произволно разпределение на сигналите в съответните нива на модулация, „окото“ на диаграмата на окото е напълно затворено.

2. Нарушаване на настройките на параметрите на нивото на модулация/демодулация.

На фиг. Фигура 7.25 показва диаграма на състоянието, от която следва, че при установяване на нивата на модулация/демодулация е възникнал дисбаланс в амплитудата на сигнала. Промените в диаграмата на състоянието могат да показват нелинейности в модулатора или неизправност на DAC.

Ориз. 7.25. Пример за нарушение на настройките на нивото на модулация/демодулация.

3. Нарушаване на ортогоналността на I и Q векторите на демодулатора.

Една от често срещаните неизправности в работата на модема е неизправност на демодулатора, когато I и Q векторите на полярните координати на демодулатора не са строго ортогонални. Това води до несъответствие между състоянията и ортогоналната координатна мрежа на диаграмата на състоянието (фиг. 7.26).

Тази неизправност може или не може да бъде придружена от грешка при синхронизиране на фазите във веригата за възстановяване на носителя. При липса на грешка, резултатът от въздействието на тази неизправност върху очната диаграма се свежда до затваряне на "окото" на диаграмата на сигнал I и липса на промяна на Q диаграмата. грешка, "очите" на двете диаграми ще бъдат затворени. Трябва да се отбележи, че само анализът на очната диаграма не позволява да се определи причината за неизправността, тъй като тази диаграма напълно съвпада с очната диаграма, ако има такава високо ниводопълнителен шум в канала. В този случай само диаграмата на състоянието може да осигури надеждно определяне на причината за неизправността. Отстраняването на описаната неизправност изисква настройка на демодулатора по отношение на ортогоналността на сигналите I и Q. В диаграмата на състоянието на фиг. 7.27 отбеляза наличието на грешка на фазовата синхронизация от 2,3 градуса.

Ориз. 7.27. Пример за възникнала грешка във фазовата синхронизация.

Измервания на работни параметри на усилватели като част от радиочестотния тракт.

Основните измерени параметри на работата на усилвателите като част от радиочестотния тракт са:

Шум, внесен от усилватели;

Параметри на нелинейност на усилвателни секции.

Амплитудното претоварване може да доведе до навлизане на усилвателя в нелинеен режим и в резултат на това рязко увеличаване на вероятността от грешка в цифрова система за предаване. Използването на диаграми на състоянието и очни диаграми позволява да се оценят причините за намаляване на параметрите на качеството на радиокомуникацията (нелинейните изкривявания водят до замъгляване на точките на диаграмата на състоянието и затваряне на „окото“ на очната диаграма).

Основни параметри на радиосигнала. Модулация

§ Сила на сигнала

§ Специфична енергия на сигнала

§ Продължителност на сигнала Tопределя интервала от време, през който съществува сигналът (различен от нула);

§ Динамичният диапазон е съотношението на най-високата моментна мощност на сигнала към най-ниската:

§ Ширина на спектъра на сигнала F - честотна лента, в която е концентрирана основната енергия на сигнала;

§ Базата на сигнала е произведението на продължителността на сигнала и ширината на неговия спектър. Трябва да се отбележи, че има обратно пропорционална зависимост между ширината на спектъра и продължителността на сигнала: колкото по-къс е спектърът, толкова по-голяма е продължителността на сигнала. По този начин размерът на основата остава практически непроменен;

§ Съотношението сигнал/шум е равно на отношението на мощността на полезния сигнал към мощността на шума (S/N или SNR);

§ Обемът на предаваната информация характеризира честотната лента на комуникационния канал, необходима за предаване на сигнала. Дефинира се като произведение от ширината на спектъра на сигнала и неговата продължителност и динамичен диапазон

§ Енергийната ефективност (потенциална устойчивост на шум) характеризира надеждността на предадените данни, когато сигналът е изложен на адитивен бял шум на Гаус, при условие че последователността на символите е възстановена от идеален демодулатор. Определя се от минималното съотношение сигнал/шум (E b /N 0), което е необходимо за предаване на данни през канал с вероятност за грешка, която не надвишава определена. Енергийната ефективност определя минималната мощност на предавателя, необходима за приемлива работа. Характеристика на метода на модулация е кривата на енергийната ефективност - зависимостта на вероятността за грешка на идеален демодулатор от съотношението сигнал / шум (E b /N 0).

§ Спектрална ефективност - отношението на скоростта на предаване на данни към използваната честотна лента на радиоканала.

• AMPS: 0,83
• NMT: 0,46
• GSM: 1.35

§ Устойчивостта на влиянията на предавателния канал характеризира надеждността на предаваните данни, когато сигналът е изложен на специфични изкривявания: затихване поради многолъчево разпространение, ограничение на честотната лента, честотна или време концентрирана интерференция, Доплеров ефект и др.

§ Изисквания за линейност на усилвателя. За усилване на сигнали с определени видове модулация могат да се използват нелинейни усилватели от клас C, които могат значително да намалят консумацията на енергия на предавателя, докато нивото на излъчване извън лентата не надвишава допустимите граници. Този фактор е особено важен за мобилните комуникационни системи.

Модулация(Латински modulatio - редовност, ритъм) - процесът на промяна на един или няколко параметъра на високочестотно носещо трептене според закона на нискочестотен информационен сигнал (съобщение).

Предаваната информация се съдържа в управляващия (модулиращ) сигнал, а ролята на носител на информация играе високочестотно трептене, наречено носител. Следователно модулацията е процесът на „приземяване“ на информационно трептене върху известен носител.

В резултат на модулацията спектърът на нискочестотния управляващ сигнал се прехвърля в региона високи честоти. Това позволява, когато се организира излъчване, да се конфигурира функционирането на всички приемащи и предавателни устройства на различни честоти, така че да не си „пречат“ едно на друго.

Като носител могат да се използват трептения с различна форма (правоъгълни, триъгълни и др.), но най-често се използват хармонични трептения. В зависимост от това кой от параметрите на носещото трептене се променя, се разграничава видът на модулацията (амплитуда, честота, фаза и др.). Модулацията с дискретен сигнал се нарича цифрова модулация или манипулация.

Основният параметър на радиопредавателно устройство е мощността на сигнала, излъчван във въздуха. Трябва да се отбележи, че изискванията за мощност на сигнала в VHF диапазона се диктуват от характеристиките на разпространение на радиовълните в този честотен диапазон.

Първата характеристика на VHF диапазона е праволинейното разпространение на радиовълните в рамките на пряката видимост. Фигура 1 илюстрира тази характеристика на разпространението на радиовълните в този диапазон.

Фигура 1. Линия на видимост по радиовръзката

Приблизително, като се вземе предвид пречупването на радиовълните в VHF диапазона, обхватът на линията на видимост в километри L се определя като:

, (1)

Когато височината на антената на базовата станция и ретранслатора е 70 m, обхватът на комуникация не може да надвишава 70 km:

Когато височината на антената на базовата станция и ретранслатора е 70 m, обхватът на комуникация не може да надвишава 70 km. Приблизителните обхвати на пряка видимост в VHF обхвата са показани на фигура 2.

Фигура 2. Приблизителен обхват на радиовръзка в УКВ диапазона

Нека изчислим необходимата изходна мощност на сигнала на предавателя за дадено разстояние. За да направим това, ще използваме добре известната формула за определяне на мощността на сигнала на входа на радиоприемник:

, (2) където П prm - мощност на сигнала на входа на радиоприемника; П prd - мощност на сигнала на изхода на радиопредавателя; - дължина на вълната на радиосигнала; r— разстояние между приемник и предавател; Ж prd - усилване на антената на радиопредавателя (в пъти); Ж prm - усилване на антената на радиоприемника (в пъти);

Трябва да се отбележи, че в мобилните комуникационни системи силата на сигнала се измерва в dBm. Това е отношението на абсолютната стойност на мощността на сигнала, изразена във ватове, към мощността на сигнала от 1 mW.

, (3)

Например, мощност на сигнала от 2 W съответства на стойност от 33 dBm, а мощност на сигнала от 10 W съответства на 40 dBm. Този подход ви позволява да замените операциите деление и умножение съответно с изваждане и сумиране. В този случай формулата за определяне на мощността на сигнала на входа на радиоприемника (2), изразена в децибели, ще приеме следната форма:

, (4)

Нека изразим от него мощността, необходима на предавателя при работа в свободно пространство. За честотната лента от 160 MHz и многопосочните антени тази мощност ще бъде равна на:

, (5)

При съотношение сигнал/шум на входа на демодулатора от 6 dB, мощността на предавателя може да бъде ограничена до 1 mW.

От друга страна, когато една радиовълна се разпространява по повърхността на земята, тя изпитва допълнително поглъщане. За да се обясни феноменът на радиовълните, огъващи се около различни препятствия и тяхното проникване в сянката и полусянката, се използва принципът на Хюйгенс-Френел. В съответствие с модела на Френел обхватът на разпространение на радиовълните между предавателното и приемащото устройство е ограничен от елипсоид на въртене около линията, която ги свързва. Този елипсоид е многопластов и може да включва безкраен брой зони.

Зоната, която е най-близо до линията, свързваща предавателя с приемника, се нарича първа зона на Френел. Общоприето е, че при разпространението на радиовълните най-значима е първата зона на Френел. Около половината от предаваната енергия е концентрирана в него. Фигура 3 показва надлъжен разрез на първата зона на Fresnel.

Фигура 3. Дефиниция на зоната на Френел

За всяка точка от радиовръзката радиусът на първата зона на Френел (R0) може да се намери по формулата:

, (6)

При отчитане влиянието на земната повърхност е важен най-големият радиус на първата зона на Френел. При еднаква височина на антените този радиус ще бъде в средата на радиовръзката. В този случай формула (6) се трансформира в следния вид:

, (7)

Когато обхватът на радиовръзката е повече от 5 km, е необходимо допълнително да се вземе предвид кривината на Земята като препятствие. Този ефект е илюстриран на Фигура 3. За да вземете предвид увеличението на нивото на земната повърхност в средата на радиовръзката поради нейната кривина, можете да използвате следната формула:

, (8) където hmax е максималната височина на препятствието, създадено поради кривината на Земята (m), L е разстоянието между предавателя и приемника (km).

Стойностите на височината на препятствието, създадено поради кривината на Земята за относителни разстояния r tek /L са дадени в таблица 1.

маса 1

Л	Относително разстояние на радиоинтервал
	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9
5 км	0,02 м	0,08 м	0,18 м	0,31 м	0,5 м	0,31 м	0,18 м	0,08 м	0,02 м
10 км	0,7 м	1,3 м	1,7 м	1,9 м	2 м	1,9 м	1,7 м	1,3 м	0,7 м
15 км	1,5 м	2,7 м	3,6 м	4 м	4,25 м	4 м	3,6 м	2,7 м	1,5 м

Сега нека изчислим допълнителното поглъщане на сигнала поради засенчването му от земната повърхност. За да направим това, изчисляваме височината h max в центъра на радиотрасета:

, (9)

Относителният просвет на радиолинията ще бъде равен на

, (10)

Сега, използвайки графиката на зависимостта на затихването на сигнала спрямо клирънса на препятствието, показана на фигура 4, ще определим допълнителното затихване на сигнала.

Фигура 4. Зависимост на затихването на сигнала спрямо разстоянието от препятствие

За относителен клирънс на радиовръзката от -0,37, допълнителното затихване на сигнала ще бъде 50 dB. В резултат на това необходимата мощност на предавателя се увеличава от -6 dBm до +44 dBm. Тази мощност съответства на мощност на предавател от 20 W.

В този случай разгледахме ситуация, при която един радиопредавател е разположен на едно място. Въпреки това, няма много удобни места за поставяне на ретранслатори на базови станции. Поради това обикновено голям брой радиопредаватели на радиосистеми за различни цели са концентрирани на едно място. За да се гарантира, че те не си пречат, на изхода на трансмитера трябва да се монтират различни устройства за разделяне, като филтри, циркулационни помпи и комбинатори. Всеки от тях отслабва силата на радиосигнала. В допълнение, сигналът може да бъде отслабен от пътя на антената-фидер. Общата стойност на затихване на сигнала може да достигне 12 dB. Това води до факта, че дори ако мощността на изхода на предавателя е 100 W, тогава само 6 W ще достигнат до антената:

, (11)

За да илюстрираме, нека преобразуваме тази стойност във ватове:

, (12)

заключения

• За работа в VHF обхвата, като се вземе предвид влиянието на кривината на земната повърхност и препятствията, е необходима мощност на предавателя от поне 2 W
• За стационарни радиостанции необходимата мощност се увеличава до 50 ... 100 W поради загуби в захранващи устройства и комбайни

Литература:

Други параметри на радиопредавателни устройства:

Много важна характеристика на радиопредавателно устройство е обхватът на излъчваните честоти. За организиране на мобилни радиовръзки в УКВ диапазона...
http://site/UGFSvSPS/DiapPrdFr/

При формирането на радиосигнал е много важно целият спектър на излъчвания сигнал да бъде концентриран в честотната лента, определена за даден радиоканал...
http://site/UGFSvSPS/maska/

КРАТКО ОПИСАНИЕ

Серия електромери Anritsu ML2490AТе са високоскоростни дигитайзери и процесори на сигнали, идващи от свързани към тях сензори за мощност. Моделът Anritsu ML2495A е едноканален и поддържа свързването на един сензор, а моделът Anritsu ML2496A може да работи едновременно с два различни сензора. В зависимост от видовете свързани сензори, честотният диапазон може да бъде от 100 kHz до 65 GHz.

Благодарение на много високата скорост на цифровизация (времева разделителна способност достига 1 ns), измервателните уреди от серията Anritsu ML2490A могат да се използват за разработване и конфигуриране на радари, а честотната лента на тези устройства, равна на 65 MHz, им позволява да се използват на всички етапи за изграждане и експлоатация на 3G безжични комуникационни системи, 4G и 5G, включително системи от следващо поколение, базирани на сложни модулационни технологии като OFDM.

В допълнение към сензорите за импулс и пикова мощност, серията Anritsu ML2490A може да свързва различни сензори за измерване на стационарни радиосигнали (CW), което ги прави универсални за използване. Можете да изтеглите пълно описание на всички характеристики на серията Anritsu ML2490A по-долу на тази страница в раздела.

Основни характеристики:
Брой канали: 1 (модел ML2495A) или 2 (модел ML2496A).
Честота: 100 kHz – 65 GHz (в зависимост от сензора).
Честотна лента (видео лента): 65 MHz.
Типично време на нарастване: 8 ns (с импулсен енкодер MA2411B).
Времева разделителна способност: 1 ns. Вграден калибратор на мощността (50 MHz и 1 GHz).
Идеален за радарни приложения и безжични мрежи(4G и 5G).
Измервания на мощността: Средна, Минимална, Максимална, Пикова, Гребен, PAE (Ефективност с добавена мощност).
Екран 8.9 cm (резолюция 320 x 240). Интерфейси: Ethernet, IEEE-488 (GPIB), RS-232.
Тегло: 3 кг. Размери: 213 х 88 х 390 мм. Работна температура: от 0°C до +50°C.
Измерете точно мощността на всеки радиосигнал

ПОДРОБНО ОПИСАНИЕ

Серията RF измерватели на мощност Anritsu ML2490A предлага превъзходна производителност в сравнение с другите две серии измервателни уреди на Anritsu (ML2480B и ML2430A). Серията ML2490A включва два модела: едноканален ML2495A и двуканален ML2496A. И двата модела работят съвместно с външни сензори (сензори). Измервателите на мощност Anritsu ML2490A са съвместими с шест серии сензори, които покриват много широк спектър от приложения в честотния диапазон от 10 MHz до 50 GHz и в диапазона на мощността от -70 dBm до +20 dBm.

В зависимост от типа на свързания сензор, измервателните уреди Anritsu ML2490A могат да измерват следните параметри на силата на сигнала: Average (средна стойност), Min (минимална стойност), Max (максимална стойност), Peak (пикова стойност), Crest (крест фактор), Rise - време (време на нарастване), PAE (ефективност с добавена мощност) и др. За калибриране на сензори устройствата Anritsu ML2490A съдържат вграден калибратор на мощността за две честоти като стандартна характеристика: 50 MHz и 1 GHz.

Тази снимка показва едноканален радиочестотен измервател Anritsu ML2495A и двуканален радиочестотен измервател Anritsu ML2496A заедно с два от най-добрите сензори: импулсен сензор Anritsu MA2411 (до 40 GHz) и широк широк сензор Anritsu MA2491A (до 18 GHz).

Едноканален измервателен уред Anritsu ML2495A (отгоре) и двуканален измервателен уред Anritsu ML2496A (отдолу) заедно с импулсен сензор за мощност MA2411 и широколентов сензор за мощност MA2491A.

Импулсен сензор за мощност Anritsu MA2411B

Измервателите на мощност Anritsu ML2495A и ML2496A, заедно със сензор Anritsu MA2411B, са идеални за измерване на импулсни радиосигнали в честотния диапазон от 300 MHz до 40 GHz. С типично време на нарастване от 8 ns и разделителна способност от 1 ns са възможни директни измервания на характеристиките на радарните импулси, както и голямо разнообразие от други типове сигнали с импулсна или пакетна структура.

Тази снимка показва екранна снимка на измервателния уред Anritsu ML2496A с резултатите от измерването на параметрите на фронта на RF импулс. Измерванията бяха извършени с помощта на сензор за импулсна мощност Anritsu MA2411B. Скалата по хоризонталната ос е 20 ns на деление, а по вертикалната ос 3 dB на деление. Сигналът, идващ от сензора, беше дигитализиран със скорост 62,5 MSa/s.

Тази снимка показва екранна снимка на измервателния уред Anritsu ML2496A, показваща резултатите от измерването на четири последователни RF импулса. Скалата по хоризонталната ос е 2 µs на деление, а по вертикалната ос 5 dB на деление. За всеки импулс можете да измервате: време на нарастване, време на спад, продължителност и други параметри, включително интервала на повторение на импулса PRI (Интервал на повторение на импулса). Резултатите за група импулси също се показват на екрана: минимална, максимална и средна мощност.

Измерване на параметрите на четири последователни радиочестотни импулса.

При измерване на радиосигнали с висока мощност често се използват атенюатори или съединители. Енергомерите от серията Anritsu ML2490A имат способността автоматично да отчитат стойността на външен атенюатор или съединител, така че резултатите от измерването на екрана да съответстват на действителната мощност.

Преди да използвате сензора Anritsu MA2411B с измервателя на мощност от серията ML2490A, те трябва да бъдат калибрирани заедно. За да направите това, на предния панел на електромера е разположен изход за референтен сигнал (Калибратор) с честота 1 GHz и амплитуда 0 dBm (1 mW). Като свържете сензора към този изход и щракнете върху съответния елемент от менюто, ще калибрирате сензора и ще нулирате грешките на измервателния път, което ще подготви устройството за точни измервания.

Сензорът Anritsu MA2411B е оптимизиран за измерване на импулсни и широколентови модулирани сигнали, но може да се използва за точно измерване на характеристиките на стационарни (CW) и бавно променящи се радиосигнали. Съответната екранна снимка е показана на тази снимка.

Широколентови сензори за мощност Anritsu MA2490A и MA2491A

Два широколентови сензора са предназначени за измерване на параметрите на телекомуникационните сигнали, както и някои видове импулсни сигнали: Anritsu MA2490A (от 50 MHz до 8 GHz) и Anritsu MA2491A (от 50 MHz до 18 GHz). И двата сензора осигуряват честотна лента от 20 MHz (наричана още видео честотна лента или скорост на реакция), което е достатъчно за точно измерване на бързо променящи се сигнали като 3G/4G, WLAN, WiMAX и импулси от повечето видове радарни системи. Времето на нарастване за тези сензори в импулсен режим на измерване е 18 ns.

Импулсните характеристики на сензорите MA2490A и MA2491A са малко по-лоши от тези на MA2411B, обсъдени по-горе, но минималната измерена мощност е -60 dBm, вместо -20 dBm за MA2411B. Значително разширяване на долния праг на мощността се постига благодарение на наличието на допълнителен път за измерване вътре в сензорите, който се включва автоматично при ниски стойности на мощността.

Тази снимка показва екранна снимка на измервателния уред Anritsu ML2496A с резултатите от измерването на параметрите на GSM сигнала. Измерванията бяха извършени с помощта на широколентов сензор за мощност Anritsu MA2491A. Скалата по хоризонталната ос е 48 µs на деление, а по вертикалната ос 5 dB на деление. Пиковата мощност на отделните фрагменти от сигнала достига 12 dBm.

Измерване на параметрите на GSM сигнала с широколентов сензор Anritsu MA2491A.

Високопрецизни диодни сензори за мощност (сензори) от серията Anritsu MA2440D

Тази серия високопрецизни сензори е предназначена за радиосигнали с ниска скорост на промяна или модулация (като TDMA), както и за стационарни (CW - непрекъсната вълна) сигнали. Скоростта на реакция (видео честотна лента) на тези сензори е 100 kHz, а времето за нарастване е 4 µs. Всички сензори от серия MA2440D имат вграден 3 dB атенюатор, който значително подобрява съгласуването (SWR) на RF входния конектор на сензора. Широк динамичен обхват от 87 dB и линейност, по-добра от 1,8% (до 18 GHz) и 2,5% (до 40 GHz) правят тези сензори идеални за широк спектър от приложения, включително измервания на усилване и затихване на радиото.

Серията сензори Anritsu MA2440D се състои от три модела, различаващи се по горния честотен диапазон и типа на входния конектор: модел MA2442D (от 10 MHz до 18 GHz, N(m) конектор), модел MA2444D (10 MHz до 40 GHz, K(m) конектор) и модел MA2445D (10 MHz до 50 GHz, съединител V(m)). Като пример тази снимка показва сензор Anritsu MA2444D с K(m) конектор.

Високопрецизни сензори за мощност, базирани на топлинен ефект от серията Anritsu MA24000A

Тази серия високопрецизни сензори е проектирана за стационарни (CW - непрекъсната вълна) и бавно променящи се радиосигнали. Времето на нарастване за тези сензори е 15 ms. Принципът на работа на сензорите от тази серия се основава на термоелектричния ефект, който ви позволява точно да измервате средната мощност на всеки радиосигнал, независимо от неговата структура или тип модулация. Динамичният обхват на тези сензори е 50 dB, а линейността е по-добра от 1,8% (до 18 GHz) и 2,5% (до 50 GHz).

Серията сензори Anritsu MA24000A се състои от три модела, различаващи се по горния честотен диапазон и типа на входния конектор: модел MA24002A (от 10 MHz до 18 GHz, N(m) конектор), модел MA24004A (10 MHz до 40 GHz, K(m) конектор) и модел MA24005A (10 MHz до 50 GHz, съединител V(m)). И трите сензора от серията Anritsu MA24000A са показани на тази снимка.

Принцип на работа и вътрешна структура на измервателните уреди от серията Anritsu ML2490A

Сензорите за мощност, свързани към измервателните уреди от серията Anritsu ML2490A, изпълняват функцията за преобразуване на високочестотния сигнал, чиято мощност трябва да бъде измерена, в нискочестотен сигнал. Този нискочестотен сигнал идва от сензора към входа на измервателния уред от серия ML2490A, цифровизира се с помощта на вградения ADC, обработва се от цифров сигнален процесор и се показва на дисплея на устройството.

Тази фигура показва блоковата схема на едноканалния ML2495A. В тази блокова схема два ADC (аналогово-цифрови преобразуватели) са маркирани в зелено, с помощта на които нискочестотният сигнал, идващ от сензор за мощност, свързан към измервателния уред, се цифровизира. Ако е свързан диоден сензор от серията Anritsu MA2440D или термоелектрически сензор от серията Anritsu MA24000A, тогава цифровизацията се извършва с помощта на 16-битов ADC. И ако са свързани импулсен сензор Anritsu MA2411B или широколентови сензори Anritsu MA2490A или MA2491A, тогава цифровизацията се извършва с помощта на високоскоростен 14-битов ADC.

Блокова схема на едноканален електромер Anritsu ML2495A.

И ето как изглежда вътрешна организация Anritsu ML2490A серия електромер. В центъра има малка правоъгълна платка на вграден калибратор за 50 MHz и 1 GHz, високочестотният кабел от който е свързан към N конектора на предния панел. Под платката на калибратора има голяма измервателна платка, съдържаща аналоговата част, ADC и масив от програмируеми логически матрици. Непосредствено под измервателната платка има втора голяма платка за цифрова обработка и управление, съдържаща DSP (цифров сигнален процесор), микроконтролер и цифров дисплей и контролни блокове.

Всички електромери от серията Anritsu ML2490A се доставят с компютърна програма дистанционно Anritsu PowerMax. Тази програма работи на Windows съвместим персонален компютъри ви позволява да контролирате дистанционно работата на едноканално Anritsu ML2495A или двуканално Anritsu ML2496A устройство. Правенето на измервания със софтуера PowerMax го прави лесно първоначалната настройкаустройство, ускорява обработката на измерванията и позволява удобно документиране и съхранение на резултатите.

Пример за главния прозорец на Anritsu PowerMax е показан на тази екранна снимка. В този случай се управлява двуканален модел Anritsu ML2496A, чийто първи канал е свързан към импулсен сензор за мощност Anritsu MA2411B, а широколентовият сензор за мощност Anritsu MA2491A е свързан към втория канал. За да увеличите изображението, щракнете върху снимката.

Енергомерите от серията Anritsu ML2490A се доставят със софтуер Anritsu PowerMax.
Кликнете върху снимката, за да увеличите изображението.

Спецификации на измервателни уреди Anritsu ML2490A и сензори за мощност

По-долу е даден списък на основните технически характеристики на електромерите от серията Anritsu ML2490A. Подробни технически характеристики на измервателните уреди вижте по-долу на тази страница в раздела.

Основни технически характеристики на измервателните уреди от серията Anritsu ML2490A.

По-долу е даден списък на основните технически характеристики на сензори за мощност (сензори за мощност) от различни типове, които са съвместими с измервателните уреди от серията Anritsu ML2490A. За подробни технически характеристики на сензорите вижте раздела по-долу на тази страница.

Основни характеристики на сензори за мощност, съвместими със серията Anritsu ML2490A.

Anritsu ML2490A Series Power Meter Съдържание на пакета

Име	Кратко описание
Anritsu ML2495A	Едноканален измервател на мощност за импулсни, модулирани и стационарни радиосигнали
или
Anritsu ML2496A	Двуканален електромер за импулсни, модулирани и стационарни радиосигнали
плюс:
2000-1537-R	1,5 метра кабел за свързване на сензора (1 брой за всеки канал)
-	Захранващ кабел
-	Оптичен диск с документация и софтуер PowerMax
-	Сертификат за калибриране
-	1 година гаранция (може да бъде удължена до 3 и 5 години)

Опции и аксесоари за измервателни уреди от серия Anritsu ML2490A

Основни опции:
- опция 760-209 (твърд транспортен калъф за транспортиране на устройството и аксесоарите).
- опция D41310(мека чанта за транспортиране на уреда с презрамка).
- опция 2400-82 (комплект за монтаж на стелаж за един метър).
- опция 2400-83 (комплект за монтаж на багажник за два метра).
- опция 2000-1535 (защитен капак за предния панел).
- опция 2000-1536-R(0,3 метра кабел за свързване на измервателния сензор).
- опция 2000-1537-R(1,5 метра кабел за свързване на измервателния сензор).
- опция 2000-1544 (RS-232 кабел за флашване на устройството).

Съвместими сензори за мощност:
- сензор Anritsu MA2411B(импулсен сензор от 300 MHz до 40 GHz, от -20 dBm до +20 dBm).
- сензор Anritsu MA2490A(широколентов сензор от 50 MHz до 8 GHz, от -60 dBm до +20 dBm).
- сензор Anritsu MA2491A(широколентов сензор от 50 MHz до 18 GHz, от -60 dBm до +20 dBm).
- сензор Anritsu MA2472D(стандартен диоден сензор от 10 MHz до 18 GHz, от -70 dBm до +20 dBm).
- сензор Anritsu MA2473D(стандартен диоден сензор от 10 MHz до 32 GHz, от -70 dBm до +20 dBm).
- сензор Anritsu MA2474D(стандартен диоден сензор от 10 MHz до 40 GHz, от -70 dBm до +20 dBm).
- сензор Anritsu MA2475D(стандартен диоден сензор от 10 MHz до 50 GHz, от -70 dBm до +20 dBm).
- сензор Anritsu MA2442D(високо прецизен диоден сензор от 10 MHz до 18 GHz, от -67 dBm до +20 dBm).
- сензор Anritsu MA2444D(високо прецизен диоден сензор от 10 MHz до 40 GHz, от -67 dBm до +20 dBm).
- сензор Anritsu MA2445D(високо прецизен диоден сензор от 10 MHz до 50 GHz, от -67 dBm до +20 dBm).
- сензор Anritsu MA2481D(универсален сензор от 10 MHz до 6 GHz, от -60 dBm до +20 dBm).
- сензор Anritsu MA2482D(универсален сензор от 10 MHz до 18 GHz, от -60 dBm до +20 dBm).
- сензор Anritsu MA24002A(термоелектрически сензор от 10 MHz до 18 GHz, от -30 dBm до +20 dBm).
- сензор Anritsu MA24004A(термоелектрически сензор от 10 MHz до 40 GHz, от -30 dBm до +20 dBm).
- сензор Anritsu MA24005A(термоелектрически сензор от 10 MHz до 50 GHz, от -30 dBm до +20 dBm).

Документация

Тази документация е в PDF форматсъдържа най-много Пълно описаниевъзможностите на електромерите от серията Anritsu ML2490A, техните технически характеристики и режими на работа:

Описание на електромери Anritsu ML2490A и сензори за тях (на английски) (12 страници; 7 MB)

Технически характеристики на измервателни уреди Anritsu ML2490A и сензори за тях (на английски) (12 стр.; 1 MB)

Ръководство за потребителя на измервателни уреди Anritsu ML2490A (английски) (224 страници; 3 MB)

Ръководство за програмиране на измервателен уред Anritsu ML2490A (английски) (278 страници; 3 MB)

Кратка информация за уреди за измерване мощността на радиосигнали (на английски език) (4 стр.; 2 MB)

И тук можете да намерите нашите съвети и други полезна информацияпо тази тема:

Кратък преглед на всички серии тестови инструменти Anritsu RF

Кратък преглед на всички серии преносими RF анализатори Anritsu

Как да закупите оборудване по-евтино - отстъпки, специални цени, демо и използвани устройства

За да опростите процеса на избор на електромер или сензор, можете да използвате нашия опит и препоръки. Имаме повече от 10 години практически опит в доставките и можем незабавно да отговорим на много въпроси относно модели, опции, срокове за доставка, цени и отстъпки. Това ще ви спести време и пари. За да направите това, просто ни се обадете или ни пишете на

Упражнение. 3

Теоретична част. 4

Основни положения. 4

Единици за измерване на нивата на радиосигнали. 5

Модел Окамура-Хата. 7

Модел COST231-Hata. 8

Модел COST 231-Walfisch-Ikegami. 8

Резултати от изследванията. единадесет

Упражнение

1. Провеждане на сравнителни изследвания на емпирични модели на затихване на радиовълни Okamura-Hata, COST 231-Hata и COST 231 Walfish-Ikegami с дадени характеристики на комуникационния канал за вариант 4 от ръководството;

3. Подгответе отчет за работа със следните раздели: 1) задание, 2) теоретична част (приложен текст) и 3) резултати от изследване - две фигури с по три графики.

Забележка: изчислението на модела COST231Walfisch-Ikegami се извършва само за случай на пряка видимост.

Теоретична част

Основни положения

Изследванията върху разпространението на радиовълните в градска среда са от голямо значение в теорията и технологията на комуникациите. Всъщност най-голям брой жители (потенциални абонати) живеят в градовете и условията за разпространение на радиовълни се различават значително от разпространението в свободно пространство и полусвободно пространство. В последния случай разпространението над правилна земна повърхност се разбира, когато радиационната схема не се пресича със земната повърхност. В този случай при насочени антени затихването на радиовълните се определя по формулата:

Л = 32,45 + 20(lgd км + lgf MHz) – 10lgG на – 10lgG на, dB =

= L 0 - 10lgG на – 10lgG на, dB. (1)

Където L 0 – основно затихване на свободното пространство, dB;

d км– разстояние между предавател и приемник, km;

f MHz– работна честота, MHz;

G лентаИ G prса коефициентите на усилване съответно на предавателната и приемната антени, dBi.

Голямо отслабване L 0се определя с изотропни антени, които излъчват равномерно във всички посоки и също така приемат. Следователно затихването възниква поради разсейването на енергия в пространството и малкото захранване към приемна антена. Когато се използват насочени антени с основни лъчи, ориентирани един към друг, затихването намалява в съответствие с уравнение (1).

Целта на изследването е да се определи радиоканалът, носещ съобщението (радиосигнал), който осигурява необходимото качество и надеждност на комуникацията. Комуникационният канал в градски условия не е детерминистична величина. В допълнение към директния канал между предавателя и приемника има смущения, причинени от множество отражения от земята, стените и покривите на сградите, както и преминаването на радиосигнал през сградите. В зависимост от относителната позиция на предавателя и приемника може да има случаи, когато няма директен канал и сигналът с най-висок интензитет трябва да се счита за приет сигнал в приемника. При мобилните комуникации, когато антената на абонатния приемник е на височина 1 - 3 метра от земята, тези случаи са доминиращи.

Статистическият характер на получените сигнали изисква предположения и ограничения, в рамките на които могат да се вземат решения. Основното предположение е стационарността на случайния процес с независимостта на интерферентния шум един от друг, т.е. липсата на взаимна корелация. Изпълнението на тези изисквания доведе до

разделяне на градските радиокомуникационни канали на три основни типа: Канали на Гаус, Райс и Релей.

Каналът на Гаус се характеризира с наличието на доминиращ директен лъч и ниска интерференция. Математическото очакване на затихването на радиосигнала се описва от нормалния закон. Този канал е присъщ на телевизионните сигнали от телевизионна кула, когато се приемат от колективни антени на жилищни сгради. Каналът на Райс се характеризира с наличието на директни лъчи, както и на отразени и пропуснати лъчи през сгради и наличие на дифракция върху сградите. Математическото очакване на затихването на радиосигнала се описва от разпределението на Райс. Този канал е присъщ на мрежи с издигната антена над сгради в градски райони.

Каналът на Rayleigh се характеризира с липсата на директни лъчи и радиосигналът достига до мобилната станция поради отражения. Математическото очакване на затихването на радиосигнала се описва с разпределението на Rayleigh. Този канал е типичен за градове с високи сгради.

Типовете канали и техните функции на плътност се вземат предвид при разработването на модели за разпространение на сигнала в градска среда. Обобщената статистика обаче не е достатъчна при изчисляване на специфични условия на разпространение, при които затихването на сигнала зависи от честотата, височината на антената и характеристиките на сградата. Ето защо при внедряването клетъчна комуникацияи необходимостта от честотно пространствено планиране, експериментални изследвания на затихването започнаха да се провеждат в различни градове и условия на разпространение. Първите резултати от изследвания, фокусирани върху мобилните клетъчни комуникации, се появяват през 1989 г. (W.C.Y.Lee). Но още по-рано, през 1968 г. (Y. Okumura) и през 1980 г. (M. Hata), бяха публикувани резултатите от изследванията на затихването на радиовълните в града, фокусирани върху мобилните транкингови комуникации и телевизионното излъчване.

Допълнителни изследвания бяха проведени с подкрепата на Международния съюз по телекомуникации (ITU) и бяха насочени към изясняване на условията за приложимост на моделите.

По-долу разглеждаме моделите, които са получили най-широко разпространение при проектирането на комуникационни мрежи за градска среда.

Единици за измерване на нивата на радиосигнала

На практика се използват два вида мерни единици за оценка на нивото на радиосигналите: 1) въз основа на единици за мощност и 2) въз основа на единици за напрежение. Тъй като мощността на изхода на предавателната антена е с много порядъци по-висока от мощността на входа на приемната антена, се използват множество единици мощност и напрежение.

Кратните единици се изразяват в децибели (dB), които са относителни единици. Мощността обикновено се изразява в миливати или ватове:

P dBm = 10 log (P/1 mW),(2)

P dBW = 10 log (P/ 1 W).(3)

Например, мощност, равна на 100 W в тези единици, ще бъде равна на: 50 dBm или 20 dBW.

Единиците за напрежение се базират на 1 µV (микроволт):

U dBµV = 20 log (U/ 1 µV). (4)

Например, напрежение от 10 mV е равно на 80 dBµV в дадени относителни единици.

Единиците за относителна мощност се използват, като правило, за изразяване на нивото на радиосигнала на предавателя, единиците за относително напрежение се използват за изразяване на нивото на сигнала на приемника. Връзката между размерите на относителните единици може да се получи въз основа на уравнението P=U2/Rили U 2 = PR,Където Ре входният импеданс на антената, съгласуван с линията, водеща към антената. Като вземем логаритъма на горните уравнения и вземем предвид уравнения (2) и (4), получаваме:

1 dBm = 1 dBµV – 107 dB при R= 50 ома; (5а)

1 dBm = 1 dBµV – 108,7 dB при R= 75 ома. (5 Б)

За изразяване на мощността на предавателя често се използва характеристиката - ефективна излъчена мощност - ERP. Това е мощността на предавателя, като се вземе предвид печалбата (KU = Ж) антени:

ERP (dBW) = P (dBW) + G (dBi). (6)

Например, предавател от 100 W управлява антена с усилване от 12 dBi. Тогава EIM = 32 dBW или 1,3 kW.

При изчисляване на зоните на покритие на клетъчната базова станция или предавателя ефирна телевизияТрябва да се вземе предвид усилването на антената, тоест да се използва ефективната излъчена мощност на предавателя.

Усилването на антената има две мерни единици: dBi (dBi)– усилване спрямо изотропна антена и dBd– усилване спрямо дипола. Те са свързани помежду си чрез връзката:

G (dBi) = G (dBd) + 2,15 dB. (7)

Трябва да се има предвид, че усилването на антената на абонатната станция обикновено се приема за нула.

Модел Окамура-Хата

Основната версия на модела на Окамура и неговите съавтори е предназначена за следните условия на приложение: честотен диапазон (150 - 1500) MHz, разстояние между мобилни и базови станции - от 1 до 100 km, височина на антената на базовата станция - от 30 до 1000 м.

Моделът се основава на сравняване на затихването в града със затихването в свободното пространство, като се вземат предвид корекционните компоненти в зависимост от честотата, височината на антените на базовите и мобилните станции. Компонентите са представени под формата на графики. Големите разстояния и височини на базовите станции са по-подходящи за телевизионно излъчване, отколкото за клетъчни комуникации. В допълнение, разделителната способност на графиките е ниска и по-малко удобна от аналитичното описание.

Хата апроксимира графиките на Окамура с аналитични зависимости, намали честотния обхват до 1500 MHz (на Окамура беше надценен и не отговаряше на необходимата надеждност на оценката на затихването), намали обхвата на разстоянията от един до двадесет километра и също така намали височината на антена на базовата станция до 200 метра и направи пояснения в някои компоненти на модела на Окамура. В резултат на модернизацията на Hata, моделът е наречен Okamura-Hata и е популярен за оценка на затихването на телевизионни сигнали и в клетъчни комуникации в диапазона до 1000 MHz.

За града отслабване на властта Лв децибели (dB) се описва с емпиричната формула:

L,dB=69,55 + 26,16 lgf - 13,83 lg +(44.9-6,55 lg d– a( ), (8)

Където f– честота в MHz,

д- разстояние между базова и абонатна (мобилна) станция в km,

Височината на антените на базовите и абонатните станции.

Във формула (8) компонентът а() определя влиянието на височината на антената на абонатната станция върху затихването на мощността на сигнала.

За среден град и средна височина на сградата този компонент се определя по формулата:

а( ) = (1,1 lgf – 0,7)– 0,8, dB. (9)

За град с високи сгради а() се определя по формулата:

а( ) = 8,3 (дневник 1.54) 2 – 1,1 за f< 400 МГц; (10)

а( ) = 3,2 (lg 11.75) 2 – 5 за f> 400 MHz. (единадесет)

В крайградските зони загубите при разпространение на сигнала зависят повече от честотата, отколкото от височината на антената на абонатната станция и следователно компонентът Δ се добавя към уравнение (8), като се вземе предвид уравнение (9) L,dB, определени от уравнението:

Δ L,dB = - 5,4 – (lg (0,036 f)) 2. (12)

На открити площи Δ L,dBза изотропни антени се описва с уравнението:

Δ L,dB = - 41 – 4,8 (lgf) 2 + 18,33lgf. (13)

Недостатъкът на модела Okamura-Hata е, че честотният диапазон е ограничен до 1500 MHz и не може да се използва за разстояния, по-малки от един километър.

Като част от проекта COST 231 на Европейския съюз (Сътрудничество за научни и технически изследвания) бяха разработени два модела, които адресираха отбелязаните недостатъци на модела Okamura-Hata. Тези модели са разгледани по-долу.

Модел COST231-Hata

1 , < 200м, 1 < < 10м.

Моделът ви позволява да оцените затихването, като използвате формулата:

Л= 46,3 + 33,9 log f – 13,8 lgh b – a(h a) + (44,9 – 6,55lgh b) lg d + C, dB, (14)

Където СЪС= 0 за средно големи градове и крайградски райони и СЪС= 3 за центрове на големи градове.

Този модел не е подходящ за оценка на затихването на сигнала при разстояния между абоната и базовите станции по-малки от 1 км. На къси разстояния характерът на развитие е по-изразен. За тези случаи е разработен моделът COST231-Walfisch-Ikegami.