Оценка потерь распространения радиоволн при создании и использовании систем радиоконтроля Александр Васильевич Васильев Международный союз электросвязи Бюро радиосвязи Центр повышения квалификации МСЭ для стран Европы и СНГ Семинар МСЭ Тенденции развития национальных систем мониторинга использования радиочастотного спектра июля 2006 года, Киев - Украина

Планирование оптимальной сети радиоконтроля (Справочник по компьютерным методам управления использованием спектра. Глава 5 МСЭ, 2005 год)

Представление результатов расчёта зон радиоконтроля (для 3 станций контроля) (Справочник по компьютерным методам...)

В каких случаях необходима оценка потерь распространения? 1. При проектировании и создании систем радиосвязи и систем контроля за использованием радиочастотного спектра требуемый уровень сигнала? требуемая зона покрытия? время и период работы системы? требуемое качество?

В каких случаях необходима оценка потерь распространения? 2. Совместимость с другими системами и службами уровень мешающего сигнала (сигналов)? зона помех? период и время наличия мешающего сигнала? снижение качества обслуживания? Возможна ли совместная работа?!

Механизмы распространения Прямая видимость (нормальная хорошо перемешанная атмосфера) Дифракция – при высоких уровнях сигналов (над гладкой поверхностью Земли и препятствиями) Тропосферное рассеяние (на длинных > 100 км трассах) Тропосфера

Поверхностные волноводы (над водой и плоскими прибрежными зонами; сигнал может превышать уровень в «свободном пространстве» Отражение/рефракция от приподнятого слоя (до км) Рассеяние в гидрометеорах Кратковременные механизмы распространения

Основные факторы, при оценке распространения радиоволн 1. Эффекты распространения, обусловленные подстилающей поверхностью и препятствиями на пути волны 2. Эффекты распространение в тропосфере: для чистой атмосферы 3. Эффекты распространение в тропосфере: для загрязнённой атмосферы 4. Эффекты распространение в ионосфере - частотно-зависимы

Изменчивость среды распространения Климат в тропосфере Температура, давление, водяные пары Интенсивность дождя Покрытие облаками Изменения в ионосфере следовательно: зависят от места (региона) - климата, времени года, и в ряде случаев, времени дня/ночи (например: умеренный, тропический, экваториальный климат; лето, зима)

Моделирование процессов распространения радиоволн Модели создаются на базе исследований природы распространения радиоволн и результатов практических измерений. Условно можно разделить на: 1.Модели и методы, получившие признание МСЭ 2.Другие модели и методы. В данном докладе рассматриваются только модели и методы, получившие официальное признание в МСЭ.

Модели распространения и частотные диапазоны (1) Диапазон частот ЧастотаМода ОНЧ3-30 кГцволноводная НЧ кГцземная волна, пространственная волна СЧ0,3-3 МГцземная волна, пространственная волна ВЧ3-30 МГцпространственная волна

Модели распространения и частотные диапазоны (2) Диапазон частот ЧастотаМода ОВЧ МГцпространственная волна, тропосферное рассеяние, дифракция, линия прямой видимости УВЧ0,3-3 ГГцпространственная волна, тропосферное рассеяние, дифракция, линия прямой видимости СВЧ3-30 ГГцлиния прямой видимости КВЧ ГГцлиния прямой видимости

Исследовательская комиссия 3 (ИК-3) «Распространение радиоволн» Задачи: Изучение природы распространения радиоволн в ионизированной и неионизированной среде, влияния осадков, эффекта преломления радиоволн и характеристики радио шума в целях усовершенствования радио систем. СТРУКТУРА (рабочие группы): РГ 3J - Основы распространения радиоволн РГ 3K - Распространение пункт-зона РГ 3L - Ионосферное распространение РГ 3M - Распространение зона -зона и «Земля-космос»

ИК 3 – «Распространение радиоволн» Ключевые вопросы Создание и уточнение карт радиометеорологических параметров: –климатических карт (осадков, водяных паров, и т.п.); –карт коэффициентов преломления радиосигнала для различных территорий; –карт проводимости земной поверхности, и т. д. Предсказание потерь распространения: –для полезного сигнала и мешающих воздействий; –на трассе Земля-космос; –в локальных радио сетях; –для сигналов служб радиовещания (в том числе цифрового) и подвижной связи.

Публикации ИК 3 (других ИК) Рекомендации Справочники Отчёты Все публикации ИК подготавливаются на основе входных документов, направленных участниками данной исследовательской комиссии (Государствами-Членами МСЭ и организациями/предприятиями членами сектора МСЭ-Р), после обсуждения и одобрения на собрании ИК. Процедуры обсуждения, одобрения и принятии публикаций разрабатываются и утверждаются Ассамблеей радиосвязи.

ИК 3 – Распространение радиоволн. Справочники Кривые распространения радиоволн по поверхности Земли Ионосфера и её влияние на распространение радиоволн Применение данных о распространении радиоволн для прогноза канала связи Земля- космос Распространение радиоволн систем наземной и подвижной связи в ОВЧ и УВЧ диапазонах частот По радиометеорологии...

Рекомендации МСЭ-R Серия Р рекомендаций Можно условно разделить на две большие группы: 1. Базовые рекомендации: Основы (например определения) Радиопомехи Эффекты распространения – влияние почвы, влияние препятствий Радиометеорология Ионосферные эффекты

2. Рекомендации описывающие методы предсказание напряжённости поля: –Методы предсказание для наземных трасс –Методы предсказания для трасс Земля- космос –Совместное использование частот, методы предсказания уровней помех и координация Рекомендации МСЭ-R Серия Р рекомендаций

Примеры «базовых» рекомендаций МСЭ-R: P.526Распространение радиоволн за счёт дифракции P.833Ослабление сигналов растительностью P.835Эталонные стандартные атмосферы P.676Ослабление в атмосферных газах P.453Индекс рефракции радиоволн: его формула и данные о рефракции P.837Характеристики осадков, используемые для моделирования распространения радиоволн P.1240Методы прогнозирования основных МПЧ (максимальная применимая частота), рабочих МПЧ и траектории луча, разработанные МСЭ-R Рекомендации МСЭ-R Серии Р

Отражение радиоволн - Рекомендация МСЭ-R P.526 «Распространение радиоволн за счёт дифракции» Дифракция (отражение) от гладкой сферической Земли Дифракция обусловленная препятствиями и неровной поверхностью: –препятствия моделируемые клиновидными неоднородностями –теория Френеля –единичное гладкое препятствие –множественные препятствия multiple obstacles –проводящая клиновидная неоднородность

Преломление радиоволн - Рекомендация МСЭ-R P.453 « Индекс рефракции радиоволн: его формула и данные о рефракции» Формулы для расчёта индекса рефракции (искривление траектории волны, вызванные неоднородным строением тропосферы, главным образом по вертикали) для атмосферы Вертикальный градиент рефракции Оценка волноводных эффектов Цифровая карты с данными для расчёта индекса рефракции для различных времён года (доступны с ИНТЕРНЕТ страницы Исследовательской комиссии 3 по адресу: groups/rsg3/databanks/troposph/index.html)

Моделирование осадков - Рекомендация МСЭ-R P.837 «Характеристики осадков, используемые для моделирования распространения радиоволн» Цифровые карты с указанием значений интенсивности осадков превышаемых в указанном проценте времени среднего года для всей поверхности Земли –базируются на данных за 15 лет –доступны с ИНТЕРНЕТ страницы Исследовательской комиссии 3 по адресу: groups/rsg3/databanks/troposph/rec837)

Рекомендации МСЭ-R Серия Р рекомендаций Примеры Рекомендаций МСЭ-R для предсказания напряжённости поля: P.533Предсказание для ВЧ диапазона P.1546Пункт-зона, МГц P.1238В помещениях, 900 МГц-100 ГГц P.530Наземные службы; прямая видимость P.618Земля-космос (фиксированная спутниковая служба) P.681Подвижная спутниковая служба P.452Помехи на поверхности Земли, > 0.7 ГГц

Предсказание напряжённости поля в ВЧ диапазоне - Рекомендация МСЭ-R P.533 «Метод прогнозирования распространения радиоволн на ВЧ» Входные данные Координаты пути частота (2-30 MГц) параметры системы месяц и год солнечная активность Результаты Средне-месячные данные: максимально применимая частота (MUF) напряжённость на входе приёмника мощность на входе приёмника отношение сигнал/шум наименьшая применимая частота (LUF) базовая надёжность линии (BCR)

Программа REC533 Программа REC533 – компьютерная реализация Рек. МСЭ-R Р.533 для оценки распространения ВЧ ионосферных волн и эксплуатационных характеристик радиолиний в диапазоне 2-30 МГц Усиление антенны оценивается в соответствии с Рек. МСЭ-R BS.705 Применима для планирования систем, управления использованием частот и диагностики эксплутационных характеристик Доступна с ИНТЕРНЕТ страницы ИК 3 по адресу:

Пункт-зона - Рекомендация МСЭ-R P.1546 « Метод направленно-зонального прогнозирования для наземных служб в диапазоне частот от 30 до 3000 МГц » Используется для предсказание напряжённости поля для наземных радиовещательных и подвижных служб: –расстояние 1 – км –различные проценты времени % –земля, море и смешенные пути –предсказание как с использованием базы данных о поверхности так и без оной –зависимость от изменений градиента рефракции для заданного региона

Трассы Земля–космос -Рек. МСЭ-R P.618 «Данные о распространении радиоволн и методы прогнозирования, необходимые для проектирования систем связи Земля-космос» Ослабление атмосферными газами Ослабление, деполяризация и рассеяние в гидрометеорах Пространственное разнесение терминалов Эффекты рефракции –мерцание –многолучевой приём –изменение угла прихода луча (для негеостационарных спутников) Частотные диапазоны ~1-55 ГГц

Распространение радиоволн на наземных трассах - Рекомендация МСЭ-R P.452 «Процедура прогнозирования для оценки микроволновых помех между станциями, находящимися на поверхности Земли, работающими на частотах выше примерно 0,7 ГГц» Основные механизмы распространения: –дифракция –тропосферное рассеяние –сверхрефракция и волноводное распространение –рассеяние в дожде Частотные диапазоны ГГц

Распространение радиоволн Заключение РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН: Важная часть этапов разработки и планирования систем радиосвязи –полезный сигнал –совмещение служб Зависит о местоположения системы (например климата) Новые системы требуют новых подходов –частоты –геометрия 69 Рекомендаций МСЭ-R по распространению радиоволн 5 Справочников МСЭ-R по отдельным вопросам распространения радиоволн

ИК-3 МСЭ-Р на ИНТЕРНЕТЕ Детальная информация о ИК-3,. публикуется на:

ИК-3 МСЭ-Р на ИНТЕРНЕТЕ Исследовательская комиссии 3 – продолжение Веб-страницы

Приложение: Рекомендации ИК-3 Рекомендации общего характера: Р.525 – Расчёт ослабления в свободном пространстве Р.581 – Концепция «наихудшего» месяца Р.841 – Преобразование годовой статистики в статистику наихудшего месяца Р Преобразование годовой статистики в статистику наихудшего месяца Р.678 – Оценка природной изменчивости явлений распространения радиоволн Радиопомехи: Р.372 – Радиопомехи Влияние земли и препятствий: Р Распространение радиоволн за счет дифракции Р.832 – Мировой атлас проводимости почвы

Приложение: Рекомендации ИК-3 Радиометеорология: Р.453 – Индекс рефракции радиоволн: его формула и данные о рефракции Р Влияние тропосферной рефракции на распространение радиоволн Р.836 – Плотность паров над поверхностью Р.837 – Характеристики осадков, используемые для моделирования распространения радиоволн Р Модель погонного ослабления в дожде, используемая в методах прогнозирования

Приложение: Рекомендации ИК-3 Аспекты ионосферного распространения: Р.1239 – Эталонные характеристики ионосферы, разработанные МСЭ-R Р.1240 – Методы прогнозирования основных МПЧ, рабочих МПЧ и траектории луча, разработанные МСЭ-R

Приложение: Рекомендации ИК-3 Методы прогнозирования для наземных трасс: Р Прогнозирование напряженности поля пространственной волны на частотах между примерно 150 и 1700 кГц Р Кривые распространения земной волны в полосе частот от 10 кГц до 30 МГц Р Метод прогнозирования распространения радиоволн на ВЧ Р Метод направленно-зонального прогнозирования для наземных служб в диапазоне частот от 30 до 3000 МГц Р Данные о распространении радиоволн и методы прогнозирования, необходимые для проектирования наземных систем связи, работающих в пределах прямой видимости Р.534 – Метод расчёта напряжённости поля при распространении посредством спорадического слоя Е

Приложение: Рекомендации ИК-3 Методы прогнозирования траекторий Земля-космос: Р.679 – Данные о распространении радиоволн, необходимые для проектирования спутниковых служб и систем Р Данные об ионосферном распространении радиоволн и методы прогнозирования, необходимые для проектирования спутниковых служб и систем Р.618 – Данные о распространении радиоволн и методы прогнозирования, необходимые для проектирования систем связи Земля-космос Р.680 – Данные о распространении радиоволн, необходимые для проектирования морских подвижных систем электросвязи Земля- космос Р.681 – Данные о распространении радиоволн, необходимые для проектирования сухопутных подвижных систем электросвязи Земля-космос Р.682 – Данные о распространении радиоволн, необходимые для проектирования воздушных подвижных систем электросвязи Земля-космос

Приложение: Рекомендации ИК-3 Совместное использование частот, прогнозирование помех и координация: Р Процедура прогнозирования для оценки микроволновых помех между станциями, находящимися на поверхности Земли, работающими на частотах выше примерно 0,7 ГГц