Модели распространения радиоволн, методы предсказания напряжённости поля и потерь распространения, применяемые МСЭ-R Александр В

В каких случаях необходима оценка потерь распространения?
1. При проектировании и создании систем радиосвязи
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?!

Модели распространения
и частотные диапазоны (1)

Модели распространения
и частотные диапазоны (2)

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)

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
1. Базовые рекомендации:
Основы (например определения)
Радиошум
Эффекты распространения – влияние почвы, влияние препятствий
Радиометеорология
Ионосферные эффекты

2. 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 рекомендаций МСЭ-R, относящихся к базовым понятиям:
P.526 Распространение радиоволн за счёт дифракции
P.833 Потери за счёт растительности
P.835 Эталонные стандартные атмосферы
P.676 Ослабление в атмосферных газах
P.453 Индекс рефракции радиоволн: его формула и данные о рефракции
P.837 Характеристики осадков, используемые для моделирования распространения радиоволн
P.1240 Максимальная применимая частота (MUF) и предсказание линии
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: http://www.itu.int/ITU-R/software/study-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: http://www.itu.int/ITU-R/software/study-groups/rsg3/databanks/troposph/rec837)

Рекомендации МСЭ-R
Серия Р рекомендаций
Примеры Рекомендаций для предсказания напряжённости поля:
P.533 Предсказание для ВЧ диапазона
P.1546 Пункт-зона, 30-3000 МГц
P.1238 В помещениях, 900 МГц-100 ГГц
P.530 Наземные службы; прямая видимость
P.618 Земля-космос (фиксированная спутниковая служба)
P.681 Подвижная спутниковая служба
P.452 Помехи 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 прогнозирования на трассах пункт–зона для наземных служб в диапазоне частот 30-3000 МГц»
Используется для предсказание напряжённости поля для наземных радиовещательных и подвижных служб:
расстояние 1 – 1 000 км
различные проценты времени 1 - 50 %
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
Основные механизмы распространения:
дифракция
тропосферное рассеяние
сверхрефракция и волноводное распространение
рассеяние в дожде
Частотные диапазоны 0.7- 30 ГГц

Дифракция и помехи в микроволновом диапазоне
Линия прямой видимости
Дифракция

Сверхрефракция, волноводные эффекты и помехи в микроволновом диапазоне
Линия прямой видимости с многолучевым приёмом
Волновод
Верхний слой
отражение/рефракция

ИК МСЭ-Р на ИНТЕРНЕТЕ
Детальная информация о структуре ИК, Рабочих и Целевых группах, изучаемых вопросах, рекомендациях, входных документах и т. п. публикуется на странице МСЭ-R: http://www.itu.int/ITU-R/study-groups/index.asp

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