Расчет показателей эффективности радиосвязи

- 1 -

Рязанский Филиал Военного Университета

Связи

I.Кафедра Радиосвязи

Курсовое проектирование:

“Расчет показателей эффективности радиосвязи”

Разработал: к-т Сальников

Проверил: п-к Кабаченко

г.Рязань 2001 г.

Содержание:

Постановка задачи ________________________________________стр.2

Исходные данные__________________________________________стр.3

Расчет радиосвязи ионосферными волнами на закрепленных

частотах__________________________________________________стр.4

Расчет радиосвязи ионосферными волнами на группе частот_____стр.8

Расчет радиосвязи земными волнами на закрепленных частотах_стр.11

Приложение_____________________________________________стр.14

Список используемой литературы___________________________стр.25

Постановка задачи

Рассчитать радиосвязи ионосферными волнами на закрепленных частотах.

Рассчитать радиосвязи ионосферными волнами на группе частот.

II.Рассчитать радиосвязи земными волнами на закрепленных частотах.

Исходные данные:

Длинна радиотрассы - 500 км

Время связи - год, соответствующий периоду средней солнечной активности (число Вольфа W=50)

Сезон – лето (июль)

Время суток – 14.00-16.00

Мощность, подводимая к передающей антенне, Р_>А>=1 кВт

Номиналы выделенных частот связи – вблизи ОРЧ для заданных временных интервалов

Вид сигнала – F1-500

Допустимая вероятность ошибки в приеме элемента сигнала Р_{>ощ
доп}>=2*10^-3

Способ обработки сигналов – одиночный некогерентный прием по огибающей, полоса пропускания при приеме сигналов ЧТ ∆F=1,2 кГц

10) К_>ид>=0,85 – коэффициент исправного действия

11) Число частот в группе Q=8

12) Число радиолиний N=2

13) τ_>n>_>1>=0,5;1,0

14) d_>1>=80 км, d_>2>=20 км

15) τ_>1>=2*10^-3, τ_>2>=1,5*10^-3

16) ε_>1>=4, ε_>2>=4

I. Расчет радиосвязи ионосферными волнами на закрепленных частотах.

1. Определение ОРЧ и расчет эффективных значений напряженности поля сигналов в точке приема

В данном примере полагаем, что отражение радиоволн на трассе происходит только от слоя F2, а координаты конечных пунктов трассы совпадают с координатой точки отражения.

С учетом исходных данных (географической широты точки отражения, времени связи и протяженности трассы) на графике суточного хода МПЧ (см. рис. 1) находим значения ОРЧ. По условию курсового проектирования необходимо не менее трех частот, то из графика на рис. 1 выбираем три частоты, по принципу по одной с краев и одну из середины. При таком выборе частот после расчета заданный коэффициент исправного действия не выполняется К_>ид>=0,85. Поэтому исходя, что F_>мпч> для слоя F_>2> равна 8 мГц выбираются частоты представленные в табл. 1

По графику на рис. 2, соответствующему числу солнечных пятен (W=100) и заданному времени года (июль) с учетом заданного временного интервала связи (14.00-16.00) и географической широты точки отражения (59,0°С), определяем значения критических частот слоя Е (индексы поглощения foE). Эти значения также приведены в табл. 1

По найденным значениям индексов поглощения foE и ОРЧ из графика на рис.3, соответствующего заданной дальности связи (d=500км), определяем эффективные значения напряженности поля сигнала Е’_>c[дБ]> от передатчика с эффективной мощностью излучения 1 кВт. Далее по формуле (1.1) рассчитываем эффективные значения напряженности поля сигналов Е_>с> от передатчика с заданной мощностью. При этом значения коэффициента

усиления антенны ВН 13/9 находим из графика на рис. 4

(1.1)

где Р_>эф
изл>=0,25Р_>А>G_>ε> – эффективная мощность излучения передатчика, кВт; Р_>А>– мощность, подводимая к передающей антенне, кВт; G_>ε> – относительный коэффициент усиления. С учетом формулы 1.1 имеем:

Р_{>эф
изл1}>=0,25*1*2,8=0,7

Р_{>эф
изл2}>=0,25*1*2,9=0,725

Р_{>эф
изл3}>=0,25*1*3,0=0,75

Е_>с1>=34+10lg0,7=30,37

Е_>с2>=39+10lg0,725=37,6

Е_>с3> =42+10lg0,75=40,75

Примечание: Здесь и в дальнейшем индексы соответствуют частотам соответственно

Результаты расчетов значений Е_>с> сведены в табл. 1

Таблица 1

Месяц

Время связи

ОРЧ

МГц

f_>0>Е,

МГц

Е’_>с>,

дБ

G_>ε>

Е_>с>, дБ при Р_>А>=1 кВт

Июль

14.00-16.00

7,2

7,5

7,8

3,5

2,8

2,9

3,0

32,6

37,6

40,75

2. Расчет средних уровней сигналов на входе приемника

Расчет средних уровней сигналов на входе приемника производится по формуле (1.2). Значения коэффициентов усиления приемной антенны на рабочих частотах связи находим из графика рис .4; значения активной и реактивной составляющей входного сопротивления антенны ВН13/9 определяем из графика на рис.5. Входное сопротивление приемника полагаем чисто активным и равным 75 0м.

(1.2)

где λ=300/f – длина волны связи, м; f – частота связи, МГц; G_>ε> – коэффициент усиления приемной антенны на рабочей частоте в направлении прихода волны; R_>A>, X_>A> – активная и реактивная составляющие входного сопротивления приемника, Ом (реактивная составляющая входного сопротивления приемника принимается равной нулю). С учетом формулы 1.2 имеем:

λ_>1>=300/7,2=41,7

λ_>2>=300/7,5=40

λ_>3>=300/7,8=38,6

Результаты расчета средних уровней сигналов на входе приемника у (дБ) приведены в табл.2

Таблица 2

ОРЧ, МГц

G_>ε>

R_>A>

X_>A>

у, дБ при Р_>А>=1 кВт

7,2

7,5

7,8

2,8

2,9

3,0

190

120

-80

-40

50,675

58,2

3. Определение значений рассеяния уровней сигналов на входе приемника

На основе статистических данных по характеристикам KB каналов задаемся значениями рассеянии уровней сигналов на входе приемника:

σ _>у>=4дБ для дневного времени связи;

σ_{> у}>=6дБ для ночного времени связи.

4. Определение средних уровней помех на входе приемника

Ожидаемые средние уровни помех на входе приемника с полосой пропускания ∆F=1,2 кГц определяем из табл. П2, с учетом найденных ОРЧ и заданного времени связи.

Найденные значения средних уровней помех х приведены в табл.3

5. Определение значений рассеяния уровней помех на входе приемника

На основе статистических данных по характеристикам KB каналов задаемся значениями рассеяния уровней помех на входе приемника:

σ _>х>=10дБ для дневного времени связи;

σ _>х> =15дБ для ночного времени связи.

6. Расчет значений среднего превышения уровня сигнала над уровнем помех z [дБ] и значений рассеяния превышения сигнала над помехой σ _>z>[дБ]

Этот расчет производится по формулам

z=y – x;

z_>1>=50,675-18=32,675

z_>2>=58,2-18=40,2

z_>3>=61-18=43

σ_>z>=10,8

Результаты расчета представлены в табл.3

7. Расчет требуемого превышения уровня сигнала над уровнем помех z_>доп>

С учетом заданных требований к достоверности передачи информации, вида сигнала и способа его обработки, а также свойств канала связи значение z_>доп> рассчитывается по формуле (1.3). В рассматриваемом примере при норме ошибок Р_>ошдоп>=2*10^-3.

(1.3)

z_>доп>=27 дБ.

8. Расчет параметра ξ

По найденным значениям z, σ_>x> и z_>доп> рассчитываем параметр

. Результаты расчета представлены в табл.3

Таблица.3

ОРЧ, МГц	у, дБ	х, дБ	z, дБ	σ_>z>, дБ	ξ
7,2	50,675	18	32,675	10,8	1,04
7,5	58,2	18	40,2	10,8	1,32
7,8	61	18	43	10,8	1,5

9. Расчет вероятности связи с достоверностью не хуже заданной и средних длительностей пригодного и непригодного состояний радиоканала

По найденным значениям параметра искомые значения вероятности связи определяются либо из графика на рис.6, либо из таблицы П4.

Расчет средних длительностей пригодного и непригодного состояний радиоканала производится по формулам (1.4), (1.5). Значением интервала корреляции уровней помех во времени задаемся с учетом протяженности трассы τ_>x>=4м.

(1.4)

31,85

58,4

(1.5)

Окончательные результаты расчета сведены в табл. 4

Таблица .4

Месяц

Время связи

ОРЧ

МГц

Р(Р_>ош><=Р_{>ош
доп}>)

τ_>пр>(z_>доп>), мин

τ_>нпр>(z_>доп>), мин

Июль

14.00-16.00

7,2

7,5

7,8

0,8508

0,9032

0,9332

31,85

58,4

60,34

8,3

6,26

4,32

Вывод: Исходя из данных полученных в ходе расчета первого пункта можно прийти к такому выводу, что связь на трех выбранных ОРЧ: f=7,2 МГц, f=7,5 МГц и f=7,8 МГц удовлетворяет К_>ид>=0,85, т.к. на этих частотах ожидаемое значение вероятности связи с достоверностью не хуже заданной соответственно равна: F_>1>(ζ)=0,8508, F_>2>(ζ)=0,9032 и F_>3>(ζ)=0,9332

II. Расчет радиосвязи ионосферными волнами на группе частот.

При заданных параметрах радиотрассы значения вероятности связи на закрепленных частотах Р_>1>=Р(Р_>ощ><=Р_{>ош доп}>) и средней длительности пригодного состояния радиоканала τ_>пр>(z_>доп>) ,были рассчитаны ранее.

По формуле 1.6 рассчитать вероятность того, что для данной радиолинии в любой момент времени найдется хотя бы одна частота, на которой можно осуществить радио связь с требуемым качеством, т.е. Р_>QN>_>и>

(1.6)

где Р_>1> – вероятность связи с качеством не хуже требуемого на одной закрепленной частоте.

Значения С_>Q>^k рассчитываются по формуле:

Среднее время работы на одной частоте τ_>р> в общем случае зависит не только от требований к достоверности передаваемой информации, помехоустойчивости применяемых для связи сигналов и от самих условий ведения связи, но и от способа выбора частот связи из числа резервных. Наиболее простыми в технической реализации являются выбор любой пригодной по уровню помех частоты или частоты с минимальным уровнем помех. И хотя второй способ более предпочтителен, как в первом, так и во втором случае:

τ_>р1>=16

τ_>р2>=29,2

τ_>р3>=30,17

Далее по формуле 1.7 находится ожидаемое значение вероятности связи на группе частот.

(1.7)

Для τ_>n>_>1>=0,5мин находим Р_>QN>

Для τ_>n>_>2>=1,0 мин находим Р_>QN>

Окончательные результаты расчета сведены в табл. .5

Таблица .5

Месяц

Время связи

Р_>1>

τ_>пр>

Р_>QN>_>и>

τ_>р>,

мин

Р_>8,2>(Р_>ош><=2*10^-3)

τ_>n>_>1>=0,5

τ_>n>_>2>=1,0

Июль Июль Июль

14.00-16.00

0,8508

0,9032

0,9332

31,85

58,4

60,34

0,99

29,2

30,17

0,958

0,97

0,974

0,924

0,95

0,96

Вывод: На основании данных полученных в ходе второго пункта расчета можно сделать вывод, что на любых выбранных фиксированных частотах (7,2МГц; 7,5МГц;7,8МГц) в любой момент времени с вероятностью не хуже заданной найдется хотя бы одна частота из группы частот, на которой вероятность связи будет не хуже заданной.

III. Расчет радиосвязи земными волнами на закрепленных частотах.

Используя заданные частоты для расчета радиосвязи земными волнами (7,2; 7,5; 7,8 МГц) при d=d_>1>+d_>2>=80+20=100км, и взяв в качестве передающей антенны Шт-10м, как антенну, работающую в заданном диапазоне частот, получили слишком низкий КИД. Отсюда вывод: работа на заданных частотах на расстояние d=100км себя не оправдывает.

Взяв в качестве рабочей частоты f=2 МГц, получили приемлемое значение эффективного значения напряженности поля сигнала в точке приема E⁽¹⁾_>c>_>[дБ]> от передатчика с эффективной мощностью 1 кВт. Для работы на частоте f=2МГц лучше всего подходит антенна Т2Х40.

1. Расчет эффективных значений напряженности поля сигналов в точке приема.

На основании исходных данных по параметрам радиотрассы и частотам связи по графикам на рис. 6 и 7 определяются эффективные значения напряженности поля сигнала в точке приема Е⁽¹⁾_>c
[дБ]> от передатчика с эффективной мощностью 1 кВт.

Для f_>1>=2 МГц

Е⁽¹⁾_>с1>(d)=20 дБ

Е⁽¹⁾_>с2>(d_>2>)=48 дБ

Е⁽¹⁾_>с1>(d_>2>)=51 дБ

где Е⁽¹⁾_>с1>(d)_>[дБ]>– эффективное значение единичной напряженности поля сигнала, создаваемого на удалении d от излучателя при условии, что на всем протяжении d параметры почвы соответствуют параметрам i-ого участка трассы.

Е⁽¹⁾_>c>(d)=20+0,5(48-51)=18,5

Затем производим пересчет единичной напряженности поля сигнала в точке приема в напряженность поля, создаваемую реальным радиопередающим устройством:

E_>c>_>[дБ]>=Е⁽¹⁾_>с[дБ]>+10lg(P_>A>G_>0>)

где P_>A>_>>– мощность, подводимая к передающей антенне, кВт; G_>0> – усиление передающей антенны по отношению к коэффициенту направленности штыря на рабочей частоте. Это коэффициент берется из графика на рис .8.

G_>0>=0,4

Е_>с>=18,5+10lg(1*0,4)=14,5

2. Расчет уровней сигналов на входе приемника.

С учетом параметров приемной антенны и входного сопротивления

приемника рассчитывается уровень сигнала на входе приемника.

где λ=300/f – длинна волны связи, м ; f – частота связи в мегагерцах; G_>0>– усиление приемной антенны по отношению к коэффициенту направленности штыря на рабочей частоте; R_>A>_>,>X_>A> – активная и реактивная составляющие входного сопротивления приемной антенны на рабочей частоте в омах (обычно входное сопротивление приемника полагается чисто активным и равным 75 Ом).

Значения величин G_>0>, R_>A>, X_>A> берутся из рис 9,10. Эти значения представлены в таблице 6.

Таблица 6.