Передача информации в условиях многолучевого распространения радиоволн (1104398), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Упрощенная блок-схема передатчика комплекса показана на рис. 1,осциллограмма генерируемого сигнала – на рис. 2. Передатчик позволяетгенерировать радиоимпульсы длительностью до одного периода колебания навыбраннойнесущейчастоте.Зондированиесредысмноголучевымраспространением радиоволн короткими радиоимпульсами позволяет судить олучевой картине (см.
далее). Генерация импульсов осуществляется следующимобразом: синтезатор частот с ФАПЧ вырабатывает немодулированныйсинусоидальный сигнал с выбираемой частотой в диапазоне 30 МГц – 3 ГГц. Вкачестве опорного генератора для ФАПЧ используетсякварцевыйтермокомпенсированный генератор. Быстродействующий ВЧ-ключ, управляемыйот генератора видеоимпульсных последовательностей, осуществляет формированиерадиоимпульсов. Далее сигнал проходит сверхширокополосные блоки усиления иуправления выходной мощностью и поступает в антенну. Задание частотысинтезатора, параметров импульсов и выходной мощности сигнала осуществляется8Рисунок 1. Блок-схема передатчика экспериментального измерительного комплекса длясверхширокополосного зондирования среды распространения радиоволнс помощью микроконтроллерного блока, управляемого от рабочей станции.Максимальная выходная мощность сигнала – до 2 Вт (в непрерывном режиме).
Вприемнике выполняется аналогово-цифровое преобразование сигнала и егодемодуляция (построение огибающей импульсного отклика).Второй экспериментальный измерительный комплекс состоял из векторногоанализатора цепей Rohde & Schwarz ZVB-20 (частотный диапазон 10 МГц – 20ГГц), двух всенаправленных сверхширокополосных антенн типа АШП-2,подводящих фидеров и управляющего ПК с программой автоматизации измеренийи сохранения результатов.
При фиксированных местоположениях приемной ипередающей антенн с помощью комплекса регистрировалась комплекснаячастотная характеристика канала, которая корректировалась с учетом АЧХ антенн.Для определения профилей временного рассеяния с помощью данного комплексаиспользовалось преобразование Фурье измеренной комплексной частотнойхарактеристики и определение огибающей с помощью вычисления модуляаналитического сигнала. Метод описанв параграфе 2.4.1.Измерениясиспользованиемкомплексов производились следующимобразом:положениепередающейантенны было фиксированным (вработерассмотренонесколькоположенийпередающейантенны),приемная антенна перемещалась посетке измерений с шагом 1 м.
ПриРисунок 2. Осциллограмма генерируемогоразмещении приемной антенны в узлах радиоимпульса при несущей частоте 270 МГц9сетки (точках измерения) осуществлялась регистрация характеристик канала. Врезультате определялось пространственное распределение параметров канала.Для получения средних в окрестностях точек измерения значений уровня полябыла предложена методика усреднения по частоте, описанная в параграфе 2.3.2.1,вместо принятого в литературе метода малых смещений приемной антенны. Этопозволило существенно упростить проведение измерений.Антенны размещались на диэлектрических штативах на высоте 2 м от пола.Управление измерительными комплексами осуществлялось удаленно полокальной сети, в процессе проведения измерений экспериментаторы находилисьвне зоны, существенной для распространения радиоволн.В параграфе 2.3.1 проведено экспериментальное исследование возможностипрогнозирования уровня электромагнитного поля в точке пространства (уровнямелкомасштабных замираний).
В табл. 1 приведены полученные значениядисперсии отклонений расчета уровня поля в точках пространства от результатовизмерений.Из табл. 1 видно, что, даже при использовании детального описания среды истрогой модели распространения радиоволн (метод конечных интегралов) расчетуровня поля в точке пространства имеет низкую точность. Это может бытьобъяснено тем, что неточность геометрических параметров описания средыявляется существенной по сравнению с длиной волны.
В описании среды неучитывается внутренняя, неоднородная структура объектов (в первую очередь,стен). В приближении геометрической оптики и теории дифракции, это приводит кошибкам расчета фаз лучей. Ошибки определения фаз приводят к неверномурасчету уровня поля в точке, обусловленного интерференцией лучей. Дисперсияотклонений результатов расчета от измерений имела слабую зависимость отчастоты (для частот выше 365 МГц) и применяемой детерминированной моделирасчета, хотя для МКИ точность была несколько выше (приблизительно на 1 дБ).Таким образом, расчет уровня поля в точке имеет низкую точность. Напрактике интерес представляют статистические оценки параметров поля пообластям пространства.
Статистические оценки включают среднее, минимальное,максимальное значения, вероятность отсечки, дисперсию и др. Размеры областей,по которым определяются данные оценки, выбираются исходя из требованийпрактической задачи.В параграфе 2.3.2 производится сравнение точности различных моделейраспространения радиоволн при расчетеТаблица 1. Дисперсия отклоненийсреднего уровня поля в λ / 2 -окрестностяхрезультатов расчета уровня поля вточекпространства.λ / 2 -окрестностьточках пространства от измеренийописывает минимальный порядок размераМетод расчета,Дисперсияобласти пространства, в которой можночастотаотклонений*, дБнаблюдатьвсереализацииканала,МКИ, 400 МГц9,8МКИ, 900 МГц10,8обусловленныемелкомасштабнымиТрассировказамираниями.
При перемещении приемной11,5лучей, 365 МГцантенны в λ / 2 -окрестности уровень поляТрассировкабудетсущественноизменятьсяввиду12,3лучей, 1700 МГцинтерференции многолучевых компонент.* Дисперсия на 80% площади измерений10Усреднение уровня поля в λ / 2 -окрестности позволяет «сгладить» влияниемелкомасштабных замираний. В параграфе показано, что для метода трассировкилучей статистические оценки в областях пространства размером порядка длиныволны могут быть получены методом Монте-Карло (фазы лучей варьируютсяслучайным образом).На рис. 3 приводятся пространственные распределения уровня поля,рассчитанные с использованием различных моделей и экспериментальноизмеренное распределение для частоты 900 МГц и одного из местоположенийпередатчика. Пространственные распределения показаны на плане здания.
Уровеньполя отображен только в области размещения точек измерения (отмечены нарисунке).Из рис. 3 видно, что детерминированные модели распространения радиоволн, вотличие от эмпирической модели, учитывают наличие препятствий в среде иобеспечивают прогнозирование выделенной трассы распространения сигналавнутри помещения. Данная трасса заметна и на результатах экспериментальныхизмерений. Во всех исследованных случаях измеренные и рассчитанные с помощьюдетерминированных методов пространственные распределения уровня поля имеливысокое качественное сходство.В табл. 2 представлены результаты количественного анализа точностирассмотренных методов.Из табл.
2 видно, чтометодконечногоинтегрированиядемонстрируетвысокуюточность расчета уровняполя: дисперсия отклоненийрасчетаотизмеренийсоставляет 2 – 3.7 дБ длярассмотренногодиапазоначастот и местоположенийпередатчика. Для методатрассировки лучей дисперсияотклонений составила от 1.4дБ до 7.5 дБ, в зависимостиот частоты и положенияпередатчика. Эмпирическаяизотропнаямодельраспространения радиоволнобеспечиваетприемлемуюточностьпрогнозирования(погрешность 2.7 – 6 дБ) приРисунок 3.
Пространственные распределения уровнявыбореоптимальногополя, рассчитанные методом конечных интегралов,значенияпоказателяметодом трассировки лучей, с использованиемэкспоненциальногоизотропной модели и экспериментально измеренноеослабления.Однако,израспределение. Частота 900 МГц11табл. 2 видно, что это Таблица 2.
Дисперсия отклонений результатов расчетазначениесущественно среднего локального уровня поля в λ / 2 -окрестностяхзависит от местоположения точек пространства от измерений для различных моделейпередатчикаичастоты распространения радиоволн(оптимальныйпоказательДисперсияотклонений* (дБ)изменяется в пределах от 2 допри положенииМодель расчета4 и более при изменении Частотапередатчика:местоположения передатчика12инесущейчастотывМКИ2,12,9диапазоне 400 МГц – 1.7Трассировка лучей1,47,5ГГц).Выборсреднего 400 МГцИзотропная модель, n=23,512,0(“эффективного”) показателяИзотропная, n=35,24,3экспоненциальногоИзотропная модель, n=3.56,22,7ослабления,равного3,Изотропная модель, n=48,25,0МКИ3,73,3приводитквеличинамТрассировка лучей5,77,2ошибки расчета 4 – 8.2 дБ.Изотропнаямодель,n=26,011,7Такимобразом, 900 МГцИзотропная модель, n=38,26,4рассмотреннаяизотропнаяИзотропная модель, n=3.510,54,2модель обеспечила низкуюИзотропная модель, n=413,13,0сравнительнуюточностьТрассировка лучей4,9прогнозированияуровняИзотропная модель, n=26,51700Нетполя.Изотропная модель, n=34,0МГцданныхИзотропная модель, n=3.54,0Время вычислений дляИзотропная модель, n=44,7метода трассировки лучей* Дисперсия на 80% площади измеренийсоставлялопорядканескольких минут, для эмпирической модели – доли секунды, для МКИ – от 40 миндо 3 ч в зависимости от частоты.
Высокая вычислительная трудоемкость методаконечных интегралов позволила применить его для максимальной частоты порядка1 ГГц при пространственных размерах модели 20 х 20 х 4 м и вычислительноймощности 2х2.6 ГГц, 2 Гб ОЗУ.В параграфе 2.3.3 проводится исследование точности расчета среднего побольшим областям пространства, чем λ / 2 -окрестности, уровня поля. Результатзависимости точности расчета от размеров области показан на рис. 4. Из рис.
4видно, что при увеличении радиуса области ошибка прогнозирования уменьшается.Однако, в некоторых случаях уменьшение не было монотонным. Это можнообъяснить тем, что точки, имеющие большие отклонения расчета от эксперимента,при увеличении радиуса усреднения приводят к деградации значений в большемчисле точек с малыми отклонениями.Детерминированные методы обеспечили высокую точность расчета уровняполя: дисперсия отклонений расчета от измерений среднего по области с радиусом2 м уровня поля составила 1.1 – 2.4 дБ для метода конечных интегралов и 0.8 – 4.6дБ для метода трассировки лучей.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
