Автореферат (1137271), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Рассмотрены физические процессыраспространения электромагнитных волн в условиях образования интенсивноймноголучевости.Основными физическими процессами, определяющими многолучевыйхарактер распространения электромагнитных колебаний в радиосистемах беспроводной связи в пригороде и городе, являются отражение, дифракция и рассеяние (рисунок 1). Отражение электромагнитных волн происходит при наличии на трассе гладкой поверхности с размерами, намного превышающими длину волны радиочастотного сигнала. В системах беспроводной связи отражениеэлектромагнитных волн может происходить от земной поверхности, стен зданий, холмистых неровностей земной поверхности.Рисунок 1 – Примеры образованиямноголучевости радиоволн в пригороде и городеМноголучевость приводит к интерференционным изменениям амплитуды, фазы сигналов, к появлению замираний и пространственного эха.

Рассмотрим аналитическое представление этих процессов.Пусть передаваемый сигнал в комплексной форме имеет видs(t) = Re[g(t)]eiωt,(1)где g(t) – огибающая, а ω – угловое значение несущей частоты.9Огибающая при использовании амплитудной или фазовой модуляцииg(t)= |g(t)|eiφ(t) = R(t)eiφ(t).(2)В процессе распространения сигнала на трассе происходит изменениеогибающей сигнала, которую можно записать в следующем виде:g (t )   (t )e i  (t ) g (t ),(3)где α(t) eiθ(t) – множитель затухания сигнала на трассе.Амплитуда измененной огибающей (1.3) может быть представлена в видепроизведения трех сомножителей(t)R(t) = m(t)r0R(t),(4)где первый сомножитель описывает крупномасштабное замирание огибающей,второй сомножитель – мелкомасштабное замирание.Иногда величину m(t) называют локальным средним или логарифмическинормальным замиранием, поскольку его значения можно статистически описывать с помощью логарифмически нормальной функции распределения вероятностей.

При этом выраженное в децибелах значение m(t) будет описываться гауссовой функцией распределения вероятностей. Второй сомножитель описывает релеевское замирание. Характерное смещение приемной антенны, соответствующее мелкомасштабным замираниям, примерно равно половине длины волны. Локальное среднее m(t) можно оценить путем усреднения огибающей сигнала по10…30 длинам волн.В этой главе также был проведен анализ условий распространения электромагнитных волн радиосистем связи на загородных и горных трассах с различным ландшафтом. В реальных случаях земля обладает потерями, поэтомукоэффициент отражения комплексный и с учетом сделанных приближенийГ    j600   j600  h1  h2  r h1  h2  2h1  h2  j 60 10r2 1  h1  h2 2 r exp( j),(5) j 600rr2где  – относительная диэлектрическая проницаемость и электропроводностьземли;  – фаза коэффициента отражения.Используя (1) и (5), выражение для интерференционного множителяможно привести к более удобному виду  h  h 2 24h1h2  F 2 ( )12 [1  Г 1  2  2Ф( h1, h2 , r )  1 2r 2 r  F ( ) 2h h  F ( ) 2kh1h22 Г 1  12 2 cos   ]0,5 exp( j ),r  F ( ) rгде  – фаза интерференционного множителя.10(6)Вторая глава диссертации посвящена процессам распространения электромагнитных волн на трассах с неоднородной подстилающей поверхностью игорным ландшафтом.

В реальных случаях подстилающая поверхность трассыимеет слоистую структуру. Каждый слой плоскослоистой среды описываетсяхарактеристической матрицей (или матрицей передачи), имеющей различныйвид для различных поляризаций:MiW 0 cos1sh j i W i cos i,ch j iWi cos ijijichshW0 cos 1, M i    Wcos01sh j  ich j  iWcos iich j i   W cosi ish j iWcos1 0(7)(8)где2di 0 i' (1  j tg  i ) co s  i ;  i  a rcsin  Re.' i (1  jtg  i ) sin  1Вся плоскослоистая среда описывается матрицей M∑, которая равна произведению всех матриц слоев, вычисляемому в такой же последовательности,как проходит через слоистую среду падающая электромагнитная волна.N m11 m12 M   M1M 2 ...M i ...M N   M i  .(9) m21 m22 i 1Коэффициенты отражения и прохождения плоской волны через слой определяют через элементы суммарной матрицы передачи плоскослоистой средыТ 2( m  m12 )  ( m21  m22 ), Г   11.m11  m12  m21  m22m11  m12  m21  m22(10)При исследовании распространения радиоволн вдоль земной поверхностичасто используют метод параболического уравнения.

Этот метод широко применяют при расчете радиотрасс, пролегающих в сильно пересеченной местности. Если передача мощности радиоволны в основном происходит в направлении z, то электромагнитное поле, удовлетворяющее волновому уравнениюГельмгольца можно представить в виде бегущей волны с медленно меняющейся амплитудой, являющейся функцией координат    x, y , z  eik0 z .(11)11При подстановке этого представления в уравнение Гельмгольца и несложных выкладок, уравнение принимает вид2   2 2ik0  k 2  k02    0.2zz(12)Если продольную координату обозначить r, а высоту z, решение уравнения, описывающее изменение амплитуды поля при распространении волныможно получить применением итерационной процедуры по соотношению  r  r , z    k 2  i  r r z  2k 1e 2 F e  0 Fr 2  r , z   ,e(13)где F и F-1 – прямое и обратное преобразования Фурье, которое может бытьреализовано через алгоритм быстрого преобразовании;   0,5i  k 2  k02  / k0 .На рисунке 2 показана структура электромагнитного поля вблизи одиночных препятствий, рассчитанная по методу параболического уравнения.

Интенсивность поля отображается интенсивностью окраски.Рисунок 2 – Рассчитанная по методу параболического уравненияструктура электромагнитного поля вблизи одиночных препятствийВ этой главе также рассмотрена возможность применения пассивныхретрансляторов на трассах с горным ландшафтом. Особенно острой эта проблема становится при обеспечении радиосвязи в условиях горной местности,12при наличии препятствий на пути распространения прямой волны. Поэтому актуальным вопросом является рассмотрение путей увеличении стабильностисвязи, что в свою очередь влечет увеличение дальности связи.Для решения этой проблемы предлагаются активные ретрансляторы, выполняющие функции дополнительной базовой станции. Но их использованиесвязано с большими затратами как на оплату стоимости репитера, так и с дополнительными затратами на оплату трафика.

Поэтому здесь рассмотрена возможность разработки практических методов увеличения дальности связи прииспользовании пассивных ретрансляторов. Поэтому возникает задача созданияпассивного устройства, которое позволит повысить качество сигнала в точкенеуверенного приема или на границе зоны покрытия систем сотовой связи.Третья глава посвящена разработке антенных устройств радиосистемсвязи для загородных трасс и горной местности.Проектирование радиосистем связи с радиолиниями на загородныхтрассах является сложной задачей из-за противоречивых воздействий факторов,связанных с экономическими затратами на создание и обслуживание радиолиний и с задачами обеспечения их качества и надежности работы.

Эти противоречия связаны, с главным образом, особенностями работы антенных устройстврадиолиний при низком обслуживаемом ими трафике, которые связаны с необходимостью обеспечения радиосвязи в зоне обслуживания, начиная от малыхрасстояний от передающей антенны до расстояний, близких к расстояниямпрямой видимости. Это требование приводит к большому сектору углов, в пределах которого могут располагаться абоненты радиосвязи.В этой главе представлены вопросы синтеза диаграмм направленностиантенных устройств систем связи для загородных и горных трасс.Процедура синтеза закона распределения суммарного тока парциальныхизлучателей вдоль линейки излучателей по заданной форме амплитудной ДНсовпадает с представленной выше, но дополняется расчетом числа излучателейи учитывает другое соотношение для ДН парциального тока.С учетом наличия экрана, уменьшающего излучение в обратном направлении, опасность появления дополнительных главных лепестков или значительного роста далеких боковых лепестков диаграмм направленности практически отсутствует.

Предложенное решение, связанное с синтезом ДН антеннбазовых станций, учитывающее профиль подстилающей трассы позволяет исключить противоречие и обеспечить оптимальные условия связи по доступу инадежности во всей расчетной зоне обслуживания. Имеется возможность увеличения длины антенны для увеличения ее коэффициента усиления при одновременном обеспечении равномерности покрытия всей зоны обслуживания.Полученные соотношения учитывают совпадение фазовых центров излучаемых радиоволн, создаваемых отдельными парциальными токами.

Приразносе фазовых центров парциальных токов на расстояния, превышающие λ/2,в выражении для суммарной ДН появляются дополнительные сомножители,13учитывающие интерференцию волн отдельных парциальных излучателей, чтоусложняет процедуру синтеза. Рассмотренный синтез линейного излучателя неучитывают интерференции прямой и отраженных волн, многослойность структуры и неровность границы подстилающей поверхности, дифракционные эффекты на препятствиях, но, тем не менее, позволяют существенно улучшить качество покрытия зоны обслуживания.

Характеристики

Список файлов диссертации