MODELLEK ALKALMAZÁSÁVAL Absztrakt

Átírás

1 I. évfolyam. ám Horváth Zoltán URH ÉS MIKROHULLÁMÚ FÖLDFELSZÍNI PONT-PONT RÁDIÓ- ÖSSZEKÖTTETÉS TERVEZÉSÉNEK TÁMOGATÁSA HULLÁMTERJEDÉSI MODELLEK ALKALMAZÁSÁVAL Abtrakt Az URH és mikrohullámú földfelíni pont-pont rádió-öseköttetés tervezése nem egyer feladat. A domborzat figyelembe vétele, idigényes, ubjektív hibákkal terhelt. Nem elegend az optikai láthatóság vizsgálata. A erz bemutatja azokat az algoritmusokat, melyek a rádió-öseköttetés automatizált tervezését elsegíti. Not so easy task to plan a radio connection between two points, close to the surface used VHF or higher frequencies. To count the the effect of the terrain over the radio connection is too consumptive of time and involved of subjective mistakes. The monitoring of optical visibility is not enough in this case. The author show us that algorithms which ones conduce to plan radio connection by automated proceedings. Kulcsavak: URH, mikrohullám, rádió-öseköttetés, automatizált tervezés ~ VHF, radio connection, automated planning. A RÁDIÓCSATORNA, MINT EGY RENDSZER KRITIKUS ELEME A rádiórenderek egyes elemeinek, rendertechnikai réegységeinek vizsgálata során belátható, hogy öseköttetés tervezése empontjából az átvitel leggyengébb lánceme a rádiócsatorna. Míg a többi renderelem emberi tervezés eredménye, tulajdonságaik jól meghatározhatóak, addig a rádiócsatorna tulajdonságainak vizsgálatára, befolyásolására kevés lehetség áll rendelkezésre. A rádiócsatorna az adóantenna bemenete és a vevantenna kimenete közötti kétkapu (. ábra), melynek csillapítása a akacsillapítás. Az antennák egyik f feladata a rádiórenderekben a jelátalakítás. Az adóantenna a bemenetére juttatott, vezetett hullámot alakítja át térhullámmá, a vevantenna a térhullámot alakítja visa vezetett hullámmá. Az adó- és vevantenna közötti térrében a rádióhullámok közvetít közeg nélkül, a rádiócsatornában haladnak. Az adó- és a vevantenna közötti térrében a rádióhullámok többféle mechanizmus útján terjedhetnek. URH és mikrohullámú frekvenciatartományban a talaj csillapító hatása olyan nagy, hogy a felületi hullámú terjedési mód figyelmen kívül hagyható, az öseköttetés gyakorlatilag térhullámokkal jön létre. A föld felínéhez közeli két pont között ámos terjedést módosító tényezvel kell ámolni, mint a föld véges vezetképessége, görbültsége, domborzat hatása, a föld felületérl történ visaverdés hatása, a légkör törésmutatójának magasságfüggése. Meg kell vizsgálni (reflexió, diffrakció), hogy meddig hanálható a ámítások során a geometriai optika. A földfelín fölötti optikai rálátás önmagában nem elegend a abadtéri térersség jelenlétéhez. 45

2 HÍRVILLÁM A rádiócsatorna akacsillapítása (a ): a. ábra: A rádiócsatorna Pbe lg [ db] P = ki ahol: P be bemeneti teljesítmény P ki maximális kivehet hatásos teljesítmény 2. SZAKASZCSILLAPÍTÁS BECSLÉSE EGY HULLÁMTERJEDÉST GÁTLÓ AKADÁLY ESETÉN Amennyiben egy akadály terheli a rádiócsatornát, a akacsillapítás ámítása során figyelembe kell venni a diffrakciós fadinget. A diffrakciós fading: L[ db] = 2 lg Ez alapján a akacsillapítás: E E ahol: E a fading által csökkentett térersség E a abadtéri térersség a = a L [ db] ahol: a a abadtéri csillapítás L az akadály(ok) okozta diffrakciós fading A Huyghens-elv alapján a hullámterjedés a hullámfrontban található elemi centrumok útján jön létre. Ha a forrás és a vizsgált pont köré ellipoidsereget rajzolunk (2. ábra), melynek nagytengelyei (b) rendre: b = d + k λ 2 ahol: d a forrás és a vizsgált pont távolsága k terméetes ám λ hullámhos A Fresnel-ellipoidok által zónázott azonos zónában található elemi centrumok egymás hatását ersítik, az egymással omédos zónában található elemi centrumok egymás 46

3 I. évfolyam. ám hatását gyengítik. A legbels zónától (I. Fresnel-ellipoid) eltekintve az egyes zónák egymás hatását gyakorlatilag semlegesítik. 2. ábra: Fresnel-zónák A 3. ábrán látható a rádiócsatorna vertikális síkmetete. Igen jó közelítéssel (horizontális terjedést feltételezve) x helyen az I. Fresnel-zóna sugara (r ): x = λ 3. ábra: A késéldiffrakció paraméterei ( d x ) r d ahol: λ az üzemi hullámhos d az öseköttetés távolsága A 3. ábra alapján az I. Fresnel-zónába a benyúlás mértéke (ν ): ν = y r A késél okozta fading a benyúlás mértékének függvényében a 4. ábrán látható. Kiámítva (ν ) értékét az egy késél okozta fading ( L(ν ) ) meghatározható: 47

4 HÍRVILLÁM 4. ábra: Késél okozta fading L(ν ) függvény értelmezési tartományát felotva az egyes tartományokhoz közelítfüggvény rendelhet, mely segítségével (ν ) ismeretében L ámítható. Ezek a függvények a következk: L ν db ] ( )[ ( ) ν ( ;,8) (,5,62 ν ) ν [,8; ) 2 lg 2 lg 2 lg = 2 lg,4,84,225 2 lg ν,95 ν (,5 ) ν [ ; ) 2 (,38, ν ) ν [ ;2,4 ) ν [ 2,4; ) 3. SZAKASZCSILLAPÍTÁS BECSLÉSE TÖBB HULLÁMTERJEDÉST GÁTLÓ AKADÁLY ESETÉN Renderint a rádiócsatornát nem egy, hanem több akadály terhel. A többörös késél okozta diffrakció ámítás valamennyi algoritmusának alapjául az egyetlen késélre vonatkozó fading ámítása olgál. A különbség az egyes késélek figyelembevételében, a késélek egymásra hatásának modellezésében van. Négy terjedési modellt vizsgáltam. A Bullington modell a rádiócsatorna két végpontjából a legmagasabb helyög adat látható két késél felhanálásával, egyeneseket fektetve az adó és közeli késéle, valamint a vev és közeli késéle csúcsára, az egyenesek metéspontja jelöli ki egy virtuális késél helyét és csúcsát (5. ábra). Ez a megoldás igen durva megközelítést jelent. 48

5 I. évfolyam. ám A akacsillapítás: 5. ábra: Bullington modell ( h h { ϑ ; h ) a = a }; L a; cs amax ϑbmax Ennél lényegesen jobban hanálható az Epstein-Peterson modell. A rádiócsatorna egyik végpontjából a másik irányba haladva az egyes késélek okozta fadinget a oméd késélek csúcsaira, mint virtuális adó, illetve vevpontra ámítja, majd az ered diffrakciós fading ezek ösege (6. ábra). Ez a modell túlbecsüli a térersséget, tehát alábecsüli a csillapítást, ezért EMC vizsgálatoknál hanálatos. b A akacsillapítás: 6. ábra: Epstein-Peterson modell a = a n L i i; i= ( h ; h h ) i+ Ennek ellenpéldája a intén gyakorlatban is hanálatos Deygout modell. A rádiócsatornában a benyúlás mértéke alapján kiválatja a legdominánsabb késélt. Ezt 49

6 HÍRVILLÁM követen, kiámítva a hozzátartozó fadinget a domináns késélnél kétfelé válatja a rádiócsatornát. Az algoritmus az adó, illetve a vevantenna felé mindaddig folytatódik, míg a virtuális rádiócsatornák késélt tartalmaznak (7. ábra). A akacsillapítás: a ν 4 ): = a n i= L 7. ábra: Deygout modell ( ν ) i ahol (a 7. ábra alapján, feltételezve, hogy ν 3 > ν >ν 2 és ν 3 > ν' 3 = ν(h a ; h' 3 ; h b ); ν' = ν(h a ; h' ; h 3 ); ν' 2 = ν(h ; h' 2 ; h 3 ); ν' 4 = ν(h 3 ; h' 4 ; h b ); Programozás-technikailag az eljárás rekurzív algoritmust eredményez. A móder túlbecsüli a akacsillapítást, tehát alábecsüli a térersséget, ezért öseköttetések ámításánál hanálatos. Epstein-Peterson és Deygouth móderén kívül a gyakorlatban még a Japán modell hanálatos. Epstein-Peterson móderéhez hasonlóan a rádiócsatorna egyik végpontjától (adó) indul a másik végpont (vev) felé. Az egyes késélek okozta fading értékét úgy határozza meg, hogy a virtuális vevt a vizsgált késélt sorrendben követ késélre helyezi. Az adó pozícióját nem változtatja, viont az adó virtuális magasságát a vizsgált és az azt sorrendben megelz késélek csúcsaira fektetett egyenes adó antenna helyén kimetett magassága adja (8. ábra). 5

7 I. évfolyam. ám 8. ábra: Japán modell A akacsillapítás: a = a n L i i i; i= ( h{ h ; h }; h h ) i+ Ez a modell Epstein-Peterson és Deygouth móderével ámított csillapítás értékeinek köztes értékét adja, de az eredmény a vizsgálat irányára nem immetrikus ÖSSZEFOGLALÁS Megvizsgálva a különböz hullámterjedési modelleket megállapítható, hogy URH és mikrohullámú földfelíni pont-pont öseköttetés esetén térhullámú terjedést feltételezve nem elegend az optikai láthatóság vizsgálata. Az egy késél okozta többletcsillapítás ámítása kidolgozott, erre épülve ámos terjedési modell létezik. A modellek jól algoritmizálhatóak. Az említett modellek alkalmazása napjainkban egyre élesebb körben megvalósul. A térképi információk digitális formában történ elérhetsége, feldolgozhatósága lehetséget biztosít ezen modellek tervez munkába történ alkalmazására. A térinformatikai alapú tervez, elemz munka ezáltal gyorsabbá, olcsóbbá, megbízhatóbbá válik és új minséget rejt magában. 5

8 HÍRVILLÁM FELHASZNÁLT IRODALOM J. D. Parsons: The Mobile Radio Propagation Channel, Pentech Press, London, 992; Wireless Communication, Radio Propagation modells, ( Dr Istvánffy Edvin: Tápvonalak, antennák és hullámterjedés, Tankönyvkiadó, Budapest, 967; Géher Károly f.: Híradástechnika, Maki könyvkiadó, Budapest, ISBN