2.1.2. Влияние окружающего пространства 

На уровне сигнала в точке приема заметно отражается состояние атмосферы. Утреннее и вечернее состояние, сезонные изменения, плотность атмосферы могут искривлять путь прохождения волн, что на больших расстояниях может приводить к уменьшению энергии сигнала в точке приема. Существенное влияние оказывает наличие тумана и дождя. Капли тумана и дождя вызывают поглощение радиоволн и их рассеяние. Пик таких потерь приходится на диапазон частот вблизи 22 ГГц. При вертикальной поляризации волн поглощение в каплях дождя меньше, чем при горизонтальной поляризации. Вблизи 60 ГГц наблюдается заметное поглощение энергии радиоволн молекулами кислорода. На частотах ниже 15 ГГц эти явления сказываются гораздо меньше.

Наличие отражающих объектов, находящихся в стороне от прямой, связывающей приемную и передающую антенны, может привести к попаданию на приемную антенну отраженных сигналов, являющихся копиями основного сигнала. Поскольку прямой и отраженный сигналы проходят разные по величине пути (что равносильно сдвигу фаз колебаний относительно друг друга), то в точке приема происходит их интерференция. При этом амплитуда сигнала на приемной антенне может как суммироваться (при разности путей на длину волны), так и вычитаться (при разности путей на половину длины волны). Такие явления называют замираниями. Для движущихся объектов эти замирания носят меняющийся во времени характер. Причем могут происходить изменения амплитуды как относительно медленные, так и очень быстрые. На частотах порядка единиц гигагерц длина волны составляет единицы-десятки сантиметров, поэтому быстрые замирания могут происходить даже при малых перемещениях антенны приемника. Характер медленных и быстрых замираний хорошо описывается законом Релея. Динамический диапазон замираний может достигать 40 дБ. Из-за быстрых замираний амплитуда принимаемого сигнала на доли секунды то увеличивается, то уменьшается относительно некоего среднего уровня. В городских условиях количество таких скачков амплитуды может происходить десятки-сотни раз в секунду. Статистические характеристики замираний для различных условий описаны в [25, 28].

Следует помнить еще об одном механизме возникновения уменьшения уровня принимаемого сигнала, вызванного интерференцией. Этот механизм проявляется и при фиксированном положении передающей и приемной антенн, и при наличии прямой видимости. Он вызван наличием условных зон Френеля. При любом типе антенн, в том числе и направленных, радиоволна движется в некотором расширяющемся по направлению к приемнику пространстве. В этом пространстве можно условно выделить зоны Френеля, представляющие собой сфероид. Если на пути распространения волны имеется отражающий объект, высота которого достигает первой зоны Френеля, то отраженный сигнал в точке приема будет интерферировать с волной, пришедшей по пути геометрической линии между антеннами. Вообще любой отражающий объект в пределах первой зоны Френеля согласно принципу Гюйгенса может рассматриваться как источник вторичных волн, которые могут распространяться в направлении приемной антенны и вызывать интерференцию с прямой волной. Отраженные в пределах этой зоны волны в той или иной мере находятся "не в фазе" с прямой волной, и уровень сигнала в точке приема изменяется. На рис. 2.1 показаны пояснения этого механизма.

Рис. 2.1. Влияние отражения в пределах зон Френеля

Рис. 2.1. Влияние отражения в пределах зон Френеля

Радиус первой полузоны Френеля , зависит от длины волны и расстояния. В зависимости от отношения длины пути A-D-B отраженной волны к длине пути прямого луча уровень приема может как увеличиться, когда прямая и отраженная волны складываются в фазе, так и уменьшиться, если они придут в противофазе. Уровень сигнала в точке приема определяется с учетом поправочного множителя ослабления.

,

где — множитель ослабления; — коэффициент отражения объекта; . При 0 < < 1 трасса считается полузакрытой, при > 1 — открытой.

Радиус полузоны Френеля составляет примерно 0,6 от радиуса первой зоны Френеля, определяемой выражением: . При попадании отражающего объекта в промежуток между полузоной и первой зоной трасса полузакрытая, но связь еще возможна. Если же просвет между прямым лучом и отражающим объектом станет меньше радиуса полузоны Френеля < , то отраженный сигнал будет приходить в точку приема в противофазе и может оказаться ослабленным ниже допустимой величины, или трасса окажется закрытой и устойчивая связь будет невозможна. Следовательно, при проектировании трассы радиолуча следует избегать препятствий, высота которых достигает 0,6 радиуса первой зоны Френеля. Если невозможно избежать такое препятствие, необходимо увеличить высоту передающей и приемной антенн. Водная поверхность имеет коэффициент отражения радиоволн, близкий к единице, поэтому отраженный радиолуч приходит в точку приема практически той же интенсивности, что и прямой луч. В случае прихода отраженного луча в противофазе с прямым лучом уровень принимаемого сигнала может оказаться ниже порогового. Вдобавок на водной поверхности часто возникают волны, и характер отражения будет иметь случайную составляющую. Это приведет к шумообразному изменению уровня суммарного сигнала (прямого и отраженного). При проектировании трассы в этом случае обязательно делают расчет высот подвеса антенн с учетом возможного отражения сигнала. Высота прохождения основного луча должна быть больше высоты препятствия на величину, не меньшую, чем радиус первой зоны Френеля.

В реальных условиях положение границы зоны Френеля (и значение ) в силу рефракции волн зависит от градиента диэлектрической проницаемости воздуха и его слоистого характера. Поэтому просвет между прямым лучом и зоной Френеля может в некоторых пределах меняться в любую сторону. Значения градиента диэлектрической проницаемости зависят от климатической зоны региона и погодных условий. Численные значения градиента диэлектрической проницаемости воздуха и его типовые отклонения для различных климатических зон обычно приводятся в справочной литературе.

Основы теории мобильной и беспроводной связи


*****

© 2009-2017 Банк лекций siblec.ru
Лекции для преподавателей и студентов. Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.