Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Радиоузлы региональной корпоративной системы связи (РКСС) 18
1 1 Региональные корпоративные системы связи18
1 2 Радиоузлы региональных корпоративных систем связи . 32
1.3 Параметры электромагнитной совместимости радиоузлов РКСС 43
1.4 Результаты экспериментальных трассовых исследований радиоузлов различного типа. 50
Глава 2 Разработка моделей электромагнитной обстановки (ЭМО) радиоузлов РКСС различного типа 56
2.1 Разработка и исследование модели ЭМО радиоузлов РКСС, разнесенных на местности 58
2 2 Разработка и исследование особенностей модели ЭМО совмещенных радиоузлов РКСС 75
2 3 Модель ЭМО совмещенных комбинированных КВ-УКВ радиоузлов РКСС 87
2.4 Результаты экспериментального исследования характеристик технических средств радиоузлов РКСС, определяющих параметры электромагнитной совместимости (ЭМС) 94
Глава 3 Совершенствование пространственно-энергетических параметров ЭМС радиоузлов РКСС 101
3.1 Исследование влияния параметров антенно-фидерных устройств на ЭМС радиоузлов РКСС 101
3 2 Совершенствование пространственно-энергетических параметров ЭМС радиоузлов РКСС при работе на трассах земной волны 106
3 3 Совершенствование пространственно-энергетических параметров ЭМС радиоузлов РКСС при работе на трассах средней протяженности 115
3.4 Совершенствование пространственно-энергетических параметров ЭМС радиоузлов РКСС при работе на трассах большой протяженности 117
Глава 4. Совершенствование спектральных параметров ЭМС радиоузлов 125
4.1 Сиі налы передачи дискретной информации 125
4 2 Метод предел авления сигналов передачи дискретных сигналов 146
4 3 Исследование и оптимизация спектральных параметров двоичных сиі налов с угловой модуляцией . 153
4 4 Вопросы практической реализации устройств преобразования сигналов (УПС) . 162
4 4 1 Реализация УПС, обеспечивающих нормированные спектральные характеристики формируемых сигналов 162
4 4 2 Реализация УПС с высокой спектральной эффективностью 166
Выводы по главе 4 . 171
Заключение 173
Литература . 175
Приложение .191
- Радиоузлы региональных корпоративных систем связи
- Разработка и исследование особенностей модели ЭМО совмещенных радиоузлов РКСС
- Совершенствование пространственно-энергетических параметров ЭМС радиоузлов РКСС при работе на трассах средней протяженности
- Исследование и оптимизация спектральных параметров двоичных сиі налов с угловой модуляцией
Введение к работе
Настоящая работа посвящена проблеме совершенствования параметров электромагнитной совместимости (ЭМС) радиоузлов региональной корпоративной системы связи
Поясним используемые в работе значения терминов регион, региональная корпоративная система связи, радиоузел, комбинированный радиоузел, точечная зона радиоиокрытия населенной территории и т. д
Реї ион (от латинского regio, regionis) - область, район, часть страны, отличающаяся от других областей совокупностью естественных и (или) исторически сложившихся, относительно устойчивых экономико-географических особенностей [3]. С регионом и его интересами отождествляют граждан, которые но ряду причин (морально-этических, экономических, политических) привязаны к данной территории, организации и предприятия, связанные с природными ресурсами, культурными и климатическими особенностями территории, для которых эти особенности незаменимы [2]
Примерами сформировавшихся регионов России являются Центральный регион, Поволжский реї ион, Северо-Кавказский регион, Северный регион (Арханіельская, Вологодская области, Карелия, Коми), Западно-Сибирский регион (Алтайский край, Горно-Алтайская, Кемеровская, Новосибирская, Омская, Томская, Тюменская области), Восточно-Сибирский регион (Красноярский край, Иркутская, Читинская области, Хакассия, Бурятия, Тува), Дальневосточный регион (Приморский и Хабаровский края, Еврейская, Амурская, Камчатская, Магаданская, Сахалинская области, Якутия) [12, 13]
Усиление роли регионов Севера, Сибири и Дальнего Востока (С, Сб и ДВ) в экономическом обеспечении России за счет активизации деятельности ресурсодобывающих предприятий (нефть, газ, алмазы, редкие металлы и т д) в районах залегания месторождений полезных ископаемых (рис. В.1) [5, 6] объективно приводит (с учетом тенденций по созданию глобального мирового сообщества) к усилению роли информационного обеспечения деятельности всех региональных структур (государственных, промышленных, инфраструктуры, т.е. жизнеобеспечения) [1, 4, 11] Тенденции усиления роли информационного обеспечения в жизни общества особенно ярко проявились в развитии мобильной компоненты информационных технологий - сотовых, транкишовых и спугниковых систем связи При этом, значимость сферы информатизации в жизни развитых стран мира подтверждает тот факт, что уровень инвестиционных вложений этих стран, направленных на разработку, создание и обслуживание существующих и проектируемых сегментов информационных технологий сопоставим с вложениями в сферу материального производства[4]
В то же время, ТС информационного сектора инфраструктуры регионов С, Сб и ДВ находятся на очень низком уровне как в количественном, так и в качественном отношениях и характеризуются. большой неравномерностью распределения по регионам [4]; устаревшей технической базой (удельный вес перспективного цифровою коммутационного оборудования городских и сельских телефонных станций составлял в 1994 году 2% и 0,23% соответственно), необходимостью огромных финансовых вложений в сегмент спутниковых систем связи (ССС) для создания и технического обслуживания как космического (космические аппараты - КА), так и наземного (земные станции, Центр управления системой - ЦУС, региональные земные станции) компонентов ССС (при средней потребности развитых стран в услугах ССС в (25...30)% от общего рынка услуг в сфере информагизации, рынок этого сектора в России увеличился с 6% в 1993 году [7] до 7,2% в 2001 году [8]), значительными техническими трудностями при эксплуатации наземной компоненты ССС в районах Северо-Востока России и ее арктических регионах в условиях сильных ветровых нагрузок и частого обледенения антенно-фидерного тракта, сильно пересеченной местности и низких углов склонения КА [9] Как следует из вышеизложенного, точечный характер заселения регионов С, Сб и ДВ приводит к необходимости разработки РКСС по структурной схеме, которая должна обеспечить объединение точечных зон радиопокрытия (территориально совпадающих с границами обслуживаемых населенных пунктов, расположенных в регионе) в единое информационное пространство корпорации и сопряжение РКСС с глобальными сетями страны (Транссибирской ВОЛС, Трансатлантической ВОЛС - "ТАЛ-3" (проектируемой), государственной ТСОП, ЗС ССС), с РКСС соседних регионов.
Как и всякая сложная система, РКСС является многоуровневой иерархической системой [18, 29], первый (нижний) уровень которой состоит из радиоабонентов, оснащенных носимыми или возимыми радиостанциями, а второй и последующие уровни в качестве основного элемента содержат радиоузлы (РУ) РКСС различной комплектации и назначения в зависимости от выполняемых функций и иерархической принадлежности Определим РУ по аналогии с узлами коммутации локальных вычислительных сетей, как элемент РКСС, представляющий совокупность технических средств и программного продукта (при реализации автоматизированного РУ), предназначенных для образования, распределения и/или коммутации каналов связи (сообщений) по заявкам радиоабонентов РУ РКСС, обычно, являются комбинированными, те. обеспечивающими обработку разнородных сигналов - телефонных, телеграфных, поступающих на РУ по кабельным линиям связи, сигналов радиосвязи, поступающих от радиоабонентов, сигналов от ССС По типам РУ РКСС моїут выполняться стационарными или мобильными (подвижными, т е технические средства связи и энергопитания которых размещаются на какой-либо транспортной базе и обеспечивают работу РУ в движении или на стоянке)
В процессе выполнения определенных выше функций (образование, распределение или коммутация каналов связи/сообщении) РУ РКСС должен обеспечивать в предельном случае полнодоступную многоканальную ретрансляцию (в реальном масштабе времени в т. ч ) сигналов телефонных - ТлфА, телеграфных - ТлгА и радиоабонентов - РА Процесс ретрансляции разнородных сигналов в реальном масштабе времени связан с необходимостью ведения дуплексной работы ТС различного рода (коротковолновых - KB, ультракоротковолновых - УКВ, радиорелейных станций - РРС и т д ), сосредоточенных, в большинстве случаев, на ограниченной территории, что наиболее характерно при реализации РУ в подвижном варианте
В этой связи при разработке и эксплуатации РУ РКСС актуальным является вопрос обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) ТС РУ при выполнении РУ своих функций [16, 32, 52]
Основой для оценки достаточности применяемых методов обеспечения ЭМС ТС РУ на начальном этапе проектирования РУ является анализ злектромаїнитной обстановки (ЭМО) РУ, отражающей. вариант (варианты) размещения ТС РУ (ТС комбинированного подвижного РУ - КПРУ) на местности, конкретный состав ТС РУ (радиоприемные устройства - РПУ, радиопередающие устройства - РПДУ, приемопередающие радиостанции - ППР, антенно-фидерные устройства - АФУ, антенно-фидерные системы - АФС и т. д)
При этом, в зависимости от вида разрабатываемого РУ (стационарный, с разнесением на местности передающего радиоцентра - ПрдЦ и приемного радиоцентра - ПрмЦ, подвижный, с разнесением на местности ПрмЦ и ПрдЦ; совмещенные РУ; комбинированные РУ), должна использоваться та или иная модель ЭМО и определенный набор параметров IС РУ и трассы взаимодействия между источником непреднамеренной электромагнитной помехи (НЭМП) (передающая АФС) и рецептором этой помехи (приемная АФС)
Значительное количество работ по проблематике ЭМС посвящено оценке вероятностно-временных показателей ЭМС радиоэлектронных средств (РЭС) ([64, 74, 81]), где в качестве исходных данных используются средние длительности сигналов (НЭМП) и пауз между ними, значения среднего времени восстановления связи в радиолиниях при отказах, обусловленных воздействием НЭМП, совокупность величин частотных разносов для видов НЭМП и каналов приема Результатами проведенных оценок являются такие вероятностные показатели ЭМС, как среднее время восстановления связи в радиолинии и коэффициент готовности линии. В [81] для комплексов РЭС, находящихся в эксплуатации, предложен критерий ЭМС, позволяющий произвести оценку пораженного в результате воздействия НЭМП диапазона частот, выраженную в денежной форме
Различные аспекты оценки ЭМС РЭС нашли отражение в обширной литературе, наиболее полный перечень которой приведен в Приложении [53] и в [54]. Однако, большинство цитируемых публикаций ([53, 54, 73, 74, 76 ...]) посвящено вопросам оценки ЭМС РЭС, размещаемых на летательных аппаратах (ЛА) - самолетах, вертолетах, ракетах и, преимущественно, в диапазоне от ОВЧ-УВЧ (метровые волны) до СВЧ (сантиметровые волны)
Для комплексов РЭС, работающих в диапазоне ВЧ (декаметровые волны) и смежном с ними диапазоне ОВЧ, отсутствует систематическое изложение вопросов разработки моделей ЭМО для различных вариантов построения РУ и рассмотрение методов достижения ЭМС РЭС
В [16], с 198, рассмотрены вопросы оценки ЭМС коротковолнового РУ с разнесенными на местности ПрмЦ и ПрдЦ при поступлении непреднамеренной электромагнитной помехи через ионосферный канал распространения В результате анализа ЭМО рассматриваемого ВРП определено, что разнос на местности между ПрмЦ и ПрдЦ, составляющий 30 км, обеспечивает ЭМС ТС РУ.
В известной литературе недостаточно подробно освещены вопросы оценки коэффициента развязки между антеннами ПрмЦ и ПрдЦ из состава РУ, расположенных в непосредственной близости (для случаев совмещенных и комбинированных РУ), взаимодействие между которыми происходит радиоволной, распространяющейся вдоль земной поверхности [43]...[48] При этом приемные и передающие антенны из состава РУ могут быть размещены на расстояниях -30 км и более [82] Попытка применения в KB диапазоне радиоволн эмпирической модели оценки коэффициента затухания радиосигнала НРМ-73 [77] с учетом рекомендаций, изложенных в [54], привела к значительной погрешности [175], что, в свою очередь повлекло значительную погрешность определения параметров ЭМС РУ
Обобщая изложенное выше, можно определить общую задачу данной работы, как исследование методов совершенствования параметров ЭМС радиоузлов региональной корпоративной системы связи и разработка технических средств, обеспечивающих реализацию этих методов
В первой главе дан анализ состояния дела в области многоканальных систем связи, определены особенности корпоративных систем связи по сравнению с системами связи общего пользования Рассмотрена структура перспективной РКСС На основе анализа системы связи, как системы массового обслуживания, показана необходимость оптимизации количества каналов приема/передачи РУ в целях реализации методов совершенствования ЭМС РУ Проведен выбор канала связи между РУ, определены основные принципы, на основе которых следует разрабатывать перспективные радиоузлы
Рассмотрены структуры трех типов РУ и определены особенности их построения, влияющие на структуру модели электромагнитной обстановки РУ Предложен вариант построения подвижного РУ, обеспечивающего ретрансляцию сигналов радиоабонентов в реальном масштабе времени при движении транспортных средств при мощностях РИДУ из состава РУ 0,5 1 кВт
Проведен анализ многообразия параметров ЭМС РУ, из которых выделены определяющие группы - пространственно-энергетические и спектральные.
Обсуждены результаты натурных экспериментов при работе макетов РУ РКСС ионосферной волной (ВРП) (трасса Новосибирск - Омск - Новосибирск) и поверхностной волной - РПВ (трасса Омск - Российско-Казахстанская граница) Во второй і лаве рассмотрены модели и их особенности РУ
- однородного, с разнесение на местности ПрмЦ и ПрдЦ для случая реализации РУ в виде ВРИ и РПВ, однородного совмещенного РУ;
- комбинированного РУ.
Определены основные каналы поступления непреднамеренной злекіромагнитной помехи на вход РПУ из состава РУ
Приведены результаты вычислительных экспериментов по апробации разработанных моделей ЭМО Приведены результаты разработки методик измерения параметров ЭМС ТС и результаты их применения при измерении параметров ЭМС реальных ГС
В третьей главе выявлен механизм влияния антенно-фидерных систем РУ на ЭМС РУ РКСС различного типа и предложены методы совершенствования пространственно-энергетических параметров ЭМС РУ за счет адаптации характеристик приемных антенн к изменяющимся характеристикам KB радиотрасс ионосферной волны.
Предложены методы совершенствования пространственно-знері етических параметров ЭМС РУ и их реализация в различных конструкциях антенн. Приведены результаты натурных испытаний макета модифицированной однопроводной антенны бегущей волны, проведенные на приемном радиоцентре ПГУС "Приморрыбпрома" (п Преображение, Приморский край) на трассах протяженностью 1840 2500 км (п Преображение - Северокурильск, п Преображение - Олюторовский залив).
В четвертой главе приведены результаты разработок и методов и средств улучшения спектральных параметров ЭМС РУ путем оптимизации характеристик функции скруглення переходных процессов сигналов передачи дискретной информации
Рассмотрен метод представления синтезируемых сигналов, характеризующихся минимальной занимаемой полосой частот. Реализация метода осуществляется на элементах цифровой техники. На защиту выносятся следующие основные результаты и выводы
1 Уточненные модели оценки электромагнитной обстановки радиоузлов РКСС различного типа, содержащие до шестнадцати параметров технических средств радиоузлов и линий связи, и учитывающие особенности радиоузлов
2 Метод совершенствования пространственно-энергетических параметров ЭМС радиоузла для трасс ионосферной волны путем стабилизации угла возвышения биссектрис диаірамм направленности приемной и передающей антенн
3. Влияние процесса нормирования спектральных параметров дискретных сигналов на параметры ЭМС радиоузла РКСС
4 Метод представления синтезируемых сигналов, характеризующихся минимальной занимаемой полосой частот.
Практическая ценность. Результаты работы нашли применение при проектировании радиоузлов, разрабатываемых в интересах ряда Заказчиков Разработаны и прошли практическую проверку при проведении государственных испытаний опытных образцов РУ модели оценки ЭМО многоканальных РУ с разнесением ПрмЦ и ПрдЦ на местности, комбинированного РУ. Разработанные рекомендации по размещению на местности подвижных РУ обеспечивают выполнение целевых функций РУ при минимально возможных расстояниях разнесения на местности ПрмЦ и ПрдЦ, что обеспечивает повышение надежности функционирования внутриузловой связи РУ и тем самым - повышение надежности функционирования РУ в целом. Характеристики синусоидальной функции скруглення сигналов с угловой манипуляцией реализованы в устройстве (блоке) преобразования сигналов, входящем в состав изделий "Маяк-1", "Маяк-1КГ", "Лазурь", "Лазурь-2", "Хриюлит", "Опал-Краб"
Предложенные методы совершенствования пространственно-энергетических характеристик РУ положены в основу разработки ряда антенно-фидерных устройств. Разработан и исследован метод дискретного представления синтезируемых сиі налов, характеризующихся минимальным значением занимаемой полосы часют, позволяющий реализовать устройства преобразования сигналов на элементах цифровой техники
Сірукгура и объем работы. Диссертация изложена на 190 страницах, содержит 86 рисунков и 22 таблицы Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, содержащего 175 источников, и приложения.
Радиоузлы региональных корпоративных систем связи
Основным элементом РКСС являются УК различного уровня На рис 1 2 1 показан фрагмент реальной РКСС [40, 42], в котором нашли отражение основные принципы построения УК и различные типы УК, реализованные преимущественно в виде радиоузлов, укомплектованных различными подсистемами: УКВ транкинговой подсистемой связи (ТРАНК), радиорелейными станциями (РРС), KB подсистемой радиосвязи (KB), проводной подсистемой связи (А 1С).
Перспекгивные УК РКСС различных уровней должны разрабатываться на основе следующих принципов комплексирование разнотипными ТС (проводными, средствами радиосвязи KB, УКВ диапазонов рабочих частот, спутниковыми системами связи) с возможностью автоматизированного управления этими ТС от ЭВМ, входящей в состав пульта диспетчерской связи,сопряжение УК КСС стационарного базирования с глобальными сетями -телефонной сетью общего пользования (ТФОП), сетями электрической связи,групповое использование в пределах одного диапазона (поддиапазона) рабочих частот KB, УКВ выделенного радиочастотного ресурса,реализация работы однотипных приемопередающих радиостанции (ППР) (KB, УКВ) в режиме дежурного приема со сканированием по заранее подготовленным каналам и выбором свободного канала при установлении сеанса связи (режим АПСК), единые для групп абонентов УК (радиоабонентов - РА, телефонных абонентов проводной связи - ІлфА, телеі-рафньїх абонентов - ТлгА) правила доступа к сети (определение "свой - чужой", установление приоритетов абонентов как в пределах уровня принадлежности, так и между уровнями КСС, ограничение времени разговора; возможность доступа РА к ТФОП, сетям электросвязи; разрешенные/запрещенные префиксы, обеспечивающие/ограничивающие выход на УК более высокого уровня),единый в пределах всей подсистемы УК (РА, ТлфА, ТлгА) и КСС в целом адресный (избирательный) или циркулярный вызов РА, ТлфА, Тлі А, содержащий маршрутный код (МК) зоны обслуживания УК, МК уровня принадлежности вызываемою абонента КСС (первый, второй и т. д), индивидуальный номер абонента,обеспечение полнодоступной ретрансляции в реальном масштабе времени для РА и ТлфА для разнотипных ППР;обеспечение полнодоступной ретрансляции ТлгА с возможностью трансформации скорости передачи данных для каналов, имеющих различные скорости телеграфирования [36,43.. 48]
Как видно из рис 1.1 2 и рис. 1 2 1 УК одной РКСС могут бытьстационарного базирования,мобильного базирования,с разнесением на местности приемных частей (центров - ПрмЦ) и передающих частей (центров - ПрдЦ);совмещенные (в одной подвижной аппаратной или техническом здании),комбинированные В соответствии с принципами построения перспективных РКСС будем рассматривать только автоматизированные УК (радиоузлы - РУ), которые, в соответствии с классификацией и требованиями нормативных документов к типовому РУ (ГОСТ Р51664
Системы и аппаратура автоматического управления каналами радиосвязи, ГОСТ 24375 Радиосвязь 1 ермины и определения) должны содержать-передающий радиоцентр - ПрдЦ (передающую станцию), приемный радиоцентр - ПрмЦ (приемную станцию); центр управления радиоузлом На рис 1 2 2 Такая схема построения РУ обеспечивает.исключение межцентровых/внутриузловых информационных каналов и каналов управления, что повышает надежность функционирования РУ в целом;повышение скорости обмена информацией между приемной и передающей частями РУ, что обеспечивает снижение времени доставки информации радиоабоненту
С точки зрения системотехники малоканальные совмещенные РУ являются тем единичным элементом масштабируемых РУ, необходимое количество каналов приема/передачи в которых образуется путем наращивания количества единичных элементов Объединение отдельных РУ осуществляется на принципах управления распределенными (децентрализованными) системами, в соответствии с которыми любая структурная единица может выполнять головную роль многоканального РУ в течение времени, необходимого для выполнения определенной задачи по обслуживанию радиоабонентов Такой вариант построения РУ обеспечивает резкое повышение живучести РУ в целом [15], т к выход из строя элемента, выполняющего в группе единичных элементов і оловную роль, не приводит к выходу из строя РУ в целом (как это происходит в централизованной системе управления) Замена вышедшего из строя головного элемента в распределенных системах управления происходит по принципу "первый обнаружил -первый принял управление на себя".
Следует отметить, что все рассмотренные выше разновидности РУ являются элементами т н однородной сети, т. е. ТС (РПУ, РПДУ) являются элементами одной классификационной группы, определяемой средой распространения сигнала - переносчика информации (радиосвязь- тропосферная, ионосферная, спутниковая; проводная, кабельная, волоконно-оптическая, гидроакустическая).Примером реализации РУ на основе разнородных ТС являются т. н комбинированные РУ, содержащие в своем составе в виде подсистем аппаратуру декамегровых и метровых
Разработка и исследование особенностей модели ЭМО совмещенных радиоузлов РКСС
Графическое представление модели ЭМО однородного совмещенного РУ РКСС показано на рис. 2 2.1, где обозначения ТС и их параметров аналогичны рис. 2.1.1. Дополнительно на рис. 2.2 1 обозначено: Апмі Аимп - антенны приемные, Апді Ацдш - антенны передающие.
Такое построение РУ [45, 46, 49] приводит к необходимости размещать комплекты приемных антенн Ацмі...Апмп и передающих антенн Апді...Ацдт на местности относительно близко друг от друга, что обуславливается заданными азимутами направленности антенн, рельефом местности или отсутствием достаточной площадки для размещения комплектов антенн и оптимизацией потерь мощности принимаемого/ излучаемого сигналов в фидерных трактах приемных и передающих антенн соответственно При этом модель ЭМО, разработанная для РУ, разнесенных на местности, требует уточнения в части оценки коэффициента затухания суммарного радиосигнала НЭМП, поступающего от собственных РИДУ на вход РПУ из состава совмещенного РУ для расстояний разнесения приемных и передающих антенн на величину 30...250 м.В [54. 56J, как это показано в предыдущем подразделе, напряженность ЭМП рассматривается на расстоянии I км от излучателя для частот декаметрового диапазона вплоть до 10 МГц. В [77] предлагается универсальная модель оценки затухания ЭМП для диапаюна длин волн, начиная от дециметрового диапазона и заканчивая гектометровыми (частоты 1... 1000 МГц)
При этом в [77] отмечается, что предлагаемая эмпирическая модель (ЕРМ-73) в теоретическом плане хорошо обоснована для метрового и дециметрового диапазона длин волн и прошла практическую проверку на более чем 2000 трассах в различных регионах планеты
Однако, попытка применить эмпирическую модель ЕРМ-73 оценки коэффициента затухания Ц_ радиосшнала НЭМП в соответствии с рекомендациями [54, 56, 77] в декаметровом (коротковолновом) диапазоне длин волн л.р=200 Юм (частоты fp =1,5 .30 МГц), малых значений параметра пд/Хр 0,5...1 (hA - характерные размеры приемных Ьдг и передающих hAt антенн из состава РУ) и расстояний разноса на местности приемных и передающих антенн из состава РУ гпом=30 250 м привела к большой погрешности [175]Вычислительный эксперимент проводился для следующих исходных данных
Вариант 1 Передающая антенна из состава РУ имеет вертикальную поляризацию и высоту hAt=5M, приемная антенна - горизонтальное размещение с высоюй точки питания hAr =11 м, почва имеет средние параметры.Вариант 2. Передающая и приемная антенны РУ имеют вертикальную поляризацию, высота hAt =5 м, высота hAr =11 м; почва имеет средние параметры.
Вариант 3. Передающая и приемная антенны из состава РУ имеют горизонтальное размещение с высотой подвеса ("высота точки питания" по [54]) hAt =11 м, hAr =11 м; почва имеет средние парамеїрьі.
Значения рабочих частот для первого, второю и третьею вариантов изменялись в пределах 1,5...30 МГц, расстояния между приемной и передающей антеннами изменялось в пределах Гпом = 30, 50, 100, 150, 200, 250 м, что соответствует реальным возможностям по размещению антенн на местности.В таблице 2 2 1 приведены результаты вычислительного эксперимента по использованию ЕРМ-73 Рассмотрим результаты вычислительного экспериментаДля варианта 1"минимальная эффективная высота" передающей антенны h ot в диапазоне рабочих частот fp = 1,5...30 МГц принимает значения h 0t = (1811. .5,96) м соответственно,границы зоны плоской поверхности Гпл (dM в [54]) изменялись от значения 302 м (соответствует 1,5 для рабочей частоты ґр=1,5МГц) до значения 83 м (соответствует 8,31р для рабочей частоты fp = 30 МГц), причем в диапазоне рабочих частот fp = 20 30 МГц отсутствует частотная зависимость значения г„л, т е значение гпл = const = 83 м, что противоречит теории и практике распространения радиоволн [68];при увеличении значения г и переходе из зоны плоской поверхности через значение Гпл (d,n в [54]) в зону сферической поверхности наблюдаются отрицательные выбросы значений L величиной до 3,5 дБ (например, для г = 100 м, fp = 12. .14 МГц)Для варианта 2:так же, как и для варианта 1, "минимальные эффективные высоты" передающей h ot и приемной h or антенн в диапазоне частот (1,5...30) МГц принимают значения от 1811 до 5,9 м соответственно,границы зоны плоской поверхности гпл изменялись от 13,9 км (соответствует 69,5ХР для частоты fp = 1,5 МГц) до значения 52 м (соответствует 5,2ХР для рабочей частоты fp = 30 МГц).
Для варианта 3.іраницьі зоны плоской поверхности Гщ, (dm в [54]) в диапазоне рабочих частот fp = 1,5...30 МГц принимают значения от 6,58 до 132 м соответственно, т. е большей длине поверхности Хр = 200 м (fp = 1,5 МГц) соответствует меньшее значение зоны плоской волны r,„ (fp = 1,5 МГц) = 6,58 м, в то же время как для длины волны 1р = 10 м (fp = 30 МГц) г (fp = 30 МГц) = 132 м, значения коэффициента затухания L для значений гпл = 30, 50, 100, 150, 200, 250 м в поддиапазонах (диапазоне) частот fp= 1,5...6, 1,5...10, 1,5 ..22, 1,5 30, 1,5 30, 1,5 ЗО МГц соответственно остаются постоянными и принимают значения для указанных расстояний и соответствующих им поддиапазонов (диапазонов) L = 18,8, 27,7, 39,8, 46,8, 51,8, 55,7 дБ, что противоречит теории и практике возбуждения и распространения радиоволн [68].
Выявлена ошибка автора [54] при цитировании выражения для определения границы сферической поверхности аСф для частот fp 100Mnj ([54], с 218, формула (5 17)), что привело к погрешности вычисления значения (1сф на два порядка при использовании [54]
Анализ результатов вычислительного эксперимента по использованию модели ЕРМ-73 в авторской редакции [77] для оценки коэффициента затухания НЭМП в декаметровом диапазоне длин волн при расстояниях между передающей и приемной антеннами гПом = 30...250 м показал значительную погрешность оценки L для рассмотренного случая, что, по-видимому, определяется некорректным использованием авторами публикации [77] модели оценки параметров приемной и передающей антенн, разработанной Баллингтоном для диапазона рабочих частот fp 30 МГц
Для более строгой (с точки зрения теории и практики распространения радиоволн) оценки коэффициента затухания сигнала НЭМП в рассматриваемом случае предлагается использовать результаты работ Шулейкина и Ван-дер-Поля, полученные для почв с любыми параметрами и для электромагнитных полей (ЭМП) как вертикальной, так и горизонтальной поляризации ([68], с 478).
В целях уменьшения вычислений при расчетах Берроузом составлены графики, определяющие зависимость в логарифмическом масштабе множителя ослабления V(x) от численного расстояния 2х (рис. 2.2 2), а в Рекомендациях 368 МККР приведены графики для определения напряженности поля земной волны на частотах ниже 10 МГц при излучаемой антенной мощности сигнала, равной 1 кВт.
Совершенствование пространственно-энергетических параметров ЭМС радиоузлов РКСС при работе на трассах средней протяженности
Для радиосвязи в диапазоне коротких волн на расстоянии 400. 800 км используют ионосферную волну с крутым падением на отражающий слой. Траектория распространения луча в этом случае (в зависимости от расстояния между РУ) может находиться в пределах 45 83 относительно горизонтали, соединяющей точки передачи и приема
В качестве приемных и передающих антенн в KB диапазоне широкое применение нашли горизонтальные симметричные вибраторы различных модификаций ([99J, с. 9, 10, 13-32) Однако, достаточно простые модификации такого типа антенны (в том числе и мобильные) имеют узкий диапазон рабочих частот, а диапазонные антенны этого класса являются достаточно сложным сооружением с громоздкими и габаритными элементами типа набор обручей диаметром 2 м с закрепленными по их окружности восемью-девятью полотнами из антенного канатика длиной 45...57 м, подъемные устройства, лебедки и т д, что резко усложняет их эксплуатацию, особенно в мобильном варианте.
В целях совершенствования параметров ЭМС РУ коротковолнового диапазона, работающих на трассах ионосферной волны малой и средней протяженности (400. 800 км) разработана модификация диапазонной антенны на основе горизонтального Z-излучателя [108,109,135]
На рис 3 3.1 показан четырехмачтовый мобильный вариант исполнения коротковолновой антенны зенитного излучения (АЗИ), а на рис 3.3.2 - нормированные диаграммы направленности АЗИ в вертикальной плоскости для Е-поляризации [Ес()] и Н поляризации [Ец(0)], при соотношении Si / р-0,8, Sf/Sn=0, где размер SE определяется по диагонали большого квадрата АЗИ, проходящей через точки нулевою потенциала (на рис 3.3.1 -точки соединения полотен антенн 3-13 и 7-9), a SH - определяется по диаюнали, проходящей через точку питания антенны и изоляторы 15 (рис.3 3 1) Высота подвеса рабочих полотен антенны составляет величину (0,132 0,15Я„Ш, іде max - максимальная длина волны принимаемого/излучаемого сигнала При двукратном изменении частоты сигнала, подводимого к антенне, ширина диаграммы направленности в Е-плоскости при соотношении SE/SH=0 (т. е полотна 18 и 19 на рис 3 3 1 отсутствуют) остается практически без изменения и по уровню ЕЕ=0,7 составляет величину 75. .80, в то время как ширина ДН в Н-плоскости при двухкратном изменении частоты подводимого к антенне сигнала изменяется в пределах 90.. 40 (т. е. ±45 ..±20 от направления в зенит), что позволяет при соответствующем размещении приемных и передающих антенн увеличить коэффициент развязки между этими антеннами в горизонтальном направлении, г е в направлении поступления НЭМП.
В целях повышения эффективности АЗИ с точки зрения коэффициента полезного действия использованы элементы 21, 22 согласования (рис. 3.3 1) входною сопротивления антенны с несимметричным коаксиальным питающим кабелем и применен рефлектор, схематически показанный на рис
Рефлектор ABCDEF выполнен из оплетки и размещается на земле, а провод 33 расположен на высоте h/3 и соединен с рефлектором проводниками 35 через металлические мачты АЗИ
Как показано в разделе 1.3, основным параметром, определяющим электромагнитную совместимость технических средств РУ при их размещении на местности является мощность (суммарная мощность) РПДУ из состава ПрдЦ Следовательно, изыскание технических решений, способствующих снижению мощности РПДУ при сохранении количественных показателей РУ в целом обеспечивает решение задачи совершенствования параметров ЭМС РУ путем снижения ровня НЭМП, создаваемых собственным РПДУ РУ на входах РПУ из состава этого же РУ
Исследование и оптимизация спектральных параметров двоичных сиі налов с угловой модуляцией
Осуществление единой технической политики в области нормирования спектральных параметров ЭМС, направленной на максимально возможное их ужесточение, проводится Государственным комитетом по радиочастотам (ГКРЧ) Такая направленность в деятельности ГКРЧ связана с необходимостью экономии ограниченного природного богатства, каким является радиочастотный ресурс. Регламентация ГКРЧ в части спектральных параметров излучаемых сигналов с точки зрения ЭМС относится к необходимой полосе частот, обеспечивающей для данного класса излучения передачу сиі нала с требуемой скоростью и качеством, и к скорости убывания спектра внеполосных излучений (СВИ) [152 ..154] В то же время очевидно, что выполнение требовании нормативных документов в части спектральных характеристик излучаемых сигналов не должно ухудшать ЭМО РУ. Следует отметить, что существующая система нормирования спектральных параметров ЭМС не позволяет сравнивать различные методы достижения норм на эти параметры На примере двоичных сигналов с угловой модуляцией (манипуляцией) исследуем влияние на ЭМС РУ выполнение нормативных требований на спектральные параметры излучаемых сигналов при использовании фазового метода уменьшения СВИ [155... 157, 164, 165J. Ограничим рассмотрение множества возможных реализаций двоичных сигналов с угловой модуляцией (ДСУМ), используемых в системах связи, двоичными сигналами с длительностью т, совпадающей с длительностью элементарной посылки (ЭП) последовательности входных информационных импульсов ак, поступающих на вход УПС
На первом эгапе исследований предположим, что функция скруглення (ФС) информационного параметра (фазы, частоты), обеспечивающая выполнение требовании нормативных документов в части спектральных параметров ЭМС, реализуется без систематических ошибок [155] В общем виде ДСУМ могут быть представлены выражением (4 3)
На интервале ЭП т нормированная ФС q j(t) О=0 соответствует мгновенномуизменению информационного параметра, у = 1 соответствует линейному изменению информационного параметра - линейной АФ, ; = 2 соответствует синусоидальному изменению информационного параметра - синусоидальной АФ, у = 3 соответствует "синус-синусному" изменению информационного параметра - "синус-синусной" АФ [5]) определяются следующими выражениями
На рис 4 3 1 показаны две ЭП длительностью х из последовательности информационных импульсов ак, принимающие значения ак = -1 на интервале /є{-т,о} иак =+\ на интервале /є{о,т} (рис 4 31а), а также переходные фазы &\ 1 ФМн сигнала(рис 4 3 16) и 02п2 ЧМн сигнала при синусоидальной АФ на интервалах {-т,-(т-5), {-8,8},{(т-8),т} (рис 4 3 1в)
На рис 4 3 1в штрихпунктирной линией показано изменение переходной фазы ЧМн сигнала при мгновенном изменении информационного параметра - частоты (у = 0), при этоммаксимальное значение переходной фазы п Jt) определяется выражениемзначение переходной фазы 022(О при =+1определяется выражением
При исследовании влияния вида АФ на спектральные характеристики ДСУМ функции, определенные выражениями (4.32), (4 33) и (4.34), выбраны на основании того, чго характеристики этих АФ (отсутствие разрыва производной я-го порядка, значение первой производной p (t) при t = 0), в значительной степени определяющие затраты на практическую реализацию УПС ДСУМ, изменяются в пределах, включающих изменение характеристик АФ большинства известных ФС [155. .157].
В качестве критерия оптимальности выбора ФС, определяемых выражениями (4 32), (4 33) и (4 34), используем минимум вероятности ошибки приема Pz] равновероятныхДСУМ Sz (ak,t) при воздействии белого шума, причем длительность ФС 5 выбираетсятакой, чтобы она обеспечивала выполнение норм на ЗПЧ и СВИ [152].Вероятность ошибки приема ДСУМ при воздействии белого шума определяется выражением ([158], с 226)где Ф{х)- функция Крампа; 8 - длительность АФ ДСУМ, EZj(5)- энергия сигнала Sz (ak,t) в полосе приема,С2](б)- коэффициент корреляции сигналов Sz (t) и Sz ](t);N - энергия белої о шума в полосе приема сигналов Sz (ak,t);pz0- отношение энергии сигнала SzQ{ak,t) с мгновенным изменением информационна о параметра (/ = 0) Ez0 к энергии белого шума N, определенное в полосе приема сигналов Sjj {ак, t),Е -, ,(8) = — нормированное значение энергии сигнала Sz {ak,t) с плавнымEz,Qизменением информационного параметра (/ = 1,2,3) при различных значениях б,С (б) vT,(5) = —-— - нормированное значение коэффициента корреляции сигналов г,о(8)Sz (t) и s[J{t) при различных значениях 5.
Энергия сигналов Sz,(ak,t) j = 0, 1, 2, 3 при различных значениях 8 определяется в полосе частот, равной необходимой полосе приема ДСУМ Вн [152]. 1 Коэффициент корреляции сигналов S[ (t) и Sz j(t) в зависимости от длительности На рис. 4.3.3 показаны зависимости Pzj(S) ФМн и ЧМн сигналов (р, =10) дляразличных ФС. Точками на графиках отмечены значения Ъ, для различных j = 1, 2, 3, обеспечивающие выполнение норм на ЗПЧ и СВИ ФМн и ЧМн сигналов в соответствии с требованиями, определяемыми в [152].
