Systemy radiowe.pdf

AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA

im. Stanisława Staszica w Krakowie

WYDZIAŁ ELEKTROTECHNIKI, AUTOMATYKI,

INFORMATYKI I ELEKTRONIKI

Katedra Telekomunikacji

PRACA MAGISTERSKA

Analiza wpływu warunków terenowo-klimatycznych na pracę

systemów radiokomunikacyjnych

Autor :

Paweł Kułakowski

Kierunek studiów :

Elektronika i Telekomunikacja

Specjalność :

Sieci i usługi telekomunikacyjne

Promotor :

dr. inż. Wiesław Ludwin

KRAKÓW 2003

Spis treści

Spis treści ............................................................................................................. 2

Wstęp ................................................................................................................... 4

1. Atmosfera Ziemi .............................................................................................. 6

1.1. Skład atmosfery ............................................................................................................... 6

1.2. Pionowa budowa atmosfery ............................................................................................ 8

1.3. Wielkości fizyczne określające atmosferę i zjawiska w niej występujące ..................... 9

2. Fale elektromagnetyczne ............................................................................... 13

3. Przegląd systemów radiokomunikacyjnych .................................................. 16

3.1. Systemy o strukturze komórkowej ................................................................................ 16

3.2. Szerokopasmowe radiowe systemy dostępu abonenckiego LMDS .............................. 18

3.3. Horyzontowe linie radiowe ........................................................................................... 19

3.4. Pozahoryzontowe linie radiowe .................................................................................... 21

3.5. Satelitarne systemy telekomunikacyjne ........................................................................ 25

3.6. Łączność amatorska ...................................................................................................... 27

4. Propagacja wielodrogowa sygnału radiowego .............................................. 30

4.1. Analiza przyziemnej propagacji fal radiowych ............................................................. 30

4.2. Dyspersja sygnału radiowego i interferencje międzysymbolowe ................................. 32

4.3. Lokalizacja stref odbicia i szacowanie głębokości zaników wielodrogowych ............. 33

4.4. Sposoby unikania lub zmniejszania głębokości zaników wielodrogowych ................. 37

4.5. Pozytywne aspekty propagacji wielodrogowej ............................................................. 38

Spis treści

5. Fale radiowe w atmosferze ziemskiej ............................................................ 41

5.1. Refrakcja ....................................................................................................................... 41

5.2. Dyfrakcja ....................................................................................................................... 45

5.3 Rozproszenie troposferyczne ......................................................................................... 48

5.4. Opad deszczu ................................................................................................................ 50

5.5. Gazy atmosferyczne ...................................................................................................... 52

5.6. Chmury i mgły .............................................................................................................. 54

5.7. Scyntylacje .................................................................................................................... 56

5.8. Przeniki polaryzacyjne .................................................................................................. 57

6. Przykłady obliczeń ........................................................................................ 59

6.1. Strefy odbicia ................................................................................................................ 59

6.2. Zaniki wielodrogowe .................................................................................................... 62

6.3. Tłumienie przeszkody terenowej .................................................................................. 64

6.4. Tłumienie w deszczu ..................................................................................................... 66

6.5. Zaniki spowodowane scyntylacjami ............................................................................. 69

6.6. Tłumienie w gazach atmosferycznych .......................................................................... 71

Wnioski i uwagi końcowe ................................................................................. 74

Literatura ........................................................................................................... 76

Załącznik A ....................................................................................................... 79

Wstęp

W systemach radiokomunikacyjnych, jako medium transmisyjne wykorzystywany jest

kanał radiowy. Informacja przenoszona jest przez rozchodzące się w atmosferze ziemskiej,

odpowiednio zmodulowane sygnały radiowe. Urządzenia nadawcze i odbiorcze nie są

połączone żadnym kablem, dzięki czemu instalacja systemu radiokomunikacyjnego jest

zazwyczaj prostsza i tańsza od instalacji systemu opartego na kablu miedzianym lub

światłowodowym. Dodatkowo, w niektórych przypadkach urządzenia nadawczo-odbiorcze są

przenośne. Przykładem tego mogą być systemy telefonii komórkowej lub satelitarnej.

W chwili obecnej, telekomunikacja radiowa jest dziedziną rozwijającą się bardzo

szybko. Tym istotniejsze wydaje się zwrócenie uwagi na trudności związane z jej specyfiką.

Swoboda propagacji fal elektromagnetycznych w atmosferze ziemskiej oznacza, że

stosunkowo łatwo może dojść do wzajemnego zakłócania się dwóch systemów

radiokomunikacyjnych, zlokalizowanych w niewielkiej odległości od siebie. W związku z

tym konieczne jest istnienie instytucji nadzorujących przydzielanie określonych pasm

częstotliwości różnym służbom radiowym i systemom radiokomunikacyjnym.

Drugim problemem jest ciągła zmienność warunków propagacji fali

elektromagnetycznych w atmosferze. W warstwie atmosfery najbliższej powierzchni Ziemi −

troposferze, zachodzą różne zjawiska meteorologiczne oddziałujące na fale

elektromagnetyczne. W innej warstwie − jonosferze, fale zmieniają kierunek propagacji w

zależności od koncentracji swobodnych elektronów. Również ukształtowanie terenu w

miejscu lokalizacji systemu radiokomunikacyjnego ma wpływ na rozchodzenie się fal

elektromagnetycznych. Oddziaływanie zarówno atmosfery, jak i warunków terenowych jest

ściśle zależne od częstotliwości fali elektromagnetycznej.

Wstęp

Celem tej pracy jest analiza wpływu warunków terenowych i klimatycznych na

działanie systemów radiokomunikacyjnych. Skoncentrowanie się na warunkach

klimatycznych oznacza, że rozważany będzie wpływ troposfery, natomiast oddziaływanie

jonosfery będzie pominięte.

Układ treści pracy jest następujący. W pierwszym rozdziale przedstawiono skład i

budowę atmosfery. Omówiono również podstawowe parametry opisujące stan atmosfery i

występujące w niej zjawiska. W drugim rozdziale scharakteryzowano fale

elektromagnetyczne. Zaprezentowano dekadowy podział widma oraz pasma częstotliwości

wykorzystywane przez poszczególne systemy radiokomunikacyjne. Rozdział trzeci stanowi

przegląd wybranych systemów radiokomunikacyjnych. Opisano ich budowę, stosowane

zakresy częstotliwości i podatność na zmienne warunki terenowe i klimatyczne. W kolejnym

rozdziale przedstawiono zjawisko wielodrogowego rozchodzenia się fal radiowych.

Dokonano analizy przyziemnej propagacji fali, zjawiska dyspersji oraz przedstawiono metody

lokalizacji stref odbicia fali radiowej. Zaprezentowano również pozytywne aspekty propagacji

wielodrogowej. Rozdział piąty stanowi omówienie zjawisk związanych z propagacją fal

radiowych w atmosferze Ziemi. Kolejno scharakteryzowano zjawiska refrakcji, dyfrakcji i

rozproszenia troposferycznego, tłumienia fali radiowej przez opad deszczu, chmury, mgły i

gazy atmosferyczne oraz scyntylacje i przeniki polaryzacyjne. Wreszcie w rozdziale szóstym

zaprezentowano konkretne przykłady obliczeń dotyczących wpływu warunków terenowych i

klimatycznych na pracę systemów radiokomunikacyjnych.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: