Сотовая связь

Размещено на http://www.allbest.ru

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Уральский государственный горный университет»

(ФГБОУ ВПО «УГГУ»)

Факультет геологии и физики

Кафедра геофизики

Реферат на тему: «Сотовая связь»

По дисциплине: Теория поля

Преподаватель: Виноградов В.Б.

Студент: Загретдинов И.В.

Группа: ТГР - 12 - 1

Екатеринбург

2014



Оглавление

1. Построение сотовых систем мобильной и персональной связи

2.Структура радиосистем передачи

3.Распространение радиоволн в сотовых системах связи

4.Базовая станция

5.Деление обслуживаемой территории на соты

6.Функционирование систем сотовой связи

7.Влияние Земли и атмосферы на распространение радиоволн

Список используемой литературы

сотовая связь мобильная радиоволна



1.Построение сотовых систем мобильной и персональной связи

Сети наземной мобильной и персональной связи можно разделить на три класса: сети сотовой мобильной и персональной связи; сети транкинговой мобильной связи; сети персонального радиовызова или пейджинговые сети.

В сотовой сети связи территория зоны обслуживания (например, город) делится на ячейки (соты). В центре каждой соты находится стационарная базовая радиостанция, которая соединена кабельной или радиорелейной линией связи с наземной стационарной сетью связи общего пользования. Назначение сотовой сети - связать мобильный или персональный терминал через базовую станцию с абонентом сети связи общего пользования или другим абонентом сотовой сети связи.

При перемещении мобильного терминала из одной соты в другую производится автоматическое переключение радиоканала связи с одной базовой станции на другую. Этот процесс называется эстафетной передачей или handover.

Сети транкинговой мобильной связи предназначены для создания служебных, ведомственных сетей связи с мобильными и персональными терминалами (скорая медицинская помощь, милиция, пожарная служба, такси, автомобильные перевозки и др.). Как правило, сеть транкинговой связи является односотовой с большим размером соты и малым числом каналов выхода в сеть общего пользования.

Сеть персонального радиовызова является односторонней сетью передачи коротких сообщений от центральной радиостанции на миниатюрные абонентские приемники -- пейджеры. Отправитель сообщения передает короткое цифробуквенное сообщение по каналам телефонной сети общего пользования или сети сотовой связи на центральную радиостанцию, где оно запоминается, и затем в порядке очереди электронная почта передается в эфир вместе с адресом пейджера.

По размеру соты различают:

- пикосоты - связь внутри офиса, помещения с радиусом соты 10-50 м;

- микросоты - связь внутри аэропорта, торговых центров, организация локальных вычислительных сетей и др. с радиусом соты 100-300 м;

- макросоты - они являются основой сетей мобильной и персональной связи и имеют радиус соты от единиц километров до 30-40 км;

- мегасоты - формируются узким лучом КА-ретранслятора и имеют радиус соты от нескольких сотен до тысяч километров.

Условия распространения радиосигналов в пико-, микро-, макро- и мегасотах существенно различны. Сети связи в пикосотах и микросотах создаются как односотовые системы без режима эстафетной передачи. В силу вышесказанного сети связи в пико-, микро-, макро- и мегасотах создаются на базе различных технических средств, с различными скоростями передачи информации, методами модуляции и др.

Мы в дальнейшем будем рассматривать принципы построения только сотовых сетей связи в макросотах. Функциональная схема типовой сотовой сети связи представлена на рис 4.1.

Зона обслуживания сотовой сети связи (город в типичном случае) разбивается на шестиугольные соты с радиусом действия базовой станции соты. Группа базовых станций с помощью стационарных наземных каналов связи связывается с центром коммутации. В сети связи может быть один или несколько центров коммутации. Центры коммутации выделяют каналы связи мобильным терминалам по требованию и организуют их эстафетную передачу другим базовым станциям.

Рис. 4.1. Функциональная схема сотовой сети связи

Головной центр коммутации является автоматической телефонной станцией, осуществляет выход мобильных терминалов в телефонную сеть общего пользования, сеть ISDN, Internet и другие цифровые сети интегрального обслуживания.

Кроме того, головной центр коммутации осуществляет проверку паролей мобильных терминалов, засекречивание сообщений при передаче их по радиоканалам, организует роуминг - подключение мобильных терминалов других операторов к сотовой сети связи и др.

2.Структура радиосистем передачи

Радиосвязь - вид электросвязи, осуществляемый с помощью радиоволн. Под радиоволнами принято понимать электромагнитные волны, частота которых выше 30 кГц и ниже 3000 ГГц, распространяющиеся в среде без искусственных направляющих сред (линий). С понятием радиоволны тесно связано понятие радиочастоты, т.е. частоты радиоволн.

Скорость распространения электромагнитных волн в какой-либо среде равна , (1.1)

где с - скорость распространения света в вакууме; е- диэлектрическая, м- магнитная проницаемость среды. Для воздухам ? е ? 1, а скорость распространения электромагнитных волн близка к скорости света в вакууме, т.е. v? 3 · 10 8 м/с.

Электромагнитные волны создаются источником периодически изменяющейся ЭДС с периодом Т. Если в некоторый момент электромагнитное поле (ЭМП) имело максимальное значение, то такое же значение оно будет иметь спустя время Т. За это время ЭМП переместится на расстояние

. (1.2)

Минимальное расстояние между двумя точками пространства, поле в котором имеет одинаковое значение, называется длиной волны. Длина волны зависит от скорости ее распространения и периода ТЭДС, передающей это поле. Так как частота тока равна f = 1/Т, то длина волны

. (1.3)

Длина волны л связана с частотой колебания известным соотношением

. (1.4)

Радиочастотный спектр - область частот, занимаемая радиоволнами. Полоса частот - область частот, ограниченная нижним и верхним пределами. Диапазон частот - полоса частот, которой присвоено условное наименование.

В соответствии с Регламентом радиосвязи весь радиочастотный спектр разделен на 12 диапазонов, которые определены как области радиочастот, равные (0,3...3) х 10N Гц, где N- номер диапазона. Для целей радиосвязи используется девять диапазонов и, следовательно, N= 4...12.

Диапазон радиоволн - определенный непрерывный участок длин радиоволн, которому присвоено условное метрическое наименование. Каждому диапазону радиоволн соответствует определенный диапазон радиочастот.

Такая классификация в первую очередь связана с особенностями распространения радиоволн и их использования.

Кроме того, в технике радиосвязи широкое применение находят следующие понятия: диапазон рабочих радиочастот- полоса частот, в пределах которой обеспечивается работа радиостанции; сетка рабочих радиочастот (сетка частот) -множество следующих через заданные интервалы рабочих радиочастот; шаг сетки рабочих радиочастот (шаг сетки частот) -разность между соседними дискретными значениями рабочих частот, входящих в их сетку; радиостанция - один или несколько передатчиков и приемников или их комбинация (включая вспомогательное оборудование), необходимые для осуществления радиосвязи; присвоенная полоса радиочастот - полоса частот, в пределах которой радиостанции разрешено излучение; рабочий канал- полоса частот, которая используется для передачи информации (сообщения); присвоенная радиочастота- частота, соответствующая середине присвоенной радиостанции полосы частот; рабочая радиочастота - частота, предназначенная для ведения радиосвязи радиостанцией.

3.Распространение радиоволн в сотовых системах связи

Рассмотрим изотропные передающую и приемную антенны. При подводимой к передающей антенне мощности радиосигнала Рп мощность сигнала на выходе приемной антенны при его распространении в свободном пространстве

,

где G -- коэффициент усиления приемной антенны. При изотропной приемной антенне G = 1 и Pc=Pп(л/4рr)2. Последнее выражение говорит о том, что мощность полезного сигнала на выходе приемной антенны растет с увеличением длины волны радиосигнала и в сотовой системе связи с ненаправленными передающей и приемной антеннами выгодны более низкочастотные диапазоны рабочих частот. Отношение мощности сигнала к спектральной плотности шумов на выходе приемной антенны



Примем для простоты, что приемный фидер не имеет потерь. Тогда T=Tпр + TA(f), где Тпр - шумовая температура приемника; TA(f) - шумовая температура антенны, которую положим равной яркостной температуре окружающего пространства. Шумы окружающего пространства для диапазонов частот мобильной связи определяются средними шумами космического пространства Tk(f), а в городе - шумами от системы зажигания автомобилей и промышленными помехами Tпх(f). Кривые этих шумов приведены на рис. 4.5.

Рис. 4.5. Температура шумов окружающего пространства

Указанные шумы описываются выражениями:

.

Оставив в выражении для Рс /N0только сомножители, зависящие от частоты, получим



.

В соответствии с полученным выражением можно видеть, что при Тпр > TA(f) (см. рис. 4.5) выгодны более низкочастотные диапазоны частот. При TA(f) > Тпр при уменьшении частоты f внешние шумы возрастают быстрее, чем f-2, и отношение Pc/N0 начинает уменьшаться. Имеется оптимум на некоторой частоте, при котором достигается максимальное отношение Pc/N0. Этот оптимум лежит в метровом диапазоне волн при работе радиолиний вне города и в метровом или в нижней части дециметрового диапазона волн - в городе.

При переходе на частоты, которые превышают оптимальную рабочую частоту, дальность связи начинает уменьшаться (при той же мощности передатчика). Для свободного пространства это уменьшение дальности связи пропорционально увеличению частоты в первой степени, так как можно положить Тпр+ TA(f) ? Тпр и Рс/N0 = const/f2.

4. Базовая станция в сотовой связи

Самым типичным способом размещения оборудования БС является установка специальной башни или мачты, у подножия которой располагаются один или несколько контейнеров для приемопередающего оборудования. Основная цель установки антенно-мачтового сооружения является размещение антенно-фидерного устройства. Оно включает в себя комплекс антенн для создания радио покрытия всенаправленного, но чаще секторного типа, а также фидеров, которые связывают антенны с приемопередающим оборудованием. Кроме того, в загородной местности часто вместе с антеннами используются усилители сигнала в направлении uplink - МШУ (малошумящие усилители), которые расширяют зону действия БС. Также башня необходима для размещения транспортного оборудования, если используются РРЛ (радиорелейные линии связи). В их состав обычно входит направленная параболическая антенна, радио модуль, преобразующий низкочастотный сигнал в высокочастотный для передачи к удаленной стороне и отдельный фидер, передающий низкочастотный сигнал от оборудования БС или отдельного транспортного модуля внутри аппаратной.

Контейнер вмещает приемопередатчики, транспортное оборудование, а также оборудование, предназначенное для обеспечения бесперебойной работы БС и безопасности. Приемопередающее оборудование обычно сочетает в себе блок управления, приемопередатчики (TRX) и комбайнеры, которые сочетают радиосигнал от различных антенн и TRX в разных конфигурациях. В аппаратной может быть расположено оборудование, работающее в нескольких частотных диапазонах или даже различных стандартах и поколениях (2G и 3G).

Входящий радиосигнал

Когда абонент мобильной связи набирает номер или принимает входящий звонок, в любом случае происходит передача радиосигнала. Другими словами, распространение сигнала происходит при любом телефонном звонке. В данном материале будет рассмотрен не только сигнал, который распространяется от базовой станции к мобильному телефону, но и исходящий.

Мобильный центр коммутации всегда назначает пару каналов для любого телефонного звонка. Назначенные каналы остаются постоянными, за исключением случаев, когда происходит передача вызова при передвижении абонента.

Усилители мощности и линейные усилители. Усилители мощности используются на пути исходящего сигнала для того, чтобы усилить его. Уровень мощности сигнала измеряется в децибелах. Для каждой пары каналов используется один усилитель, или приемопередатчик. В наши дни многие операторы сотовой связи используют линейные усилители, которые имеют большую выходную мощность.

Ниже приведен простой пример, показывающий принцип работы линейного усилителя. Максимальная мощность усилителя составляет iOO Вт. Для одного абонента достаточно 10 Вт, для второго - 15, для третьего - 20, для четвертого - 25 и для пятого - 30. Все абоненты получают от усилителя сигнал достаточного уровня мощности, однако ни один из них не может принять все 100 Вт. На рис. 10.3 приведено фото типичного усилителя мощности.

Сумматоры - это мультиплексоры, которые соединяют воедино радиосигналы. Сумматоры подразделяются на две категории: / резонаторные и гибридные. Резонаторные сумматоры обычно объединяют , вместе от четырех штук и более для того, чтобы получить наибольший коэффициент усиления. Гибридные сумматоры объединяют вместе по два, три или пять. Назначение сумматоров состоит в том, чтобы направлять несколько каналов на одну антенну. Другими словами, получается так, что для всех каналов используется только одна антенна. Сумматоры позволяют сэкономить средства, которые были бы затрачены на установку нескольких антенн, а также прокладку кабеля до них. Побочным продуктом использования сумматоров является Ослабление уровня мощности сигнала до 50%. Однако в настоящее время существуют сумматоры, которые имеют коэффициент ослабления сигнала гораздо меньше 50%. \

Каждый порт сумматора должен быть настроен на частоту оператора сотовой связи. Все сумматоры скрепляются вместе устройством, которое называется звездообразный коннектор.

Антенные переключатели. Для того чтобы разбить радиосигнал на два потока, применяют антенные переключатели. Назначение переключателя состоит в том, чтобы позволить и входящему и исходящему сигналу пройти через одну антенну. Затем вызов передается с базовой станции на мобильный телефон на рабочей частоте базовой станции! Антенные переключатели используются не всеми операторами сотовой связи, но их стоимость окупает стоимость двух приемных антенн. Основным преимуществом использования антенных переключателей является то, что нет необходимости устанавливать дополнительные антенны на базовой станции. Это может помочь в обслуживании базовых станций, особенно когда в сети их используется несколько сотен.

Исходящий сигнал

Когда абонент набирает номер и вызывает другого абонента, происходит распространение сигнала. Другими словами, сигнал" распространяется при любом телефонном разговоре. Но в этом разделе будет описано только распространение сигнала, исходящего от мобильного телефона (абонента) к базовой станции.

Фильтры полосы пропускания. Сигнал, исходящий с мобильного телефона и принятый антеннами RX0 и RX1, поступает на фильтр полосы пропускания. Функция этого фильтра заключается в том, что он отфильтровывает все ненужные частоты, кроме той, на которой происходит телефонный разговор. Запомните,- что мобильный центр коммутации для каждого разговора назначает пару каналов, которые при этом должны совпадать по фазе.

После фильтра полосы пропускания сигнал проходит через усилитель с низким уровнем шума, или пред-уеилитель. Его функция заключается в том, что нужно усилить принятый сигнал до уровня, на котором его можно будет разбить на несколько выходящих частот - по одной для каждого канала. Это является необходимостью, так как при передаче из-за сопротивления коаксиального кабеля происходит ослабление сигнала. Усилитель с низким уровнем шума практически не вносит никаких изменений в структуру сигнала.. .

Многоотводный ответвитель. Затем сигнал попадает в прибор, называемый многоотводным ответвителем (multicoupler). Назначение его состоит в том, чтобы разбивать два принятых сигйала на два выходящих коаксиальных кабеля для разделения между собой различных передач. Функция многоотводного ответвителя противоположна функции сумматора, но оба этих устройства позволяют отделять друг от друга радиочастоты различных телефонных звонков.

Вы помните, что каждый приемник (трансивер) имеет две приемные антенны RX0 и RX1. Поэтому многоотводный ответвитель и разделяет сигналы, пришедшие с этих двух антенн. Трансивер выбирает один из лучших сигналов, пришедших с антенн, и отправляет его на дальнейшую обработку. Как только трансивер выбрал лучший сигнал, тот отправляется на аудиовыходы, а затем в мобильный центр коммутации. Уменьшение стоимости оборудования является основной задачей при построении сети. Емкость беспроводной системы определяет количество радиоканалов, которое может обеспечить базовая станция. Существует несколько подходов к управлению емкостью системы. В данной главе мы рассмотрим основные методы, которые используются в беспроводных системах связи для регулирования емкости. Каждый конкретный метод зависит от самого оператора, а также от нескольких других факторов: от технической практики оператора, используемой технологии, а также от того, какие методы более выгодны экономически и какие методы могут быть легче внедрены при использовании цифровых технологий. В конечном счете, метод, с помощью которого операторы увеличивают емкость своей сети, зависит от самого оператора и типа используемой беспроводной технологии.

5.Деление обслуживаемой территории на соты

Разделить обслуживаемую территорию на соты (Рис.1) можно двумя способами: 1) основанным на измерении статистических характеристик распространения сигналов в системах связи, 2) основанным на измерении или расчете параметров распространения сигнала для конкретного района.

При реализации первого способа всю обслуживаемую территорию делят на одинаковые по форме соты, а затем с помощью закона статистической радиофизики определяют их размеры и расстояния до других зон, в пределах которых выполняются условия допустимого взаимного влияния.

Для оптимального (т. е. без перекрытия или пропусков участков) разделения территории на соты могут быть использованы только три геометрические фигуры: треугольник, квадрат и шестиугольник. Наиболее подходящей фигурой является шестиугольник, так как если антенну с круговой диаграммой направленности установить в его центре, то будет обеспечен доступ почти ко всей соте.

При использовании первого способа интервал между сотами, в которых используются одинаковые рабочие каналы, обычно получается больше требуемого для обеспечения допустимого уровня взаимных помех.

Более приемлем второй способ разделения на зоны обслуживания. В этом случае тщательно измеряют или рассчитывают параметры системы для определения минимального количества базовых станций, обеспечивающих удовлетворительное обслуживание абонентов на всей территории, определяют оптимальное место расположения базовой станции с учетом рельефа местности, возможность использования направленных антенн, пассивных ретрансляторов и смежных центральных станций в момент пиковой нагрузки и т. д.

Рис.1. Деление на соты

6.Функционирование систем сотовой связи

В системах радиальной или радиально-зоновой УКВ-связи, максимальная дальность действия зависит от мощности передатчика, чувствительности приемника и уровня шума и ограничивается необходимостью прямой видимости между антеннами станций. Передатчики таких (и им подобных) систем для обеспечения максимальной дальности связи имеют достаточно большую мощность. Количество передатчиков, работающих в отведенной полосе частот, ограничено, поскольку разнос частот между соседними каналами должен составлять не менее 12,5 кГц (для передачи сообщений одного абонента требуется один частотный канал).

В 1970-е годы был предложен новый принцип организации связи, который позволил увеличить количество абонентов и повысить качество связи. Было предложено разбивать обслуживаемую территорию на небольшие участки, называемые сотами(Рис.2).

Рис.2. Принцип работы

7. Влияние Земли и атмосферы на распространение радиоволн

Атмосферой называется газообразная оболочка Земли, простирающаяся на высоту более 1000 км. С точки зрения распространения радиоволн атмосферу Земли разделяют на три области, обладающие определенными отражающими и поглощающими свойствами: тропосферу (простирающуюся от поверхности Земли до высоты 10...15 км); стратосферу (ограниченную снизу тропосферой, а сверху высотой примерно 60...80 км) и ионосферу (лежащую за пределами стратосферы вплоть до высот 15...20 тыс. км), представляющую собой ионизированный воздушный слой малой плотности над стратосферой, переходящий затем в радиационные пояса Земли.

Под влиянием лучей Солнца, космических лучей и других факторов воздух ионизируется, т.е. часть атомов газов, входящих в состав воздуха, распадается на свободные электроны и положительные ионы. Ионизированный воздух оказывает сильное влияние на распространение радиоволн.

Как известно, воздух не вызывает ослабления радиоволн практически во всех диапазонах частот и, казалось бы, поэтому земная волна должна распространяться без поглощения. Однако это верно лишь в том случае, если земная волна проходит высоко над поверхностью Земли. Если же радиоволны проходят вблизи от поверхности Земли, то часть энергии волны отклоняется в землю. Происходит это потому, что скорость распространения радиоволн в земле меньше, чем в воздухе, и при движении их вдоль поверхности Земли нижний край волны отстает от верхнего, фронт волны наклоняется и помимо движения вдоль поверхности Земли происходит ее распространение сверху вниз.

Если бы поверхностный слой Земли был идеально проводящим, радиоволны отражались бы от него без потерь, т.е. поверхностный слой Земли в этом случае был бы экраном, препятствующим прохождению волн в глубь почвы. В реальных условиях поверхностный слой Земли не является ни идеальным проводником, ни идеальным изолятором. Радиоволны, попавшие в этот слой, возбуждают в нем переменные электрические токи, которые часть своей энергии расходуют на нагрев почвы. Величина потерь энергии в поверхностном слое Земли сильно зависит от частоты радиоволн и сопротивления почвы электрическому току. В почве с увеличением частоты радиоволн величина индицируемой ЭДС возрастает и соответственно увеличиваются токи поверхностного слоя Земли, которые создают электромагнитное поле обратного направления. Поэтому дальность распространения поверхностных волн очень быстро уменьшается с увеличением частоты.

При уменьшении проводимости грунта радиоволны глубже проникают в почву и, следовательно, возрастает их поглощение. Кроме того, с ростом частоты ухудшаются условия огибания (дифракции) радиоволнами препятствий.

Для построения многоканальных радиосистем передачи и систем подвижной радиосвязи в основном используются ультракороткие волны (УКВ) или радиоволны очень высоких (ОВЧ) и ультравысоких (УВЧ) частот, а также радиоволны сверхвысоких (СВЧ) и крайне высоких (КВЧ) частот

Этот диапазон радиоволн является наиболее широко используемым участком радиодиапазона. Большая частотная емкость этого диапазона и ограниченный пределами прямой видимости радиус действия позволяют разместить большое число одновременно работающих станций и осуществлять передачу информации в широкой полосе частот. Этот участок радиодиапазона позволяет одновременно передавать большое число телевизионных программ, организовать тысячи телефонных каналов аналоговых и цифровых систем передачи. Диапазон широко используется для радиолокации, радионавигации, связи с искусственными спутниками Земли. Диапазоны ОВЧ и УВЧ широко используются для телевидения, радиовещания и радиосвязи с подвижными объектами. Диапазоны СВЧ и КВЧ отведены для различных видов многоканальной связи.

Распространение ультракоротких волн.

К ультракоротким волнам (УКВ) в соответствии с Международным регламентом радиосвязи относятся волны короче 10 м, охватывающие два диапазона: от 30 до 300 МГц (10...1 м - метровые) и от 300 до 3000 МГц (1...0,1 м - дециметровые волны).

Радиоволны этого диапазона распространяются в основном по прямолинейным траекториям, и им практически не свойственна дифракция, они слабо отражаются от тропосферы, и не испытывают регулярных отражений от ионосферы, уходя в космическое пространство.

Радиус действия систем передачи, работающих в этих диапазонах, ограничен в основном пределами прямой (оптической) видимости между передающей и приемной антеннами (рис. 1.8).

Рис 1.8. К определению расстояния радиовидимости

Незначительная дифракция радиоволн (огибание сферической поверхности Земли у горизонта) и слабая рефракция (отклонение направления распространения радиоволн от прямолинейного) в нижних слоях тропосферы несколько увеличивают расстояние радиовидимости (примерно на 15%), которое рассчитывается по формуле

, (1.5)

где l0- расстояние радиовидимости, км; h1, и h2- высоты подвеса передающей и приемной антенн, м. Радиовидимость нельзя путать с прямой видимостью антенн.

Таким образом, если высота подвеса антенн h1 = h2= 25 м, то расстояние радиовидимости составит 41,2 км. Для осуществления связи на большие расстояния необходимо между пунктами А и Бустанавливать промежуточные станции (или ретрансляторы) либо поднимать антенны на большие высоты. Первый принцип используется в радиорелейных системах передачи, где станции располагаются на расстоянии 50...70 км. Для увеличения зоны обслуживания телевизионного вещания используются антенны, расположенные на башнях большой высоты.

Связь в пределах радиовидимости характеризуется возможностью одновременного прихода в точку приема не только прямой волны, но и волны, отраженной от земной поверхности (рис. 1.9); рисунок построен в предположении, что расстояние между антеннами не превышает l ? 0,2l0, когда сферичностью поверхности Земли можно пренебречь и считать ее плоской.

Как следует из рис. 1.9, в точке А на высоте h1 над Землей расположена передающая антенна, а в точке Б на высоте h2- приемная. Расстояние между антеннами равно l.

Рис. 1.9. Двулучевая модель распространения радиоволн в ОВЧ и УВЧ диапазонах

В точку Б приходят две волны: прямая (рис. 1.9, 1) и отраженная от земной поверхности в точке С (рис. 1.9, 2). В точке приема имеет место явление интерференции прямой и отраженной волн. Фазовый сдвиг между прямой и отраженной волнами равен

, (1.6)

где к уже известным обозначениям добавились новые: л - длина радиоволны и цс - фазовый сдвиг при отражении волны от земной поверхности в точке С.

При изменении любой из величин h1, h2или l, определяющих разность хода прямой (рис. 1.9, 1) и отраженной (рис. 1.9, 2) волн, изменяются условия их интерференции и напряженность поля приемной антенны будет иметь резко осциллирующий характер, при котором имеют место интерференционные максимумы и минимумы.

Интерференционные максимумы появляются при условии, что прямая и отраженная волны приходят в точку приема с одинаковыми фазами, т.е.

, (1.7)

и, следовательно, происходит как бы усиление напряженности поля в точке приема.

Если прямая и отраженная волны приходят в точку приема в противофазе, т.е.

(1.8)

то имеют место интерференционные минимумы и, следовательно, происходит ослабление напряженности поля в точке приема.

Если расстояние между передающей и приемной антеннами l > 0,2l0, то следует учитывать сферичность земной поверхности. Она проявляется в уменьшении разности хода прямой и отраженной волн, а также в расходимости отраженной волны. Для учета влияния сферичности на разность хода вместо истинных высот антенн h1 и h2вводятся приведенные высоты, определяемые как высоты антенн над плоскостью, касательной к поверхности Земли в точке отражения С.

Расходимость волны при отражении ее от сферической поверхности проявляется в увеличении телесного угла отраженной волны по сравнению с телесным углом падающей волны. При этом плотность потока мощности отраженной волны уменьшается по сравнению со случаем отражения волны от плоской поверхности.

Интерференционные явления могут быть сведены до минимума оптимальным подбором высот антенн, расстояний между ними и длины волны.

Особенности распространения радиоволн сантиметрового и миллиметрового диапазонов или сверхвысоких (СВЧ) и крайне высоких (КВЧ) частот.

Такие радиоволны распространяются от источника излучения к месту приема подобно волнам света - в виде прямолинейных лучей. Необходимым условием для распространения таких радиоволн является отсутствие на их пути экранирующих (затеняющих) препятствий. Связано это с тем, что эти радиоволны обладают крайне слабой способностью дифрагировать на препятствия (огибать препятствия). Считается, что радиус действия технических средств СВЧ и КВЧ диапазонов ограничивается расстоянием прямой видимости (не путать с прямой радиовидимостью).

Другими словами, передающая и приемная антенны должны находиться на одной прямой - «видеть» друг друга. На наземных линиях радиосвязи расстояние прямой видимости определяется высотой подвеса передающей и приемных антенн и обычно не превышает 40...60 км. Однако это обстоятельство не мешает строить наземные линии радиосвязи протяженностью в сотни и тысячи километров. В этом случае, как отмечалось выше, используется принцип последовательной ретрансляции сигналов (см. рис. 1.6). Так строятся радиорелейные линии связи прямой видимости.

Радиоволны нижней части СВЧ диапазона (до 3...5 ГГц) обладают свойством рассеяния на неоднородностях тропосферы - нижней части атмосферы Земли (от нескольких сотен метров до 10..12 км). В ней всегда есть локальные объемные неоднородности, вызванные различными физическими процессами. Эти неоднородности обладают свойством переизлучения радиоволн, падающих на них. Энергия переизлучения волн может улавливаться приемной антенной, находящейся далеко за пределами прямой видимости. Механизм тропосферного рассеяния радиоволн называют дальним тропосферным распространением радиоволн,позволяющим создавать так называемые тропосферные радиорелейные линии с расстоянием между станциями передачи и приема 300...500 км.

Для рассматриваемых диапазонов также характерно явление интерференции радиоволн прямых, идущих к месту приема непосредственно от источника излучения, и отраженных от тех или иных объектов (поверхности Земли, зданий и т. п.).

На распространение радиоволн СВЧ и КВЧ диапазонов заметное влияние оказывают метеорологические процессы, происходящие вдоль трассы радиолинии: дождь, снег, туман. Считается, что эти влияния тем сильнее, чем выше частота (короче длина волны).



Список используемой литературы

Баскаков С.И. 1992 Электродинамика и распространение радиоволн

Википедия «сотовая связь»

Учебное пособие «История связи и перспективы развития телекоммуникаций» Цветов М. А.

Размещено на Allbest.ru