Среда распространения оказывает значительное влияние на проектирование линий связи Земля-космос для спутниковых систем связи. Ионосферное воздействие на связи Земля-космос становится значительным при частотах ниже 1 ГГц. Воздействие неионизированной атмосферы становится критическим выше примерно 1 ГГц и для низких углов возвышения. Рекомендация ITU-R P.618 [1] предсказывает параметры распространения, которые требуются при планировании систем Земля-космос, работающих либо в направлении Земля-космос, либо в направлении космос-Земля. P.618 касается только воздействия тропосферы, такого как затухание дождей, затухание газов, выпадение осадков и затухание облаков и затухание вследствие сцинтилляции тропосферы.
В некоторых случаях может потребоваться обеспечить непрерывную высококачественную передачу голоса, данных и телевизионных сигналов. В этих случаях можно использовать p618Config объект моделирования тропосферных эффектов, таких как затухание дождя, газовое затухание, затухание облака и тумана и затухание вследствие сцинтилляции тропосферы. Затем можно использовать p618PropagationLosses функция, которая инициализирует настройки параметров конфигурации, для вычисления потерь распространения земного пространства, различения кросс-поляризации и температуры небесного шума антенны наземной станции.
Обильные осадки вызывают большие значения затухания на линии Земля-космос. Разнесение объектов позволяет перенаправлять трафик линии связи на альтернативные наземные станции, что повышает надежность системы. Системы разнесения объектов классифицируются как один из этих вариантов.
Сбалансировано: Пороговые значения затухания на двух линиях равны.
Несбалансированные: Пороги затухания на двух линиях не равны.
В случае двух существующих наземных станций можно использовать p618SiteDiversityConfig объект моделирования параметров, необходимых для расчета вероятности отключения из-за затухания дождя. Интенсивный дождь может вызвать большие значения затухания в канале Земля-космос. Затем можно использовать p618SiteDiversityOutage функция, которая инициализирует настройки параметров конфигурации, для вычисления вероятности отключения из-за ослабления дождя с разнесением площадки.
В этом примере требуются MAT-файлы с цифровыми картами из документов Международного союза электросвязи (МСЭ). Если файлы недоступны по пути, выполните эти команды для загрузки и отмены обработки MAT-файлов.
if ~exist('ITURDigitalMaps.tar.gz','file') url = 'https://www.mathworks.com/supportfiles/spc/P618/ITURDigitalMaps.tar.gz'; websave('ITURDigitalMaps.tar.gz',url); untar('ITURDigitalMaps.tar.gz'); end
В этом примере показано, как параметризовать и вычислять потери распространения для проектирования систем Земля-космос.
Потери распространения, рассчитанные p618PropagationLosses функции:
Затухание атмосферными газами
Затухание дождем
Осадки и затухание облаков
Затухание вследствие тропосферной сцинтилляции
Общее атмосферное затухание
Потери на распространение в земном пространстве моделируются в зависимости от частоты, географического положения и угла возвышения. Исходя из условий распространения, при углах возвышения выше 10 ° значительны только затухания, вызванные атмосферными газами, дождем, облаком и тропосферной сцинтилляцией .
Настройка параметров распространения Земли-пространства
Создайте объект конфигурации P.618 по умолчанию. Измените значения свойств, а затем отобразите свойства объекта.
cfg = p618Config; cfg.Frequency = 25e9; % Signal frequency in Hz cfg.ElevationAngle = 45; cfg.Latitude = 30; % North direction cfg.Longitude = 120; % East direction cfg.TotalAnnualExceedance = 0.001; % Time percentage of excess for the total % Attenuation per annum cfg.AntennaEfficiency = 0.65; disp(cfg);
p618Config with properties:
Frequency: 2.5000e+10
ElevationAngle: 45
Latitude: 30
Longitude: 120
GasAnnualExceedance: 1
CloudAnnualExceedance: 1
RainAnnualExceedance: 1
ScintillationAnnualExceedance: 1
TotalAnnualExceedance: 1.0000e-03
PolarizationTiltAngle: 0
AntennaDiameter: 1
AntennaEfficiency: 0.6500
Расчет потерь распространения в светлых осадках
Найти потери распространения (pl), кросс-поляризационная дискриминация (xpd) и температура небесного шума (tsky) при небольшом количестве осадков 1 мм/ч, с указанием высоты земной станции 0,5 км.
Поля потерь распространения, pl, опишите эти затухания.
AgГазовое затухание (в дБ)
AcЗатухание облака и тумана (в дБ)
Ar: Затухание дождя (в дБ)
AsОслабление вследствие сцинтилляции тропосферы (в дБ)
AtОбщее атмосферное затухание (в дБ)
[pl,xpd,tsky] = p618PropagationLosses(cfg, ... 'StationHeight',0.5, ... 'WaterVaporDensity',2.8, ... 'TotalColumnarContent',1.4, ... 'RainRate',1)
pl = struct with fields:
Ag: 1.6393
Ac: 1.2010
Ar: 0.0811
As: 0.3010
At: 6.6514
xpd = 73.1657
tsky = 214.6132
В этом примере требуются MAT-файлы с цифровыми картами из документов ITU. Если файлы недоступны по пути, выполните эти команды для загрузки и отмены обработки MAT-файлов.
if ~exist('ITURDigitalMaps.tar.gz','file') url = 'https://www.mathworks.com/supportfiles/spc/P618/ITURDigitalMaps.tar.gz'; websave('ITURDigitalMaps.tar.gz',url); untar('ITURDigitalMaps.tar.gz'); end
В этом примере показано, как вычислить вероятность отключения из-за затухания дождя с разнесением площадки.
p618SiteDiversityOutage функция применяется к несбалансированным и сбалансированным системам и вычисляет совместную вероятность превышения порогов ослабления.
Настройте параметры разнообразия места P.618
Создайте объект конфигурации разнесения сайтов P.618 по умолчанию. Измените значения свойств, а затем отобразите свойства объекта.
cfgSD = p618SiteDiversityConfig; cfgSD.Frequency = 25e9; % Signal frequency in Hz cfgSD.Latitude = [30 60]; % North direction cfgSD.Longitude = [120 150]; % East direction cfgSD.PolarizationTiltAngle = [-90 90]; cfgSD.AttenuationThreshold = [7 7]; % Attenuation threshold on the two links cfgSD.SiteDistance = 50; % Separation between the two sites disp(cfgSD);
p618SiteDiversityConfig with properties:
Frequency: 2.5000e+10
ElevationAngle: [52.4099 52.4852]
Latitude: [30 60]
Longitude: [120 150]
PolarizationTiltAngle: [-90 90]
SiteDistance: 50
AttenuationThreshold: [7 7]
Расчет вероятности простоя
Рассчитайте вероятность отключения из-за ослабления дождя для указанной конфигурации разнесения площадки.
outage = p618SiteDiversityOutage(cfgSD, ... 'RainAnnualExceedances',[0.01 0.01 0.03 0.05 0.1 0.2], ... 'RainProbability1',0.3, ... 'RainProbability2',0.4); disp(outage);
0.0030
В этом примере требуются MAT-файлы с цифровыми картами из документов ITU. Если файлы недоступны по пути, выполните эти команды для загрузки и отмены обработки MAT-файлов.
if ~exist('ITURDigitalMaps.tar.gz','file') url = 'https://www.mathworks.com/supportfiles/spc/P618/ITURDigitalMaps.tar.gz'; websave('ITURDigitalMaps.tar.gz',url); untar('ITURDigitalMaps.tar.gz'); end
В этом примере показано, как рассчитать затухание газа для заданного диапазона частот при проектировании систем Земля-космос.
Газовое затухание моделируется в зависимости от частоты сигнала, угла возвышения, высоты земной станции и плотности водяного пара. Исходя из условий распространения, газовые затухания могут быть значительными при частотах выше 10 ГГц и игнорироваться при частотах ниже 10 ГГц.
Настройка параметров распространения P.618
Создайте объект конфигурации P.618 по умолчанию. Измените значения свойств, а затем отобразите свойства объекта.
cfg = p618Config; cfg.Latitude = 51.5; % North direction cfg.Longitude = -0.14; % West direction cfg.GasAnnualExceedance = 10; % Time percentange of excess for the gaseous attenuation per annum cfg.ElevationAngle = 31.076;
Установите диапазон частот сигнала в интервале от 5 до 55 ГГц.
freq_range = 5e9:1e9:55e9;
Расчет затухания газа
Рассчитать затухание из-за атмосферных газов для заданных параметров конфигурации.
gaseous_attenuation = zeros(size(freq_range)); for n = 1:numel(freq_range) cfg.Frequency = freq_range(n); pl = p618PropagationLosses(cfg, ... 'StationHeight',0.031, ... 'Temperature',283.6, ... 'Pressure',1009.48, ... 'WaterVaporDensity',13.79); gaseous_attenuation(n) = pl.Ag; end
График затухания газа
В логарифмическом масштабе постройте график затухания газа для данного диапазона частот.
loglog(freq_range,gaseous_attenuation); grid on; xlabel('Signal Frequency (Hz)'); ylabel('Gaseous Attenuation (dB)'); title('Gaseous Attenuation for Specified Range of Frequencies');
В этом примере требуются MAT-файлы с цифровыми картами из документов ITU. Если файлы недоступны по пути, выполните эти команды для загрузки и отмены обработки MAT-файлов.
if ~exist('ITURDigitalMaps.tar.gz','file') url = 'https://www.mathworks.com/supportfiles/spc/P618/ITURDigitalMaps.tar.gz'; websave('ITURDigitalMaps.tar.gz',url); untar('ITURDigitalMaps.tar.gz'); end
В этом примере показано, как параметризовать и вычислять потери распространения земного пространства для заданного диапазона углов возвышения при проектировании систем земного пространства.
Настройка параметров распространения P.618
Создайте объект конфигурации P.618 по умолчанию. Измените значения свойств, а затем отобразите свойства объекта.
cfg = p618Config; cfg.Frequency = 14.25e9; % Signal frequency in Hz cfg.Latitude = 51.5; % North direction cfg.Longitude = -0.14; % West direction
Установите диапазон углов возвышения от 5 до 90 градусов.
elev_range = 5:5:90;
Расчет потерь на распространение Земли и космоса
Рассчитайте потери распространения земного пространства для указанных параметров конфигурации.
elevation_angle = size(elev_range); gaseous_attenuation = zeros(elevation_angle); cloud_attenuation = zeros(elevation_angle); rain_attenuation = zeros(elevation_angle); scintillation_attenuation = zeros(elevation_angle); total_attenuation = zeros(elevation_angle); for n = 1:numel(elev_range) cfg.ElevationAngle = elev_range(n); pl = p618PropagationLosses(cfg, ... 'StationHeight',0.031, ... 'Temperature',283.6, ... 'Pressure',1009.48, ... 'WaterVaporDensity',13.79); gaseous_attenuation(n) = pl.Ag; cloud_attenuation(n) = pl.Ac; rain_attenuation(n) = pl.Ar; scintillation_attenuation(n) = pl.As; total_attenuation(n) = pl.At; end
Постройте график потерь на распространение Земли и космоса
Постройте график различных потерь распространения (в дБ) для заданного диапазона углов места.
plot(elev_range,gaseous_attenuation,'--'); hold on; plot(elev_range,cloud_attenuation,'--'); hold on; plot(elev_range,rain_attenuation,'--'); hold on; plot(elev_range,scintillation_attenuation,'--'); hold on; plot(elev_range,total_attenuation); legend('Gaseous','Cloud','Rain','Scintillation','Total'); grid on; xlabel('Elevation Angle (degrees)'); ylabel('Attenuation (dB)'); title('Earth-Space Propagation Losses Versus Elevation Angle');
В этом примере требуются MAT-файлы с цифровыми картами из документов ITU. Если файлы недоступны по пути, выполните эти команды для загрузки и отмены обработки MAT-файлов.
if ~exist('ITURDigitalMaps.tar.gz','file') url = 'https://www.mathworks.com/supportfiles/spc/P618/ITURDigitalMaps.tar.gz'; websave('ITURDigitalMaps.tar.gz',url); untar('ITURDigitalMaps.tar.gz'); end
В этом примере показано, как параметризовать и вычислять потери распространения земного пространства при превышении процентного значения затухания времени при проектировании систем земного пространства.
Настройка параметров распространения Земли-пространства
Создайте объект конфигурации P.618. Измените значения свойств, а затем отобразите свойства объекта.
cfg = p618Config; cfg.Frequency = 19.5e9; % Signal frequency in Hz cfg.ElevationAngle = 36.6142654; cfg.Latitude = 46.2208; % North direction cfg.Longitude = 6.137; % East direction cfg.AntennaDiameter = 1.2; cfg.AntennaEfficiency = 0.65;
Установите процент превышения по времени для затухания газов, затухания облаков, затухания дождей, сцинтилляции и общего затухания атмосферы.
annual_exceedance =[5 3 2 1 0.5 0.3 0.2 0.1 0.05 0.03 0.02 0.01 0.005 0.003 0.002 0.001];
Расчет потерь на распространение Земли и космоса
Рассчитайте потери распространения земного пространства для указанных параметров конфигурации.
excess=size(annual_exceedance); gaseous_attenuation = zeros(excess); cloud_attenuation = zeros(excess); rain_attenuation = zeros(excess); scintillation=zeros(excess); total_attenuation = zeros(excess); for n = 1:numel(annual_exceedance) exceedance_value = annual_exceedance(n); cfg.GasAnnualExceedance = max(exceedance_value,0.1); % Supported range is 0.1% to 99% cfg.CloudAnnualExceedance = max(exceedance_value,0.1); % Supported range is 0.1% to 99% cfg.RainAnnualExceedance = exceedance_value; % Supported range is 0.001% to 5% cfg.ScintillationAnnualExceedance = max(exceedance_value,0.01); % Supported range is 0.01% to 5% cfg.TotalAnnualExceedance = exceedance_value; % Supported range is 0.001% to 50% pl = p618PropagationLosses(cfg,'StationHeight',0.412); gaseous_attenuation(n) = pl.Ag; cloud_attenuation(n) = pl.Ac; rain_attenuation(n) = pl.Ar; scintillation(n) = pl.As; total_attenuation(n) = pl.At; end
Постройте график потерь при распространении Земли и космоса
Постройте график различных потерь распространения (в дБ) при превышении процентного значения затухания времени.
loglog(annual_exceedance,gaseous_attenuation,'--'); hold on; loglog(annual_exceedance,cloud_attenuation,'--'); hold on; loglog(annual_exceedance,rain_attenuation,'--'); hold on; loglog(annual_exceedance,scintillation,'--'); hold on; loglog(annual_exceedance,total_attenuation); legend('Gaseous','Cloud','Rain','Scintillation','Total'); grid on; xlabel('Exceedance Probability (%)'); ylabel('Attenuation (dB)'); title('Atmospheric Losses for Time Percentage of Excess per Annum');
[1] Международный союз электросвязи, Рекомендация P.618 МСЭ-Р (12/2017)
[2] Международный союз электросвязи, Рекомендация P.676 МСЭ-Р (08/2019)
[3] Международный союз электросвязи, Рекомендация P.1511 МСЭ-Р (08/2019)
[4] Международный союз электросвязи, Рекомендация P.1510 МСЭ-Р (06/2017)
[5] Международный союз электросвязи, Рекомендация P.835 МСЭ-Р (12/2017)
[6] Международный союз электросвязи, Рекомендация P.836 МСЭ-Р (12/2017)
[7] Международный союз электросвязи, Рекомендация P.840 МСЭ-Р (08/2019)
[8] Международный союз электросвязи, Рекомендация P.837 МСЭ-Р (06/2017)
[9] Международный союз электросвязи, Рекомендация P.453 МСЭ-Р (08/2019)
[10] Международный союз электросвязи, Рекомендация P.839 МСЭ-Р (09/2013)
[11] Международный союз электросвязи, Рекомендация P.838 МСЭ-Р (03/2005)
[12] Примеры проверки для Исследовательской группы 3 Методы прогнозирования распространения Земли и космоса, Версия: 5,0 (P), Исследовательские группы радиосвязи ITU.