Земно-космические потери распространения
Окружения распространения имеют значительные эффекты на проект земного пространства ссылок для спутниковых коммуникационных систем. Ионосферные эффекты в пространстве Земля ссылок стать значительной на частотах ниже 1 ГГц. Эффекты неионизированной атмосферы становятся критическими выше приблизительно 1 ГГц и для низких углов возвышения. ITU-R P.618 [1] рекомендации предсказывает параметры распространения, которые требуются в планировании космических Землей систем, работающих или в Земле к пространству или в направлении пространства к земле. P.618 касается только эффектов тропосферы, таких как ослабление дождя, ослабление газа, осадки и ослабление облака и ослабление из-за тропосферной сцинтилляции.
В некоторых случаях можно хотеть обеспечить непрерывную, высококачественную передачу голосовых, данных и телевизионных сигналов. В этих случаях можно использовать p618Config объект для моделирования тропосферных эффектов, таких как ослабление дождя, ослабление газа, ослабление облака и тумана и ослабление вследствие тропосферной сцинтилляции. Затем можно использовать p618PropagationLosses функция, которая инициализирует настройки параметров конфигурации, для вычисления потерь распространения Земли в пространстве Земли, распознавания перекрестной поляризации и температуры шума неба антенны наземной станции.
Обильные осадки вызывают большие значения ослабления на ссылку Земля-Земля. Разнесение сайта позволяет перенаправлять трафик ссылки связи на альтернативные земные станции, что улучшает надежность системы. Системы разнесения сайтов классифицируются как один из следующих опций.
Сбалансировано: Пороги ослабления в двух ссылках равны.
Дисбаланс: Пороги ослабления на двух ссылках не равны.
В случае существования двух земных станций можно использовать p618SiteDiversityConfig объект для моделирования параметров, необходимых для вычисления вероятности отключения из-за ослабления дождя. Интенсивный дождь может вызвать большие значения ослабления на ссылку Земля-пространство. Затем можно использовать p618SiteDiversityOutage функция, которая инициализирует настройки параметров конфигурации, чтобы вычислить вероятность отключения из-за ослабления дождя с разнесением сайта.
Земно-космические потери распространения
Этот пример требует MAT-файлов с цифровыми картами из документов Международного объединения электросвязи (ITU). Если файлы недоступны в пути, выполните эти команды, чтобы загрузить и распаковать MAT-файлы.
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
Этот пример показывает, как параметризовать и вычислить потери распространения для проекта земно-космических систем.
Потери распространения, рассчитанные p618PropagationLosses функции:
Ослабление атмосферными газами
Ослабление дождем
Осадки и ослабление облака
Ослабление из-за тропосферной сцинтилляции
Общее атмосферное ослабление
Потери распространения земного пространства моделируются таким образом, чтобы они зависели от частоты, географического положения и угла возвышения. Исходя из условий распространения, при углах возвышения выше 10 ° значительными являются только ослабления, вызванные атмосферными газами, дождем, облаками и тропосферной сцинтилляцией .
Сконфигурируйте параметры распространения земного пространства
Создайте объект строения 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
Вычислите потери распространения при легких осадках
Найдите потери распространения (pl), перекрестная поляризационная дискриминация (xpd), и температура шума неба (tsky) при слабых осадках 1 мм/ч, с указанием высоты земной станции 0,5 км.
Поля потерь распространения, pl, описать эти ослабления.
Ag: Ослабление газа (в дБ)Ac: Ослабление облака и тумана (в дБ)Ar: Ослабление дождя (в дБ)As: Ослабление вследствие тропосферной сцинтилляции (в дБ)AtОбщее атмосферное ослабление (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
Вероятность отключения из-за ослабления дождя с разнообразием участка
В этом примере требуются MAT-файлы с цифровыми картами из документов ITU. Если файлы недоступны в пути, выполните эти команды, чтобы загрузить и распаковать MAT-файлы.
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
Этот пример показывает, как вычислить вероятность отключения из-за ослабления дождя с разнесением участка.
The p618SiteDiversityOutage функция применяется к несбалансированным и сбалансированным системам и вычисляет совместную вероятность превышения порогов ослабления.
Сконфигурируйте P.618 параметры разнесения сайта
Создайте объект строения разнесения P.618 сайта 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]
Вычисление вероятности отключения
Вычислите вероятность отключения из-за ослабления дождя для указанного строения разнесения участка.
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
Ослабление из-за атмосферных газов
В этом примере требуются MAT-файлы с цифровыми картами из документов ITU. Если файлы недоступны в пути, выполните эти команды, чтобы загрузить и распаковать MAT-файлы.
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
Этот пример показов, как вычислить ослабление газа для заданной области частот при проектировании земно-космических систем.
Ослабление газа моделируется таким образом, чтобы оно зависело от частоты сигнала, угла возвышения, высоты земной станции и плотности водяного пара. Основываясь на условиях распространения, газовые ослабления могут быть значительными с частотами выше 10 ГГц и пренебрегаемыми на частотах ниже 10 ГГц.
Сконфигурируйте параметры P.618 распространения
Создайте объект строения 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 область значений сигнала в интервал от 5 до 55 ГГц.
freq_range = 5e9:1e9:55e9;
Вычисление газового ослабления
Вычислите ослабление 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
Построение графика газового ослабления
В логарифмической шкале постройте график ослаблений газа для заданной области значений частот.
loglog(freq_range,gaseous_attenuation); grid on; xlabel('Signal Frequency (Hz)'); ylabel('Gaseous Attenuation (dB)'); title('Gaseous Attenuation for Specified Range of Frequencies');
Потери распространения для заданной области угла возвышения
В этом примере требуются MAT-файлы с цифровыми картами из документов ITU. Если файлы недоступны в пути, выполните эти команды, чтобы загрузить и распаковать MAT-файлы.
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
Этот пример показов, как параметризовать и вычислить потери распространения Земного пространства для заданной области углов возвышения при проектировании Земно-космических систем.
Сконфигурируйте параметры P.618 распространения
Создайте объект строения 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 угол возвышения области значений в интервал от 5 до 90 степеней.
elev_range = 5:5:90;
Вычисление потерь распространения земного пространства
Вычислите потери распространения Земли-пространства для заданных 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 распространения Земного пространства
Постройте график различных потерь распространения (в дБ) для заданной области углов возвышения.
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');
Потери распространения с временным процентом превышения
В этом примере требуются MAT-файлы с цифровыми картами из документов ITU. Если файлы недоступны в пути, выполните эти команды, чтобы загрузить и распаковать MAT-файлы.
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
Этот пример показывает, как параметризовать и вычислить потери распространения Земли-космоса, когда процент значения затухания времени превышен при проектировании систем Земля-космос.
Сконфигурируйте параметры распространения Earth-Space
Создайте P.618 объект строения. 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 временной процент превышения для ослабления газа, ослабления облака, ослабления дождя, сцинтилляции и общего атмосферного ослабления.
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];
Вычисление потерь распространения земного пространства
Вычислите потери распространения Земли-пространства для заданных 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
Построение графиков потерь распространения Земли-Космоса
Постройте график различных потерь распространения (в дБ), когда процент значения ослабления времени превышен.
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');
Ссылки
[1] Международное объединение электросвязи, Рекомендация P.618 МСЭ-Р (12/2017)
[2] Международное объединение электросвязи, Рекомендация P.676 МСЭ-Р (08/2019)
[3] Международное объединение электросвязи, Рекомендация P.1511 МСЭ-Р (08/2019)
[4] Международное объединение электросвязи, Рекомендация P.1510 МСЭ-Р (06/2017)
[5] Международное объединение электросвязи, Рекомендация P.835 МСЭ-Р (12/2017)
[6] Международное объединение электросвязи, Рекомендация P.836 МСЭ-Р (12/2017)
[7] Международное объединение электросвязи, Рекомендация P.840 МСЭ-Р (08/2019)
[8] Международное объединение электросвязи, Рекомендация P.837 МСЭ-Р (06/2017)
[9] Международное объединение электросвязи, Рекомендация P.453 МСЭ-Р (08/2019)
[10] Международное объединение электросвязи, Рекомендация P.839 МСЭ-Р (09/2013)
[11] Международное объединение электросвязи, Рекомендация P.838 МСЭ-Р (03/2005)
[12] Примеры валидации для исследовательской группы 3 Методы предсказания распространения Земли-Космоса, Версия: 5.0 (P), Исследовательские группы радиосвязи МСЭ.