1 Amaliyot darsi Radiokanalda aloqaning maksimal uzoqligini hisoblash

№1 Amaliyot darsi

Radiokanalda aloqaning maksimal uzoqligini hisoblash
Signallarning barqarorligi avvalo qabul qiluvchi va uzatuvchi radio qurilmalarning ishlashiga va atrof muhitga bog‘liq. Aloqa imkoniyatlarini maksimal darajada ta'minlash uchun eng muhim parametrlardan biri radiokanalning energiya tejamkorligi hamda antennalarning joylashishi va ularning Yer yuzasidan masofalari katta ahamiyatga egadir. Umumiy holda, radio to'lqinlarining tarqalish muhiti aniqlanmaguncha, oldindan belgilangan masofa hech qachon biron bir radio aloqa uchun kafolatlanmaydi. Kutilayotgan aloqa oralig'ini hisoblash juda qiyin vazifadir bo’lib, hisob-kitoblar ma'lum muhit uchun erishish mumkin bo'lgan haqiqiy masofani hisoblashda yordam beradi.

Uzatuvchi va qabul qilgich o'rtasidagi masofalarni loyihalash va o'rnatish jarayoni radio signallarni maksimal darajada oshirishda eng muhim parametrlardan biri hisoblanadi. Radio tizimini barqarorlashtirish jarayonida muhandis qoida tariqasida maksimal aloqa oralig'iga erishish uchun barcha parametrlarni optimallashtiradi. Bu chiqish quvvatining oshishiga, takrorlovchi yoki kuchaytirgichlardan foydalanish kerak bo’lmaydi. Radioaloqa tizimini ishlab chiqishda har doim eng uchun masofani ta'minlashga harakat qilish kerak bo’ladi. Agar aloqa diapazoni juda uzun bo'lsa, chiqish quvvatini va joriy iste'molchi kamaytiriladi.

Radiochastotani beton va g'isht devorlari orqali shahar sharoitidagi radio chastota (RF) shovqini bilan bir necha yuz metr masofaga uzatish hamda bir necha kilometr masofaga to'g'ridan-to'g'ri ko'rish (LOS) aloqasini ta'minlashlarni qiyinlashtiradi.

0.169 dan 2,4 GHz gacha bo’lgan diapazonda tizim uchun mos chastotani tanlash har doim ham aniqlannaydi. Antenna xususiyatlari va joylashuvi, maksimal chiqish quvvatiga nisbatan qonuniy cheklovlar, kiruvchi shovqin manbalari, ish chastotasi, radio konfiguratsiyasi va pasayishi ko'payish - bularning barchasi qabul qilgich (Rx) va uzatgich (Tx) orasidagi maksimal masofani aniqlaydi.

Haqiqiy masofaviy prognozlarning namunalari radio to'lqinlarining tarqalishining ikki nurli modeli asosida va Friis formulasiga muvofiq ko'rib chiqilgan. Ushbu model shuningdek, binolarning odatiy qurilish materiallarini ham hisobga olinishi keltirilgan. Quyida ko'p qavatli bino ichida, zich binolar bo'lgan shahar sharoitida va ochiq kosmosda 100 km dan ortiq masofada o'tkazilgan amaliy natijalari keltirilgan. Ikkinchi holda, to'g'ridan-to'g'ri ko'rish shartlarini ta'minlash uchun uzatgich Yerga nisbatan balandlikka ko'tarilganligi keltirilgan.

Radio signallarining tarqalishining uchta asosiy modeli mavjud:

-chastotasi bir necha MGts ga teng, ular Yerga parallel va uning yuzasini o'rab turgan;

-atmosfera va Yerning yuqori qatlamlarida aks ettirilgan fazoviy to'lqinlar, ular taxminan 3 dan 30 MHz gacha chastotada;

-ko'rish chizig'i bo'ylab tarqalayotgan to'lqinlar (LOS).

Radioaloqa uchun eng keng tarqalgan diapazonlar 169 MHz, 315 MHz, 433 MHz, 490 MHz, 780 MHz, 868 MHz, 915 MHz va 2.4 GHz chastotalardir. Bu to'lqinlarning barchasi to'g'ridan-to'g'ri (LOS) tarqaladi. Maksimal LOS masofa Yerning radiusi 6365 km va uzatuvchi antennaning balandligi (H1) va qabul qiluvchiga (H2) (1-jadval) bog’liqdir:

(1)
Shu sababli, radiokanalni qabul qilgich bilan Yer darajasida tekshirish va 112 km dan ortiq masofani uzatishni ta'minlashi uchun uzatuvchini 1000 metrdan yuqori balandlikga ko’tarish kerak bo’ladi.

Radio kanalning byudjeti dB dagi uzatgichning chiqish quvvati va dB ga sezgirlik chegarasi o'rtasidagi farqga teng. Masalan, uzatuvchining chiqish quvvati +10 dBm va qabul qiluvchining sezgirligi chegarasi -110 dBm bo'lsa, kanal byudjeti taxminan 120 dB bo'ladi, yani:

kanal byudjeti ≈ quvvat chiqishi TX qiymati (dBm) – sezgirlik RX (-dBm). (2)
Haqiqiy kanalning byudjeti (3) formulasida ko'rsatilganidek, transmitter va qabul qiluvchining antenna ortishini hisobga oladi:
Kanal byudjeti = TX chiqish kuchi (dB) + TX antennaning ortishi (dB) - RX

sezgirligi (-dB) + RX antennaning ortishi (dB), (3)

Kanal byudjeti = P_Т + G_Т + P_R + G_R, (4)
bu erda PR - qabul qiluvchi antennadan olingan quvvat; PT - bu uzatuvchi antennaga berilgan quvvat; GR - qabul qiluvchi antennaning ortishi; GT - uzatish antennasi ortishi.

Ideal dipol antenna uchun antennaning ortishi (dBi) 2,1 dB ni tashkil qiladi; ya'ni oldingi misolda kanalning byudjeti 124,2 dB ni tashkil qiladi.

Raqamli radio tizimlarida sezgirlik ko'pincha qabul qilgichdagi xatolar chastotasi 1% dan oshadigan kirish darajasi sifatida belgilanadi. Xato darajasi paketdagi xato darajasi (PER) yoki bit xatolar darajasi (BER) asosida hisoblanishi mumkin.

Aloqa signal energiyasini uzatuvchi joydan qabul qiluvchining joylashgan joyiga uzatish orqali amalga oshiriladi. Olingan signalning energiyasi istalgan signalni har doim mavjud shovqindan ajratish uchun etarli bo'lishi kerak. Ushbu talab zarur signal-shovqin (S/N) nisbati sifatida belgilangan. Qabul qilgichning texnik xususiyatlarida ba'zan S/N nisbati o'rnatiladi, bunda signal normal qabul qilinadi, ammo ko'pincha sezgirlik dBm (manfiy qiymat) da mutlaq darajasi sifatida belgilanadi.

Radio tizimlar uchun ochiq muhitda va ochiq joyda masofani aniqlashda foydalanilgan nazariyani ko'rib chiqaylik. Radio aloqalardagi masofa odatda Friis tenglamasiga muvofiq hisoblanadi:
, (5)

bu yerda P_R - qabul qiluvchi antennadan olingan quvvat; P_T - bu uzatuvchi antennaga berilgan quvvat; G_R - qabul qiluvchi antennaning ortishi; G_T - uzatish antennasi ortishi; d - masofa; c-vakuumdagi yorug'lik tezligi = 299.972458x10⁶ m/s; λ - to'lqin uzunligi; λ = c/f; f - bu chastota.

Masalan, 2445 MGs va P_T = 1 mVt (0 dBm) chastotada ishlaganda qabul qiluvchi antennadan 100 m masofada olingan quvvat; G_R = 1 dB; Friis standart ifodasi bo'yicha hisoblangan G_T = 1 dB:
(6)
Ya'ni, bo'sh joyda qabul qiluvchiga tarqalish yo'qotishi 80,2 dB ni tashkil qiladi. Qabul qilingan signal kuchi (P_R) va qabul qiluvchining sezgirligi o'rtasidagi farq energiya zaxirasi yoki himoya tasmasi deb ataladi. Kanalning byudjetini va taxmin qilinadigan masofani haqiqiy baholash uchun, Fris tomonidan taxmin qilingan yo'qotishlarga qo'shimcha ravishda, qo'shimcha yo'qotishlar ham hisobga olinishi kerak. Friis (5) formulasiga binoan nazariy aloqa oralig'i qabul qiluvchining sezgirlik darajasiga teng bo'lgan signal darajasida kanal ishlaydigan masofaga teng.