Для моделирования радиоканала, сформированные таким образом с помощью ПЭВМ сигнал и помехи следует подать на вход радиоприемного устройства или его имитатора, при этом отношение с/ш на входе радиоприемного устройства для каждого вида помехи должно соответствовать вычисленному значению.

Программа расчета параметров для моделирования КВ радиоканала KVkanal приведена в приложении А, инструкция по работе с программой KVkanal приведена в приложении Б.

Литература

Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. Издательство «Советское радио», М-1969.

Надененко С.И. Антенны Государственное издательство литературы по вопросам связи и радио, М-1959.

Рекомендация МСЭ-R Р.372-9 Радиошум, 2007.

Вентцель Е.С. Теория вероятностей. Издательство «Наука», М-1969.

Википедия (на английском языке), Half-normal distribution.

Приложение А

Программа

KVkanal

(Расчет параметров для моделирования КВ радиоканала)

Исходный код программы

clc; clear; close all;

% расчет отношения сигнал/шум на входе приемника в КВ диапазоне

% ввод исходных данных

D=2600; % км – дальность связи

f=11.75; % МГц – рабочая частота

Ec=1.28; % мкВ/м – напряженность поля сигнала в точке приема

a=7.1; % град. – угол прихода сигнала

A=2; % применяемая антенна: A=1 – ближе к полуволновому вибратору; A=2 – ближе к волновому вибратору.

Tp=300; % град. К – абсолютная температура входных цепей приемника

Ta=40; % град. К – эффективная температура антенны

df=3000; % Гц – полоса пропускания приемника (тракта ПЧ)

dU=1; % мкВ – чувствительность приемника

Fama=45; % дБ – медианное значение коэффициента атмосферного шума

dFama=6; % дБ – стандартное отклонение Fama

A0=3; % дБ – превышение напряжения огибающей над медианным значением

M=1; % категория среды в месте приема: 1 – жилой район, 2 – сельская местность.

Ra=300; % Ом – волновое сопротивление антенны

Rf=200; % Ом – волновое сопротивление фидера

% решение задачи

k=1.38e-23; % дж/град. – постоянная Больцмана

l=300/f; % длина волны излучения

a1=a*pi/180; % рад. – угол прихода сигнала

if A==1

F=2*sin(pi*sin(a1)); % функция направленности для полуволновой антенны ВГД в вертикальной плоскости

Fmax=2; % максимальное значение диаграммы направленности

Kp=8; % коэффициент пересчета мощности помехи из эквивалентной антенны в реальную

Ap=' (антенна полуволновой вибратор) ';

else

F=4*sin(pi*sin(a1)); % функция направленности для волновой антенны ВГД в вертикальной плоскости

Fmax=4; % максимальное значение диаграммы направленности

Kp=80; % коэффициент пересчета мощности помехи из эквивалентной антенны в реальную

Ap=' (антенна волновой вибратор) ';

end

hd=l*Fmax/pi; % действующая высота симметричного вибратора

hde=l/pi; % действующая высота эквивалентной антенны

% расчет мощности сигнала

Ea=Ec*hd*F; % мкВ – эдс сигнала, наводимая в антенне

U=Ea*Rf/(Ra+Rf); % мкВ – амплитуда входного сигнала

P=U^2/Rf; % мкВт – мощность входного сигнала

% тепловой шум

Pha=4e6*k*Ta*df; % мкВт – мощность шума антенны

Php=4e6*k*Tp*df; % мкВт – мощность шума входных цепей приемника

Ph=Pha+Php; % мкВт – мощность теплового шума на входе приемника

% эфирный шум (атмосферные помехи)

Faa=Fama+dFama; % дБ – коэффициент атмосферного шума

Epd=Faa+20*log10(f)+10*log10(df)-99; % дБ/мкВ/м – напряженность поля помехи в точке приема для заданного df

Epm=10^(Epd/20); % мкВ/м – медианное изначение напряженности поля помехи в точке приема

ka=10^(A0/20); % коэффициент

Ep=Epm*(1+ka); % действующее изначение напряженности поля помехи в точке приема

Epa=Ep*hde; % мкВ – эдс помехи, наводимая в эквивалентной антенне

Upa=Kp^(1/2)*Epa*Rf/(Ra+Rf); % мкВ – амплитуда атмосферной помехи на выходе реальной антенны

Upam=Upa/(1+ka); % медианное изначение напряжения атмосферной помехи на выходе реальной антенны

siga=Upam*ka; % стандартное отклонение напряжения атмосферной помехи на выходе реальной антенны от медианного значения

sigax=2*siga; % стандартное отклонение моделируемого процесса с нормальным распределением

moax=4*(Upam-siga/(2*pi)^(1/2)); % мат. ожидание моделируемого процесса

Pap=Upa^2/Rf; % мкВт – мощность атмосферной помехи

Pp=(Ph+Pap); % мкВт – мощность атмосферной и тепловой помех на входе приемника

h02a=P/Pp; % раз отношение с/ш на входе приемника

Pad=10*log10(Pp/P); % дБ требуемый уровень помехи относительно сигнала для имитации канала связи

L=D/cos(a1); % км – длина пути луча

t=L/300; % сек. – время прохождения пути

disp([' Входной сигнал', Ap]);

disp(['U=', num2str(U),' мкВ (амплитуда входного сигнала)']);

disp(['P=', num2str(P),' мкВт (мощность входного сигнала)']);

disp(['Ph=', num2str(Ph),' мкВт (мощность тепловой помехи)']);

disp(['L=', num2str(L),' км (длина пути, пройденного лучем)']);

disp(['t=', num2str(t),' мсек. (время прохождения пути)']);

disp(' Атмосферная помеха. Логнормальное распределение.');

disp(['Pap=', num2str(Pap),' мкВт (мощность атмосферной помехи)']);

disp(['h02a=', num2str(h02a),' раз (отношение с/ш)']);

if U

disp([' Амплитуда входного сигнала меньше чувствительности приемника']);

else

disp(['sigax=', num2str(sigax),' (требуемое стандартное отклонение моделируемого процесса)']);

disp(['moax=', num2str(moax),' (требуемое мат. ожидание моделируемого процесса)']);

disp(['Pad=', num2str(Pad),' дБ (требуемая мощность атмосферной помехи относительно мощности входного сигнала для имитации канала связи)']);

end

% галактический шум

if f>10 || f==10

Famg=52.25-10.296*log(f); % дБ – медианное значение коэффициента галактического шума

dFamg=1.56;

Fag=Famg+1.56; % дБ – коэффициент галактического шума

Epgd=Fag+20*log10(f)+10*log10(df)-99; % дБ/мкВ/м – напряженность поля помехи в точке приема для заданного df

Epgm=Famg+20*log10(f)+10*log10(df)-99; % дБ/мкВ/м – медианное значение напряженности поля помехи в точке приема для заданного df

dEpg=dFamg+20*log10(f)+10*log10(df)-99; % дБ/мкВ/м – стандортное отклонение от медианного значения напряженности поля помехи в точке приема для заданного df

kg=10^(dEpg/20)/10^(Epgm/20); % коэффициент

Epg=10^(Epgd/20); % мкВ/м – напряженность поля помехи в точке приема

Epga=Epg*hde; % мкВ – эдс помехи, наводимая в эквивалентной антенне

Upg=Kp^(1/2)*Epga*Rf/(Ra+Rf); % мкВ – амплитуда галактической помехи на выходе реальной антенны

Ppg=Upg^2/Rf; % мкВт – мощность галактической помехи

Upgm=Upg/(1+kg); % медианное изначение напряжения галактической помехи на выходе реальной антенны

sigg=Upgm*kg; % стандартное отклонение напряжения галактической помехи на выходе реальной антенны от медианного значения

siggx=2*sigg; % стандартное отклонение моделируемого процесса с нормальным распределением

mogx=4*(Upgm-sigg/(2*pi)^(1/2)); % мат. ожидание моделируемого процесса

h02g=P/Ppg; % раз отношение с/ш на входе приемника

Pgd=10*log(1/h02g); % дБ требуемый уровень помехи относительно сигнала для имитации канала связи

disp(' Галактический шум. Нормальное распределение.');

disp(['Ppg=', num2str(Ppg),' мкВт (мощность галактической помехи)']);

disp(['h02g=', num2str(h02g),' раз (отношение с/ш)']);

disp(['siggx=', num2str(siggx),' (требуемое стандартное отклонение моделируемого процесса)']);

disp(['mogx=', num2str(mogx),' (требуемое мат. ожидание моделируемого процесса)']);

disp(['Pgd=', num2str(Pgd),' дБ (требуемая мощность галактической помехи относительно мощности входного сигнала для имитации канала связи)']);

else

Ppg=0;

Famg=0;

dFamg=0;

disp(['Ppg=', num2str(Ppg),' ( галактическая помеха отсутствует)']);

end

% промышленный шум

if M==1

Famp=71.52-11.987*log(f); % дБ – медианное значение коэффициента промышленного шума для жилого района

dFamp=8.18; % дБ – стандартное отклонение коэффициента промышленного шума для жилого района

Fap=Famp+8.18; % дБ – коэффициент промышленного шума для жилого района

Mp=' (жилой район) ';

elseif M==2

Famp=66.19-11.987*log(f); % дБ – медианное значение коэффициента промышленного шума для сельской местности

dFamp=7.27; % дБ – стандартное отклонение коэффициента промышленного шума для сельской местности

Fap=Famp+7.27; % дБ – коэффициент промышленного шума для сельской местности

Mp=' (сельская местность) ';

end

Eppd=Fap+20*log10(f)+10*log10(df)-99; % дБ/мкВ/м – напряженность поля помехи в точке приема для заданного df

Eppm=Famp+20*log10(f)+10*log10(df)-99; % дБ/мкВ/м – медианное значение напряженности поля помехи в точке приема для заданного df

dEpp=dFamp+20*log10(f)+10*log10(df)-99; % дБ/мкВ/м – стандортное отклонение от медианного значения напряженности поля помехи в точке приема для заданного df

kp=10^(dEpp/20)/10^(Eppm/20); % коэффициент

Epp=10^(Eppd/20); % мкВ/м – напряженность поля помехи в точке приема

Eppa=Epp*hde; % мкВ – эдс помехи, наводимая в эквивалентной антенне

Upp=Kp^(1/2)*Eppa*Rf/(Ra+Rf); % мкВ – амплитуда промышленной помехи на выходе реальной антенны

Ppp=Upp^2/Rf; % мкВт – мощность промышленной помехи

Uppm=Upp/(1+kp); % медианное изначение напряжения промышленной помехи на выходе реальной антенны

sigp=Uppm*kp; % стандартное отклонение напряжения промышленной помехи на выходе реальной антенны от медианного значения

sigpx=2*sigp; % стандартное отклонение моделируемого процесса с нормальным распределением

mopx=4*(Uppm-sigp/(2*pi)^(1/2)); % мат. ожидание моделируемого процесса

h02p=P/Ppp; % раз отношение с/ш на входе приемника

Ppd=10*log10(1/h02p); % дБ требуемый уровень помехи относительно сигнала для имитации канала связи

disp([' Промышленная помеха. Нормальное распределение.', Mp]);

disp(['Ppp=', num2str(Ppp),' мкВт (мощность промышленной помехи)']);

disp(['h02p=', num2str(h02p),' раз (отношение с/ш)']);

disp(['sigpx=', num2str(sigpx),' (требуемое стандартное отклонение моделируемого процесса)']);

disp(['mopx=', num2str(mopx),' (требуемое мат. ожидание моделируемого процесса)']);

disp(['Ppd=', num2str(Ppd),' дБ (требуемая мощность промышленной помехи относительно мощности входного сигнала для имитации канала связи)']);

% суммарная помеха

h02s=P/(Pp+Ppg+Ppp); % раз отношение с/ш на входе приемника по упрощенной формуле

c=4.343;

a1=exp(Fama/c+dFama^2/(2*c^2)); % частные промежуточные коэффициенты

a2=exp(Famg/c+dFamg^2/(2*c^2));

a3=exp(Famp/c+dFamp^2/(2*c^2));

at=a1+a2+a3; % промежуточный коэффициент

bt=a1^2*(exp(dFama^2/(2*c^2))-1)+a2^2*(exp(dFamg^2/(2*c^2))-1)+a3^2*(exp(dFamp^2/(2*c^2))-1); % промежуточный коэффициент

sigmt=c*(log(1+bt/at^2))^1/2; % стандартное отклонение коэффициента шума от медианного значения

Famt=c*(log(at)-sigmt^2/(2*c^2)); % медианное значение коэффициента шума

Fat=Famt+sigmt;% действующее значение коэффициента шума

Eptd=Fat+20*log10(f)+10*log10(df)-99; % дБ/мкВ/м – действующее значение напряженности поля помехи в точке приема для заданного df

Eptm=Famt+20*log10(f)+10*log10(df)-99; % дБ/мкВ/м – медианное значение напряженности поля помехи в точке приема для заданного df

dEpt=sigmt+20*log10(f)+10*log10(df)-99; % дБ/мкВ/м – стандортное отклонение от медианного значения напряженности поля помехи в точке приема для заданного df

kt=10^(dEpt/20)/10^(Eptm/20); % коэффициент

Ept=10^(Eptd/20); % мкВ/м – действующее значение напряженности поля помехи в точке приема для заданного df

Epta=Ept*hde; % мкВ – эдс суммарной помехи, наводимая в эквивалентной антенне

Upt=Kp^(1/2)*Epta*Rf/(Ra+Rf); % мкВ – амплитуда суммарной помехи на выходе реальной антенны

Ppt=Upt^2/Rf; % мкВт – мощность суммарной помехи

Uptm=Upt/(1+kt); % медианное изначение напряжения суммарной помехи на выходе реальной антенны

sigt=Uptm*kt; % стандартное отклонение напряжения суммарной помехи на выходе реальной антенны от медианного значения

sigtx=sigt; % стандартное отклонение моделируемого процесса с нормальным распределением

motx=2*(Uptm-sigt/(2*pi)^(1/2)); % мат. ожидание моделируемого процесса

h02t=P/Ppt;

Ptd=10*log10(1/h02t); % дБ требуемый уровень помехи относительно сигнала для имитации канала связи

disp(' Суммарная помеха. Полунормальное распределение.');

disp(['h02s=', num2str(h02s),' раз (отношение с/ш по упрощенной формуле)']);

disp(['Ppt=', num2str(Ppt),' мкВт (мощность суммарной помехи)']);

disp(['h02t=', num2str(h02t),' раз (отношение с/ш по формуле для суммарной помехи)']);

disp(['sigtx=', num2str(sigtx),' (требуемое стандартное отклонение моделируемого процесса)']);

disp(['motx=', num2str(motx),' (требуемое мат. ожидание моделируемого процесса)']);

disp(['Ptd=', num2str(Ptd),' дБ (требуемая мощность суммарной помехи относительно мощности входного сигнала для имитации канала связи)']);

Приложение Б

Инструкция по работе с программой

KVkanal

Программа KVkanal работает в среде MATLAB 2011. Для подготовки исходных данных нужно иметь распечатку оперативного прогноза по данным с сети ионосферных станций ИЗМИРАН и рекомендации МСЭ-R P.372-9 (Радиошум).

Подготовка исходных данных заключается в определении по распечатке оперативного прогноза даты и времени проведения сеанса связи, координат размещения радиоприемного устройства, дальности связи, рабочей частоты, напряженности поля сигнала в точке приема, угла прихода сигнала, и определении по рекомендациям МСЭ-R P.372-9 медианного значения коэффициента атмосферного шума, стандартного отклонения коэффициента атмосферного шума, и превышение напряжения помехи над медианным значением. Пример распечатки оперативного прогноза приведен на рис. 1.

Рисунок 1. Пример распечатки оперативного прогноза

Координаты приемника

широта/долгота

Время сеанса связи

Дата сеанса связи

Частота

Напряженность поля

Угол прихода сигнала

Дальность связи

По распечатке оперативного прогноза выбирается оптимальное модовое распространение (обычно по максимальному значению напряженности поля в точке приема) и для него определяется рабочая частота, которая должна выбираться как можно ближе к максимально применимой частоте (МПЧ) для обеспечения минимального затухания сигнала. Остальные параметры определяются исходя из выбранного модового распространения.

Далее, исходя из даты и времени сеанса связи в рекомендациях

МСЭ-R P.372-9 [3] на рис. 15а – 38а выбирается нужная карта мира, соответствующая требуемому времени года и временному интервалу, по которой определяется ожидаемое медианное значения коэффициента фоновых атмосферных радиошумов Fam(дБ) выше kT0b, на частоте 1 МГц для заданных координат расположения радиоприемника. Рядом с найденной картой в рекомендациях находятся рисунки с таким же номером, что и карта, но с индексами «b» и «c», соответствующие требуемому времени года и временному интервалу. Используя графики, изображенные на рисунке «b», по найденному на предыдущем шаге значению Fam(дБ) выше kT0b, на частоте

1 МГц, находим значение Fam(дБ) для заданной рабочей частоты, а по графику «с» – значение стандартного отклонения σFam(дБ) для выбранной рабочей частоты. Все определенные выше параметры следует ввести в программу в качестве исходных данных.

Остается определить еще один параметр исходных данных А0(дБ), соответствующий превышению напряжения помехи относительно медианного значения для заданной надежности связи. Для этого по графикам «с» находим медианное отклонение напряжения Vdm(дБ) и его стандартное отклонение σVd(дБ) при b=200 Гц. Затем находим отклонение напряжения от медианного значения Vd для b=200 Гц по формуле:

Vd(дБ)=Vdm(дБ)+σVd(дБ).

По графику, приведенному в рекомендациях МСЭ-R P.372-9 рис.40 находим отклонение напряжения от среднего значения Vdb(дБ).для нужного отношения заданной полосы пропускания приемника к полосе пропускания в 200 Гц.

По графику, приведенному в рекомендациях МСЭ-R P.372-9 рис.39 находим искомое превышение напряжения помехи относительно медианного значения А0(дБ) для заданного процента времени превышения ординаты, под которым следует понимать допустимый процент времени нарушения связи. Полученное значение А0(дБ) и заданное значение полосы пропускания приемника вводим в программу в качестве исходных данных.

Определяемся с типом приемной антенны (полуволновой вибратор или волновой) и категорией среды в месте приема (жилой район или сельская местность), и вводим эти параметры в исходные данные. При необходимости можно в исходных данных подкорректировать чувствительность приемника. Остальные исходные данные можно не изменять.

Запускаем программу на исполнение, для чего в окне Editor щелкаем мышкой по зеленому значку с изображением треугольника, и в окне Command Window смотрим результаты вычислений.

<<1 2 3

На страницу:

Перейти

3 из 3