Є І Габрусенко - Аналіз впливу теплових втрат у ближній зоні терміналу на розбіжність зон досяжності стільникового зв'язку - страница 1

Страницы:
1 

УДК 621.396.93(045)

Є.І.ГАБРУСЕНКО, Г.Ю.ЛАВАНОВ, М.О.ЛАВАНОВА Національний авіаційний університет

 

АНАЛІЗ ВПЛИВУ ТЕПЛОВИХ ВТРАТ У БЛИЖНІЙ ЗОНІ ТЕРМІНАЛУ НА РОЗБІЖНІСТЬ ЗОН ДОСЯЖНОСТІ СТІЛЬНИКОВОГО ЗВ'ЯЗКУ

 

Постановка завдання. Потреба в аналізі залежності розбіжності зон досяжності у напрямках база-термінал та термінал-база від параметрів навколишнього середовища актуальна, оскільки існуючі методики прогнозування зон покриття не враховують цієї розбіжності, що призводить до створення суттєвого інформаційного надлишку у каналах зв'язку та передачі даних. Вказаний фактор обумовлює поширення радіохвиль поза призначенням та виникнення взаємних радіозавад неприпустимих рівнів, що може призвести до зниження рівня інформаційної безпеки каналів у цілому.

Обґрунтування методу. Зона досяжності являє собою частину ділянки місцевості усередині замкненої лінії рівної напруженості на рівні чутливості приймального пристрою. Усі необхідні розрахунки викладені в роботі [1], де містяться способи оптимізації параметрів базових станцій та терміналів з метою усунення розбіжності зон досяжності у напрямах термінал-база та база-термінал. Оптимальный режим стійкого двостороннього зв'язку може бути забезпечений за умови узгодження радіусів зон   покриття    напрямків база-

 

термінал rb та термінал-база rt, тобто  rb rt = 0. В кожному конкретному

випадку розташування обладнання стільникового зв' язку, необхідно забезпечити виконання вказаних умов шляхом відповідного вибору значення енергоємностей каналів. Для цього, в попередній статті [1] авторами обґрунтовано спосіб балансу енергоємностей каналу у напрямах термінал-база та база-термінал у вигляді такого співвідношення:де Eb та Et - значення чутливості бази та терміналу, Pb та Pt - їхніх потужностей, Hb та Ht - висоти відповідних антен, Vb та Vt - множники ослаблення поширення радіохвиль у напрямах база-термінал та термінал-база відповідно. Саме відмінності значень множників ослаблення у вказаних напрямах обумовлюють розбіжність зон досяжності, що у значній мірі викликано наступним фактором. Антена базової станції розташовуються зазвичай в умовах відсутності перешкод у межах ближньої зони (зони індукції), яка у радіусі складає 5.. .10 робочих довжин хвиль. При цьому антена терміналу зазвичай розташовується в умовах наявності перешкод у межах ближньої зони, оскільки умови розташування антени терміналу визначаються пересуванням та розташуванням користувача на реальній місцевості.

Співвідношення (1) слід розглядати як сімейство функцій та відповідних графіків, кожен з яких відображує, наприклад, залежність Et = f (Pt) при

фіксованому значенні E^^Pb , тобто (1) можна перетворити до такого вигляду:

EbHbVb4Fb HtVtJP


(2)

При цьому, експлуатант системи стільникового зв' язку, виходячи з конкретних умов та характеристик обладнання, має можливість будувати за формулою (2) власні номограми залежностей конкретної пари параметрів при фіксованих

 

значеннях інших параметрів для рішення задачі мінімізації типу rb rt = 0.

Приклади таких номограм авторами представлені у статті [1], де значення множників ослаблення були прийняті орієнтовно. Уточнення цих значень може бути здійснено шляхом аналізу теплового розсіювання потужності терміналу на перешкодах, що знаходяться в його ближній зоні.

-          Аналіз теплових втрат потужності у ближній зоні може бути реалізований у такому порядку:за величиною напруженості поля випромінювання терміналу, в залежності від відстані до перешкоди, визначається поверхнева густина

індукційного струму провідності j у цій перешкоді;

-          за значеннями j та питомої провідності перешкоди g визначається густина потужності теплових втрат, яка є мірою ослаблення корисної потужності сигналу.


Для аналізу струмів провідності, що створюються хвилею передавача терміналу, розглянемо найпростіший випадок взаємодії між антеною та елементарним провідниковим стрижнем (рис.1) [2, 3], де приймемо такі позначення: /, /' - послідовні координати, що відлічується уздовж певної осі L; r(l) - радіус-вектор точки на осі L; a(l) - радіус провідникового стрижня.

За допомогою класичних рівнянь Максвела густина струму провідності для даної ситуації визначається співвідношенням

J = gE (dR(l, l')),де g - питома провідність, Е - вектор напруженості хвилі.

Е ) = \ і

Таким чином, задача зводиться до визначення функції розподілу струму по провідниковому стрижню при відомому значенню напруженості поля антени терміналу. Для цього необхідно розв'язати таке рівняння Поклінгтона:

di'

I '),

d2G(l, Ґ)

щео

щм0G(i, і і)

dldl'

 

 

де функція Гріна визначається співвідношенням [3]

e


—івЯ /)


Я(і, Ґ) = J r (і) r (і Т + a 2 0

 

а через I позначено шукану функцію розподілу струму, в = 2л/Х - хвилеве число, ю - циклічна частота, X - довжина хвилі, fi0 та є0 - магнітна і діелектрична сталі. При цьому один з провідникових стрижнів є активним випромінювачем, а інтегрування здійснюється уздовж контуру L, що утворюється сукупністю осей провідникових стрижнів.

Наведені рівняння Поклінгтона можуть бути розв'язані чисельними методами в програмних середовищах, які для даного конкретного випадку при умові, що довжина елементу провідника менше діаметру в 4 рази, наведено на рис. 2, де окремими кривими на комплексній площині у відносних величинах показані дійсна та уявна частина комплексної амплітуди густини струму.

Далі, за визначеною величиною густини струму провідності j, що створюється у перешкоді хвилею випромінювання терміналу, та питомої провідності перешкоди g, можна визначити потужність теплових втрат за такою відомою формулою

 

 

Т g,

на величину якої зменшується потужність випромінювання терміналу

P = P P

1        1 0        T ?


де Р0 - вихідна потужність випромінювання передавального пристрою терміналу.

Таким чином, у першому наближенні величину коеффіцієнта втрат VT потужності випромінювання при взаємодії випромінювача з провідниковими перешкодами у межах ближньої зони, що обумовлюється індукційною взаємодією, можна визначити за такою формулою:

 

 

 

 

1 P

1 0

 

 

Підкреслимо, що саме антена терміналу систем стільникового зв' язку та передаі даних знаходиться в умовах індукційної взаємодії по ближньому полю з оточуючими предметами (перешкодами), які мають провідникові властивості. При цьому в ближній зоні антени базової станції таких перешкод не повинно бути згідно вимог інструкції з експлуатації. Таким чином, при обчисленні результуючого множника ослаблення радіохвиль в напрямку термінал-базанеобхідно враховувати додаткові теплові втрати індукційної взаємодії, які відсутні для напрямку база-термінал. У подальшому передбачається дослідити кількісні характеристики урахування теплових втрат індукційної взаємодії поля антени терміналу з провідниковими перешкодами в ближній зоні. Висновки.

1.  Розбіжність зон досяжності у напрямках база-термінал та термінал-база
обумовлює небажаний інформаційний надлишок у каналах зв'язку та передачі
даних, а також високі рівні взаємних радіозавад. Це призводить до погіршення
умов інформаційної безпеки каналів стільникового зв' язку та передачі даних.

2.    При аналізі та прогнозуванні поширення радіохвиль для систем
стільникового зв' язку або передачі даних необхідно враховувати індукційні
(теплові) втрати потужності випромінювання терміналу в ближній зоні його
антени, які відсутні в ближній зоні антени базової станції. Така обставина
обумовлює несиметричність радіотрас в напрямках термінал-база та база-
термінал.

3.  Для запобігання розбіжності між зонами досяжності у напрямках база-
термінал та термінал-база пропонується оптимізувати вибір значень потужності
відповідних передавальних пристроїв та чутливості приймальних пристроїв з
урахуванням несиметричності радіотрас база-термінал та термінал-база.

 

 

Список літератури

1.    Габрусенко Є.І., Павлов В.Г., Захаров Д.М., Меньша А.О. Мінімізація розбіжності зон досяжності у напрямках база-термінал та термінал-база систем стільникового зв'язку. Сб. наук. праць НАУ «Сучасні проблеми захисту інформації з обмеженим доступом»; вип.16, 2009 р., с. 32-37.

2.    Стрижов В.А. Математическое моделирование электродинамических процессов в проволочных антеннах. Математическое моделирование. Т.1 №8 1989. - с.128-138

3.    Левитов Л. С., Шитов А. В. Функции Грина. Задачи с применениями. Москва: Физматлит, 2002. - с.352.

Страницы:
1 


Похожие статьи

Є І Габрусенко - Аналіз впливу теплових втрат у ближній зоні терміналу на розбіжність зон досяжності стільникового зв'язку