Media transmisyjne
Wykład 6:
Metody obliczeń
propagacyjnych – VHF/UHF
.
dr inż. Jarosław J. Janiszewski
p. 906 C-5, tel. 3202559
jaroslaw.janiszewski@pwr.wroc.pl
Media transmisyjne
Wykład 6:
Metody obliczeń
propagacyjnych – VHF/UHF
.
dr inż. Jarosław J. Janiszewski
p. 906 C-5, tel. 3202559
jaroslaw.janiszewski@pwr.wroc.pl
Jarosław M. Janiszewski - Media transmisyjne
2
Rec. ITU-R P.370-7
Krzywe propagacyjne – obliczanie natężenia pola – dla służb rozsiewczych w
zakresie częstotliwości 30 – 1000 MHz
30 – 250 MHz i 450 – 1000 MHz
Moc 1 kW promieniowana przez dipol półfalowy
Uwzględniają warunki klimatyczne – ląd (różne kontynenty: Europa,
Ameryka Płn.), ciepłe i zimne morze (Morze Śródziemne, Morze Północne)
Wysokość efektywna zawieszenia anteny nadawczej – wyznaczana od
średniego poziomu gruntu o odległości 3 – 15 km od anteny w kierunku
odbiornika
Nieregularność terenu opisuje parametr
∆h
Metoda obliczeń natężenia pola dla tras mieszanych lądowo-morskich
Antena odbiorcza na wysokości 10 m, nad lokalnym terenem
Poprawka na zmiany wysokości anteny odbiorczej w zakresie 1,5 – 40 m
Możliwość uwzględnienia tłumienia wprowadzanego przez lasy i roślinność
Kąt przesłony terenowej – teren w pobliżu anteny odbiorczej
Krzywe reprezentują natężenia pola przekraczane w 50% miejsc (otoczenie 200
x 200 m) dla różnych procentów czasu
Jarosław M. Janiszewski - Media transmisyjne
3
Rec. ITU-R P.370-7
Wysokość skuteczna anteny nadawczej (h
1
)
Krzywe dla wysokości 37,5 m
– 1200 m
Dla wysokości - interpolacja
liniowa
h
a
h
1
3 km
15 km
Średnia wysokość
terenu
Dla wysokości h
1
mniejszej od 37,5 m, w odległości x
Gdzie: E [dB(
µV/m), x [km], h
1
[m]
(
)
[
]
5
,
37
;
1
,
4
25
)
,
(
1
1
h
x
E
h
x
E
−
+
=
)
5
,
37
;
25
(
)
5
,
37
;
1
,
4
(
)
5
,
37
;
(
)
,
(
1
1
E
h
E
x
E
h
x
E
+
−
=
1
1
,
4
h
x
≥
1
1
,
4
h
x
<
Jarosław M. Janiszewski - Media transmisyjne
4
Rec. ITU-R P.370-7
Wysokość skuteczna anteny nadawczej (h
1
)
Dla wysokości h
1
większej od 1200 m, w odległości x
Gdzie: E [dB(
µV/m), x [km], h
1
[m]
odległość do horyzontu radiowego
Wartości uzyskane nie mogą przekroczyć wartości dla swobodnej przestrzeni
Skuteczny kąt przesłaniania – dla anteny nadawczej stosowany, gdy h
1
ujemna
(
)
[
]
1200
;
1
,
4
142
)
,
(
1
1
h
x
E
h
x
E
−
+
=
)
1200
;
142
(
)
1200
;
1
,
4
(
)
1200
;
(
)
,
(
1
1
E
h
E
x
E
h
x
E
+
−
=
1
1
,
4
h
x
≥
1
1
,
4
h
x
<
1
1
,
4
h
Ujemna wysokość
skuteczna
Jarosław M. Janiszewski - Media transmisyjne
5
Rec. ITU-R P.370-7
Skuteczny kąt przesłaniania
Effective clearance angle
3 km
9 km
15 km
h
α
effective terrain clearance angle
α:
h: effective antenna height (negative)
Wartość natężenia pola z
krzywych wyznaczona jak dla
h
1
= 0 m i pomniejszona o
poprawkę dla kąta przesłaniania
α
Kąt przesłaniania
α wyznaczony
jako arctan (h/9000)
9000 m, to środek przedziału
3 – 15 km
Jarosław M. Janiszewski - Media transmisyjne
6
Rec. ITU-R P.370-7
Kąt przesłony terenowej
Stosowany w celu polepszenia dokładności uwzględnienia wpływu terenu w
otoczeniu anteny odbiorczej
Należy stosować zamiast
∆h – jeżeli to możliwe
Dla kątów spoza przedziału (–20
°,8 °) – ekstrapolacja liniowa (patrz Rec. 370-7)
θ
θ
Terrain clearance angle
16 km
10
m
10
m
θ negative
θ positive
20
10
0
– 10
– 20
– 30
– 40
– 20
– 15
– 10
– 5
0
5
IGURE 17
Terrain clearance angle correction factor
UHF
VHF
Co
rr
ec
tio
n(
dB
)
Clearance angle, θ (degrees)
Jarosław M. Janiszewski - Media transmisyjne
7
Rec. ITU-R P.370-7
Zmiana wysokości zawieszenia anteny odbiorczej
Krzywe dla h
2
= 10 m
Zmiana wysokości h
2
w przedziale 1,5 – 40 m – poprawka w odniesieniu do h
2
=
10 m
Gdzie współczynnik c
=
10
log
20
8
)
(
2
h
c
dB
Heightgain
Typical height gain factors, c
Zone VHF
(dB)
UHF
(dB)
Rural 4
4
Suburban 5 6
Urban 6 8
Jarosław M. Janiszewski - Media transmisyjne
8
Rec. ITU-R P.370-7
Nierównomierność terenu –
parametr
∆h
Krzywe dla
∆h = 50 m
Definicja
∆h - rysunek
Mapa parametru
∆h dla Polski
10
0
50 km
90%
10%
∆h
Distance from transmitter
Application of the parameter ∆h for broadcasting services
Jarosław M. Janiszewski - Media transmisyjne
9
Rec. ITU-R P.370-7
Współczynnik korekcyjny
uwzględniający pofałdowanie
terenu dla zakresu 80-250
MHz (pasmo II i III)
Współczynnik korekcyjny
uwzględniający pofałdowanie
terenu dla zakresu 450 - 1000
MHz (pasmo IV i V)
30
25
20
15
10
5
0
– 5
– 10
50
100
150
200
250
300
10
10
20
30
50
80
100
150
300
500
∆h (m ) =
At
ten
ua
ti
on
co
rr
ec
tion
fa
ct
or
(d
B)
Distance, d (km)
Attenuation correction factor as a function of the distance d (km) and ∆h
Frequency: 80-250 MHz (Bands II and III)
30
25
20
15
10
5
0
– 5
– 10
0
50
100
150
200
250
300
10
10
30
50
100
300
80
20
150
500
∆
h
(m) =
A
tte
nu
at
io
n
co
rr
ec
ti
on
fa
ct
or
(d
B
)
Attenuation correction factor as a function of the distance d (km) and ∆h
Distance, d (km)
Frequency: 450-1 000 MHz (Bands IV and V)
20
20
dB
dB
Jarosław M. Janiszewski - Media transmisyjne
10
Rec. ITU-R P.370-7
Natężenie pola przekraczane w innych niż 50% miejsc
20
15
10
5
0
– 5
– 10
– 15
– 20
1 2
5
10
20
30
40
50
60
70
80
90 95
98 99
Ratio (dB) of the field strength for a given percentage of the receiving
locations to the field strength for 50% of the receiving locations
R
ati
o
(d
B)
Percentage of receiving locations
Frequency: 30-250 MHz (Bands I, II and III)
Digital systems
(>1.5 MHz bandwidth)
Analogue systems
1 2
5
10
20
30
40
50
60
70
80
90
95
98 99
40
30
20
10
0
– 10
– 20
– 30
– 40
Ratio (dB) of the field strength for a given percentage of the receiving
locations to the field strength for 50% of the receiving locations
R
atio
(d
B)
Percentage of receiving locations
Frequency: 450-1 000 MHz (Bands IV and V)
Analogue systems
Digital systems
(>1.5 MHz bandwidth)
Jarosław M. Janiszewski - Media transmisyjne
11
Rec. ITU-R P.370-7
Trasy mieszane lądowo-morskie
W pasmie UHF, dla procentów czasu
<10%
E
m,t
– natężenie pola dla trasy mieszanej dla t%
czasu
E
l,t
– natężenie dla trasy lądowej o długości równej
trasie mieszanej dla t% czasu
E
s,t
– natężenie dla trasy morskiej o długości równej
trasie mieszanej dla t% czasu
A – współczynnik korekcyjny zależny od stosunku
długości odcinka morskiego do całkowitej
długości trasy (wykres)
W pasmie VHF i UHF, dla procentów
czasu
≥10%
E
m,t
– natężenie pola dla trasy mieszanej dla t%
czasu
E
i,t
– natężenie dla trasy w sekcji i o długości
równej trasie mieszanej dla t% czasu
d
i
– długość trasy w sekcji i
d
T
– całkowita długość trasy
1 %
5 %
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Interpolation for mixed land/sea paths
In
te
rp
ol
ati
on
fac
to
r,
A
Fraction of path over sea
)
(
,
,
,
,
t
l
t
s
t
l
t
m
E
E
A
E
E
−
+
=
∑
=
i
t
i
T
i
t
m
E
d
d
E
,
,
Jarosław M. Janiszewski - Media transmisyjne
12
Rec. ITU-R P.370-7
Krzywe propagacyjne –
Oddzielnie dla pasma 30 – 250 MHz i 450 – 1000 MHz
Moc 1 kW promieniowana przez dipol półfalowy
Ląd, morze, zimne morze, ciepłe morze
50% miejsc
50, 10, 5 i 1% czasu
10 m – wysokość anteny odbiorczej
37,5 m, 75 m, 150 m, 300 m, 600 m, 1200m – wysokość anteny nadawczej -
rodziny krzywych
Linia przerywana natężenie pola w swobodnej przestrzeni
∆h = 50 m
Jarosław M. Janiszewski - Media transmisyjne
13
Rec. ITU-R P.370-7
10
20
50
200
100
1 000
800
600
400
90
80
70
60
40
30
20
10
0
– 10
– 20
– 30
– 40
– 50
50
h = 150 m
1
h = 75 m
1
h = 600 m
1
h = 300 m
1
h = 1 200 m
1
h = 37.5 m
1
Fi
el
d
st
ren
gt
h
(d
B
(
µ
V
/m
))
Logarithmic scale
Linear scale
Distance (km)
Free space
Frequency:
2
450-1 000 MHz (Bands IV and V); land; 50% of the time;
50% of the locations; h = 10 m; ∆ h = 50 m
D16
Przykład 1
-
wysokość masztu 80 m (od stopy
masztu)
-
Umieszczona na górze 700 m n.p.m.
-
Średnia wyskość terenu (3 – 15 km)
wynosi 180 m
-
Nadajnik 25 kW
-
Zysk anteny 40 (względem dipola
λ/2)
-
Pofałdowanie terenu
∆h = 300 m
(teren podgórski)
Określić natężenie pola w odległości 200
km
Jarosław M. Janiszewski - Media transmisyjne
14
Rec. ITU-R P.370-7
10
20
50
200
100
1 000
800
600
400
90
80
70
60
40
30
20
10
0
– 10
– 20
– 30
– 40
– 50
50
h = 150 m
1
h = 75 m
1
h = 600 m
1
h = 300 m
1
h = 1 200 m
1
h = 37.5 m
1
Fi
el
d
st
ren
gt
h
(d
B
(
µ
V
/m
))
Logarithmic scale
Linear scale
Distance (km)
Free space
Frequency:
2
450-1 000 MHz (Bands IV and V); land; 50% of the time;
50% of the locations; h = 10 m; ∆ h = 50 m
D16
15
15
dB
dB
Przykład 1 c.d.
-
zastępcza moc promieniowana przez dipol
półfalowy
25 x 40 = 1000 kW
⇒ 30 dB
-
wysokość zawieszenia anteny nadawczej (3
– 15 km)
700 + 80 – 180 = 600 m
-
wartość natężenia pola (
∆h = 50 m)
z krzywych w odległości 200 km
⇒ 15 dB
-
poprawka na
∆h = 300 m, dla odległości
200 km
⇒ 10 dB
-
Wartość natężenia pola, przy której zasięg
E
200
(50,50) - p
∆h + p
moc
=
= 15 – 10 + 30 = 35 dB (
µV/m)
Jarosław M. Janiszewski - Media transmisyjne
15
Rec. ITU-R P.370-7
10
20
50
200
100
1 000
800
600
400
90
80
70
60
40
30
20
10
0
– 10
– 20
– 30
– 40
– 50
50
h = 150 m
1
h = 75 m
1
h = 600 m
1
h = 300 m
1
h = 1 200 m
1
h = 37.5 m
1
Fi
el
d
st
ren
gt
h
(d
B
(
µ
V
/m
))
Logarithmic scale
Linear scale
Distance (km)
Free space
Frequency:
2
450-1 000 MHz (Bands IV and V); land; 50% of the time;
50% of the locations; h = 10 m; ∆ h = 50 m
D16
Przykład 2
-
wysokość masztu 80 m (od stopy masztu)
-
Umieszczona na górze 700 m n.p.m.
-
Średnia wyskość terenu (3 – 15 km) wynosi
180 m
-
Nadajnik 25 kW
-
Zysk anteny 40 (względem dipola
λ/2)
-
Pofałdowanie terenu
∆h = 300 m (teren
podgórski)
Określić zasięg
-
wartość graniczna natężenia pola 67
dB(
µV/m)
Jarosław M. Janiszewski - Media transmisyjne
16
Rec. ITU-R P.370-7
10
20
50
200
100
1 000
800
600
400
90
80
70
60
40
30
20
10
0
– 10
– 20
– 30
– 40
– 50
50
h = 150 m
1
h = 75 m
1
h = 600 m
1
h = 300 m
1
h = 1 200 m
1
h = 37.5 m
1
Fi
el
d
st
ren
gt
h
(d
B
(
µ
V
/m
))
Logarithmic scale
Linear scale
Distance (km)
Free space
Frequency:
2
450-1 000 MHz (Bands IV and V); land; 50% of the time;
50% of the locations; h = 10 m; ∆ h = 50 m
D16
57
57
dB
dB
90 km
90 km
60 km
60 km
Przykład 2 c.d.
-
zastępcza moc promieniowana przez dipol
półfalowy
25 x 40 = 1000 kW
⇒ 30 dB
-
wysokość zawieszenia anteny nadawczej (3
– 15 km)
700 + 80 – 180 = 600 m
-
wartość natężenia pola (
∆h = 50 m)
67 – 30 = 37 dB, odległość z krzywych 90
km
-
poprawka na
∆h = 300 m, dla odległości 90
km
⇒ 20 dB
-
Wartość natężenia pola, przy której zasięg
67 – 30 + 20 = 57 dB
- Zasięg wynosi 55 km
Jarosław M. Janiszewski - Media transmisyjne
17
Rec. ITU-R P.529-3
Prediction Methods for the Terrestrial Land Mobile Service
in th VHF an UHF Bands
Krzywe propagacyjne –
Oddzielnie dla pasma 30 – 250 MHz i pasm 450 i 900 MHz
30 –250 MHz (a) – krzywe dla 50 % miejsc i 50,10 i 1% czasu
450 i 900 MHz (b) – krzywe dla 50% miejsc i 50% czasu
Moc zastępcza 1 kW
Wysokość skuteczna zawieszenia anteny nadawczej (definiowana jak w Rec.
370) –
(a) – 10, 20, 37,5, 75, 150, 300, 600 m
(b) - 30, 50, 70, 100, 150, 200, 300, 450, 600, 800, 1000 m
1,5 m – wysokość anteny odbiorczej nad poziomem terenu
450 i 900 MHz – krzywe dla obszarów zabudowanych
Linia przerywana natężenie pola w swobodnej przestrzeni
∆h = 50 m
Jarosław M. Janiszewski - Media transmisyjne
18
Rec. ITU-R P.529-3
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
– 10
110
100
1
2
5
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
h = 1 000 m
1
h = 800 m
1
h = 600 m
1
h = 450 m
1
h = 300 m
1
h = 200 m
1
h = 150 m
1
h = 100 m
1
h = 70 m
1
h = 50 m
1
h = 30 m
1
Field strength (dB(µV/m)) for 1 kW e.r.p.
Field streng
th
(d
B(
µV/m))
Logarithmic scale
Linear scale
Distance (km)
Free space
Frequency ≈ 450 MHz; urban area; 50% of the time;
50% of the locations; h
2
= 1.5 m
Jarosław M. Janiszewski - Media transmisyjne
19
Rec. ITU-R P.529-3
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
– 10
110
100
1
2
5
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
h = 1 000 m
1
h = 800 m
1
h = 600 m
1
h = 450 m
1
h = 300 m
1
h = 200 m
1
h = 150 m
1
h = 100 m
1
h = 70 m
1
h = 50 m
1
h = 30 m
1
Field strength (dB(µV/m)) for 1 kW e.r.p.
Field streng
th
(d
B(
µV/m))
Logarithmic scale
Linear scale
Distance (km)
Free space
Frequency ≈ 900 MHz; urban area; 50% of the time;
50% of the locations; h
2
= 1.5 m
Jarosław M. Janiszewski - Media transmisyjne
20
Rec. ITU-R P.529-3
Dla krzywych z zakresów 450 i 900 MHz obowiązuje równanie Okumury-
Haty - można je stosować dla częstotliwości do 2 GHz i odległości do 20 km
b
R
h
h
a
h
f
E
log
)
log
55
,
6
9
,
44
(
)
(
log
82
,
13
log
16
,
6
55
,
65
1
2
1
−
−
+
+
−
=
Gdzie:
E – natężenie pola dla zastępczej mocy promieniowanej 1 kW
f – częstotliwość [MHz]
h
1
– wysokość skuteczna anteny stacji bazowej z zakresu 30 – 200 m
h
2
– wysokość anteny stacji ruchomej z przedziału 1 – 10 m
a(h
2
) = (1,1 logf – 0,7)h
2
– (1,56 logf – 0,8)
b = 1
dla R
≤ 20 km
dla 20 km < R < 100 km
8
,
0
1
3
4
20
log
)
10
07
,
1
10
87
,
1
14
,
0
(
1
⋅
+
⋅
⋅
+
+
=
−
−
R
h
f
b