Волков И.Ю. гр. 218

2016 г.

 

         Некоторые ссылки:

 

В данном обзоре мы пройдемся по функциям (вкладкам) программы RadioWORKS, предназначенной для анализа радиоволн, расчета различных моделей распространения радиоволн и некоторых других параметров. Краткий обобщенный обзор данного ПО был представлен в предыдущей части обзора.

Ввиду особенностей интерфейса программы, который представляет собой набор различных вкладок, и для уменьшения объема обзора к статье не прикладываются скриншоты программы, по-скольку текстового описания и заголовков вполне хватит для навигации в интерфейсе.

По-скольку какая-либо информация о программе на русском языке отсутствует. Обзор представляет собой краткую инструкцию (без подробного описания используемых формул) к приложению. Для поиска описания той или иной вкладки (по-сути, некоторой функции) нажмите Ctrl+F и введите английское название вкладки.

 

Вы можете навести указатель мыши на любое поле ввода в приложении, чтобы увидеть допустимые пределы  изменения величины в поле. Так же, вы можете в любой момент нажать желтую иконку с вопросительным знаком в правом-верхнем углу программы для получения контекстной справки.

Так же вы можете нажать на красную иконку гаечного ключа для того чтобы открыть параметры программы. В окне настройки вы можете поменять единицы измерения «Units of Measurement» на метрическую «Metric». После выбора метрической системы измерения все расчеты, которые вы до этого проводили в программе, автоматически пересчитаются в метрическую систему.

Вы можете получить распечатку изображение окна программы путем нажатия зеленой иконки принтера в правом-верхнем углу программы. Если вы нажмете эту кнопку при просмотре инструкций или деталей использования «Instruction / Usage Details», будет распечатана копия этой инструкции. Так же, если вы нажмете эту кнопку при просмотре графиков или карт будет распечатано изображения графика или карты.

 

Вкладка информация о частоте (Frequency Information)

 

Введите частоту (в МГц) и нажмите кнопку «Get Details» получить детали. Будет показана  различная информация о введенной частоте.

Интервал поддерживаемых частот: от 1 Гц до 300 ГГц

 

Вкладка расчета потерь (Path Loss Calculators)

Вкладка Общая информация о методах расчета (Calculator Info)

 

На данной вкладке вы можете увидеть основные параметры различных методов расчета потерь, поддерживаемых программой, такие как:

·        Максимальное расстояние «Maximum Distance»;

·        Минимальное расстояние «Minimum Distance»;

·        Максимальная частота «Maximal Frequency»;

·        Минимальная частота «Minimum Frequency».

 

После того как вы выберете необходимую методику расчета дважды кликнете на ее названии в таблице для перехода ко вкладке расчета.

 

Модель потерь в свободном пространстве (Free Space Model)

 

Модель потерь в свободном пространстве рассчитывает затухание радиоволны при движении через свободное пространство, такое как космос или вакуум. Оно основывается на том, что электромагнитная волна затухает обратно пропорционально квадрату пройденного ей расстояния.

Следует отметить, что на земле такие условия никогда не достигаются. Поэтому эта модель потерь почти никогда не используется, она является лишь «первым приближением» для всех остальных моделей.

Введите расстояние между передатчиком и приемником [км] «Distance Between Transmitter And Receiver» и частоту передачи [МГц] «Frequency of Transmission», и затем нажмите кнопку «Calculate» (рассчитать). Программа выведет вам полученное затухание (Path Lost) в дБ.

 

Интервалы допустимых значений:

·        Расстояние между передатчиком и приемником: 0,001 км - 100,000,000 км;

·        Частота передачи: от 1 Гц до 300 ГГц.

 

Написанное далее распространяется на вкладки расчета для всех остальных моделей потерь.

Так же вы можете запустить модель в реверсном режиме: Вы вводите максимальное допустимое затухание с теми же остальными параметрами и программа выведет максимальное расстояние на которой затухание будет равно указанному.

Переключение между прямым и реверсным методами расчета происходит путем нажатия красной кнопки рядом с полем ввода расстояния между передатчиком и приемником.

Для получения графической зависимости нажмите на кнопку «Graph» (график).

Для того чтобы применить к модели параметры своей системы нажмите на зеленую надпись «Apply» (применить) на панели «Result» (результат). Откроется окно, в котором вы сможете ввести следующие параметры разрабатываемой системы:

·        Мощность передатчика (дБм) - «Transmit Power (dBm)»;

·        Чувствительность приемника (дБм) - «Receive Sensitivity (dBm)»;

·        Общее усиление в антеннах (дБ) – «Total Antenna Gain (dB)»;

·        Дополнительные потери в системе (дБ) – «Additional System Losses (dB)».

 

Нажмите на математическую формулу для получения большей информации о методе и формуле расчета потерь.

 

Модель потерь «ITU Terrain» (ITU Terrain Model)

 

Модель «ITU Terrain» базируется на дифракционной теории и учитывает, помимо потерь в свободном пространстве, дополнительные потери, если между приемником и передатчиком присутствует какое-то препятствие (например, гора).

Введите высоту подвеса приемника и передатчика [м] «LoS Link Height», высоту препятствия [м] «Obstruction Height», расстояние между препятствием и приемником/передатчиком [км] «Obstruct. Dist. From Point 1 & Point 2», и расстояние между приемником и передатчиком [км] «TX/RX Distance», частоту передачи [ГГц] «Frequency»

 

Интервалы допустимых значений:

·        Высота подвеса приемника и передатчика: численное значение не менее нуля;

·        Высота препятствия: численное значение не менее нуля;

·        Расстояние между препятствием и приемником/передатчиком: численное значение не менее нуля;

·        Расстояние между приемником и передатчиком: от 0,001 до 500 км;

·        Частота передачи: от 1 Гц до 300 ГГц

 

Модель потерь Вайсбергера (Weissberger's Model)

 

Модель Вайсбергера используется для расчета потерь для линий связи с прямой видимостью, когда на пути присутствуют различные зеленые насаждения (леса, парки и пр.).

Для расчета введите глубину зеленых насаждений на пути передачи [м] «Depth of foliage Along Path», расстояние между приемником и передатчиком [км] «Distance Between TX / RX» и частоту передачи [ГГц] «Transmission Frequency (GHz)».

 

Интервалы допустимых значений:

·        Глубина зеленых насаждений: от 0 до 400 м;

·        Расстояние между приемником и передатчиком: от 0,001 до 500 км;

·        Частота передачи: от 230 МГц до 95 ГГц.

 

Городская модель Хата (Hata Model (Urban))

 

Как следует из названия, городская модель потерь Хата используется для расчета потерь в застроенных, городских районах. Она учитывает различные эффекты преломления, отражения и поглощения городскими постройками.

Для расчета введите высоту антенны базовой станции [м] «Base Station Antenna Height», высоту антенны мобильной станции [м] «Mobile Station Antenna Height», расстояние между мобильной и базовой станциями [км] «Distance Between Base / Mobile», а так же частоту передачи [МГц] «Transmission Frequency» и выберите тип города «City Type».

 

Интервалы допустимых значений:

·        Частота передачи: от 150 до 1500 МГц;

·        Высота антенны базовой станции: от 30 до 200 м;

·        Высота антенны мобильной станции: от 1 до 10 м;

·        Расстояние между приемником и передатчиком: от 1 км до 100 км.

 

Замечание: Оригинальная модель Хата работает на расстоянии между приемником и передатчиком  максимум 20 км. В программе используется разновидность модели хата из рекомендации ITU-R P.529-3 которая увеличивает максимум до 100 км.

 

Пригородная модель Хата (Hata Model (Suburban))

 

Пригородная модель Хата базируется на городской модели Хата. Она разработана для использования в пригородах и в областях, где хоть и присутствует какая-то застройка, но она не настолько высокая и плотная как в городе.

Для расчета введите высоту антенны базовой станции [м] «Base Station Antenna Height», высоту антенны мобильной станции [м] «Mobile Station Antenna Height», расстояние между мобильной и базовой станциями [км] «Distance Between Base / Mobile», а так же частоту передачи [МГц] «Transmission Frequency» и выберите тип города «City Type».

 

Интервалы допустимых значений:

·        Частота передачи: от 150 до 1500 МГц;

·        Высота антенны базовой станции: от 30 до 200 м;

·        Высота антенны мобильной станции: от 1 до 10 м;

·        Расстояние между приемником и передатчиком: от 1 км до 100 км.

 

Замечание: так же используется разновидность модели Хата из рекомендации ITU-R P.529-3 которая увеличивает максимум расстояния между приемником и передатчиком до 100 км.

 

Модель Хата для открытых пространств (Hata Model (Open))

 

Модель Хата для открытых пространств основывается на городской модели Хата. Она предназначена для больших открытых пространств за пределами города

Для расчета введите высоту антенны базовой станции [м] «Base Station Antenna Height», высоту антенны мобильной станции [м] «Mobile Station Antenna Height», расстояние между мобильной и базовой станциями [км] «Distance Between Base / Mobile», а так же частоту передачи [МГц] «Transmission Frequency» и выберите тип города «City Type».

 

Интервалы допустимых значений:

·        Частота передачи: от 150 до 1500 МГц;

·        Высота антенны базовой станции: от 30 до 200 м;

·        Высота антенны мобильной станции: от 1 до 10 м;

·        Расстояние между приемником и передатчиком: от 1 км до 100 км.

 

Замечание: так же используется разновидность модели Хата из рекомендации ITU-R P.529-3 которая увеличивает максимум расстояния между приемником и передатчиком до 100 км.

 

Расширенная COST модель Хата (COST Extended Hata Model)

 

Эта модель является разновидностью оригинальной модели Хата и предназначена для расчета потерь при рабочей частоте в диапазоне 1,5-2 ГГц.

Для расчета введите высоту антенны базовой станции [м] «Base Station Antenna Height», высоту антенны мобильной станции [м] «Mobile Station Antenna Height», расстояние между мобильной и базовой станциями [км] «Distance Between Base / Mobile», а так же частоту передачи [МГц] «Transmission Frequency» и выберите тип области «Area Type».

 

Интервалы допустимых значений:

·        Частота передачи: от 1500 до 2000 МГц;

·        Высота антенны базовой станции: от 30 до 200 м;

·        Высота антенны мобильной станции: от 1 до 10 м;

·        Расстояние между приемником и передатчиком: от 1 км до 10 км.

 

Модель Уолфиша-Икогами без прямой видимости (COST-W-I Model (NLoS))

 

Эмпирическая модель COST-Уолфиш-Икогами (так же известная как COST 231) была разработана для моделирования распространения волы для сотовых и мобильных систем связи. Она включает в себя полу детерминированную модель для городских застроек. Эту модель можно поделить на две части: когда есть прямая видимость между приемником и передатчиком (LoS) и когда ее нет (NLoS).

Для расчета введите высоту передатчика  [м] «Transmitter Height», высоту приемника [м] «Receiver Height», расстояние между приемником и передатчиком [км] «TX / RX Distance», частоту передачи [МГц] « Frequency», среднюю ширину улицы [м] «Mean Street Width», среднее расстояние между зданиями [м] «Mean Bldg Sep», среднюю высоту зданий [м] «Mean Bldg Height», угол между прямой передатчик-приемник и улицей [град.] «RO Angle», выберите тип области «Area Type».

 

Интервалы допустимых значений:

·        Частота: от 800 до 2000 МГц;

·        Высота передатчика: от 4 до 50 м;

·        Высота приемника: от 1 до 3 м;

·        Расстояние между приемником и передатчиком: от 0,02 км до 5 км;

·        Средняя ширина улицы: любое положительное числовое значение;

·        Среднее расстояние между зданиями: любое положительное числовое значение;

·        Средняя высота зданий: любое положительное числовое значение;

·        RO-угол (Road Orientation): от 0 до 90 градусов.

 

Замечание: в этой модели существует частный случай, когда потери от влияния крыш зданий и улицы являются незначительными (в общем случае, когда высота передатчика значительно выше высоты здания т.е. когда есть прямая видимость). В этом случае, для расчета фактически используются только два параметра: расстояние между приемником и передатчиком и частота и приложение закрасит не используемые поля (например, среднюю высоту здания) желтым цветом.

 

Модель Уолфиша-Икогами с прямой видимостью (COST-W-I Model (LoS))

 

Для расчета введите расстояние между приемником и передатчиком [км] «TX / RX Distance» и частоту [МГц] «Frequency».

 

Интервалы допустимых значений:

·        Расстояние между приемником и передатчиком: от 0,02 км до 5 км;

·        Частота: от 800 до 2000 МГц.


Вкладка прогнозирования соотношения Расстояние / Мощность (Distance / Power Prediction)


Эта вкладка используется для прогнозирования влияния изменения мощности излучения на максимальное расстояние передачи и наоборот. Для расчета используется явление того, что затухание радиоволны обратно-пропорционально квадрату расстояния.

Для расчета этого соотношения введите уже рассчитанную пару значений: расстояние между приемником и передатчиком «Currently Achieved Distance» и мощность излучения «Current Transmitter Power», при которой этого расстояния удалось достичь. Затем, отметьте, в зависимости от того что вы хотите изменить расстояние «Distance» или мощность «Power», соответствующий пункт.

Для получения графической зависимости нажмите на кнопку «Graph» (график).

Следует отметить что в реальной ситуации такая зависимость может не отражать действительности.

Например, вы рассчитали затухания для расстояния между приемником и передатчиком 5 км, а затем за счет мощности решили увеличить это расстояние до 10 км. Но, на расстоянии 7 км от передатчика есть какое-то препятствие, например гора.

А так же, обычно увеличение мощности излучения так же ведет к изменению некоторых параметров системы передачи (например, внутренние шумы, потери в АФТ и др.), что так же не учитывается при расчете.

По этим причинам следует не только использовать этот калькулятор, но и в ручную учитывать различные факторы, проявляющиеся при изменении мощность или максимального расстояния передачи.

 Нажмите на математическую формулу для получения большей информации о методе и формуле расчета.

 

Вкладка Длинна антенны / Частота (Antenna Length / Frequency Calculator)

 

Выберите, что вам необходимо найти: длину антенны [см] «Antenna Length» или частоту [МГц] «Antenna Frequency». Введите соответствующее известное значение и нажмите «Calculate» (вычислить).

 

Интервалы допустимых значений:

·        Длинна антенны: положительное численное значение;

·        Частота: от 1 Гц до 300 ГГц.

 

Следует помнить, что эта информация является лишь первым приближением к вычислению. На практике, чем выше частота тем больше погрешность при расчете. Это происходит потому что, при росте частоты основную роль начинает играть диаметр элемента антенны, нежели какие-либо другие параметры. Для высоких частот его влияние будет увеличиваться все больше и больше. Запомните, в программе нет математической замены измерению К.С.В.

 

Вкладка расчета параметров зеркальной антенны (Dish Properties Calculator)

 

Для расчета параметров антенны введите диаметр зеркала [м] «Dish Antenna Diameter» и частоту [МГц] «Frequency», затем нажмите «Calculate» (вычислить).

 

Интервалы допустимых значений:

·        Диаметр зеркала: любое положительное численное значение;

·        Частота: от 1 Гц до 300 ГГц.

 

Программа рассчитывает следующие параметры:

·        Ширина основного лепестка ДН по уровню -3 дБ [град] «Half-Power (-3 dB) BeamWidth»;

·        Коэффициент усиления антенны [дБи] «Boresight Gain»;

·        Начало дальней зоны антенны [м] «Far Field Distance».

 

Нажмите на математическую формулу для получения большей информации о методе и формуле расчета.

 

Вкладка 3D карта / высоты покрытия (3D Coverage Map / Elevation Data)

 

Данная вкладка предназначена для графического отображения зоны покрытия с прямой видимостью вокруг передатчика установленного по определенным координатам и на определенной высоте.

Для  расчета следует ввести координаты точки «Transmitter / Point Latitude» и «Transmitter / Point Longitude», либо в формате Г/М/С (галочка «Degrees / Minutes / Seconds»), либо в десятичном формате (галочка «Decimal») и высоту передатчика над уровнем земли [м] «Transmitter Elevation Above Point». Затем нажмите кнопку «Elevation Data» для получения высоты над уровнем моря в указанной точке и «3D Coverage Map» для открытия карты покрытия.

 

Интервалы допустимых значений:

·        Высота передатчика над уровнем земли: 0 – 20000 м;

 

Вы так же можете сохранять координаты / высоту точки, указав ее имя в поле «Saved Points» и нажав кнопку «Save». Для редактирования точки, выберите ее в выпадающем списке. Для удаления точки из списка выберите ее и нажмите «Delete».

Точки, сохраненные в этом списке, так же будут доступны для использования во вкладке построения линии видимости «Line of Sight Graph».

В окне «3D Coverage Map» выводится карта покрытия с прямой видимостью вокруг указанной точки. Для изменения масштаба используйте ползунок справа от карты, колесико мыши либо пару клавиш «Page Up» и «Page Down».

Для просмотра мест на карте в которых обеспечивается прямая видимость с передатчиком выберете соответствующий метод решения (Мягкое решение, Среднее или Жесткое) напротив надписи «Coverage Overlay». Светлые участки карты показывают точки, в которых обеспечивается прямая видимость с передатчиком, темные – точки, в которых такая видимость не обеспечивается. Треугольник в центре карты показывает положение передатчика.

Для вывода профиля земли и размера зоны Френеля между точкой и передатчиком нажмите на точку на карте и в появившемся окне введите высоту над уровнем земли [м] «Point 2 Height», этой точки и частоту передачи [МГц] «Frequency».

 

Замечания: для получения карт местности приложению требуется Интернет-соединение. Приложение использует геодезические карты системы WGS-84. Для построения изображения карты приложение используется OpenGL.

 

Вкладка график линии прямой видимости (Line of Sight Graph)

 

С помощью данной вкладки можно получить изображение геодезического профиля земли и зон Френеля между двумя точками.

Для расчета введите координаты и высоты над уровнем земли двух точек «Point 1» и «Point 2» по аналогии со вкладкой «3D Coverage Map / Elevation Data», затем в правом-верхнем углу укажите частоту передачи [МГц] «Frequency», затем нажмите кнопку «Line of Sight Graph» для построения изображения.

 

Интервалы допустимых значений:

·        Высота передатчика над уровнем земли: 0 – 20000 м;

·        Частота: от 1 Гц до 300 ГГц;

·        Максимальное расстояние между двумя точками: 500 км.