Моделирование канала коротковолновой радиосвязи

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 F_am(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 F_am(дБ) выше kT₀b, на частоте

1 МГц, находим значение F_am(дБ) для заданной рабочей частоты, а по графику «с» – значение стандартного отклонения σ_Fam(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 V_dm(дБ) и его стандартное отклонение σ_Vd(дБ) при b=200 Гц. Затем находим отклонение напряжения от медианного значения V_d для b=200 Гц по формуле:

V_d(дБ)=V_dm(дБ)+σ_Vd(дБ).

По графику, приведенному в рекомендациях МСЭ-R P.372-9 рис.40 находим отклонение напряжения от среднего значения V_db(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.