Opis
W książce przedstawiono metody analizy
mechanizmów rozchodzenia się fal radiowych oraz metodykę oceny i obliczania
tłumienia w różnych środowiskach propagacyjnych. Uwzględniono odpowiednie
zalecenia ITU-R oraz ETSI, odnoszące się do poszczególnych zagadnień, mające
duże znaczenie praktyczne przy projektowaniu systemów radiokomunikacyjnych
piątej generacji (5G) oraz tzw. Internetu Rzeczy (IoT).
Odbiocy: pracownicy naukowi i studenci wyższych uczelni technicznych o kierunkach
elektronika i telekomunikacja oraz inżynierowie projektanci systemów
radiokomunikacyjnych, jak również wszyscy zainteresowani problematyką sieci
5G/IoT.
Spis treści
Wykaz ważniejszych oznaczeń i skrótów 9
Od autora 13
1. Tłumienie sygnału w łączu radiowym 19
1.1. Podstawowa struktura łącza
radiowego 20
1.2. Opis rodzajów tłumienia
sygnału radiowego 22
1.2.1. Tłumienie całkowite LC 22
1.2.2. Tłumienie systemowe LS 22
1.2.3. Tłumienie transmisyjne LT 22
1.2.4. Tłumienie transmisyjne
podstawowe LTP 23
1.2.5. Tłumienie transmisyjne
dowolnej ścieżki propagacyjnej LTR(θ, φ)
23
1.2.6. Tłumienie transmisyjne
wolnej przestrzeni LTWP(d/λ)
23
1.2.7. Tłumienie transmisyjne
medium propagacyjnego LTm
24
1.3. Wpływ otoczenia anteny na
tłumienie transmisyjne 24
1.4. Podstawowe przeliczenia
projektowe dla łącza radiowego 26
1.5. Właściwości kierunkowe
podstawowych anten referencyjnych 27
1.6. Międzynarodowy podział fal
elektromagnetycznych 27
1.7. Podzakresy
częstotliwościowe planowane do zagospodarowania w sieciach 5G/IoT 28
Literatura 29
2. Uwarunkowania propagacyjne w radiowych sieciach lokalnych (RLAN) w
środowisku otwartym 30
2.1. Charakterystyka wstępna
sieci RLAN 31
2.2. Modele propagacyjne 33
2.2.1. Propagacja w
mikrokomórce o zasięgu od 50 m do 1 km 34
2.2.2. Propagacja w
mikrokomórce o zasięgu od 50 m do 0,5 km 38
2.2.3. Propagacja w pikokomórce
o zasięgu do 50 m 40
2.3. Propagacja na obszarach
podmiejskim, osiedlowym i wiejskim 41
Literatura 43
3. Uwarunkowania propagacyjne w radiowych sieciach lokalnych (RLAN) w
środowisku zamkniętym 44
3.1. Charakterystyka
wewnątrzbudynkowych sieci RLAN 45
3.2. Modele propagacyjne 46
3.2.1. Model podstawowy 46
3.2.2. Tłumienie sygnału radiowego
przenikającego do wnętrza budynku 49
3.2.3. Tłumienie sygnału
radiowego w krótkim łączu typu BAN 52
Literatura 53
4. Propagacja wielodrogowa – odpowiedź impulsowa kanału radiowego 54
4.1. Charakterystyka zjawiska
wielodrogowości 54
4.1.1. Opis podstawowy − profil
kanału radiowego w dziedzinie czasu 55
4.1.2. Opis kątowy zjawiska
wielodrogowości 58
4.1.3. Czasowo-przestrzenne
ujęcie zjawiska wielodrogowości 63
4.1.4.
Czasowo-częstotliwościowe ujęcie zjawiska wielodrogowości 63
4.1.5. Uwarunkowania pojemnościowe
w kanale MIMO 64
4.2. Profile czasowe i
przestrzenne (kątowe) kanałów szerokopasmowych w podzakresach UHF i SHF 67
4.2.1. Profile czasowe
odpowiedzi impulsowej kanału szerokopasmowego 69
4.2.2. Profile kątowe
odpowiedzi impulsowej kanału szerokopasmowego w stacji stałej (bazowej) 71
4.2.3. Profile kątowe
odpowiedzi impulsowej kanału szerokopasmowego w stacji ruchomej (terminalowej)
73
Literatura 74
5. Model propagacyjny WINNER II 75
5.1. Rodzaje środowisk
propagacyjnych i typy łączy radiowych 75
5.2. Wielowariantowy model
propagacyjny 78
5.2.1. Opis podstawowy 78
5.2.2. Opisy poszczególnych
wariantów modelu 79
5.2.3. Prawdopodobieństwo
występowania warunku LOS 85
Literatura 86
6. Analizowanie uwarunkowań propagacyjnych według zaleceń ETSI 87
6.1. Obliczanie tłumienia
sygnału radiowego w środowisku otwartym i zamkniętym 87
6.1.1. Środowisko otwarte 87
6.1.2. Środowisko zamknięte 90
6.2. Tłumienie sygnału
radiowego wnikającego do wnętrza budynku lub samochodu 91
6.2.1. Wnikanie sygnału do
wnętrza budynku 91
6.2.2. Wnikanie sygnału do
wnętrza samochodu 93
6.3. Szacowanie
prawdopodobieństwa występowania warunku LOS 94
Literatura 96
7. Wpływ dyfrakcji na tłumienie sygnału radiowego 97
7.1. Podstawowy opis efektywnej
przestrzeni propagacyjnej 98
7.1.1. Elipsoidy Fresnela –
efektywna przestrzeń propagacyjna 98
7.1.2. Strefa dyfrakcyjna i
cień radiowy 100
7.1.3. Kryterium radiowej
gładkości podłoża propagacyjnego 101
7.2. Pozahoryzontowe radiowe
trasy propagacyjne 101
7.2.1. Tłumienie dyfrakcyjne 101
7.2.2. Tłumienie dyfrakcyjne
sygnałów w warunkach LOS 104
7.3. Tłumienie dyfrakcyjne na
przeszkodach terenowych 107
7.3.1. Pojedyncza krawędź ostra
107
7.3.2. Pojedyncza krawędź
zaokrąglona 108
7.3.3. Dwie krawędzie ostre 110
7.3.4. Szereg krawędzi zaokrąglonych
111
7.4. Naziemna trasa radiowa 113
7.4.1. Model Bullingtona 113
7.4.2. Model uogólniony 115
Literatura 118
8. Wpływ refrakcji troposferycznej na propagację sygnału radiowego 119
8.1. Podstawowy opis zjawiska
refrakcji troposferycznej 120
8.1.1. Wskaźnik refrakcji
troposferycznej 120
8.1.2. Krzywoliniowa
trajektoria rozchodzenia się fali radiowej w troposferze 121
8.1.3. Zastępczy promień kuli
ziemskiej 122
8.2. Troposferyczna trasa
radiowa 123
8.2.1. Rozproszenie wiązki
radiowej na krzywoliniowej trasie propagacji 123
8.2.2. Zmienność długości trasy
propagacyjnej 124
8.2.3. Radiowy dukt
troposferyczny 128
Literatura 133
9. Analizowanie naziemnych tras propagacyjnych w paśmie od 30 MHz do 50
GHz 134
9.1. Mechanizmy propagacyjne na
trasach naziemnych 134
9.1.1. Mechanizm podstawowy –
wariant pierwszy 135
9.1.2. Anomalia propagacyjna w
dukcie troposferycznym – wariant drugi 136
9.1.3. Rozproszenie w
troposferze – wariant trzeci 137
9.1.4. Sporadyczne odbicia od
jonosfery – wariant czwarty 139
9.2. Modelowanie mieszane –
kompozycje wybranych wariantów 141
9.2.1. Propagacja nad
powierzchnią ziemską z anomalią propagacyjną − kompozycja pierwsza 142
9.2.2. Model uogólniony –
kompozycja druga 142
9.3. Charakterystyka
korelacyjna mechanizmów propagacyjnych 143
Literatura 145
10. Uwarunkowania propagacyjne w satelitarnej telekomunikacji ruchomej 146
10.1. Wpływ przeszkód
terenowych 146
10.1.1. Przydrożny drzewostan
147
10.1.2. Środowisko zabudowane
149
10.2. Wpływ zjawiska
wielodrogowości 153
10.2.1. Środowisko górzyste 153
10.2.2. Wpływ drzew
przydrożnych 154
10.3. Szacowanie zaników
sygnału 154
10.3.1. Podstawy modelu
statystycznego 155
10.3.2. Predykcja zaników w
łączu satelitarnym 155
10.4. Modelowanie wnikania
sygnału satelitarnego do wnętrza budynku 157
10.5. Uogólniona
charakterystyka satelitarnej trasy propagacyjnej 158
Literatura 159
11. Uwarunkowania propagacyjne w bezprzewodowych stałych łączach
optycznych 160
11.1. Uwarunkowania molekularne
161
11.1.1. Absorpcja molekularna
161
11.1.2. Rozproszenie molekularne
162
11.2. Uwarunkowania
transmisyjne w aerozolach 162
11.2.1. Absorpcja w aerozolach
162
11.2.2. Rozproszenie w
aerozolach 163
11.3. Wahania sygnału
optycznego 164
11.4. Wpływ deszczu i śniegu
165
11.5. Wpływ oświetlenia
słonecznego 166
11.6. Bilans energetyczny łącza
optycznego 167
11.7. Klasyfikacja widoczności
optycznej 168
Literatura 169
12. Modelowanie kanału radiowego w sieciach 5G o dużych
przepływnościach 170
12.1. Segmentacja trasy
propagacyjnej w środowisku miejskim 171
12.1.1. Model segmentowy 171
12.1.2. Uwzględnianie obszaru
dyfrakcyjnego 173
12.2. Wpływ przysłonięcia trasy
propagacyjnej 174
12.3. Wpływ rozpraszania
sygnału radiowego 176
12.4. Łączne oddziaływanie
przysłonięcia i rozproszenia 177
12.5. Wnikanie sygnału
radiowego do wnętrza budynku 178
12.6. Wpływ przeszkód
niestacjonarnych 179
Literatura 180
13. Uwarunkowania propagacyjne w podzakresach LF i MF 181
13.1. Wyznaczanie rozkładu pola
elektrycznego w podzakresie poniżej 150 kHz 181
13.1.1. Mechanizm propagacji
skokowej 182
13.1.2. Propagacja wieloskokowa
186
13.2. Wyznaczanie rozkładu pola
elektrycznego w podzakresie powyżej 150 kHz 188
Literatura 191
14. Analizowanie zakłócającego oddziaływania stacji
radiokomunikacyjnych 192
14.1. Mechanizmy propagacyjne
radiowego pola zakłócającego w systemach naziemnych 193
14.2. Obliczanie tłumienia
radiowych sygnałów zakłócających w systemach naziemnych 195
14.2.1. Podstawowe tłumienie
transmisyjne 196
14.2.2. Tłumienie hydrometeoru
199
14.3. Obliczanie tłumienia
radiowych sygnałów zakłócających w systemach Ziemia-satelita 201
14.3.1. Geometria trasy
propagacyjnej 201
14.3.2. Podstawowe tłumienie
transmisyjne sygnału zakłócającego 204
Literatura 205
15. Uwarunkowania propagacyjne przy wyznaczaniu obszaru koordynacyjnego 206
15.1. Graniczne odległości
koordynacyjne 207
15.1.1. Minimalna odległość
koordynacyjna 207
15.1.2. Maksymalna odległość
koordynacyjna 208
15.2. Szacowanie obszaru
koordynacyjnego w sieciach naziemnych 209
15.2.1. Opis ogólny 210
15.2.2. Podzakres od 100 MHz do
790 MHz 211
15.2.3. Podzakres od 790 MHz do
60 GHz 212
15.2.4. Podzakres od 60 GHz do
105 GHz 216
15.3. Obszar koordynacyjny
wokół naziemnej stacji satelitarnej 218
15.3.1. Geometria zakłócającego
oddziaływania hydrometeoru 218
15.3.2. Szacowanie odległości
koordynacyjnej – wpływ hydrometeoru 220
15.3.3. Wpływ kierunku
promieniowania anteny zakłócającej 224
15.4. Wpływ anteny na obszar
koordynacyjny 226
Literatura 230
Dodatek
Rozkłady prawdopodobieństwa stosowane w modelowaniu zagadnień propagacyjnych 231
D1. Wprowadzenie 231
D2. Rozkład normalny 232
D3. Rozkład log-normalny 233
D4. Rozkład Rayleigha 233
D5. Rozkład łączny log-normalny
– Rayleigha 234
D6. Rozkład łączny
n-Nakagamiego-Rice’a 235
D7. Rozkład Gamma 236
D8. Rozkład m-Nakagamiego 237
D9. Rozkład χ2 Pearsona 237
Literatura 239
Skorowidz 240
O autorach / z książki
Prof. dr hab. inż. Ryszard J. Katulski, profesor Politechniki Gdańskiej (Katedra Systemów i Sieci
Radiokomunikacyjnych) jest uznanym specjalistą w dziedzinie telekomunikacji
radiowej, m.in. rozchodzenia się fal radiowych. Prowadzi wykłady oraz zajęcia
projektowe i seminaryjne, jak również realizuje badania rozwojowe w dziedzinie
współczesnych systemów i sieci radiokomunikacyjnych, w tym rozwiązań na
potrzeby obronności i bezpieczeństwa. Jest członkiem Komitetu Elektroniki i
Telekomunikacji PAN, przewodniczącym Rady Naukowo-Technicznej w OBR Centrum
Techniki Morskiej S.A. (PGZ) w Gdyni oraz członkiem Rady Naukowej Wojskowego
Instytutu Łączności w Zegrzu. Autor lub współautor przeszło 200 artykułów i
referatów opublikowanych w kraju lub zagranicą.