Расчет оперативности и эффективности функционирования

Системы радиосвязи

Оперативность радиосвязи характеризуется вероятностью того, что

информация от одного абонента к другому будет передана в течение

времени, не более ранее заданного:

Q = P [(TП р + TН) ≤ Т ОП ],

(2)

где

Т П р

–

время

"чистого"

переговора

в

радиосети;

Т Н

–

непроизводительные затраты времени на набор номера абонента, посылку

вызова

и

т.п.;

Т ОП –

заданная

величина

времени,

определяющая

оперативность связи (критерий оперативности).

В случае, когда надежность и качество радиоканала идеальны,

оперативность радиосвязи оценивается по формуле:

Q = P 0 + P,

 

(3)

где P 0 - вероятность того, что радиоканал свободен;

P 1 - вероятность того, что радиоканал занят, но ожидающих нет.

Вероятности состояний сети радиосвязи P 0 и P 1 рассчитываются по

формулам:

1 N ⋅ y 0

k k

k =0(N − k)! k =0(N − k)!

где N - число радиостанций в сети радиосвязи (число абонентов в

радиосети);

y 0 - нагрузка в сети радиосвязи; k - последовательность

чисел k = 0, 1, 2..., N.

Из формул (3), (4) следует

 

1 + N ⋅ y 0

N!

k =0(N − k)!

 

 

k

 

 

.

Эффективность функционирования является показателем качества

использования канала связи для выполнения заданных функций в

радиосети и определяется по формуле

n ⎛ TП i ⎞

i =0 ⎜ TП i + TН i ⎟

 

(5)

где

n – число возможных состояний системы связи; Pi – предельные

вероятности состояния системы; Т П i – эффективное время передачи

 

14

P 1 =

P 0 =

N!

N!

N; N, (4)

∑

∑

(y 0)

(y 0)

Q = N

∑

(y 0)

Е = ∑ Pi ⎜

⎟,

⎝ ⎠

 

информации при i-ом вызове; Т Н i – непроизводительные затраты времени

при i-ом вызове.

Эффективность функционирования радиосети может быть оценена

средним состоянием сети радиосвязи в данный момент времени и

определяться как математическим ожиданием случайной величины

вероятности отношения чистого времени переговоров к общему времени

доставки информации.

В случае, когда надежность и качество радиоканала идеальны,

эффективность функционирования радиосети оценивается по следующей

формуле

 

Е = Q + (1 − Q)

Т П р

Т П р + Т Н

 

,

где Т П р, Т Н – время переговора и непроизводительные затраты времени в

радиосети соответственно.

 

Пример расчета характеристик оперативности радиосвязи и

Эффективности функционирования радиосети.

Нагрузка в сети радиосвязи y 0 = ë ⋅ TП р = 0,12⋅ 0,9 = 0,11 мин-зан.,

где Т П р - время переговоров в радиосети.

Оперативность радиосвязи при этом определяется как

 

 

Q = P 0 + P =

 

1 + Ny 0

N

k =0(N − k)!

 

 

k

 

 

=

 

 

1 +

 

 

7!

(7 − 1)!

 

 

 

 

7!

(7 − 2)!

1 + 7 ⋅ 0,11

2 7!

(7 − 3)!

 

 

 

 

7!

(7 − 7)!

 

 

⋅ (0,11)

 

 

 

= 0,648.

 

Эффективность

 

функционирования

 

радиосети

 

определяется

 

по

формуле

Е = Q + (1 − Q)

Tn

Tn + Tн

= 0,648 + (1 − 0,648)

0,9

0,9 + 0,2

= 0,936.

 

 

15

N!

∑ (y 0)

⋅ (0,11) +

⋅ (0,11) +

⋅ (0,11) +... +

 

Расчет и выбор высот установки антенн стационарных

Радиостанций

При определении высот подъема антенн стационарных радиостанций

ЦУС и ПЧ, необходимых для обеспечения заданной дальности радиосвязи

с самой удаленной ПЧ, следует пользоваться графическими зависимостями

напряженности поля (ЕП, дБ) полезного сигнала от расстояния (d, км)

между антеннами для различных значений произведения высот подъема

антенн (h1h2, м2).

Эти графические зависимости приведены на рис. 1.4 и представляют

собой медианные значения напряженности поля, превышаемые в 50% мест

и 50% времени. Графики приведены для вертикальной поляризации антенн

и условий распространения радиоволн в полосе частот 140-174 МГц [1,

12]. Графики построены для мощности излучения передатчика Рпер =10 Вт.

В случае отличия мощности излучения передатчика от 10 Вт необходимо

пользоваться

графиком,

приведенным

на

рис. 1.5.

Этот

график

представляет собой значения поправочного коэффициента ВМ, дБ,

учитывающего изменение мощности передатчика Рпер, Вт от 1 до 100 Вт,

в зависимости от типа применяемых радиостанций [1].

Графики

напряженности

поля

(см.

рис. 1.4)

приведены

для

среднепересеченной местности (параметр рельефа местности Ä h =50 м).

Среднепересеченной считается такая местность, на которой среднее

колебание отметок высот не превышает 50 м [1].

В случае отличия рельефа местности от среднепересеченного

необходимо ввести дополнительный коэффициент ослабления сигнала Восл,

значения которого для полосы частот 140-174 МГц приведены в табл. 1.6.

 

Таблица 1.6

Значения коэффициента ослабления в зависимости от рельефа местности

 

 

При расчете условий обеспечения заданной дальности радиосвязи

минимальное значение напряженности поля полезного сигнала Е мин, дБ,

при котором обеспечивается высокое качество радиосвязи, принимается

равным 20 дБ (10 мкВ/м).

 

 

16

Ä h, м                       В осл, дБ -2 -1

Ä h, м               В осл, дБ

 

17

 

Рис.1.5. Поправочный коэффициент, учитывающий отличие мощности

передатчика от 10 Вт

 

 

При одновременной работе близко расположенных радиостанций,

работающих в различных радиосетях (на различных несущих частотах),

возникает проблема обеспечения их электромагнитной совместимости, т.е.

проблема обеспечения совместной работы радиостанций без взаимных

мешающих влияний.

Под мешающими влияниями, прежде всего, понимается влияние

передатчика одной радиостанции на приемник другой радиостанции,

разнесенных между собой территориально и по частоте. Мешающие

влияния должны учитываться, в первую очередь, в части блокирования

полезного

сигнала

мешающим.

Результаты

экспериментальных

исследований приемопередатчиков стационарных и возимых радиостанций

показали, что для обеспечения заданного качества и надежности

радиосвязи (заданного отношения сигнал/шум на выходе низкочастотного

тракта приемника) в случае превышения допустимого уровня полезного

сигнала на входе приемника [1, 12]. Таким образом, для обеспечения

 

 

18

 

радиосвязи с заданным качеством и надежностью (при заданной в

контрольной

работе

величине

превышения

допустимого

уровня

мешающего сигнала Ä Едоп, дБ) необходимо минимальную величину

напряженности поля Е мин увеличить на величину Ä Едоп (т.е. на то же

число децибел).

Определение дальности радиосвязи необходимо проводить исходя из

минимального значения напряженности поля с учетом влияния рельефа

местности, выходной мощности передатчика, затухания антенно-фидерных

трактов передатчика (â1 l 1) и приемника (â 2 l 2), коэффициентов усиления

передающей (G1) и приемной (G2) антенн, величины превышения

допустимого уровня мешающего сигнала (Ä Е доп).

Таким образом, с учетом вышеизложенного, величина напряженности

поля полезного сигнала определяется по формуле [12]

Еп = Е мин + Восл − В м + â1 l 1 − G 1 + â 2 l 2 − G 2 + Ä Едоп,

где â1, â 2 – коэффициент погонного затухания фидерного тракта

передатчика

и

приемника

соответственно,

дБ / м

(определяется

в

зависимости от типа заданного коаксиального кабеля рис.1.7); l 1 и l 2 –

длина фидерного тракта передатчика радиостанции ЦУС и приемника

радиостанции ПЧ соответственно, м; G 1 =G 2 = 1,5 дБ – коэффициент

усиления антенн передатчика и приемника соответственно; Вм –

поправочный коэффициент, величина которого принимается равной 0 дБ

(в соответствии с графиком рис.1.5) в случае использования радиостанций,

имеющих мощность излучения передатчика Рпер= 10 Вт.

 

Пример расчета и выбора установки антенн стационарных

Радиостанций.

В соответствии с заданием разрабатывается координатная сетка

расположения пожарных частей заданного гарнизона пожарной охраны, на

которой указываются высоты размещения ПЧ в зависимости от параметра

рельефа местности (приложение 1, координатная сетка № 1) и строится

схема

организации

радиосвязи

с

указанием

радиосетей

и

радионаправлений (см. рис.1.6).

Расстояние от ЦУС до самой удаленной ПЧ-2 определяется из

условия,

что

одна

клетка

координатной

сетки

равна

2 км,

d = 182 + 12 2 = 21,6 км.

Параметр рельефа местности определяется как

Ä h = hmax − hmin = 234 − 164 = 70 м.

 

19

 

20

 

Предположим, что радиостанции в сети радиосвязи заданного

гарнизона пожарной охраны работают в диапазоне частот 172-173 МГц.

Тогда из графических зависимостей рис.1.7 для типа коаксиального

кабеля РК 75-2-21 коэффициент погонного затухания â = 0,16 дБ/м.

Определяем величину напряженности поля полезного сигнала

Еп = Е мин + Восл − Вм + â1 l 1 − G 1 + â 2 l 2 − G 2 + Ä Едоп =

= 20 + 1 − 0 + 0,16⋅ 20 − 1,5 + 0,16⋅15 − 1,5 + 6 = 29,6 дБ.

По полученной величине напряженности поля полезного сигнала на

входе приемника Еп= 29,6 дБ и заданному удалению ПЧ-2 от ЦУС

(заданной дальности радиосвязи) d= 21,6 км с помощью графиков (см.

рис.1.4) определяется произведение высот антенн h1h2 = 120 м2. Из

полученного произведения высот выбираются необходимые высоты

стационарных антенн ЦУС - h1 = 12 м и удаленной ПЧ-2 - h2 = 10 м.

Пользуясь изложенным выше алгоритмом расчета,

 

можно

определить

максимальную

дальность

радиосвязи

между

ЦУС

и

пожарными автомобилями. В этом случае высота установки антенны на

пожарном автомобиле принимается равной 2 м. Проведение данного

расчета в задание не входит.