Wideband LOS Channel

Затухание или потери сигнала в широкополосном канале LOS состоят из четырех компонентов:

,

где

Каждый компонент измеряется в единицах величины, а не в дБ.

Когда источник и приемник сигнала стационарны друг относительно друга, можно записать выходной сигнал канала свободного пространства как , где — задержка сигнала, а — потери при распространении в свободном пространстве. Задержка сигнала вычисляется как , где — расстояние распространения, а — скорость распространения. Потери на пути в свободном пространстве определяются выражением

,

где — длина волны сигнала.

Эта формула предполагает, что цель находится в дальнем поле передающего элемента или массива. В ближнем поле формула потерь на пути распространения в свободном пространстве недействительна и может привести к значениям потерь меньше единицы, что эквивалентно усилению сигнала. По этой причине для значений потери устанавливаются равными единице .

Если между источником и приемником есть относительное движение, то учитывается доплеровский сдвиг частоты. Сдвиг частоты составляет для одностороннего распространения и для двустороннего распространения. Величина — это относительная скорость приемника относительно источника.

Эта модель рассчитывает затухание сигналов, распространяющихся через атмосферные газы.

Электромагнитные сигналы ослабевают при распространении через атмосферу. Этот эффект обусловлен главным образом линиями резонансного поглощения кислорода и водяного пара, меньший вклад вносит газообразный азот. Модель также включает непрерывный спектр поглощения ниже 10 ГГц. Для расчетов используется модель ITU (International Telecommunication Union, Международный союз электросвязи), приведенная в [1]. Модель рассчитывает удельное затухание (затухание на километр) как функцию температуры, давления, плотности водяного пара и частоты сигнала. Модель атмосферных газов действительна для частот 1-1000 ГГц и применима к поляризованным и неполяризованным полям.

Формула для удельного затухания на каждой частоте имеет вид:

.

Величина является мнимой частью комплексного коэффициента преломления атмосферы и состоит из составляющей спектральной линии и непрерывной составляющей:

.

Спектральная составляющая состоит из суммы дискретных спектральных членов, которые представляют собой произведение локализованной функции полосы частот и интенсивности линии спектра . Для атмосферного кислорода интенсивность линии спектра равна:

.

Для атмосферного водяного пара интенсивность линии спектра равна:

,

где:

Единицы измерения давления — гектопаскали (гПа), а температуры — градусы Кельвина.

Парциальное давление водяного пара связано с плотностью водяного пара , следующим образом:

.

Полное атмосферное давление равно .

Для каждой линии кислорода зависит от двух параметров: и . Аналогично, каждая линия водяного пара зависит от двух параметров: и .

Локализованные функции полосы частот являются сложными функциями частоты. Эти функции зависят от эмпирических параметров модели.

Вычисление общего затухания узкополосного сигнала производится умножением удельного затухание на длину пути . Тогда общее затухание равно:

.

Эту модель затухания сигнала можно применить к широкополосным сигналам. Для этого следует сначала разделить широкополосный сигнал на частотные поддиапазоны, рассчитать затухание сигнала для каждого поддиапазона, а затем просуммировать все ослабленные сигналы поддиапазонов в общий ослабленный сигнал.

Эта модель рассчитывает затухание сигналов, распространяющихся через туман или облака.

Туман или облака — это одно и то же атмосферное явление. Для расчетов используется модель ITU, приведенная в [2]. Модель рассчитывает удельное затухание (затухание на километр) сигнала как функцию плотности жидкой воды, частоты сигнала и температуры. Модель применима к поляризованным и неполяризованным полям. Формула для удельного затухания на каждой частоте имеет вид:

,

где:

Модель затухания в облаках и тумане действительна для частот 10-1000 ГГц. Единицы измерения удельного коэффициента затухания — (дБ/км)/(г/м³).

Вычисление общего затухания узкополосного сигнала производится умножением удельного затухания на длину пути . Тогда общее затухание равно:

.

Эту модель затухания сигнала можно применить к широкополосным сигналам. Для этого следует сначала разделить широкополосный сигнал на частотные поддиапазоны, рассчитать затухание сигнала для каждого поддиапазона, а затем просуммировать все ослабленные сигналы поддиапазонов в общий ослабленный сигнал.

Эта модель рассчитывает затухание сигналов, распространяющихся через районы, где выпадают осадки. Затухание при осадках является доминирующим механизмом затухания и может меняться от места к месту и от года к году.

Электромагнитные сигналы ослабляются при распространении через область осадков. Для расчетов используется модель ITU, приведенная в [3]. Модель рассчитывает удельное затухание (затухание на километр) сигнала как функцию интенсивности осадков, частоты сигнала, поляризации и угла возвышения. Удельное затухание зависит от интенсивности осадков по степенному закону:

,

где:

Данная модель затухания справедлива для частот 1-1000 ГГц.

Вычисление общего затухания узкополосного сигнала производится умножением удельного затухания на эффективное расстояние распространения, . Тогда общее затухание равно:

.

Эффективное расстояние — это геометрическое расстояние , умноженное на масштабный коэффициент:

,

где — частота. Более подробное описание расчета затухания приведено в [4].

Интенсивность осадков , используемая в этих расчетах, представляет собой долгосрочную статистическую интенсивность осадков [5]. Это интенсивность осадков, которая превышается в 0,01 % случаев.

Модель затухания можно применить к широкополосным сигналам. Сначала разделите широкополосный сигнал на частотные поддиапазоны и примените модель к каждому поддиапазону. Затем суммируйте все ослабленные сигналы поддиапазонов в общий ослабленный сигнал.

Обработка поддиапазонов разделяет широкополосный сигнал на несколько поддиапазонов и применяет узкополосную обработку к сигналу в каждом поддиапазоне. Сигналы всех поддиапазонов суммируются для формирования выходного сигнала.

При использовании широкополосных системных объектов или блоков задается число поддиапазонов , на которое нужно разложить широкополосный сигнал. Центральные частоты и ширина поддиапазонов автоматически вычисляются на основе общей ширины полосы и числа поддиапазонов. Общая полоса частот центрирована на несущей или рабочей частоте . Общая полоса пропускания определяется частотой дискретизации . Ширина поддиапазона частот определяется как . Центральные частоты поддиапазонов определяются как

— если -четное,

— если -нечетное.

Некоторые системные объекты позволяют получить центральные частоты поддиапазонов в качестве выходных данных при запуске объекта. Возвращаемые частоты поддиапазонов упорядочены в соответствии с порядком дискретного преобразования Фурье. Сначала отображаются частоты выше несущей, затем частоты ниже несущей.