Рекомендация мсэ-r p. 1623-1 Метод прогнозирования динамики замирания сигнала на трассах Земля-космос

2 Длительность замирания и интервала между последовательными замираниями

2.1 Требования к данным о длительности замирания

– длительность нарушения радиосвязи и недоступность системы: статистика длительности замирания обеспечивает информацию о количестве и длительности нарушений радиосвязи и периодов недоступности системы из-за распространения сигнала для данной линии связи и услуги;

– совместное использование системных ресурсов: с точки зрения оператора важно иметь представление о статистической длительности события, чтобы выделить ресурсы для других пользователей;

– FMT: длительность замирания имеет значение для определения статистической длительности промежутка времени, в течение которого система должна оставаться в режиме компенсации, до ее возвращения в номинальный режим;

– кодирование и модуляция в системе: длительность замирания – главный элемент в процессе выбора кодов с упреждающей коррекцией ошибок и наилучших схем модуляции; в случае спутниковых систем связи канал распространения вносит не независимые ошибки, а блоки ошибок. Длительность замирания непосредственно влияет на выбор схемы кодирования (размер кодового слова в блочных кодах, чередование в каскадных кодах и т. д.).

2.2 Метод прогнозирования длительности замирания

1 P(d > D|a > A), вероятность возникновения замирания длительностью d больше, чем D (c), при условии что затухание a больше, чем A (дБ). Эту вероятность можно оценить по отношению количества замираний длительностью больше, чем D, к общему количеству наблюдаемых замираний, при условии что порог A превышен.

2 F(d > D|a > A), интегральная вероятность превышения, или, что эквивалентно, общая доля (от 0 и 1) времени замирания, обусловленная замираниями длительностью d больше, чем D (с), при условии что затухание a больше, чем A (дБ). Эту вероятность можно оценить по отношению общего времени замирания, обусловленного замираниями длительностью больше, чем D, при условии что порог A превышен, к общему времени превышения порога.

Для данного эталонного периода количество замираний длительностью больше, чем D, оценивается путем умножения вероятности возникновения замирания P(d > D|a > A) на общее количество замираний, превышающих порог, N_tot(A). Аналогично, оценка суммарного времени превышения, обусловленного событиями замирания длительностью больше, чем D, получается путем умножения доли времени F(d > D|a > A) на суммарное время, в течение которого порог превышен, T_tot(A).

Представленная здесь двухсегментная модель состоит из функции логарифмически нормального распределения для длительного замирания и степенной функции – для кратковременного замирания. Граница между кратковременным и длительным замираниями определяется пороговой длительностью D_t, рассчитанной в рамках модели. Модель на базе степенной функции пригодна для замираний длительностью больше 1 с. Замирания меньшей длительности не вносят значительного вклада в общее время нарушения связи.

Далее даются оценки параметров, требуемых для модели, и, наконец, определяется двухсегментная модель для обеих функций распределения, т. е. для вероятности возникновения P и вероятности превышения (или доли времени) F.

Модель, как ожидается, будет работать при длительностях больше 1 с.

В качестве входных данных для этой модели требуются следующие параметры:

: угол места (градусы): 5–60°;

Пошаговый расчет распределения длительности замирания производится следующим образом:

где:

где:

Аналогичным образом, общее время замирания длительностью d больше, чем D, для порога A составляет:

для представляющего интерес эталонного периода, где T_tot(A) – суммарное время, когда порог A превышен, и N_tot(A) – общее количество замираний, превышающих минимальную длительность в 1 с. Эти параметры могут быть получены следующим способом:

После того как определено T_tot(A), величину N_tot(A) можно рассчитать как:

Вышеописанный метод был проверен с использованием банка данных 3-й Исследовательской комиссии по радиосвязи, содержащего значения длительности замирания для частот от 11 до 50 ГГц и углов места от 6° до 60°. Было определено среднее арифметическое логарифмической ошибки (отношение прогнозируемой длительности замирания к измеренной на том же уровне вероятности), которое составило 30% для замирания длительностью меньше 10 с, и от –25% до –80% для замирания длительностью больше 10 с. В отношении стандартного отклонения было установлено, что его величина варьируется в диапазоне от 80% до 150%, что показывает высокую естественную изменчивость этого параметра.

2.3 Длительность интервала между последовательными замираниями

Помимо статистики длительности замирания, также полезно характеризовать промежуток времени между двумя событиями замирания, который называется длительностью интервала между последовательными замираниями. Когда уровень принятого сигнала вновь превышает пороговое значение после события нарушения радиосвязи, с точки зрения оператора важно знать статистическую величину длительности интервала до следующего события нарушения связи.

Результаты экспериментов показывают, что статистика длительности интервалов между последовательными замираниями может иметь логарифмически нормальное распределение; однако статистика кратковременных интервалов между последовательными замираниями вследствие тропосферного мерцания, как ожидается, будет иметь вид степенной функции, как это определено для статистики кратковременного замирания.

3 Наклон кривой замирания

3.1 Требования к данным о наклоне кривой замирания

Важно иметь возможность количественного определения наклона кривой замирания для систем спутниковой связи, для которых могут применяться методы борьбы с замираниями. Знание наклона кривой замирания для принятого сигнала полезно при разработке контура управления, который может отслеживать изменения сигнала, либо позволяет лучше осуществлять краткосрочное прогнозирование условий распространения. В обоих случаях соответствующие данные – это наклон медленно изменяющегося компонента сигнала, который является результатом фильтрации мерцания и быстрых изменений затухания в дожде.

3.2 Метод прогнозирования наклона кривой замирания

Распределение вероятности наклона кривой замирания зависит от климатических параметров, распределения размеров капель и, следовательно, от вида дождя. Горизонтальная составляющая скорости ветра, перпендикулярная трассе, является еще одним параметром, описывающим влияние погоды, который определяет скорость, с которой горизонтальный профиль дождя проходит через трассу распространения. Кроме того, ожидаемый наклон кривой замирания при заданном уровне затухания, вероятно, будет уменьшаться по мере увеличения длины трассы из-за сглаживающего эффекта суммирования вкладов различных видов дождя и будет возрастать при увеличении угла места на трассах Земля-космос.

На измеренный наклон кривой замирания также влияют динамические параметры, или постоянные времени, приемной системы. Приемник с более длительным временем интегрирования уменьшает мгновенное изменение замирания и растягивает его на более продолжительный период времени.

Прогнозируемое распределение наклона кривой замирания зависит от уровня затухания A(t) и от длины интервала времени t. Кроме того, распределение зависит от частоты среза по уровню 3 дБ фильтра нижних частот, который используется, чтобы удалить из сигнала компоненты, обусловленные тропосферным мерцанием и быстрыми изменениями затухания в дожде. Результаты экспериментов показывают, что частота среза по уровню 3 дБ в 0,02 Гц позволяет должным образом отфильтровать мерцание и быстрые изменения затухания в дожде. Если мерцание и быстрые изменения затухания в дожде не будут отфильтрованы, то в сигнале появятся более сильные флуктуации, и модель будет прогнозировать только флуктуации, обусловленные ослаблением в дожде. В этом случае частота среза, которую требуется использовать, – это частота выборки.

В модели наклон кривой замирания  в некоторый момент времени определяется на основе отфильтрованных данных как:

. (17)

Модель действительна для следующих диапазонов параметров:

– частоты от 10 до 30 ГГц

– углы места от 10° до 50°.

В качестве входных данных для модели требуются следующие параметры:

A : уровень ослабления (дБ): 0–20 дБ

f_B : частота среза по уровню 3 дБ фильтра нижних частот (Гц): 0,001–1 Гц;

t : длина интервала времени (с), в течение которого рассчитывается наклон кривой замирания: 2–200 с.

Пошаговый расчет распределения наклона кривой замирания производится следующим образом:

Шаг 1: Рассчитывается функция F, которая дает зависимость от длины интервала времени t и частоты среза по уровню 3 дБ фильтра нижних частот f_B:

, (18)

где b  2,3.

Шаг 2: Рассчитывается стандартное отклонение _ условного наклона кривой замирания при заданном уровне затухания как:

, (19)

где s – параметр, который зависит от климата и угла места; общее среднее значение s для Европы и Соединенных Штатов Америки при углах места 10°–50° равно 0,01.

Шаг 3a: Рассчитывается , условная вероятность (функция плотности вероятности) того, что наклон кривой замирания равен  для заданного значения затухания, A:

. (20)

Шаг 3b: Если требуется, рассчитывается , условная вероятность (дополнительная интегральная функция распределения) того, что наклон кривой замирания  превышен для заданного значения затухания, A:

. (21)

или рассчитывается , условная вероятность того, что абсолютное значение наклона кривой замирания  превышено для заданного значения затухания, A:

. (22)

Модель, которая описывается уравнением (22), была проверена по данным для частот от 12,5 ГГц до 50 ГГц. Эти результаты показали хорошее соответствие форме интегральной функции распределения наклона кривой замирания, а также ее изменению с изменением порога затухания A, длины интервала t и и частоты среза по уровню 3 дБ фильтра нижних частот f_B.

______________

Примечание секретариата БР. – В уравнение (20) были внесены редакционные поправки в сентябре 2008 года.

жүктеу/скачать 212.5 Kb.

Достарыңызбен бөлісу: