Дождь исчезает

Затухание из-за дождя относится в первую очередь к поглощению сигнала микроволновой радиочастоты (РЧ) атмосферным дождем , снегом или льдом , а также к потерям, которые особенно распространены на частотах выше 11 ГГц . Это также относится к ухудшению сигнала, вызванному электромагнитными помехами переднего края грозового фронта. Затухание из-за дождя может быть вызвано осадками в месте восходящей или нисходящей линии связи. Не обязательно, чтобы в месте шел дождь, чтобы на него повлияло затухание из-за дождя, поскольку сигнал может проходить через осадки на расстоянии многих миль, особенно если спутниковая антенна имеет низкий угол обзора . От 5% до 20% затухания из-за дождя или ослабления спутникового сигнала также может быть вызвано дождем, снегом или льдом на отражателе антенны восходящей или нисходящей линии связи, обтекателе или рупорном облучателе. Затухание из-за дождя не ограничивается спутниковыми восходящими или нисходящими линиями связи, поскольку оно также может влиять на наземные микроволновые линии связи точка-точка (те, что на поверхности Земли).

Затухание дождя обычно оценивается экспериментально, а также может быть рассчитано теоретически с использованием теории рассеяния капель дождя. Распределение размеров капель дождя (DSD) является важным фактором для изучения характеристик затухания дождя. ^[1] Различные математические формы, такие как гамма-функция, логнормальная или экспоненциальная формы, обычно используются для моделирования DSD. Теория рассеяния Ми или Рэлея с точечным сопоставлением или подходом t-матрицы используется для расчета поперечного сечения рассеяния и удельного затухания дождя. Поскольку дождь является неоднородным процессом как во времени, так и в пространстве, удельное затухание зависит от местоположения, времени и типа дождя.

Общее затухание дождя также зависит от пространственной структуры поля дождя. Горизонтальное, а также вертикальное, распространение дождя снова различается для разных типов дождя и местоположения. Граница вертикальной области дождя обычно предполагается совпадающей с изотермой 0˚ и называется высотой дождя. Высота слоя таяния также используется в качестве границ области дождя и может быть оценена по яркой полосе отражательной способности радара. ^[2] Предполагается, что горизонтальная структура дождя имеет ячеистую форму, называемую ячейкой дождя. Размеры ячеек дождя могут варьироваться от нескольких сотен метров до нескольких километров и зависят от типа дождя и местоположения. Существование ячеек дождя очень маленького размера недавно наблюдалось в тропическом дожде. ^[3]

Затухание дождя на спутниковой связи можно предсказать с помощью моделей прогнозирования затухания дождя, которые приводят к подходящему выбору метода смягчения замираний (FMT). ^[4] Модели прогнозирования затухания дождя требуют данных об интенсивности осадков, которые, в свою очередь, могут быть получены либо из карт прогнозирования осадков, которые могут отражать неточное прогнозирование характеристик дождя, либо из фактических измеренных данных об осадках, которые дают более точный прогноз и, следовательно, соответствующий выбор FMT. По существу, высота земли над уровнем моря является существенным фактором, влияющим на характеристики затухания дождя. ^[5] Разработчики спутниковых систем и поставщики каналов должны учитывать ухудшение из-за дождя при настройке своего канала.

Возможными способами преодоления последствий затухания сигнала из-за дождя являются разнесение площадок , управление мощностью восходящей линии связи, кодирование с переменной скоростью и приемные антенны большего размера, чем требуется для нормальных погодных условий.

Управление мощностью восходящей линии связи

Самый простой способ компенсировать эффект затухания из-за дождя в спутниковой связи — увеличить мощность передачи: эта динамическая мера противодействия затуханию называется контролем мощности восходящего канала (UPC). ^[6] До недавнего времени контроль мощности восходящего канала имел ограниченное применение, поскольку для него требовались более мощные передатчики — те, которые обычно могли работать на более низких уровнях и могли быть увеличены по команде (т. е. автоматически). Кроме того, контроль мощности восходящего канала не мог обеспечить очень большой запас сигнала без сжатия передающего усилителя. ^[7] Современные усилители в сочетании с передовыми системами контроля мощности восходящего канала, которые предлагают автоматическое управление для предотвращения насыщения транспондера, делают системы контроля мощности восходящего канала эффективным, доступным и простым решением для затухания спутниковых сигналов из-за дождя. ^[8]

Параллельные отказоустойчивые соединения

В наземных микроволновых системах точка-точка в диапазоне от 11 ГГц до 80 ГГц параллельное резервное соединение может быть установлено вместе с соединением с более высокой пропускной способностью, подверженным затуханию из-за дождя. ^[9] В этой схеме основное соединение, такое как 80 ГГц 1 Гбит/с полнодуплексный микроволновый мост, может быть рассчитано на 99,9%-ную доступность в течение одного года. ^[10] Расчетное значение 99,9%-ной доступности означает, что соединение может быть отключено в общей сложности десять или более часов в год, поскольку пики ливней проходят над областью. ^[10] Вторичное соединение с более низкой пропускной способностью, такое как 5,8 ГГц на основе моста 100 Мбит/с, может быть установлено параллельно основному соединению, с маршрутизаторами на обоих концах, контролирующими автоматическое переключение на мост 100 Мбит/с, когда основное соединение 1 Гбит/с отключается из-за затухания из-за дождя. Используя эту схему, высокочастотные двухточечные соединения (23 ГГц+) могут быть установлены для обслуживания точек, расположенных на много километров дальше, чем можно было бы обеспечить с помощью одного соединения, требующего 99,99% времени безотказной работы в течение одного года. ^[11]

Формула интерполяции CCIR

Можно экстраполировать распределение кумулятивного затухания в заданном месте, используя формулу интерполяции CCIR: ^[12]

А _р = А ₀₀₁ 0,12 р ^{−(0,546 − 0,0043 log ₁₀ р )} .

где A _p — затухание в дБ, превышаемое в течение p процентов времени, а A ₀₀₁ — затухание, превышаемое в течение 0,01% времени.

Формула масштабирования частоты МСЭ-Р

Согласно МСЭ-Р ^[13] , статистику затухания в дожде можно масштабировать по частоте в диапазоне от 7 до 55 ГГц по формуле

${\displaystyle {\frac {A_{2}}{A_{1}}}=\left({\frac {b_{2}}{b_{1}}}\right)^{1-1.12\cdot 10^{-3}{\sqrt {b_{2}/b_{1}}}(b_{1}A_{1})^{0.55}}}$

где

${\displaystyle b_{i}={\frac {f_{i}^{2}}{1+10^{-4}f_{i}^{2}}}}$

а f — частота в ГГц.

Смотрите также

• зона Френеля
• Схема разнообразия
• Распределение размера капель (DSD)
• IndoStar-1 , первый спутник прямого вещания, который использовал S-диапазон, способный эффективно уменьшать затухание сигнала из-за дождя
• S-диапазон

Ссылки

1. Дас, Саурабх; Майтра, Анимеш; Шукла, Ашиш К. (2010). "PIER B Online - Моделирование затухания дождя в диапазоне частот 10-100 ГГц с использованием распределений размеров капель для различных климатических зон тропической Индии". Progress in Electromagnetics Research B . 25 : 211–224. doi : 10.2528/PIERB10072707 .
2. Дас, Саурабх; Майтра, Анимеш; Шукла, Ашиш К. (2011-07-01). «Характеристики слоя таяния при различных климатических условиях в индийском регионе: наземные измерения и спутниковые наблюдения». Атмосферные исследования . 101 (1–2): 78–83. Bibcode : 2011AtmRe.101...78D. doi : 10.1016/j.atmosres.2011.01.013.
3. Шукла, Ашиш К.; Рой, Биджой; Дас, Саурабх; Чарания, АР; Кавайя, К.С.; Бандйопадхай, Кальян; Дасгупта, К.С. (2010-02-01). "Измерения микроячеек дождя в тропической Индии для оценки смягчения замирания из-за разнообразия участков". Radio Science . 45 (1): RS1002. Bibcode :2010RaSc...45.1002S. doi : 10.1029/2008RS004093 . ISSN  1944-799X.
4. Аль-Саг, Али М.; Элви, Таха А.; Абдулла, Усама А.; Сали, Адувати; Альджумайли, Абдулмаджид Х.Дж. (2021). Влияние осадков на спутниковую связь в Мосуле на частотах выше 10 ГГц. стр. 318–322. doi : 10.1109/IconSpace53224.2021.9768738. ISBN 978-1-6654-2523-0. Получено 2024-01-31 .
5. Аль-Саег, Али М.; Элви, Таха А. (2020-05-01). «Прямое извлечение вызванных дождем ухудшений на канале спутниковой связи в субтропическом климате в диапазонах K и Ka». Телекоммуникационные системы . 74 (1): 15–25. doi :10.1007/s11235-019-00631-2. ISSN  1572-9451. S2CID  255107907.
6. "Rain Fade". everythingrf.com . 1 мая 2021 г. . Получено 27 октября 2023 г. .
7. Samad, Md Abdus; Diba, Feyisa Debo; Choi, Dong-You (январь 2021 г.). «Обзор моделей затухания в дожде для телекоммуникационных линий Земля–Космос — таксономия, методы и сравнительное исследование». Remote Sensing . 13 (10): 1965. Bibcode : 2021RemS...13.1965S. doi : 10.3390/rs13101965 . ISSN  2072-4292.
8. "Метод и устройство управления мощностью восходящей линии связи для сетей спутниковой связи". www.esa.int . Получено 2023-10-27 .
9. "Разнообразие в микроволновых связях". CableFree . Получено 2023-10-27 .
10. "Microwave Link". Microwave Link . 2015-04-13 . Получено 2023-10-27 .
11. "Архивы точка-точка - Страница 2 из 3". Ссылка на микроволновую печь . 2017-11-28 . Получено 2023-10-27 .
12. CCIR [1990] Отчет 564-4 «Данные о распространении радиоволн и методы прогнозирования, необходимые для систем связи Земля-космос»
13. «Данные о распространении радиоволн и методы прогнозирования, необходимые для проектирования систем связи Земля-космос», Рекомендации МСЭ-Р, Рек. P.618-10, 2009.