Дождь исчезает

Замирание в дожде относится в первую очередь к поглощению микроволнового радиочастотного ( РЧ ) сигнала 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 на переднем фронте грозового фронта. Замирание из-за дождя может быть вызвано осадками в зоне восходящей или нисходящей линии связи. В каком-то месте не обязательно идет дождь, чтобы на него повлияло замирание под дождем, поскольку сигнал может проходить через осадки на расстоянии многих миль, особенно если спутниковая антенна имеет малый угол обзора . От 5% до 20% замирания в дожде или ослабления спутникового сигнала также могут быть вызваны дождем, снегом или льдом на отражателе антенны восходящей или нисходящей линии связи, обтекателе или рупоре. Замирание в дожде не ограничивается спутниковыми линиями вверх или вниз, поскольку оно также может влиять на наземные двухточечные микроволновые линии связи (находящиеся на поверхности Земли).

Затухание в дожде обычно оценивается экспериментально, а также может быть рассчитано теоретически с использованием теории рассеяния дождевых капель. Распределение дождевых капель по размерам (DSD) является важным фактором при изучении характеристик затухания дождя. ^[1] Для моделирования DSD обычно используются различные математические формы, такие как гамма-функция, логнормальная или экспоненциальная формы. Теория рассеяния Ми или Рэлея с сопоставлением точек или подходом t-матрицы используется для расчета сечения рассеяния и удельного ослабления в дожде. Поскольку дождь представляет собой неоднородный процесс как во времени, так и в пространстве, удельное затухание зависит от местоположения, времени и типа дождя.

Общее затухание в дожде также зависит от пространственной структуры дождевого поля. Горизонтальное, как и вертикальное, распространение дождя также варьируется в зависимости от типа дождя и места его расположения. Обычно считается, что граница области вертикального дождя совпадает с изотермой 0˚ и называется высотой дождя. Высота слоя таяния также используется в качестве границ области дождя и может быть оценена по яркой полосе радиолокационной отражательной способности. ^[2] Предполагается, что горизонтальная дождевая структура имеет ячеистую форму, называемую дождевой ячейкой. Размеры дождевых ячеек могут варьироваться от нескольких сотен метров до нескольких километров и зависят от типа дождя и его местоположения. Существование дождевых ячеек очень маленького размера недавно наблюдалось в тропических дождях. ^[3]

Затухание в дожде при спутниковой связи можно спрогнозировать с помощью моделей прогнозирования затухания в дожде, что позволяет выбрать подходящий метод уменьшения 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 неточный прогноз характеристик дождя, либо из фактически измеренных данных об осадках, которые дают более точный прогноз и, следовательно, соответствующий выбор FMT. По существу, высота Земли над уровнем моря является важным фактором, влияющим на эффективность ослабления дождя. ^[5] Разработчики спутниковых систем и поставщики каналов должны учитывать помехи от дождя при настройке своих каналов.

Возможными способами преодоления последствий замирания в дожде являются разнесение сайтов , управление мощностью восходящей линии связи, кодирование с переменной скоростью и приемные антенны, размер которых превышает требуемый для нормальных погодных условий.

Управление мощностью восходящей линии связи

Самый простой способ компенсировать эффект замирания в дожде в спутниковой связи — увеличить мощность передачи: эта мера противодействия динамическому замиранию называется управлением мощностью восходящей линии связи (UPC). ^[6] До недавнего времени управление мощностью восходящей линии связи имело ограниченное применение, поскольку для этого требовались более мощные передатчики – те, которые обычно могли работать на более низких уровнях и могли увеличивать уровень мощности по команде (т.е. автоматически). Кроме того, управление мощностью восходящей линии связи не могло обеспечить очень большие запасы сигнала без сжатия передающего усилителя. ^[7] Современные усилители в сочетании с передовыми системами управления мощностью восходящей линии связи, которые предлагают автоматическое управление для предотвращения насыщения транспондеров, делают системы управления мощностью восходящей линии связи эффективным, доступным и простым решением проблемы затухания спутниковых сигналов под дождем. ^[8]

Параллельные резервные каналы

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 полосой пропускания, подверженным замираниям в дожде. ^[9] При такой схеме можно рассчитать, что первичный канал, такой как полнодуплексный микроволновый мост с частотой 80 ГГц и скоростью 1 Гбит/с, будет иметь уровень доступности 99,9% в течение одного года. ^[10] Расчетный уровень доступности 99,9% означает, что линия связи может быть недоступна в общей сложности десять или более часов в год, когда над этим районом проходят пики ливней. ^[10] Вторичный канал с более низкой пропускной способностью, такой как мост 100 Мбит/с на частоте 5,8 ГГц, может быть установлен параллельно основному каналу, при этом маршрутизаторы на обоих концах контролируют автоматическое переключение на мост 100 Мбит/с, когда основной канал 1 Гбит/с. ссылка не работает из-за дождя. Используя эту схему, можно установить высокочастотные каналы «точка-точка» (23 ГГц+) в пункты обслуживания, находящиеся на много километров дальше, чем можно было бы обслуживать с помощью одного канала, требующего безотказной работы 99,99% в течение одного года. ^[11]

Формула интерполяции CCIR

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

А _п знак равно А ₀₀₁ 0,12 п ^{- (0,546 - 0,0043 журнал ₁₀ п )} .

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

Формула масштабирования частоты ITU-R

Согласно ITU-R, ^[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

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

f — частота в ГГц.

Смотрите также

• зона Френеля
• Схема разнообразия
• Распределение капель по размеру (DSD)
• IndoStar-1 , первый спутник прямого вещания, использующий S-диапазон и позволяющий эффективно уменьшить замирание в дожде.
• S-диапазон

Рекомендации

1. Дас, Саураб; Майтра, Анимеш; Шукла, Ашиш К. (2010). «PIER B Online - Моделирование затухания в дожде на частоте 10–100 ГГц с использованием распределения размеров капель для различных климатических зон в тропической Индии». Прогресс в исследованиях в области электромагнетизма Б . 25 : 211–224. дои : 10.2528/PIERB10072707 .
2. Дас, Саураб; Майтра, Анимеш; Шукла, Ашиш К. (1 июля 2011 г.). «Характеристики тающего слоя в различных климатических условиях Индийского региона: наземные измерения и спутниковые наблюдения». Атмосферные исследования . 101 (1–2): 78–83. Бибкод : 2011AtmRe.101...78D. doi :10.1016/j.atmosres.2011.01.013.
3. Шукла, Ашиш К.; Рой, Биджой; Дас, Саураб; Чарания, Арканзас; Кавайя, Канзас; Бандиопадхьяй, Калян; Дасгупта, Канзас (01 февраля 2010 г.). «Измерения микродождевых элементов в тропической Индии для оценки уменьшения затухания разнообразия участков». Радионаука . 45 (1): RS1002. Бибкод : 2010RaSc...45.1002S. дои : 10.1029/2008RS004093 . ISSN  1944-799X.
4. «Влияние осадков на спутниковую связь в Мосуле на частотах выше 10 ГГц». ieeexplore.ieee.org . Проверено 31 января 2024 г.
5. Аль-Саг, Али М.; Элви, Таха А. (01 мая 2020 г.). «Прямое выявление помех, вызванных дождем, на канале спутниковой связи в субтропическом климате в диапазонах K и Ka». Телекоммуникационные системы . 74 (1): 15–25. дои : 10.1007/s11235-019-00631-2. ISSN  1572-9451. S2CID  255107907.
6. "Затухание дождя". allrf.com . 1 мая 2021 г. . Проверено 27 октября 2023 г.
7. Самад, доктор Абдус; Диба, Фейиса Дебо; Чхве, Донг-Ю (январь 2021 г.). «Обзор моделей замирания в дожде для линий связи Земля-космос - таксономия, методы и сравнительное исследование». Дистанционное зондирование . 13 (10): 1965. Бибкод : 2021RemS...13.1965S. дои : 10.3390/rs13101965 . ISSN  2072-4292.
8. «Метод и устройство управления мощностью восходящей линии связи для сетей спутниковой связи». www.esa.int . Проверено 27 октября 2023 г.
9. «Разнообразие в микроволновых сетях». КабельБесплатно . Проверено 27 октября 2023 г.
10. "Микроволновая связь". Микроволновая связь . 13 апреля 2015 г. Проверено 27 октября 2023 г.
11. «Архивы Point to Point — страница 2 из 3» . Микроволновая связь . 28.11.2017 . Проверено 27 октября 2023 г.
12. CCIR [1990] Отчет 564-4 «Данные о распространении сигнала и методы прогнозирования, необходимые для систем связи Земля-космос»
13. «Данные о распространении сигнала и методы прогнозирования, необходимые для проектирования систем связи Земля-космос», Рекомендации МСЭ-R, Рек. С.618-10, 2009.