ITU-R P.530建議書

ITU-R P.530建議書

1。 描述

●ITU-R P.530建議書“設計地面視距系統所需的傳播數據和預測方法”提供了許多傳播模型，可用於評估微波無線電通信系統中的傳播效果。

●本建議書提供了在晴天和降雨條件下設計數字固定視距鏈路時應考慮的傳播影響的預測方法。 它還以清晰的分步過程提供了鏈接設計指導，包括使用緩解技術以最大程度地減少傳播損害。 預測的最終中斷是解決錯誤性能和可用性的其他ITU-R建議書的基礎。

●在建議書中解決了對無線電鏈路有各種影響的不同傳播機制。 預測方法的應用範圍並不總是一致的。

●以下各節簡要介紹了已實現的預測方法。

2.由於多徑和相關機製而導致的衰落

衰落是影響數字無線電鏈路性能的最重要機制。 對流層中的多徑可能會導致深度衰減，尤其是在較長的路徑或較高的頻率下。 所有時間百分比的預測方法如圖1所示。

對於一小部分時間，衰落遵循瑞利分佈，每概率十年的10dB漸近變化。 可以通過以下表達式進行預測：

（1）

（2）

 

（3）

 

●K：地球氣候因子

●dN1：在平均年份的65％內不超過最低的1 m大氣中的點折射率梯度
●sa：區域地形粗糙度，定義為分辨率為110 s的110 km x 30 km區域內的地形高度（m）的標準偏差
●d：鏈接路徑距離（公里）
●f：鏈接頻率（GHz）
●hL：下部天線的海拔高度（m）
●|εp| ：路徑傾角的絕對值（mrad）
●p0：多路徑發生率
●pw：在平均最壞月份中超過時間衰減深度A的百分比

圖1：平均最壞月份超過的時間百分比pw，衰減深度A，p0介於0.01到1之間

如果使A等於接收機餘量，則由於多徑傳播而導致鏈路中斷的概率等於pw / 100。 對於具有n個躍點的鏈路，中斷PT的可能性考慮了連續躍點中的衰落之間的較小相關性的可能性。

（4）       

在（4）中，對於大多數實際情況。 Pi是為第i跳預測的中斷概率，並且為其距離。 如果A超過1 km或距離總和超過40 km，則C = 120。

3.由於水流星引起的衰減
雨水會引起非常深的衰減，尤其是在較高頻率下。 記錄P.530包含以下簡單技術，可用於估計降雨衰減的長期統計數據：
●步驟1：在0.01％的時間內（累計時間為0.01分鐘）獲得超過R1的降雨率。
●步驟2：使用ITU-R P.838建議書，計算感興趣的頻率，極化和降雨率的特定衰減γR（dB / km）。

●步驟3：通過將實際路徑長度d乘以距離係數r來計算鏈接的有效路徑長度deff。 此因子的估計值由下式給出：

（5）  

其中，對於R0.01≤100 mm / h：

（6）     

對於R0.01> 100 mm / h，使用值100 mm / h代替R0.01。

●第4步：通過以下方式估算超過0.01％的時間的路徑衰減：A0.01 =γRdeff =γRd

●步驟5：對於緯度等於或大於30°（北或南）的無線電鏈路，可以從以下冪定律推導出在其他百分比的時間p中（在0.001％到1％範圍內）超過的衰減：

（7）        

●步驟6：對於緯度低於30°（北或南）的無線電鏈路，可以從以下功率定律推導出在其他百分比的時間p範圍內超出0.001％至1％的衰減。

（8）        

公式（7）和（8）在0.001％– 1％的範圍內有效。

對於高緯度或高鏈路高度，由於融化層中冰粒或濕雪融化的影響，對於時間百分比p可能會超過更高的衰減值。 這種影響的發生率取決於鏈路高度與降雨高度的關係，降雨高度隨地理位置而變化。 建議書[1]中包含了詳細的過程。降雨造成的停電概率計算為p / 100，其中p是降雨衰減超過鏈路餘量的時間百分比。

4.減少交叉極化歧視（XPD）
XPD可能會嚴重惡化，從而導致同頻道干擾，並在較小程度上引起相鄰頻道干擾。 必須考慮在晴空和降水條件下XPD的減少。

多徑傳播和天線的交叉極化方向圖的綜合作用決定了在晴空條件下小比例時間發生的XPD降低。 為了計算這些降低的鏈路性能的影響，在建議書[1]中提出了詳細的分步過程。

強烈的降雨也會使XPD退化。 對於沒有更詳細的預測或測量值的路徑，可以使用等概率從雨的同極化衰減（CPA）的累積分佈（請參閱第3節）中獲得XPD無條件分佈的粗略估計。關係：

（9）      

                                                                                                                                      

係數U和V（f）通常取決於許多變量和經驗參數，包括頻率f。 對於具有小仰角和水平或垂直極化的視線路徑，這些係數可以近似表示為：

（10）     

（11）     

對於大於0 dB的衰減，已獲得U15的平均值約為9 dB，所有測量的下限為15 dB。

給出了分步過程來計算由於有雨時XPD減少而造成的中斷。

5.傳播效應引起的失真

UHF和SHF頻帶中視線鏈路上失真的主要原因是在晴空多徑情況下幅度和群延遲的頻率相關性。

通常，通過假設信號遵循從發射機到接收機的若干路徑或光線來對傳播通道進行建模。 性能預測方法通過整合各種變量（例如延遲（第一束到達的射線與其他射線之間的時間差）和振幅分佈）以及適當的設備元素模型（例如調製器，均衡器，前向）來利用這種多射線模型錯誤校正（FEC）方案等。[1]中推薦的預測錯誤性能的方法是簽名方法。

中斷概率在此定義為BER大於給定閾值的概率。

步驟1：根據以下方法計算平均時間延遲：

（12）                   

其中d是路徑長度（公里）。

步驟2：將多徑活動參數η計算為：

（13）  

步驟3：根據以下公式計算選擇性中斷概率：

（14）   

其中：

●Wx：簽名寬度（GHz）
●Bx：簽名深度（dB）
●τr，x：用於獲得簽名的參考延遲（ns），x表示最小相位（M）或非最小相位（NM）的衰減。
●如果僅標準化系統參數Kn可用，則可以通過以下公式計算公式（15）中的選擇性中斷概率：

（15）    

其中：
●T：系統波特率（ns）
●Kn，x：歸一化的系統參數，其中x表示最小相位（M）或非最小相位（NM）衰減。

6.多樣性技術

有許多技術可以緩解平坦和選擇性衰落的影響，其中大多數可以同時緩解這兩種情況。 相同的技術通常還可以減輕交叉極化歧視的減少。分集技術包括空間，角度和頻率分集。 空間分集有助於消除平坦衰落（例如由波束擴展損失或相對短時延的大氣多徑引起的衰落）以及頻率選擇性衰落，而頻率分集僅有助於消除頻率選擇性衰落（例如由表面多徑和噪聲造成的衰落） /或大氣多徑）。
每當使用空間分集時，還應通過以不同的向上角度傾斜天線來採用角度分集。 角度分集可用於無法實現足夠空間分集或降低塔架高度的情況。所有這些技術所提供的改進程度取決於系統分集分支中的信號不相關的程度。
衰落深度A的分集改善因子I定義為：I = p（A）/ pd（A）

其中pd（A）是衰落深度大於A的組合分集信號分支中時間的百分比，p（A）是未保護路徑的百分比。 數字系統的分集改善因數是由給定的BER在有無分集的情況下超出時間的比率定義的。

可以計算由於以下分集技術引起的改進：

●空間多樣性。
●頻率多樣性。
●角度多樣性。
●空間和頻率分集（兩個接收器）
●空間和頻率分集（四個接收器）
●詳細計算可在[1]中找到。

7.預測總中斷
晴空效應造成的總中斷概率計算如下：

（16）       

●Pns：由於非選擇性晴空衰減而導致的中斷概率（第2節）。

●Ps：選擇性衰落導致的中斷概率（第5節）
●PXP：在晴朗的空氣中XPD退化引起的停電概率（第4節）。
●Pd：受保護系統的中斷概率（第6節）。

降雨造成的總中斷概率是通過選取較大的Prain和PXPR計算得出的。

●Prain：由於雨衰而導致的斷電概率（第3節）。

●PXPR：與降雨相關的XPD退化引起的停電概率（第4節）。

晴空影響造成的停機主要取決於性能，而降水造成的停機主要取決於可用性。

8。 參考

[1] ITU-R P.530-13建議書，“設計地面視距系統所需的傳播數據和預測方法”，國際電聯，瑞士日內瓦，2009年。

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