En modell för att förutse täckningen för VHF-sändningar

Transcription

LiU-ITN-TEK-A-15/010--SE
En modell för att förutse
täckningen för VHF-sändningar
Le Duong
2015-03-06
Department of Science and Technology
Linköping University
SE- 6 0 1 7 4 No r r köping , Sw ed en
Institutionen för teknik och naturvetenskap
Linköpings universitet
6 0 1 7 4 No r r köping
LiU-ITN-TEK-A-15/010--SE
En modell för att förutse
täckningen för VHF-sändningar
Examensarbete utfört i Elektroteknik
vid Tekniska högskolan vid
Linköpings universitet
Le Duong
Handledare Adriana Serban
Examinator Magnus Karlsson
Norrköping 2015-03-06
Upphovsrätt
Detta dokument hålls tillgängligt på Internet – eller dess framtida ersättare –
under en längre tid från publiceringsdatum under förutsättning att inga extraordinära omständigheter uppstår.
Tillgång till dokumentet innebär tillstånd för var och en att läsa, ladda ner,
skriva ut enstaka kopior för enskilt bruk och att använda det oförändrat för
ickekommersiell forskning och för undervisning. Överföring av upphovsrätten
vid en senare tidpunkt kan inte upphäva detta tillstånd. All annan användning av
dokumentet kräver upphovsmannens medgivande. För att garantera äktheten,
säkerheten och tillgängligheten finns det lösningar av teknisk och administrativ
art.
Upphovsmannens ideella rätt innefattar rätt att bli nämnd som upphovsman i
den omfattning som god sed kräver vid användning av dokumentet på ovan
beskrivna sätt samt skydd mot att dokumentet ändras eller presenteras i sådan
form eller i sådant sammanhang som är kränkande för upphovsmannens litterära
eller konstnärliga anseende eller egenart.
För ytterligare information om Linköping University Electronic Press se
förlagets hemsida http://www.ep.liu.se/
Copyright
The publishers will keep this document online on the Internet - or its possible
replacement - for a considerable time from the date of publication barring
exceptional circumstances.
The online availability of the document implies a permanent permission for
anyone to read, to download, to print out single copies for your own use and to
use it unchanged for any non-commercial research and educational purpose.
Subsequent transfers of copyright cannot revoke this permission. All other uses
of the document are conditional on the consent of the copyright owner. The
publisher has taken technical and administrative measures to assure authenticity,
security and accessibility.
According to intellectual property law the author has the right to be
mentioned when his/her work is accessed as described above and to be protected
against infringement.
For additional information about the Linköping University Electronic Press
and its procedures for publication and for assurance of document integrity,
please refer to its WWW home page: http://www.ep.liu.se/
© Le Duong
Sammanfattning
VHF står för ”Very High Frequency” och är ett frekvensband som ligger i området
30 - 300 MHz. Maritim VHF är standard för Sjöfartsverket och fungerar över hela
världen. Det är ett kommunikationssystem som bidrar till ökad säkerhet och kan rädda
liv på sjön [1]. Andra vanliga kommunikationssystem som mobiltelefoni fungerar inte
tillförlitligt. Idag fungerar mobiltelefoni i stora delar av skärgården och längs kusterna
men när det gäller kommunikation mellan fartyg längre ut till havs är den maritima
VHF-kommunikationen överlägsen [2].
Förord
Jag vill tacka Sjöfartsverket för att jag fått möjligheten att göra mitt examensarbete
på avdelningen ”System och Teknik” i Norrköping. Ett stort tack till mina handledare
Johan Winell och Adriana Serban samt min examinator Magnus Karlsson.
Låt mina framtida VHF-sändningar aldrig gå i skugga och alltid nå sina mål...
Linköping, Februari 12
Le Duong
ii
Innehåll
Sammanfattning
i
Förord
ii
Lista av Figurer
vi
Lista av Tabeller
viii
Förkortningar
ix
Fysikaliska Konstanter
x
Symboler
1 Introduktion
1.1 Bakgrund . . . .
1.2 Syfte . . . . . . .
1.3 Begränsningar . .
1.4 Tillvägagångssätt
1.5 Målgrupp . . . .
1.6 Sjöfartsverket . .
xi
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
2 Täckningsmodell
2.1 Radiotrafik . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2 Basstation för VHF . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.1 Antenner . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.2 Lutning av antenn . . . . . . . . . . .
2.2.3 Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.4 Kablar . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.5 Splitter/Kombinder . . . . . . . . . .
2.2.6 Utstrålad effekt från sändarantennen .
2.3 Radiolänk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.1 Simplified Path-Loss Model, SPLM . .
2.3.1.1 The mean square error, MSE
2.3.1.2 The mean square error, MSE
2.3.2 Troposfären . . . . . . . . . . . . . . .
iii
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
. . . . . . . . .
. . . . . . . . .
. . . . . . . . .
. . . . . . . . .
. . . . . . . . .
. . . . . . . . .
. . . . . . . . .
. . . . . . . . .
. . . . . . . . .
. . . . . . . . .
- Near field och
- Far fields . .
. . . . . . . . .
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
. . . . .
. . . . .
. . . . .
. . . . .
. . . . .
. . . . .
. . . . .
. . . . .
. . . . .
. . . . .
Far field
. . . . .
. . . . .
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
1
1
2
2
2
3
3
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
4
4
5
5
9
11
14
17
18
19
19
19
20
21
Innehåll
iv
2.3.2.1 En standard referens till atmosfären, k . . . . . . . . .
2.3.3 Dämpning vid växtlighet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.4 Dämpning i atmosfärgaser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.5 Dämpning vid regn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.6 Dämpning vid moln eller dimma . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.7 Dämpning vid diffraktion: Kniveggsdiffraktion(eng. knife edge diffraction) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.4 Maritim VHF-radio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.4.1 The European Telecommunication Standards Institute, ETSI . .
2.4.2 Mottagarens känslighetsgräns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.5 Länkbudget . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.5.1 Modell 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.5.2 Modell 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.6 Blockschema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.7 Mottagen effekt ut från mottagarsidan . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.8 Täckningsmodell från Jotron . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.8.1 International Civil Aviation Organization, ICAO . . . . . . . . .
2.8.2 Jotron . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.8.2.1 The effective radiated power, ERP . . . . . . . . . . . .
2.8.2.2 Free space path loss, FSPL . . . . . . . . . . . . . . . .
2.8.2.3 Minsta signalnivå inom radiolänken från en helikopter
eller båt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.8.2.4 Topografi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.9 GSD-Höjddata, grid 50+ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.10 Bresenham algoritm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.10.1 Linjära samband: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3 Matlab modell
3.1 Modell 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2 Modell 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2.0.1 Matlab programmering:
3.2.0.2 Simulering . . . . . . .
3.3 Verifiering av Modell . . . . . . . . . . .
3.3.1 Verifiera av avståndet: . . . . . .
3.3.2 Verifiera punkt till punkt modell:
. . .
. . .
. .
. . .
. . .
. . .
. . .
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
23
30
31
33
37
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
39
40
41
41
43
43
44
45
46
47
47
47
47
48
.
.
.
.
.
48
49
54
57
57
.
.
.
.
.
.
.
59
59
61
62
63
69
69
70
4 Slutsats och Diskussion
77
4.1 Diskussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
4.2 Framtida arbete . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
A Appendix
A.1 Extra material: . . .
A.2 Frekvensmodulation
A.3 Matlab kod: . . . . .
A.3.1 Modell 1: . .
A.3.2 Modell 2: . .
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
83
83
83
85
85
87
Innehåll
v
A.4 Tabeller: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
Litteraturförteckning
110
Figurer
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
2.10
2.11
2.12
2.13
2.14
2.15
2.16
2.17
2.18
2.19
2.20
2.21
2.22
2.23
2.24
2.25
2.26
2.27
2.28
En enklare bild av systemet från radiosändare till radiomottagare . . . . .
Dipolantennen AV1312-2: Konfigurationer (a) i frirymd och (b) monterad
på ett metallrör. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Illustration på en dipolantenn AV1312-2, Free-space och vertikalt plan [3].
Illustration på en dipolantenn AV1312-2, Free-space och horisontellt plan
[3]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Illustration på en dipolantenn AV1312-2 installerad på ett metallrör, vertikalt plan [3]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Illustration på en dipolantenn AV1312-2 installerad på ett metallrör, horisontellt plan [3]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Illustrerar en elektrisk lutning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Illustrerar två radiovågor som går i motfas med varandra. . . . . . . . . .
Illustrerar ett kavitetsfilter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Illustrerar ett kretschema för ett kavitetsfilter. . . . . . . . . . . . . . . . .
Illustrerar de olika filerna bandpassfilter, bandspärrfilter samt en bandning mellan bandpass och bandspärrfilter. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Illustrerar ett duplexfilter som används i basstationen i Norrköping. . . .
Skineffekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Illustrerar olika kontakter som använts vid basstationen i Norrköping. . .
Illustrerar en splitter som används vid basstationen i Norrköping. . . . . .
Illustrerar ”Simplified Path-Loss Model” vid olika Path-loss exponent (γ)
värden. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Illustrerar geometri över avståndet till horisonten. . . . . . . . . . . . . .
Illustrerar radioutbredningen vid homogen atmosfär. . . . . . . . . . . . .
Illustrerar atmosfärens påverkan på radioutbredningen. . . . . . . . . . . .
Illustrerar dämpningen vid vegetation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Illustrerar grafen för dämpningen vid vegetation. . . . . . . . . . . . . . .
Dämpning i atmosfärgaser för standard atmosfär, plottad i Matlab. . . . .
Illustrerar regndropparnas form vid olika polarisationer: (a) Horisontel(0◦ ),
(b) Circulär(45◦ ) och, (c) Vertikal(90◦ ). . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Illustrerar dämpning vid regn vid olika polarisationer. . . . . . . . . . . .
Illustrerar dämpningen av en signal för vertikalt polarisariserad regndroppar vid frekvenserna 40 GHz och 160 MHz. . . . . . . . . . . . . . . . . .
Illustrerar dämpningen vid moln och dimma. . . . . . . . . . . . . . . . .
Illustrerar de tre högsta kanter som kommer ha en inverkan på dämpningen
i kanalen på grund av kniveggsdiffraktion.(a)Består av en kant, (b)Består
av två kanter och (c)Består av tre kanter. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Illustrerar (a) mottagarantenn (b) ekvivalent schema. . . . . . . . . . . .
vi
5
7
7
8
8
9
10
11
12
12
13
14
15
16
17
21
22
22
23
30
31
32
34
36
37
38
40
42
Figurförteckning
vii
2.29
2.30
2.31
2.32
2.33
2.34
2.35
Illustrerar
Illustrerar
Illustrerar
Plott över
Illustrerar
Illustrerar
Illustrerar
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
Räckvidd för modell 1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Räckvidd för modell 1(polar plott). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Illustrerar grafiskt användargränsnitt för punkt till punkt modellen. . .
Illustrerar en simulering från basstation till en utvald punkt. . . . . . .
Illustrerar en inzoomad simulering från basstation till en utvald punkt. .
Illustrerar första simuleringen punkt till punkt modell med kanalförlusten
FSPL. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Illustrerar andra simuleringen från punkt till punkt modell med kanalförlusten diffraktion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Illustrerar den tredje simuleringen från punkt till punkt modell med kanalförlusten FSPL, diffraktion, atmosfär, regn, vegetation samt moln. . .
Illustrerar en graf med de tre fallen FSPL, Diffraktion(terräng) samt
”Worse case”. Alla de tre fallen har en ineffekt till bassystemet på 25
W. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Illustrerar en simulation av en punkt till punkt (eng. point to point)
modell med kanalförlusten diffraktion med två olika effekter 25 W och 50
W. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Illustrerar verifiering av avståndet mellan sändare och mottagare för simuleringen av modell 2. Figuren är tagen från hemsidan ”hitta.se”. . . .
Illustrerar installationen av antennen vid lotsbåt. . . . . . . . . . . . . .
Illustrerar S-meter skalan på radion IC-706MKIIG [5]. . . . . . . . . . .
Illustrerar installationen mellan radion IC-706MKIIG och spektrum analysatorn Rohde & Schwarz CMS 54. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Verifiera modell: Illustrerar täckningen av basstationen i Norrköping vid
Oxelösund. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Illustrerar färdsträckan för lotsbåten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.7
3.8
3.9
3.10
3.11
3.12
3.13
3.14
3.15
3.16
systemet som helhet från sändarantennen till mottagarantennen
höjden på basstationen sett från havsnivå. . . . . . . . . . . . .
geometri för en knife edge [4]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Norrköping. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
ASCII-tabell. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
ett rutnät på 5x5 km och dess höjdvärden. . . . . . . . . . . .
Bresenham algoritm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
.
.
.
.
.
45
49
53
54
55
56
58
60
61
62
63
64
. 65
. 66
. 67
. 68
. 69
. 70
. 71
. 71
. 72
. 73
. 76
A.1 Illustrerar ett blockschema för det frekvensmodulerade signal. . . . . . . . 84
A.2 Illustrerar en frekvensmodulerad signal. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
Tabeller
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
Radiofrekvensbandens indelning . . . . . . . . . . . . . . . .
Specifikationer kring installationen av antennen. . . . . . .
Typvärden av filter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Specifikationer på de kablar som används vid basstationerna
Länkbudget för första approximation. . . . . . . . . . . . .
Länkbudget för andra approximation. . . . . . . . . . . . .
3.1
3.2
3.3
Förluster vid sändar- och mottagarsidan. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
Verifiera modell: Simuleringar och mätningar. . . . . . . . . . . . . . . . . 74
Korrigering av modell med hjälp av mätningar. . . . . . . . . . . . . . . . 75
A.1
A.2
A.3
A.4
A.5
A.6
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
Plats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Koefficient för kH [6] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Koefficient för kV [6] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Koefficient för αH [6] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Koefficient för αV [6] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Dipole antenn AV1312-2: Förstärkningen vid olika vinkar mellan 0 - 360
grader vid frekvensen 160 MHz. Antennen är riktad mot 90o . . . . . . .
A.7 Dipole antenn AV1312-2: Förstärkningen vid olika vinkar mellan 0 - 360
grader vid frekvensen 160 MHz. Antennen är riktad mot 90o . . . . . . .
A.8 Frekvenstabell [7] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
A.9 S-meter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
A.10 Typexempel på Path-loss exponenter [8]. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
viii
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
4
6
13
15
43
44
104
105
105
105
105
. 106
.
.
.
.
107
108
109
109
Förkortningar
BER
Bit Error Rate
BS
Bas Station (sv. basstation)
ERP
Effective Radiated Power / Equivalent Radiated Power
ETSI
European Telecommunication Standards Institute
FN
Förenta Nationerna
FSPL
Free Space Path Loss
GSD
Geografisk Sverige Data
GUI
Graphical User Interface (sv. Grafiskt användargränsnitt)
MöH
Meter över Havsnivå
HaM
Höjden av Marknivå
MöM
Meter över Marknivå
MSE
Mean Squared Error
IMO
International Maritime Organization
ITU
International Telecommunication Union (sv. Internationella teleunionen)
PL
Path Loss (sv. Vägförlust)
PTS
Post Tele Styrelsen
LOS
Line Of Sight (sv. Fri sikt)
SPLM
Simplified Path Loss Model
VHF
Very High Frequency
ix
Fysikaliska Konstanter
Konduktivitet (koppar)
Ljusets hastighet
Vakuumpermeabiliteten
σcu
=
c
=
µ0
=
x
5.8 ×107 S/m
2.997 924 58 × 108 ms−1
4π × 10−7 NA−2
Symboler
d
Avstånd
m
D
Direktiviteten
dB
f
Frekvens
Hz
Ps
In-effekt
W
PT x
Utsänd effekt
W
PRx
Mottagen effekt
W
PL
Kanalförlust
dBm
P
Tryck
hPa
B
Bandbredd
Hz
h1
Höjdplacering av sändarantenn
m
h2
Höjdplacering av mottagarantenn
m
T
Temperatur
K eller o C
xi
Dedikerad till Nguyen Thi Mung
xii
Kapitel 1
Introduktion
Det här kapitlet tar upp bakgrunden till det här examensarbetet.
1.1
Bakgrund
Sjöfartsverket driver för sitt eget och kunders behov ett mobilradionätverk kallat kustradionätverket. Radiotrafiken i nätet sker både på Very High Frequency (VHF) och Medium frequency (MF). VHF-systemet är ett internationellt system som bland annat
används till att kommunicera till sjöss och den trafiken befinner sig i frekvensbandet
155.5 - 162.025 MHz. Inom VHF-bandet finns det 55 kanaler. Kanalerna vid kustradiostationen kallas för duplexkanaler och innebär att kustradiostationerna sänder och tar
emot signaler på två olika frekvenser.
Radioutbredningen hos antennen som är installerad på basstationen har riktverkan i
vissa riktningar och dämpningar i andra. Detta kan ses i strålningsdiagrammet under
kapitlet ”Täckningsmodell” och avsnittet antennen. Andra faktorer som kan påverka
radioutbredningen är förluster i basstationenssystemet, topologin hos området mellan
sändare och mottagare samt väderberoende utbredningsegenskaper.
Genom att hitta de tänkbara faktorer som påverkar signalutbredningen kan en täckningsmodell
förutses. Det är förluster som finns i basstationen, radiolänken samt förluster vid mottagarantennen.
1
Introduktion
1.2
2
Syfte
Syftet med detta examensarbete är att kunna förutse täckningsområdet för en basstation
genom att skapa en modell för signalutbredningen. En viktig aspekt är att ta med
aktuella förluster.
1.3
Begränsningar
Begränsningar görs för att examensarbetet och fokus lades på systemets helhet för att
hinna inom tidsrammarna 20 veckor.
1.4
Tillvägagångssätt
Examensarbetet inleddes med en litteraturstudie i form av böcker och internet. Med
hjälp av referenser från boken ”Introduction to RF propagation” [9] hittades ett arkiv
från ITU [10] med information om radioutredningen och detta arkiv används i examensarbetet. Under litteraturstudien togs två länkbudgetar fram för att få en överblick över
vilka förluster som påverkar radioutbredningen mellan sändar- och mottagarsidan, se
tabell 2.5 och 2.6. Länkbudgetarna består av de förluster som finns i basstationssystemet, kanalen mellan radiolänken samt de förluster som finns vid mottagarsidan. Dessa
länkbudgetar kommer att vara till stor nytta för programmeringen av täckningsmodellen
i Matlab. Litterturstudien bestod också av att undersöka tidigare täckningsmodeller en
som Sjöfartsverket tillämpar och en som företaget Jotron har tagit fram åt Sjöfartsverket.
Efter litteraturstudien påbörjades programmering av täckningsmodeller och modell 1
togs fram som bestod av en modell som beräknar kanalförlusten FSPL i alla riktningar
kring en basstation. Modell 2 består av en ”point to point” modell som beräknar mottagareffekten beroende av kanalförlusterna FSPL, regn, atmosfär, moln och dimma, vegetation samt diffraktion. Eftersom Sjöfartsverket har tillgång till höjddata över Norrköping
har en diffraktionsalgoritm som beror av terrängen använts i täckningsmodellen. Diffraktionsmodellen är en modell som Jotron också använder i sin täckningsmodell. Ett av
de sista momenten i examensarbetet är att verifiera om modellen stämmer med verkligheten.
Introduktion
1.5
3
Målgrupp
Rapporten är skriven för alla som har ett intresse för Maritim radio och dess VHFtäckning. Rapporten är främst riktad till ingenjörer vars verksamhet ligger i anknytning
till området telekommunikation.
1.6
Sjöfartsverket
Sjöfartsverkets verksamhet ska bedrivas med inriktning huvudsakligen på handelssjöfarten
men de också för ökad säkerhet i fritidsbåtstrafiken genom information och rådgivande
verksamhet. Fritidsbåtstrafikens intressen i övrigt liksom fiskets och marinens intressen
ska beaktas (§3, [11]).
Arbetsområden som Sjöfartsverket har är till exempel att tillhandahålla lotsning , farledshållning och vid behov inrätta nya farleder, sjöräddning, isbrytning för framkomlighet, sjöfartens påverkan på miljön, verka för att hänsyn tas till funktionshindrade personers behov inom sjöfarten, sjögeografisk information inom Sjöfartsverkets ansvarsområde (sjökartläggning), samordning av sjögeografisk information inom Sverige,
sjötrafikinformationstjänst, redovisa och dokumentera Sveriges gränser till havs samt
svara för skötsel och tillsyn av dessa gränsers utmärkning [11].
Kapitel 2
Täckningsmodell
Kapitlet behandlar de delar som utformar täckningsmodellen som är relevanta för examensarbetet.
2.1
Radiotrafik
I Sverige är det PTS som administrerar spektrumanvändningen. För att radiotrafiken
ska användas på rätt sätt sker ett samarbetet mellan myndigheter som Luftfartsverket,
Sjöfartsverket samt Försvaret. PTS utfärdar de tillstånd som krävs för all radiosändning.
I tabellen 2.1 finns indelningen för radiofrekvensbandet [12].
Tabell 2.1: Radiofrekvensbandens indelning
Frekvensområde
300 - 3000 Hz
3 - 30 kHz
30 - 300 kHz
300 - 3000 kHz
3 - 30 MHz
30 - 300 MHz
300 - 3000 MHz
3 - 30 GHz
30 - 300 GHz
Våglängd
100 - 1000 km
10 - 100 km
1 - 10 km
100 - 1000 m
10 - 100 m
1 - 10 m
10 - 100 cm
1 - 10 cm
1 - 10
Engelsk benämning
Extremely Low Freq. (ELF)
Very Low Freq. (VLF)
Low Freq. (LF)
Medium Freq. (MF)
High Freq. (HF)
Very High Freq. (VHF)
Ultra High Freq. (UHF)
Super High Freq. (SHF)
Extremely High Freq. (EHF)
Svensk benämning
Långvåg
Mellanvåg
Kortvåg
Ultrakortvåg
Decimetervågor
Centimetervågor
Milimetervågor
Internationella teleunionen (ITU) är ett organ i Förenta nationerna (FN) som bland
annat reglerar radiotrafiken genom internationella överenskommelser. De styr standardisering, frekvenstilldelning, samordning och planering av de internationella telekommunikationerna. På ITU’s hemsida finns det ett arkiv med rekommendationer på hur
radioutbredningen kan beräknas. I det arkivet finns det rekommendationer av modeller
för att förutse olika former av dämpningar vid signalutbredningen.
4
Täckningsmodell
5
Kommunikationen på sjöfartsverket sker på ett antal 25 kHz kanaler i VHF-bandet inom
frekvensintervallet 156–162 MHz [1].
2.2
Basstation för VHF
Basstationen är länken mellan det fasta nätet och VHF-radioanvändningen. Därför är det
viktigt att basstationen har ett bra täckningsområde för att nå de fartyg som befinner
sig på nära avstånd men också de på långt avstånd. VHF-basstationen är det första
blocket i länken från radiosändare till radiomottagare.
För examensarbetet kommer basstationen i Norrköping användas som ett typexempel
vid utredning av förluster i radiolänken.
Figur 2.1: En enklare bild av systemet från radiosändare till radiomottagare
2.2.1
Antenner
Prestandan hos Sjöfartsverkets antenner beror på montering och konfigurering av antennen, samt de andra antenner som är installerade på masten. Antennens strålningskaraktäristik
påverkas av miljö, inkopplingen av antennen med mera. Att göra en generell analys av
hur Sjöfartsverkets antenner är konfigurerade är omöjligt eftersom det är för många
faktorer som spelar in och för att alla basstationer ser olika ut.
För att kunna få en bättre uppfattning av antennens strålningskaraktäristik vid ett generellt fall så jämförs antennen då den är monterad på en enkel metallcylinder och när
antennen inte är monterad på någonting alls. Vid dessa två fallen så tar inte simulationerna över förstärkningen hänsyn till matningskabeln, antennfästen samt de andra
antenner som är installerade på masten. Det är viktigt att komma ihåg att oavsett om
det verkliga fallet är uppmätt eller simulerat är det bara en uppskattning. Figur 2.2
illustrerar då antennen är installerad på en metallcylinder.
Figurerna 2.3 och 2.4 illustrerar strålningsdiagrammet för första fallet och figurerna 2.5
och 2.6 illustrerar strålningsdiagrammet för andra fallet. Figurerna i de två fallen visar
två strålningsdiagram vid två olika plan vertikalt och horisontellt.
Strålningsdiagrammen av antennen AV1312-2 är framtagna av tillverkaren ”Aerial Oy”
och specifikationer rörande installationen av antennen återfinns i tabell 2.2.
Täckningsmodell
6
Tabell 2.2: Specifikationer kring installationen av antennen.
Specifikationer
Antenn(AV1312-2)
Metallrör
Frekvens :
160 MHz Placering : Center
Polarisering : Vertikalt Diameter : 0.17 m
Effekt :
10 W
Längd :
4m
Jämförelse mellan strålningsdiagrammen:
Vid första fallet har dipolantennen en förstärkning på 2.1 dBi. Det horisontella planet
vid första fallet har näst intill perfekt rundgående strålning. För det andra fallet har
bakloben en undertryckning med en max förstärkning framåt som ligger mellan 2.1 till
4.1 dBi, se figur 2.6. För att se förstärkningen i andra fallet för olika Azimutvinklar då
Elevationsvinkeln är lika med noll, se tabell A.6 och A.7.
Förstärkningen framåt beror på att metallcylindern som dipolantennen är installerad
på fungerar som en jordledare. Metallcylindern kan ses som en reflektor som ger ett
”front-to-back ratio” som ökar förstärkning framåt.
Värdet av ”front-to-back ratio” får vi genom att ta styrkan av strålningen vid 0 grader
minus styrkan av strålningen vid 180 grader.
Exampel: Bakloben = -5, framloben = 2
Front-to-back ratio [13]: 2 - (- 5) = 7 dB
Täckningsmodell
Figur 2.2: Dipolantennen AV1312-2: Konfigurationer (a) i frirymd och (b) monterad
på ett metallrör.
Figur 2.3: Illustration på en dipolantenn AV1312-2, Free-space och vertikalt plan [3].
7
Täckningsmodell
Figur 2.4: Illustration på en dipolantenn AV1312-2, Free-space och horisontellt plan
[3].
Figur 2.5: Illustration på en dipolantenn AV1312-2 installerad på ett metallrör, vertikalt plan [3].
8
Täckningsmodell
9
Figur 2.6: Illustration på en dipolantenn AV1312-2 installerad på ett metallrör, horisontellt plan [3].
2.2.2
Lutning av antenn
En dipolantenn har en enda stor huvudlob i det vertikala planet som är fördelad jämnt
under och över horisonten. Vid ökad antennförstärkning så minskas huvudloben i det
vertikala planet och då är det viktigt att rikta in loben.
Maximala täckningsområdet uppnås genom att rikta huvudloben i det vertikala planet,
på eller strax under horisonten. Ökningen av antennhöjden tillåter antennen att se något
bortom jordens krökning vilket är fördelaktigt för att få ett bättre täckningsområde.
Det går att rikta huvudloben i det vertikala planet mekaniskt eller elektriskt. Även om
mekanisk lutning fungerar så har den en nackdel att den endast sänker huvudloben på
ena sidan och lyfter lika mycket på motsatt sida. Men i vissa situationer kan mekanisk
lutning vara acceptabel.
Ett bättre sätt att luta huvudloben är elektriskt och detta uppnås genom att helt enkelt
sätta in en ”fördröjningslinje” innan de nedre antennelementen, se figur 2.7. Elektrisk
lutning har fördelen av att den metoden sänker huvudloben lika mycket på båda sidorna
av mittpunkten i det vertikala planet, men metoden går endast att tillämpa för antenner
med fler antennelement och kallas för Stackadantenn [14].
Täckningsmodell
10
Figur 2.7: Illustrerar en elektrisk lutning
Destruktiv interferens av en radiovåg:
Destruktiv interferens sker då två radiovågor går i motfas med varandra och då sker
en utsläckning av radiovågor. Motsatsen till destruktiv interferens är positiv interferens
och då sker en superposition av radiovågorna.
För de signaler då destruktiv interferens inträffar finns det i värsta fall ingen signal, de
hamnar i stället i huvudloben se figuren 2.8. Resultatet blir att strålningsmönstret blir
smalare. Ökar vi avståndet A så blir vinkeln α mindre. Formeln för vinkeln α beräknas
enligt 2.1 [15].
c
f
A · sin(α) = 0.5λ
0.5λ
α = arcsin
A
λ=
där
A, är avståndet mellan dipolantennerna [m]
Ljusets hastighet: c = 2.997 924 58 × 108 ms−1
f, frekvens [Hz]
(2.1)
Täckningsmodell
11
Figur 2.8: Illustrerar två radiovågor som går i motfas med varandra.
2.2.3
Filter
I basstationen finns det ett antal olika filter som kan bidra till dämpningar av signalen.
Vanliga filter som användt är kavitetsfilter och duplexfilter. Duplex filtret är oftast
placerat mellan antennen och komponenter i systemet(som tex splitter) och använts då
det finns fler ingångar eller utgångar. I tabellen 2.3 hittas typvärden på filter.
Kavitetsfilter:
Kavitetsfiltret är ett enkelt mekaniskt reglerbart bandpassfilter vars huvuduppgift är
att släppa igenom önskade signaler och stoppa de oönskade. Regleringen av bandspärren
görs via ratten på metallrörets nedre del till vänster om den stora tuben och regleringen
av bandpassfiltret görs genom att använda ratten ovanför tuben, se figur 2.9 och 2.10.
Anledningen till att kavitetsfiltren ofta är stora till storleken beror på att filtret blir
mera noggrant reglerbart och får större Q-faktor (eng. quality factor). Ett annat sätt
att påverka filtrets noggrannhet och Q-faktor är att använda större diameter på spolarna
som finns i Kavitetsfilter och reglera C1 för att nå önskat frekvensband. Kavitetsfilter
är ett enkelt och relativt billigt filter som ofta använts i Duplexfilter.
Täckningsmodell
12
Figur 2.9: Illustrerar ett kavitetsfilter.
Figur 2.10: Illustrerar ett kretschema för ett kavitetsfilter.
Täckningsmodell
13
Duplexfilter:
En Duplexer gör det möjligt att sända och ta emot signaler med olika frekvenser med
samma antenn och filtrerar bort oönskade frekvenser. Separationen mellan sändar- och
mottagar frekvenser sker med en så kallad splitter. En simplexer fungerar som en duplexer men kan endast ta emot eller skicka signaler.
En duplexer består av två noggrant reglerade resonanskretsar, en som reglerar passbandet och ett som reglerar frekvensen av bandspärren (eng. notch), se figur 2.11. En
duplexer kan bestå av tre olika RF -filter, bandpassfilter, bandspärrfilter eller en blandning mellan bandpass- och bandspärrfilter(eng. Vari-Notch) [16].
Figur 2.11: Illustrerar de olika filerna bandpassfilter, bandspärrfilter samt en bandning
mellan bandpass och bandspärrfilter.
Basstationen i Norrköping använder ett duplexfilter som heter DPF 2/6 och som har
6 kaviteter och jobbar i 160 MHz. Filtret har en inkopplingsförlust(eng. insertion loss)
som ligger på mindre 1.2 dB för enkel reglering och 1.4 för reglering av flera kanaler [17].
Tabell 2.3: Typvärden av filter.
Filter typ
Kavitet
Duplex
Tillverkare
Sinclair
Procom
Serie nummer
FP20107-3
-
Frekvens [MHz]
148-174
160
Dämpning [dB]
0.5 - 3
1.2
Täckningsmodell
14
Figur 2.12: Illustrerar ett duplexfilter som används i basstationen i Norrköping.
2.2.4
Kablar
Alla de kablar som kopplar ihop basstationssystemet är skarvade med flera skarvar.
Dessa skarvar, kablar och kontakter bidrar till extra dämpning av signalen. Dämpningen
i kablar indikerar hur mycket energi som går förlorad i form av värme under sändning
av en signal genom en RF-ledning [18].
Det finns olika faktorer som kan bidra till förlusten i en viss kabel:
- Material av ledning ger förluster i form av skin- och dielektrisk effekt.
- Reflektion på grund av mismatch.
- Förluster på grund av dålig skyddad kabel.
För att minimera förlusterna i kablarna:
- Minimera längderna av kablarna.
- Kabel diameten ska vara så stor som möjligt.
- Hög Konduktivitet (elektrisk ledningsförmågan) i ledaren i kabeln.
- Låg dielektrisk konstant.
Den dielektriska konstanten anger hur det elektriska fältet påverkas av det dielektriska
materialet (elektrisk isolerande materialet).
Upp till ungefär 10 GHz dominerar ledningsförluster för ledaren. Från 10 GHz och uppåt
dominerar dielektriska förlusterna.
Täckningsmodell
15
Skineffekt
Är en förlust som påverkar ledarens ledningsförmåga och de ökar med frekvensen, dvs
resistansen i ledaren ökar med frekvensen. Den ledande ytan blir smalare och strömmen
koncentreras mot ytan. Detta beror på effekten av den magnetiska induktansen, se figur
2.13. Vid dc (homogen densitet av strömmen) sker ingen skineffekt och strömmen kan
flöda genom hela ledaren.
Figur 2.13: Skineffekt
I tabellen 2.4 visas typvärden på kablar som använts i basstationssystemet. Priserna på
kablarna i tabellen är tagna från företagen Elfa [19] och broadcastwarehouse [20], det
är samma produkter men andra tillverkare. Prislistan är till för att exemplifiera vad
kablarna kan kosta och är angiven i kr/m.
Tabell 2.4: Specifikationer på de kablar som används vid basstationerna
Tillverkare
Acome M2939Z
Acome M28327
Mantovani & Serazzi
Mantovani & Serazzi
Mantovani & Serazzi
Mantovani & Serazzi
SpA
SpA
SpA
SpA
Kabeltyp
1 5/8
7/8
RG 217
RG 213
RG 214
RG 58
Frekvens [MHz]
100 - 300
100 - 300
100 - 400
100 - 400
100 - 400
100 - 400
Dämpning [dB/100 m]
0.72 -1.3
1.23 - 2.23
4.60 - 10.15
6,20 - 13.50
7.55 - 16.4
16.10 - 39.4
Pris
326.40
136.32
22.40
37.20
57.70
8.51
Täckningsmodell
16
RF Kontakter:
RF-kontaktens uppgift är att med så små förluster som möjligt överföra det elektriska och
magnetiska fältet mellan två ledningar. För att undvika VSWR (The voltage standing
wave ratio) och missmatchning är det viktigt att impedansen har rätt värde. Alla RFkontakter är designade för att ha så låg VSWR och kopplingsförlust som möjligt. Ett
typiskt värde för förlusten vid inkoppling är < 0.05 dB men kan ligga över och har då
maximala värdet 0.1 dB. Det är viktigt att skydda kontakterna och undvika gap mellan
kontakterna [18].
Figur 2.14: Illustrerar olika kontakter som använts vid basstationen i Norrköping.
Skarvar:
Använts för att koppla samman flera kablar. En av de vanligaste skarvarna använts för
att koppla samman N-typ kablar och finns i olika varianter. Kopplingsförlusten för en
N-typ skarv ligger på ≤ 0.15 dB vid frekvensen 10 GHz så vid 160 MHz är denna förlust
relativt liten [21].
En skarv ger generellt liten dämpning av signalen jämfört med dämpningen hos kablarna
som kopplas samman. Skarven mellan två olika kabeltyper bidrar till en större dämpning
av signalen och detta beror på förändring av kabelns diameter och därmed förändring
av ledningsförmågan i kabeln.
Täckningsmodell
2.2.5
17
Splitter/Kombinder
En kombinder uppgift är att koppla samman flera kanaler och kan vara placerad efter ett
duplexfilter sett från mottagarantennen vid basstationen. Splitterns uppgift är att dela
upp en kanal till flera kanaler. Norrköpings basstation använder en splitter av modellen
”ZSC-4-1” har en ingång och fyra utgångar. Inkopplingsförlusten för både Splitter och
Kombinder ligger runt 0 - 0.5 dB. Förlusten hos Splitter och Kombinder ligger på 6 dB
vid frekvensen 160 MHz, dvs den totala förlusten ligger runt 6 - 6.5 dB [22].
Power loss ratio:
PLR
P owerAvailableF romSource
=
=
P owerDeliveredT oLoad
PT
PR
(2.2)
Insertion loss:
Insertion loss(IL) är kvoten mellan ineffekten och uteffekten [23].
IL(dB) = 10 log10 (PLR )
Figur 2.15: Illustrerar en splitter som används vid basstationen i Norrköping.
(2.3)
Täckningsmodell
2.2.6
18
Utstrålad effekt från sändarantennen
Den utstrålade effekten från antennen efter inkluderad förstärkning och förluster i basstationen uttrycks med ekvationen 2.4 i dB.
PT x = Ps − F ilter − Kombiner − Kablar − Skarvar − kontakter + Antennf örs(2.4)
där
Ps : effekt som skickas in i frekvensmodulatorn, [dBm]
Filter : summan av förluster hos filter, [dB].
Kombiner : inkopplingsförluster hos Kombiner, [dB].
Kablar : summan av förluster hos kablarna, [dB].
Skarvar : summan av förlusterna hos skarvar, [dB].
Kontakter : summan av förlusterna hos kontakter, [dB].
Antennf örs : antennförstärkning, [dBi].
Täckningsmodell
2.3
19
Radiolänk
Avser förbindelsen mellan kustradiostationen till ett fartyg, med hjälp av en basstation
och Maritim VHF-radio ombord.
2.3.1
Simplified Path-Loss Model, SPLM
Är en empirisk modell för att förutse förluster i kanalen vid olika miljöer. På grund av
spridning av signalen i närområdet för antennen (dvs ”Near field”) så ska d > d0 , där
d0 är referensvärdet för ”Far field” och har vanligtvis värdena 1 - 10 m inomhus och
10 - 100 m utomhus. Path-loss exponenten, γ varierar beroende på miljö, frekvens och
höjdplacering av antennen. Vid högre frekvens blir värdet på γ större och vid högre
höjdplacering av antennen blir värdet på γ lägre. Typiska värden för γ ligger mellan 2
- 4, där γ lika med 2 är för FSPL och γ lika med 4 är för ”Two ray model” ([24], [25]).
do
P r = Pt K
d
γ
Pr dBm = Pt dBm K dB − 10γ log10
(2.5)
d
do
(2.6)
där
K dB = 20 log10
λ
4πd0
,
är enhetslös och beror på antennens karaktäristik och kanalens medelförlust.
d0 , är referensvärdet för ”far field”.
γ, är ”Path-Loss exponenten”.
2.3.1.1
The mean square error, MSE - Near field och Far field
The mean square error minimerar felet mellan det uppmätta värdet och det beräknade
värdet. Det här fallet tar hänsyn till ”Near field” och ”Far field”.
Summan av ”The squared error” kan uttryckas med ekvationen 2.7.
e(γ) =
N
X
i=1
(PL (di ) − PˆL (di ))2
Substituering av ekvationerna 2.5 och 2.7 ger ekvationen 2.8.
(2.7)
Täckningsmodell
20
e(γ) =
N X
i=1
PL (di ) − PL (d0 ) − 10γ log10
di
d0
2
(2.8)
Derivera ekvation 2.8 och sätt den lika med noll för att sedan lösa ut ”Path-loss exponenten”
ger ekvationen 2.9:
γ=
PN
där
i=1 PL (di ) − PL (d0 )
P
di
10 N
i=1 log10 ( d0 )
(2.9)
PL (di ) = Pt − Pr , Kanalförlusten(Path-loss) på avståndet di .
di = Avståndet för det uppmätta värdet.
PL (d0 ) = Pt − Pr , Kanalförlusten(Path-loss) på avståndet d0 .
d0 = Referensvärdet för ”Far field”.
2.3.1.2
The mean square error, MSE - Far fields
Ekvation 2.10 används för att minimera felet mellan det uppmätta värdet och det
beräknade värdet. Det här fallet tar endast hänsyn till ”Far field”, dvs när referensvärdet
av ”Far field”, d0 = 1 m. Figuren 2.16 illustrerar SPLM vid olika Path-loss exponent
(γ) värden som beräknats med ekvation 2.10 [8].
γ=
PN
i=1 P Li log10 (di )
P
2
10 N
i=1 log10 (di )
där
P Li = Pt − Pr , Kanalförlusten(Path-loss) på avståndet di .
di = Avståndet för det uppmätta värdet.
(2.10)
Täckningsmodell
21
Figur 2.16: Illustrerar ”Simplified Path-Loss Model” vid olika Path-loss exponent (γ)
värden.
2.3.2
Troposfären
Troposfären sträcker sig från marknivå upp till 10 km höjd och i detta skikt så har vädret
en inverkan på radioutbredningen. Under det här skiktet så bryts radioutbredningen mot
jordytan på grund av temperaturen och luftfuktigheten.
Om atmosfären i troposfären är homogen så kommer radiovågen att propagera i en
raksträcka, se figur 2.18. Avståndet till horisonten kan räknas ut genom geometri enligt
figur 2.17.
d21 + r2 = (r + h1 )2 ↔ d21 = (2r + h1 )h1
eftersom rh1 ≫ h21
d1 ∼
=
p
2rh1
(2.11)
Täckningsmodell
22
Jordradien r är lika med 6371 km vid ekvatorn.
d1 ∼
=
p
2rh1 =
r
2 · 6371 ·
p
h1
= 3.56 · h1
1000
(2.12)
där h1 är i meter över havsnivå.
Figur 2.17: Illustrerar geometri över avståndet till horisonten.
Då får vi avståndet d som uttrycks med ekvationen 2.13.
d = d1 + d2 = 3.56 · (
p
(h1 ) +
p
(h2 ))
km
(2.13)
där h1 och h2 är i meter över havsnivå.
Figur 2.18: Illustrerar radioutbredningen vid homogen atmosfär.
Atmosfären böjer radiovågen på grund av variation i atmosfärens täthet vid olika höjder,
se figur 2.19. En accepterad korrektion till atmosfärens täthet är att använda 4/3 av
jordens radie, som är en standardreferens för atmosfären. Denna radie brukar kallas för
ekvivalent jordradie [9]. Standardreferensen till atmosfären kan räknas ut med hjälp av
Täckningsmodell
23
rekommendationer från ITU-R P.453-8 [26]. Avståndet till horisonten kan efter korrektionen uttryckas enligt ekvationen 2.15.
d1
r
h1
2·k·r
1000
r
4
h1
∼
2· ·r
=
3 1000
p
= 4.1214 · h1
∼
=
(2.14)
där höjden h1 är i meter över havsnivå, d1 är avståndet till jordens horisont i km och k
är referensvärdet till atmosfären.
Figur 2.19: Illustrerar atmosfärens påverkan på radioutbredningen.
Avståndet mellan radiolänken kan uttryckas med ekvationen:
d = d1 + d2 = 4.1214 · (
p
p
(h1 ) + (h2 ))
km
(2.15)
2.3.2.1
En standard referens till atmosfären, k
Den ekvivalenta jordradien som tar hänsyn till variation i atmosfärens täthet vid olika
höjder kan uttryckas med ekvationen 2.16.
req =
1
r
1
+ dn
dh
(2.16)
Täckningsmodell
24
Brytningsindex kan uttryckas med ekvationen 2.17.
n = (1 + N × 10−6 )
(2.17)
där
brytningen (eng. refractivity) N kan modelleras med ekvationen 2.18 enligt rekommendationer från ITU-R P.453-8[26],
77.6
N=
T
4810e
P+
T
N units
(2.18)
P : totala trycket (hPa eller bar)
e : trycket från vattenångan (hPa eller bar)
T : den absoluta temperaturen (K)
Standardatmosfären utgör en jämförelsegrund i syfte att underlätta behandlingen av
vetenskapliga mätresultat [27].Typiska värden för en standard atmosfär ([28], [9]).
P = 1000 mb
e = 10 mb
T = 290 K
ger
Standard brytningen beräknas med standard värden för atmosfären och ekvationen 2.18,
Ns = 312
Brytningsindex är approximativt enhetligt vid havsnivå och sjunker nära exponentiellt
med höjden. Brytningen som en funktion av höjden kan uttryckas med ekvationen 2.19.
N = Ns e−h/H
(2.19)
−Ns −h/H
dN
=
e
dh
H
(2.20)
där H = 8484.7968 m = 8.48 km(skalhöjd).
Täckningsmodell
25
Skalhöjd
Ett uttryck som används när det lufttrycket avtar med en faktor e och beräknas med
ekvation 2.21 [29].
H=
k·T
M ·g
m
(2.21)
där
Boltzmanns konstant, b = 1.38 · 10−23 J · K −1
Medeltemperaturen på ytan i Kelvin, T
Medelmolekylmassan hos torr luft, M = 28.964 · u
Ytgravitationen, g = 9.81m/s2
Atommassenhet, u = 1.6660 · 10−27 kg
Ekvationen 2.17 skrivs om till uttrycket 2.22
dN
dn
=
× 10−6
dh
dh
N units/km
(2.22)
För en altitud, h = 0.097 km kan gradienten till brytningen dN/dh uttryckas enligt
uttrycket 2.23. h-värdet anger värdet över havet som masten är placerad.
Ns −h/H
e
H
−312 −0.097/8.48
=
e
=
8.48
= −36.3740 N units/km
dN
(0.097km) =
dh
(2.23)
Omskrivning av ekvation 2.16 ger
1 dn
1
= +
req
r dh
(2.24)
1
dn
r
= =1+r
req
k
dh
(2.25)
där
Jordradien, r = 6370 km
dn/dh = −36.3740 N units/km = −36.3740 × 10−6 km−1 ger
Täckningsmodell
26
k=
1
= 1.30
1 − 6370 × 36.3740 × 10−6
(2.26)
Ekvationerna 2.15 och 2.26 ger ekvationen 2.28 som beräknar räckvidden för basstationen.
d1 ∼
=
r
2 · 1.30 · r
p
h1
= 4.06964 · h1
1000
d = d1 + d2 = 4.07 · (
p
p
(h1 ) + (h2 ))
km
km
(2.27)
(2.28)
Referensvärde till atmosfären för latitud värden > 45o :
För att beräkna ett referensvärde till atmosfären för Sverige används ekvationerna från
ITU-R P.835 - 3 [28]. Värdet på skalhöjden, H = 8.39 km och höjden beräknas från
havsnivå, h = 0 km.
Sommar:
Temperatur, T [k]:
T (h) = 286.8374 − 4.7805 · h − 0.1402 · h2
(2.29)
T (0) = 286.8374 K
Totala trycket, P [hPa]:
P (h) = 1008.0278 − 113.2494 · h + 3.9408 · h2
(2.30)
P (0) = 1008.0278 hP a
Trycket från vattenångan, e [hPa]:
ρ(h) = 8.988 · exp[–0.3614 · h–0.005402 · h2 –0.001955 · h3 ]
(2.31)
ρ(0) = 8.988 g/m3
ρ(h) · T (h)
216.7
8.988 · 286.8374
e(0) =
216.7
= 11.897 hP a
e(h) =
(2.32)
Täckningsmodell
27
Refractivity:
Ns
4810e
77.6
P+
=
T
T
77.6
4810 · 11.897
=
1008.0278 +
286.8374
1008.0278
= 288.066 N units
(2.33)
Med hjälp av ekvationerna 2.23 och 2.24 fås gradienten till brytningen dN/dh för en
höjd h = 0.097 km.
−288.066 −0.097/8.39
dN
(0.097km) =
e
= −33.9421 N units/km
dh
8.39
(2.34)
Referensvärde till atmosfären:
k=
1
= 1.2758
(1 − 6370 · 33.9421 · 10−6 )
(2.35)
Ekvationerna 2.35 och 2.15 ger ekvationen 2.37 som beräknar avståndet för radiolänken.
d1 ∼
=
r
2 · 1.2758 · 6370
p
h1
= 4.031 · h1
1000
d = d1 + d2 = 4.031 · (
p
p
(h1 ) + (h2 ))
km
km
(2.36)
(2.37)
Vinter:
Värdet på skalhöjden, H = 7.53 km och höjden beräknas från havsnivå, h = 0 km.
Temperatur, T [k]:
T (h) = 257.4345 + 2.3474 · h–1.5479 · h2 + 0.08473 · h3
T (0) = 257.4345 K
(2.38)
Täckningsmodell
28
Totala trycket, P [hPa]:
P (h) = 1010.8828–122.2411 · h + 4.554 · h2
(2.39)
P (0) = 1010.8828 hP a
Trycket från vattenångan, e [hPa]:
ρ(h) = 1.2319 · exp[0.07481 · h–0.0981 · h2 + 0.00281 · h3 ]
(2.40)
ρ(0) = 1.2319 g/m3
ρ(h) · T (h)
216.7
1.2319 · 257.4345
e(0) =
216.7
= 1.463 hP a
e(h) =
(2.41)
Refractivity:
Ns =
77.6
257.4345
1010.8828 +
4810 · 1.2319
1010.8828
= 306.48N units
Med hjälp av ekvationerna 2.23 och 2.24 fås gradienten till brytningen dN/dh för en
höjd h = 0.097 km.
−306.48 −0.097/7.53
dN
(0.097km) =
e
= −40.18 N units/km
dh
7.53
(2.42)
Referensvärde till atmosfären:
k=
1
= 1.3439
(1 − 6370 · 40.18 · 10−6 )
(2.43)
Ekvationerna 2.15 och 2.43 ger ekvationen 2.45 som beräknar räckvidden för basstationen.
d1 ∼
=
r
2 · 1.3439 · 6370
p
h1
= 4.13779 · h1
1000
km
(2.44)
Täckningsmodell
29
d = d1 + d2 = 4.13779 · (
p
p
(h1 ) + (h2 ))
km
(2.45)
Sjöfartsverket tillämpar räckviddsekvation 2.46. Ekvation 2.47 beräknar räckvidden med
standardreferensen till atmosfären för ett allmänt fall och ekvation 2.48 ger räckvidden
för standardreferensen för basstationen i Norrköping. Ekvationerna 2.49 och 2.50 ger
räckvidden för referensvärdet till atmosfären för basstationen i Norrköping vid årstiderna
sommar och vinter.
Nedan anges höjderna för antennerna för basstationen i Norrköping:
h1 = 298 m, anger antennhöjden vid basstationen från havsnivå.
h2 = 4 m, anger mottagarantennshöjd.
Räckviddsekvation som Sjöfartsverket tillämpar:
d = 2.1 · (
= 40.45
p
(298) +
= 74.91
p
(4))
N autiska mil
km
(2.46)
Standardreferensen till atmosfären(allmänt fall):
d = 4.1214 · (
p
p
(298) + (4)) = 79.4
km
(2.47)
Basstationen i Norrköping:
Standard referensen till atmosfären:
d = 4.07 · (
p
p
(298) + (4)) = 78.4
km
(2.48)
Referensvärdet till atmosfären i Sverige för årstiden sommar:
d = 4.031 · (
p
p
(298) + (4)) = 77.64
km
(2.49)
km
(2.50)
Referensvärdet till atmosfären i Sverige för årstiden vinter:
d = 4.13779 · (
p
(298) +
p
(4)) = 79.7
Täckningsmodell
2.3.3
30
Dämpning vid växtlighet
En av de vanligaste vegetations modeller är Weisserberger som är en modifierad exponentiellt avtagande modell som tillämpas när utbredningen blockeras av vegetation
bestående av träd med tätt beväxta torra löv. Vegetationen är placerad nära mottagarantennen. Modellen kan uttryckas med ekvation 2.51. Figuren 2.21 illustrerar dämpningen
vid olika avstånd på vegetation mellan 1 - 400 m.
LV eg (dB) =
(
1.33F 0.284 df0.588
0.45F 0.284 df
14 < df ≤ 400 m
0 < df ≤ 14 m
där
F är frekvensen i GHz
df är avståndet på vegetationen i meter.
Figur 2.20: Illustrerar dämpningen vid vegetation.
(2.51)
Täckningsmodell
31
Figur 2.21: Illustrerar grafen för dämpningen vid vegetation.
2.3.4
Dämpning i atmosfärgaser
Radiovågen dämpas då dess elektriska fält påverkas av gasmolekylerna i atmosfären.
Detta sker först när gasmolekylens egen resonans stämmer överens med radiovågs frekvens [30].
Figuren 2.22 illusterar den specifika dämpningen från 1 till 350 GHz vid havsnivå för
syre och vattenånga med densiteten 7.5 g/m3 . Temperaturen är lika med 0 o C(årlig
medeltemperatur för Sverige) och trycket är 1013 hPa.
Den totala dämpningen på grund av absorption i atmosfären kan uttryckas med formeln
2.52.
LAtm = γa d
dB
(2.52)
där d är avståndet mellan radiolänken i km och γa är den specifika dämpning i atmosfären
i dB/km.
γa = γ0 + γw
(2.53)
Täckningsmodell
32
γ0 = Dämpningen i syre
γw = Dämpningen i vattenånga
Figur 2.22: Dämpning i atmosfärgaser för standard atmosfär, plottad i Matlab.
Dämpning i syre: Om f ≤ 54 GHz:
#
7.2rt2.8
0.62ξ3
f 2 rp2 × 10−3
γ0 =
+
f 2 + 0.34rp2 rt1.6 (54 − f )1.16ξ1 + 0.83ξ2
"
(2.54)
Maxwells ekvationer:
ξ1 = ϕ(rp , rt , 0.0717, −1.8132, 0.0156, −1.6515)
(2.55a)
ξ2 = ϕ(rp , rt , 0.5146, −4.6368, −0.1921, −5.7416))
(2.55b)
ξ3 = ϕ(rp , rt , 0.3414, −6.5851, 0.2130, −8.5854)
(2.55c)
γ54 = 2.192ϕ(rp , rt , 1.8286, 1.9487, 0.4051, 2.8509)
(2.55d)
δ = −0.00306ϕ(rp , rt , 3.211, 14.94, 1.583, 16.37)
(2.55e)
ϕ(rp , rt , a, b, c, d) = rpa rtb exp[c(1 − rp ) + d(1 − rt )]
där
f: frekvens, [GHz]
rp = ptot /1013, där ptot är den totala lufttrycket
rt = 288/(273 + t)
(2.55f)
Täckningsmodell
33
p: trycket, [hPa]
t: temperatur i o C, är en årlig medeltemperatur som kan hämtas ut från kartan som ges
av rekommendationer från ITU-R P.1510.
Dämpning vid vattenånga:
γw = {
11.96η1 exp[0.7(1 − rt )]
3.98η1 exp[2.23(1 − rt )]
g(f, 22) +
2
2
(f − 22.235) + 9.42η1
(f − 183.31)2 + 11.14η12
0.081η1 exp[6.44(1 − rt )]
3.66η1 exp[1.6(1 − rt )]
+
+
2
2
(f − 321.226) + 6.29η1
(f − 325.153)2 + 9.22η12
25.37η1 exp[1.09(1 − rt )] 17.4η1 exp[1.46(1 − rt )]
+
+
(f − 380)2
(f − 448)2
844.6η1 exp[0.17(1 − rt )]
290η1 exp[0.41(1 − rt )]
+
g(f, 557) +
g(f, 752)
2
(f − 557)
(f − 752)2
8.3328 × 104 η1 exp[0.99(1 − rt )]
+
g(f, 1780)}f 2 rt2.5 ρ × 10−4
(2.56a)
(f − 1780)2
η1 = 0.995rp rt0.68 + 0.006ρ
(2.57a)
η2 = 0.735rp rt0.5 + 0.0353rt4 ρ
f − fi 2
g(f, fi ) = 1
f + fi
(2.57b)
(2.57c)
där densiteten för vattenånga ges som ρ (g/m3 ) Mer information kring dämpning vid
atmosfär kan hittas i rekommendationer från ”ITU-R P.676-10”.
2.3.5
Dämpning vid regn
Dämpning vid regn beror på regndropparnas hastighet, storlek, form och volym per densitet (regndroppar per m3 ). ITU’s rekommenderade modell består av empirisk data för
regnets hastighet. Denna modell bedöms vara gällande i alla delar av världen åtminstone
för frekvenser upp till 40 GHz och avståndet mellan radiolänken kan vara upp till 60 km
[9].
Den specifika dämpningen beräknas med formeln 2.58:
γR = k · RRα
[dB/km]
(2.58)
där k och α är koefficienter som beror av frekvensen. RR är regnets hastighet i [mm/h].
Området för frekvensen ligger mellan 1 - 1000 GHz.
Täckningsmodell
34
k =
α =
[kH + kv + (kH − kV ) cos(θ)2 cos(2τ )]
2
[kH αH + kv αV + (kH αH − kV αV ) cos(θ)2 cos(2τ )]
2k
(2.59)
(2.60)
där
θ är elevationsvinkeln
τ är polaristionsvinkeln
Polarisationen kan ha vinklarna 0◦ , 45◦ och 90◦ för horisontell, cirkulär och vertikal
polarisation, se figuren 2.23. Den vertikala polarisationen ger större regn dämpning än
den horisontella polarisationen, se figur 2.24. Det är på grund av regndropparnas avlånga
form i vertikalled, dvs regndropparna är större vertikalt. [9].
Figur
2.23:
Illustrerar regndropparnas form vid olika polarisationer:
Horisontel(0◦ ), (b) Circulär(45◦ ) och, (c) Vertikal(90◦ ).
(a)
Regressionskoefficienterna kH , kV , αH och αV kan hittas i tabeller i ”ITU-R P.838-3”
eller räknas ut med ekvationerna 2.61 och 2.62 [6].
log10 (k) =
4
X
j=1
α=
5
X
j=1
" #
log10 (f − bj ) 2
+ mk log10 (f ) + ck
aj exp −
cj
" #
log10 (f − bj ) 2
aj exp −
+ mα log10 (f ) + cα
cj
(2.61)
(2.62)
där
f: frekvensen(GHz)
k: kan vara kH eller kV , räknas ut med ekvationen 2.61 och tabellerna A.2 och A.3.
α: kan vara αH eller αV , räknas ut med ekvationen 2.62 och tabellerna A.4 och A.5.
Täckningsmodell
35
Ekvation för dämpning vid regn:
Dämpningen vid regn för en radiolänk nära horisonten kan uttryckas med ekvation 2.63
och regnets hastigheten har en tillgänglighet på 99.99 % av tiden, dvs 99.99% av tiden
har regnet samma regnets hastighet för utvald klimatregion.
α
· d · r = γR · d · r
Atten0.01 = k · RR0.01
dB
(2.63)
där
RR0.01 = regnets hastighet [mm/h], anger den förväntade medianen av regnets hastighet
för en viss klimatregion med en tillgänglighet på 99.99% av tiden, hittas under ITU-R
P. 837-4 [31].
α
k · RR0.01
= specifika dämpningen, γR [dB/km]
d = Avståndet mellan radiolänken
Avståndsfaktor(eng. Distance factor):
r=
1
(1 + d/d0 )
(2.64)
Effektiv radiolänkslängd(eng. The effektive path length):
d0 = 35e−0.015·RR
(2.65)
Nästa steg är att uppskatta dämpningen vid regn kategoriserat efter tillgänglighet med
hjälp av formlerna 2.66 och 2.67. För radiolänkar placerade i latituden större eller lika
med 30o (Nord eller syd):
LRegn = Atten0.01 · 0.12 · p−(0.546+0.043·log10 (p))
(2.66)
För radiolänkar placerade i latituden mindre eller lika med 30o (Nord eller syd):
LRegn = Atten0.01 · 0.07 · p−(0.855+0.139·log10 (p))
(2.67)
där p är önskad sannolikhet (100 - tillgänglighet) uttryckt i procent och ligger inom
området 0.001 - 1 % [32].
Täckningsmodell
36
Figur 2.24: Illustrerar dämpning vid regn vid olika polarisationer.
Figur 2.25 illustrerar en jämförelse mellan dämpningen för vertikalt polariserade regndroppar vid frekvenserna 40 GHz och 160 MHz. Dämpningen vid frekvensen 160 MHz
för avståndet 85 km har samma dämpning som för frekvensen för 40 GHz vid avståndet
60 km. Kurvorna visar på ett linjärt samband.
Täckningsmodell
37
Figur 2.25: Illustrerar dämpningen av en signal för vertikalt polarisariserad regndroppar vid frekvenserna 40 GHz och 160 MHz.
2.3.6
Dämpning vid moln eller dimma
Modellen är baserad på en Rayleigh approximation som är validerad för frekvenser upp
till 200 GHz. Molnen eller dimman består av små droppar som antas vara mindre än 0.01
cm. Den specifika dämpningen inom molnet eller dimman kan uttryckas med ekvationen
2.68. Figur 2.26 illustrerar dämpningen vid moln och dimma för två olika fall, första fallet
är för 300 m fri sikt (M = 0.5g/m3 ) och det andra är för 50 m fri sikt (M = 0.05g/m3 )
[33].
γ m = Kl M
[dB/km]
där
γm : Specifik dämpning inom molnet, [dB/Km]
Kl : Specifik dämpningskoefficient, [(dB/km)/(g/m3 )]
M: Densiteten vid flytande vatten i molnet eller dimman, [g/m3 ]
(2.68)
Täckningsmodell
38
M = 0.05 g/m3 för dimma med 300 m sikt.
M = 0.5 g/m3 för dimma med 50 m sikt.
Dämpning vid moln och dimma:
LM oln = γm · d
dB
(2.69)
där d är avståndet på radiolänken i km.
Figur 2.26: Illustrerar dämpningen vid moln och dimma.
Specifik dämpningskoefficient
Den matematiska modellen för att räkna ut den specifika dämpningskoefficienten bygger
på Rayleigh spridning som använder en ”double-Debye” modell för att räkna ut en
effektiv dielektrisk permittivitet ε(f ) för vattnet.
Kl =
0.819f
+ η2)
ε′′ (1
[(dB/km)/(g/m3 )]
(2.70)
Täckningsmodell
39
där
η=
2 + ε′
ε′′
(2.71)
Den komplexa dielektriska permittiviteten för vatten ges av:
ε′′ (f ) =
f (ε1 − ε2 )
f (ε0 − ε0 )
+
2
fp [1 + (f /fp ) ] fs [1 + (f /fs )2 ]
(2.72)
ε′ (f ) =
f (ε0 − ε0 )
f (ε1 − ε2 )
+
+ ε2
2
[1 + (f /fp ) ] [1 + (f /fs )2 ]
(2.73)
där
ε0 = 77.66 + 103.3(θ -1)
ε1 = 5.48
ε2 = 3.51
θ = 300/T, där T är temperaturen (K)
fp = 20.09 - 146(θ - 1) + 294(θ − 1)2
fs = 590 - 1500(θ - 1)
2.3.7
GHz
GHz
Dämpning vid diffraktion: Kniveggsdiffraktion(eng. knife edge
diffraction)
Vid fallet då radiovågor infaller mot en kant av ett hinder så bryts radiovågen mot det
skuggade området bakom hindret detta fenomen beror på kniveggsdiffraktion [34].
Diffraktionsmodellen som använts för examensarbetet tillämpar en modell som rekommenderas av ITU-R P.526-10: §4.4.2 [4] och denna modell är baserad på Deygouts metod
och kan maximalt beräkna tre kanter. Det som skiljer modellerna åt är att Deygouts
metod är för en plan yta medans modellen från ITU tar hänsyn till jordens krökning.
Denna metod startar med att beräkna diffraktionsförlusten av den dominerande kanten.
Kanten fungerar som en virtuell sändare som sänder vidare den skickade signalen från
basstationen till den maritima VHF-radion. Denna procedur upprepas tre gånger om
villkoret för Deygouts metod uppfylls. Den totala förlusten beräknas i decibel och är
summan av förlusterna från varje procedur som inträffar [35].
Läs mer om denna modell under kapitlet ”Täckningsmodell från Jotron” och under
avsnittet om ”Topologi”.
Täckningsmodell
40
Figur 2.27: Illustrerar de tre högsta kanter som kommer ha en inverkan på dämpningen
i kanalen på grund av kniveggsdiffraktion.(a)Består av en kant, (b)Består av två kanter
och (c)Består av tre kanter.
2.4
Maritim VHF-radio
Maritim VHF-radio är en kommunikationsradio som används av fritidsbåtar och fartyg
över hela världen. Kommunikationen mellan maritim VHF-radio kan ske mellan fartyg
eller mellan fartyg och kustradiostationer. I Sverige ägs och drivs kustradionätet av
Sjöfartsverket.
VHF-radio används i första hand som nödradio, kommunikationsradio och mottagare
för MSI (Maritim Säkerhets Information) och sägs vara en ”livlina till land”.
Mottagningens kvalitet på fartyg beror på vilken utrustning som används på fartyget och
hur långt ut från kusten som fartyget befinner sig. Mottagningens kvalitet beror också
på alla de hinder som finns i radiolänken. Fartygets ägare får själv välja utrustning för
fartyget men måste ha ett tillstånd från PTS och de som använder VHF-radio eller
kortvågsradio ombord ska ha radiocertifikat. Hög effekt hos en fast monterad maritim
VHF-radio är 25W och 5W på bärbar. Låg effekt för maritim VHF-radio är 5W resp.
1W [36].
Täckningsmodell
2.4.1
41
The European Telecommunication Standards Institute, ETSI
Ett globalt oberoende standardiseringsorgan för information- och kommunikationsteknik
(eng. Information and Communications Technologies, ICT) och inkluderar mobiltelefoni,
radio, TV- och Internet-teknik som grundades 1988.
Organisationens har mer än 750 medlemmar och finns världen över i 63 länder över 5
kontinenter och utgörs av bland annat förvaltningar, administrativa organ och nationella
standardiseringsorganistationerna, nätoperatörer, tillverkare, användare, tjänsteleverantörer,
forskningsorgan, universitet och konsultföretag [37].
2.4.2
Mottagarens känslighetsgräns
Under ITU-R M.1842-1 [38] finns det rekommendationer kring de tekniska egenskaperna
hos VHF-radio som använder 25 kHz kanaler.
För att kunna förutse hur långt en VHF sändning kan nå är det bland annat relevant att
veta vad mottagaren har för känslighetsgräns (eng. sensitivity), dvs gränsen för minsta
signalstyrka för att erhålla en hörbar signal. Den maritima VHF-radion bör uppfylla
följande standard.
Radio parameters: ETSI EN 300 113-1 [39]
EMC: ETSI EN 301 489-5 [40]
Mottagarens specifikationer:
- The receiver sensitivity: för en BER på 10−3 ska vara bättre än -107 dBm.
- The reference sensitivity: ska vara lika med eller mindre än 2.0 µV, EMF, för en given
′′ Signal-to-noise
ratio′′ vid utgången på mottagaren.
The reference sensitivity vid mottagaren kan uttryckas i dBm med hjälp av ekvationerna
2.74 och 2.75. Inspänningen vid mottagare antennen är Vg = 2µV och antennsystemet
är 50 Ω matchat.
Vin = Vg ·
50
Zin
= 2µV ·
= 1 µV
Zin + Zg
50 + 50
(2.74)
Den genomsnittliga effekten(eng. Average power):
V
(1 µV )2
I
V2
PR = Vrms · Irms = √ · √ = rms =
2·R
2 · 50
2
2
(2.75)
Täckningsmodell
PR [dBm] = 10 log10
42
PR
1 mW
= 10 log10
(10−6 )2
50 · (1 · 10−3 )
= −106.9dBm
Figur 2.28: Illustrerar (a) mottagarantenn (b) ekvivalent schema.
(2.76)
Täckningsmodell
2.5
43
Länkbudget
Det här avsnittet tar upp länkbudgeten för de olika modellerna. Vid frekvensen 160
MHz finns data kring förstärkningen av antennen som är installerad på basstationen i
olika azimutvinklar se tabellerna A.6 och A.7. Samtliga modeller kommer att ta hänsyn
till jordens krökning, modell 1 kommer tillämpa ekvation 2.15 och modell 2 kommer
tillämpa ekvation 2.45.
De olika modellerna som tillämpas är FSPL, diffraktion, atmosfär, regn, vegetation
samt moln och dimma. Modellerna FSPL, atmosfär, regn samt moln och dimma ger
en dämpning som beror på avståndet. Dämpningen vid diffraktion beror främst på topologin i radiolänken och dämpning vid vegetation ökar exponentiellt med avståndet.
För mer utförlig beskrivning av de olika kanalförlusterna läs under avsnittet 2.3 Radiolänk.
2.5.1
Modell 1
Modell 1 tar hänsyn till de förluster som finns i basstationen, den maritima VHFmottagare samt kanalförlusten som endast består av FSPL. Tabell 2.5 illustrerar en
länkbudget till modell 1.
Tabell 2.5: Länkbudget för första approximation.
Länkbudget
Basstation:
Effekten in i systemet,Ps
Filter
Kombinder
Kablar
Skarvar
Antennförstärkning
P
Sändarens uteffekt, PT x
Kanal:
FSPL
Maritim VHF - Radio:
Kablar
Skarvar
P
Effekten till mottagaren , PRx
+
+
dBm
dB
dB
dB
dB
dBi
dBm
-
dB
+
-
dBi
dB
dB
dBm
Täckningsmodell
2.5.2
44
Modell 2
Modell 2 tar hänsyn till de förluster som finns i basstationen, maritim VHF-mottagare
samt kanalförlusterna som bestå av dämpningar från Simplified path-loss model (SPLM),
regn, atmosfär effekt, vegetation och terräng. Tabell 2.6 illustrerar en länkbudget till
andra approximationen.
Tabell 2.6: Länkbudget för andra approximation.
Länkbudget
Basstation:
Effekten in i systemet,Ps
Filter
Kombinder
Kablar
Skarvar
P
Sändarens uteffekt, PT x
Kanal:
SPLM
Dämpning
Dämpning
Dämpning
Dämpning
i
i
i
i
regn
atmosfären
terräng
vegetation
Maritim VHF - Radio:
Kablar
Skarvar
P
Effekten till mottagaren , PRx
+
+
dBm
dB
dB
dB
dB
dBi
dBm
-
dB
dB
dB
dB
dB
+
-
dBi
dB
dB
dBm
Täckningsmodell
2.6
Blockschema
Figur 2.29: Illustrerar systemet som helhet från sändarantennen till mottagarantennen
45
Täckningsmodell
2.7
46
Mottagen effekt ut från mottagarsidan
Mottagen effekt ut från mottagarsidan uttrycks med ekvationen 2.77 i dBm.
PRx = PT x − LSP LM − LV eg − LDif f − LRegn
−LAtm − LM oln − Kablar − Skarvar − kontakter + Antennf örs (2.77)
där
PT x : skickade effekten från basstationen [2.4], [dBm].
LSP LM : kanalförlusten SPLM i radiolänken [2.5], [dB].
LV eg : dämpningen vid vegetation [2.51], [dB].
LDif f : dämpning vid diffraktion [2.91], [dB].
LRegn : dämpning vid regn [2.66] eller [2.67], [dB].
LAtm : dämpning vid atmosfär [2.52], [dB].
LM oln : dämpning vid moln och dimma [2.69], [dB].
Kablar : summan av förluster hos kablarna, [dB].
Skarvar : summan av förlusterna hos skarvar, [dB].
kontakter : summan av förlusterna hos kontakter, [dB].
Antennf örs : antennförstärkningen, [dBi].
Täckningsmodell
2.8
47
Täckningsmodell från Jotron
Företaget Jotron har tagit fram täckningsmodeller av utvalda basstationer till Sjöfartsverket
som kan vara till hjälp för examensarbetet. Hur den modellen är uppbyggd går att läsa i
detta avsnitt. Jotrons täckningmodell bygger på rekommendationer från ITU-R P. 528-2
är anpassad för mätningar från en helikopter och det är inget som kommer användas i
modellen för examensarbetet. Dock har tillämpar den modellen en diffraktionsmodellen
som kommer att användas i examensarbetet som beskrivs i ITU-R P.526-10: §4.4.2.
2.8.1
International Civil Aviation Organization, ICAO
Ett FN organ som kom till under en konvention om internationell civil luftfart i Chicago 1944. ICAO har till uppgift att utveckla internationella standarder och rekommendationer för att underlätta flygningen mellan världens länder och bidra till en ökad
flygsäkerhet. ICAO är en motsvarighet till Internationella sjöfartsorganisationen(IMO)
för båtar.
Huvudkontoret finns i Montréal i Kanada och ett europeiskt kontor finns i Paris. De
flesta länder i världen är medlemmar i ICAO [41].
2.8.2
Jotron
Täckningsmodellen bygger på följande parametrar.
1. The effective radiated power, ERP
2. Free space path loss, FSPL
3. Minsta signalnivå inom radiolänken från en helikopter eller båt
4. Topografi
2.8.2.1
The effective radiated power, ERP
De förluster Jotron tar hänsyn till vid basstationen är splittern och kabeln mellan
sändare och antennen. Splittern har en förlust på 6 dB och kabeln har en på 3.5 dB.
Totalt blir förlusten vid basstationen 9.5 dB. Antennens förstärkning och ERP värdet
för en specifik plats hittas i tabellen A.1.
Täckningsmodell
2.8.2.2
48
Free space path loss, FSPL
Sträckningsförlusten mellan radiolänken kan beräknas med ekvation 2.78.
4πd 2
LF SP L (dB) =
λ
= 20 log10 (d) + 20 log10 (f ) + 32.5
2.8.2.3
dB
(2.78)
Minsta signalnivå inom radiolänken från en helikopter eller båt
Det är avståndet där signalnivån är tillräckligt stor för hörbart område. De täckningsberäkningar
gjorda från basstationen till en VHF-mottagare från en helikopter är baserade på rekommendationer från ICAO och bygger på ekvationen 2.79.
Pr = E2
f2
480π 2 c2
·G
(2.79)
där
E = fältstyrka, [V/m]
c = 3·108 m/s
G = Antennförstärkning (Isotropisk antenn = 1)
f = frekvens, [Hz]
10 log10 (Pr ) = 20 log10 (E) + 10 log10 (G) − 20 log10 (f ) + 10 log10 (·480 · π 2 c2 )
(2.80)
Mätningar som Jotron gjort av minsta signalnivå av maximalt avstånd mellan radiolänken:
Från helikoptern: -81.77 dBm
Från Fartyg: -106.96 dBm
Täckningsmodell
2.8.2.4
49
Topografi
Jotrons modell tar hänsyn till jordens krökning och avståndet på radiolänken kan beräknas
med ekvation 2.81.
d=
√
√
17 · h = 4.1 h
(2.81)
Utbredningsmodell för helikopter:
Specifikationer kring utbredningen av radiovågen:
- Fältstyrkan ska vara minst 5 uV/m och önskat tröskelvärde ska vara 14 dBµV/m.
- Fartygets antenn ska vara installerad på en höjd 2 m över havsytan.
- Den uppmätta effekten från sändaren ska vara 25 W.
- Koordinaterna från de basstationer som används finns i tabellen A.1.
Basstationens höjd över jordytan för en specifik plats finns i tabellen A.1 och kan
beräknas med ekvation 2.82:
hH öH−hHaM =h
M öM
(2.82)
där
hM öH : Meter över havsnivå
hHaM : Höjden av marknivå
hM öM : Meter över marknivå
Figur 2.30: Illustrerar höjden på basstationen sett från havsnivå.
ATDI - Advanced Radio communications
Jotron använder ICS från ATDI, som är ett grundläggande verktyg för att beräkna
Täckningsmodell
50
täckningsområdet. Radioutbredningsmodellen som Jotron använder är ITU-R P.526-10
Annex 1 [4], paragraf 4.4.2.
Den teoretiska modellen för att förutse täckningsområdet tar hänsyn till path loss(PL),
refraktionsförluster, ICAO fading marginal och täckningsområdets sannolikhet, terräng
m.m.
ATDI Aeronautical model stack [42]
Verktyget från ATDI är en hybrid modell som är baserad på förluster i radioutbredningen
(ITU-R P. 528-2) och en valbar diffraktionsmodell. Diffraktionsmodellen är baserad på
rekommendationer från ITU-R P.526-10.
ITU-R P. 528-2 - Propagation curves for aernautical mobile and radionavigation services using the VHF, UHF and SHF bands
Modellen för att förutse förluster i radioutbredningen har integrerats i IF-77 [43] för
att förutse grundläggande förluster i radioutbredningen för 5%, 50%, och 95% av tiden
för en viss antennhöjd. Eftersom den inbyggda diffrationsmodellen inte tar hänsyn till
terrängen använts i stället diffrationsmodellen från ITU-R P.526-10. Dessa metoder är
baserade på en stor mängd experimentell data och omfattande jämförelser. Modellen
tar hänsyn till jordens krökning och använder sig av en standardreferens för atmosfären
k=4/3 [42].
För en mottagen signal 95% av tiden kan uttryckas med ekvationen 2.83.
R(0.95) = R(0.50) + YR (0.95)
R(0.50) = [Pt + Gt + Gr − Lb (0.50)]wanted − [Pt + Gt + Gr − Lb (0.50)]unwanted
YR = −
q
[Lb (0.96) − Lb (0.50)]2wanted + [Lb (0.05) − Lb (0.50)]2unwanted
där
Pt : sändareffekten
Gt : förstärkningen av sändarantennen
Gr : förstärkningen av mottagarantennen
Lb : sändarförlust
(2.83)
(2.84)
(2.85)
Täckningsmodell
51
Sändarförlust av en viss procentsats, Lb (x%):
Basic Transmission Loss:
Lb (dB) = LF SP L (dB) + Lm (dB)
(2.86)
där
FSPL : free space path loss
LF SP L = 20 log10
4πd
λ
(2.87)
Lm : mediumförlust
Mediumförlust består främst av följande punkter:
• Dämpning(absorption) i atmosfär
• Reflektion
• Spridning av radiovågor på grund av avvikelser i atmosfärens brytningsindex
• Diffraktionsförlust på grund av hinder i signalutbredningen
• Dämpning pga. regn och snö
• Dämpning pga. dimma och moln
• Antennenskaratäristik så som polarisation, orientering samt strålningsdiagram.
Förluster i medium som Jotron använder är diffraktionsförluster från rekommendationer
av ITU-R P.526-10: § 4.4.2.
ITU-R P.526-10 Annex 1: §4.4.2 Cascaded knife-edge method
En profil kan bestå av 1 - 3 kanter som beräknas var för sig, dvs metoden för att hitta
högsta kant upprepas tre gånger. Figur 2.27 beskriver händelseförloppet för att hitta
de tre högsta kanterna. Förutom dessa beräknas den geometriska parametern Vn som
även kallas “Principle Edge”. Kniveggsdiffraktion beskrivs under avsnittet om ”2.3.7
Dämpning vid diffraktion”.
Vn = h
r
2d
λd1n dn2
(2.88)
Täckningsmodell
52
där
d1n dn2
(h1 dn2 + h2 d1n )
h = hn +
−
2re
d
(2.89)
h1 , h2 , hn : de vertikala höjderna enligt figuren 2.31
d1n , dn2 , d12 : den horisontella avståndet enligt figuren 2.31
re = k · r : effektiva jordradien, där konstanten k =
4
3
för en standard referens till
atmosfären och r är jordens radie.
λ : våglängden
h, λ, re , och d har samma enhet.
Krökningen av jorden enligt figur 2.31 kan beräknas med uttrycket 2.90.
hK =
d1n dn2
2r
[m]
(2.90)
Vp är den högsta geometriska parametern och beräknas med formelen 2.88.
Om Vp > -0.78 så tillämpas proceduren ytterligare två gånger för parametrarna Vtp och
Vrp .
Vtp : från sändarpunkten till punkten p
Vrp : från mottagarepunkten till punkten p
Diffraktionsförlusten kan uttryckas med ekvationen 2.91.
LDif f (dB) =
(
J(Vp ) + T [J(Vtp ) + J(Vrp ) + C]
Vp > - 0.78
0
Vp ≤ - 0.78
där
Empirisk korrektion, C = 10.0 + 0.04 · D
Den totala avståndet på radiolänken, D [km].
T = 1.0 - exp
h
−J(Vp )
6.0
i
(2.91)
Täckningsmodell
53
Knivegg(eng. Knife-edge) förlusten kan uttryckas med ekvationen 2.92 och baserad på
Deygouts metod och har en begränsning på max 3 kanter.
J(Vn ) = 6.9 + 20 log
p
(Vn − 0.1)2 + 1 + Vn − 0.1
Figur 2.31: Illustrerar geometri för en knife edge [4].
dB
(2.92)
Täckningsmodell
2.9
54
GSD-Höjddata, grid 50+
GSD-Höjddata, grid 50+ är den äldre nationella höjdmodellen med en upplösning på 50
meter och en noggrannhet på ±2 meter. På sikt kommer denna modell att ersättas med
den nya nationella höjdmodellen som är baserad på laserskanning.
Sjöfartsverket har GSD-höjddata(grid 50+) över Norrköping som har tagits fram av
Lantmäteriet. Figuren 2.32 är en rasterbild över höjddatan från Lantmäteriet plottad i
det matematiska programmet Matlab. Höjdvärderna angivna i meter över havet. Den
vänstra nedersta cellen har koordinaterna X1 = 483900,011 och Y1 = 6403800 och följer
koordinatsystemet SWEREF 99 TM, se figur 2.34. Eftersom hörnkoordinaten börjar
räkna från mitten av cellen i rastret är det viktigt att komma ihåg att addera 25 m
så att längden får rätt avstånd vid uträkning av koordinater från rastret, dock är det
något som är förprogrammerat i modellen som används i examensarbetet. Basstationen
i Norrköping har koordinaterna N6502845, E581395 (SWEREF 99 TM).
Figur 2.32: Plott över Norrköping.
Täckningsmodell
55
Höjdmätningarna består av ett 50 m rutnät med höjdmätningar i varje skärningspunkt.
Det blir 10 201 punkter i en ruta på 5 x 5 km.
Höjddatan som Sjöfartsverket har tillgång till följer koordinatsystemet SWEREF 99 som
är ett tredimensionellt referenssystem med origo i jordens tyngdpunkt. GSD-höjddata,
grid 50+ kan levereras i formatet ASCII-grid eller ASCII-tabell. Den filen som Sjöfartsverket
har tillgång till är i formatet ASCII-tabell se figuren 2.33. Varje rad består av xkoordinater, y-koordinater samt höjdvärde.
Figur 2.33: Illustrerar ASCII-tabell.
Täckningsmodell
56
Första höjdvärdet är placerad i rutnätets nedre vänstra hörn. Nästa höjdpunkt är placerad 50 m österut om första punkten. Höjdpunkt nr 101 är placerad i nedre högra hörnet
och nr 102 är placerad norr om första punkten se figuren 2.34.
Figur 2.34: Illustrerar ett rutnät på 5x5 km och dess höjdvärden.
Täckningsmodell
2.10
57
Bresenham algoritm
Jack Ektin Bresenham uppfann år 1962 en algoritm i företaget IBM för att optimera
enkla grafiska objekt. Detta avsnitt tar upp Bresenhams algoritm för linjära linjer [44].
För att kunna använda diffraktionsmodellen ”Cascaded knife edge method” [4] behövs
det en algoritm för att beräkna de höjder i rastret som har en inverkan på radioutbredningen mellan basstationen och den maritima VHF-radion.
2.10.1
Linjära samband:
Bresenham algoritm används för att beräkna de pixlar i ett rutnät som ska plottas för
att få en så nära approximation till en rätlinje mellan två punkter se figuren 2.35.
Den linjära linjen uttrycks med ekvationen 2.93.
y = m(xi + 1) + b
(2.93)
där
lutningen, m = △y/ △ x
△x = X2 − X1
△y = Y2 − Y1
b, skärningspunkt
Avståndet mellan linjen och punkterna kan uttryckas med d1 och d2 :
d1 = y − yi = m(xi + 1) + b − yi d2 = (yi + 1) − y = yi + 1 − m(xi + 1) − b
d1 − d2 = m(xi + 1) + b − yi − yi − 1 + m(xi + 1) + b = 2m(xi + 1) − 2yi + 2b − 1
if d1 − d2 < 0 then yi+1 ← yi
if d1 − d2 > 0 then yi+1 ← yi + 1
Täckningsmodell
58
Figur 2.35: Illustrerar Bresenham algoritm
Kapitel 3
Matlab modell
Två modeller har gjorts och de bygger på länkbudgeten i tidigare avsnitt.
3.1
Modell 1
Figur 3.1 och 3.2 illustrerar en polar plott av täckningsområdet för en basstation.
Räckvidden begränsas beroende på känslighetsgränsen som ligger på -107 dBm [39].
Den röda linjen illustrerar täckningsområdet för en basstation och tar endast hänsyn
till jordens krökning, medans den blå linjen tar hänsyn till både jordens krökning och
kanalförlusten FSPL. Sjöfartsverket tillämpar räckviddsekvationen 2.46 för att beräkna
täckningsområdet och detta illustreras med arean av den röda linjen. Den blå linjen
använder samma ekvation för räckvidden men tar också hänsyn till kanalförlusten FSPL.
Antennförstärkningen vid basstationen ligger inom området - 3.18 < dBi < 4.28. Antennen är riktad åt höger vid approximationerna. Täckningsområdet för den röda linjen
består av en cirkulär area runt basstationen med räckvidden på 74.92 km och den blå
linjen har en räckvidd på 74 km.
Specifikationer kring simuleringen:
Frekvensen är 160 MHz.
Effekten in i systemet är 25 W.
Basstation:
Antennen vid basstationen är 298 meter över havsnivå.
Antennförstärkning vid basstationen: - 3.18 < dBi < 4.28, se tabell A.6 och A.7.
Bandpassfiltret ger 1 dB i förlust.
59
Matlab modell
60
Kombinder ger 6 dB i förlust.
Kablarna ger en förlust på 4.5 dB.
Skarvarna ger en förlust på 0 dB.
VHF-radio:
Antennen vid båten är 4 MöH.
Mottagarens antennförstärkning är 2 dB.
Kablarna ger en förlust på 1 dB.
Skarvar ger en förlust på 0 dB
Filter ger en förlust på 0 dB
Figur 3.1: Räckvidd för modell 1.
Matlab modell
61
Figur 3.2: Räckvidd för modell 1(polar plott).
3.2
Modell 2
Modell 2 är en punkt till punkt (eng. point to point) modell som tar hänsyn till kanalförluster som FSPL, atmosfär, regn, diffraktion, vegetation samt moln och dimma.
Precis som modell 1 tar modell 2 också hänsyn till förstärkningar och dämpningar vid
basstationen samt vid maritim VHF-radio mottagaren. Förstärkningen vid basstationen
förstärker och dämpar i olika riktningar som tidigare modell.
En realisering av punkt till punkt modellen har skapats i det matematiska programmet
Matlab. Programmet har ett grafiskt användargränssnitt(eng. Gui) för att underlätta
vid inmatning av värden, se figuren 3.3. I programmet går det att ställa in de förluster
som nämnts innan. Inmatning av koordinaterna för maritim VHF-radio mottagaren har
referenssystemet SWEREF99 TM.
Matlab modell
62
Figur 3.3: Illustrerar grafiskt användargränsnitt för punkt till punkt modellen.
3.2.0.1
Matlab programmering:
Bresenhams algoritm användes för att bestämma de höjdpunkter i rastret som har en
inverkan på signalen som skickas från basstationen till den maritima VHF-radio mottagaren.
Diffraktionen programmeras efter samma modell som Jotron använder. Den modellen
följer rekommendationer från ITU-R P.526-10 Annex 1: §4.4.2.
En viktig del i diffraktionsmodellen är att bestämma höjdplaceringen av mottagarantennen. Eftersom Bresenhams algoritm ger de närmsta höjderna längs en rät linje mellan
basstationen och mottagarsidan i ett raster, så är det bra om mottagarantennen inte är
placerad på 4 MöH på landnivå för då hamnar antennen många gånger av fallen under
marknivå. Därför är det bra om antennen placeras på den höjden vi räknar ifrån för
då fås en mer rimlig uppskattning av diffraktionsförlusten. Däremot vid havsnivå ska
mottagarantennen placeras vid 4 MöH.
Ett sätt att bestämma lämplig höjdplaceringen av mottagarantenn är att följa villkoret
nedan.
h2 = myline(1, column) + h2 ;
Matlab modell
63
där
h2 , är höjden på mottagarantennen och den höjden är satt till 4 MöH.
myline(1, column), ger närmaste högsta höjden där mottagarantennen är placerad.
3.2.0.2
Simulering
Kartan i figuren 3.4 illusterar en simulering av en punkt till punkt (eng. point to point)
modell och den svarta linjen visar den vägen som simulerats. Basstationen är placerad i
den vänstra änden av den svarta linjen och vid motsatt ände finns maritim VHF-radio
mottagaren.
Figur 3.4: Illustrerar en simulering från basstation till en utvald punkt.
Figuren 3.5 illustrerar den röda rutan i figur 3.4 och är en inzoomad bild av den svarta
linjen som egentligen har färgen gul. Hacken i kurvan beror på upplösningen i Bresenhams algoritm.
Matlab modell
64
Figur 3.5: Illustrerar en inzoomad simulering från basstation till en utvald punkt.
Simuleringar som gjorts i Matlab visas i figurerna 3.6, 3.7, 3.8, 3.9 och 3.10. Specifikationer kring basstation och maritim VHF-radio mottagare är samma som i modell
1. Figuren 3.6 illusterar en simulation där kanalförlusten endast består av FSPL. Den
blå kurvan illustrarar höjderna i radiolänken och den gröna kurvan illustrerar mottagareffekten. Effekten vid första simuleringen 3.6 avtar med avståndet och dämpningen
uppfyller känslighetsgränsen pr > -107 dBm.
Matlab modell
65
Figur 3.6: Illustrerar första simuleringen punkt till punkt modell med kanalförlusten
FSPL.
Vid den andra simuleringen läggs dämpningen vid diffraktion till i kanalförlusten. Dämpningen
vid diffraktion påverkas av höjderna som är nära basstationen och effektkurvan får ett
utseende som i figur 3.7.
Matlab modell
66
Figur 3.7: Illustrerar andra simuleringen från punkt till punkt modell med kanalförlusten diffraktion.
Den tredje simuleringen är en så kallat ”worst case” scenario då alla dämpningar som
nämnts innan läggs till i kanalförlusten, se figur 3.8. Denna simulation liknar den andra
simulationen men det som skiljer denna simulation mot den är att effektkurvan får en
större dämpning och att den linjära delen på slutet av kurvan får en större lutning
som beror på avståndet. Detta är något som är väntat eftersom kanalförlusterna FSPL,
atmosfär effekt, regn samt moln och dimma beror på avståndet 3.8. Dämpningen vid
diffraktion beror främst på topologin i radiolänken och dämpning vid vegetation ökar
exponentiellt med avståndet.
Matlab modell
67
Figur 3.8: Illustrerar den tredje simuleringen från punkt till punkt modell med kanalförlusten FSPL, diffraktion, atmosfär, regn, vegetation samt moln.
I figur 3.9 ser vi de tre olika fallen i samma graf för att få en mer övergripande jämförelse.
Matlab modell
68
Figur 3.9: Illustrerar en graf med de tre fallen FSPL, Diffraktion(terräng) samt ”Worse
case”. Alla de tre fallen har en ineffekt till bassystemet på 25 W.
Figur 3.10 illustrerar en simulering med kanalförlusten diffraktion vid två olika effekter
25 W och 50 W. Högre effekt in i basstationssystemet bidrar till högre mottagareffekt
och starkare mottagen signal. Vid det här exemplet då effekten höjs från 25 W till 50
W nås signalen 10.25 km längre se ekvationen 3.1 och figur 3.10.
Avstȧndet = ((Axelvärde50W − 1) · 50) − ((Axelvärde25W − 1) · 50)
= (697 − 491) · 50
= 10250 m = 10.25 km
(3.1)
Matlab modell
69
Figur 3.10: Illustrerar en simulation av en punkt till punkt (eng. point to point)
modell med kanalförlusten diffraktion med två olika effekter 25 W och 50 W.
3.3
Verifiering av Modell
I detta avsnitt verifieras modell 2.
3.3.1
Verifiera av avståndet:
Verifierar avståndet på radiolänken för punkt till punkt modellen genom att jämföra
avståndet från modellen med avståndet från en karta tagen från hemsidan ”hitta.se”,
se figur 3.11. Avståndet mellan radiolänken beräknas med uttrycket 3.2. Det beräknade
värdet stämmer överens med värdet från ”hitta.se” och skillnaden är väldigt liten.
Avstȧndet = ((AxelvärdeV HF mottagare − 1) · 50) − ((Axelvärdebasstation − 1) · 50)
= ((3832 − 2024) − 1) · 50
= (1808 − 1) · 50 = 90350 m = 90.3 km
(3.2)
Matlab modell
70
Figur 3.11: Illustrerar verifiering av avståndet mellan sändare och mottagare för simuleringen av modell 2. Figuren är tagen från hemsidan ”hitta.se”.
3.3.2
Verifiera punkt till punkt modell:
Under det här avsnitt kommer punkt till punkt modellen att verifieras. Signalstyrkan
från en signal som skickades från basstationen i Norrköping kommer att mätas upp från
en lotsbåt utanför Oxelösund.
Signalstyrkan hos mottagarradion ska ligga runt S2 i S-meter skalan som motsvarar
mottagen effekt mellan intervallet -108.9 till -105.5 dBm som är relativt nära -107 dBm,
vilket är standardvärdet för känslighetsgränsen.
Radion som användes vid mätningarna har benämningen IC-706MKIIG [5] och använder
S-meter skalan för att illustrera signalstyrkan, se figurerna 3.12 och 3.13.
Matlab modell
71
Figur 3.12: Illustrerar installationen av antennen vid lotsbåt.
Figur 3.13: Illustrerar S-meter skalan på radion IC-706MKIIG [5].
Matlab modell
72
För att kontrollera vad S-meter skalan för den aktuella radion motsvarar i dBm använts
en Spektrumanalysator med benämningen Rohde & Schwarz CMS 54 [45], se resultatet
från den mätningen i tabell A.9. Spektrum analysatorn kopplades till radions antenningång med en dämpning med ett känt värde. Resultatet jämfördes sedan med radions
S-meter skala. S-meter skalan översätts till dBm för att kunna gör en jämförelse mellan
det simulerade värdet med det uppmätt värdet.
Mottagarantennen installerades 4 MöH vid fören på båten och har benämningen GP-160
[46], se figur 3.12.
Figur 3.14: Illustrerar installationen mellan radion IC-706MKIIG och spektrum analysatorn Rohde & Schwarz CMS 54.
Tabell 3.1 illustrerar uppskattade förluster för sändar- och mottagarsidan i radiolänken.
Värdena från denna tabell kommer användas vid simuleringen av signalstyrkan vid
mätpunkterna för förbindelsetesterna. Figuren 3.15 illustrerar täckningen för basstationen i Norrköping vid årstiden vinter.
Matlab modell
73
Tabell 3.1: Förluster vid sändar- och mottagarsidan.
Tx
Antennhöjd
201 MöM
Antenntyp:
Antenn först.
7/8(201 m)
3.618 dB
7/8(10 m)
0.18
dB
RG58(2 m)
0.4385 dB
Kontakter(5)
0.25
dB
Skarvar
0
dB
Kombinder
6.5
dB
Mottagare:
Antenntyp
Antenn först.
RG58(20.4m)
Kontakter
Skarvar
Rx
212 MöM
1312-2
2.1 - 4.1
1 5/8 (212 m) 2.1412 dB
1 5/8 (9 m)
0.0909 dB
RG58 (1 m)
0.219
dB
RG58 (2 m)
0.4385 dB
Kontakter(7)
0.35
dB
Skarvar
0
dB
Duplex
1.2
dB
Splitter
6.5
dB
4 MöH
GP - 160
2
4.4727
0.1
0.15
K67
170 MöM
7/8 (170 m)
7/8 (10 m)
RG58 (2 m)
Kontakter(3)
Skarvar
Duplex
3.06
0.18
0.4385
0.15
0
1.2
dBi
dB
dB
dB
dB
dB
dB
dBi
dB
dB
dB
Figur 3.15: Verifiera modell: Illustrerar täckningen av basstationen i Norrköping vid
Oxelösund.
Figur 3.16 illustrerar färdsträckan för lotsbåten. Den visar en typisk tur för lotsbåten.
Efter av lämningen fortsatte lotsbåten vidare för att genomföra planerade mätningar.
Matlab modell
74
Vid det öppna området i Oxelösund finns det ingen terräng som ger någon dämpning
och förlust som ger störst dämpning av signalen i radiolänken är FSPL som dämpas med
avståndet. Tabell 3.2 illustrerar resultat från mätningar och simuleringar med effekten
25 W. Skillnaden mellan det uppmätta värdet och det beräknade värdet för signalstyrkan ligger runt 30 dBm. Eftersom kanalförlusten FSPL inte ger en tillräckligt bra
uppskattning av förlusten i kanalen görs en korrigering av Path-loss exponenten med
hjälp av ekvationerna 2.5 och 2.10. Path-loss exponenten beräknas i uttrycket 3.3 och
tar endast hänsyn till ”Far field” området, vilket är rimligt vid dessa avstånd. Valet av
MSE-modell beror på att mätningarna oftast görs inom området för ”Far field” och inte
inom området för ”Near field”.
Tabell 3.3 illustrerar de nya värdena för signalstyrkan efter korrigering av ”Path-loss
exponent”. Skillnaden mellan det uppmätta värdet och det beräknade värdet för signalstyrkan är nu på ett par enstaka dB.
Standardvärdet för mottagarkänsligheten skiljer sig också med några dB mot det uppmätta
värdet. Denna gränsen är inte knivskarp och när det skiljer med några dB så är det
många av fall en bedömningsfråga om hörbarhet.
Höjd placeringen av antennen påverkar räckvidden av signalen och då kanalförlusten
endast är SPLM så dämpas signalen lika mycket oavsett höjd fram tills att signalen
når gränsen för räckvidden för just den utvalda höjden, se ekvationen 2.5. Om signalen
hamnar under gränsen för hörbarhet så går det till viss del att förstärka signalen genom
öka effekten. Från basstationen i Norrköping till koordinaten N6470024 E636906 ger
avståndet 51.8 km och till koordinaten N6468548 E639319 ger avståndet 54.2 km.
Tabell 3.2: Verifiera modell: Simuleringar och mätningar.
KANAL
K09
K10
K09
K10
K16
K67
Tx VINTER: Räckvidd = 79.7 km, γ = 2 (FSPL)
KOORDINATER
SIMULERINGAR MÄTNINGAR
DELTA
SWEREF99 TM
[dBm]
N
E
25 W
25 W
6470024 636906
-77.9 dBm
6470024 636906
-77.9 dBm
S2
27.6 - 31
6468548 639319
-78.28 dBm
S1
30.8 - 33
6468548 639319
-78.28 dBm
S1
30.8 - 33
6468548 639319
-78.28 dBm
S0.5
29.62 - 31.82
6468548 639319
-72.32 dBm
S3
29.98 - 33.08
HÖRBARHET
Finns ej
Hör bra
Brus
Hör bra
Brus
Klockren
Matlab modell
75
Path-loss exponent:
Med hjälp av uppmätta värden av signalstyrkan går det nu att räkna ut ”Path-loss
exponenten” enligt ekvationerna 2.5 och 2.10.
γ =
P2
i=1 P Li log10 (Di )
P
10 2i=1 log10 (Di )2
(90.98) log10 (51.8 · 103 )) + (94.08) log10 (54.2 · 103 ))
10 log10 (51.8 · 103 )2 + 10 log10 (54.2 · 103 )2
= 2.5958
=
(3.3)
där
P L1 = Pt − Pr = (13.98 - (-77)) = 90.98 dB
P L2 = Pt − Pr = (13.98 - (-80.1)) = 94.08 dB
D1 = 51.8 km
D2 = 54.2 km
Tabell 3.3: Korrigering av modell med hjälp av mätningar.
Tx VINTER: Räckvidd = 79.7 km, γ = 2.5958, d0 = 1m (referensvärdet för Far field)
KOORDINATER
SIMULERINGAR MÄTNINGAR DELTA
KANAL SWEREF99 TM
HÖRBARHET
[dBm]
N
E
25 W
25 W
K09
6470024 636906
-106.5 dBm
Finns ej
K10
6470024 636906
-106.5 dBm
S2
0
Hör bra
K09
6468548 639319
-107 dBm
S1
2 - 4.2
Brus
K10
6468548 639319
-107 dBm
S1
2 - 4.2
Hör bra
K16
6468548 639319
-107 dBm
S0.5
0.9 - 3.1
Brus
K67
6468548 639319
-101.1 dBm
S3
1.2 - 4.3
Klockren
Matlab modell
76
Figur 3.16: Illustrerar färdsträckan för lotsbåten.
Kapitel 4
Slutsats och Diskussion
Detta kapitel ägnas åt diskussion och slutsatser kring vilka faktorer som bör ingå i
täckningsmodellen och vilka faktorer som kan försummas. Kapitlet tar också upp delar
som kan vara värt att fundera på när man installerar basstationssystemet.
4.1
Diskussion
Basstation:
Ju högre upp antennen är placerad över havsnivån desto längre når generellt den skickade
signalen. När dipolantennen är installerad på en mast vid basstationen får dipolantennen en förstärkning i en viss riktning och dämpning i princip motsatt riktning och vid
maritima tillämpningar är det då rimligt att rikta antennen till havs för att bättre nå
fartygen som är långt bort. För system med flera än en antenn så är avståndet mellan antennerna viktigt. Placeringen påverkar antennernas huvudlob, desto längre ifrån
varandra antennerna är placerade desto smalare och längre blir huvudloben. Detta gäller
exempelvis för stackade antenner.
För att undvika utsläckning av signaler ska antennerna inte sända eller ta emot signaler
i motfas med varandra.
Högre sändareffekt in i bassystemet kan ger bättre räckvidd, se figur 3.10.
Basstationssystem: Störst dämpning i bassystemet ger kombinern, splittern och kablarna. Kablar kan beroende på typ och längd vara den faktorn som ger störst dämpning.
Minimera förluster i kablar genom att minska på längden, använda en kabeltyp med
maximal diameter, hög konduktivitet och med låg dielektrisk konstant. Dessa faktorer
påverkar dock priset på kablarna, se tabell 2.4. Att investera i bättre kablar kan göra en
märkbar skillnad för totala signalförlusten i basstationssystemet.
77
78
Skarvar och kontakter ger normalt försumbar dämpning som ligger inom området < 0.1
dB per kontakt/skarv som maximalt värde. Det är dock viktigt att installera kontakter
på rätt sätt för att undvika gap mellan kontakter som kan bidra till större dämpning.
Skarvning mellan olika typer av kontakter bör undvikas för att ge extra onödiga förluster.
Förlusten beror inte till största del på skarven i sig utan mer på övergången av kabeltyp
och dess förluster som ger en diskontinutet.
Kanal:
Eftersom det är svårt att uppskatta en verklighetstrogen modell utan att utföra teoretiska mätningar har examensarbetet utgått från de modeller som rekommenderas av
ITU.
Ekvationen 2.28 bygger på ekvationen 2.27 och använts för att beräkna avståndet av
radiolänk utan påverkan av någon dämpning i kanalen. Ekvationen 2.27 beror av referensvärdet till atmosfären (k) och beräknas vanligtvis med hjälp av typiska värden för en
standard atmosfär. Denna korrektion till atmosfärens täthet är accepterad men för mer
noggrann beräkning av referensvärdet till atmosfären så ska denna konstant beräknas
utefter latitud och årstid vinter eller sommar [28]. Det är viktigt att påpeka att ekvation
2.27 är räckvidden för standardreferensen specifikt för basstationen i Norrköping.
Konstanten för atmosfären beräknas för Sverige vid årstiderna sommar och vinter i ekvationerna 2.36 och 2.44. Konstanterna användes sedan för att beräkna räckviddsekvationerna
2.37 och 2.45. Avståndsskillnaden mellan räckviddsekvationerna för sommar och vinter
skiljer runt 2.06 km, dvs under vintern når den skickade eller mottagna signalen 2.06 km
längre än på sommaren. Skillnaden i avstånd mellan räckviddssekvationen för standardreferensen till atmosfären och för den mer noggranna räckviddsekvationen för Sverige
(vid årstiden vinter) ligger runt 0.76 km. Avståndsskillnaden mellan räckviddsekvationen
som Sjöfartsverket tillämpar och den mer noggranna beräkningen för Sverige (vidårstiden
vinter) ligger runt 4.79 km.
SPLM (Simplified Path-Loss Model) är en modell där dämpningen ökar exponentiellt
med avståndet pga. ”Path-loss exponenten”, se figur 2.16. Path-loss exponenten, γ varierar beroende på miljö, frekvens och höjdplacering av antennen. Vid en högre frekvens
blir värdet på γ större och vid högre höjdplaceringa av antennen blir värdet på γ lägre.
På grund av spridningen av signalen i området nära sändarantennen (dvs ”Near field”)
så ska d > d0 , för att modellen ska vara gällande. d0 är referensvärdet för ”Far field”
gränsen och har vanligtvis värdena 1 - 10 m inomhus och 10 - 100 m utomhus. Eftersom
mätpunkter för simuleringen oftast genomförs väl inom området för ”Far field” så sätts
d0 = 1 m för simuleringsmodellen.
79
Vid modell 1 användes SPLM en modell med γ = 2 och d0 = 1m då fås FSPL. Modell 1
illustrerar skillnaden mellan ett täckningsområde för en basstation med kanalförlusten
FSPL och ett typexempel på ett täckningsområde som Sjöfartsverket använder idag.
Simuleringarna från modell 1 tar hänsyn till jordens krökning och använder ekvationen
2.46. Det vi kan se från modell 1 är att täckningsområde för fallet med kanalförlusten
FSPL är mindre än täckningsområdet som Sjöfartsverket använder idag. Adderar vi
större kanalförlust kommer skillnaden självklart bli större.
Dämpning av atmosfären ger en liten extra förlust och är i storleksordningen 0.01 dB/km
vid VHF-bandet, se figur 2.22.
Dämpningen vid regn för en tillgänglighet på 99.999% av tiden med en regn hastighet
som har en tillgänglighet på 99.99% av tiden kan ses i figuren 2.24 för olika polarisationer.
Regnetshastighet bestäms utefter önskad plats och årstid. Störst dämpning orsakas på
den vertikala polarisationen på grund av vattendropparnas vertikala form när de faller.
Modellen bedöms vara gällande i all delar av världen åtminstone för frekvenser upp till
40 GHz och avståndet mellan radiolänken kan vara upp till 60 km [32]. Modellen nämner
ingenting om sträckan mellan radiolänken för lägre frekvenser än 40 GHz. Detta betyder
att modellen möjligvis kan använda lägre frekvenser än 40 GHz för nå längre sträcka än
60 km.
På grund av regnfaktorn kan dämpningen vid frekvensen 160 MHz ger en räckvidd
på runt 85 km för radiolänken och motsvarade förhållande för frekvensen 40 GHz ger
avståndet 60 km räckvidd, se figur 2.25. Plottningen i figuren 2.25 har ett linjärt utseende
och kurvan för frekvensen 160 MHz har en lägre dämpning än den kurvan för 40 GHz.
En uppskattning som gjorts är att använda frekvensen 160 MHz för att kunna förutse
täckningen för längre sträckor än 60 km men den uppskattningen har inte analytisk
validerats.
I Matlab programmet för modellen kan vegetationsförlust väljas till och den är tänkt att
användas för att titta på specifikt område som har en utmärkande vegetation. Det är
en förenklad modell för uppskattningen av vegetationsförlusten och tittar endast mellan
utvalda vinklar runt basstationen. Eftersom antennen är placerad relativt högt ovanför
vattennivån kommer signalen enbart att påverkas när vegetationen nära mottagarantennen, se figur 2.21.
Extra dämpning vid moln eller dimma beror på avståndet på radiolänken (frisikt) och
längden för fri sikt. Dämpningen för modellen finns för de två avstånden 50 m och
300 m fri sikt, se figur 2.26. Regn och dimma kan inträffa samtidigt och det kallas för
frontdimma.
80
Terrängmodellen som använts för examensarbetet tillämpar rekommendationer från
ITU-R P.526-10(§4.4.2) [4] och denna modell är baserad på Deygouts metod och kan
maximalt beräkna tre kanter. Det som skiljer modellerna åt är att Deygouts metod är
för en plan yta medans modellen från ITU tar hänsyn till jordens krökning. Vid denna
modell är basstationen placerad till höger om den maritima VHF-mottagaren. Den modellen räknar ut en profil bestående av 1 - 3 kanter som beräknas var för sig, dvs metoden
för att hitta högsta kant upprepas tre gånger om villkoret Vp > −0.78 uppfylls. Första
högsta kanten beräknas för hela området som radiolänken täcker och om det inträffar
att det finns två eller flera av samma höjdvärde så väljs den kant som är placerad längst
till höger. Genom att välja det högsta kantvärdet från höger fås den största dämpningen
av signalen och detta beror på att höjden av mottagarantennen är mycket lägre placerad
än den antennen som är placerad vid basstationen.
I formeln för den effektiva jordradien re kommer konstanten k(referensvärdet till atmosfären) att variera i simuleringsmodellen beroende på om det är årstiden sommar
eller vinter.
En viktig del i diffraktionsmodellen är att bestämma höjdplaceringen av mottagarantennen. Eftersom Bresenhams algoritm ger de närmsta höjderna längs en rätlinje mellan
basstationen och mottagarsidan i ett raster, så är det bra om mottagarantennen inte är
placerad på 4 MöH på landnivå för då hamnar antennen många gånger av fallen under
marknivå. Därför är det bra om antennen placeras på den höjden vi räknar ifrån för
då fås en mer rimlig uppskattning av diffraktionsförlusten. Däremot vid havsnivå ska
mottagare antennen vara placerad vid 4 MöH.
Ett sätt att bestämma lämplig höjdplacering av mottagarantenn är att följa villkoret
nedan.
h2 = myline(1, column) + h2 ;
där
h2 , är höjden på mottagarantennen och den höjden är satt till 4 MöH.
myline(1, column), ger närmaste högsta höjden där mottagarantennen är placerad.
VHF-mottagare:
Vid mottagarsidan är det rimligt att placera antennen så högt på båten som möjligt och
antennen ska också ställas in vertikalt mot horisonten. För modellen i Matlab kommer
antennen placeras 4 m över havsnivån.
81
Verifiera modell
Tabell 3.2 illustrerar resultat från mätningar och simuleringar med sändareffekten 25
W. Vid det öppna området i Oxelösund finns det ingen terräng som ger någon extra
dämpning och förlust. Det som ger störst dämpning av signalen i radiolänken är FSPL
som dämpas med avståndet. Skillnaden mellan det uppmätta värdet och det beräknade
värdet för signalstyrkan ligger runt 30 dB. Eftersom kanalförlusten FSPL inte ger en
tillräckligt bra uppskattning av förlusten i kanalen gjordes en korrigering av Path-loss
exponenten med hjälp av ekvationerna 2.5 och 2.10. Valet av MSE-modell beror på
att mätningarna oftast görs inom område med ”Far field” karaktäristik och inte inom
området för ”Near field”. Referensvärdet för ”Far field”, d0 sätt då till 1 m. Path-loss
exponenten tar med de förluster som beror på olika hinder som i det här fallet finns till
sjöss.
Efter korrigeringen av Path-loss exponenten erhölls mer korrekta värden på signalstyrkan
och skillnaden ligger nu på några dB, se tabell 3.3. De återstående skillnaden mellan det
uppmätta värdet och det simulerade kan möjligtvis bero på missberäknigar av förluster
vid basstationssystemet eller förluster vid installationen av antennen på mottagarsidan.
Standardvärdet för mottagarkänsligheten skiljer sig också med några dB mot verkligheten. Denna gränsen är inte knivskarp och när det skiljer med några dB så är det många
av fallen en bedömningsfråga om hörbarhet.
Höjdplaceringen av antennen påverkar räckvidden för signalen och då kanalförlusten
endast är SPLM så dämpas signalen lika mycket oavsett höjd fram tills att signalen når
gränsen för räckvidden för just den utvalda höjden. Om signalen hamnar under gränsen
för hörbarhet så går det att förstärka signalen genom öka den utsända effekten, se figur
3.10.
4.2
Framtida arbete
Examensrapporten kommer att användas av Sjöfartsverket som underlag när de vill
undersöka hur täckningsmodeller kan vara uppbyggda, vilka faktorer som har en inverkan
på den skickade eller mottagna signalen och vilka faktorer som kan försummas.
Programmet Matlab är ett bra verktyg för att arbeta med täckningsmodeller. Matlab är
ett verktyg där programmeraren får vara med och utveckla och förstå stegen för att skapa
täckningsmodellen. Nackdelen med Matlab är att verktyget kräver att användaren har
goda kunskaper inom programmering och optimering. Utan goda optimeringskunskaper
kan simuleringstiderna bli väldig långa.
Appendices
82
Ett program som inte har nämnts tidigare är ARCGIS som är ett mer anpassat verktyg
för att skapa täckningsmodeller. Rapporten är tänkt att göra det lättare för Sjöfartsverket
att förändra modellen med de faktorer som de tycker är relevanta. ARCGIS ger användaren
möjlighet att använda färdiga verktyg som går att modifiera.
Mätningar och simuleringar kring ”Point to point” modellen har gjorts för fallet med
kanalförlusten SPLM men den modellen behöver verifieras för fallen då regn eller dimma
inträffar. Mätningarna bör också utföras vid olika månader på året för att Path-loss
exponenten kan variera något mellan de olika månaderna [25].
Lägga till en algoritm som kan uppskatta reflektion till havs och som därigenom tar
hänsyn till vågor på vattenytan. En modell som kan hittas i ITU’s arkiv är ITU-R P.6803 [47] vilket är en reflektion modell till havs som tar hänsyn till vågor med höjderna 1 3 meter. Den modellen kräver dock att antennens elevationsvinkel vinklar inom området
5o ≤ θ ≤ 20o och frekvens ska ligga inom området 0.8 < f < 8 GHz.
Räckvidden för basstationen i Norrköping har beräknats analytiskt men vad som händer
med signalstyrkan vid längre avstånd än vad avståndsformeln ger som resultat och hur
långt bortom denna gräns går det eventuellt fortfarande uppfatta den skickade signalen.
Det är frågor som är delvis subjektiva men går att svara bättre på genom att gör flera
mätningar.
Bilaga A
Appendix
A.1
Extra material:
Kapitlet tar upp bakgrundsteori för att förbättra läsarens förståelse.
A.2
Frekvensmodulation
Frekvensmodulatorn används främst för att överföra signaler från sändar- till mottagarantennen. Med hjälp av frekvensmodulering får bärvågen (eng. carrier) små variationer i radiofrekvensen som innehåller signalvågen med information(data, tal, musik),
se figurerna A.1 och A.2. Vid mottagarsidan demoduleras bärvågen bort så att bara
avvikelsen finns kvar som är identisk med signalvågen.
Signalvågen kan skrivas som ekvationen:
m(t) = cos(ωm t)
(A.1)
Bärvågen(fm ) kan skrivas med ekvationen:
fm = cos(ωt)
(A.2)
Den frekvensmodulerade signalen kan skrivas med ekvationen:
y(t) = A cos
Z
t
0
(fm + B · m(τ ))dτ
83
(A.3)
Appendix
84
där
x(t): signalvåg
y(t): frekvensmodulerad signal
A: amplituden
B: bandbredden
fm : bärvåg
Figur A.1: Illustrerar ett blockschema för det frekvensmodulerade signal.
Figur A.2: Illustrerar en frekvensmodulerad signal.
Appendix
A.3
85
Matlab kod:
Under det här avsnittet hittas Matlab kod som används till simuleringmodellerna.
A.3.1
Modell 1:
Matlab: Dämpning vid FSPL
Filen gain1.mat är en vektor med förstärkningen i olika azimut vinklar och elevationsvinkeln är noll.
approx . m
clear all
clc
p_rx_distance = zeros (361 , 1);
p_tx = zeros (1 , 361);
% Basstation :
h1 = 298; % Antenn h ö jd p l a c e r i n g vid basstationen , M ö M .
h2 = 4; % Antenn h ö jd p l a c e r i n g vid fartyg . Ska vara minsta 4 M ö M .
% Tar h ä nsyn till j o r d e n s k r ö ckning :
d = 4.13779*( sqrt ( h1 ) + sqrt ( h2 ));
f = 160;
% Avst å ndet mellan radiol ä nken f ö r vinter , [ km ] .
% frekvens i kanalen , [ MHz ]
p_s = 10* log10 (25/1) + 30; % Effekten in i systemet , [ dBm ]
BP = 1; % F ö rluster i bandpas s filter , [ dB ]
kombinder = 6;
% F ö rluster i kombinder , [ dB ]
kablar = 4.5; % F ö rluster i kablar p å s ä ndarsidan , [ dB ]
skarvar = 0;
% F ö rluster i skarvar , [ dB ]
filter = 0;
% S ä ndar a n t e n n e n s antennvinst , [ dB ]: ( Frek :160 MHz , Azimuth Pattern , E l e v a t i o n angle = 0 deg )
% Str å l n i n g s d i a g r a m m e t ä r riktad mot 0 grader och g å r medurs :
load ( ’ gain1 . mat ’ );
gain1 = fliplr ( gain1 );
% VHF - radio :
gain2 = 2;
% M o t t a g a r e n s antennvinst , [ dB ]
kablar2 = 1;
% F ö rluster i kablar p å mottagarsidan , [ dB ]
skarvar2 = 0;
% F ö rluster i skarvar p å mottagarsidan , [ dB ]
kontakter2 = 0; % F ö rluster i k o n t a k t e r p å mottagarsidan , [ dB ]
for i = 1:361
% S ä ndarens uteffekt , [ dBm ]
p_tx ( i ) = p_s - BP - kombinder - kablar - skarvar - filter + gain1 ( i ); % [ dBm ]
p_rx_distance (i ,1) = p _ r x _ d i s t a n c e _ f s p l _ f u n (i , p_tx (1 , i ) , d , f , gain2 , kablar2 , skarvar2 , ko
end
% Plot
Appendix
86
x = 1:1:361;
figure
plot (x , p_rx_distance ) , grid on , title ( ’ Total d ä mpningen ’)
, xlabel ( ’ Grader ’) , ylabel ( ’ Avst å nd , [ km ] ’)
hold on
dist = ones (361 ,1)* d ;
plot (x , dist , ’r ’)
legend ( ’ FSPL + PL ’ , ’ Jordens kr ö kning ’)
figure
% Polar plot
theta = 0:2* pi /360:2* pi ;
B = rot90 ( p_rx_distance );
polar ( theta , B )
hold on
B2 = rot90 ( dist );
polar ( theta , B2 , ’r ’)
legend ( ’ FSPL + PL ’ , ’ Jordens kr ö kning ’)
p_rx_distance_fspl_fun .m
function p_rx_distance = p _ r x _ d i s t a n c e _ f s p l _ f u n (i , p_tx , d , f , gain2 , kablar2 , skarvar2 , kontakt
p_rx = zeros (38 , 1);
d_sum = zeros (38 ,1); % Spara avst å ndet fr å n totala f ö rlusten .
d_0 = 1; % Referens avst å ndet f ö r " Far field " , [ m ]
gamma_splm = 2; % FSPL
FSPL = zeros (1 , 38);
for j = 1: d
% S i m p l i f i e d Path - loss model , [ dB ]
SPLM ( j ) = 20* log10 (((3*10^8)/( f *10^6))/(4* pi * d_0 ))
- 10* gamma_splm * log10 (( d *10^3)/ d_0 );
% M o t t a g a r e n s uteffe kt
p_rx (j ,1) = p_tx - SPLM ( j ) + gain2 - kablar2 - skarvar2 - kontakter2 ;
if ( p_rx (j ,1) > -107) % -107 dBm
d_sum (j ,1) = j ; % Sparar avst å ndet i en vektor
end
end
% Tar ut det st ö rsta v ä rdet fr å n matrisen
p_rx_distance = max ( d_sum (: ,1));
end
Appendix
A.3.2
87
Modell 2:
Den andra approximationen består Matlab kod och ett tillhörande GUI. Några funktioner nedan är lånade funktioner av Professor Joel T. Johnson med hans godkännande.
Matlab: Dämpning i atmosfärgaser
Funktionen är skriven av Professor Joel T. Johnson från The Ohio State Universitymed
modifiering.
Email: johnson@ece.osu.edu
De förenklade algoritmer för snabb, ungefärlig uppskattning av gasformig dämpning
kommer från ITU-R P.676-9.
itu676_annex2 . m
% ITU - R P .676 -9 , Annex 2 method for c o m p u t i n g a t m o s p h e r i c a t t e n u a t i o n
close all ; clear all ;
p =1013; % pressure in hPa (1 atm =1013 hPa )
t =0;
% a t m o s p h e r i c temp in C , d e t e r m i n e from maps in P .1510 if not known
rho =7.5;
% water vapor density ( g / m ^3)
h1 = 298;
h2 = 4;
d = 4.13779*( sqrt ( h1 ) + sqrt ( h2 )); % r e f e r e n s v ä rdet f ö r atmosf ä ren vid å rstiden vinter .
rp = p /1013;
rt =288/(273+ t );
% - - - - - - - D ä mping i atmosf är - - - - - - - - -%
% f r e k v e n s e n ä r f = 160 MHz
gamdry = gamo_fun (0.160 , rp , rt );
gamwat = gamw_fun (0.160 , rp , rt , rho );
gam_atm = gamdry + gamwat ;
Atten_atm = gam_atm * d ;
% - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -%
% Compute and plot specific a t t e n u a t i o n
i1 =1;
for f =0.1:350
ff ( i1 )= f ;
gamdry ( i1 )= gamo_fun (f , rp , rt );
gamwat ( i1 )= gamw_fun (f , rp , rt , rho );
i1 = i1 +1;
end
figure
set ( gca , ’ Fontsize ’ ,14)
loglog ( ff , gamdry , ’ linewidth ’ ,3)
hold on
loglog ( ff , gamwat , ’g - - ’ , ’ linewidth ’ ,3)
loglog ( ff , gamdry + gamwat , ’ ko ’ , ’ markersize ’ ,8)
Appendix
88
xlabel ( ’ Frekvens ( GHz ) ’)
ylabel ( ’ Specifik d ä mpning ( dB / km ) ’)
grid on
axis ([1 350 1e -3 1 e2 ])
set ( gca , ’ Xtick ’ ,[1:10 20:10:100 200 350])
set ( gca , ’ Xticklabel ’ ,{ ’ 0.1 ’; ’1 ’; ’ ’; ’ ’; ’5 ’; ’ ’; ’ ’; ’ ’; ’ ’;
’ 10 ’; ’ 20 ’; ’ ’; ’ ’; ’ 50 ’; ’ ’; ’ ’; ’ ’; ’ ’; ’ 100 ’; ’ 200 ’; ’ 350 ’ })
set ( gca , ’ Ytick ’ ,[0.001 0.01 0.1 1 10 100])
set ( gca , ’ Yticklabel ’ ,[ ’ 0.001 ’; ’ 0.01 ’; ’ 0.1 ’; ’
1
’; ’
10 ’; ’ 100 ’ ])
legend ( ’ Syre ’ , ’ Vatten å nga ’ , ’ Total ’)
title ( ’1 atm , 0^\ circ C , \ rho =7.5 g / m ^3 ’)
gamo . m
function [ gam ]= gamo (f , rp , rt );
if (f <=54)
gam =1 e -3* f ^2* rp ^2*(7.2* rt ^2.8/( f ^2+0.34* rp ^2* rt ^1.6)+
0.62* sq (3 , rp , rt )/((54 - f )^(1.16* sq (1 , rp , rt ))+0.83* sq (2 , rp , rt )));
elseif (f >54)&( f <=60)
gam = exp ( log ( sq (8 , rp , rt ))/24*( f -58)*( f -60) - log ( sq (9 , rp , rt ))/8*( f -54)*( f -60)+
log ( sq (10 , rp , rt ))/12*( f -54)*( f -58));
elseif (f >60)&( f <=62)
gam = sq (10 , rp , rt )+( sq (11 , rp , rt ) - sq (10 , rp , rt ))*( f -60)/2;
elseif (f >62)&( f <=66)
gam = exp ( log ( sq (11 , rp , rt ))/8*( f -64)*( f -66) - log ( sq (12 , rp , rt ))/4*( f -62)*( f -66)+
log ( sq (13 , rp , rt ))/8*( f -62)*( f -64));
elseif (f >66)&( f <=120)
gam =1 e -3* f ^2* rp ^2*(3.02 e -4* rt ^3.5+0.283* rt ^3.8/(( f - 1 1 8 . 7 5 ) ^ 2 + 2 . 9 1 * rp ^2* rt ^1.6)+
0.502* sq (6 , rp , rt )*(1 -0.0163* sq (7 , rp , rt )*( f -66))/(( f -66)^(1.4346* sq (4 , rp , rt ))+
1.15* sq (5 , rp , rt )));
elseif (f >120)&( f <=350)
gam = sq (14 , rp , rt )+1 e -3* f ^2* rp ^2* rt ^3.5*(3.02 e -4/(1+1.9 e -5* f ^1.5)+
0.283* rt ^0.3/(( f - 1 1 8 . 7 5 ) ^ 2 + 2 . 9 1 * rp ^2* rt ^1.6));
else
gam = -999;
end
gamw . m
function gam = gamw (f , rp , rt , rho );
eta1 =0.955* rp * rt ^0.68+0.006* rho ;
eta2 =0.735* rp * rt ^0.5+0.0353* rt ^4* rho ;
gam =1 e -4* rho * rt ^2.5* f ^2*(...
3.98* eta1 * exp (2.23*(1 - rt ))/(( f - 2 2 . 2 3 5 ) ^ 2 + 9. 4 2 * eta1 ^2)* gfun (f ,22)+...
11.96* eta1 * exp ( 0.7*(1 - rt ))/(( f - 1 8 3 . 3 1 ) ^ 2 + 1 1 . 1 4 * eta1 ^2)+...
0.081* eta1 * exp (6.44*(1 - rt ))/(( f - 3 2 1 . 2 2 6 ) ^ 2 + 6 . 2 9 * eta1 ^2)+...
3.66* eta1 * exp (1.60*(1 - rt ))/(( f - 3 2 5 . 1 5 3 ) ^ 2 + 9 . 2 2 * eta1 ^2)+...
25.37* eta1 * exp (1.09*(1 - rt ))/(( f -380)^2)+...
17.40* eta1 * exp (1.46*(1 - rt ))/(( f -448)^2)+...
844.6* eta1 * exp (0.17*(1 - rt ))/(( f -557)^2)* gfun (f ,557)+...
Appendix
290.0* eta1 * exp (0.41*(1 - rt ))/(( f -752)^2)* gfun (f ,752)+...
83328* eta2 * exp (0.99*(1 - rt ))/(( f -1780)^2)* gfun (f ,1780));
gfun . m
function g = gfun (f , fi );
g =1+(( f - fi )/( f + fi ))^2;
phi . m
function [ phi0 ]= phi ( rp , rt ,a ,b ,c , d );
phi0 = rp .^ a .* rt .^ b .* exp ( c .*(1 - rp )+ d .*(1 - rt ));
sq . m
function [ sq0 ]= sq (N , rp , rt );
if ( N ==1)
sq0 = phi ( rp , rt , 0.0717 , -1.8132 , 0.0156 , -1.6515);
elseif ( N ==2)
sq0 = phi ( rp , rt , 0.5146 , -4.6368 , -0.1921 , -5.7416);
elseif ( N ==3)
sq0 = phi ( rp , rt , 0.3414 , -6.5851 , 0.2130 , -8.5854);
elseif ( N ==4)
sq0 = phi ( rp , rt , -0.0112 , 0.0092 , -0.1033 , -0.0009);
elseif ( N ==5)
sq0 = phi ( rp , rt , 0.2705 , -2.7192 , -0.3016 , -4.1033);
elseif ( N ==6)
sq0 = phi ( rp , rt , 0.2445 , -5.9191 , 0.0422 , -8.0719);
elseif ( N ==7)
sq0 = phi ( rp , rt , -0.1833 , 6.5589 , -0.2402 , 6.1310);
elseif ( N ==8)
sq0 = phi ( rp , rt , 1.8286 , -1.9487 , 0.4051 , -2.8509)*2.192;
elseif ( N ==9)
sq0 = phi ( rp , rt , 1.0045 , 3.5610 , 0.1588 , 1.2 834)*12. 59;
elseif ( N ==10)
sq0 = phi ( rp , rt , 0.9003 , 4.1335 , 0.0427 , 1.6088)*15.0;
elseif ( N ==11)
sq0 = phi ( rp , rt , 0.9886 , 3.4176 , 0.1827 , 1.3 429)*14. 28;
elseif ( N ==12)
sq0 = phi ( rp , rt , 1.4320 , 0.6258 , 0.3177 , -0.5914)*6.819;
89
Appendix
90
elseif ( N ==13)
sq0 = phi ( rp , rt , 2.0717 , -4.1404 , 0.4910 , -4.8718)*1.908;
elseif ( N ==14)
sq0 = phi ( rp , rt , 3.2110 , -14.940 , 1.5830 , -16.370)*( -0.00306);
end
Matlab kod: Dämpning vid regn
Funktionen är skriven av Professor Joel T. Johnson från The Ohio State Universitymed
modifiering.
Email: johnson@ece.osu.edu
De förenklade algoritmer för snabb, ungefärlig uppskattning av dämpning vid regn,
kommer från ITU-R P.838-3, ITU-R PN.837-1 och ITU-R P.530-15.
% raingam . m
function [ gam ]= raingam ( ff , th , tau , R );
%f
% th
freq ( GHz )
path e l e v a t i o n angle ( rads )
% tau p o l a r i z a t i o n tilt angle ( rads ) , 0 , 45 , 90
% R rain rate ( mm / hr )
% New from 838 -3
% Tabell 1 , 2 , 3 och 4:
kha =[ -5.33980 -0.35351 -0.23789 -0.94158];
kva =[ -3.80595 -3.44965 -0.39902 0.50167];
aha =[ -0.14318
0.29591
ava =[ -0.07771
0.56727 -0.20238 -48.2991 48.5833];
0.32177 -5.37610 16.1721];
khb =[ -0.10008 1.26970 0.86036 0.64552];
kvb =[0.56934 -.22911 0.73042 1.07319];
ahb =[1.82442 0.77564 0.63773 -.96230 -3.29980];
avb =[2.33840 0.95545 1.14520 0.791669 0.791459];
khc =[1.13098 0.45400 0.15354 0.16817];
kvc =[0.81061 0.51059 0.11899 0.27195];
ahc =[ -.55187 0.19822 0.13164 1.47828 3.43990];
avc =[ -0.76284 0.54039 0.26809 0.116226 0.116479];
khm =[ -0.18961 0.71147];
kvm =[ -0.16398 0.63297];
ahm =[0.67849 -1.95537];
avm =[ -0.053739 0.83433];
% E k v a t i o n e n (2) och (3):
% ff = 1 : 0 . 1 : 1 0 0 0 ;
lff = log10 ( ff );
lkh = kha (1)* exp ( -(( lff - khb (1))./ khc (1)).^2)+...
kha (2)* exp ( -(( lff - khb (2))./ khc (2)).^2)+...
Appendix
91
khm (1)* lff + khm (2);
kh =10.^ lkh ;
lkv = kva (1)* exp ( -(( lff - kvb (1))./ kvc (1)).^2)+...
kva (2)* exp ( -(( lff - kvb (2))./ kvc (2)).^2)+...
kvm (1)* lff + kvm (2);
kv =10.^ lkv ;
ah = aha (1)* exp ( -(( lff - ahb (1))./ ahc (1)).^2)+...
aha (2)* exp ( -(( lff - ahb (2))./ ahc (2)).^2)+...
ahm (1)* lff + ahm (2);
av = ava (1)* exp ( -(( lff - avb (1))./ avc (1)).^2)+...
ava (2)* exp ( -(( lff - avb (2))./ avc (2)).^2)+...
avm (1)* lff + avm (2);
% Ekvation (4) och (5):
k =( kh + kv +( kh - kv )* cos ( th )^2* cos (2* tau ))/2;
a =( kh .* ah + kv .* av +( kh .* ah - kv .* av )* cos ( th )^2* cos (2* tau ))./2./ k ;
gam = k .* R .^ a ;
main . m
R = 22; % ITU Rain Rate Data for 0.01% Rain fades ( mm / h )
ff = 40; % f r e k v e n s e n GHz
th = 0; % th
d = 100;
% Specifik d ä mpning :[ dB / km ]
tau = 90; % tau p o l a r i z a t i o n tilt angle ( rads ).
% h o r i s o n t a l = 0 , circular = 45 , vertical = 90
gam = raingam_fun ( ff , th , tau , R );
d_0 = 35* exp ( -0.015* R ); % E f f e c t i v e path length
r = 1/(1 + ( d / d_0 )); % Distance factor
% % plot :
for dd = 1: d
% [ km ]
% D ä mpning vid regn , Atten = A t t e n _ r a i n _ 0 .01:( dB )
Atten = gam * dd * r ;
% D e t e r m i n e the depth of a 99.999% fade and for radio links
Appendix
92
% located in l a t i t u d e s equal to or
% greater than 30
( North or South ):
Atten_rain1 (1 , dd ) = Atten * 0.12 * (0.001)^
( - (0.546 + 0.043* log10 (0.001)));
% located in l a t i t u d e s equal to or below than 30
% ( North or South ):
% A t t e n _ r a i n 1 (1 , dd ) = Atten * 0.07 * (0.001)^
% ( - (0.855 + 0.139* log10 ( 0 . 0 0 1 ) ) ) ;
end
d_ = 1: d ;
plot ( d_ , Atten_rain1 , ’c ’) , grid on
Matlab: Dämpning vid moln eller dimma
Denna funktion bygger på rekommendationer från ITU-R 840-3
gam_cloud_fun . m
function gam = gam_cloud_fun (T , f , moln_densitet )
% Temperaturen , T = 273.15 + 10; %10 grader celcius
% frekvens , f = 0.165; %[ GHz ]
% m o l n _ d e n s i t e t ä r lika med 0.05 eller 0.5;
theta = 300/ T ;
f_p = 20.09 - 142*( theta - 1) + 294*( theta - 1)^2; % [ GHz ]
f_s = 590 - 1500*( theta - 1); % [ GHz ]
e_1 = 5.48;
e_2 = 3.51;
e_0 = 77.6 + 103.3*( theta - 1);
E_1 = ( f *( e_0 - e_1 ))/( f_p *(1+( f / f_p )^2) ) + ( f *( e_1 - e_2 ))/
( f_s *(1+( f / f_s )^2) );
E_2 = ( e_0 - e_1 )/( (1+( f / f_p )^2) ) + ( e_1 - e_2 )/( (1+( f / f_s )^2) );
n = (2 + E_1 )/ E_2 ;
K_l = (0.819* f )/( E_2 *(1 + n ^2));
gam = K_l * moln_densitet *10^3; % [ dB / m ]
end
Matlab: Dämpning vid vegetation
Bygger på Weisserbergers vegetationsmodell.
L_veg_fun2 . m
function L_veg = L_veg_fun2 (F , veg_start , veg_slut , i , v eg _s li d er _d is t )
% F ä r frekvensen , [ GHz ]
% Start vinkeln f ö r vegetationen , v e g _ s t a r t
% Slut vinkeln f ö r vegetationen , veg_slut
Appendix
% vinkeln radiov å gen r ö r sig i , i
% Avst å ndet p å vegetationen , v e g _ s l i d e r _ d i s t
% init variabel
d_f = zeros (1 , 361); % d_f ä r avst å ndet p å vegetationen , [ m ]
% ::::::::: > D ä mpning vid v e g e t a t i o n :
% Best ä m mellan vilka vinklar och hur mycket v e g e t a t i o n e n som kommer att finnas .
% Vinklar mellan 0 - 360 grader .
% V e g e t a t i o n e n f å r ligga mellan 0 - 400 [ m ]
for e = veg_start + 1: veg_slut % allt ä r f ö rskju tet ett steg
d_f ( e ) = 400;
end
if ( d_f (1 , i ) > 0 && d_f (1 , i ) < 15)
L_veg = (1.33* F ^(0.284))* d_f (1 , i )^(0.5888);
return ;
elseif ( d_f (1 , i ) > 14 && d_f (1 , i ) < 401 )
L_veg = (0.45* F ^(0.284))* d_f (1 , i )^(0.5888);
return ;
else
L_veg = 0;
return ;
end
Matlab: Dämpning vid Diffraktion
Denna funktion bygger på rekommendationer från ITU-R P.526-10 Annex1, §4.4.2
L_diff_fun2 . m
function [ L_diff , v , d_12 ] = L_diff_fun2 (f , h_1 , h_2 , D ,
myline , x_origo , y_origo )
% b ä r h ö jddata i en matris .
%f , f r e k v e n s e n [ Hz ]
% h_1 , H ö jden p å antennen 1 ö ver havsniv å , [ m ]
% h_2 , H ö jden p å antennen 2 ö ver havsniv å , [ m ]
%D , Avst å nd p å LOS , [ km ]
[~ , column ] = size ( myline );
intervall = 50; % [ m ]
% Tomma vectorer
h_n = [0 0 0];
d_1n = [0 0 0];
Vn = [0 0 0];
h = [0 0 0];
J_vn = [0 0 0];
93
Appendix
94
flag1 = 0;
flag3 = 0;
% lambda
c = 3*10^8; % ljusetshastighet , [ m / s ]
lambda = c / f ; % [ m ]
% Radie
r = (6370*10^3); % Jordradien , [ m ]
r_e = r *(4/3); % E k v i v a l e n t jordradie , [ m ]
if ( length ( myline (1 ,:)) <= 3)
flag1 = 1;
flag3 = 1;
end
% Tar ut max - v ä rdet fr å n h ö ger samt dess index :
% Nr1
[ max2 , index2 ] = m a x _ r i g h t _ i n d e x _ f u n 2 ( myline (1 ,:) , 2 , length ( myline (1 ,:)) - 1);
if ( index2 == length ( myline (1 ,:)) -1)
flag3 = 1;
elseif ( index2 == 2 && length ( myline (1 ,:)) > 3)
flag1 = 1;
end
% Sparar max h ö jd
h_n (2) = max2 ;
% K o o r d i n a t e r till det nya systemet
[ y_new2 , x_new2 ] = new_sys_fun ( x_origo , y_origo ,
myline (3 , index2 ) , myline (2 , index2 ));
% Vinkel :
v = atan2 ( y_new2 , x_new2 )*(180/ pi ); % [ grader ]
% L ä ngd :
d_1n (2) = sqrt ( ( y_new2 )^2 + ( x_new2 )^2 ) * intervall ; % [ m ]
% Nr2
if ( flag1 == 1)
d_1n (1) = 0;
h_n (1) = 0;
else
[ max1 , index1 ] = m a x _ r i g h t _ i n d e x _ f u n 2 ( myline (1 ,:) , 2 , index2 - 1 );
h_n (1) = max1 ;
% L ä ngd :
Appendix
95
d_1n (1) = sqrt ( ( y_new1 )^2 + ( x_new1 )^2 ) * intervall ; % [ m ]
end
% Nr3
if ( flag3 == 1)
d_1n (3) = 0;
h_n (3) = 0;
else
[ max3 , index3 ] = m a x _ r i g h t _ i n d e x _ f u n 2 ( myline (1 ,:) , index2 + 1 ,
length ( myline (1 ,:)) - 1);
h_n (3) = max3 ;
z = sqrt ( ( y_new3 )^2 + ( x_new3 )^2 ) * intervall ;
% L ä ngd :
d_1n (3) = ( z - d_1n (2) ); % [ m ]
end
myline (3 , column ) , myline (2 , column ));
% Totala l ä ngden :
d_12 = sqrt ( ( y_new4 )^2 + ( x_new4 )^2 ) * intervall ; % [ m ]
d_n2 = [ d_1n (2) - d_1n (1)
d_12 - d_1n (2)
( d_12 - d_1n (2) - d_1n (3) )]; % [ m ]
% R e g l e r i n g av h ö jden h_2 :
if ( myline (1 , column ) == 0)
h_2 = 4;
else
h_2 = myline (1 , column ) + h_2 ;
end
% ---------------------------------------------------------% Steg 1:
% H ö jden mellan LOS - str å len och hindrets h ö gsta punkt :
[ h2 , h_n2 ] = h_fun ( h_n (2) , h_1 , h_2 , d_1n (2) , d_n2 (2) , d_12 , r_e );
% Vn vid h ö gsta h ö jden p å hindret i radiol ä nken ,
% ä ven kallad
Principle
Edge .
Vn (2) = Vn_fun ( h (2) , d_12 , d_1n (2) , d_n2 (2) , lambda );
if ( h_n (2) >= h_n (1) && h_n (2) >= h_n (3)) % Checkar s å att mitten
% kanten ä r h ö gst i f ö rsta steget .
Appendix
96
if ( Vn (2) > -0.78) % Checkar v i l l k o r e t f ö r den g e o m e t r i s k a p a r a m e t e r n .
% disp ( ’ Vn (2) > -0.78: ’);
% Steg 2:
if ( h_n (1) ~= 0)
% H ö jden mellan LOS - str å len och hindrets fr å n
% s ä n d a r a n t e n n e n och punkten p :
[ h1 , h_n1 ] = h_fun ( h_n (1) , h_1 , h_2 ,
d_1n (1) , d_n2 (1) , d_12 , r_e );
% Vn vid h ö gsta h ö jden p å hindret fr å n s ä n d a r a n t e n n e n
% och punkten p .
end
% Steg 3:
if ( h_n (3) ~= 0)
% H ö jden mellan LOS - str å len och hindrets fr å n
% punkten p till m o t t a g a r e a n t e n n e n :
[ h3 , h_n3 ] = h_fun ( h_n (3) , h_1 , h_2 ,
d_1n (3) , d_n2 (3) , d_12 , r_e );
% Vn vid h ö gsta h ö jden p å hindret fr å n
% punkten p till m o t t a g a r e a n t e n n e n .
end
if ( h_n (1) == 0 && h_n (3) == 0)
% disp ( ’1 hinder ’);
J_vn (1) = 0;
J_vn (2) = J_vn_fun ( Vn (2));
J_vn (3) = 0;
elseif ( h_n (1) == 0)
J_vn (1) = 0;
J_vn (2) = J_vn_fun ( Vn (2));
J_vn (3) = J_vn_fun ( Vn (3));
elseif ( h_n (3) == 0)
J_vn (1) = J_vn_fun ( Vn (1));
J_vn (2) = J_vn_fun ( Vn (2));
J_vn (3) = 0;
else
% R ä kna ut " knife - edge loss " f ö r de olika hinderna .
J_vn (1) = J_vn_fun ( Vn (1));
J_vn (2) = J_vn_fun ( Vn (2));
J_vn (3) = J_vn_fun ( Vn (3));
end
% Steg 4:
Appendix
97
% E m p i r i c a l correction , C :
C = 10 + 0.04* D ;
T = 1 - exp ( - J_vn (2)/6);
% The excess d i f f r a c t i o n loss for the path :
L_diff = J_vn (2) + T *( J_vn (1) + J_vn (3) + C ); % [ dB ]
clear myline ;
return ;
else
% disp ( ’ Vn (2) <= -0.78: ’);
% disp ( ’ L_dB = 0 ’);
% The excess d i f f r a c t i o n loss for the path
L_diff = 0; % [ dB ]
clear myline ;
return ;
end
else
% disp ( ’ Det m i t t e r s t a hindret ä r inte det h ö gsta ä ndra vektorn h_n ! ’);
end
end % end function
max_right_index_fun2 .m
function [ max_right , m ax _ ri gh t_ i nd ex ] = m a x _ r i g h t _ i n d e x _ f u n 2 (a , start , slut )
%a , ä r vektor beh ö ver unders ö kas
% start , ä r start v ä rdet som f u n k t i o n e n kommer b ö rja s ö ka fr å n .
% slut , ä r start v ä rdet som f u n k t i o n e n kommer b ö rja s ö ka till .
% Deklaration :
b = zeros (1 , length ( a ));
A = zeros (2 , length ( a ));
% Dela upp vektor i r ä tt storlek :
for i = start : slut
b (1 , i ) = a (1 , i );
end
if ( slut >= 1 && start <= slut )
for j = start : slut
if b (1 , j ) == max ( b ) % Tar ut maxv ä rdet .
A (1 , j ) = b (1 , j );
A (2 , j ) = j ;
end
end
max_right = max ( A (1 ,:)); % Tar ut max - v ä rdet fr å n h ö ger
m ax _r ig h t_ in d ex = max ( A (2 ,:)); % Tar ut index p å max - v ä rdet fr å n h ö ger
return ;
else % Om i n t e r v a l l e t ä r mindre ett s å finns det inga hinder .
A (1 ,:) = 0;
Appendix
98
A (2 ,:) = 0;
max_right = max ( A (1 ,:)); % Tar ut max - v ä rdet fr å n h ö ger
m ax _r ig h t_ in d ex = max ( A (2 ,:)); % Tar ut index p å max - v ä rdet fr å n h ö ger
return
end
end
new_sys_fun . m
function [ y_new , x_new ] = new_sys_fun ( x_origo , y_origo , x_n , y_n )
% Tidigare origo ligger i (0 , 0).
% OBS ! Att y - axeln ä r lika rader i matrisen och x - axeln ä r
% lika med columner i matrisen .
% x_origo och y_origo ä r det nya origo k o o r d i n a t e n .
% x_n och y_n ä r p u n k t e r n a som ska justerad till det nya systemet .
x_new = y_n - x_origo ;
y_new = y_origo - x_n ;
end
h_fun . m
% H ö jden mellan LOS - str å len och hindrets h ö gsta punkt
function [h , h_n ]= h_fun ( h_n0 , h_1 , h_2 , d_1n , d_n2 , d_12 , r_e )
h_k = ( d_1n * d_n2 )/(2* r_e );
h_n = h_n0 + h_k ;
h = h_n +
h_k
- ( ( h_1 * d_n2 + h_2 * d_1n )/ d_12 );
end
J_vn_fun . m
% The knife - edge loss , J ( Vn )
function J_vn = J_vn_fun ( Vn )
J_vn = 6.9 + 20* log10 ( sqrt ( (( Vn - 0.1)^2) + 1 ) + Vn - 0.1); % [ dB ]
end
Vn_fun . m
function Vn = Vn_fun (h , d_12 , d_1n , d_n2 , lambda )
Vn = h * sqrt ( (2* d_12 )/( lambda * d_1n * d_n2 ) );
end
Appendix
99
Matlab: Vänder på ”myline” vektorn om den inte börjar med origo punkten.
orig ofirst_f un . m
function origofirst = or igofirst _fun ( myline , x_origo , y_origo )
x = double ( myline (2 ,1));
y = double ( myline (3 ,1));
temporary = [x , x_origo , y , y_origo ];
temp = diff ( temporary );
if ( ( temp (1 ,1) == 0) && ( temp (1 ,3) == 0) )
origofirst = myline ;
return
else
origofirst = fliplr ( myline );
return
end
end
bresenham . m
function [ myline ] = bresenham ( mymat , mycoordinates )
mycoords = mycoordinates ;
% [ rad , column ] = size ( mymat );
% myline = zeros (3 , column );
x = round ( mycoords (: ,1));
y = round ( mycoords (: ,2));
steep = ( abs ( y (2) - y (1)) > abs ( x (2) - x (1)));
if steep
[x , y ] = swap (x , y );
end
if x (1) > x (2) ,
[ x (1) , x (2)] = swap ( x (1) , x (2));
[ y (1) , y (2)] = swap ( y (1) , y (2));
end
delx = x (2) - x (1);
dely = abs ( y (2) - y (1));
error = 0;
x_n = x (1);
y_n = y (1);
if y (1) < y (2) , ystep = 1; else ystep = -1; end
for n = 1: delx +1
if steep ,
myline (1 , n ) = mymat ( x_n , y_n );
myline (2 , n ) = y_n ;
myline (3 , n ) = x_n ;
Appendix
% outmat ( x_n , y_n ) = 0;
X ( n ) = x_n ;
Y ( n ) = y_n ;
else
myline (1 , n ) = mymat ( y_n , x_n );
myline (2 , n ) = x_n ;
myline (3 , n ) = y_n ;
end
x_n = x_n + 1;
error = error + dely ;
if 2* error >= delx , % same as -> if 2* error >= delx ,
y_n = y_n + ystep ;
error = error - delx ;
end
end
function [q , r ] = swap (s , t )
% function SWAP
q = t; r = s;
cirshftt . m
function y = cirshftt (x ,m , N )
% Circular shift of m samples wrt size N in seque nce x : ( time domain )
% ---------------------------------------------------------% [ y ] = cirshftt (x ,m , N )
% y = output s equence c o n t a i n i n g the circular shift
% x = input sequence of length <= N
% m = sample shift
% N = size of circular buffer
%
Method : y ( n ) = x (( n - m ) mod N )
% Check for length of x
if length ( x ) > N
error ( ’N must be >= the length of x ’)
end
x = [ x zeros (1 ,N - length ( x ))];
n = [0:1: N -1];
n = mod (n -m , N );
y = x ( n +1);
100
Appendix
101
Matlab: Den sammansatta filen:
Den här funktionen används i Gui-filen för att beräkna en matris med påverkan av valda
dämpningar som regn, moln/dimma, vegetation och diffraktion.
main_fun . m
function main = main_fun ( gamma_splm , f , p_s , x_coord , y_coord , y1 , y2 ,
in1 , in2 , b_n , x_origo , y_origo , basstation , basstation_mom , bp_filter ,
kombinder , kablar1 , skarvar , skarvar2 , gain1_slider , gain2 , kablar2 , moln_temp ,
moln_densitet , diffraktion_toggle , regn_toggle , atm_toggle , moln_toggle ,
veg_toggle , veg_slider_dist , veg_slider_degrees_start , veg_slider_degrees_slut ,
plot_dimensio , arstid , d_0_far_field )
% Allocera minne
Atten_veg = zeros (361 , 1);
p_rx_distance = zeros (361 , 1);
p_tx = zeros (1 , 361);
[~ , column ] = size ( b_n );
jk = 0;
gain1_disp = 0;
% Basstation :
h1 = basstation ; % Antenn h ö jd p l a c e r i n g vid basstationen , M ö M .
h2 = 4; % Antenn h ö jd p l a c e r i n g vid fartyg . Ska vara minsta 4 M ö M .
if arstid == 1 % vinter
N_s = 306.48; % N units
D = -( N_s /7.53)* exp ( -( ba sstatio n_mom /( 1 0^ 3) )/ 7 .5 3) ; % dN / dh
k_varde = 1/(1 -6370* abs ( D )*(10^ -6));
jk = sqrt ( (2* k_varde *6370)/1000 );
elseif arstid == 2
% sommar
N_s = 288.066;
D = ( - N_s /8.39)* exp (( - ba sstatio n_mom /( 1 0^ 2) )/ 8 .3 9) ; % dN / dh
k_varde = 1/(1 -6370*( - D )*(10^ -6));
jk = sqrt ( (2* k_varde *6370)/1000 );
else
end
d = jk *( sqrt ( h1 ) + sqrt ( h2 ));
% Avst å ndet mellan radiol ä nken ,
% [ km ]. Tar h ä nsyn till j o r d e n s k r ö ckning
f = 160;
% frekvens i kanalen , [ MHz ]
p_s_dB = 10* log10 ( p_s /1); % Effekten in i systemet , [ dBm ]
% S ä ndar a n t e n n e n s antennvinst , [ dB ]:
% ( Frek :160 MHz , Azimuth Pattern , E l e v a t i o n angle = 0 deg )
% Str å l n i n g s d i a g r a m m e t ä r riktad mot 0 grader och g å r medurs :
load ( ’ gain1 . mat ’ );
gain1 = fliplr ( gain1 );
% Vinkla antennen m grader .
[ rad_gain1 , N_gain1 ] = size ( gain1 );
Appendix
102
% g a i n 1 _ s l i d e r = 1; % Startl ä get = 1
gain1 = cirshftt ( gain1 , gain1_slider , N_gain1 );
% D ä mpning vid regn :
R = 22; % ITU Rain Rate Data for 0.01%
% Rain fades ( mm / h )
%f , f r e k v e n s e n ( GHz )
th = 0; % th
tau = 90; % tau p o l a r i z a t i o n tilt angle ( rads ).
% h o r i s o n t a l = 0 , circ ular = 45 , vertical = 90
%d , distance between the r a d i o l i n k ( km ) , max d < 60 km
d_0 = 35* exp ( -0.015* R ); % E f f e c t i v e path length
r = 1/(1 + ( d / d_0 )); % Distance factor
% Specifik d ä mpning vid regn :[ dB / km ]
gam_rain = raingam_fun ( f /(10^3) , th , tau , R );
% D ä mpning vid moln :
T = 273.15 + moln_temp ; % 10 grader celcius
% Specifik d ä mpning vid moln och dimma :[ dB / km ]
gam_cloud = gam_cloud_fun (T , f /(10^3) , moln_densitet );
% D ä mpning vid atmosf ä r :
p =1013; % pressure in hPa (1 atm =1013 hPa )
t =0;
% a t m o s p h e r i c temp in C , d e t e r m i n e from maps in P .1510 if not known
rho =7.5;
% water vapor density ( g / m ^3)
rp = p /1013;
rt =288/(273+ t );
gamdry = gamo_fun ( f /(10^3) , rp , rt );
gamwat = gamw_fun ( f /(10^3) , rp , rt , rho );
gam_atm = gamdry + gamwat ;
% D ä mpning vid D i f f r a k t i o n :
xy_origo = [ x_origo y_origo ];
% Mottagare :
xy =[ x_coord y_coord ];
mycoordinates = [ xy_origo ; xy ];
[ myline ] = bresenham ( b_n , mycoordinates );
% myline = [ h ö jd , y , x ]
origofirst = orig ofirst_f un ( myline , x_origo , y_origo );
myline = origofirst ;
h = waitbar (0 , ’ Var god v ä nta ... ’ );
steps = 100;
for step = 1: steps
% Innan h ä r startat loopen f ö r waitbar
[~ , column2 ] = size ( myline ); % 3 x n
for kk = 3: column2
Appendix
103
% D ä mpning vid d i f f r a k t i o n :( dB )
if ( d i f f r a k t i o n _ t o g g l e == 1)
[ Atten_diff , v , d_12 ] = L_diff_fun2 ( f *(10^6) , h1 , h2 , d ,
myline (: ,1: kk ) , x_origo , y_origo , k_varde );
v = 360 - abs ( v );
v = round ( v );
else
[~ , v , d_12 ] = L_diff_fun2 ( f *(10^6) , h1 , h2 , d ,
myline (: ,1: kk ) , x_origo , y_origo , k_varde );
v = 360 - abs ( v );
v = round ( v );
Atten_diff = 0;
end
% S ä ndarens uteffekt , [ dBm ]
p_tx = p_s_dB - bp_filter - kombinder - kablar1 - skarvar + gain1 ( v ); % [ dBm ]
SPLM = abs ( 20* log10 (((3*10^8)/( f *10^6))/(4* pi * d_0_far_field ))
- 10* gamma_splm * log10 ( d / d_0_far_field ));
% D ä mpning vid atmosf ä r :
if ( atm_toggle == 1)
Atten_atm = gam_atm *( d_12 /10^3);
else
Atten_atm = 0;
end
if ( regn_toggle == 1)
Atten = gam_rain *( d_12 /10^3)* r ;
% located in l a t i t u d e s equal to or greater than
% 30 degree ( North or South ):
Atten_rain = Atten * 0.12 * (0.001)^( - (0.546 + 0.043* log10 (0.001)));
% located in l a t i t u d e s equal to or below than 30
% degree ( North or South ):
% A t t e n _ r a i n 1 (1 , dd ) = Atten * 0.07 * (0.001)^
% ( - (0.855 + 0.139* log10 ( 0 . 0 0 1 ) ) ) ;
else
Atten_rain = 0;
end
% D ä mpning vid moln eller dimma :( dB )
if ( moln_toggle == 1)
Atten_cloud = gam_cloud *( d_12 /10^3);
else
Appendix
104
Atten_cloud = 0;
end
% D ä mpning vid v e g e t a t i o n :( dB )
if ( veg_toggle == 1)
Atten_veg = L_veg_fun2 (( f /(10^3)) , veg_slider_degrees_start ,
veg_slider_degrees_slut , v , v e g_ sl id e r_ di st );
else
Atten_veg = 0;
end
p_rx = p_tx - SPLM - Atten_rain - Atten_cloud
- Atten_veg - Atten_atm - Atten_diff + gain2
- kablar2 - skarvar2 ; % [ dBm ]
p_rx_n ( kk ) = p_rx ;
% Checkar effekten med m o t t a g a r k ä nslighet
b_n ( y_origo , x_origo ) = 1; % F ö r att markera b a s s t a t i o n e n .
b_n ( myline (3 , kk ) , myline (2 , kk )) = 300;
end
% H ä r slutar loopen f ö r waitbar
waitbar ( step / steps )
end
close ( h )
% Spara raster :
save ( ’ raster . mat ’ , ’ b_n ’ , ’ column2 ’ , ’ myline ’ , ’ p_rx_n ’ , ’ gain1_disp ’)
end
A.4
Tabeller:
Jotron positioner för utvalda basstationer.
Tabell A.1: Plats
Plats
Namn
Nacka
Torö
Kalmar
Grimeton
Brudaremossen
ASL[m]
60
37
46
35
121
koordinater
Latitud
Longitud
59o 17’52” 18o 10’22”
58o 49’15” 17o 50’39”
56o 33’52” 16o 33’52”
57o 06’31” 12o 23’25”
57o 41’39” 12o 03’31”
ERP
[W]
4.7
4.7
29.4
4.7
14.7
Gain
[dBi]
2.2
2.2
10.2
2.2
7.2
Height (AGL)
[m]
264
77
59
175
205
Appendix
105
Tabeller för dämpning vid regn:
Tabell A.2: Koefficient för kH [6]
j
1
2
3
4
aj
-0.533980
-0.35351
-0.23789
-0.94158
bj
-0.10008
1.26970
0.86036
0.64552
cj
1.13098
0.45400
0.15354
0.16817
mk
-0.18961
-0.18961
-0.18961
-0.18961
ck
0.71147
0.71147
0.71147
0.71147
Tabell A.3: Koefficient för kV [6]
j
1
2
3
4
aj
–3.80595
–3.44965
–0.39902
0.50167
bj
0.56934
–0.22911
0.73042
1.07319
cj
0.81061
0.51059
0.11899
0.27195
mk
-0.16398
-0.16398
-0.16398
-0.16398
ck
0.63297
0.63297
0.63297
0.63297
Tabell A.4: Koefficient för αH [6]
j
1
2
3
4
5
aj
–0.14318
0.29591
0.32177
–5.37610
16.1721
bj
1.82442
0.77564
0.63773
–0.96230
–3.29980
cj
–0.55187
0.19822
0.13164
1.47828
3.43990
mk
0.67849
0.67849
0.67849
0.67849
0.67849
ck
–1.95537
–1.95537
–1.95537
–1.95537
–1.95537
Tabell A.5: Koefficient för αV [6]
j
1
2
3
4
5
aj
–0.07771
0.56727
–0.20238
–48.2991
48.5833
bj
2.33840
0.95545
1.14520
0.791669
0.791459
cj
–0.76284
0.54039
0.26809
0.116226
0.116479
mk
–0.053739
–0.053739
–0.053739
–0.053739
–0.053739
ck
0.83433
0.83433
0.83433
0.83433
0.83433
Appendix
106
Tabell A.6: Dipole antenn AV1312-2: Förstärkningen vid olika vinkar mellan 0 - 360
grader vid frekvensen 160 MHz. Antennen är riktad mot 90o .
Angle
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
Gain [dB]
2.82
2.90
2.97
3.05
3.12
3.19
3.26
3.32
3.39
3.45
3.50
3.56
3.61
3.66
3.71
3.76
3.80
3.85
3.89
3.92
3.96
3.99
4.02
4.05
4.08
4.11
4.13
4.15
4.17
4.19
4.20
4.22
4.23
4.24
4.25
4.26
4.27
4.27
4.28
4.28
4.28
4.28
4.28
4.28
4.27
4.27
4.26
4.26
4.25
4.24
4.24
Angle
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
Gain [dB]
3.87
3.87
3.87
3.87
3.88
3.88
3.89
3.89
3.90
3.90
3.91
3.92
3.93
3.94
3.95
3.96
3.97
3.98
3.99
4.00
4.01
4.02
4.04
4.05
4.06
4.07
4.09
4.10
4.11
4.13
4.14
4.15
4.16
4.17
4.19
4.20
4.21
4.22
4.23
4.24
4.24
4.25
4.26
4.26
4.27
4.27
4.28
4.28
4.28
4.28
4.28
Angle
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
Gain [dB]
2.65
2.57
2.48
2.39
2.29
2.20
2.10
2.00
1.90
1.80
1.69
1.58
1.47
1.36
1.25
1.13
1.02
0.90
0.78
0.66
0.54
0.42
0.30
0.18
0.06
-0.07
-0.19
-0.31
-0.43
-0.56
-0.68
-0.80
-0.92
-1.03
-1.15
-1.26
-1.37
-1.48
-1.59
-1.69
-1.80
-1.89
-1.99
-2.08
-2.17
-2.25
-2.33
-2.41
-2.48
-2.55
-2.61
Angle
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
300
301
302
303
304
305
306
307
308
309
310
311
312
313
314
315
316
317
318
319
320
321
322
323
Förstärkning
-3.16
-3.16
-3.16
-3.16
-3.17
-3.17
-3.17
-3.17
-3.17
-3.18
-3.18
-3.18
-3.18
-3.18
-3.17
-3.17
-3.17
-3.16
-3.15
-3.15
-3.13
-3.12
-3.11
-3.09
-3.07
-3.04
-3.02
-2.99
-2.95
-2.92
-2.87
-2.83
-2.78
-2.73
-2.67
-2.61
-2.55
-2.48
-2.41
-2.33
-2.25
-2.17
-2.08
-1.99
-1.89
-1.80
-1.69
-1.59
-1.48
-1.37
-1.26
Appendix
107
Tabell A.7: Dipole antenn AV1312-2: Förstärkningen vid olika vinkar mellan 0 - 360
grader vid frekvensen 160 MHz. Antennen är riktad mot 90o .
Angle
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
Gain [dB]
4.23
4.22
4.21
4.20
4.19
4.17
4.16
4.15
4.14
4.13
4.11
4.10
4.09
4.07
4.06
4.05
4.04
4.02
4.01
4.00
3.99
3.98
3.97
3.96
3.95
3.94
3.93
3.92
3.91
3.90
3.90
3.89
3.89
3.88
3.88
3.87
3.87
3.87
3.87
3.87
Angle
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
Gain [dB]
4.28
4.27
4.27
4.26
4.25
4.24
4.23
4.22
4.20
4.19
4.17
4.15
4.13
4.11
4.08
4.05
4.02
3.99
3.96
3.92
3.89
3.85
3.80
3.76
3.71
3.66
3.61
3.56
3.50
3.45
3.39
3.32
3.26
3.19
3.12
3.05
2.97
2.90
2.82
2.74
Angle
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
Gain [dB]
-2.67
-2.73
-2.78
-2.83
-2.87
-2.92
-2.95
-2.99
-3.02
-3.04
-3.07
-3.09
-3.11
-3.12
-3.13
-3.15
-3.15
-3.16
-3.17
-3.17
-3.17
-3.18
-3.18
-3.18
-3.18
-3.18
-3.17
-3.17
-3.17
-3.17
-3.17
-3.16
-3.16
-3.16
-3.16
-3.16
-3.16
-3.16
-3.16
-3.16
Vinkel
324
325
326
327
328
329
330
331
332
333
334
335
336
337
338
339
340
341
342
343
344
345
346
347
348
349
350
351
352
353
354
355
356
357
358
359
360
Gain [dB]
-1.15
-1.03
-0.92
-0.80
-0.68
-0.56
-0.43
-0.31
-0.19
-0.07
0.06
0.18
0.30
0.42
0.54
0.66
0.78
0.90
1.02
1.13
1.25
1.36
1.47
1.58
1.69
1.80
1.90
2.00
2.10
2.20
2.29
2.39
2.48
2.57
2.65
2.74
2.82
Appendix
108
Tabell A.8: Frekvenstabell [7]
Kanal
01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
Fartyg [MHz]
156.050
156.100
156.150
156.200
156.250
156.300
156.350
156.400
156.450
156.500
156.550
156.600
156.650
156.700
156.750
156.800
156.850
156.900
156.950
157.000
157.050
157.100
157.150
157.200
157.250
157.300
157.350
157.400
AIS 1
AIS 2
161.975
162.025
Kustradio[MHz]
160.650
160.700
160.750
160.800
160.850
(simplex)
160.950
(simplex)
(simplex)
(simplex)
(simplex)
(simplex)
(simplex)
(simplex)
(simplex)
NÖD(simplex)
(simplex)
161.500
161.550
161.600
161.650
161.700
161.750
161.800
161.850
161.900
161.950
162.000
Kanal Fartyg[Mhz] Kustradio[Mhz]
60
156.025
160.625
61
156.075
160.675
62
156.125
160.725
63
156.175
160.775
64
156.225
160.825
65
156.325
160.875
66
156.375
160.925
67
156.375
(simplex)
68
156.425
(simplex)
69
156.475
(simplex)
70
156.525
DSC
71
156.575
(simplex)
72
156.625
(simplex)
73
156.675
(simplex)
74
156.725
(simplex)
75
156.775
(simplex)
76
156.825
(simplex)
77
156.875
(simplex)
78
156.925
161.525
79
156.975
161.575
80
157.025
161.625
81
157.075
161.675
82
157.125
161.725
83
157.175
161.775
84
157.225
161.825
85
157.275
161.875
86
157.325
161.925
87
157.375
(simplex)
88
157.425
(simplex)
Digital trafik i AIS-systemet*
Digital trafik i AIS-systemet*
Appendix
109
Tabell A.9: S-meter
S - meter
S1
S2
S3
S4
S5
S6
S7
S8
S9
S9+10
S9+20
S9+30
S9+40
S9+50
S9+60
Mottagen effekt [dBm]
Start
Slut
-111.2
-109
-108.9
-105.5
-105.4
-102.3
-102.2
-100.3
-100.2
-98.4
-98.3
-96.6
-96.5
-94.8
-94.7
-93.2
-93.1
-90.3
-90.2
-97.3
-87.2
-84.7
-84.6
-82.7
-82.6
-80.5
-80.5
-78.2
-78.1
Tabell A.10: Typexempel på Path-loss exponenter [8].
Miljö
Sea
Inland water
Open
Cropland
Forest
Parks
Villages
Urban open space
Res. high vegetation
Res. low vegetation
Dense Residential
Urban
Dense urban
Dense urban high
Industrial
Building blocks
Airport
Path loss exponent (γ)
2.8954
2.8954
2.8071
2.7410
2.7119
2.7816
2.8428
2.8071
2.7119
2.7816
2.7969
2.7838
2.8000
2.8200
2.8428
2.8428
2.8071
[1] Sven-Göran Palm. Radiokommunikation till sjöss - VHF/SRC, 2:e upplagan.
JURE förlag AB, 2008.
[2] Att kalla på hjälp.
http://www.batliv.se/files/Sjosakerhet_Batliv_2-10.pdf. Tillgång:
2014-02-11.
[3] Low gain base station antenna AV 1312-2.
http://aerial.fi/wp-content/uploads/2014/08/aerial_vhf_antennas.pdf.
Tillgång: 2014-10-12.
[4] Rec ITU-R. P.526-10*,“propagation by diffraction”, 2007.
[5] Ic-706mkiig. http://www.icomcanada.com/products/amateur/ic-706mkiig/
Amateur_IC-706MKIIG%20Instruction%20Manual.pdf. Tillgång: 2014-01-27.
[6] P ITU-R. 838-3. specific attenuation model for rain for use in prediction methods.
International Telecommunication Union, Geneva, 2005.
[7] Hela maritima vhf-kanalbandet.
http://www.stockholmradio.se/frekvenstabeller. Tillgång: 2014-01-23.
[8] Propagation model. http://www.propagation.gatech.edu/ECE3065/
tutorials/Project09/Team1/Team1/model.html, . Tillgång: 2014-02-10.
[9] John S Seybold. Introduction to RF propagation. John Wiley Sons, 2005.
[10] Radiowave propagation. http://www.itu.int/rec/R-REC-P/en. Tillgång:
2014-01-21.
[11] Förordning med instruktion för sjöfartsverket;.
http://rkrattsdb.gov.se/SFSdoc/07/071161.PDF. Tillgång: 2014-12-01.
[12] Lars Ahlin, Christer Frank, and Jens Zander. Mobil radiokommunikation.
Studentlitteratur, 2001.
110
111
[13] Vincent F Fusco. Foundations of antenna theory and techniques. Pearson
Education, 2005.
[14] WC Alexander. Overshoots and close-in coverage, 2002.
[15] P Wallander. lektioner i telekommunikation, älvsjö: Perant, 2001. Technical
report, ISBN 91-86296-10-8, 17.
[16] Dave Metz. Duplexer theory and tuning, 1998.
[17] Dpf2/6. http://www.procom.dk/swe/produkter/
filter-50-mm-kaviteter-resonatorer/112-175-mhz/duplexfilter/dpf-2-6.
Tillgång: 2014-12-16.
[18] Huber suhner rf connector guide. http://www.ie.itcr.ac.cr/marin/lic/
el4515/HUBER+SUHNER_RF_Connector_Guide.pdf. Tillgång: 2014-12-16.
[19] Elfa. https://www.elfa.se. Tillgång: 2014-12-29.
[20] broadcastwarehouse. http://www.broadcastwarehouse.com. Tillgång:
2014-12-29.
[21] Type n connectors.
http://www.amphenolrf.com/products/CatalogPages/TypeN.pdf. Tillgång:
2014-12-17.
[22] Power splitter/combinder. http://194.75.38.69/pdfs/ZSC-4-1+.pdf. Tillgång:
2014-12-17.
[23] David M Pozar. Microwave and RF design of wireless systems. John Wiley &
Sons, Inc., 2000.
[24] Andrea Goldsmith. Wireless communications. Cambridge university press, 2005.
[25] Characterization of signal attenuation using pathloss exponent in south-south
nigeria.
http://www.ijettcs.org/Volume3Issue3/IJETTCS-2014-03-25-040.pdf, .
Tillgång: 2014-02-11.
[26] Rec ITU-R. 453-8,“the radio refractive index: its formula and refractivity data”,
2012.
[27] Aerodynamik – begrepp och definitioner. http://mikro.nlf.no/mikro/images/
Dokumenter/osem/okt12/5_aerodynamik.forelesningar_2009.v5.pdf.
Tillgång: 2014-03-09.
112
[28] Rec ITU-R. P.835-3,“reference standard atmospheres”, 1997.
[29] scale height. http://glossary.ametsoc.org/wiki/Scale_height. Tillgång:
2014-01-29.
[30] Per Wallander. Den första boken om digital radio. Perant, 1998.
[31] P ITU-R. P. 837-1,“. Characteristics of precipitation for propagation modeling”,
ITU, Geneva, Switzerland, 1994.
[32] Propagation data and prediction methods required for the design of terrestrial
line-of-sight systems, §2.4.1 long-term statistics of rain attenuation. http://www.
itu.int/dms_pubrec/itu-r/rec/p/R-REC-P.530-9-200102-S!!PDF-E.pdf.
Tillgång: 2014-02-11.
[33] Rec ITU-R. P.840-3,“attenuation due to clouds and fog”, 1999.
[34] Christer Frank. Radioantenner och vågutbredning 112500:34(2007-03-28). STF,
2007.
[35] Christopher Haslett. Essentials of radio wave propagation. Cambridge University
Press, 2008.
[36] Stig Humla. Lärobok för VHF-Certifikat - Short Range Certifikate(SRC).
Federativ Tryckeri ab, Stockholm, 2008.
[37] About etsi. http://www.etsi.org/about. Tillgång: 2014-10-30.
[38] Rec ITU-R. M.1842-1: Characteristics of vhf radio systems and equipment for the
exchange of data and electronic mail in the maritime mobile service rr appendix
18 channels, 2009.
[39] EN ETSI. 300 113-1,“. Electromagnetic Compatibility and Radio Spectrum
Matters (ERM):Part 1: Technical characteristics and methods of measurement, .
[40] EN ETSI. 301 489-5,“. Electromagnetic Compatibility and Radio Spectrum
Matters (ERM): Part 5: Specific conditions for Private land Mobile Radio (PMR)
and ancillary equipment (speech and non-speech), .
[41] About icao. http://www.icao.int/about-icao/Pages/default.aspx. Tillgång:
2014-10-30.
[42] Cyprien de Cosson. Propagation model guide.
[43] GD Gierhart and ME Johnson. The if-77 electromagnetic wave propagation
model. Technical report, DTIC Document, 1983.
113
[44] Jack E Bresenham. Algorithm for computer control of a digital plotter. IBM
Systems journal, 4(1):25–30, 1965.
[45] Rohde schwarz cms 54.
http://cdn.rohde-schwarz.com/pws/dl_downloads/dl_common_library/dl_
brochures_and_datasheets/pdf_1/CMS_bro_en_v05.pdf. Tillgång: 2014-01-27.
[46] Gp 160. http://www.procom.dk/products/base-station-antennas/
144-175-mhz/groundplane-antennas/gp-160. Tillgång: 2014-01-14.
[47] Rec ITU-R. P.680-3,“propagation data required for the design of earth-space
maritime mobile telecommunication systems”, 1999.

En modell för att förutse täckningen för VHF-sändningar

Transcription

Similar documents

Kalabrien för goda smaker

DIESELAGGREGAT MoroRKUpivAnmr

Läs mer, klicka här

INDEXKLAUSUL - Alviks Kulturhus

CARAVAGGIO x 2 PÅ NATIONALMUSEUM