Zanikanie deszczu - Rain fade

Deszcz zanikania odnosi się przede wszystkim do wchłaniania z mikrofal o częstotliwości radiowej (RF) przez atmosferycznym deszczem , śnieg lub lód i straty, które są szczególnie powszechne w częstotliwościach powyżej 11 GHz . Odnosi się to również do degradacji sygnału spowodowanej zakłóceniami elektromagnetycznymi krawędzi czołowej frontu burzy. Zanikanie deszczu może być spowodowane opadami atmosferycznymi w lokalizacji łącza uplink lub downlink. Nie musi padać w danym miejscu, aby mieć wpływ na zanikanie deszczu, ponieważ sygnał może przechodzić przez opady wiele kilometrów dalej, zwłaszcza jeśli antena satelitarna ma niski kąt patrzenia . Od 5% do 20% zanikania deszczu lub tłumienia sygnału satelitarnego może być również spowodowane deszczem, śniegiem lub lodem na reflektorze anteny uplink lub downlink, osłonie lub tubie zasilającej. Zanikanie deszczu nie ogranicza się do satelitów w górę lub w dół, ponieważ może również wpływać na naziemne łącza mikrofalowe punkt-punkt (te na powierzchni Ziemi).

Zanikanie deszczu jest zwykle szacowane eksperymentalnie, a także może być obliczone teoretycznie za pomocą teorii rozpraszania kropel deszczu. Rozkład wielkości kropli deszczu (DSD) jest ważnym czynnikiem przy badaniu charakterystyki zanikania deszczu. Do modelowania DSD stosuje się zwykle różne formy matematyczne, takie jak funkcja Gamma, lognormalne lub wykładnicze. Teoria rozpraszania Mie lub Rayleigha z dopasowaniem punktowym lub podejściem macierzy t jest wykorzystywana do obliczania przekroju rozpraszania i określonego tłumienia deszczu. Ponieważ deszcz jest procesem niejednorodnym zarówno w czasie, jak i przestrzeni, określone tłumienie różni się w zależności od miejsca, czasu i rodzaju deszczu.

Całkowite tłumienie opadów zależy również od struktury przestrzennej pola deszczowego. Poziome, jak również pionowe rozszerzenie deszczu zmienia się w zależności od rodzaju deszczu i lokalizacji. Zwykle przyjmuje się, że granica pionowego obszaru deszczowego pokrywa się z izotermą 0˚ i nazywana jest wysokością deszczu. Wysokość warstwy topnienia jest również wykorzystywana jako granica obszaru deszczowego i może być oszacowana na podstawie sygnatury jasnego pasma odbicia radarowego. Zakłada się, że pozioma struktura deszczowa ma formę komórkową, zwaną komórką deszczową. Rozmiary komórek deszczowych mogą wahać się od kilkuset metrów do kilku kilometrów i zależą od rodzaju i lokalizacji deszczu. Istnienie bardzo małych komórek deszczowych obserwuje się ostatnio w deszczu tropikalnym.

Możliwe sposoby przezwyciężenia skutków zanikania deszczu to różnorodność lokalizacji , sterowanie mocą łącza w górę, kodowanie o zmiennej szybkości i anteny odbiorcze większe niż wymagany rozmiar dla normalnych warunków pogodowych.

Kontrola mocy łącza w górę

Najprostszym sposobem na skompensowanie efektu zanikania deszczu w komunikacji satelitarnej jest zwiększenie mocy transmisji: to dynamiczne przeciwdziałanie zanikowi nazywa się kontrolą mocy łącza w górę (UPC). Do niedawna sterowanie mocą łącza w górę miało ograniczone zastosowanie, ponieważ wymagało mocniejszych nadajników – takich, które normalnie mogłyby działać na niższych poziomach i można było zwiększyć poziom mocy na polecenie (tj. automatycznie). Również sterowanie mocą łącza w górę nie może zapewnić bardzo dużych marginesów sygnału bez kompresji wzmacniacza nadawczego. Nowoczesne wzmacniacze w połączeniu z zaawansowanymi systemami sterowania mocą łącza w górę, które oferują automatyczne sterowanie zapobiegające nasyceniu transpondera, sprawiają, że systemy sterowania mocą łącza w górę są skutecznym, przystępnym cenowo i łatwym rozwiązaniem na zanikanie sygnału satelitarnego.

Równoległe łącza awaryjne

W naziemnych systemach mikrofalowych punkt-punkt w zakresie od 11 GHz do 80 GHz można zainstalować równoległe łącze zapasowe wraz z podatnym na deszcz połączenie o wyższej przepustowości. W takim układzie można obliczyć, że łącze podstawowe, takie jak pełnodupleksowy most mikrofalowy 80 GHz 1 Gbit/s, ma 99,9% wskaźnik dostępności w okresie jednego roku. Obliczony wskaźnik dostępności na poziomie 99,9% oznacza, że ​​łącze może nie działać przez łącznie dziesięć lub więcej godzin rocznie, gdy nad obszarem przechodzą szczyty burz deszczowych. Równolegle do łącza podstawowego można zainstalować dodatkowe łącze o niższej przepustowości, takie jak most 5,8 GHz o przepustowości 100 Mb/s, przy czym routery na obu końcach kontrolują automatyczne przełączanie awaryjne do mostu 100 Mb/s, gdy główne łącze 1 Gb/s nie działa z powodu zanikania deszczu. Korzystając z tego układu, łącza punkt-punkt o wysokiej częstotliwości (23 GHz+) mogą być instalowane do obsługi lokalizacji o wiele kilometrów dalej niż jedno łącze wymagające 99,99% czasu sprawności w ciągu jednego roku.

Wzór na interpolację CCIR

Możliwa jest ekstrapolacja skumulowanego rozkładu tłumienia w danej lokalizacji za pomocą wzoru na interpolację CCIR:

A _p = A ₀₀₁ 0,12 p ^{−(0,546 − 0,0043 log ₁₀ p )} .

gdzie _P jest tłumienie w dB przekroczony o p procent czasu i ₀₀₁ jest tłumienie przekroczyła 0,01% czasu.

Formuła skalowania częstotliwości ITU-R

Według ITU-R statystyki dotyczące tłumienia deszczu mogą być skalowane w częstotliwości w zakresie od 7 do 55 GHz za pomocą wzoru

${\ Displaystyle {\ Frac {A_ {2}} {A_ {1}}} = \ po lewej ({\ Frac {b_ {2}} {b_ {1}}} \ po prawej) ^ {1-1,12 \ cdot 10 ^{-3}{\sqrt {b_{2}/b_{1}}}(b_{1}A_{1})^{0.55}}}$

gdzie

${\ Displaystyle b_ {i} = {\ Frac {f_ {i} ^ {2}} {1 + 10 ^ {-4} f_ {i} ^ {2}}}}$

a f jest częstotliwością w GHz.

Zobacz też

• Strefa Fresnela
• Program różnorodności
• Rozkład wielkości kropli (DSD)
• IndoStar-1 , pierwszy bezpośredni satelita nadawczy wykorzystujący pasmo S, który może skutecznie ograniczać zanikanie deszczu
• Pasmo S

Bibliografia