ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΜΟΝΤΕΛΩΝ ΔΙΑΔΟΣΗΣ ΚΑΙ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΤΙΚΗ ΜΕΛΕΤΗ ΡΑΔΙΟΚΑΛΥΨΗΣ

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ και ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ Εμμανουήλ Παπαδοκαλάκης ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΜΟΝΤΕΛΩΝ ΔΙΑΔΟΣΗΣ ΚΑΙ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΤΙΚΗ ΜΕΛΕΤΗ ΡΑΔΙΟΚΑΛΥΨΗΣ ΠΟΛΕΟΔΟΜΙΚΟ ΣΥΓΚΡΟΤΗΜΑ ΚΑΙ ΕΥΡΥΤΕΡΗ ΠΕΡΙΟΧΗ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ Επιβλέπων: Αναπληρωτής Καθηγητής Θωμάς Δ. Ξένος Θεσσαλονίκη, Σεπτέμβριος 2004

2 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Εισαγωγή 1 1ο κεφάλαιο: Περιγραφή µοντέλων διάδοσης 1.1 Γενικά Μοντέλο Free Area Μοντέλο Free Area + RMD Μοντέλο απωλειών ανακλάσεων και πολλαπλών διαθλάσεων (RMD) α Υπολογισµός συντελεστή ανάκλασης β Υπολογισµός της εξασθένησης λόγω εδαφικής διαθλαστικότητας (Terrain Diffraction Attenuation) γ Απώλειες διαταραχών (Clutter loss) Μοντέλο Anderson 2D v.1, ιαδροµές που βρίσκονται σε «οπτική ευθεία» Εµποδιζόµενες διαδροµές (Obstructed paths) Μοντέλο FCC + RMD Μοντέλο FCC + EDX Μοντέλο ITU-R + RMD Μοντέλο ITU-R Μοντέλο TIREM-EDX 21 2ο κεφάλαιο: Οδηγός χρήσης του EDX Signal Pro 2.1 Εισαγωγή ηµιουργία και απεικόνιση χάρτη Τοποθέτηση κεραιών εκποµπής Επιλογή µοντέλων διάδοσης Επιλογή του τύπου µελέτης Προσοµοίωση ο κεφάλαιο: Προσοµοιωτική µελέτη - αποτελέσµατα 3.1 Γενικά Χάρτης Σηµεία µέτρησης Επιλογή βασικών στοιχείων διαδικασίας µέτρησης Προσοµοιώσεις Free Area + RMD Free Area FCC + RMD FCC - EDX ITUR-R + RMD.. 71

3 3.5.6 ITU-R TIREM - EDX Anderson 2D v.1, Αποτελέσµατα Εντός πόλης Εκτός πόλης ο κεφάλαιο: Συγκρίσεις αποτελεσµάτων µε πραγµατικές µετρήσεις 4.1 Προέλευση µετρήσεων Συγκρίσεις ο κεφάλαιο: Εκτίµηση ισχύος εκποµπής για ικανοποιητική λήψη 5.1 Γενικά Επίπεδα ικανοποιητικής λήψης Μεθοδολογία ιαδικασία-αποτελέσµατα Συµπεράσµατα 107 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Α : Οµοσπονδιακή Επιτροπή Επικοινωνιών (παράγραφος ) ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Β : ιεθνής Ένωση Τηλεπικοινωνιών-Ραδιοσηµάτων (συστάσεις P ) Βιβλιογραφία

4 Εισαγωγή. Εισαγωγή. Η ραγδαία τεχνολογική πρόοδος του προηγούµενου αιώνα δεν θα µπορούσε να αφήσει ανεπηρέαστη την εξέλιξη των τηλεπικοινωνιακών συστηµάτων. Η βελτιστοποίηση των τηλεπικοινωνιακών συστηµάτων και κυρίως η προσιτή τιµή τους τα ανέδειξε παγκοσµίως σε βασικά στοιχεία της καθηµερινότητάς του σύγχρονου ανθρώπου. Η εκτεταµένη χρήση τους επέβαλλε την αδιάκοπη αναζήτηση νέων λύσεων και νέων µεθόδων στον τοµέα των Τηλεπικοινωνιών, ενώ συνοδεύτηκε από µεγάλες αντιπαραθέσεις και διαφωνίες σε ότι αφορά το βαθµό επικινδυνότητάς τους για τον ανθρώπινο οργανισµό και ιδιαίτερα για ευπαθή όργανα και ιστούς που εντοπίζονται στο ανθρώπινο κεφάλι ή για άλλες ευαίσθητες βιολογικές λειτουργίες, όπως η εµβρυϊκή ανάπτυξη. Λόγω των παραγόντων αυτών, καταβάλλεται σήµερα µια έντονη προσπάθεια για προσεκτικά σχεδιασµένα συστήµατα τηλεπικοινωνιών. Πρωταρχική σηµασία σε έναν οποιοδήποτε σχεδιασµό έχει η ακριβής πρόβλεψη της ραδιοκάλυψης που θα επιτύχει το υπό σχεδίαση σύστηµα. Η εξέλιξη της τεχνολογίας των υπολογιστών δρα επικουρικά στη λύση του προβλήµατος αυτού. Εξειδικευµένα λογισµικά τεχνολογίας τηλεπικοινωνιών παρέχουν την δυνατότητα σε έναν µηχανικό να σχεδιάσει και να µελετήσει τη συµπεριφορά του συστήµατός του µέσα από πολλά διαφορετικά µοντέλα διάδοσης, να συνυπολογίσει όλους τους παράγοντες που το επηρεάζουν και να επιφέρει αλλαγές και βελτιώσεις γρήγορα και ανέξοδα, έως ότου καταλήξει στο επιθυµητό αποτέλεσµα. Κύριο αντικείµενο της παρούσας εργασίας αποτελεί η προσοµοιωτική µελέτη ραδιοκάλυψης στην πόλη της Θεσσαλονίκης και στην ευρύτερη περιοχή αυτής, µέσω του εξειδικευµένου λογισµικού EDX Signal Pro και των διαφορετικών µοντέλων διάδοσης που αυτό προσφέρει. Παράλληλα γίνεται σύγκριση των προσοµοιωτικών αποτελεσµάτων µε πραγµατικές µετρήσεις καθώς και µία εκτίµηση ισχύος εκποµπής για ικανοποιητική λήψη στην προαναφερθείσα περιοχή. Στο πρώτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα µοντέλα διάδοσης που χρησιµοποιεί το λογισµικό EDX Signal Pro, για να επιτύχει προσοµοιωτικές αναλύσεις ραδιοκάλυψης ευρείας περιοχής. Το δεύτερο κεφάλαιο περιέχει ένα βήµα προς βήµα 1

5 Εισαγωγή. εγχειρίδιο χρήσης του EDX, ώστε να µπορέσει ο αναγνώστης να σχεδιάσει τη δική του µελέτη αλλά και να βοηθηθεί στην καλύτερη κατανόηση του τρόπου λειτουργίας του προγράµµατος. Στο τρίτο κεφάλαιο αρχικά παρατίθενται αναλυτικά όλα τα στοιχεία της περιοχής µελέτης (εδαφικό ανάγλυφο, σταθερές εδάφους - περιβάλλοντος), οι παράµετροι της χρησιµοποιούµενης κεραίας, οι περιοχές που βρίσκονται σε οπτική επαφή µε αυτήν καθώς και τα ακριβή σηµεία των προσοµοιωτικών µετρήσεων πάνω στο χάρτη της περιοχής µελέτης. Στη συνέχεια παρουσιάζονται µία προς µία όλες οι µελέτες που διενεργήθηκαν. ίνονται τόσο οι αναλύσεις προσοµοίωσης, όπως παρουσιάζονται µέσω του λογισµικού, όσο και οι τιµές των προσοµοιωτικών µετρήσεων σε συγκεκριµένα σηµεία. Παράλληλα γίνεται και ένας πρώτος σχολιασµός των αποτελεσµάτων που παρουσίασε κάθε ένα µοντέλο. Στο τέταρτο κεφάλαιο γίνεται µία σύγκριση των προσοµοιωτικών τιµών, που εξήχθησαν από τα διάφορα µοντέλα διάδοσης, µε πραγµατικές τιµές που πάρθηκαν στα αντίστοιχα σηµεία µέτρησης. ίνονται οι διαφορές που παρουσιάζονται από τις πραγµατικές τιµές σε κάθε σηµείο καθώς και ο συνολικός µέσος όρος των διαφορών αυτών, ενώ παράλληλα εξάγονται χρήσιµα συµπεράσµατα ως προς την συµπεριφορά και την αξιοπιστία που παρουσιάζουν τα µοντέλα. Στο πέµπτο κεφάλαιο διενεργείται µία εκτίµηση ισχύος εκποµπής για ικανοποιητική λήψη σε ολόκληρη την περιοχή µελέτης µε το µοντέλο διάδοσης που παρουσίασε την µεγαλύτερη αξιοπιστία (µικρότερο µέσο όρο αποκλίσεων). Τέλος, στα συµπεράσµατα συνοψίζονται όλα τα επιµέρους που εξήχθησαν κατά την διάρκεια της εργασίας αυτής. Για λόγους πληρότητας παρατίθενται και δύο παραρτήµατα. Το παράρτηµα Α περιέχει τις συστάσεις της επιτροπής FCC, που χρησιµοποιούνται από τα µοντέλα διάδοσης FCC+RMD και FCC-EDX του λογισµικού EDX, ενώ το παράρτηµα Β περιέχει τις συστάσεις της ITU-R, οι οποίες χρησιµοποιούνται από τα µοντέλα ITU-R+RMD και ITU-R. Όπως σε κάθε προσπάθεια, έτσι και στην ολοκλήρωση της παρούσας διπλωµατικής εργασίας πέρα από το συγγραφέα συνέβαλαν καθοριστικά και µε ιδιαίτερο τρόπο ο καθένας πολλά άλλα πρόσωπα τα οποία και ευχαριστώ θερµά. Ιδιαίτερες ευχαριστίες θέλω να απευθύνω στον Καθηγητή κ. Θωµά Ξένο, αφενός για την δυνατότητα που µου έδωσε να ασχοληθώ µε αυτό το ιδιαίτερα ενδιαφέρον θέµα και αφετέρου για την αµέριστη υποστήριξη και βοήθεια που µου πρόσφερε. 2

6 Κεφάλαιο 1ο: Περιγραφή µοντέλων διάδοσης. Κεφάλαιο 1ο Περιγραφή Μοντέλων διάδοσης. 1.1 ΓΕΝΙΚΑ. Ένα από τα θεµελιώδη στοιχεία του σχεδιασµού τηλεπικοινωνιακών συστηµάτων είναι η πρόβλεψη της έντασης σήµατος σε κάποια τοποθεσία ως αποτέλεσµα ενός ποµπού που βρίσκεται σε µια άλλη τοποθεσία. Η µετάδοση ηλεκτροµαγνητικών κυµάτων από ένα σηµείο σε κάποιο άλλο είναι ένα σύνθετο φυσικό φαινόµενο, ειδικά όταν το περιβάλλον είναι πολυσύνθετο, µε πολλά διαφορετικά στοιχεία, όπως βουνά, κτίρια, πυκνή βλάστηση, καθώς και µεταβαλλόµενες ατµοσφαιρικές συνθήκες, βροχές και άλλα µεταβλητά στοιχεία. Εξαρτώµενα από τη συχνότητα µετάδοσης, την τοποθεσία κτλ., όλα τα παραπάνω µπορούν ενδεχοµένως να επηρεάσουν σε κάποιο βαθµό την ένταση του σήµατος του ποµπού. Επειδή, όπως ειπώθηκε, αυτό είναι ένα σύνθετο φαινόµενο, δεν είναι δυνατή η πρόβλεψη της έντασης του πεδίου ή των απωλειών διάδοσης µε ακρίβεια. Ως αποτέλεσµα, µε τα χρόνια τα µοντέλα αναπτύσσονται συνεχώς, προσπαθώντας να εκτιµήσουν όσο το δυνατόν ακριβέστερα τις απώλειες διάδοσης και τις µεταβλητές της 1. Ωστόσο, όλα τα µοντέλα δεν σχεδιάζονται το ίδιο. Λόγω της εξάρτησής τους από τις περιστάσεις, τη συχνότητα, τον τύπο δικτύου και την εµπειρία των µηχανικών που τα σχεδιάζουν, κάθε µοντέλο ακολουθεί διαφορετικό αλγόριθµο πρόβλεψης. Στο παρόν κεφάλαιο θα παρουσιαστούν τα µοντέλα διάδοσης που χρησιµοποιούνται από το πρόγραµµα προσοµοιωτικών µελετών ραδιοκάλυψης EDX Signal Pro και οι µέθοδοι πρόβλεψης που χρησιµοποιούν. Συγκεκριµένα τα: Free Area + RMD, Free Area, ITU-R + RMD, ITU-R, TIREM-EDX, Anderson 2D, FCC + RMD και FCC-EDX. 1 EDX Engineering, Inc., EDX Software Reference Manual, κεφ. 24 σελ. 7, Eugene

7 Κεφάλαιο 1ο: Περιγραφή µοντέλων διάδοσης. 1.2 ΜΟΝΤΕΛΟ FREE AREA. Οι εξισώσεις του µοντέλου ελεύθερου χώρου (Free Space) χρησιµοποιούνται µόνες τους µόνο σε πολύ απλές περιπτώσεις διάδοσης. Στην πλειονότητα των καταστάσεων υπάρχουν σχεδόν πάντα εµπόδια µέσα ή κοντά στη διαδροµή διάδοσης ή επιφάνειες στις οποίες τα ραδιοκύµατα µπορούν να ανακλασθούν. Παρόλα αυτά είναι ένα από τα πολύ γνωστά µοντέλα διάδοσης, διότι αποτελεί βασικό µηχανισµό διάδοσης και είναι κύριο συστατικό στοιχείο στα περισσότερα άλλα µοντέλα. Αν µία κατευθυντική κεραία εκποµπής βρίσκεται σε ελεύθερο χώρο (χωρίς εµπόδια), τότε, εάν το κέρδος της προς την κατεύθυνση του δέκτη είναι G T, η πυκνότητα ισχύος σε µια απόσταση d προς την κατεύθυνση αυτή δίνεται από τον τύπο: W = PG T 4πd T (1.1) όπου P T η ισχύς τροφοδοσίας. Η διαθέσιµη ισχύς στην κεραία λήψης, η οποία έχει ενεργό επιφάνεια: είναι τότε: A = λ 4π 2 G R (1.2) P R 2 PG T T PG T T λ G R = A= 2 2 4πd 4πd 4π (1.3) όπου G R το κέρδος της κεραίας λήψης. Σχηµατίζουµε το λόγο P P R T λ = GG T R 4πd 2 (1.4) 4

8 Κεφάλαιο 1ο: Περιγραφή µοντέλων διάδοσης. Η εξίσωση αυτή είναι γνωστή ως εξίσωση ελεύθερου χώρου (free space equation) 2. Χρησιµοποιώντας τη σχέση της ταχύτητας διάδοσης c κύµατος και f η συχνότητα, καταλήγουµε στην εξίσωση: = λ f, όπου λ το µήκος P P R T c = GG T R 4 πfd 2 (1.5) 2 Οι παραπάνω εξισώσεις µπορούν να χρησιµοποιηθούν για d 2 a / λ, όπου α είναι η µεγαλύτερη γραµµική διάσταση µιας εκ των δύο κεραιών. Μεγάλης σηµασίας είναι ο υπολογισµός της µέγιστης δυνατής απόστασης µεταδόσεως του ηλεκτροµαγνητικού κύµατος στον ελεύθερο χώρο. Αν P Rmin είναι η ελάχιστη ισχύς λήψης στους ακροδέκτες της κεραίας λήψεως, ικανή να δώσει ακόµη ένα χρήσιµο σήµα, και Ρ Τ η ισχύς µετάδοσης στους ακροδέκτες της κεραίας εκποµπής, τότε η µέγιστη απόσταση διάδοσης στον ελεύθερο χώρο είναι 3 : d 0 GGλ = = 4π P P 2 T R T R min (1.6) Ο λόγος Ρ Τ /P R ονοµάζεται απώλειες διάδοσης (ή απώλειες διαδροµής) στον ελεύθερο χώρο και εκφράζεται συνήθως σε db. Από την εξίσωση (1.5) µπορούµε να γράψουµε: LF ( db) = 10 log 10( PT / PR) = 10 log G 10 log G + 20 log f + 20 log d + k 10 T 10 R (1.7) 4π k = 20 log = όπου 10 8 Συνήθως είναι χρήσιµο να συγκρίνονται οι απώλειες διαδροµής µε τις βασικές απώλειες L B µεταξύ ισοτροπικών κεραιών, οι οποίες είναι: ( ) ( ) L db = log f + 20 log d B 10 MHz 10 Km (1.8) 2 Larsons J. D., The Mobile Radio Propagation Channel, σελ , John Wiley & Sons Ltd Κουρής Σ. Σ., Στοιχεία θεωρίας κεραιών και διάδοσης ηλεκτροµαγνητικών κυµάτων (Σηµειώσεις τηλεπικοινωνίας), σελ. 184, Θεσσαλονίκη

9 Κεφάλαιο 1ο: Περιγραφή µοντέλων διάδοσης. Η εξίσωση (1.5) δείχνει ότι η διάδοση ελεύθερου χώρου είναι αντιστρόφως ανάλογη του τετραγώνου της απόστασης d. Έτσι, η λαµβανόµενη ισχύς µειώνεται κατά 6 db, όταν η απόσταση διπλασιάζεται. Παρόµοια, οι απώλειες διαδροµής αυξάνουν µε το τετράγωνο της συχνότητας εκποµπής, άρα οι απώλειες αυξάνουν επίσης κατά 6 db, εάν η συχνότητα διπλασιαστεί. Η πυκνότητα ισχύος και η ένταση πεδίου συνδέονται από τη σχέση W 2 E = η (1.9) όπου η είναι η χαρακτηριστική σύνθετη αντίσταση του κύµατος στον ελεύθερο χώρο µε τιµή ίση περίπου µε 120π 377. Έτσι, η (1.1) µπορεί να γραφεί: η οποία µας δίνει 2 E PG T = 120π 4πd T 2 (1.10) E = 30PG T T d (1.11) δέκτη είναι 4 : Η µέγιστη χρήσιµη ισχύς που µπορεί να παραδοθεί στους ακροδέκτες ενός P EA E λgr Eλ GR = = = = η 120π 4π 2π 120 (1.12) 4 Larsons, ό. π., σελ

10 Κεφάλαιο 1ο: Περιγραφή µοντέλων διάδοσης. 1.3 ΜΟΝΤΕΛΟ FREE AREA + RMD. Το µοντέλο αυτό, όπως αναφέρει και το όνοµά του (RMD: Reflection plus Multiple Diffraction loss), εκτός από τις απώλειες διαδροµής του ελεύθερου χώρου συνυπολογίζει και παράγοντες που απορρέουν από το εδαφικό ανάγλυφο της περιοχής µελέτης, όπως ανακλάσεις και διαθλάσεις λόγω εδαφικών εµποδίων, πυκνής βλάστησης, σταθερών εδάφους (αγωγιµότητα, διηλεκτρική σταθερά) κ.ά. Οι τεχνικές υπολογισµού της εξασθένησης σήµατος, λόγω αυτών των παραµέτρων, που χρησιµοποιεί το EDX θα δοθούν αναλυτικά, διότι χρησιµοποιούνται αυτούσιες και σε πολλά άλλα µοντέλα του προγράµµατος. Το παρόν µοντέλο είναι το καταλληλότερο για χρήση σε µελέτες µικροκυµατικών συχνοτήτων (MMDS), όπου οι σταθµοί λήψης δεν είναι τυχαίοι ή µετακινούµενες τοποθεσίες αλλά µηχανικοί σταθµοί µε κατευθυντικές κεραίες Μοντέλο απωλειών ανακλάσεων και πολλαπλών διαθλάσεων (RMD). Το µερίδιο που καταλαµβάνουν οι απώλειες ανακλάσεων και πολλαπλών διαθλάσεων (RMD) από τις συνολικές απώλειες διάδοσης υπολογίζονται ως εξής: Στην περιοχή οπτικής επαφής, όπου φυσικά εµπόδια δεν κωλύουν την απευθείας ακτινοβολία από τον ποµπό στο δέκτη, οι απώλειες καθορίζονται υπολογίζοντας τη συνεισφορά µίας και µόνης εδαφικής ανάκλασης που προστίθεται διανυσµατικά στην άµεσα προσλαµβανόµενη ακτινοβολία. Για τις διαδροµές όπου τα εδαφικά εµπόδια έχουν ικανό ύψος, ώστε να εµποδίζεται µερικώς η πρώτη ζώνη Fresnel, η µέθοδος περιλαµβάνει µια επιπλέον απώλεια, µεγέθους από 0 ως 6 db, που εξαρτάται από την έκταση στην οποία εµποδίζεται η ζώνη Fresnel (η απώλεια είναι 6 db, όταν η διαδροµή άµεσης ακτινοβολίας απλά εφάπτεται στο εµπόδιο). Στις περιοχές «εκτός ορίζοντα» ή µε έντονο εδαφικό ανάγλυφο, οι απώλειες υπολογίζονται χρησιµοποιώντας την προσέγγιση πολλαπλών απωλειών 7

11 Κεφάλαιο 1ο: Περιγραφή µοντέλων διάδοσης. διάθλασης (πάνω από 10 διαδοχικά εδαφικά εµπόδια). Κάθε εµπόδιο αντιµετωπίζεται ξεχωριστά, θεωρώντας το πρώτο εµπόδιο ως ποµπό και το επόµενο ως δέκτη. Οι συγκεκριµένες τεχνικές και εξισώσεις για τον υπολογισµό των συνεισφορών ανάκλασης και διάθλασης δίνονται στη συνέχεια α Υπολογισµός συντελεστή ανάκλασης. Η ανάκλαση χρησιµοποιείται από το RMD, όταν ο ποµπός και ο δέκτης βρίσκονται σε οπτική επαφή. Το πρόγραµµα εντοπίζει το σηµείο ανάκλασης εδάφους εξετάζοντας όλη τη διαδροµή ανάµεσα στον ποµπό και στο δέκτη, για να βρει το σηµείο όπου η γωνία πρόσπτωσης είναι ίση µε τη γωνία ανάκλασης. Συνήθως δεν υπάρχει σηµείο όπου οι δύο γωνίες είναι απόλυτα ίσες, οπότε το πρόγραµµα χρησιµοποιεί την καλύτερη προσέγγιση. Κάποιες φορές δε βρίσκονται σηµεία ανάκλασης. Σε αυτές τις περιπτώσεις δεν προστίθεται ακτινοβολία ανάκλασης στο δέκτη. Όταν βρεθεί ένα σηµείο ανάκλασης, το πρόγραµµα θα υπολογίσει το σύνθετο συντελεστή ανάκλασης για οριζόντια και κάθετη πόλωση χρησιµοποιώντας τις ακόλουθες εξισώσεις 5 : sin cos 2 ψ ε ψ R s, = 2 sin ψ+ ε cos ψ (1.13) sin cos 2 ε ψ ε ψ R s, = 2 εsin ψ+ ε cos ψ (1.14) Σχήµα 1 Γωνίες πρόσπτωσης και ανάκλασης,ίσες 5 Anderson Harry R., A ray-tracing propagation model for digital broadcast systems in urban areas, σελ. 310, IEEE Transactions on Broadcasting,

12 Κεφάλαιο 1ο: Περιγραφή µοντέλων διάδοσης. Τα σύµβολα καθετότητας και παραλληλότητας υποδεικνύουν το συντελεστή ανάκλασης, ο οποίος αναφέρεται στην ακτινοβολία που είναι κάθετη ή παράλληλη στο επίπεδο της πρόσπτωσης. Στις περιπτώσεις που εξετάζονται εδώ το κάθετο αντιστοιχεί σε οριζόντια πόλωση και το παράλληλο σε κάθετη πόλωση. Ο σύνθετος συντελεστής ανάκλασης που δόθηκε παραπάνω αναφέρεται σε οµαλό επίπεδο έδαφος. Η σύνθετη διηλεκτρική σταθερά δίνεται από τον τύπο, ε = εr j60σλ (1.15) όπου ε r είναι σχετική διηλεκτρική σταθερά της επιφάνειας ανάκλασης, σ η αγωγιµότητά της και λ το µήκος κύµατος της προσπίπτουσας ακτινοβολίας. Ο συντελεστής ανάκλασης οµαλού εδάφους µπορεί να διαµορφωθεί έτσι, ώστε να λαµβάνει υπόψη του την ανώµαλη γη, χρησιµοποιώντας τον παράγοντα εξασθένησης της εδαφικής τραχύτητας (ρ) (roughness attenuation factor). ρ = e 28 (1.16) 4π h δ = λ sin ψ (1.17) όπου h είναι η απόκλιση από την κανονική κατανοµή της εδαφικής τραχύτητας 6. Στον αλγόριθµο του RMD ο συντελεστής ανάκλασης του οµαλού εδάφους για οριζόντια και κάθετη πόλωση υπολογίζεται όπως περιγράφηκε παραπάνω, για να βρεθεί η ποσότητα και η φάση της ανακλώµενης ακτινοβολίας. Αυτή έπειτα προστίθεται διανυσµατικά στην απευθείας λαµβανόµενη, για να εξαχθεί τελικά κατά τη διαδικασία της µελέτης η συνολική ένταση του πεδίου στη συγκεκριµένη τοποθεσία. 6 Anderson Harry R., ό.π., σελ

13 Κεφάλαιο 1ο: Περιγραφή µοντέλων διάδοσης β Υπολογισµός της εξασθένησης λόγω εδαφικής διαθλαστικότητας (Terrain Diffraction Attenuation). Οι απώλειες λόγω της διαθλαστικότητας του εδάφους υπολογίζονται από τον αλγόριθµο του EDX, υποθέτοντας ότι ανεξάρτητα εµπόδια στη διαδροµή µπορούν να αντιµετωπιστούν σαν µεµονωµένα στρογγυλεµένα (rounded) εµπόδια. Οι απώλειες για το καθένα από αυτά συνδυάζονται µέσω της τεχνικής πολλαπλών συνεχόµενων εµποδίων (Epstein-Peterson), όπως αυτή αναφέρθηκε παραπάνω. Οι απώλειες πάνω σε ανεξάρτητα στρογγυλεµένα εµπόδια υπολογίζονται χρησιµοποιώντας µια συνάρτηση που κυρίως βασίζεται στην παράµετρο ν, η οποία σχετίζεται µε απόσταση της διαδροµής επάνω από το εµπόδιο. Οι συνολικές απώλειες διάθλασης A(ν,ρ) σε db είναι το άθροισµα τριών παραµέτρων: Α(ν,0), Α(0,ρ) και U(ν,ρ). Οι εξισώσεις για τον υπολογισµό της καθεµίας δίνονται στη συνέχεια: A(, νρ) = A(,0) ν + A(0, ρ) + U(, νρ) (1.18) A ν ν ν ν 2 (,0) = , A( ν,0) = ν 1.27 ν, 0< ν 2.4 A( ν,0) = log ( ν), ν > 2.4 A(0, ρ) = ρ ρ ρ U ν ρ νρ νρ νρ νρ 2 3 (, ) = ( ) 0.206( ) 6.02, U ( ν, ρ) = 13.47νρ ( νρ) 0.084( νρ) 6.02, 3 < νρ 5 U ( νρ, ) = 20νρ 18.2, νρ> 5 (1.19) (1.20) (1.21) (1.22) (1.23) (1.24) (1.25) όπου ο παράγοντας καµπυλότητας είναι: ρ = 0.676R f d dd 1 2 (1.26) 10

14 Κεφάλαιο 1ο: Περιγραφή µοντέλων διάδοσης. Η ακτίνα του εµποδίου µετριέται σε km και η συχνότητα f σε MH Z. Στο EDX η βασική ακτίνα τίθεται πάντα στα 0,001 km (1 µέτρο). Ο όρος d εκφράζει την απόσταση της διαδροµής από τον ποµπό (ή το προηγούµενο εµπόδιο) ως το δέκτη (ή το επόµενο εµπόδιο), d 1 είναι η απόσταση τον ποµπό (ή το προηγούµενο εµπόδιο) ως το εµπόδιο και d 2 η απόσταση από το εµπόδιο ως το δέκτη (ή ως το επόµενο εµπόδιο). Όταν η ακτίνα είναι µηδενική, το εµπόδιο θεωρείται ακµή (knife-edge) και τότε Α(ν,ρ) = Α(ν,0). Η παράµετρος ν στις παραπάνω εξισώσεις λαµβάνει υπόψη τη γεωµετρία της διαδροµής και µπορεί να θεωρηθεί ως η γωνία κύρτωσης της ακτίνας της διαδροµής πάνω από το εµπόδιο. Υπολογίζεται ως: ν = 2d tanαtanβ λ (1.27) Σχήµα 2 «Ακµή». όπου d είναι η απόσταση διαδροµής από τον ποµπό (ή το προηγούµενο εµπόδιο) ως το δέκτη (ή το επόµενο εµπόδιο), α είναι η γωνία που σχηµατίζεται µε τη γραµµή από τον ποµπό ( ή το προηγούµενο εµπόδιο) ως το δέκτη (ή το επόµενο εµπόδιο) και β η γωνία που σχετίζεται µε τη γραµµή από το δέκτη (ή το επόµενο εµπόδιο) έως τον ποµπό (ή το προηγούµενο εµπόδιο). 11

15 Κεφάλαιο 1ο: Περιγραφή µοντέλων διάδοσης. Στην περίπτωση πολλαπλών εµποδίων τα εµπόδια αντιµετωπίζονται επιτυχώς σαν τριάδες ποµπού-δέκτη για τη δηµιουργία της γεωµετρίας της διαδροµής και της γωνίας ν πάνω από κάθε εµπόδιο. Η τιµή του ν έπειτα χρησιµοποιείται για τον υπολογισµό των απωλειών διάθλασης πάνω από κάθε εµπόδιο. Οι επιµέρους απώλειες των εµποδίων αθροίζονται, για να βρεθεί η συνολική για ολόκληρη τη διαδροµή. Αυτή η µέθοδος υπολογισµού των απωλειών διαδροµής είναι γνωστή ως µέθοδος Epstein-Peterson γ Απώλειες διαταραχών (Clutter loss). Στην περίπτωση αυτή το πρόγραµµα προσθέτει έναν επιπλέον παράγοντα στους υπολογισµούς των απωλειών διάδοσης σε όλα τα επίπεδα λαµβανόµενης έντασης σήµατος και ισχύος. Αυτός ο παράγοντας είναι προορισµένος να µετρά την εξασθένηση λόγω κτιρίων ή πυκνής βλάστησης στην περιοχή λήψης. Αυτή η απώλεια θα εφαρµοστεί σε όλα τα σηµεία της περιοχής µελέτης ανεξαρτήτως του ύψους της κεραίας εκποµπής. Αν περιβάλλον διαταραχής είναι η αστική δόµηση, τότε οι επιπλέον απώλειες λόγω διαταραχών υπολογίζονται από την ακόλουθη εξίσωση 7 : Clutter loss ( City) = log ( f /100) 0.12 d, ( db) 10 (1.28) όπου f είναι η συχνότητα σε MH Z και d η απόσταση ανάµεσα στο σηµείο λήψης και στο δέκτη, σε χιλιόµετρα. Αν η περιοχή λήψης είναι προαστιακή, τότε η επιπλέον εξασθένηση υπολογίζεται πάλι από την παραπάνω εξίσωση, αλλά το αποτέλεσµα που δίνει µειώνεται κατά 12 db. Για περιοχές πυκνής βλάστησης η εξίσωση που δίνει τις επιπλέον απώλειες είναι η παρακάτω: Clutter loss ( dense foliage) = 65.0(0.244 log f 0.442),( db) 10 (1.29) Πρόκειται για µία εµπειρική εξίσωση, που αναπτύχθηκε µέσα από τη µελέτη πολλών δηµοσιεύσεων (paper) που είχαν ως αντικείµενο την εξασθένηση σήµατος λόγω 7 Βλέπε Longley A., Radio Propagation in Urban Areas, OT Report, σελ

16 Κεφάλαιο 1ο: Περιγραφή µοντέλων διάδοσης. δέντρων, δασών και θάµνων για ποικίλες συχνότητες και ύψη κεραιών. Αν η περιοχή έχει αραιή βλάστηση (sparse), οι απώλειες λόγω της παρουσίας διαταραχών µειώνονται κατά 6 db σε σχέση µε τις απώλειες πυκνής βλάστησης που µας δίνει η αντίστοιχη εξίσωση. Οι απώλειες λόγω διαταραχών θα πρέπει να αξιολογούνται λαµβάνοντας πάντα υπόψη τις προσεγγίσεις και στρογγυλοποιήσεις που υπεισέρχονται σε αυτές λόγω των στατιστικών βάσεων από τις οποίες προέρχονται. Για το λόγο αυτό οι συγκεκριµένες απώλειες µπορεί να µην είναι κατάλληλες προς χρήση από πολλές µελέτες 8. 8 EDX Engineering Inc., ό.π., Appendix A σελ

17 Κεφάλαιο 1ο: Περιγραφή µοντέλων διάδοσης. 1.4 ΜΟΝΤΕΛΟ ANDERSON 2D v.1,00. Το µοντέλο αυτό είναι ένα βασικό φυσικό µοντέλο που χρησιµοποιεί παραδοσιακές τεχνικές, για να υπολογίσει τις απώλειες διαδροµής. Όπως και τα περισσότερα µοντέλα, για ένα δοσµένο ζεύγος ποµπού-δέκτη πρώτα προσδιορίζει εάν η διαδροµή ανήκει σε «οπτική ευθεία» (line-of-sight, LOS) ή όχι (non-line-ofsight, NLOS). Βασιζόµενο σε αυτόν τον προσδιορισµό, χρησιµοποιεί µία ή δύο υπολογιστικές µεθόδους, οι οποίες περιγράφονται στη συνέχεια ιαδροµές που βρίσκονται σε «οπτική ευθεία». Για τις διαδροµές αυτές, συµπεριλαµβανοµένων και αυτών που εφάπτονται σε εµπόδια, οι απώλειες διαδροµής προσδιορίζονται χρησιµοποιώντας τις βασικές εξισώσεις των απωλειών ελεύθερου χώρου, µε την προσθήκη δύο επιπλέον παραγόντων. Πρώτα, η διαδροµή αποτιµάται, για να προσδιοριστεί εάν κάποιο γνώρισµα του εδάφους σε κάποιο κοµµάτι της διαδροµής προσκρούει στο 0,6 της πρώτης ζώνης Fresnel. Αν ναι, αυτό που εµποδίζει περισσότερο τη ζώνη θεωρείται ότι προκαλεί τις επιπλέον απώλειες διαδροµής. Το εύρος των επιπλέον αυτών απωλειών κυµαίνεται από 0 έως 6 db, ως µια γραµµική εξίσωση βασιζόµενη στο βαθµό της 0,6 πρώτης ζώνης Fresnel που εµποδίζεται. Η απώλεια των 6 db εισάγεται µόνο στην επαφή, η οποία αποδίδει µία οµαλή µεταβολή της εξασθένησης στις διαδροµές που εµποδίζονται ελάχιστα. Για τις περιπτώσεις των διαδροµών που βρίσκονται σε «οπτική ευθεία» λαµβάνεται υπόψη και η ανάκλαση του εδάφους. Το σηµείο εδαφικής ανάκλασης εντοπίζεται εκτιµώντας τη γωνία πρόσπτωσης από τον ποµπό και το δέκτη σε κάθε ένα σηµείο του εδαφικού αναγλύφου που µεσολαβεί. Όπου οι γωνίες γίνονται ίσες ή όταν σε δύο γειτονικά σηµεία η γωνία από τον ποµπό και από το δέκτη διασταυρώνονται, τότε σε εκείνο το τµήµα του εδάφους προσδιορίζεται ότι υπάρχει σηµείο ανάκλασης. Στη συνέχει χρησιµοποιείται γραµµική παρεµβολή, βασιζόµενη 14

18 Κεφάλαιο 1ο: Περιγραφή µοντέλων διάδοσης. στις γωνίες πρόσπτωσης για τον ακριβή εντοπισµό του σηµείου. Μόλις αυτό καταδειχθεί, υπολογίζεται ο συντελεστής κατοπτρικής ανάκλασης. Στη συνέχεια, το πλάτος και η φάση της εδαφικής ανάκλασης προστίθενται διανυσµατικά στην απευθείας ακτινοβολία. Η συνεισφορά της ανάκλασης µπορεί να εµφανίσει το σήµα στο δέκτη να είναι µεγαλύτερο ή µικρότερο από την τιµή σήµατος στον ελεύθερο χώρο. Τα πρακτικά όρια της αλλαγής των απωλειών διάδοσης που οφείλονται στην ανάκλαση ορίζονται στα 25 db και στα -6 db. Ο σαφής υπολογισµός της ανάκλασης µε αυτόν τον τρόπο για επίπεδες ή οµαλές εδαφικές διαδροµές είναι αρκετά ακριβής. Πρέπει να σηµειωθεί ότι, σε εξάρτηση από τη γεωµετρία του εδάφους, η συνεισφορά της ανάκλασης µπορεί να µην υφίσταται σε κάποιες περιπτώσεις ή σε κάποιες άλλες να µη µπορεί να βρεθεί από το µοντέλο Εµποδιζόµενες διαδροµές (Obstructed paths). Για τις διαδροµές αυτές η εξασθένηση λόγω διάθλασης υπολογίζεται µέσω της προσέγγισης Epstein-Peterson, επεκτεινόµενες για πολλαπλές «ακµές», όπου τα εµπόδια βασικά βρίσκονται σε σηµεία στα οποία η νοητή ευθεία ανάµεσα στον ποµπό και στο δέκτη ακουµπάει το έδαφος. Η µέθοδος αυτή έχει διαφοροποιηθεί κάπως, για να µπορεί να αντιµετωπίσει τις ανωµαλίες, γνωστές ως «ψευδή οροπέδια» (false plateaus) που υπεισέρχονται από τις εδαφικές βάσεις δεδοµένων. Όταν η γεωµετρία βρίσκει εµπόδια σε διαδοχικά σηµεία κατά µήκος του εδαφικού αναγλύφου, το µοντέλο αντικαθιστά την αλληλουχία των εµποδίων µε δύο εµπόδια «ακµές» (knife-edges), ένα στην αρχή και ένα στο τέλος της αλληλουχίας. Τα ύψη αυτών των «ακµών» θέτονται ίσα µε τα ύψη του αρχικού και του τελικού σηµείου της αλληλουχίας αντίστοιχα, τα οποία συχνά είναι ίσα λόγω της ανωµαλίας των «ψευδών οροπεδίων». Η κατασκευή αυτή των διπλών «ακµών» εµπλέκεται επίσης στα πραγµατικά οροπέδια ή σε άλλα επίπεδα και οµαλά τµήµατα του εδάφους, εάν αυτά συµβαίνει να παρουσιάζουν ένα εµπόδιο κατά µήκος της διαδροµής ανάµεσα στον ποµπό και στο δέκτη. Επιπροσθέτως των απωλειών διάθλασης, το εδαφικό ανάγλυφο ανάµεσα στον ποµπό και στο πρώτο εµπόδιο, όπως και ανάµεσα στο τελευταίο εµπόδιο και στο δέκτη, αποτιµάται, για να προσδιοριστεί εάν υπάρχουν εµπόδια σε κάποιο από αυτά τα κοµµάτια της διαδροµής, τα οποία προσπίπτουν στο 0,6 της πρώτης ζώνης 15

19 Κεφάλαιο 1ο: Περιγραφή µοντέλων διάδοσης. Fresnel. Εάν τέτοια εµπόδια υπάρχουν, επιπλέον απώλειες της τάξεως των 0 έως 6 db προστίθενται, χρησιµοποιώντας την ίδια προσέγγιση που αναφέρθηκε για τις περιοχές που βρίσκονται σε «οπτική ευθεία» 9. 9 EDX Engineering Inc., ό.π., Appendix A σελ

20 Κεφάλαιο 1ο: Περιγραφή µοντέλων διάδοσης. 1.5 ΜΟΝΤΕΛΟ FCC + RMD Στη µέθοδο FCC + RMD, ο παράγοντας των επιπλέον απωλειών διαδροµής XPL (Excess Path Loss) θα καθοριστεί µε τον ίδιο τρόπο όπως και στη µέθοδο Free Space + RMD, µε τη διαφορά ότι οι απώλειες διαδροµής θα αυξηθούν κι άλλο (το επίπεδο σήµατος θα µειωθεί) από µία ποσότητα σε db ίση µε τη διαφορά ανάµεσα στην τιµή της έντασης του πεδίου που δηλώνεται από τις καµπύλες διάδοσης της Οµοσπονδιακής Επιτροπής Επικοινωνιών των Η.Π.Α. (FCC), όπως αυτές ορίζονται στο τµήµα 73 των συστάσεών της, και στις απώλειες διαδροµής ελεύθερου χώρου σε ίση απόσταση. Το λογισµικό, αναλόγως της µελέτης που έχει επιλεγεί, µπορεί να χρησιµοποιήσει και κανόνες των τµηµάτων 22 και 90. Στην ουσία, επιλέγοντας αυτή τη µέθοδο περιλαµβάνονται επιπλέον απώλειες διαδροµής που βασίζονται στις πληροφορίες που βρίσκονται στις καµπύλες FCC. Για περισσότερες λεπτοµέρειες σχετικές µε το Τµήµα 73 των κανόνων της επιτροπής FCC, ο αναγνώστης µπορεί να αποταθεί στο Παράρτηµα Α. Οι καµπύλες αυτές προέρχονται πρακτικά από µετρηµένα δεδοµένα σε µια µεγάλη ποικιλία διαδροµών (εκ των οποίων µερικές περιελάµβαναν εµπόδια από το ανάγλυφο του εδάφους καθώς και τοπική απώλεια διαταραχών). Το FCC + RMD µπορεί σε κάποιο βαθµό να αντιπροσωπεύει «διπλή µέτρηση» µερικών επιρροών του αναγλύφου του εδάφους (βλέπε και την περιγραφή του RMD). Η µέθοδος αυτή σε αυτές τις περιπτώσεις µπορεί εποµένως να θεωρηθεί ως συντηρητική υποεκτιµώντας τις πραγµατικές εντάσεις πεδίου ή τα επίπεδα ληφθείσης ισχύος. Όταν χρησιµοποιείται αυτή η µέθοδος, το ύψος της κεραίας πάνω από το µέσο εδαφικό ανάγλυφο αυτόµατα θα περιοριστεί από το πρόγραµµα σε τιµές ανάµεσα στα 30,4 µέτρα και 1523 µέτρα, όπως δεσµεύεται από τα FCC αρχεία δεδοµένων υπολογιστή που περιγράφουν τις καµπύλες διάδοσης. Οι FCC καµπύλες µπορούν γενικά να χρησιµοποιηθούν αποτελεσµατικά για αποστάσεις που κυµαίνονται από 1 ως 200 ή 300 χιλιόµετρα EDX Engineering Inc., ό.π., Appendix A σελ

21 Κεφάλαιο 1ο: Περιγραφή µοντέλων διάδοσης. 1.6 ΜΟΝΤΕΛΟ FCC - EDX. Το παρόν µοντέλο είναι το ίδιο µε το FCC + RMD, το οποίο περιγράφηκε στην προηγούµενη ενότητα, µε µόνη ουσιαστική διαφορά ότι οι απώλειες διάδοσης υπολογίζονται µόνο από τις καµπύλες διάδοσης που παρέχονται από την FCC, χωρίς τον συνυπολογισµό της ανάκλασης και διάθλασης (RMD). Ως αποτέλεσµα αυτού, το µοντέλο παρέχει υπολογισµούς έντασης πεδίου που ακολουθούν ακριβώς τις συστάσεις του Τµήµατος 73 των κανόνων της FCC. Τα σηµεία δεδοµένων, που εξάγονται από τις καµπύλες, και ο αλγόριθµος παρεµβολής για την εύρεση των τιµών ανάµεσα σε αυτά τα σηµεία, έχουν αναπτυχθεί από τους κατασκευαστές του προγράµµατος 11.Για το λόγο αυτό, το µοντέλο φέρει το όνοµα FCC-EDX. 11 EDX Engineering Inc., ό.π., Appendix A σελ

22 Κεφάλαιο 1ο: Περιγραφή µοντέλων διάδοσης. 1.7 ΜΟΝΤΕΛΟ ITUR + RMD Η µέθοδος ITUR + RMD είναι παρόµοια µε τη µέθοδο FCC + RMD εκτός από το γεγονός ότι ο παράγοντας εξασθένισης της καµπύλης διάδοσης εξάγεται από τις καµπύλες διάδοσης των συστάσεων ITU-R Rec (1994) αντί από τις καµπύλες διάδοσης FCC. Για περισσότερες λεπτοµέρειες σχετικές µε τους κανόνες που περιέχονται στις οδηγίες (1994) της ITU-R, ο αναγνώστης µπορεί να αποταθεί στο Παράρτηµα Β. Η εφαρµόσιµη αποτελεσµατική απόσταση διαφέρει, επειδή οι καµπύλες FCC και ITU-R είναι επίσης διαφορετικές. Οι καµπύλες ITU-R αρχίζουν στα 10 χλµ. και εκτείνονται ως τα 500 χλµ. Αν επιλεγεί η µέθοδος ITUR + RMD, σε αποστάσεις µικρότερες των 10 χλµ. το πρόγραµµα θα προκαθορίσει να χρησιµοποιηθούν για τα πρώτα 10 χλµ. οι απώλειες διαδροµής ελεύθερου χώρου. Αυτό συχνά καταλήγει σε ανωµαλία στην ένταση του λαµβανοµένου πεδίου ή στα αποτελέσµατα της ληφθείσης ισχύος κατά τη µεταβολή από ελεύθερο χώρο σε καµπύλες ITU-R στο σηµείο των 10 χλµ., ιδιαίτερα για ύψη κεραιών µικρής αποτελεσµατικότητας. Όταν χρησιµοποιείται αυτή η µέθοδος, το ύψος των κεραιών θα περιοριστεί αυτόµατα σε τιµές ανάµεσα στα 37,5 και 1200 µέτρα, πάνω από το µέσο όρο της εδαφικής ανύψωσης, όπως καθορίζεται από τα δεδοµένα των συστάσεων ITU-R. Το ITU-R Rec παρέχει τρεις οµάδες καµπύλων για ξηρά, κρύα και θερµή θάλασσα. Και οι τρεις οµάδες καµπύλων βρίσκονται στο λογισµικό EDX. Επίσης εφαρµόζονται οι διορθώσεις του ύψους των εκτός εµβέλειας κεραιών, οι διορθώσεις του delta H (τραχύτητα εδαφικού ανάγλυφου) και οι διορθώσεις ύψους-κέρδους της κεραίας για τύπους διαταραχών τοπικής περιοχής, όπως διατυπώνονται στο EDX Engineering Inc., ό.π., Appendix A σελ

23 Κεφάλαιο 1ο: Περιγραφή µοντέλων διάδοσης. 1.8 ΜΟΝΤΕΛΟ ITU-R. Το µοντέλο αυτό είναι ίδιο µε το µοντέλο της προηγούµενης ενότητας (ITU-R + RMD), µε µοναδική διαφορά ότι η µέθοδος υπολογισµού των απωλειών διάδοσης που χρησιµοποιεί στηρίζεται αποκλειστικά και µόνο στις καµπύλες διάδοσης που ακολουθούν τις συστάσεις της ιεθνούς Ένωσης Τηλεπικοινωνιών-Ραδιοσήµατος (ITU-R), χωρίς να λαµβάνονται υπόψη η διάθλαση και η ανάκλαση (RMD) EDX Engineering Inc., ό.π., Appendix A σελ

24 Κεφάλαιο 1ο: Περιγραφή µοντέλων διάδοσης ΜΟΝΤΕΛΟ TIREM-EDX. TIREM σηµαίνει Μοντέλο Ολοκληρωµένου Εδαφικού ανάγλυφου Ανώµαλης Γης (Terrain Integrated Rough Earth Model), ένα από τα πολλά µοντέλα διάδοσης που ανέπτυξαν οι Εθνικές Τηλεπικοινωνίες και η ιαχείριση Πληροφοριών (ΝΤΙΑ) σε συνεργασία µε διάφορα τµήµατα του Υπουργείου Άµυνας των Η.Π.Α. Αυτό το µοντέλο χρησιµοποιείται εκτενώς από την κυβέρνηση των Η.Π.Α. και από στρατιωτικές οργανώσεις καθώς και από ιδιωτικές εταιρίες. Το µοντέλο είναι από τα πιο πολύπλοκα που χρησιµοποιούνται προς το παρόν. Η παρούσα έκδοση του TIREM υποστηρίζεται και αναβαθµίζεται από το Κέντρο Ανάλυσης Ηλεκτροµαγνητικής Συµβατότητας (ECAC). Βασικά, το TIREM µελετά κάθε διαδροµή και λαµβάνει µια αρχική απόφαση αν είναι σε «οπτική ευθεία» (LOS) ή εµποδίζεται. Βασισµένο σε αυτή την απόφαση χρησιµοποιεί µία εκ των δύο προσεγγίσεων, για να εντοπίσει τις απώλειες διαδροµής. Στην κατάσταση οπτικής ευθείας υπολογίζει το βαθµό παρεµπόδισης στη ζώνη Fresnel και τον χρησιµοποιεί, για να ρυθµίσει αναλογικά την ποσότητα των επιπρόσθετων απωλειών διαδροµής (πάνω από τις απώλειες διαδροµής ελεύθερου χώρου), οι οποίες απορρέουν από ένα εκ των δύο µοντέλων απώλειας διάδοσης. Για συχνότητες πάνω από 200 ΜΗ Ζ χρησιµοποιείται το µοντέλο Longley-Reasoner. Για συχνότητες χαµηλότερες των 150 MH Z χρησιµοποιείται το µοντέλο Longley-Rise. Για συχνότητες ανάµεσα σε 150 και 200 MH Z οι απώλειες που υπολογίζονται από τις δύο µεθόδους υπολογίζονται αναλογικά κατά µέσο όρο. Η απόσβεση που υπολογίζεται από τις µεθόδους ρυθµίζεται από το βαθµό του «διάκενου» (clearance) της διαδροµής πάνω από το εδαφικό ανάγλυφο. Αν το «διάκενο» της διαδροµής είναι µικρότερο από 0,5 ακτίνα ζώνης Fresnel, χρησιµοποιείται το 100% της απόσβεσης. Αν είναι µεγαλύτερο από 1,5 ακτίνα ζώνης Fresnel σε όλα τα σηµεία, δε χρησιµοποιείται καθόλου απόσβεση από αυτές τις µεθόδους, παρά µόνο η βασική απώλεια διαδροµής ελεύθερου χώρου. Σε «διάκενα» ανάµεσα σε 0,5 και 1,5 ακτίνες ζώνης Fresnel η 21

25 Κεφάλαιο 1ο: Περιγραφή µοντέλων διάδοσης. επιπρόσθετη απώλεια διαδροµής είναι µια γραµµική αναλογία ανάµεσα σε 0 και 100 τοις εκατό. Στην κατάσταση οπτικής ευθείας το TIREM επίσης υπολογίζει ποιο τµήµα της διαδροµής είναι πάνω από οµαλό έδαφος και ποιο τµήµα είναι πάνω από ανώµαλο. Αν τµήµα της διαδροµής είναι πάνω από οµαλό, οι απώλειες διαδροµής (σε ολόκληρη τη διαδροµή) υπολογίζονται χρησιµοποιώντας τη µέθοδο του Bullington για τις απώλειες διαδροµής οµαλού εδάφους. Οι απώλειες για το οµαλό και το ανώµαλο έδαφος (Longley-Rice ή Longley-Reasoner) συνδυάζονται αναλογικά µε βάση το ποσοστό της διαδροµής που είναι οµαλή και το ποσοστό που είναι ανώµαλη. Στην εφαρµογή του TIREM από την ΝΤΙΑ, το οµαλό έδαφος ορίζεται ως υψοµετρικά ίσο µε το µηδέν (επίπεδο θάλασσας) ή κάποιο άλλο υψόµετρο οµαλού εδάφους (µια επιφάνεια λίµνης, για παράδειγµα). Στην εφαρµογή του TIREM από το EDX µόνο µηδενικά υψόµετρα (επίπεδο θάλασσας) θεωρούνται ότι είναι οµαλό έδαφος. Όταν η διαδροµή έχει εµπόδια, το TIREM χρησιµοποιεί µια ρουτίνα υπολογισµού των απωλειών πολλαπλής διάθλασης που βασίζεται στη µέθοδο πολλαπλών «ακµών», όµοια µε αυτή που χρησιµοποιεί το RMD. Ωστόσο, για διαδροµές όπου η µέση απώλεια ανά εµπόδιο είναι µικρότερη από 10 db, το TIREM θα υπολογίσει µια απώλεια διαδροµής οµαλού εδάφους (χρησιµοποιώντας τον αλγόριθµο οµαλού εδάφους του Bullington που αναφέρθηκε παραπάνω) και θα τη συνδυάσει αναλογικά µε την απώλεια που βρέθηκε µε τη µέθοδο των πολλαπλών «ακµών». Αυτή η µέθοδος εµφανίζεται να λειτουργεί για διαδροµές µε εµπόδια πάνω από τον ωκεανό, όπου ο ορίζοντας σε κάθε σηµείο µπορεί να παρουσιάσει ένα εµπόδιο µικρής γωνίας. Η EDX έκδοση του TIREM εφαρµόζει πλήρως αυτή την προσέγγιση για πολλαπλά εµπόδια µικρής γωνίας. Στην περίπτωση της διαδροµής µε εµπόδια, το TIREM επίσης τροποποιεί την απώλεια διαδροµής µε µια λειτουργία «αύξησης ύψους» η οποία βασίζεται στην υπόθεση ότι η κατατοµή (profile) του ανώµαλου εδαφικού ανάγλυφου µπορεί να αντικατασταθεί µε τέσσερα κυκλικά τόξα (ακτίνες εδάφους). Αυτή είναι µια αδύναµη υπόθεση για τις περισσότερες περιπτώσεις. Για την καλύτερη αξιοπιστία των υπολογισµών αυτό το στοιχείο της έκδοσης ΝΤΙΑ του TIREM δεν εφαρµόζεται στην έκδοση EDX. 22

26 Κεφάλαιο 1ο: Περιγραφή µοντέλων διάδοσης. Η έκδοση ΝΤΙΑ του TIREM έχει και µια τρίτη µέθοδο διάδοσης που υπολογίζει τις απώλειες διαδροµής λόγω των σκεδάσεων της τροπόσφαιρας. Η απώλειες διαδροµής από την τροπόσφαιρα συνδυάζεται µε τις διαθλώµενες απώλειες διαδροµής όπως περιγράφεται παραπάνω, για να παραγάγει µια απώλεια διαδροµής δικτύου προς το δέκτη (ένταση δικτύου πεδίου). Η «τροπό-διαδροµή» ουσιωδώς είναι άλλη µια πολύ αναποτελεσµατική διαδροµή από τον ποµπό προς το δέκτη, καταλήγοντας σε µια ένταση πεδίου που είναι ελαφρώς υψηλότερη από την ένταση πεδίου που απορρέει από τη διαθλώµενη διαδροµή πάνω από τα εµπόδια του εδαφικού ανάγλυφου. Για µήκη διαδροµών που ενδιαφέρουν συνήθως τους χρήστες λογισµικού προσοµοιωτικών µελετών (π.χ. µικρότερα από περίπου 200 χλµ.), η σκέδαση της τροπόσφαιρας είναι ένας σχετικά ασήµαντος συντελεστής στην ένταση πεδίου στο δέκτη, όταν συγκρίνεται µε την ένταση πεδίου από τη διαθλώµενη διαδροµή. Για το λόγο αυτό η προαναφερθείσα µέθοδος της έκδοσης ΝΤΙΑ του TIREM δεν εφαρµόζεται στην έκδοση EDX του TIREM. Γενικά, η έκδοση του µοντέλου TIREM που περιέχει το EDX διαφέρει σε πολλά σηµεία από αυτήν που αναπτύσσεται και προσφέρεται από την ECAC, γι αυτό και το πρόγραµµα την ονοµάζει TIREM-EDX EDX Engineering Inc., ό.π., Appendix A σελ

27 Κεφάλαιο 1ο: Περιγραφή µοντέλων διάδοσης. 24

28 Κεφάλαιο 2ο: Οδηγός χρήσης του EDX Signal Pro. Κεφάλαιο 2ο Οδηγός χρήσης του EDX Signal Pro. 2.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ. Το υπολογιστικό πακέτο ΕDX Signal Pro εντάσσεται στην ευρύτερη περιοχή του εξειδικευµένου λογισµικού τεχνολογίας τηλεπικοινωνιών και θεωρείται από τα πλέον αναλυτικά και ολοκληρωµένα εργαλεία για την πραγµατοποίηση µελετών ραδιοκάλυψης. Η πληθώρα προχωρηµένων µοντέλων διάδοσης που µπορούν να προσοµοιωθούν από το EDX, επιτρέπει στους χρήστες του τη µελέτη και πρόβλεψη των περιοχών κάλυψης µεγάλου αριθµού συστηµάτων ακτινοβολίας. Το EDX καλύπτει σε ένα µεγάλο ποσοστό το σύνολο των παραγόντων που πρέπει να συνυπολογιστούν κατά την ανάλυση ενός συστήµατος ακτινοβολίας, µέσω της δυνατότητας σύνδεσής του µε κατάλληλες χαρτογραφικές βάσεις δεδοµένων, που σχετίζονται µε πληροφορίες όπως: µορφολογία εδάφους, πολιτικοί χάρτες (διάφορα επίπεδα δρόµων, σιδηροδροµικά δίκτυα, πολιτικά σύνορα, πόλεις), κατανοµή πληθυσµού και γεωφυσικό ανάγλυφο. Επιπρόσθετα, παρέχεται η δυνατότητα στο χρήστη να αντλήσει πληροφορίες και από άλλες βάσεις δεδοµένων, έτσι ώστε να καλύπτονται και περιπτώσεις που δεν εντάσσονται σε κάποια από τις προαναφερθείσες κατηγορίες. Το χαρακτηριστικό αυτό του EDX προσφέρει στο χρήστη το πλεονέκτηµα να προβλέπει και να αποτυπώνει µε ικανοποιητική ακρίβεια περιοχές ραδιοκάλυψης και εποµένως να εκπονεί αξιόπιστες µελέτες. Έτσι, µε βάση τα παραπάνω, το EDX Signal Pro µπορεί να µοντελοποιεί τη συµπεριφορά ραδιοσηµάτων σε αστικές, αγροτικές ή ορεινές περιοχές, σε εσωτερικούς ή εξωτερικούς χώρους, λαµβάνοντας υπόψη παράγοντες που επηρεάζουν τη διάδοση του σήµατος, όπως εδαφικές ανωµαλίες, είδος δόµησης, επιδράσεις άλλων πηγών ηλεκτροµαγνητικής ακτινοβολίας και κλιµατολογικές συνθήκες. 25

29 Κεφάλαιο 2ο: Οδηγός χρήσης του EDX Signal Pro. Σ αυτό το κεφάλαιο θα επιχειρήσουµε µια εύληπτη παρουσίαση του προγράµµατος. Με µία βήµα προς βήµα περιγραφή για το πώς µπορεί να πραγµατοποιηθεί µια προσοµοιωτική µελέτη ραδιοκάλυψης µε το EDX Signal Pro, λαµβάνοντας σαν µοναδικό δεδοµένο ότι ο αναγνώστης είναι εξοικειωµένος µε τη βασική χρήση προγραµµάτων των Windows (χρήση των παραθύρων, µενού επιλογών, γραµµών εργαλείων κτλ.). Η διαδικασία προσοµοίωσης µπορεί να συνοψισθεί στα παρακάτω βασικά βήµατα: ηµιουργία του χάρτη, καθορισµός του µεγέθους(κλίµακας) της περιοχής µελέτης και εισαγωγή των λοιπών χαρακτηριστικών της (τοπολογία εδάφους, σχεδιαγράµµατα πόλεων, οδικών αρτηριών, σιδηροδροµικών γραµµών και γενικά οποιαδήποτε πληροφορία θεωρούµε χρήσιµη). Τοποθέτηση των κεραιών πάνω στο χάρτη και καθορισµός των επιµέρους παραµέτρων τους (στίγµα, συχνότητα λειτουργίας, ισχύς τροφοδοσίας κ.ά.). Επιλογή Μοντέλου ιάδοσης και πλήρης καθορισµός των παραµέτρων αυτού (αγωγιµότητα εδάφους, διηλεκτρική του σταθερά κ.ά.). Καθορισµός του τύπου της µελέτης. Εκτέλεση της προσοµοίωσης. 26

30 Κεφάλαιο 2ο: Οδηγός χρήσης του EDX Signal Pro. 2.2 ΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΚΑΙ ΑΠΕΙΚΟΝΙΣΗ ΧΑΡΤΗ. Ξεκινώντας την εφαρµογή εµφανίζεται ένα κενό παράθυρο του προγράµµατος (εικόνα 2.2.1). Ο χάρτης είναι το θεµελιώδες στοιχείο πάνω στο οποίο το EDX συγκροτεί όλη τη µελέτη του. Εικόνα Βασικό παράθυρο προγράµµατος. 27

31 Κεφάλαιο 2ο: Οδηγός χρήσης του EDX Signal Pro. Για να δηµιουργήσουµε ένα χάρτη µπορούµε να ακολουθήσουµε τη διαδροµή File New map file (εικόνα 2.2.2) ή εναλλακτικά να επιλέξουµε το κουµπί New Map από τη γραµµή εργαλείων. Το EDX περιέχει έναν παγκόσµιο χάρτη (αρχείο Default.map) µε όλες τις βασικές παραµέτρους, όπως σύνορα, κλίµακες, γεωγραφικές συντεταγµένες κτλ., τον οποίο και «φορτώνει» αυτόµατα. Στο παράθυρο του προγράµµατός µας τώρα εξ ορισµού εµφανίζεται η γεωγραφική περιοχή του Eugene στο Oregon των Ηνωµένων Πολιτειών (εικόνα 2.2.3). Εικόνα Επιλογή New map file από µενού File. Εικόνα Βασικό παράθυρο χάρτη. 28

32 Κεφάλαιο 2ο: Οδηγός χρήσης του EDX Signal Pro. Προκειµένου να µεταφερθούµε ταχύτερα στην περιοχή που µας ενδιαφέρει θα πρέπει να γνωρίζουµε τις συντεταγµένες κάποιου σηµείου της περιοχής αυτής. Σε διαφορετική περίπτωση θα πρέπει να µετακινούµε τον δείκτη(κέρσορα) µέχρι να φτάσουµε στο επιθυµητό σηµείο, πράγµα το οποίο είναι χρονοβόρο και αµφιβόλου αποτελεσµατικότητας. Πηγαίνοντας, λοιπόν, από το µενού Map Current view (εικόνα 2.2.4), ανοίγουµε το παράθυρο της εικόνας Εδώ, και συγκεκριµένα στο τµήµα Centerpoint coordinates (εικόνα 2.2.6), εισάγουµε τις επιθυµητές συντεταγµένες και πατάµε το πλήκτρο ΟΚ. Αυτόµατα το πρόγραµµα µας µεταφέρει στην περιοχή των συντεταγµένων αυτών. Προτρέπουµε τον αναγνώστη να εξοικειωθεί µε τη συγκεκριµένη διαδροµή, διότι αποτελεί τον πιο εύκολο τρόπο για γρήγορη και ακριβή µετάβαση σε οποιοδήποτε επιθυµητό σηµείο του χάρτη, κάτι που είναι σίγουρο ότι θα κληθεί να κάνει πολλές φορές κατά τη χρήση του προγράµµατος. Εικόνα Επιλογή Current view από µενού map. 29

33 Κεφάλαιο 2ο: Οδηγός χρήσης του EDX Signal Pro. Εικόνα Παράθυρο διαλόγου Current View Setup. Εικόνα Πλαίσιο εισαγωγής συντεταγµένων. Το συγκεκριµένο παράθυρο µας δίνει κάποιες ακόµη επιλογές, τις οποίες, για λόγους πληρότητας, θα αναφέρουµε τώρα. Από εδώ ορίζεται η κλίµακα εµφάνισης του χάρτη (πλαίσιο Scale) καθώς και η προοπτική του (πλαίσιο View perspective). Συνήθως θέτουµε ϑ =90 και π =180. Τέλος, µε το Reference grid properties (εικόνα 2.2.7) προσδιορίζεται η εµφάνιση ή µη του πλέγµατος του χάρτη, το πάχος των γραµµών του, το χρώµα κτλ. 30

34 Κεφάλαιο 2ο: Οδηγός χρήσης του EDX Signal Pro. Εικόνα Παράθυρο διαλόγου Reference Grid Style. Επίσης βοηθητικά παρατηρούµε ότι δεξιά στη γραµµή κατάστασης του παραθύρου εργασιών αναγράφονται οι ακριβείς συντεταγµένες του σηµείου που βρίσκεται ο δείκτης του προγράµµατος. Στη συνέχεια, προχωρούµε στην εισαγωγή των απαραίτητων στοιχείων της επιλεγµένης περιοχής. Ο σηµαντικότερος τύπος δεδοµένων που χρειαζόµαστε είναι αυτός της κλιµάκωσης του εδαφικού αναγλύφου. Από το µενού Databases επιλέγουµε Terrain (εικόνα 2.2.8) και οδηγούµαστε στο παρακάτω παράθυρο (εικόνα 2.2.9). Εικόνα Επιλογή Terrain από µενού Databases. 31

35 Κεφάλαιο 2ο: Οδηγός χρήσης του EDX Signal Pro. Εικόνα Παράθυρο διαλόγου Terrain Databases. Μέσω των επιλογών Type EDX Planimetric.PTR format εισάγουµε το αρχείο δεδοµένων µας. Η κάθε βάση δεδοµένων ενεργοποιείται µε την επιλογή της αντίστοιχης ένδειξης (Active) στη δεξιά πλευρά της εικόνας Αν έχουν γίνει όλα σωστά, στη γραµµή κατάστασης θα µας εµφανίζεται τώρα και το υψόµετρο του σηµείου στο οποίο βρίσκεται ο δείκτης. Έχοντας εισάγει τη βάση δεδοµένων του εδάφους, µπορούµε τώρα να πετύχουµε την απεικόνιση των υψοµετρικών διαφορών στο χάρτη µας. Για το σκοπό αυτό θα πρέπει να καθορίσουµε πρώτα το µέγεθος του πλέγµατος του χάρτη µας (grid). Από το µενού Studies επιλέγουµε το υποµενού Define study grid (εικόνες και ). Εισάγουµε το γεωγραφικό µήκος και πλάτος ενός κεντρικού σηµείου του χάρτη µας στα αντίστοιχα πεδία του παραθύρου Study grid και καθορίζουµε το επιθυµητό µήκος και ύψος του πλέγµατος. Οι τιµές αυτές αντιπροσωπεύουν την απόσταση από το κέντρο ως την άκρη του πλέγµατος (συνήθως η τιµή των 20 km και στα δύο πεδία µάς δίνει καλή απεικόνιση). Στο πεδίο Grid point Spacing εισάγουµε την ανάλυση του πλέγµατος (τυπική τιµή τα 0,5 km). Τέλος, αν είναι επιθυµητό, επιλέγουµε το κουτί ελέγχου Auto grid ή και το αντίστοιχό του Show grid boundary on map και πατάµε ΟΚ. Εικόνα Επιλογή Define study grid από µενού Studies. 32

36 Κεφάλαιο 2ο: Οδηγός χρήσης του EDX Signal Pro. Εικόνα Παράθυρο διαλόγου εισαγωγής στοιχείων πλέγµατος χάρτη. Έχοντας ολοκληρώσει τον καθορισµό των παραµέτρων του πλέγµατος, προχωρούµε στην απεικόνιση όλων των προαναφερθέντων τοπογραφικών στοιχείων στο χάρτη. Οδηγούµαστε, λοιπόν, στο µενού Map και επιλέγουµε το υποµενού Terrain Data (εικόνα ). Στο παράθυρο που εµφανίζεται (εικόνα ) επιλέγουµε το κουτί ελέγχου Show terrain data? και στο πλαίσιο Type of terrain plot την επιλογή flat grid. Εάν θέλουµε τρισδιάστατη απεικόνιση, επιλέγουµε 3D. Εικόνα Επιλογή Terrain data από µενού Map. 33

37 Κεφάλαιο 2ο: Οδηγός χρήσης του EDX Signal Pro. Εικόνα Επιλογές τύπου απεικόνισης εδαφικού αναγλύφου στο παράθυρο διαλόγου Terrain Data. Ένα σηµαντικό βήµα για τη σωστή απεικόνιση του εδαφικού αναγλύφου του χάρτη είναι η χρωµατική κλίµακα που θα επιλεγεί για τις διάφορες υψοµετρικές διαφορές. Αυτή καθορίζεται µέσω του κουµπιού Set color levels (εικόνα ), απ όπου επιλέγουµε τον αριθµό των χρωµατικών διαβαθµίσεων, τα χρώµατα καθώς και το εύρος της υψοµετρικής διαφοράς που αντιπροσωπεύει το καθένα από αυτά. Στη συνέχεια θα πραγµατοποιηθεί η εισαγωγή επιπρόσθετων πληροφοριών εφόσον αυτές είναι διαθέσιµες που αφορούν στην εν λόγω περιοχή, όπως περιγράµµατα πόλεων, δίκτυα σιδηροδροµικών γραµµών, οδικών αρτηριών κ.ά. Εικόνα Παράθυρο καθορισµού χρωµατικών διαβαθµίσεων χάρτη. 34

38 Κεφάλαιο 2ο: Οδηγός χρήσης του EDX Signal Pro. Ακολουθώντας τη διαδροµή Map Maplayers (εικόνα ) οδηγούµαστε στο παρακάτω παράθυρο (εικόνα ). Μια γρηγορότερη λύση είναι η επιλογή του κουµπιού map layer της γραµµής εργαλείων. Εδώ µας παρέχονται αρκετές δυνατότητες. Ας τις εξερευνήσουµε. Στο κεντρικό πλαίσιο του παραθύρου φαίνονται όλες τις διαφορετικές βάσεις δεδοµένων που έχουν εισαχθεί, ακόµα και τις µελέτες προσοµοίωσης που έχουµε διενεργήσει. Ιδιαίτερης σηµασίας αποτελεί η δυνατότητα ελέγχου εµφάνισης των διαφόρων στοιχείων του χάρτη(κατά προτεραιότητα) µέσω των κουµπιών Move up / Move down ή µέσω των Show layer / Hide layer παρέχοντάς µας µεγάλη ευελιξία παραµετροποίησης της απεικόνισης. Εικόνα Επιλογή Map layers από µενού Map. Εικόνα Παράθυρο διαλόγου Map Layers. 35

39 Κεφάλαιο 2ο: Οδηγός χρήσης του EDX Signal Pro. Με τη βοήθεια του κουµπιού Add layer βρισκόµαστε µπροστά στην εικόνα , απ όπου πραγµατοποιείται η εισαγωγή των γεωγραφικών στοιχείων. (Add geographic file). Εικόνα Παράθυρο διαλόγου Add Map Layer. Όπως τονίσαµε και παραπάνω, αυτά µπορεί να είναι περιγράµµατα πόλεων, οικοδοµικά τετράγωνα, οδικά δίκτυα κ.ά. Στην παρακάτω εικόνα φαίνεται η πόλη της Θεσσαλονίκης και η ευρύτερη περιοχή της. Παρατηρούµε ότι στο χάρτη εµφανίζεται το εδαφικό ανάγλυφο µέσω χρωµατικών διαβαθµίσεων καθώς και το περίγραµµα της πόλης (εικόνα ). 36

40 Κεφάλαιο 2ο: Οδηγός χρήσης του EDX Signal Pro. Εικόνα Απεικόνιση εδαφικού αναγλύφου περιοχής µέσω χρωµατικών διαβαθµίσεων. Το κουµπί Add measurement file µπορεί να χρησιµοποιηθεί, για να εµφανίσει κάποια συγκεκριµένα σηµεία που µας ενδιαφέρουν πάνω στο χάρτη (εικόνα ). Εικόνα Παράθυρο προσθήκης αριθµητικών δεδοµένων στο πρόγραµµα. 37

41 Κεφάλαιο 2ο: Οδηγός χρήσης του EDX Signal Pro. Για να είναι δυνατή η εµφάνιση αυτών των σηµείων όµως, θα πρέπει προηγουµένως να έχουµε δηµιουργήσει ένα αρχείο TEXT, το οποίο θα περιέχει τις συντεταγµένες των σηµείων αυτών. Αυτό το αρχείο θα εισαχθεί στο πρόγραµµα. Ένα παράδειγµα για τη µορφή που θα έχει είναι η εικόνα Στην τελευταία περίπτωση είναι σίγουρα χρήσιµο να δώσουµε και µια περιγραφή των σηµείων µέσω κάποιας ετικέτας δίπλα από το καθένα από αυτά. Αυτό επιτυνχάνεται µε την επιλογή Text του µενού Draw Graphic objects (εικόνα ). Γράφουµε το επιθυµητό κείµενο, επιλέγουµε γραµµατοσειρά και χρωµατικό υπόβαθρο για το υπόµνηµα και πατώντας το ΟΚ µπορούµε να την τοποθετήσουµε σε όποιο σηµείο του χάρτη θέλουµε. υστυχώς το πρόγραµµα υποστηρίζει µόνο λατινικούς χαρακτήρες και θα πρέπει να αρκεστούµε σε αυτούς. Εικόνα Υπόδειγµα αρχείου εισαγωγής αριθµητικών δεδοµένων. Εικόνα Παράθυρο εισαγωγής ετικετών. 38

42 Κεφάλαιο 2ο: Οδηγός χρήσης του EDX Signal Pro. Συνεχίζοντας την αναφορά µας στο υπόµνηµα, περιγράφουµε και ένα ακόµη πολύ χρήσιµο κουµπί του προγράµµατος. Πρόκειται για το Toggle map legend, το οποίο εµφανίζει ή αποκρύπτει το υπόµνηµα του χάρτη (εικόνα ). Πρόκειται για ένα πολύ χρήσιµο παράθυρο, µια και παρέχει συγκεντρωτικά πάρα πολλές πληροφορίες για τις παραµέτρους που έχουµε επιλέξει. Επίσης, µπορούµε µέσω της διαδροµής Map Legend Legend options (εικόνα ) να παραµετροποιήσουµε το υπόµνηµα, επιλέγοντας να δείχνει µόνο τις πληροφορίες που είναι χρήσιµες (εικόνα ). Εικόνα Επιλογή Legend options από µενού Map Legend. Εικόνα Υπόδειγµα λεζάντας χάρτη. 39

43 Κεφάλαιο 2ο: Οδηγός χρήσης του EDX Signal Pro. Εικόνα Παράθυρο παραµετροποίησης στοιχείων απεικόνισης στη λεζάντα. Τελειώνοντας το υποκεφάλαιο αυτό θα πρέπει να αναφερθούµε και σε κάποιες επιπρόσθετες λειτουργίες. Πρώτα απ όλα το πολύ γνωστό µενού File Save as (εικόνα ), απ όπου, αποθηκεύεται ο χάρτης. Μετά την αρχική αποθήκευση οι υπόλοιπες µπορούν να γίνουν πολύ εύκολα, πατώντας απλώς πάνω στο κουµπί Save της γραµµής εργαλείων. Επίσης, οποιοσδήποτε αποθηκευµένος χάρτης εµφανίζεται στο πρόγραµµα µέσω του κουµπιού Open. Μερικά ακόµα πολύ χρήσιµα εργαλεία είναι το pan view, το οποίο «κεντράρει» το χάρτη γύρω από το σηµείο όπου βρίσκεται ο δείκτης, τα Εικόνα Επιλογή Save as του µενού File. 40

44 Κεφάλαιο 2ο: Οδηγός χρήσης του EDX Signal Pro. zoom in / zoom out, ο ρόλος των οποίων είναι προφανής, καθώς και το zoom rectangle, µε το οποίο επιλέγουµε οποιαδήποτε περιοχή του χάρτη και το πρόγραµµα την εµφανίζει σε πλήρη οθόνη. 41

45 Κεφάλαιο 2ο: Οδηγός χρήσης του EDX Signal Pro. 2.3 ΤΟΠΟΘΕΤΗΣΗ ΚΕΡΑΙΩΝ ΕΚΠΟΜΠΗΣ. ύο είναι οι τρόποι τοποθέτησης ενός ποµπού (κεραίας) πάνω στο χάρτη. Ο πρώτος είναι και ο ευκολότερος. Από τη γραµµή εργαλείων επιλέγουµε το κουµπί New Transmitter. Έπειτα πατάµε µε το δείκτη στο σηµείο του χάρτη που θέλουµε να τοποθετήσουµε την κεραία. Τονίζεται ότι η γραµµή κατάστασης µας δείχνει τις συντεταγµένες και το υψόµετρο του σηµείου που βρίσκεται ο δείκτης, βοηθώντας στην απόφαση για την τοποθέτησή της. Η κεραία µας απεικονίζεται πάνω στο χάρτη µε τη µορφή ενός σταυρού, ακολουθούµενου ή από έναν αύξοντα αριθµό ή από την ονοµασία της, εάν της έχουµε δώσει µία. Αφού έχουµε τοποθετήσει την κεραία µας, για να τη µετακινήσουµε πάνω στο χάρτη, πατάµε και κρατάµε το πλήκτρο shift του πληκτρολογίου µας, ενώ παράλληλα κρατάµε πατηµένο το αριστερό πλήκτρο του ποντικιού πάνω στο σύµβολο της κεραίας µας. Έπειτα, απλώς τη σύρουµε στο νέο σηµείο και απελευθερώνουµε τα δύο πλήκτρα. Ένας δεύτερος τρόπος εισαγωγής νέου ποµπού, είναι µέσω της επιλογής Transmitter sites του µενού RF Systems (εικόνα 2.3.1). που µας οδηγεί στο παράθυρο της εικόνας 2.3.2, απ όπου επιλέγουµε το κουµπί Add new site (εικόνα 2.3.3). Εικόνα Επιλογή Transmitter sites του µενού RF Systems. 42

46 Κεφάλαιο 2ο: Οδηγός χρήσης του EDX Signal Pro. Εικόνα Παράθυρο διαλόγου εγκατεστηµένων κεραιών. Εικόνα Βασικό παράθυρο διαλόγου παραµέτρων κεραίας. 43

47 Κεφάλαιο 2ο: Οδηγός χρήσης του EDX Signal Pro. Εισάγουµε το γεωγραφικό µήκος και πλάτος του σηµείου που θέλουµε να τοποθετήσουµε στην κεραία µας, όπως επίσης και το όνοµα που θέλουµε να έχει. Πατώντας το κουµπί Set elevation from terrain database, το πρόγραµµα βρίσκει αυτόµατα από τη βάση δεδοµένων εδάφους, που έχουµε εισαγάγει κατά τη δηµιουργία του χάρτη, το υψόµετρο του συγκεκριµένου σηµείου και το αναγράφει στο πλαίσιο Site elevation εκφρασµένο σε µέτρα. Στα πλαίσια Antenna COR height και Frequency ορίζουµε την ανύψωση της κεραίας από το έδαφος (σε µέτρα) καθώς και τη συχνότητα λειτουργίας (σε MH Z ). Επιλέγοντας τα κουτιά ελέγχου Active και Focus την καθιστούµε ενεργή. Το EDX Signal Pro µάς δίνει τη δυνατότητα χρήσης συχνοτήτων λειτουργίας, εύρους από 30 MH Z έως και 40 GH Z, ανάλογα µε το µοντέλο διάδοσης που θα επιλέξουµε. Επίσης, επιτρέπει την τοποθέτηση έως και 1000 ποµπών. Ακόµα µια χρήσιµη παρατήρηση εδώ είναι ότι το παράθυρο, στο οποίο βρισκόµαστε, είναι άµεσα προσπελάσιµο από το χάρτη, κάνοντας απλώς δεξί κλικ µε το ποντίκι πάνω στο σύµβολο της κεραίας. Έχοντας ορίσει τα γενικά στοιχεία για τον ποµπό, θα πρέπει τώρα να ασχοληθούµε µε τον καθορισµό των ειδικών χαρακτηριστικών του. Επιλέγουµε το κουµπί Antenna/Power (εικόνα 2.3.4). Εικόνα Παράθυρο διαλόγου καθορισµού παραµέτρων κεραίας. 44

48 Κεφάλαιο 2ο: Οδηγός χρήσης του EDX Signal Pro. Μπορούµε να παραµετροποιήσουµε πλήρως την κεραία µας. Είναι δυνατός ο καθορισµός της κατευθυντικότητας, της πολικότητας (οριζόντια ή κάθετη), του προσανατολισµού της σε σχέση µε το χάρτη, της ισχύος τροφοδοσίας της σε dbw καθώς και του κέρδους της. Επίσης επιλέγουµε τη διάµετρο της γραµµικής τροφοδοσίας και το µήκος της. Οι απώλειες της γραµµής καθώς και η ERP (effective radiated power) υπολογίζονται αυτόµατα από το πρόγραµµα, βασιζόµενες στα υπόλοιπα στοιχεία που έχουµε εισαγάγει. Στην περίπτωση επιλογής κατευθυντικής κεραίας θα πρέπει να ορισθεί και το διάγραµµα ακτινοβολίας της. Το πρόγραµµα περιέχει αρκετά διαφορετικά διαγράµµατα, ικανά να καλύψουν τις περισσότερες ανάγκες. Η επιλογή γίνεται µέσω του κουµπιού Display Pattern. Ένα παράδειγµα δίδεται στην εικόνα Εικόνα Παράθυρο επιλογής διαγράµµατος ακτινοβολίας κατευθυντικών κεραιών. 45

49 Κεφάλαιο 2ο: Οδηγός χρήσης του EDX Signal Pro. Έχοντας ολοκληρώσει την εισαγωγή των δεδοµένων, πατάµε το πλήκτρο ΟΚ και µεταφερόµαστε ξανά στο παράθυρο Transmitter Site Details (εικόνα 2.3.3). Στο παράθυρο που αντιστοιχεί στην επιλογή Propagation Model καθιστούµε ενεργή την πρώτη επιλογή Use currently selected model (εικόνα 2.3.6). Εικόνα Παράθυρο διαλόγου Sector Propagation Model. 46

50 Κεφάλαιο 2ο: Οδηγός χρήσης του EDX Signal Pro. Τέλος, από το παράθυρο Study sector (εικόνα 2.3.7) καθορίζουµε την περιοχή µελέτης. Επειδή στις περισσότερες περιπτώσεις θέλουµε η µελέτη να γίνει προς όλες τις κατευθύνσεις γύρω από τον ποµπό µας, καλύπτουµε όλη την περιοχή θέτοντας ως αρχή τις 0 µοίρες και ως τέλος τις 360 µοίρες. Για το βήµα αύξησης του τόξου κάλυψης συνήθως µια τιµή ανάµεσα σε 0,5 και 1 µοίρες είναι γενικά αποδεκτή. Εικόνα Παράθυρο καθορισµού τρόπου µελέτης. Όσον αφορά στην ακτίνα µελέτης (study radius), αυτή θα πρέπει να καθορίζεται ανά περίπτωση, λαµβάνοντας υπόψη τον τύπο της κεραίας. Για παράδειγµα, για σταθµούς κινητών τηλεφώνων χρησιµοποιείται συνήθως µια ακτίνα της τάξης των 50 km, ενώ, εάν αναφερόµαστε σε ραδιοφωνικούς ή τηλεοπτικούς σταθµούς, µια ακτίνα των 100 µε 150 km είναι αποδεκτή. 47

51 Κεφάλαιο 2ο: Οδηγός χρήσης του EDX Signal Pro. 2.4 ΕΠΙΛΟΓΗ ΜΟΝΤΕΛΩΝ ΙΑ ΟΣΗΣ. Το µοντέλο διάδοσης, δηλαδή ο αλγόριθµος που θα χρησιµοποιηθεί για τον υπολογισµό των απωλειών διάδοσης, είναι ένα από τα σηµαντικότερα τµήµατα µιας µελέτης µε το πρόγραµµα EDX Signal Pro. Η επιλογή του καλύτερου µοντέλου για µια συγκεκριµένη µελέτη είναι ένα πρόβληµα που, για να λυθεί, θα πρέπει να απαντηθούν από πριν τα εξής ερωτήµατα: Τι τύπου τηλεπικοινωνιακό σύστηµα µελετάµε; Σε τι είδους περιοχή βρίσκεται το σύστηµά µας; Σε πεδινή, ορεινή ή παραθαλάσσια; Στα προάστια, σε µικρό ή σε µεγάλο αστικό κέντρο; Χρειάζεται να συµµορφωθούµε µε κάποιους διεθνείς κανονισµούς (π.χ. FCC, ITU-R); Το EDX µάς παρέχει µια πληθώρα διαφορετικών µοντέλων µε προχωρηµένα αλγοριθµικά χαρακτηριστικά, επιτρέποντας τη µελέτη και πρόβλεψη των περιοχών κάλυψης ενός οποιουδήποτε συστήµατος ακτινοβολίας. Έχοντας απαντήσει, λοιπόν, στα παραπάνω ερωτήµατα, επιλέγουµε από το µενού Studies το υποµενού Propagation models (εικόνα 2.4.1). Εµφανίζεται το παράθυρο διαλόγου Propagation Models (εικόνα 2.4.2). Στο κυλιόµενο µενού Model type καθορίζουµε το µοντέλο διάδοσης που επιθυµούµε. Εικόνα Επιλογή Propagation models του µενού Studies. 48

52 Κεφάλαιο 2ο: Οδηγός χρήσης του EDX Signal Pro. Εικόνα Παράθυρο διαλόγου επιλογής µοντέλου διάδοσης και παραµέτρων περιβάλλοντα χώρου. Όπως ειπώθηκε και παραπάνω, το πρόγραµµα περιλαµβάνει µοντέλα για κάθε είδους µελέτη. Αν ενδιαφερόµαστε για ραδιοκάλυψη ευρείας περιοχής, τα µοντέλα Free-Space + RMD ή Anderson 2D είναι µια καλή επιλογή. Για κυψελοειδή συστήµατα µπορούµε να επιλέξουµε το Hata-Extended / Epstein-Peterson Diffraction, το οποίο είναι βελτιστοποιηµένο για χαµηλής ισχύος πολυκατευθυντικούς µεταδότες και κινητούς δέκτες. Σε συστήµατα εύρους συχνοτήτων ΜΗ Ζ (PCS) είναι χρήσιµο το COST 231-Hata, το οποίο ενδείκνυται για µελέτες µικρών σχετικά αποστάσεων (< 20 km), µε ύψος κεραίας µικρότερο των 200 µέτρων, ύψος δέκτη µικρότερο των 10 µέτρων και περιοχή µελέτης 49

53 Κεφάλαιο 2ο: Οδηγός χρήσης του EDX Signal Pro. σχετικά επίπεδη. Εάν µας ενδιαφέρει η συµµόρφωση µε κάποια ρυθµιστική αρχή, το πρόγραµµα µας παρέχει αρκετά µοντέλα, στα οποία ο υπολογισµός των απωλειών βασίζεται στις καµπύλες διάδοσης που έχουν υιοθετηθεί από την Οµοσπονδιακή Επιτροπή Επικοινωνιών των ΗΠΑ (FCC) και από τη ιεθνή Ένωση Τηλεπικοινωνιών (ITU). Εκτός όµως από την επιλογή µοντέλου, θα κληθούµε να καθορίσουµε και κάποιες άλλες παραµέτρους, οι οποίες ανάλογα µε το µοντέλο ενδέχεται να διαφέρουν. Ενδεικτικά, και µέσω του παραδείγµατος της εικόνας 2.4.2, θα αναφερθούµε σε αυτές που χρησιµοποιούµε συχνότερα. Για το παράδειγµά µας αποφασίσαµε να επιλέξουµε το Free Space + RMD, ένα ευρέως χρησιµοποιούµενο µοντέλο για προσοµοιώσεις ραδιοκάλυψης ευρείας περιοχής µε κατευθυντικές κεραίες. Τα πεδία Percentage of time και Percentage of location αναφέρονται στο ποσοστό χρόνου και τοποθεσιών αντίστοιχα, στα οποία η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου ή η ισχύς λήψης υπερβαίνει µια δεδοµένη τιµή. Η ίδια η κατασκευάστρια εταιρία του προγράµµατος προτείνει να θέσουµε την τιµή 50 και στα δύο πεδία, λέγοντας ότι είναι η καλύτερη επιλογή για όλα τα µοντέλα. Στο πλαίσιο µε τον τίτλο Environment (περιβάλλον) ορίζουµε ένα πλήθος παραµέτρων που αφορούν την εκάστοτε περιοχή στην οποία διεξάγουµε τη µελέτη, όπως: την ατµοσφαιρική διαθλαστικότητα (k factor) (τυπική τιµή: 1.333), την αγωγιµότητα του εδάφους (Ground conductivity) (τυπική τιµή: 1), τη διηλεκτρική σταθερά του (Ground dielectric constant) (τυπική τιµή: 15), την ατµοσφαιρική απορρόφηση (Atmospheric absorption) (τυπική τιµή: none) και τον τύπο κλίµατος που επικρατεί στην περιοχή (Climate type). Αν για οποιονδήποτε λόγο επιθυµούµε ο αλγόριθµος του µοντέλου διάδοσης να µη συνυπολογίσει την επίδραση των σταθερών εδάφους (αγωγιµότητα, διηλεκτρική σταθερά), τότε αφήνουµε το κουτί ελέγχου της επιλογής include ground reflection κενό. Το ίδιο ακριβώς πράττουµε, αν θέλουµε ή όχι να χρησιµοποιηθεί το εδαφικό ανάγλυφο της περιοχής ή να συνυπολογιστούν οι απώλειες Fresnel, µέσω των κουτιών ελέγχου use terrain data και include Fresnel zone loss αντίστοιχα. 50

54 Κεφάλαιο 2ο: Οδηγός χρήσης του EDX Signal Pro. Τελειώνοντας, θα τονίσουµε την προσοχή που χρειάζεται να επιδεικνύουµε στην επιλογή των τιµών των παραµέτρων ανά περίπτωση. Για παράδειγµα, η ατµοσφαιρική απορρόφηση στην πλειοψηφία των διεξαγόµενων µελετών στις οποίες οι συχνότητες είναι οι ευρέως χρησιµοποιούµενες είναι αµελητέα. Όµως, για συχνότητες µεγαλύτερες των 20 GH Z, ο ρόλος της καθίσταται σηµαντικός ως προς τις απώλειες διάδοσης του σήµατός µας. 51

55 Κεφάλαιο 2ο: Οδηγός χρήσης του EDX Signal Pro. 2.5 ΕΠΙΛΟΓΗ ΤΟΥ ΤΥΠΟΥ ΜΕΛΕΤΗΣ. Πριν την πραγµατοποίηση της µελέτης, θα πρέπει πρώτα να ορισθεί στο πρόγραµµα το είδος της µελέτης και ο τρόπος απεικόνισης των αποτελεσµάτων. Όλες οι διαφορετικές µελέτες που υποστηρίζονται είναι προσβάσιµες µέσα από το µενού Studies του κυρίου µενού του προγράµµατος. Αυτές είναι: Μελέτες σηµείου (Point Studies): Πραγµατοποιούν λεπτοµερή εξέταση της απόκρισης οποιουδήποτε σηµείου του χάρτη σε έναν ποµπό καθώς και να µελετήσουµε το εδαφικό ανάγλυφο ανάµεσα σε αυτόν και στο σηµείο. Οι συγκεκριµένες µελέτες προϋποθέτουν την ύπαρξη µίας µόνο ενεργής κεραίας στο χάρτη. Μελέτες διαδροµής (Route Studies): Πρόκειται για µελέτες σηµείου αλλά σε δύο διαστάσεις. Μας επιτρέπουν να εξετάσουµε την απόκριση µιας ή περισσοτέρων κεραιών κατά µήκος ενός αυτοκινητοδρόµου, σε κύκλους γύρω από τον ποµπό ή σε µια ευθεία που ξεκινά από την περιοχή της κεραίας και τελειώνει εκεί που σταµατά και η περιοχή κάλυψης. Μελέτες πολλαπλών σηµείων (Multipoint Studies): Χρησιµοποιούνται στις περιπτώσεις που θέλουµε να βρούµε τα επίπεδα σήµατος και το λόγο σήµατος/παρεµβολής σε έναν αριθµό από καθορισµένα σηµεία στο χάρτη. Μελέτες ραδιοζεύξης (Link Studies): Μελέτες ραδιοζεύξης σε προκαθορισµένους άξονες. Μελέτες ανάλυσης µετρήσεων (Measurement Analysis Studies): Συγκρίνουν τα αποτελέσµατα πρόβλεψης µε δεδοµένα µετρήσεων που έχουν ήδη πραγµατοποιηθεί. Χάρτες δεδοµένων µέτρησης (Measurement Data Maps): Αποτυπώνουν σε ψηφιακούς χάρτες τα αποτελέσµατα που προέκυψαν από µετρήσεις. 52

56 Κεφάλαιο 2ο: Οδηγός χρήσης του EDX Signal Pro. Σύνθεση διαγραµµάτων ακτινοβολίας κεραιών (Antenna Synthesis): ηµιουργούν διαγράµµατα ακτινοβολίας για κεραίες µέσα από απαιτούµενα επίπεδα σήµατος. Μελέτες περιοχής (Area Studies): Μας δείχνουν την περιοχή κάλυψης των κεραιών του χάρτη και τα επίπεδα σήµατος σε αυτήν, βοηθώντας µας να εξαγάγουµε συµπεράσµατα για την αποτελεσµατικότητα του δικτύου που µελετάµε. Στο τελευταίο είδος µελετών θα αναφερθούµε αναλυτικότερα, περιγράφοντας τις διαφορετικές µελέτες περιοχής που µπορούν να γίνουν µε το EDX και πώς µπορούµε να παραµετροποιήσουµε την απεικόνισή τους, για να πετύχουµε καλύτερα αποτελέσµατα. Από το µενού Studies επιλέγουµε το υποµενού Area Studies (εικόνα 2.5.1) και µεταφερόµαστε στο παράθυρο της εικόνας Εικόνα Επιλογή Area studies του µενού Studies. 53

57 Κεφάλαιο 2ο: Οδηγός χρήσης του EDX Signal Pro. Εικόνα Παράθυρο διαλόγου επιλογής τύπου µελέτης. Το πεδίο Area study type καθορίζει το υπολογιζόµενο µέγεθος της µελέτης. Οι συνηθέστερες επιλογές είναι: Η εύρεση των σηµείων που έχουν οπτική επαφή µε τις κεραίες που έχουµε τοποθετήσει στο χάρτη (επιλογή Shadow map). Η ύπαρξη ή όχι οπτικής επαφής µεταξύ δύο θέσεων καθορίζεται από το πρόγραµµα αποκλειστικά από τη γεωµετρία του χώρου, λαµβάνοντας υπόψη την καµπυλότητα της γης και το ανάγλυφο του εδάφους, όπως αυτό παρέχεται από τη χρησιµοποιούµενη βάση δεδοµένων. Το πρόγραµµα µας δίνει τη δυνατότητα να απεικονίσουµε µε διαφορετικό χρώµα τα σηµεία που δεν έχουν οπτική επαφή µε τους ποµπούς από αυτά που έχουν. Ο υπολογισµός της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου (Field strength at remote). Η λαµβανόµενη ισχύς (Received power at remote). Οι απώλειες διάδοσης (Path loss). 54

58 Κεφάλαιο 2ο: Οδηγός χρήσης του EDX Signal Pro. Εικόνα Παράθυρο καθορισµού των χρωµατικών διαβαθµίσεων των αποτελεσµάτων της ανάλυσης. Το EDX µάς παρέχει πολλούς διαφορετικούς τρόπους απεικόνισης των αποτελεσµάτων της µελέτης µας µέσω του κυλιόµενου µενού Study display type. Ανάλογα µε τον τύπο της µελέτης, κάποιοι από αυτούς τους τρόπους µπορεί να είναι ή όχι διαθέσιµοι για επιλογή. Ο συνηθέστερος τρόπος απεικόνισης των αποτελεσµάτων είναι µέσω της επιλογής των χρωµατικών διαβαθµίσεων (color gradient). Για να καθορίσουµε το εύρος των δεδοµένων που θα απεικονίσει το πρόγραµµα και τα χρώµατα που θα χρησιµοποιήσει για τα διαφορετικά επίπεδα, επιλέγουµε το κουµπί Set signal/color levels. Εµφανίζεται έτσι, το παράθυρο Signal Gradient Color Levels (εικόνα 2.5.3). Στο πεδίο Number of levels µπορούµε να ορίσουµε από 2 έως 6 χρωµατικές κλίµακες και στο παρακάτω πλαίσιο µπορούµε να επιλέξουµε το ακριβές εύρος τιµών 55

59 Κεφάλαιο 2ο: Οδηγός χρήσης του EDX Signal Pro. που επιθυµούµε να έχει το κάθε χρώµα, µε το πρώτο κουτί να περιέχει τη µεγαλύτερη τιµή και το τελευταίο τη µικρότερη. Εναλλακτικά µπορούµε να πούµε στο πρόγραµµα να ορίσει αυτόµατα τις διαβαθµίσεις, µέσω του κουµπιού Auto Color and Range. Πατάµε ΟΚ και επιστρέφουµε στο προηγούµενο παράθυρο διαλόγου Area Studies (εικόνα 2.5.2). Μας έχουν µείνει πια µόνο οι τελευταίες πινελιές. Επιλέγουµε µέθοδο υπολογισµού (Calculation method), είτε την ακτινική (radial line) είτε την απ ευθείας στο πλέγµα (direct to grid). Στο σύνολο των περιπτώσεων η ακτινική είναι η καλύτερη. Τελευταία επιλογή είναι αυτή του κατώτατου ορίου απεικόνισης του λαµβανόµενου σήµατος (Signal level display threshold). Πατάµε ΟΚ και επιτέλους είµαστε έτοιµοι να προχωρήσουµε στην προσοµοίωσή µας. 56

60 Κεφάλαιο 2ο: Οδηγός χρήσης του EDX Signal Pro. 2.6 ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ. Μετά από όλη αυτή τη διαδικασία, προχωρούµε στην προσοµοίωση. Πατάµε το κουµπί Area study της γραµµής εργαλείων. Το πρόγραµµα αρχίζει την εκτέλεση της µελέτης. Πριν την ολοκλήρωσή της µεσολαβούν πολλά ενδιάµεσα βήµατα, κατά τη διάρκεια των οποίων το πρόγραµµα µας κρατά ενήµερους µέσω διαφόρων παραθύρων κατάστασης που εµφανίζει στην οθόνη, υποδεικνύοντας κάθε φορά σε ποιο στάδιο βρίσκεται. Όταν η µελέτη ολοκληρωθεί, το πρόγραµµα επιστρέφει στο βασικό του παράθυρο, όπου εµφανίζονται και τα αποτελέσµατα. ύο χαρακτηριστικές εικόνες µελετών παρουσιάζονται στις παρακάτω εικόνες. Η πρώτη είναι η εύρεση των σηµείων που έχουν οπτική επαφή µε την κεραία µας και η δεύτερη µια τυπική µελέτη εύρεσης της λαµβανόµενης έντασης του ηλεκτρικού πεδίου µε το γνωστό µας πια µοντέλο Free Area + RMD. Παρατηρήστε τις ετικέτες των χαρτών οι οποίες δίνουν ένα πλήθος πληροφοριών για τις παραµέτρους της κάθε µελέτης (εικόνα και 2.6.2). 57

61 Κεφάλαιο 2ο: Οδηγός χρήσης του EDX Signal Pro. Εικόνα Απεικόνιση ανάλυσης περιοχών οπτικής ή όχι επαφής µε µία κεραία. Εικόνα Απεικόνιση µέσω χρωµατικών διαβαθµίσεων των διαφορετικών επιπέδων λαµβανόµενης έντασης σήµατος µέσω προσοµοιωτικής ανάλυσης. 58

62 Κεφάλαιο 3ο: Προσοµοιωτική µελέτη - αποτελέσµατα. Κεφάλαιο 3ο Προσοµοιωτική µελέτη - αποτελέσµατα. 3.1 ΓΕΝΙΚΑ. Όλες οι µελέτες που παρουσιάζονται στο παρόν κεφάλαιο αναφέρονται σε προσοµοιώσεις ραδιοκάλυψης ευρείας περιοχής, µε µετρούµενο µέγεθος την ένταση του λαµβανόµενου ηλεκτρικού πεδίου. ιενεργήθηκαν µέσω του προγράµµατος EDX Signal Pro και χρησιµοποιήθηκαν όλα, τα κατάλληλα για ραδιοκαλύψεις, υποστηριζόµενα από αυτό µοντέλα διάδοσης. Πρόκειται για τα: Free Area + RMD, Free Area, FCC + RMD, FCC EDX, Anderson 2D v.1,00, TIREM EDX, ITUR-R + RMD και ITU-R. Αφορούν στη ευρύτερη περιοχή της Θεσσαλονίκης, συµπεριλαµβανοµένου του πολεοδοµικού συγκροτήµατος της πόλης. Συγκεκριµένα, η γεωγραφική περιοχή εκτείνεται στον άξονα Ανατολής- ύσης από την κορυφή του Χορτιάτη έως την περιοχή της Σίνδου και στον άξονα Βορρά-Νότου από τις βόρειες υπώρειες του Χορτιάτη (Φίλλιρο) µέχρι την παραλία της Περαίας. 59

63 Κεφάλαιο 3ο: Προσοµοιωτική µελέτη - αποτελέσµατα. 3.2 ΧΑΡΤΗΣ. Ο χάρτης που χρησιµοποιήθηκε για την περιοχή του εδαφικού αναγλύφου της περιοχής αποτελεί τµήµα του γεωφυσικού χάρτη της Ελλάδας, που έχει κατασκευαστεί µέσω της ψηφιοποίησης των δεδοµένων που προήλθαν από τα αρχεία της Γεωγραφικής Υπηρεσίας Στρατού. Είναι αρκετά ακριβής, καθώς οι µέγιστες αποκλίσεις που παρουσιάζει είναι της τάξεως των 50 µέτρων, οι οποίες εµφανίζονται κυρίως σε ορεινούς όγκους. Ολόκληρος ο χάρτης αποτελείται από 25 επιµέρους αρχεία που συνθέτουν το ψηφιακό µοντέλο εδάφους της Ελλάδας. Όµως αυτό δεν αποτελεί πρόβληµα, διότι, όταν επιλεγεί µια περιοχή, για να εκτελεστεί µελέτη πεδιοκάλυψης, το πρόγραµµα ψάχνει και ενώνει αυτόµατα όλα τα αρχεία στα οποία υπάρχουν τµήµατα της επιλεχθείσας περιοχής. Στη διάθεσή µας είχαµε και κάποιες πρόσθετες πληροφορίες όπως για παράδειγµα το περίγραµµα της πόλης της Θεσσαλονίκης πληροφορίες οι οποίες δρουν επικουρικά στις αναλύσεις των αποτελεσµάτων µας. 60

64 Κεφάλαιο 3ο: Προσοµοιωτική µελέτη - αποτελέσµατα. 3.3 ΣΗΜΕΙΑ ΜΕΤΡΗΣΗΣ. Σε κάθε µία προσοµοίωση που διεξαγάγαµε, προχωρήσαµε σε µέτρηση της λαµβανόµενης έντασης του πεδίου σε κάποια συγκεκριµένα σηµεία της περιοχής µελέτης. Αυτά παρέµεναν τα ίδια πάντοτε, ανεξαρτήτως ποιου µοντέλου διάδοσης χρησιµοποιούσαµε, ούτως ώστε τα αποτελέσµατα να είναι άµεσα συγκρίσιµα. Τα σηµεία βρίσκονταν τόσο εντός των ορίων της πόλης όσο και στην ευρύτερη περιοχή αυτής, ενώ για την ακρίβεια των αποτελεσµάτων χρησιµοποιήσαµε το ακριβές τους στίγµα (συντεταγµένες). Στους πίνακες και υπάρχουν οι ονοµασίες και οι συντεταγµένες αυτών, οµαδοποιηµένες σύµφωνα µε το αν βρίσκονται εντός ή εκτός Θεσσαλονίκης. Για λόγους καλύτερης και ευκολότερης ανάλυσης των αποτελεσµάτων, από τώρα και στο εξής θα χρησιµοποιούµε την κατηγοριοποίηση αυτή. Α/Α ΤΟΠΟΘΕΣΙΑ ΕΚΤΟΣ ΠΟΛΗΣ ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΟ ΠΛΑΤΟΣ (North) ΣΥΝΤΕΤΑΓΜΕΝΕΣ ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΟ ΜΗΚΟΣ (East) 1 ΣΙΝ ΟΣ (ΒΙΟΜ. ΠΕΡ.) Ν40 41,37.38 Ε22 48, ΑΕΡΟ ΡΟΜΙΟ "ΜΑΚΕ ΟΝΙΑ" Ν40 31,34.68 Ε22 58, ΧΟΡΤΙΑΤΗΣ (ΜΟΝΑΣΤΗΡΙ) Ν40 36,05.52 Ε23 05, ΠΕΡΑΙΑ (ΡΑΝΤΑΡ) Ν40 28,16.44 Ε22 55, ΦΙΛΛΙΡΟ Ν40 41,39.30 Ε23 00, ΠΑΝΟΡΑΜΑ (ΓΗΠ. ΠΟ ΟΣΦ.) Ν40 35,22.02 Ε23 01, ΑΣΒΕΣΤΟΧΩΡΙ Ν40 38,06.18 Ε23 01, ΧΟΡΤΙΑΤΗΣ (ΣΧΟΛΕΙΟ) Ν40 36,35.64 Ε23 06, ΧΟΡΤΙΑΤΗΣ (ΠΑΡΚΟ ΚΕΡΑΙΩΝ) Ν40 35,44.64 Ε23 05,58.50 Σχήµα Σηµεία µέτρησης εκτός πόλης. 61

65 Κεφάλαιο 3ο: Προσοµοιωτική µελέτη - αποτελέσµατα. Α/Α ΤΟΠΟΘΕΣΙΑ ΕΝΤΟΣ ΠΟΛΗΣ ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΟ ΠΛΑΤΟΣ (North) ΣΥΝΤΕΤΑΓΜΕΝΕΣ ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΟ ΜΗΚΟΣ (East) 1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ N40 37,40.98 Ε22 57, ΚΑΣΤΡΑ (ΠΟΡΤΑΡΑ) Ν40 38,37.98 Ε22 57, ΤΟΥΜΠΑ (ΓΗΠΕ Ο ΠΑΟΚ) Ν40 36,54.30 Ε22 58, ΠΥΛΑΙΑ (ΣΧΟΛΕΙΑ) Ν40 35,35.40 Ε22 59, ΣΙ ΗΡΟ ΡΟΜΙΚΟΣ ΣΤΑΘΜΟΣ Ν40 38,42.42 Ε22 55, ΚΑΛΑΜΑΡΙΑ (ΑΚΤΗ) Ν40 35,23.22 Ε22 56, ΚΑΛΑΜΑΡΙΑ ( ΗΜΑΡΧΕΙΟ) Ν40 35,00.12 Ε22 57, ΘΕΑΓΕΝΕΙΟ ΝΟΣΟΚΟΜΕΙΟ Ν40 36,59.52 Ε22 57, ΝΕΑ ΕΛΒΕΤΙΑ (ΠΑΡΚΟ) Ν40 35,45.00 Ε22 58,16.50'' 10 ΜΑΚΕ ΟΝΙΑ PALACE Ν40 37,05.88 Ε22 57, ΒΑΡ ΑΡΗΣ (ΠΛΑΤΕΙΑ) Ν40 38,20.04 Ε22 55, ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΟΥΣ (ΠΛΑΤΕΙΑ) Ν40 37,59.28 Ε22 56, ΚΟΡ ΕΛΙΟ (ΕΡΓ. ΦΙΛΛΙΠΟΥ) Ν40 40,18.06 Ε22 53, ΣΤΑΥΡΟΥΠΟΛΗ ( ΙΑΣΤΑΥΡΩΣΗ) Ν40 40,32.82 Ε22 56,22.74 Σχήµα Σηµεία µέτρησης εντός πόλης. Στο σχήµα εµφανίζεται το γεωγραφικό ανάγλυφο της περιοχής µέσω χρωµατικών διαβαθµίσεων, τα όρια του πολεοδοµικού συγκροτήµατος της πόλης της Θεσσαλονίκης καθώς και τα ακριβή σηµεία µέτρησης των περιοχών που βρίσκονται στην ευρύτερη περιοχή αυτής. Για την καλύτερη απεικόνισή τους, τα σηµεία εντός πόλεως εµφανίζονται σε µεγενθυµένο παράθυρο, στο σχήµα Η χρωµατική κλίµακα που επιλέχθηκε, για να απεικονίσει τη µορφολογία του εδάφους, δίνεται στο σχήµα

66 Κεφάλαιο 3ο: Προσοµοιωτική µελέτη - αποτελέσµατα. Σχήµα Τοποθεσίες σηµείων µέτρησης ευρύτερης περιοχής Θεσσαλονίκης. 63

67 Κεφάλαιο 3ο: Προσοµοιωτική µελέτη - αποτελέσµατα. Σχήµα Τοποθεσίες σηµείων µέτρησης εντός Θεσσαλονίκης. 64

68 Κεφάλαιο 3ο: Προσοµοιωτική µελέτη - αποτελέσµατα. Σχήµα Χρωµατικές διαβαθµίσεις του εδαφικού αναγλύφου του χάρτη. 65

69 Κεφάλαιο 3ο: Προσοµοιωτική µελέτη - αποτελέσµατα. 3.4 ΕΠΙΛΟΓΗ ΒΑΣΙΚΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ ΙΑ ΙΚΑΣΙΑΣ ΜΕΤΡΗΣΗΣ. Για τη διεξαγωγή των µελετών µας χρησιµοποιήσαµε µία κατευθυντική κεραία, κάθετης πολικότητας, µε τον κύριο λοβό της προσανατολισµένο προς την πόλη της Θεσσαλονίκης, την οποία τοποθετήσαµε στην κορυφή του λόφου του Χορτιάτη. Για την τοποθέτησή της λάβαµε υπόψη τόσο το στίγµα του πάρκου κεραιών που βρίσκεται εκεί όσο και τα δεδοµένα που µας παρείχε ο χάρτης εδάφους της περιοχής. Μέσω της µελέτης (shadow map), που µας παρέχει το πρόγραµµα, για την εύρεση των σηµείων που έχουν οπτική επαφή µε συγκεκριµένη γεωγραφική θέση, εντοπίσαµε την καλύτερη θέση για τον ποµπό µας. Στο σχήµα παρουσιάζονται τόσο η τελική θέση της κεραίας όσο και οι περιοχές οπτικής επαφής (κίτρινο χρώµα) µε αυτήν. Το σηµείο τοποθέτησης είχε υψόµετρο 1058,5 µέτρα και η ακριβής θέση του ήταν: βόρεια και ανατολικά. Η ανύψωση της κεραίας από το έδαφος ορίστηκε στα 15 µέτρα µε ισχύ τροφοδοσίας τα 500 kw (56,99 dbw), κέρδος G=14 db και συχνότητα λειτουργίας τα 100 MH Z (VHF). Στο σχήµα παρατίθεται το διάγραµµα ακτινοβολίας, ενώ στο σχήµα απεικονίζονται ολοκληρωµένα τα στοιχεία του ποµπού, όπως αυτά ορίστηκαν στο αντίστοιχο παράθυρο διαλόγου του προγράµµατος. Όπως είπαµε και στην αρχή, ως µετρούµενο µέγεθος µελετών επιλέχθηκε η λαµβανόµενη ένταση του ηλεκτρικού πεδίου και η απεικόνισή της µέσω χρωµατικών διαβαθµίσεων, η κλίµακα των οποίων παρουσιάζεται στο σχήµα Ως τρόπος ανάλυσης ορίστηκε η ακτινική κάλυψη της περιοχής, µε αύξον βήµα 0,5 µοίρες. Τα περιβαλλοντολογικά στοιχεία που επιλέχθηκαν για την περιοχή µελέτης απεικονίζονται στο σχήµα

70 Κεφάλαιο 3ο: Προσοµοιωτική µελέτη - αποτελέσµατα. Σχήµα Περιοχές οπτικής επαφής µε την κεραία εκποµπής. 67

71 Κεφάλαιο 3ο: Προσοµοιωτική µελέτη - αποτελέσµατα. Σχήµα ιάγραµµα ακτινοβολίας της κεραίας εκποµπής. Σχήµα Τιµές παραµέτρων της κεραίας. 68

72 Κεφάλαιο 3ο: Προσοµοιωτική µελέτη - αποτελέσµατα. Σχήµα Χρωµατικές διαβαθµίσεις της λαµβανοµένης έντασης πεδίου στο χάρτη. Σχήµα Περιβαλλοντολογικά στοιχεία της περιοχής µελέτης. 69

73 Κεφάλαιο 3ο: Προσοµοιωτική µελέτη - αποτελέσµατα. 3.5 ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΕΙΣ Free Area + RMD. (σχήµα 3.5.1) Όπως γνωρίζουµε, το συγκεκριµένο µοντέλο λαµβάνει υπόψη του όλες τις πληροφορίες του εδαφικού αναγλύφου, πράγµα το οποίο καθίσταται άµεσα ορατό στην ανάλυσή µας. Μια γρήγορη αναφορά στη µελέτη των ορατών περιοχών από την κεραία µας, που παρουσιάσαµε παραπάνω (σχήµα 3.4.1), αρκεί, για να αντιληφθούµε ότι σε σηµεία όπου δεν υπάρχει οπτική επαφή µε τον ποµπό, οι απώλειες είναι κατά πολύ αυξηµένες Free Area. (σχήµα 3.5.2) Στην ουσία πρόκειται για το παραπάνω µοντέλο, µε µόνη διαφοροποίηση την επιλογή παράβλεψης της εδαφικής ανάκλασης (αγωγιµότητα, διηλεκτρική σταθερά του εδάφους). Παρατηρούµε ότι, τουλάχιστο στην ανάλυσή µας, ο παράγοντας αυτός εµφανίζεται αµελητέος FCC + RMD. (σχήµα 3.5.3) Παρατηρούµε ότι οι απώλειες εµφανίζονται αυξηµένες σε σχέση µε τα παραπάνω µοντέλα, πράγµα αναµενόµενο, αφού περιλαµβάνεται επιπλέον απώλεια διαδροµής, η οποία βασίζεται στις πληροφορίες που αντλούνται από τις καµπύλες διάδοσης που έχει υιοθετήσει η Οµοσπονδιακή Επιτροπή FCC - EDX. (σχήµα 3.5.4) Αυτή η µέθοδος, ως γνωστόν, είναι σχεδόν ίδια µε την FCC + RMD. Μόνη τους διαφορά είναι ότι οι απώλειες ανάκλασης και διάθλασης δε λαµβάνονται υπόψη και το µοντέλο ακολουθεί πιστά τους κανόνες της αντίστοιχης επιτροπής. Αυτός είναι και ο λόγος που εµφανίζονται µικρές τιµές απωλειών σε αυτή την 70

74 Κεφάλαιο 3ο: Προσοµοιωτική µελέτη - αποτελέσµατα. ανάλυση. Ας παρατηρήσουµε εδώ πόσο καθαρά φαίνονται τα στοιχεία της κεραίας µας, ο προσανατολισµός του κύριου λοβού και το διάγραµµα ακτινοβολίας της ITUR-R + RMD. (σχήµα 3.5.5) Όπως αναµένεται, το µοντέλο παρουσιάζει ανωµαλία στην περιοχή των πρώτων 10 km γύρω από την κεραία, αφού οι καµπύλες διάδοσης της ιεθνούς Ένωσης Τηλεπικοινωνιών που χρησιµοποιεί, εφαρµόζονται για αποστάσεις µεγαλύτερες των 10 km και για ύψη κεραιών µεγάλης αποτελεσµατικότητας ITU-R. (σχήµα 3.5.6) Η συµπεριφορά του είναι παρόµοια µε του προηγούµενου, αφού το µόνο στο οποίο διαφέρουν είναι η µη-χρήση των δεδοµένων ανάκλασης-διάθλασης από το συγκεκριµένο µοντέλο TIREM - EDX. (σχήµα 3.5.7) Το παρόν µοντέλο, παρόλο που είναι ένα από τα πιο περίπλοκα που χρησιµοποιούνται σήµερα, αποδεικνύεται ανεπαρκές σύµφωνα µε τη συγκεκριµένη ανάλυση. Παρουσιάζει µεγάλη απόκλιση από όλα τα άλλα χρησιµοποιούµενα µοντέλα, αποδίδοντας πολύ µεγάλες απώλειες σε όλη σχεδόν την περιοχή µελέτης Anderson 2D v.1,00. (σχήµα 3.5.8) Οι µεταβολές εµφανίζονται λιγότερο οµαλές σε σχέση µε προηγούµενες µελέτες, πράγµα κατανοητό, αν συνυπολογισθεί η απλοϊκότητα του αλγορίθµου που διαθέτει το συγκεκριµένο µοντέλο. 71

75 Κεφάλαιο 3ο: Προσοµοιωτική µελέτη - αποτελέσµατα. Σχήµα Ανάλυση µε το µοντέλο Free Area + RMD. 72

76 Κεφάλαιο 3ο: Προσοµοιωτική µελέτη - αποτελέσµατα. Σχήµα Ανάλυση µε το µοντέλο Free Area. 73

77 Κεφάλαιο 3ο: Προσοµοιωτική µελέτη - αποτελέσµατα. Σχήµα Ανάλυση µε το µοντέλο FCC + RMD. 74

78 Κεφάλαιο 3ο: Προσοµοιωτική µελέτη - αποτελέσµατα. Σχήµα Ανάλυση µε το µοντέλο FCC + EDX. 75

79 Κεφάλαιο 3ο: Προσοµοιωτική µελέτη - αποτελέσµατα. Σχήµα Ανάλυση µε το µοντέλο ITU-R + RMD. 76

80 Κεφάλαιο 3ο: Προσοµοιωτική µελέτη - αποτελέσµατα. Σχήµα Ανάλυση µε το µοντέλο ITU-R. 77

81 Κεφάλαιο 3ο: Προσοµοιωτική µελέτη - αποτελέσµατα. Σχήµα Ανάλυση µε το µοντέλο TIREM-EDX. 78

82 Κεφάλαιο 3ο: Προσοµοιωτική µελέτη - αποτελέσµατα. Σχήµα Ανάλυση µε το µοντέλο Anderson 2D. 79

83 Κεφάλαιο 3ο: Προσοµοιωτική µελέτη - αποτελέσµατα. 3.6 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ. Το ζητούµενο µέγεθος όλων των προσοµοιώσεων που διενεργήθηκαν ήταν η ένταση του πεδίου. Το EDX την υπολογίζει χρησιµοποιώντας την ακόλουθη εξίσωση: E = ERP 20 log d XPL µ / ( db V m) 10 όπου Ε η ένταση του πεδίου, ERP η αποτελεσµατική ισχύς ακτινοβολίας που αναφέρεται σε ένα δίπολο κατά την κατεύθυνση του σηµείου υπολογισµού και d η απόσταση του σηµείου αυτού. XPL (Excess Path Loss) είναι οι συνολικές απώλειες διάδοσης, όπως αυτές προκύπτουν από κάθε µοντέλο ξεχωριστά. Οι τιµές που ελήφθησαν από κάθε µία προσοµοιωτική µελέτη στα σηµεία µέτρησης που αναφέρθηκαν προηγουµένως (πίνακες και 3.3.2), παρουσιάζονται συγκεντρωτικά στους παρακάτω πίνακες (3.6.1 και 3.6.2). Οι τιµές αναφέρονται στην ένταση του λαµβανόµενου σήµατος (dbµv/m). Ιδιαίτερο ενδιαφέρον ως προς την εξαγωγή συµπερασµάτων εµφανίζουν οι γραφικές παραστάσεις των σχηµάτων και 3.6.4, στις οποίες παρουσιάζονται οι συγκλίσεις και οι αποκλίσεις τιµών των µοντέλων διάδοσης που χρησιµοποιήθηκαν στα συγκεκριµένα σηµεία µέτρησης. 80

84 Κεφάλαιο 3ο: Προσοµοιωτική µελέτη - αποτελέσµατα. ΤΟΠΟΘΕΣΙΑ FREE AREA +RMD FREE AREA FCC +RMD FCC -EDX ITU-R +RMD ITU-R TIREM -EDX Anderson 2D ΕΝΤΟΣ ΠΟΛΗΣ dbµv/m ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ 102,5 102,5 103,1 103,1 79,2 79,2 7,6 102,5 ΚΑΣΤΡΑ (ΠΟΡΤΑΡΑ) ΤΟΥΜΠΑ (ΓΗΠΕ Ο ΠΑΟΚ) ΠΥΛΑΙΑ (ΣΧΟΛΕΙΑ) ΣΙ ΗΡΟ ΡΟΜΙΚΟΣ ΣΤΑΘΜΟΣ ΚΑΛΑΜΑΡΙΑ (ΑΚΤΗ) ΚΑΛΑΜΑΡΙΑ ( ΗΜΑΡΧΕΙΟ) ΘΕΑΓΕΝΕΙΟ ΝΟΣΟΚΟΜΕΙΟ ΝΕΑ ΕΛΒΕΤΙΑ (ΠΑΡΚΟ) ΜΑΚΕ ΟΝΙΑ PALACE ΒΑΡ ΑΡΗΣ (ΠΛΑΤΕΙΑ) ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΟΥΣ (ΠΛΑΤΕΙΑ) ΚΟΡ ΕΛΙΟ (ΕΡΓ. ΦΙΛΛΙΠΟΥ) ΣΤΑΥΡΟΥΠΟΛΗ ( ΙΑΣΤΑΥΡΩΣΗ) 101, ,3 102,1 74,9 76,8 71,8 95,5 105,2 105,2 103,7 103,7 79,6 79,6 44,5 105,2 102,5 102,5 102,2 102,2 77,8 77,8 3,8 102,5 101,7 101,7 100,3 100,3 76,6 76,7 23,5 101,6 99,4 99,2 98,4 98,4 75,8 75,8 0,3 99, ,1 97,7 97,6 74,7 74,6-0,6 98,1 103,2 103,2 102,7 102,7 79,1 79,1 4,4 103,2 102,9 102,9 101,6 101,6 77,7 77,7 21,5 102,9 97, ,9 102,2 76,2 78,8 71, ,2 101,3 100,8 100,8 77,5 77,5 4,6 101,3 100,3 100,3 101,5 101,5 78,3 78,3 4,2 100,3 100, ,8 96,8 72,2 72,2 12,2 100, ,9 99,1 99, ,5 100,9 Σχήµα Προσοµοιωτικές µετρήσεις εντός πόλεως. 81

85 Κεφάλαιο 3ο: Προσοµοιωτική µελέτη - αποτελέσµατα. ΤΟΠΟΘΕΣΙΑ FREE AREA +RMD FREE AREA FCC +RMD FCC -EDX ITU-R +RMD ITU-R TIREM -EDX Anderson 2D ΕΚΤΟΣ ΠΟΛΗΣ ΣΙΝ ΟΣ (ΒΙΟΜ. ΠΕΡ.) ΑΕΡΟ ΡΟΜΙΟ "ΜΑΚΕ ΟΝΙΑ" ΧΟΡΤΙΑΤΗΣ (ΜΟΝΑΣΤΗΡΙ) ΠΕΡΑΙΑ (ΡΑΝΤΑΡ) dbµv/m 96,2 96,2 91,7 91,7 69,1 69,1-1,3 96,1 89,6 89,6 90,2 90, ,2 90,2 91,1 91,1 92, , ,8 68,6 85,7 85,7 84,6 84,6 62,5 62,5-12,1 85,7 ΦΙΛΛΙΡΟ 84,2 84,2 83,8 97,4 52,9 70,1 84,9 62,3 ΠΑΝΟΡΑΜΑ (ΓΗΠ. ΠΟ ΟΣΦ.) 106, ,3 106,2 107, ,1 104,7 ΑΣΒΕΣΤΟΧΩΡΙ 92,2 91,2 89,5 107,2 87, ,5 81,1 ΧΟΡΤΙΑΤΗΣ (ΣΧΟΛΕΙΟ) ΧΟΡΤΙΑΤΗΣ (ΠΑΡΚΟ ΚΕΡΑΙΩΝ) 106,4 106,3 107,3 106,7 106,8 106,6 67,1 106,3 96,7 96,7 105, ,9 123,8 93,8 73,4 Σχήµα Προσοµοιωτικές µετρήσεις εκτός πόλεως. 82

86 Κεφάλαιο 3ο: Προσοµοιωτική µελέτη - αποτελέσµατα. Σχήµα Γραφική παράσταση προσοµοιωτικών µετρήσεων εντός πόλης. 83

87 Κεφάλαιο 3ο: Προσοµοιωτική µελέτη - αποτελέσµατα. Σχήµα Γραφική παράσταση προσοµοιωτικών µετρήσεων εκτός πόλης. 84

88 Κεφάλαιο 3ο: Προσοµοιωτική µελέτη - αποτελέσµατα Εντός πόλης. Παρατηρούµε ότι στα εντός πόλης σηµεία αρκετά µοντέλα (Free Area + RMD, Free Area, FCC + RMD, FCC EDX, Anderson 2D) παρουσιάζουν µια αξιοσηµείωτη σύγκλιση τιµών. Η µεγαλύτερη απόκλιση εντοπίζεται στο σηµείο «Μακεδονία Palace». Το µοντέλο Anderson 2D παρουσιάζει πολύ χαµηλότερη τιµή σε σχέση µε τα υπόλοιπα, συµπεριφορά η οποία παρατηρείται και στο σηµείο «Κάστρα». Αυτό ίσως είναι αναµενόµενο λόγω του τρόπου µε τον οποίο το συγκεκριµένο µοντέλο χειρίζεται τις εκτός οπτικής ευθείας περιοχές. Θα σηµειώσουµε εδώ ότι, παρόλη τη µεγάλη υψοµετρική διαφορά που παρουσιάζουν τα δύο προαναφερθέντα σηµεία µεταξύ τους, εµφανίζονται να βρίσκονται εκτός οπτικής επαφής µε τον ποµπό µας (σχήµα 3.4.1). Ενδιαφέρον παρουσιάζει και το σηµείο «Κορδελιό», στο οποίο τα µοντέλα που στηρίζονται στις καµπύλες διάδοσης της επιτροπής FCC εµφανίζουν χαµηλότερες τιµές σε σχέση µε τα υπόλοιπα, τα οποία σχεδόν συµπίπτουν. Θα τονίσουµε ότι όλα τα µοντέλα που ακολουθούν τις συστάσεις της ιεθνούς Ένωσης Τηλεπικοινωνιών (ITUR-R, IRU-R + RMD), αν και εµφανίζουν µεγαλύτερες απώλειες, σε όλα τα σηµεία µέτρησης ακολουθούν συγκριτικά την καµπυλότητα των προαναφερθέντων µοντέλων. Όσον αφορά στο µοντέλο TIREM, το παρόν διάγραµµα επιβεβαιώνει τα συµπεράσµατα που είχαµε εξαγάγει από την ανάλυσή του. Ακολουθεί τις υπόλοιπες αναλύσεις σε δύο µόνο σηµεία µέτρησης («Κάστρα», «Μακεδονία Palace»), ενώ σε όλα τα άλλα παρουσιάζει εντελώς διαφορετική συµπεριφορά Εκτός πόλης. Το εδαφικό ανάγλυφο εντός πόλεως είναι σχετικά οµαλό, µε µικρές υψοµετρικές διαφορές, κάτι που δε συµβαίνει για την ευρύτερη περιοχή. Εκτός πολεοδοµικού συγκροτήµατος η περιοχή µας παρουσιάζει µεγάλο εύρος υψοµετρικών αποκλίσεων, γεγονός που εξηγεί εν µέρει τη συµπεριφορά που επιδεικνύουν τα µοντέλα µας. Αποκλίσεις υπάρχουν σε όλα σχεδόν τα σηµεία µέτρησης, µε εξαίρεση το «Πανόραµα», όπου παρατηρείται µια αξιοπρόσεχτη ταύτιση τιµών όλων ανεξαιρέτως των µοντέλων. Ευχάριστη έκπληξη αποτελεί το TIREM, το οποίο 85

89 Κεφάλαιο 3ο: Προσοµοιωτική µελέτη - αποτελέσµατα. εµφανίζεται να δίνει τιµές αντίστοιχες των υπολοίπων, µε µοναδικές εξαιρέσεις τα σηµεία «Αεροδρόµιο Μακεδονία» και «Περαία». Το γεγονός αυτό µας οδηγεί στο συµπέρασµα ότι το συγκεκριµένο µοντέλο είναι καταλληλότερο για αναλύσεις περιοχών µε έντονο εδαφικό ανάγλυφο, εκτίµηση η οποία υποστηρίζεται και από τους ίδιους τους κατασκευαστές του. Η συµπεριφορά ων υπολοίπων µοντέλων δεν παρουσιάζει κάποια αξιοσηµείωτη διαφορά σε σχέση µε αυτή των σηµείων εντός πόλεως. Θα επισηµάνουµε απλώς ότι η ταύτιση τιµών που εµφανίζεται σε όλα σχεδόν τα σηµεία µέτρησης ανάµεσα στα ζεύγη των µοντέλων ITU-R ITU-R + RMD, FCC-EDX FCC + RMD και Free Area Free Area + RMD είναι αναµενόµενη, αφού, όπως έχει ήδη λεχθεί, η µόνη διαφορά τους έγκειται στο συνυπολογισµό ή όχι της εδαφικής ανάκλασης. Ο παράγοντας αυτός παρουσιάζεται, στις αναλύσεις µας τουλάχιστον, σχετικά αµελητέος. 86

90 Κεφάλαιο 4ο: Συγκρίσεις αποτελεσµάτων µε πραγµατικές µετρήσεις. Κεφάλαιο 4ο Συγκρίσεις αποτελεσµάτων µε πραγµατικές µετρήσεις. 4.1 ΠΡΟΕΛΕΥΣΗ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ. Η επιλογή των σηµείων µέτρησης που χρησιµοποιήθηκαν στις µελέτες προσοµοίωσης του προηγούµενου κεφαλαίου έγινε µε βάση την ύπαρξη πραγµατικών τιµών µέτρησης στα σηµεία αυτά. Οι µετρήσεις διενεργήθηκαν στα πλαίσια εκπόνησης διπλωµατικών εργασιών 1. Στους πίνακες και δίδονται τα αποτελέσµατα των µετρήσεων, όπως ακριβώς παρουσιάστηκαν στις παραπάνω διπλωµατικές. Το µετρούµενο µέγεθος ήταν η λαµβανόµενη πυκνότητα ισχύος. Μετατρέψαµε τις µετρήσεις αυτές σε τιµές έντασης (dbµv/m), προκειµένου να τις συγκρίνουµε άµεσα µε τα αποτελέσµατα των προσοµοιώσεών µας. Για τη µετατροπή χρησιµοποιήθηκαν οι παρακάτω τύποι: W = E 2 ( W / m) 120π E ( µ ) = 20log ( ) 6 10 E 10 db V/ m V/ m 1 Πρόκειται για τις εξής δύο διπλωµατικές εργασίες του Τµήµατος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Α.Π.Θ.: «Μετρήσεις ραδιοκάλυψης περιοχής Θεσσαλονίκης», σελ. 53, Θεσσαλονίκη 2002 και «Ραδιοκάλυψη στην ευρύτερη περιοχή της Θεσσαλονίκης», σελ. 42, Θεσσαλονίκη

91 Κεφάλαιο 4ο: Συγκρίσεις αποτελεσµάτων µε πραγµατικές µετρήσεις. Location GPS Spot Total Power ( nw/cm² ) PLACE Ptotal [ nw/cm² ] University Campus Castles (Portara) Toumba (PAOK Stadium) N E N E N E INDUSTRIAL AREA-SINDOS "MACEDONIA" INTERNATIONAL AIRPORT CHORTIATIS-MONASTERY PEREA-RADAR PHILIRO Pylaia (Schools) N E PANORAMA-FOOTBALL FIELD ASVESTOHORI Railway Station Kalamaria (Shore) Kalamaria (City Hall) Theageneio Hospital N E N E N E N E CHORTIATIS-ELEMENTARY ANTENNAS' AREA CHORTIATIS- ANTENNAS' AREA E+05 Σχήµα Τιµές πυκνότητας ισχύος πραγµατικών µετρήσεων εκτός πόλης. Nea Elvetia Park Makedonia Palace Hotel Vardaris Square N E N E N E Aristotelous Square N E Kordelio (Filipou Factory) N E Stavroupoli (Junction) N E Σχήµα Τιµές πυκνότητας ισχύος πραγµατικών µετρήσεων εντός πόλης. Τα αποτελέσµατα µετά τη µετατροπή παρουσιάζονται στους πίνακες και µαζί µε τις τιµές όλων των προσοµοιώσεων που διενεργήσαµε. 88

92 Κεφάλαιο 4ο: Συγκρίσεις αποτελεσµάτων µε πραγµατικές µετρήσεις. ΤΙΜΕΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΕΩΝ ΤΟΠΟΘΕΣΙΑ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ FREE AREA +RMD FREE AREA FCC +RMD FCC -EDX ITU-R +RMD ITU-R TIREM -EDX Anderson 2D ΕΝΤΟΣ ΠΟΛΗΣ (dbµv/m) ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ 126,33 102,5 102,5 103,1 103,1 79,2 79,2 7,6 102,5 ΚΑΣΤΡΑ (ΠΟΡΤΑΡΑ) ΤΟΥΜΠΑ (ΓΗΠΕ Ο ΠΑΟΚ) ΠΥΛΑΙΑ (ΣΧΟΛΕΙΑ) ΣΙ ΗΡΟ ΡΟΜΙΚ ΟΣ ΣΤΑΘΜΟΣ ΚΑΛΑΜΑΡΙΑ (ΑΚΤΗ) ΚΑΛΑΜΑΡΙΑ ( ΗΜΑΡΧΕΙΟ) ΘΕΑΓΕΝΕΙΟ ΝΟΣΟΚΟΜΕΙΟ ΝΕΑ ΕΛΒΕΤΙΑ (ΠΑΡΚΟ) ΜΑΚΕ ΟΝΙΑ PALACE ΒΑΡ ΑΡΗΣ (ΠΛΑΤΕΙΑ) ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΟΥΣ (ΠΛΑΤΕΙΑ) ΚΟΡ ΕΛΙΟ (ΕΡΓ. ΦΙΛΛΙΠΟΥ) ΣΤΑΥΡΟΥΠΟΛΗ ( ΙΑΣΤΑΥΡΩΣΗ) 107,54 101, ,3 102,1 74,9 76,8 71,8 95,5 118,29 105,2 105,2 103,7 103,7 79,6 79,6 44,5 105,2 116,66 102,5 102,5 102,2 102,2 77,8 77,8 3,8 102,5 117,94 101,7 101,7 100,3 100,3 76,6 76,7 23,5 101,6 116,85 99,4 99,2 98,4 98,4 75,8 75,8 0,3 99,2 112, ,1 97,7 97,6 74,7 74,6-0,6 98,1 117,61 103,2 103,2 102,7 102,7 79,1 79,1 4,4 103,2 120,06 102,9 102,9 101,6 101,6 77,7 77,7 21,5 102,9 118,3 97, ,9 102,2 76,2 78,8 71, ,77 101,2 101,3 100,8 100,8 77,5 77,5 4,6 101,3 115,35 100,3 100,3 101,5 101,5 78,3 78,3 4,2 100,3 110,89 100, ,8 96,8 72,2 72,2 12,2 100,8 112, ,9 99,1 99, ,5 100,9 Σχήµα Τιµές έντασης πεδίου πραγµατικών µετρήσεων και προσοµοιώσεων για τις εντός πόλης περιοχές. 89

93 Κεφάλαιο 4ο: Συγκρίσεις αποτελεσµάτων µε πραγµατικές µετρήσεις. ΤΟΠΟΘΕΣΙΑ ΕΚΤΟΣ ΠΟΛΗΣ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ FREE AREA +RMD FREE AREA FCC +RMD ΤΙΜΕΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΕΩΝ FCC -EDX (dbµv/m) ITU-R +RMD ITU-R TIREM -EDX Anderson 2D ΣΙΝ ΟΣ (ΒΙΟΜ. ΠΕΡ.) ΑΕΡΟ ΡΟΜΙΟ "ΜΑΚΕ ΟΝΙΑ" ΧΟΡΤΙΑΤΗΣ (ΜΟΝΑΣΤΗΡΙ) ΠΕΡΑΙΑ (ΡΑΝΤΑΡ) 113,47 96,2 96,2 91,7 91,7 69,1 69,1-1,3 96,1 119,2 89,6 89,6 90,2 90, ,2 90,2 119,13 91,1 91,1 92, , ,8 68,6 119,96 85,7 85,7 84,6 84,6 62,5 62,5-12,1 85,7 ΦΙΛΛΙΡΟ 124,61 84,2 84,2 83,8 97,4 52,9 70,1 84,9 62,3 ΠΑΝΟΡΑΜΑ (ΓΗΠ. ΠΟ ΟΣΦ.) 122,21 106, ,3 106,2 107, ,1 104,7 ΑΣΒΕΣΤΟΧΩΡΙ 126,97 92,2 91,2 89,5 107,2 87, ,5 81,1 ΧΟΡΤΙΑΤΗΣ (ΣΧΟΛΕΙΟ) ΧΟΡΤΙΑΤΗΣ (ΠΑΡΚΟ ΚΕΡΑΙΩΝ) 132,25 106,4 106,3 107,3 106,7 106,8 106,6 67,1 106,3 149,32 96,7 96,7 105, ,9 123,8 93,8 73,4 Σχήµα Τιµές έντασης πεδίου πραγµατικών µετρήσεων και προσοµοιώσεων για τις εκτός πόλης περιοχές. 90

94 Κεφάλαιο 4ο: Συγκρίσεις αποτελεσµάτων µε πραγµατικές µετρήσεις ΣΥΓΚΡΙΣΕΙΣ. Τα ιστογράµµατα των σχηµάτων και είναι ίδια µε αυτά του προηγούµενου κεφαλαίου, εµπλουτισµένα όµως τώρα µε τις γραφικές παραστάσεις των πραγµατικών µετρήσεων στα αντίστοιχα σηµεία. Μια πρώτη µατιά µάς φανερώνει ότι οι πραγµατικές τιµές υπέρκεινται όλων αυτών που προέρχονται από τις αναλύσεις µας, σε ολόκληρο το φάσµα µετρήσεων και των δύο περιοχών (Εντός - Εκτός πόλης), ανεξαρτήτως του χρησιµοποιούµενου µοντέλου προσοµοίωσης. Αυτό µπορεί να οδηγήσει στο γρήγορο συµπέρασµα ότι όλα τα µοντέλα διάδοσης που χρησιµοποιήθηκαν στις προσοµοιώσεις ραδιοκάλυψης που παρουσιάζουµε, εµφανίζουν συµπεριφορά υπερεκτίµησης των απωλειών διάδοσης. Στο σηµείο αυτό όµως, θα πρέπει να συνυπολογισθούν και πολλοί άλλοι παράµετροι, όπως η προσπάθεια να προσοµοιώσουµε ένα ολόκληρο πάρκο κεραιών, το οποίο καταλαµβάνει αρκετή έκταση, µε µία και µόνη κεραία. Στο πάρκο συνυπάρχουν κεραίες που καλύπτουν ένα ευρύ φάσµα συχνοτήτων ( MH Z ), ενώ οι µελέτες που διεξαγάγαµε περιορίζονται σε µία (100 MH Z ). εν θα πρέπει επίσης να παραλείψουµε τη συµµετοχή, στις τιµές που µετρήθηκαν, και πολλών άλλων ποµπών που υπάρχουν στην ευρύτερη περιοχή µελέτης µας, την επίδραση των κλιµατολογικών συνθηκών που επικρατούσαν στην περιοχή, την ελλιπή γνώση παραµέτρων της διαδικασίας µέτρησης (λήψη σε ταράτσα κτιρίου ή πίσω από τοίχο κλπ.), όπως επίσης και τα σφάλµατα που ενδεχοµένως υπεισέρχονται στις προσοµοιώσεις λόγω αποκλίσεων στο εδαφικό ανάγλυφο του χάρτη που χρησιµοποιήθηκε. 91

95 Κεφάλαιο 4ο: Συγκρίσεις αποτελεσµάτων µε πραγµατικές µετρήσεις. Σχήµα Ιστόγραµµα πραγµατικών και προσοµοιωτικών τιµών για τις περιοχές εντός πόλης. 92

96 Κεφάλαιο 4ο: Συγκρίσεις αποτελεσµάτων µε πραγµατικές µετρήσεις. Σχήµα Ιστόγραµµα πραγµατικών και προσοµοιωτικών τιµών για τις περιοχές εκτός πόλης. 93

97 Κεφάλαιο 4ο: Συγκρίσεις αποτελεσµάτων µε πραγµατικές µετρήσεις. Μια πιο προσεχτική ανάγνωση µας αποκαλύπτει περισσότερα και θετικότερα στοιχεία για τις αναλύσεις µας. Είναι σηµαντική η παρατήρηση ότι τα περισσότερα από τα µοντέλα ακολουθούν σχετικά την καµπυλότητα του ιστογράµµατος των πραγµατικών µετρήσεων. Ιδιαίτερα δε στην περιοχή εντός των ορίων της πόλεως, σχεδόν όλα τα µοντέλα, µε εξαίρεση το TIREM, επιδεικνύουν µία αξιοσηµείωτη σταθερότητα στις αποκλίσεις που παρουσιάζουν. Εµφανίζονται να διατηρούν µια σχετικά σταθερή διαφορά από τις πραγµατικές τιµές σε ολόκληρο το φάσµα των σηµείων µέτρησης. Αυτό τα καθιστά αρκετά αξιόπιστα ως προς τις αναλύσεις που διεξάγουν, αφού, γνωρίζοντας τι τάξη µεγέθους αποκλίσεων παρουσιάζουν, µπορούµε να εξαγάγουµε σχετικά ασφαλή συµπεράσµατα από τις µελέτες µας. Στην περιοχή εκτός ορίων πόλης οι αποκλίσεις των τιµών προσοµοίωσης από αυτές που µετρήθηκαν πραγµατικά παρουσιάζουν µια πιο άναρχη εικόνα, χωρίς όµως και πάλι να καθιστούν τα µοντέλα µας απαγορευτικά για την εξαγωγή αξιοποιήσιµων αποτελεσµάτων. Αυτό γίνεται περισσότερο κατανοητό από τις διαφορές που παρουσιάζουν τα µοντέλα από τις πραγµατικές τιµές σε κάθε σηµείο µέτρησης. Οι διαφορές αυτές δίνονται συγκεντρωτικά στους παρακάτω πίνακες (4.2.3 και 4.2.4). Μια εύληπτη απεικόνιση των διαφορών αυτών δίνεται στα αντίστοιχα ιστογράµµατα που παρατίθενται στη συνέχεια (σχήµατα και 4.2.6). Από την εξαγωγή του συνολικού µέσου όρου των διαφορών (σχήµα 4.2.4) για όλα τα µοντέλα διάδοσης που χρησιµοποιήθηκαν πιο αξιόπιστο εµφανίζεται το µοντέλο FCC-EDX. Παρουσιάζει το χαµηλότερο µέσο όρο, µε τιµή 118,67 dbµv/m (σχήµα 4.2.7). 94

98 Κεφάλαιο 4ο: Συγκρίσεις αποτελεσµάτων µε πραγµατικές µετρήσεις. Σχήµα Πίνακας διαφορών και µέσος όρος αυτών για τα σηµεία εντός πόλεως. 95

99 Κεφάλαιο 4ο: Συγκρίσεις αποτελεσµάτων µε πραγµατικές µετρήσεις. Σχήµα Πίνακας διαφορών και µέσος όρος αυτών για τα σηµεία εκτός πόλεως και συνολικός µέσος όρος διαφορών όλων των σηµείων. 96

100 Κεφάλαιο 4ο: Συγκρίσεις αποτελεσµάτων µε πραγµατικές µετρήσεις. Σχήµα Ιστόγραµµα διαφορών για τα εντός πόλης σηµεία. 97

101 Κεφάλαιο 4ο: Συγκρίσεις αποτελεσµάτων µε πραγµατικές µετρήσεις. Σχήµα Ιστόγραµµα διαφορών για τα εκτός πόλης σηµεία. 98

102 Κεφάλαιο 4ο: Συγκρίσεις αποτελεσµάτων µε πραγµατικές µετρήσεις. Σχήµα Γράφηµα συνολικού µέσου όρου διαφορών για όλα τα σηµεία. 99

103 Κεφάλαιο 4ο: Συγκρίσεις αποτελεσµάτων µε πραγµατικές µετρήσεις. 100

104 Κεφάλαιο 5ο: Εκτίµηση ισχύος εκποµπής για ικανοποιητική λήψη. Κεφάλαιο 5ο Εκτίµηση ισχύος εκποµπής για ικανοποιητική λήψη. 5.1 ΓΕΝΙΚΑ. Όταν κάποιος µιλάει για την περιοχή κάλυψης ενός σταθµού εκποµπής, αυτό που πραγµατικά εννοεί είναι η µέγιστη απόσταση από τον ποµπό, στην οποία οι περισσότεροι δέκτες έχουν µια αποδεκτή σηµατοθορυβική σχέση. Μια τιµή ισχύος εκποµπής µεγαλύτερη από την απαιτούµενη, στα πλαίσια της αύξησης της περιοχής κάλυψης ή της καλύτερης λήψης µέσα σε αυτήν, επιφέρει περισσότερα αρνητικά παρά θετικά αποτελέσµατα. Η λειτουργία σε υψηλές τιµές ισχύος αυξάνει τις παρεµβολές στους γύρω σταθµούς, οι οποίοι, πράττοντας ανάλογα, για να τις υπερκεράσουν, δηµιουργούν έναν φαύλο κύκλο χωρίς ουσιαστικά θετικά αποτελέσµατα, ενώ παράλληλα επιβαρύνεται η περιοχή κάλυψης από την παραπανίσια ισχύ ακτινοβόλησης. Για τους λόγους αυτούς, ακολουθούνται άλλες µέθοδοι βελτιστοποίησης της λήψης ή της αύξησης της περιοχής κάλυψης (σχεδίαση, µέγεθος, ύψος κεραίας, σηµείο τοποθέτησής της κλπ). Καθίσταται έτσι σηµαντική η εύρεση της απαιτούµενης τιµής ισχύος εκποµπής, η οποία αποδίδει ικανοποιητική λήψη σε ολόκληρη την περιοχή. 101

105 Κεφάλαιο 5ο: Εκτίµηση ισχύος εκποµπής για ικανοποιητική λήψη. 5.2 ΕΠΙΠΕ Α ΙΚΑΝΟΠΟΙΗΤΙΚΗΣ ΛΗΨΗΣ. Για την περιοχή συχνοτήτων που µας ενδιαφέρει (100 MHz), η ιεθνής συµβουλευτική Επιτροπή Ραδιοφώνου (CCIR) συνιστά ως ελάχιστη δυνατή ένταση λαµβανοµένου σήµατος για ικανοποιητική λήψη την τιµή των 0.05 mv/m (34dBµV/m) για µονοφωνικές και την τιµή 0.25 mv/m (48dBµV/m) για στερεοφωνικές µεταδόσεις. Επισηµαίνει όµως ότι παράγοντες, όπως τα βουνά, τα δέντρα, τα κτίρια, ο βιοµηχανικός και οικιακός εξοπλισµός, εξασθενούν ή παρεµβάλλουν θόρυβο στο διαδιδόµενο σήµα. Για το λόγο αυτό, καταλήγει σε κάποιες ελάχιστες µέσες τιµές λαµβανοµένης έντασης, οι οποίες, συνυπολογίζοντας και τους παραπάνω παράγοντες, είναι διαφορετικές αναλόγως την περιοχή λήψης (αγροτική, αστική, µεγαλοαστική). Οι τιµές αυτές παρουσιάζονται στον πίνακα ΠΕΡΙΟΧΗ ΜΟΝΟΦΩΝΙΚΗ dbµv/m ΣΤΕΡΕΟΦΩΝΙΚΗ dbµv/m ΑΓΡΟΤΙΚΗ ΑΣΤΙΚΗ ΜΕΓΑΛΟΑΣΤΙΚΗ Πίνακας 5.2.1: Ελάχιστες µέσες τιµές ικανοποιητικής λήψης. 102

106 Κεφάλαιο 5ο: Εκτίµηση ισχύος εκποµπής για ικανοποιητική λήψη. 5.3 ΜΕΘΟ ΟΛΟΓΙΑ. Γενικά, τα ραδιοσήµατα εξασθενούν ανάλογα µε την απόσταση από την κεραία εκποµπής. Έτσι, εκτός κι αν η περιοχή εµφανίζει απότοµες αλλαγές στο εδαφικό της ανάγλυφο, οι ελάχιστες τιµές λαµβανοµένου σήµατος θα πρέπει να επιτυγχάνονται στα όρια της περιοχής κάλυψης. Στη µελέτη εκτίµησης της ελάχιστης ισχύος εκποµπής που παρουσιάζεται στο παρόν κεφάλαιο ακολουθήθηκε η παρακάτω µεθοδολογία: Ως µοντέλο διάδοσης χρησιµοποιήθηκε αυτό που εµφάνισε τη µεγαλύτερη αξιοπιστία στις µελέτες προσοµοίωσης που διενεργήθηκαν (µικρότερες αποκλίσεις από τις πραγµατικές τιµές µέτρησης). Ελέχθησαν όλες οι προσοµοιωτικές τιµές που ελήφθησαν από το συγκεκριµένο µοντέλο και επιλέχθηκαν οι µικρότερες, για τα σηµεία εντός και εκτός πόλης αντίστοιχα. Στη συνέχεια διενεργήθηκαν επαναλαµβανόµενες αναλύσεις, πάντα µε το συγκεκριµένο µοντέλο, µεταβάλλοντας κάθε φορά την ισχύ της κεραίας εκποµπής και ελέγχοντας σε κάθε βήµα αν η τιµή της λαµβανοµένης έντασης στα επιλεγµένα σηµεία πληροί τα όρια ικανοποιητικής λήψης που θέτει η CCIR (για Στερεοφωνικές µεταδόσεις). Για την τιµή ισχύος που βρέθηκε ότι ικανοποιεί τα προαναφερθέντα όρια στα συγκεκριµένα σηµεία, έγινε έλεγχος τιµών και σε όλα τα υπόλοιπα σηµεία µέτρησης της περιοχής µελέτης, για να διαπιστωθεί αν κι αυτά βρίσκονταν πάνω από τα όρια. Εφόσον τα κριτήρια αυτά ικανοποιούνταν, η συγκεκριµένη τιµή ισχύος ορίσθηκε ως η ελάχιστη απαιτούµενη για ικανοποιητική λήψη. 103

107 Κεφάλαιο 5ο: Εκτίµηση ισχύος εκποµπής για ικανοποιητική λήψη. 5.4 ΙΑ ΙΚΑΣΙΑ - ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ. Το µοντέλο διάδοσης που παρουσίασε, κατά µέσο όρο, τις µικρότερες αποκλίσεις από τις πραγµατικές τιµές είναι το FCC-EDX 1. Έτσι, επιλέχθηκε αυτό για τη διεξαγωγή της µελέτης. Στη συνέχεια εξετάστηκαν οι τιµές που απέδωσε το συγκεκριµένο σε όλα τα σηµεία µέτρησης 2. Για την εκτός πόλης περιοχή, η µικρότερη τιµή εµφανίζεται στην τοποθεσία ΠΕΡΑΙΑ - ΡΑΝΤΑΡ (84.6 dbµv/m), ενώ για την εντός πόλης, η µικρότερη εµφανίζεται στην τοποθεσία ΚΟΡ ΕΛΙΟ - ΕΡΓ. ΦΙΛΙΠΠΟΥ (96.8 dbµv/m). Σκοπός της µελέτης είναι να καταλήξει σε τιµές, στα δύο προαναφερθέντα σηµεία, που θα πληρούν τα όρια της CCIR, δηλαδή τιµές 54 και 66 dbµv/m αντίστοιχα (η τιµή των 74 dbµv/m αναφέρεται σε µεγάλα αστικά κέντρα, όπου κυριαρχούν τα πολύ ψηλά κτίρια, γεγονός που δεν συναντάται στην πόλη της Θεσσαλονίκης, µέγιστο ύψος κτιρίων µέτρα). Οι τιµές των δύο σηµείων αναφέρονται σε ισχύ εκποµπής dbw (500kW) και βρίσκονται πάνω από τα όρια της ικανοποιητικής λήψης. Για το λόγο αυτό, θα ακολουθηθεί µείωση της ισχύος µε βήµα ανάλογο της τιµής πάνω από το όριο που εµφανίζουν τα δύο σηµεία. Μετά από επαναλαµβανόµενες αναλύσεις, οι τιµές λαµβανοµένου σήµατος σε αντιστοιχία µε τις τιµές ισχύος εκποµπής παρουσιάζονται στον πίνακα Βλέπε Κεφάλαιο Βλέπε Πίνακες

108 Κεφάλαιο 5ο: Εκτίµηση ισχύος εκποµπής για ικανοποιητική λήψη. ΙΣΧΥΣ ΕΚΠΟΜΠΗΣ (dbw) ΠΕΡΑΙΑ (dbµv/m) ΚΟΡ ΕΛΙΟ (dbµv/m) Πίνακας 5.4.1: Ισχύς εκποµπής και αντίστοιχες λαµβανοµένης έντασης. Όπως φαίνεται από τον παραπάνω πίνακα, για ισχύ εκποµπής 26.4 dbw εξακολουθούν να πληρούνται τα όρια τόσο εντός, όσο και εκτός πόλης. Για τη συγκεκριµένη τιµή της ισχύος, οι τιµές που εµφανίζονται στα υπόλοιπα σηµεία µέτρησης παρουσιάζονται στον πίνακα Από τον έλεγχο των τιµών σε όλα τα υπόλοιπα σηµεία µέτρησης της περιοχής µελέτης, διαπιστώνουµε ότι κι αυτά βρίσκονται πάνω από τα όρια. Εφόσον λοιπόν τα απαιτούµενα κριτήρια ικανοποιούνται παντού, η συγκεκριµένη τιµή ισχύος (26.4 dbw) ορίζεται ως η ελάχιστη απαιτούµενη για ικανοποιητική λήψη. Παρατηρούµε ότι µε µια τιµή ισχύος εκποµπής µικρότερη από τη µισή της αρχικής, εξακολουθούµε να έχουµε ικανοποιητική λήψη σε ολόκληρη την περιοχή µελέτης. εδοµένου το ότι όλα τα µοντέλα εµφανίζουν µία υπερεκτίµηση των απωλειών διάδοσης οι πραγµατικές τιµές περιµένουµε να είναι υψηλότερες των προσοµοιωτικών. Το γεγονός αυτό, ενισχύει τον ισχυρισµό µας ότι µε την συγκεκριµένη ισχύ εκποµπής επιτυγχάνουµε σίγουρα ικανοποιητική λήψη. 105

109 Κεφάλαιο 5ο: Εκτίµηση ισχύος εκποµπής για ικανοποιητική λήψη. ΤΟΠΟΘΕΣΙΑ ΕΝΤΟΣ ΠΟΛΗΣ (dbµv/m) ΕΚΤΟΣ ΠΟΛΗΣ (dbµv/m) ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ 72.5 ΚΑΣΤΡΑ (ΠΟΡΤΑΡΑ) 71.5 ΣΙΝ ΟΣ (ΒΙΟΜ. ΠΕΡ.) ΑΕΡΟ ΡΟΜΙΟ "ΜΑΚΕ ΟΝΙΑ" ΤΟΥΜΠΑ (ΓΗΠΕ Ο ΠΑΟΚ) 73.1 ΠΥΛΑΙΑ (ΣΧΟΛΕΙΑ) 71.6 ΣΙ ΗΡΟ ΡΟΜΙΚΟΣ ΣΤΑΘΜΟΣ ΧΟΡΤΙΑΤΗΣ (ΜΟΝΑΣΤΗΡΙ) ΠΕΡΑΙΑ (ΡΑΝΤΑΡ) ΦΙΛΛΙΡΟ 66.8 ΚΑΛΑΜΑΡΙΑ (ΑΚΤΗ) 67.8 ΠΑΝΟΡΑΜΑ (ΓΗΠ. ΠΟ ΟΣΦ.) 75.6 ΚΑΛΑΜΑΡΙΑ ( ΗΜΑΡΧΕΙΟ) ΘΕΑΓΕΝΕΙΟ ΝΟΣΟΚΟΜΕΙΟ 66.8 ΑΣΒΕΣΤΟΧΩΡΙ ΝΕΑ ΕΛΒΕΤΙΑ (ΠΑΡΚΟ) 71 ΜΑΚΕ ΟΝΙΑ PALACE 71.6 ΧΟΡΤΙΑΤΗΣ (ΣΧΟΛΕΙΟ) ΧΟΡΤΙΑΤΗΣ (ΠΑΡΚΟ ΚΕΡΑΙΩΝ) ΒΑΡ ΑΡΗΣ (ΠΛΑΤΕΙΑ) 70.2 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΟΥΣ (ΠΛΑΤΕΙΑ) ΚΟΡ ΕΛΙΟ (ΕΡΓ. ΦΙΛΛΙΠΟΥ) ΣΤΑΥΡΟΥΠΟΛΗ ( ΙΑΣΤΑΥΡΩΣΗ) Πίνακας 5.4.2: Τιµές των σηµείων µέτρησης για ισχύ εκποµπής ίση µε 26.4 dbw. 106

110 Συµπεράσµατα. Συµπεράσµατα. Είναι η πρώτη φορά που διενεργούνται προσοµοιωτικές µελέτες ραδιοκάλυψης που αφορούν την περιοχή της Θεσσαλονίκης. Για το λόγο αυτό η εργασία αυτή µπορεί να θεωρηθεί ως µία πρώτη προσπάθεια αποτίµησης και αξιολόγησης του λογισµικού που χρησιµοποιήθηκε καθώς και των διαφορετικών µοντέλων διάδοσης που αυτό παρέχει. Σηµαντικό βοήθηµα στην προσπάθεια αυτή ήταν η ύπαρξη πραγµατικών µετρήσεων στην προαναφερθείσα περιοχή και η δυνατότητα της άµεσης σύγκρισής τους µε τα αποτελέσµατα των προσοµοιωτικών µελετών. Η σύγκριση αυτή έδειξε ότι, ανεξαρτήτως του χρησιµοποιούµενου µοντέλου διάδοσης, οι πραγµατικές τιµές υπέρκεινται όλων αυτών που προέρχονται από τις αναλύσεις, σε όλα τα σηµεία της περιοχής µέτρησης. Στο σηµείο αυτό θα πρέπει να παρατηρήσουµε τις εν γένει αδυναµίες που παρουσιάζουν οι προσοµοιώσεις που διενεργήθηκαν: Η προσοµοίωση ενός ολόκληρου πάρκου κεραιών µε µία και µόνη κεραία, η οποία εκπέµπει φυσικά σε µία συχνότητα, ενώ στο πάρκο συνυπάρχουν κεραίες που καλύπτουν ένα ευρύ φάσµα συχνοτήτων. Η συµµετοχή, στις τιµές που µετρήθηκαν, και πολλών άλλων ποµπών που υπάρχουν στην ευρύτερη περιοχή µελέτης. Η επίδραση των κλιµατολογικών συνθηκών που επικρατούσαν στις περιοχές µέτρησης κατά την διεξαγωγή των µετρήσεων αυτών. Η µη δυνατότητα συνυπολογισµού στις προσοµοιωτικές µελέτες του ανθρωπογενή θορύβου (man-made noise) Η ελλιπής γνώση των παραµέτρων της διαδικασίας των µετρήσεων (λήψη σε ταράτσα κτιρίου ή πίσω από τοίχο). Τα σφάλµατα που ενδεχοµένως υπεισέρχονται στις προσοµοιώσεις λόγω αποκλίσεων στο εδαφικό ανάγλυφο του χάρτη που χρησιµοποιήθηκε. Τα περισσότερα από τα µοντέλα ακολουθούν σχετικά την καµπυλότητα που παρουσιάζει το διάγραµµα των πραγµατικών µετρήσεων. Ιδιαίτερα δε στην περιοχή 107

111 Συµπεράσµατα. εντός των ορίων πόλεως, σχεδόν όλα τα µοντέλα επιδεικνύουν µια σταθερότητα στις αποκλίσεις που παρουσιάζουν, διατηρώντας µια σχετικά σταθερή διαφορά από τις πραγµατικές τιµές µέτρησης. Επιχειρώντας µια αποτίµησή τους θα πρέπει να γίνει ιδιαίτερη αναφορά στο µοντέλο FCC-EDX. Παρουσίασε το µικρότερο µέσο όρο διαφορών συνολικά, ενώ και στις επιµέρους µετρήσεις έδειξε µια αξιοσηµείωτη σταθερότητα ως προς τις αποκλίσεις που παρουσίασε. Από τα υπόλοιπα, τα περισσότερα µοντέλα παρουσίασαν παρόµοια συµπεριφορά µε το προαναφερθέν, παρουσιάζοντας όµως σε κάποια σηµεία µεγαλύτερες αποκλίσεις, ιδιαίτερα στις εκτός πόλης περιοχές. Εξαίρεση αποτέλεσε το TIREM-EDX, το οποίο επέδειξε εντελώς διαφορετική συµπεριφορά από όλα τα υπόλοιπα. Απέδωσε πολύ µεγάλες απώλειες σε όλη σχεδόν την περιοχή µελέτης και κατάφερε να ακολουθήσει τις πραγµατικές µετρήσεις µόνο σε ορισµένα σηµεία εκτός πόλης. Θα πρέπει να αναφερθεί ότι η συνεισφορά της εδαφικής ανάκλασης και διάθλασης στις προσοµοιωτικές µετρήσεις που διενεργήθηκαν εµφανίστηκε σχετικά αµελητέα. Συνοψίζοντας, µε βάση τα παραπάνω, η συνολική εικόνα που παρουσιάζεται είναι θετική. Τα περισσότερα από τα µοντέλα του λογισµικού µπορούν να διεξάγουν αναλύσεις, αποδίδοντας σχετικά αξιόπιστα αποτελέσµατα. Γνωρίζοντας τι τάξη µεγέθους αποκλίσεων παρουσιάζουν, µπορούµε να εξαγάγουµε σχετικά ασφαλή συµπεράσµατα από τις µελέτες µας. Αυτό µπορεί να καταστεί δυνατό µέσω επιπλέον µελετών προς την κατεύθυνση της όσο γίνεται πιστότερης αποτύπωσης των τηλεπικοινωνιακών συστηµάτων που υπάρχουν στην περιοχή. Με τον τρόπο αυτό θα µειωθεί και θα σταθεροποιηθεί ακόµα περισσότερο το εύρος των αποκλίσεων τους. 108

112 Παράρτηµα Α: Οµοσπονδιακή Επιτροπή Επικοινωνιών (παράγραφος ) Παράρτηµα Α Οµοσπονδιακή Επιτροπή Επικοινωνιών (παράγραφος ). Η µέθοδος 1 χρησιµοποιείται για τον υπολογισµό της ηµίσειας τιµής της εντάσεως πεδίου ραδιοκυµάτων. ΜΕΘΟ ΟΣ 1: ένταση πεδίου ραδιοκύµατος, για 50% του χρόνου (SS+6) Η ένταση αυτή, F c (50), για µία χαρακτηριστική ένταση πεδίου τιµής 100mV/m και σε απόσταση 1 Km δίνεται από τον τύπο: D F = D π+ φ db µ V m c(50) ( log ) ( tan Μ) ( / ) (1) Η απόσταση D δίνεται από τον τύπο: 2 D = 40,000 + d Km (2) Το γεωµαγνητικό γεωγραφικό πλάτος του µέσου σηµείου της διαδροµής, Φ Μ, δίνεται από τον: Φ = a + a + b rees Μ 0 0 arcsin[sin M sin 78.5 cos M cos 78.5 cos(69 M)] deg (3) 0 Η απόσταση d είναι: d = d Km (4) Όπου: µε: 0 d = arccos[sinat sinar + cosat cosar cos( br bt)] degrees (5) a T : το γεωγραφικό πλάτος του σταθµού εκποµπής (σε µοίρες) a R : το γεωγραφικό πλάτος του σταθµού λήψης (σε µοίρες) 109

113 Παράρτηµα Α: Οµοσπονδιακή Επιτροπή Επικοινωνιών (παράγραφος ) b T : το γεωγραφικό µήκος του σταθµού εκποµπής (σε µοίρες) b R : το γεωγραφικό µήκος του σταθµού λήψης (σε µοίρες) a M : το γεωγραφικό πλάτος της d το οποίο δίνεται από τον τύπο: d d sinat sinar cosd am = 90 arccos sinarcos cosarsin cosar sind (6) b M : το γεωγραφικό µήκος της d το οποίο δίνεται από τον τύπο: 0 d cos sinar sina M 2 bm = br + k arccos cosar cosa M (7) Σηµείωση 1: εάν F M είναι µεγαλύτερη των 60 µοιρών, τότε η εξίσωση (1) αποτιµάται για τιµή F M =60 µοίρες. Σηµείωση 2: Βορράς και Ανατολή λαµβάνονται ως θετικά ενώ Νότος και ύση ως αρνητικά. Σηµείωση 3: στην εξίσωση (7), για διαδροµές από δύση προς ανατολή, θέτεται Κ= -1 (π.χ b R > b T ), αλλιώς Κ= -1. Η Μέθοδος 2 χρησιµοποιείται για τον υπολογισµό του 10% των τιµών έντασης πεδίου ραδιοκύµατος. ΜΕΘΟ ΟΣ 2: ένταση πεδίου ραδιοκύµατος, 10%του χρόνου (SS+6) Η ένταση πεδίου, F c (10), δίνεται από : όπου: =6 όταν F M < 40 =0.2 F M -2 όταν F(10) = F(50) + db( µ V / m) c F Μ c (8) 110

114 Παράρτηµα Α: Οµοσπονδιακή Επιτροπή Επικοινωνιών (παράγραφος ) = 10 όταν F M > 60 Η εικόνα 6 απεικονίζει γωνία εκκίνησης σαν συνάρτηση του εύρους λήψεως. Αυτές οι γωνίες µπορούν να υπολογισθούν χρησιµοποιώντας τον τύπο: θ d d = tan kn cot (9) όπου: d= η απόσταση σε χιλιόµετρα n=1 για 50% τιµών εντάσεως πεδίου n=2 ή 3 για 10% τιµών εντάσεως πεδίου και όπου: Κ 1 = Κ 2 = Κ 3 =

115 Παράρτηµα Α: Οµοσπονδιακή Επιτροπή Επικοινωνιών (παράγραφος ) Εικόνα 1 112

116 Παράρτηµα Α: Οµοσπονδιακή Επιτροπή Επικοινωνιών (παράγραφος ) Εικόνα 2 113

117 Παράρτηµα Α: Οµοσπονδιακή Επιτροπή Επικοινωνιών (παράγραφος ) Εικόνα 3 114

118 Παράρτηµα Α: Οµοσπονδιακή Επιτροπή Επικοινωνιών (παράγραφος ) Εικόνα 4 115

119 Παράρτηµα Α: Οµοσπονδιακή Επιτροπή Επικοινωνιών (παράγραφος ) Εικόνα 5 116

120 Παράρτηµα Α: Οµοσπονδιακή Επιτροπή Επικοινωνιών (παράγραφος ) Εικόνα

121 Παράρτηµα Α: Οµοσπονδιακή Επιτροπή Επικοινωνιών (παράγραφος ) Εικόνα 7 118

122 Παράρτηµα Α: Οµοσπονδιακή Επιτροπή Επικοινωνιών (παράγραφος ) Εικόνα 8 119

123 Παράρτηµα Α: Οµοσπονδιακή Επιτροπή Επικοινωνιών (παράγραφος ) Εικόνα

124 Παράρτηµα Α: Οµοσπονδιακή Επιτροπή Επικοινωνιών (παράγραφος ) Εικόνα

125 Παράρτηµα Α: Οµοσπονδιακή Επιτροπή Επικοινωνιών (παράγραφος ) Εικόνα

126 Παράρτηµα Α: Οµοσπονδιακή Επιτροπή Επικοινωνιών (παράγραφος ) Εικόνα

127 Παράρτηµα Α: Οµοσπονδιακή Επιτροπή Επικοινωνιών (παράγραφος ) Εικόνα