ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΕΙΚΟΝΙΚΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ ΓΙΑ ΤΟΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟ ΤΩΝ ΑΠΩΛΕΙΩΝ ΙΣΧΥΟΣ ΜΕ ΒΑΣΗ ΤΙΣ ΣΥΣΤΑΣΕΙΣ ΤΗΣ ITU-R ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ : ΕΠΙΚΟΥΡΟΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ κ. ΞΕΝΟΣ ΘΩΜΑΣ ΤΣΙΑΜΠΑΛΗ ΘΕΤH 3847 ΣΕΛΕΒΙΣΤΑΣ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ 3983 ΡΑΠΤΗΣ ΒΕΛΙΣΣΑΡΙΟΣ 4221 ΜΑΖΙΩΤΗΣ ΣΤΥΛΙΑΝΟΣ 4172 ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ ΙΟΥΛΙΟΣ 2005

2 Π Ε Ρ Ι Ε Χ Ο Μ Ε Ν Α ΕΙΣΑΓΩΓΗ...1 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 : ΑΣΥΡΜΑΤΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Ασύρµατες ζεύξεις Εισαγωγή : Ιστορική Αναδροµή : Ασύρµατα Ηλεκτροµαγνητικά Κανάλια : Μικροκυµατικές ζεύξεις : ορυφορικές επικοινωνίες...24 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 : ΚΕΡΑΙΕΣ 2.1 : Γενικά στοιχεία : Βασικές παράµετροι των κεραιών...36 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 : ΕΠΙ ΡΑΣΗ ΤΩΝ ΕΜΠΟ ΙΩΝ ΕΠΙ ΤΗΣ ΙΑ ΟΣΕΩΣ ΖΕΥΞΕΙΣ ΙΑ ΠΕΡΙΘΛΑΣΕΩΣ 3.1 : Εισαγωγή : Απώλειες ελευθέρου χώρου : Μέθοδοι υπολογισµού της απώλειας περίθλασης : Η ιεθνής Ένωση Τηλεπικοινωνιών ITU : Απώλειες διάδοσης λόγω περίθλασης - σύσταση ITU-R P : Περίθλαση υπεράνω εµποδίων και ανώµαλου εδάφους : Απλό αιχµηρό εµπόδιο.50

3 : Μεµονωµένο σφαιρικό εµπόδιο : ύο µεµονωµένα εµπόδια : Γενική µέθοδος για ένα η περισσότερα εµπόδια 57 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 : ΕΞΑΣΘΕΝΗΣΗ ΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡ/ΤΙΚΩΝ ΚΥΜΑΤΩΝ ΑΠΟ ΤΗΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ 4.1 : Σύσταση ατµόσφαιρας : Απώλειες διάδοσης στην ατµόσφαιρα : Εξασθένηση λόγω συννεφιάς και οµίχλης (ITU P.840-3) : Ειδικός συντελεστής εξασθένησης : Εξασθένηση λόγω βροχής (ITU P.838-1)..69 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 : ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΕΙΚΟΝΙΚΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ 5.1 : Απαιτούµενες προδιαγραφές της υλοποίησης του εικονικού εργαστηρίου της Ασύρµατου Ι : Εργαλεία προγραµµατισµού για την ανάπτυξη της εφαρµογής JAVA H γλώσσα του Ιnternet Η τεχνολογία των JavaServer Pages : Πηγαίοι κώδικες των κλάσεων για τον υπολογισµό των απωλειών ισχύος : Πηγαίος κώδικας υπολογισµού των απωλειών ισχύος λόγω ύπαρξης απλού αιχµηρού εµποδίου : Πηγαίος κώδικας υπολογισµού των απωλειών ισχύος λόγω ύπαρξης πολλαπλού εµποδίου : Πηγαίος κώδικας υπολογισµού των απωλειών ισχύος λόγω ύπαρξης διπλού εµποδίου : Πηγαίος κώδικας υπολογισµού των απωλειών ισχύος λόγω ύπαρξης σφαιρικού εµποδίου 101

4 5.3.5 : Πηγαίος κώδικας υπολογισµού των απωλειών ισχύος λόγω βροχής : Πηγαίος κώδικας υπολογισµού των απωλειών ισχύος λόγω ύπαρξης οµίχλης-συννεφιάς Λειτουργία του εικονικού εργαστηρίου 107 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ - ΑΝΑΦΟΡΕΣ

5 Εισαγωγή Σκοπός της διπλωµατικής εργασίας είναι η δηµιουργία ενός εικονικού εργαστηρίου, στα πλαίσια του µαθήµατος της Ασυρµάτου Τηλεπικοινωνίας ΙΙ. Στόχος του εργαστηρίου είναι ο υπολογισµός των απωλειών ισχύος που προκύπτουν από την παρουσία εµποδίων και από την επίδραση της ατµόσφαιρας κατά την διάδοση των ραδιοκυµάτων. Ο υπολογισµός αυτός βασίζεται στις προδιαγραφές και στις συστάσεις της ITU-R. H διπλωµατική εργασία αποτελείται από δύο τµήµατα: A. Θεωρητική µελέτη (ΚΕΦΑΛΑΙΑ 1-4) Περιλαµβάνει γενικά στοιχεία για τις ασύρµατες ζεύξεις (µικροκυµατικές, δορυφορικές ). Επίσης παρουσιάζονται οι παρακάτω συστάσεις της ITU-R: P P P B. Προγραµµατιστικό τµήµα (ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5) Γίνεται χρήση της τεχνολογίας Java και συγκεκριµένα της Java 2, Enterprise Edition Platform (J2EE). Χρησιµοποιείται η γλώσσα προγραµµατισµού Java για την δηµιουργία των κλάσεων που υπολογίζουν τις απώλειες ισχύος. Για τον σχεδιασµό και την κατασκευή των ιστοσελίδων του εικονικού εργαστηρίου επιλέχθηκε η τεχνολογία των Java Server Pages

6 Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται µια εκτενής αναφορά στις ασύρµατες επικοινωνίες. Συγκεκριµένα αναλύονται οι ασύρµατες ζεύξεις και τα ασύρµατα ηλεκτροµαγνητικά κανάλια. Τέλος παρουσιάζονται οι µικροκυµατικές ζεύξεις και οι δορυφορικές επικοινωνίες. Στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζονται συνοπτικά τα γενικά χαρακτηριστικά των κεραιών. Στο τρίτο κεφάλαιο, αρχικά, γίνεται µια αναφορά στις απώλειες ελευθέρου χώρου και στις µεθόδους υπολογισµού των απωλειών περίθλασης. Επίσης παρατίθεται η σύσταση P της ITU-R µε τίτλο Απώλειες διάδοσης λόγω περίθλασης. Στο τέταρτο κεφάλαιο εξετάζεται η εξασθένηση των ηλεκτροµαγνητικών κυµάτων στην ατµόσφαιρα. Ειδικότερα παρουσιάζονται οι συστάσεις για την εξασθένηση λόγω συννεφιάς και οµίχλης,itu P.840-3, και για την εξασθένηση λόγω βροχής ITU P Τέλος, στο πέµπτο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι προγραµµατιστικές τεχνικές που χρησιµοποιηθήκαν για την ανάπτυξη της εφαρµογής. Αρχικά, παρουσιάζονται οι απαιτούµενες προδιαγραφές που πρέπει να ικανοποιούνται βάσει των οποίων επιλέχθηκε η τεχνολογία της Java. Στη συνέχεια, γίνεται µια γρήγορη ανασκόπηση στα πλεονεκτήµατα της χρήσης της γλώσσας προγραµµατισµού Java για την δηµιουργία των προγραµµάτων, καθώς και σε αυτά που προκύπτουν από τη χρήση της JSP τεχνολογίας για την παραγωγή µέσω ενός αιτήµατος του χρήστη του δυναµικού περιεχοµένου των σελίδων των αποτελεσµάτων. Γίνεται εκτενής αναφορά στους πηγαίους κώδικες όλων των κλάσεων που σχηµατίστηκαν για τον - 2 -

7 υπολογισµό των απωλειών ισχύος. Τέλος, γίνεται επίδειξη της λειτουργικότητας του site. Ολοκληρώνοντας, θέλουµε να ευχαριστήσουµε θερµά τον επίκουρο καθηγητή κ. Ξένο Θωµά για το ενδιαφέρον που επέδειξε, την συνεχή υποστήριξη του αλλά και το χρόνο που διέθεσε προσφέροντας µας σηµαντική βοήθεια και καθοδήγηση στην εκπόνηση της διπλωµατικής εργασίας

8 ΑΣΥΡΜΑΤΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑ ΡΟΜΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Ασύρµατες ζεύξεις Εισαγωγή Οι ασύρµατες ζεύξεις είναι ένας από τους σηµαντικότερους τρόπους µετάδοσης που χρησιµοποιούνται αρκετά, ιδίως µετά το µέσον του 20ού αιώνα. Τα radio link, τα sky waves, τα ground waves, τα µικροκύµατα, οι δορυφορικές και οι κινητές επικοινωνίες είναι όροι που συναντώνται συχνά εκφράζοντας ασύρµατες ζεύξεις. Βασικό πλεονέκτηµα των ασύρµατων ζεύξεων είναι η µη εξάρτηση τους από τα υλικά µέσα, δηλαδή τα µεταλλικά καλώδια και τις οπτικές ίνες. Στα µειονεκτήµατα τους καταλογίζεται η µεγάλη ισχύς που απαιτούν οι ποµποί για την µετάδοση, η ευαισθησία σε παρεµβολές θορύβου και η χαµηλή ασφάλεια της πληροφορίας, αφού οποιοσδήποτε µπορεί να λαµβάνει τα εκπεµπόµενα σήµατα χρησιµοποιώντας απλώς µια κεραία και ένα δέκτη. Η ασύρµατη επικοινωνία κατ' αρχήν αναπτύχθηκε κυρίως για µετάδοση φωνής και τηλεοπτικών σηµάτων. Σήµερα χρησιµοποιείται ευρέως για όλες τις µορφές τηλεπικοινωνιών

9 ΑΣΥΡΜΑΤΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑ ΡΟΜΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ Ιστορική Αναδροµή Η ανάπτυξη των ασύρµατων επικοινωνιών έχει τις ρίζες της στις εργασίες των Oersted, Faraday, Gauss, Maxwell και Hertz. To 1820, ο Oersted έδειξε ότι ένα ηλεκτρικό ρεύµα παράγει ένα µαγνητικό πεδίο. Στις 29 Αυγούστου του 1831, ο Michael Faraday έδειξε ότι κινώντας ένα µαγνήτη κοντά σε έναν αγωγό παράγεται ένα επαγώµενο ρεύµα. Έτσι, απέδειξε ότι ένα µεταβαλλόµενο µαγνητικό πεδίο προκαλεί ένα ηλεκτρικό πεδίο. Με αυτήν την πρόδροµη εργασία ως βάση, ο James C. Maxwell το 1864 προέβλεψε την ύπαρξη ηλεκτροµαγνητικής ακτινοβολίας και διατύπωσε τη βασική ηλεκτροµαγνητική θεωρία του, η οποία βρίσκεται σε χρήση εδώ και περισσότερο από έναν αιώνα. Η θεωρία Maxwell επαληθεύτηκε πειραµατικά από τον Hertz το Το 1894, µια ευαίσθητη διάταξη ονοµαζόµενη coherer, η οποία µπορούσε να συλλαµβάνει ραδιοσήµατα, χρησιµοποιήθηκε από τον εφευρέτη της, τον Oliver Lodge, για να επιδειχθεί ασύρµατη επικοινωνία σε απόσταση περίπου 140 m, στην Οξφόρδη της Αγγλίας. Ο Guglielmo Marconi έγινε διάσηµος για την ανάπτυξη της ασύρµατης τηλεγραφίας. Ο Marconi το 1895 επέδειξε ασύρµατη µετάδοση ραδιοσηµάτων σε µια απόσταση περίπου 2 χιλιοµέτρων. ύο χρόνια αργότερα, το 1897, πήρε ευρεσιτεχνία για ένα σύστηµα ραδιο-τηλεγραφίας και ίδρυσε την Wireless Telegraph and Signal Company. Στις 12 εκεµβρίου του 1901, ο Marconi έκανε στο Signal Hill του Newfoundland, λήψη ραδιοσήµατος που είχε εκπεµφθεί από το Cornwall της Αγγλίας, από απόσταση περίπου 1700 µιλίων

10 ΑΣΥΡΜΑΤΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑ ΡΟΜΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Η εφεύρεση της λυχνίας κενού συνέβαλε ιδιαίτερα στην ανάπτυξη των συστηµάτων ραδιοεπικοινωνιών. Η δίοδος κενού εφευρέθηκε από τον Fleming το 1904 και η τρίοδος ενισχύτρια λυχνία κενού από τον Lee de Forest το 1906, όπως αναφέρθηκε και πιο πάνω. Η εφεύρεση της τριόδου κατέστησε δυνατή τη ραδιοφωνία στις αρχές του εικοστού αιώνα. Η ραδιοφωνία διαµόρφωσης πλάτους (amplitude modulation, AM) εγκαινιάστηκε το 1920 όταν ο ραδιοσταθµός KDKA του Pittsburg, βγήκε στον αέρα. Από τη χρονολογία αυτή και έπειτα η ραδιοφωνία AM αναπτύχθηκε γρήγορα στις ΗΠΑ και σε ολόκληρο τον κόσµο. Ο υπερετερόδυνος AM ραδιοδέκτης (superheterodyne AM receiver), όπως τον γνωρίζουµε και σήµερα, εφευρέθηκε από τον Edwin Armstrong κατά τη διάρκεια του Πρώτου Παγκοσµίου Πολέµου. Μια άλλη σηµαντική πρόοδος στις ραδιοεπικοινωνίες προήλθε από την εφεύρεση της διαµόρφωσης συχνότητας (frequency modulation, FM) και πάλι από τον Armstrong. Το 1933 ο Armstrong κατασκεύασε και επέδειξε το πρώτο σύστηµα επικοινωνίας FM. Η χρήση όµως του FM επεκτάθηκε µε βραδύτητα συγκριτικά µε εκείνη της ραδιοφωνίας AM. Ήταν ανύπαρκτη µέχρι το τέλος του ευτέρου Παγκοσµίου Πολέµου οπότε η ραδιοφωνία FM έγινε δηµοφιλής και αναπτύχθηκε εµπορικά. Το πρώτο σύστηµα τηλεόρασης κατασκευάστηκε στις ΗΠΑ από τον V. Κ. Zworykin και επιδείχθηκε το Η εµπορική εκποµπή τηλεόρασης άρχισε στο Λονδίνο το 1936 από το BBC (British Broadcasting Corporation). Πέντε χρόνια αργότερα η FCC (Federal Communications Commision) έδωσε έγκριση τηλεοπτικής εκποµπής στις ΗΠΑ

11 ΑΣΥΡΜΑΤΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑ ΡΟΜΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Τα Πενήντα Τελευταία Χρόνια: Η ανάπτυξη των τηλεπικοινωνιακών υπηρεσιών τα τελευταία πενήντα χρόνια ήταν εκπληκτική. Η εφεύρεση του transistor το 1947 από τους Walter Brattain, John Bardeen και William Shockley, του ολοκληρωµένου κυκλώµατος το 1958 από τους Jack Kilby και Robert Noyce, και του laser από τους Townes και Schawlow το 1958, έκαναν δυνατή την ανάπτυξη ηλεκτρονικών κυκλωµάτων µικρών-διαστάσεων, χαµηλήςισχύος, µικρού-βάρους και υψηλού ρυθµού λειτουργίας, που χρησιµοποιήθηκαν στην κατασκευή συστηµάτων δορυφορικών Καλώδια οπτικών ινών επικοινωνιών, συστηµάτων µικροκυµατικών ραδιοζεύξεων ευρείαςζώνης και συστηµάτων οπτικών επικοινωνιών µε χρήση καλωδίων οπτικών ινών. Ο δορυφόρος Telestar Ι τέθηκε σε τροχιά το 1962 και χρησιµοποιήθηκε ως αναµεταδότης σήµατος TV µεταξύ Ευρώπης και ΗΠΑ. Υπηρεσίες εµπορικών επικοινωνιών µέσω δορυφόρου ξεκίνησαν το 1965 µε την εκτόξευση του δορυφόρου Early Bird. Ηellas Sat - 7 -

12 ΑΣΥΡΜΑΤΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑ ΡΟΜΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Πρόσφατα, τα περισσότερα ενσύρµατα συστήµατα επικοινωνιών αντικαθίστανται από καλώδια οπτικών ινών που παρέχουν εξαιρετικά µεγάλο εύρος-ζώνης καθιστώντας δυνατή τη µετάδοση µεγάλης ποικιλίας υπηρεσιών φωνής, δεδοµένων, video και πολυµέσων. Η κυψελωτή ραδιοεπικοινωνία κινητών έχει αναπτυχθεί προσφέροντας υπηρεσίες φωνής σε συνδροµητές που κινούνται µε αυτοκίνητα, τραίνα και λεωφορεία. ίκτυα υψίρρυθµων επικοινωνιών συνδέουν υπολογιστές και µια ποικιλία περιφερειακών διατάξεων που είναι κατεσπαρµένες κυριολεκτικά σ' όλο τον κόσµο. Σήµερα γινόµαστε µάρτυρες µίας σηµαντικής ανάπτυξης στην εισαγωγή και χρήση υπηρεσιών προσωπικών επικοινωνιών που περιλαµβάνουν µετάδοση φωνής, δεδοµένων και video. ίκτυα δορυφόρων και οπτικών ινών παρέχουν τηλεπικοινωνιακές υπηρεσίες µεγάλου εύρους-ζώνης (πολύ υψηλού ρυθµού) περίπου σ όλο τον κόσµο. Πραγµατικά πρόκειται για την αυγή µίας νέας εποχής για τις σύγχρονες τηλεπικοινωνίες. Sutro Tower-San Francisco, California, USA - 8 -

13 ΑΣΥΡΜΑΤΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑ ΡΟΜΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Υπάρχουν διάφορες πραγµατείες του ιστορικού της ανάπτυξης της ραδιοφωνίας και των τηλεπικοινωνιών κατά τον προηγούµενο αιώνα. Αναφέρουµε τα βιβλία των Mc-Mahon µε τίτλο The Making of a Profession-Α Century of Electrical Engineering in America (IEEE Press, 1984), Ryder και Fink µε τίτλο Engineers and Electronics (IEEE Press, 1984), και S. Milraan Ed., µε τίτλο A History of Engineering and Science in the Bell System - Communications Sciences ( ) (AT& Τ Bell Laboratories, 1984)

14 ΑΣΥΡΜΑΤΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ ΑΣΥΡΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΚΑΝΑΛΙΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ Ασύρµατα Ηλεκτροµαγνητικά Κανάλια Στα συστήµατα ραδιοεπικοινωνιών, η ηλεκτροµαγνητική ενέργεια εισέρχεται στο µέσο διάδοσης µε τη βοήθεια µίας κεραίας ηλεκτροµαγνητικής ακτινοβολίας. Για να επιτευχθεί αποτελεσµατική ακτινοβόληση της ηλεκτροµαγνητικής ενέργειας η κεραία πρέπει να έχει διαστάσεις µεγαλύτερες του 1/10 του µήκους κύµατος. Συνεπώς, ένας ραδιοσταθµός που εκπέµπει στη ζώνη συχνοτήτων AM, ας πούµε σε 1 MHz (που αντιστοιχεί σε µήκος κύµατος λ = c/f c = 300 m), απαιτεί µία κεραία τουλάχιστον 30 µέτρων. Το Σχήµα 1 συνοψίζει τις διάφορες ζώνες-συχνοτήτων του ηλεκτροµαγνητικού φάσµατος, καθώς και αντίστοιχες χρήσεις τους. Ο τρόπος διάδοσης των ηλεκτροµαγνητικών κυµάτων στην ατµόσφαιρα και στον ελεύθερο χώρο µπορεί να υποδιαιρεθεί σε τρεις κατηγορίες διάδοσης: εδαφικού-κύµατος, κύµατος-χώρου (sky-wave) και οπτικής-επαφής (line-of-sight: LOS). Στις ζώνες πολύ χαµηλών συχνοτήτων VLF και ELF, όπου τα µήκη κύµατος υπερβαίνουν τα 10Km, το έδαφος και η ιονόσφαιρα δρουν ως κυµατοδηγός για την διάδοση του ηλεκτροµαγνητικού κύµατος. Στην περιοχή αυτή συχνοτήτων τα σήµατα επικοινωνίας διαδίδονται πρακτικά γύρω από όλο τον πλανήτη µας. Για το λόγο αυτό, αυτές οι ζώνες συχνοτήτων χρησιµεύουν κυρίως στο να παρέχουν βοήθεια στη ναυτιλία από την ακτή προς τα πλοία, σε όλο τον κόσµο. Το εύρος-ζώνης που διαθέτουν τα κανάλια σ' αυτές τις περιοχές συχνοτήτων είναι σχετικά µικρό (συνήθως 1-10% της κεντρικής συχνότητας) και εποµένως η πληροφορία που µεταδίδεται µέσα από τα κανάλια αυτά είναι σχετικά µικρού ρυθµού και στην πράξη περιορίζεται σε ψηφιακή µετάδοση. Ο

15 ΑΣΥΡΜΑΤΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ ΑΣΥΡΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΚΑΝΑΛΙΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 τύπος θορύβου που επικρατεί στις συχνότητες αυτές είναι αυτός που γεννιέται από τους κεραυνούς σ' όλο τον κόσµο και ιδιαίτερα στις τροπικές περιοχές. Επίσης προκύπτουν παρεµβολές λόγω των πολλών χρηστών σε αυτές τις ζώνες συχνοτήτων. Η διάδοση εδαφικού κύµατος που σκιαγραφείται στο Σχήµα 2 είναι ο επικρατέστερος τρόπος διάδοσης για τις συχνότητες στη ζώνη των µεσαίων συχνοτήτων (MF) (0.3-3 MHz). Αυτή είναι η ζώνη συχνοτήτων που χρησιµοποιείται για AM ραδιοφωνία και ναυτιλιακές ραδιοεκποµπές. Στη ραδιοφωνία AM, η περιοχή κάλυψης µε διάδοση εδαφικού κύµατος ακόµα και µε τον πιο ισχυρό ραδιοσταθµό είναι περιορισµένη σε περίπου 100 µίλια. Οι κύριες διαταραχές που επικρατούν στη ζώνη αυτή είναι ατµοσφαιρικός θόρυβος, θόρυβος από ανθρώπινες δραστηριότητες man-made noise και θερµικός θόρυβος από τα ηλεκτρονικά δοµικά στοιχεία του δέκτη. Η διάδοση µε κύµα-χώρου, όπως φαίνεται στο Σχήµα 3 προκύπτει από µεταδιδόµενα σήµατα ανακλώµενα (ακριβέστερα εκτρεπόµενα ή διαθλώµενα) από την ιονόσφαιρα, η οποία

16 ΑΣΥΡΜΑΤΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ ΑΣΥΡΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΚΑΝΑΛΙΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 αποτελείται από µερικά στρώµατα µε φορτισµένα σωµατίδια (ιόντα) σε ύψη µίλια επάνω από την επιφάνεια του εδάφους. Κατά τη διάρκεια της ηµέρας η θέρµανση της κατώτερης ατµόσφαιρας από τον ήλιο προκαλεί το σχηµατισµό των κατώτερων στρωµάτων σε ύψος κάτω των 75 µιλίων. Αυτά τα κατώτερα στρώµατα, ιδιαίτερα το λεγόµενο στρώµα-d, απορροφά τις συχνότητες κάτω των 2 MHz, περιορίζοντας έτσι σοβαρά την εµβέλεια της διάδοσης του κύµατοςχώρου των ραδιοσταθµών AM. Όµως, κατά τη διάρκεια των βραδινών ωρών η ηλεκτρονική πυκνότητα των κατώτερων στρωµάτων της ιονόσφαιρας µειώνεται απότοµα και η απορρόφηση συχνοτήτων που εµφανίζεται κατά τη διάρκεια της ηµέρας περιορίζεται σηµαντικά

17 ΑΣΥΡΜΑΤΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ ΑΣΥΡΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΚΑΝΑΛΙΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Σχήµα 1: Περιοχές συχνοτήτων για ασύρµατα ηλεκτροµαγνητικά κανάλια Ως αποτέλεσµα, οι ισχυροί ραδιοσταθµοί AM µπορούν να µεταδίδονται σε µεγάλες αποστάσεις µέσω του κύµατος-χώρου, µετά από ανάκλαση στο στρώµα-f της ιονόσφαιρας, που βρίσκεται αρκετά ψηλά σε απόσταση µιλίων από την επιφάνεια του εδάφους

18 ΑΣΥΡΜΑΤΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ ΑΣΥΡΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΚΑΝΑΛΙΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Σχήµα 2 : Αναπαράσταση διάδοσης εδαφικού-κύµατος. Σχήµα 3 : Αναπαράσταση διάδοσης κύµατος-χώρου (sky-wave propagation). Ένα πρόβληµα που εµφανίζεται συχνά µε την ηλεκτροµαγνητική µετάδοση µέσω του κύµατος-χώρου στις συχνότητες HF (υψηλές συχνότητες, δηλαδή, τα "βραχέα"), είναι η λήψη σήµατος πολλαπλών διαδροµών (signal multipath). Σήµα πολλαπλών διαδροµών εµφανίζεται όταν το εκπεµπόµενο σήµα

19 ΑΣΥΡΜΑΤΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ ΑΣΥΡΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΚΑΝΑΛΙΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 φθάνει στο δέκτη µέσω πολλών διαδροµών διάδοσης διαφορετικών καθυστερήσεων. Στην περίπτωση χρήσης συστήµατος ψηφιακών επικοινωνιών το σήµα πολλαπλών διαδροµών έχει ως αποτέλεσµα την αλληλοπαρεµβολή συµβόλων. Επιπλέον, τα συνιστώντα σήµατα που φθάνουν µέσω διαφορετικών διαδροµών µπορεί να συµβάλλουν αφαιρετικά, οδηγώντας στο φαινόµενο που ονοµάζουµε διαλείψεις σήµατος (signal fading) που ο περισσότερος κόσµος γνωρίζει όταν ακούει µακρινό ραδιοσταθµό τη νύχτα, όταν επικρατεί το κύµα-χώρου ως τρόπος διάδοσης. Στα κύµατα HF έχουµε ως προσθετικό θόρυβο ένα συνδυασµό ατµοσφαιρικού και θερµικού θορύβου. Το ιονοσφαιρικό κύµα-χώρου παύει να υπάρχει σε συχνότητες µεγαλύτερες των 30 MHz που είναι το τέλος της ζώνης HF κι' αυτό γιατί στις συχνότητες αυτές η ιονόσφαιρα ενγένει δεν ανακλά. Εντούτοις, είναι δυνατόν να έχουµε ιονοσφαιρική διάδοση µε "σκέδαση" (scatter propagation) για συχνότητες της περιοχής MHz, προερχόµενη από σκέδαση του σήµατος αυτού σε κατώτερα διαχέοντα ιονοσφαιρικά στρώµατα. Είναι επίσης δυνατό να επικοινωνήσουµε µέχρις απόσταση πολλών εκατοντάδων µιλίων χρησιµοποιώντας τροποσφαιρική σκέδαση σε συχνότητες της περιοχής MHz. Η τροποσφαιρική σκέδαση οφείλεται σε σκέδαση σήµατος επάνω σε σωµατίδια στην ατµόσφαιρα, σε ύψος 10 µιλίων ή λιγότερο. Γενικά, τόσο η ιονοσφαιρική όσο και η τροποσφαιρική σκέδαση συνεπάγεται µεγάλες απώλειες κατά τη διαβίβαση του σήµατος και εποµένως απαιτούν µεγάλη ποσότητα εκπεµπόµενης ισχύος και σχετικά υψηλής κατευθυντικότητας κεραίες µεγάλων διαστάσεων

20 ΑΣΥΡΜΑΤΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ ΑΣΥΡΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΚΑΝΑΛΙΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Οι συχνότητες άνω των 30 MHz διαδίδονται µέσα από την ιονόσφαιρα µε σχετικά µικρές απώλειες πράγµα που καθιστά δυνατές τις επικοινωνίες µε δορυφόρους και µε αποµακρυσµένα διαστηµικά οχήµατα. Εποµένως, σε συχνότητες της ζώνης VHF και πάνω ο τρόπος ηλεκτροµαγνητικής διάδοσης που επικρατεί είναι η διάδοση οπτικής-επαφής (LOS). Για συστήµατα επίγειων επικοινωνιών αυτό σηµαίνει ότι ο ποµπός και η κεραία λήψης πρέπει να είναι σε απευθείας οπτική επαφή µε ελάχιστα ή καθόλου εµπόδια. Για το λόγο αυτό, οι σταθµοί εκποµπής τηλεόρασης στις ζώνες VHF και UHF, υπερυψώνουν τις κεραίες τους µε τη βοήθεια υψηλών ιστών ή πύργων, προκειµένου να επιτύχουν µεγάλη περιοχή κάλυψης. Γενικά, η περιοχή κάλυψης οπτικής-επαφής περιορίζεται λόγω της καµπυλότητας της γης. Αν η κεραία εκποµπής σηκωθεί σε ένα ύψος h ποδιών πάνω από την επιφάνεια του εδάφους, η απόσταση του ραδιο-ορίζοντα, υπό την προϋπόθεση ότι δεν υπάρχει κάποιο φυσικό εµπόδιο, όπως βουνά, είναι περίπου d = 2h µίλια. Για παράδειγµα, µία κεραία TV υπερυψωµένη από το έδαφος κατά 1000 πόδια δίνει µια κάλυψη περίπου 50 µιλίων. Μια άλλη περίπτωση ανάγκης υπερύψωσης κεραίας είναι εκείνη των µικροκυµατικών ραδιοεπαναληπτών (radio relay systems) που χρησιµοποιούνται ευρύτατα στην τηλεφωνία και τηλεόραση σε συχνότητες άνω του 1 GHz και τοποθετούνται σε πύργους ή στην κορυφή υψηλών κτιρίων. Ο επικρατέστερος θόρυβος που περιορίζει την επίδοση των συστηµάτων επικοινωνίας της περιοχής συχνοτήτων VHF και UHF είναι ο θερµικός θόρυβος που γεννιέται στο µετωπικό τµήµα του δέκτη και ο κοσµικός θόρυβος που συλλαµβάνει η κεραία. Στις

21 ΑΣΥΡΜΑΤΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ ΑΣΥΡΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΚΑΝΑΛΙΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 συχνότητες της ζώνης SHF άνω των 10 GHz, οι ατµοσφαιρικές συνθήκες παίζουν έναν κύριο ρόλο κατά τη διάδοση του σήµατος. Το Σχήµα 4 δίδει την εξασθένιση του σήµατος την οφειλόµενη σε βροχόπτωση διαφόρων εντάσεων, για συχνότητες στην περιοχή GHz. Παρατηρούµε ότι η πυκνή βροχόπτωση µπορεί να εισάγει εξαιρετικά έντονες απώλειες διάδοσης που µπορούν να οδηγήσουν σε διακοπή της παρεχόµενης υπηρεσίας (πλήρη διακοπή της λειτουργίας του τηλεπικοινωνιακού συστήµατος). Σε συχνότητες εξαιρετικά υψηλές (µεγαλύτερες της ζώνης EHF) του ηλεκτροµαγνητικού φάσµατος έχουµε τις περιοχές υπέρυθρου και ορατού φωτός, που µπορούν να χρησιµεύσουν για LOS οπτικές επικοινωνίες ελεύθερου χώρου. Σήµερα αυτές οι περιοχές συχνοτήτων χρησιµοποιούνται από πειραµατικά συστήµατα επικοινωνίας, όπως σε ζεύξεις µεταξύ δορυφόρων. Σχήµα 4 Εξασθένηση του σήµατος λόγω βροχόπτωσης

22 ΑΣΥΡΜΑΤΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ ΜΙΚΡΟΚΥΜΑΤΙΚΕΣ ΖΕΥΞΕΙΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ Μικροκυµατικές ζεύξεις Τεχνολογία που για δεκαετίες προσφέρει τις υπηρεσίες της ιδίως στις επικοινωνίες µεγάλων αποστάσεων. Ιστορικά το 1933 επετεύχθη µικροκυµατική ζεύξη στη θάλασσα της Μάγχης, ενώ το 1948 η Νέα Υόρκη συνδέθηκε µε το Σαν Φρανσίσκο µέσω 100 µικροκυµατικών πύργων. Η δεκαετία του 70 είναι η δεκαετία µε την µεγάλη άνοδο στη χρήση µικροκυµατικών επικοινωνιών. Μικροκυµατική είναι η απ' ευθείας ζεύξη ραδιοεπικοινωνίας, που χρησιµοποιεί συχνότητες 1 έως 50 Ghz. Συνήθως οι µιικροκυµατικές ζώνες χαρακτηρίζονται µε κάποιο γράµµα του Λατινικού αλφαβήτου όπως ενδεικτικά φαίνεται στον πίνακα Ιστορικά η αντιστοίχηση αυτή προέρχεται από τον Β' Παγκόσµιο Πόλεµο όπου για λόγους ασφαλείας δεν ανεφέρετο η ακριβής συχνότητα αλλά ένα σύµβολο. Η αντιστοίχηση αυτή δεν είναι διεθνώς τυποποιηµένη καθώς διάφορες χώρες (ΗΠΑ, Γερµανία, Αγγλία κλπ) χρησιµοποιούσαν διαφορετική τυποποίηση. Το κυριότερο χαρακτηριστικό των µικροκυµατικών ζεύξεων είναι ότι απαιτούν οπτική επαφή µεταξύ ποµπού και δέκτη (LOS-Line Of Sight). Οι ποµποί και οι δέκτες χρησιµοποιούν ως κεραία κυρίως παραβολικά κάτοπτρα των οποίων η διάσταση είναι αντιστρόφως ανάλογη µε την συχνότητα λειτουργίας. Η κυριότερη χρήση των µικροκυµατικών ζεύξεων γίνεται από την τηλεφωνία που ενώ παλαιότερα γινόταν αναλογικά (µικροκυµατικά φερέσυχνα), σήµερα γίνεται ψηφιακά (συστήµατα PCM). Αλλες χρήσεις είναι η µετάδοση video για τηλεοπτικά κανάλια και ασύρµατες ζεύξεις δεδοµένων σε υψηλές ταχύτητες. Οι µικροκυµατικές ζεύξεις είναι ιδιαίτερα χρήσιµες και στις περιπτώσεις που είναι δύσκολη µια µικρής απόστασης ενσύρµατη

23 ΑΣΥΡΜΑΤΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ ΜΙΚΡΟΚΥΜΑΤΙΚΕΣ ΖΕΥΞΕΙΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 επίγεια σύνδεση όπως κατά πλάτος ενός ποταµού ή σύνδεση δύο κτιρίων που τα χωρίζει µια λεωφόρος. Εκτός από τις επίγειες µικροκυµατικές συνδέσεις, τα µικροκύµατα έχουν βρει τεράστια εφαρµογή στην επικοινωνία µέσω δορυφόρων. Πίνακας : Μικροκυµατικές ζώνες Μικροκυµατικοί ποµποί Μέχρι τα τέλη της δεκαετίας του 70 τα συστήµατα µικροκυµατικής εκποµπής βασίζονταν στις διόδους Klystron (ταλαντωτές λυχνίας κενού). Οι klystron είναι εξαιρετικά αξιόπιστες συσκευές αλλά λειτουργούν στις χαµηλές περιοχές συχνοτήτων των µικροκυµάτων, 2 έως 6 GH2. Λόγω συµφόρησης δηµιουργήθηκε η ανάγκη λειτουργίας σε υψηλότερες συχνότητες όπως τα 12 GHz ή και ακόµα υψηλότερες. Η χρήση των λυχνιών TWT (Travelling Wave Tube) λύνει το πρόβληµα αυτό αλλά δεν έτυχε ευρείας εφαρµογής λόγω του υψηλού κόστους και της ευαισθησίας των λυχνιών

24 ΑΣΥΡΜΑΤΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ ΜΙΚΡΟΚΥΜΑΤΙΚΕΣ ΖΕΥΞΕΙΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 αυτών. Οι TWT χρησιµοποιούνται κυρίως σε δορυφορικές εφαρµογές. Με την πάροδο του χρόνου η εξέλιξη έφερε στο προσκήνιο έναν τύπο διόδου Gunn, που εφευρέθηκε το 1963 και είχε τη δυνατότητα εκποµπής πολύ υψηλότερων συχνοτήτων. Η δίοδος αυτή εµφανίζει αρνητική σύνθετη αντίσταση και λειτουργεί ως ταλαντωτής όταν πολωθεί και τοποθετηθεί σε κατάλληλη µεταλλική κοιλότητα της οποίας οι διαστάσεις καθορίζουν την συχνότητα συντονισµού. Με τον τρόπο αυτό είναι εφικτή η παραγωγή συχνοτήτων µέχρι και 50 GHz. Ένα µειονέκτηµα της διόδου Gunn είναι ότι παράγει µια συγκεκριµένη συχνότητα. Με κατάλληλη ρύθµιση µπορεί η εκποµπή της να εκτείνεται από 2 έως 23 GHz. Η στάθµη εκποµπής όµως είναι χαµηλή και µόλις ικανή για χρήση σε εµπορικές - εφαρµογές. Στα σύγχρονα µικροκυµατικά συστήµατα χρησιµοποιούνται ποµποί που βασίζονται σε µονολιθικά ολοκληρωµένα κυκλώµατα (MMIC - Monolithic Microwave Intergated Circuits) µε βάση το Γάλλιο -Αρσενικό (Ga-As). Τα MMIC προσφέρουν υψηλή απόδοση και αξιοπιστία, χαµηλή κατανάλωση και µικρές διαστάσεις και καλύπτουν όλες τις περιοχές µικροκυµατικών συχνοτήτων. Τα χαρακτηριστικά αυτά έχουν καταστήσει τα MMIC ιδιαίτερα κατάλληλα και για δορυφορικές επικοινωνίες. Οι υψηλότερες συχνότητες υφίστανται µεγαλύτερη εξασθένηση ιδίως σε κακοκαιρία και βροχή µια και το νερό και οι υδρατµοί απορροφούν έντονα την µικροκυµατική ακτινοβολία ιδίως σε συχνότητες πέραν των 10 GHz. Αυτό έχει σαν συνέπεια όσο

25 ΑΣΥΡΜΑΤΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ ΜΙΚΡΟΚΥΜΑΤΙΚΕΣ ΖΕΥΞΕΙΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 αυξάνεται η συχνότητα λειτουργίας, να µειώνεται η µέγιστη απόσταση ποµπού και δέκτη Μικροκυµατικές κεραίες Ο πλέον κοινός τύπος µικροκυµατικής κεραίας είναι το παραβολικό κάτοπτρο. Η κεραία του τύπου αυτού έχει την ιδιότητα να εστιάζει µια παράλληλη δέσµη σε ένα σηµείο που ονοµάζεται εστία της παραβολής. Αν στην εστία τοποθετηθεί ο ποµπός της µικροκυµατικής ακτινοβολίας τότε η κεραία δηµιουργεί µια παράλληλη δέσµη εκποµπής συγκεντρώνοντας εκεί όλη την ισχύ εκποµπής. Ο λόγος της έντασης της δέσµης σε σχέση µε την ένταση που θα είχε το ίδιο σήµα αν εκπεµπόταν ισοτροπικά προς όλες τις διευθύνσεις ονοµάζεται κέρδος της κεραίας και εκφράζεται σε db ή ακριβέστερα σε dbi (dbisotropical). Οσο µεγαλύτερη η διάµετρος της κεραίας τόσο µεγαλύτερο το κέρδος και ο αριθµός των dbi. Όσο µεγαλύτερη η συχνότητα λειτουργίας τόσο µικρότερη µπορεί να είναι η διάµετρος της κεραίας για να επιτευχθεί το ίδιο κέρδος. Με άλλα λόγια τα µικροκυµατικά συστήµατα που λειτουργούν σε υψηλές συχνότητες έχουν πολύ µικρότερες και συνεπώς φθηνότερες κεραίες. Μια τυπική παραβολική κεραία του εµπορίου διαµέτρου 30 cm στην περιοχή των 22 GHz έχει κέρδος 34 db ενώ µια κεραία διαµέτρου 60 cm έχει κέρδος 40 db. Προσέξτε την σχέση µεταξύ αύξησης του κέρδους και αύξησης της διαµέτρου. Αύξηση κέρδους κατά 3 db σηµαίνει διπλασιασµός του κέρδους ενώ κατά 6 db τετραπλασιασµός. Ο πίνακας δείχνει ενδεικτικά το κέρδος των κεραιών σε σχέση µε τη διάµετρο της κεραίας και την συχνότητα

26 ιάµετρος Κεραίας ΑΣΥΡΜΑΤΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ ΜΙΚΡΟΚΥΜΑΤΙΚΕΣ ΖΕΥΞΕΙΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 22 GHz 25 GHz 27 GHz 38 GHz 30 cm 34 db 35 db 36 db 38 db 60 cm 40 db 41 db 42 db 44 db Πίνακας Παρατηρούµε στον πίνακα την αύξηση του κέρδους της ίδιας κεραίας λόγω αύξησης της συχνότητας ενώ η διαφορά των 6 db στο κέρδος µεταξύ των δύο κεραιών διαφορετικής διαµέτρου παραµένει σταθερή ανεξαρτήτως συχνότητας. Η παραβολική κεραία αυξάνει το κέρδος τόσο κατά την εκποµπή όσο και κατά την λήψη. Η κεραία λήψης συγκεντρώνει στην εστία της την µικροκυµατική ακτινοβολία δηµιουργώντας ένα κέρδος που είναι ίσο µε το κέρδος που αναφέραµε προηγουµένως για την εκποµπή και µετράται µε τις ίδιες µονάδες. Συνήθως χρησιµοποιείται η ίδια κεραία για εκποµπή και για λήψη. Επειδή η µετάδοση προς τις δύο κατευθύνσεις µιας ζεύξης είναι ταυτόχρονη (Full duplex) ο διαχωρισµός των σηµάτων εκποµπής και λήψης γίνεται µε την χρήση δύο διαφορετικών συχνοτήτων Ψηφιακές µικροκυµατικές ζεύξεις Οι ψηφιακές µικροκυµατικές ζεύξεις έχοντας καλύτερη απόδοση σε περιβάλλον θορύβου σε σχέση µε τις αναλογικές επεκτείνονται συνεχώς αντικαθιστώντας τες. Σε µια τέτοια ζεύξη τα αναλογικά σήµατα κωδικοποιούνται µε παλµική διαµόρφωση πλάτους (ΡΑΜ) και κατόπιν σε παλµοκωδική (PCM) των 64 Kbps µε την βοήθεια ενός κβαντιστή και ενός κωδικοποιητή Ακολουθεί το πρώτο στάδιο πολύπλεξης όπου 30 τέτοια κανάλια πολυπλέκονται σε ένα των 2 Mbps. Οι συσκευές

27 ΑΣΥΡΜΑΤΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ ΜΙΚΡΟΚΥΜΑΤΙΚΕΣ ΖΕΥΞΕΙΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 που επιτελούν µια τέτοια πολύπλεξη είναι γνωστές και ως PCM πολυπλέκτες πρώτης τάξεως. Κατόπιν ακολουθεί το δεύτερο στάδιο πολύπλεξης όπου 4 κανάλια των 2 Mbps,πoλυπλέκονται σε ένα των 8 Mbps (120 κανάλια). Η ίδια διαδικασία ακολουθείται και στα δύο επόµενα στάδια µε εξόδους 34 Mbps (480 κανάλια) και 140 Mbps (1920 κανάλια). Στην πράξη ακολουθείται η ίδια τακτική όπως στην Πλησιόχρονη ιεραρχία πολύπλεξης. Η τελευταία έξοδος πολύπλεξης προκειµένου να µεταδοθεί ασυρµατικά διαµορφώνει τον µικροκυµατικό φορέα µε τεχνική QAM ή QPSK.Κατά την λήψη ακολουθείται η αντίστροφη διαδικασία ώστε να αποδοθούν τα αρχικά αναλογικά τηλεφωνικά κανάλια

28 ΑΣΥΡΜΑΤΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ ΟΡΥΦΟΡΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ ορυφορικές επικοινωνίες Επικοινωνίες που ξεκίνησαν µε τον πρώτο δορυφόρο που εκτοξεύθηκε από τις ΗΠΑ το ενώ η πρώτη µορφή εµπορικής εκµετάλλευσης εµφανίζεται µε τον Early Bird, δορυφόρο που ετέθη σε τροχιά στις 6 Απριλίου Τα πρώτα δορυφορικά συστήµατα δεν ήταν και τόσο βιώσιµα, καθώς η σχετικά µικρή ισχύς των πυραύλων που εκτόξευαν τους δορυφόρους, τους έθεταν σε τροχιά όχι µεγαλύτερη των 10χλµ από τη γη. Η χαµηλή τροχιά είχε σαν αποτέλεσµα ο δορυφόρος να κινείται ταχύτερα από την περιστροφή της γης, πράγµα που επηρέαζε την κατασκευή των γήινων σταθµών καθώς έπρεπε να περιστρέφονται συνεχώς για να παρακολουθούν τους δορυφόρους. Στην εξέλιξη των συστηµάτων αυτών κατασκευάσθηκαν οι γεωστατικοί δορυφόροι GEO (Geostatic Earth Orbit) που τίθενται σε τροχιά ύψους χλµ πάνω από τον Ισηµερινό, µε ταχύτητα χλµ/ώρα ώστε να µένουν σταθεροί πάνω από το ίδιο σηµείο της γης. Η ταχύτητα αυτή είναι ίση µε τη γωνιακή ταχύτητα περιστροφής της γης και έτσι οι επίγειοι σταθµοί δεν περιστρέφονται καθώς βλέπουν µόνιµα στο ίδιο σηµείο. Ο επικοινωνιακός δορυφόρος λειτουργεί απλά σαν καθρέφτης που επανεκπέµπει προς τη γη το λαµβανόµενο µικροκυµατικό σήµα. Κάθε γεωστατικός δορυφόρος καλύπτει έναν ορίζοντα 120, έτσι που µε τρεις τέτοιους δορυφόρους καλύπτεται όλη η γη, όπως φαίνεται και στο παρακάτω σχήµα

29 ΑΣΥΡΜΑΤΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ ΟΡΥΦΟΡΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Σχήµα : Γεωστατικοί δορυφόροι Από πλευράς συχνοτήτων οι σηµερινοί δορυφόροι χρησιµοποιούν ως επί το πλείστον τις µπάντες: C band των 4 και 6 GHz για τα κατερχόµενα και ανερχόµενα σήµατα αντίστοιχα. Ku-band (11/14 Ghz) Ka-band (20/30 Ghz) Πέραν των γεωστατικών δορυφόρων χρησιµοποιούνται σήµερα δορυφόροι χαµηλής και µέσης τροχιάς. Οι δορυφόροι χαµηλής τροχιάς LEO (Low Earth Orbit) είναι σε τροχιές από 700 έως 5000 km, ενώ οι µέσης τροχιάς ΜΕΟ ευρίσκονται σε τροχιές

30 ΑΣΥΡΜΑΤΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ ΟΡΥΦΟΡΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 από έως km. Οι δορυφόροι που χρησιµοποιούν χαµηλότερη τροχιά από την γεωστατική δεν έχουν πλέον σταθερή θέση στον ορίζοντα καθώς κινούνται µε ταχύτητα µεγαλύτερη της γωνιακής ταχύτητας περιστροφής της γής, πράγµα που έχει ως αποτέλεσµα να απαιτούνται πολλοί δορυφόροι σε ακολουθία προκειµένου να καλυφθεί µια δεδοµένη περιοχή. Από τα πλεονεκτήµατα τους είναι η µικρότερη ισχύς τους και η µικρότερη καθυστέρηση (propagation delay) λόγω της µικρότερης απόστασης. Συγκρίνοντας τα δορυφορικά συστήµατα µε τα άλλα µέσα παρατηρούµε τα εξής: Οι δορυφόροι καλύπτουν µε άνεση απαιτήσεις εκποµπής σηµάτων ευρείας ζώνης συχνοτήτων. Έχουν µεγάλη καθυστέρηση σήµατος της τάξης των 250 msec που οφείλεται στην µεγάλη απόσταση. Η καθυστέρηση αυτή είναι ενοχλητική τόσο στην τηλεφωνία όσο και στην µετάδοση data. εν παρέχει καµία ασφάλεια στην µεταδιδόµενη πληροφορία, καθώς όλος ο κόσµος µπορεί να λάβει την πληροφορία που εκπέµπει ο δορυφόρος. Αυτός είναι και ο λόγος που χρησιµοποιούνται εξειδικευµένα συστήµατα κρυπτογράφησης.. εν παίζει κανένα ρόλο η µεταξύ των επικοινωνούντων ανταποκριτών απόσταση. Το κόστος χρήσης είναι ανεξάρτητο της απόστασης επικοινωνίας. Οι επικοινωνιακοί δορυφόροι χρησιµοποιούνται κυρίως για τηλεφωνία, τηλεόραση και µετάδοση data

31 ΑΣΥΡΜΑΤΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ ΟΡΥΦΟΡΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ ορυφορικές επικοινωνίες VSAT Η τεχνολογία VSAT (Very small aperture terminal) είναι µια ιδιαίτερη µορφή δορυφορικής επικοινωνίας που πήρε το όνοµα της από το ότι οι τερµατικοί σταθµοί εδάφους χρησιµοποιούν κεραίες µικρών διαστάσεων και χαµηλού κόστους. Η τεχνολογία VSAT επιτρέπει την αξιόπιστη µετάδοση δεδοµένων µέσω δορυφόρου µε χρήση παραβολικών κεραιών διαµέτρου 0,6 έως 1,8 µ. Πίσω από την κεραία συνδέεται µε εύκολο τρόπο τυποποιηµένος εξοπλισµός χαµηλού κόστους, χωρίς την ανάγκη εξειδικευµένων µηχανικών. Τυπικά οι τερµατικοί σταθµοί VSAT ευρίσκονται σε διάταξη αστέρα γύρω από ένα κεντρικό σταθµό εκποµπής που ονοµάζεται hub και είναι συνδεδεµένος µε κάποιο κεντρικό υπολογιστή. Αρχικά όλες οι επικοινωνίες συµπεριλαµβανοµένων και αυτών µεταξύ τερµατικών σταθµών, γίνονται µέσω του υπολογιστή του hub. Επιπλέον υπάρχουν εξελιγµένα συστήµατα όπου επιτρέπεται η απευθείας επικοινωνία µεταξύ τερµατικών σταθµών. Ο όρος SCPC (Single Channel Per Carrier) χρησιµοποιείται για να προσδιορίσει µια απ ευθείας δορυφορική σύνδεση µεταξύ δυο σηµείων. Τα VSAT χρησιµοποιούνται για µετάδοση δεδοµένων µε ταχύτητες 1200 έως bps αλλά και για 64 Kbps έως 2 Mbps ή για µετάδοση ψηφιακής φωνής και εικόνας video. Η τεχνολογία των VSAT είναι περισσότερο κατάλληλη για την µετάδοση δεδοµένων από τον κεντρικό υπολογιστή προς τους αποµακρυσµένους σταθµούς και λιγότερο προς την αντίθετη κατεύθυνση

32 ΑΣΥΡΜΑΤΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ ΟΡΥΦΟΡΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Ενα τυπικό δίκτυο VSAT αποτελείται από τον δορυφόρο, τον κεντρικό σταθµό hub, που διαθέτει κεραία διαµέτρου 4,5 έως 1 1 µ. και από τους τερµατικούς σταθµούς µε µικρότερες κεραίες (0,6-1,8 µ) που το πλήθος τους µπορεί να είναι από µερικές δεκάδες έως και χιλιάδες. Η επικοινωνία είναι µικροκυµατική και ο δορυφόρος ουσιαστικά λειτουργεί σαν αναµεταδότης του µικροκυµατικού σήµατος επανεκπέµποντας το σήµα που λαµβάνει σε διαφορετική συχνότητα. Ο δορυφόρος ευρίσκεται σε γεωστατική τροχιά σε ύψος χλµ. πάνω από τον ισηµερινό. Από το ύψος αυτό η εκπεµπόµενη δέσµη µπορεί να καλύψει µεγάλες περιοχές όπως π.χ. την Ευρώπη ή την Β. Αµερική. Η σταθερή θέση του δορυφόρου επιτρέπει στις κεραίες εδάφους να είναι σταθερά προσανατολισµένες προς το ίδιο σηµείο στον ουρανό. Οι µικροµεταβολές της θέσης του δορυφόρου που σηµειώνονται µε την πάροδο του χρόνου µπορούν να παρακολουθούνται από την κεραία του hub που διαθέτει τους κατάλληλους µηχανισµούς. Αντιθέτως οι τερµατικοί σταθµοί που πρέπει να είναι απλοί, βασίζονται στη µεγάλη γωνία κάλυψης της µικρής σταθερής κεραίας τους. Οι επικοινωνιακοί δορυφόροι διαθέτουν πολλούς αναµεταδότες (transponders), συνήθως 12 έως 24. Ο αναµεταδότης λαµβάνει το σήµα από την κοινή κεραία λήψης, µετατρέπει την συχνότητα του και στη συνέχεια το ενισχύει και το εκπέµπει πίσω προς τη γη µέσω της κεραίας εκποµπής. Οι αναµεταδότες εκµισθώνονται από τους επικοινωνιακούς δορυφόρους (π.χ. Intelsat, Inmarsat, Eutclsat) είτε ολικώς είτε µερικώς και µε κόστος που εξαρτάται από το εύρος ζώνης και την

33 ΑΣΥΡΜΑΤΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ ΟΡΥΦΟΡΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ισχύ εκποµπής. Το µικροκυµατικό σήµα διαµορφώνεται µε data µε τεχνικές πχ PSK ή FSK. Το κανάλι επικοινωνίας του αναµεταδότη έχει χωρητικότητα της τάξεως των 100 Mbps. Οι µικροκυµατικές συχνότητες που χρησιµοποιούνται είναι είτε στην περιοχή 4-6 GHz, που είναι γνωστή σαν C-band, είτε στην περιοχή GHz, γνωστή ως Κu-band. Σήµερα η C-band εγκαταλείπεται σταδιακά και δίνει τη θέση της στην Κu-band, που έχει το πλεονέκτηµα να λειτουργεί µε µικρότερο µέγεθος κεραιών και έχει λιγότερες παρεµβολές από επίγεια µικροκυµατικά συστήµατα. Τυπική συχνότητα εκποµπής προς τον δορυφόρο (up link) είναι τα 14 GHz, ενώ από τον δορυφόρο προς τη γη (down link) τα 12,5 GHz. Η χρήση υψηλότερων συχνοτήτων όπως η Ka-band (20-30 GHz) προσβλέπει να µειώσει ακόµη περισσότερο το µέγεθος των κεραιών, συγχρόνως µε τη διάθεση µεγαλύτερου επικοινωνιακού φάσµατος. Η αύξηση όµως της συχνότητας αυξάνει και την εξάρτηση από τα ατµοσφαιρικά φαινόµενα (βροχή, χιόνι, καταιγίδες κλπ.) Η µεγάλη απόσταση του δορυφόρου από τη γη (35900 χλµ), δηµιουργεί µεγάλη εξασθένηση σήµατος, της τάξης των 207 db για Ku-band. Μια βροχερή ατµόσφαιρα, µπορεί να αυξήσει την εξασθένηση έως και 3 dβ. Η απόσταση είναι υπεύθυνη και για τη µεγάλη καθυστέρηση στη µετάβαση και επιστροφή του σήµατος προς το δορυφόρο, που είναι 135 msec για κάθε κατεύθυνση, δηλαδή 270 msec συνολικά. Ο δέκτης VSAT αποτελείται από δύο µέρη. Το πρώτο ευρίσκεται στο εξωτερικό του κτιρίου και περιλαµβάνει την κεραία λήψης και ένα µετατροπέα συχνότητας που είναι εγκατεστηµένος

34 ΑΣΥΡΜΑΤΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ ΟΡΥΦΟΡΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 στην εστία της παραβολικής κεραίας. Ο µετατροπέας συχνότητας LNB (Low noise block converter) περιέχει ένα εσωτερικό τοπικό ταλαντωτή και ένα µείκτη που µετατρέπει την συχνότητα του λαµβανόµενου σήµατος από τα 12 περίπου GHz στα 1-1,5 GHz. To νέο χαµηλότερης πια συχνότητας σήµα ενισχύεται και αποστέλλεται από το LNB προς το εσωτερικό του κτιρίου µέσω οµοαξονικού καλωδίου. Το δεύτερο µέρος του δέκτη VSAT είναι το δορυφορικό modem που ευρίσκεται στο εσωτερικό του κτιρίου και αποδιαµορφώνει το δορυφορικό σήµα εξάγοντας τα χρήσιµα data. Σχήµα Σύστηµα VSAT

35 ΚΕΡΑΙΕΣ - ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 : ΚΕΡΑΙΕΣ 2.1 Γενικά στοιχεία Η κεραία είναι ένα διανεµηµένο σύστηµα αγωγών που ζεύγνυται χωρητικά και επαγωγικά µε τα γειτονικά αγώγιµα επίπεδα. Οι ζεύξεις αυτές δηµιουργούν ένα κυκλωµατικό δίπολο µεταξύ των αγωγών της κεραίας, του εδάφους ή άλλου αγώγιµου επιπέδου στη γειτονιά της κεραίας, και συνεπώς καθορίζουν ένα πλήθος συντονισµένων κυκλωµάτων ανάλογα µε τη συχνότητα λειτουργίας της κεραίας. Στην ξεχωριστή εκείνη περίπτωση όπου σε µία συχνότητα λειτουργίας η αντίδραση που δηµιουργείται από τις χωρητικές ζεύξεις ισούται µε την αντίδραση των αυτεπαγωγών των αγωγών της κεραίας, το διανεµηµένο αυτό κυκλωµατικό δίπολο εµφανίζει µόνο ωµική αντίσταση. Η ωµική αντίσταση είναι το άθροισµα των απωλειών από την πεπερασµένη αγωγιµότητα των καλωδίων που αποτελούν την κεραία, αλλά και της αντίστασης ακτινοβολίας της κεραίας. Σχήµα 2.1 : Γενικευµένη θεώρηση κεραίας

36 ΚΕΡΑΙΕΣ - ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Ουσιαστικά, η κεραία είναι ένας µετατροπέας ενός ρεύµατος υψηλής συχνότητας σε ένα ηλεκτροµαγνητικό πεδίο αντίστοιχης συχνότητας. Είναι, δηλαδή, ένας µετατροπέας σήµατος σε ηλεκτροµαγνητικό κύµα. Η αντίσταση ακτινοβολίας εκφράζει ουσιαστικά το συντελεστή ζεύξης µεταξύ του ρεύµατος και του πεδίου που προέκυψε. Ποικίλει δε για κάθε κεραία, ανάλογα µε τη χωρική διάταξη των αγωγών της, και αντιπροσωπεύει πρόσθετα την ευκολία ή τη δυσκολία µε την οποία µπορεί να δεχθεί ρεύµα για να το µετατρέψει σε ηλεκτροµαγνητικό κύµα. Συνεπώς η κεραία στην ειδική αυτή συχνότητα λειτουργίας, την ιδιοσυχνότητά της, εµφανίζεται ως φορτίο µε µόνον ωµική αντίσταση. Υπάρχουν και άλλες περιοχές συχνοτήτων, συνήθως αρµονικές της θεµελιώδους ιδιοσυχνότητας, όπου η κεραία εµφανίζει κύρια ωµική αντίσταση, και είναι συνεπώς κατάλληλη για χρήση και σε αυτές τις περιοχές συχνοτήτων. Η συνθήκη αυτή εξαρτάται από την τοπολογία κατασκευής της, δηλαδή από τη συµπεριφορά των διανεµηµένων της στοιχείων στις υψηλότερες αυτές συχνότητες. Σχήµα 2.2 : Ισοδύναµο κύκλωµα κεραίας (εκποµπή)

37 ΚΕΡΑΙΕΣ - ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Στην γενική, ωστόσο, περίπτωση, µια κεραία είναι κατάλληλη για χρήση στην ιδιοσυχνότητά της. Είναι προφανές ότι η αντίσταση ακτινοβολίας της κεραίας πρέπει να είναι µεγαλύτερη από αυτή τωv απωλειών, ώστε ο συντελεστής απόδοσης της κεραίας να είναι µεγάλος. Τυπικά, δεν υπάρχει κανένας περιορισµός για την επιλογή της αντίστασης ακτινοβολίας µιας κεραίας. Ωστόσο, για την εναπόθεση µιας συγκεκριµένης ισχύος στην κεραία ώστε να µετατραπεί σε ηλεκτροµαγνητικό κύµα, όπως απαιτείται στην περίπτωση εκποµπής, µια µεγάλη αντίσταση ακτινοβολίας απαιτεί την εφαρµογή µιας υψηλότερης τάσης στα άκρα της κεραίας για την επίτευξη της εκποµπής αυτής της ισχύος. Η σχέση αντίστασης και τάσης για εκποµπή σταθερής ισχύος δεν είναι γραµµική, αλλά τετραγωνική, ωστόσο παρ' όλα αυτά η διηλεκτρική αντοχή των υλικών και των µονωτήρων που αποτελούν την κεραία εξαντλείται πολύ γρήγορα. Συνεπώς, είναι υποχρεωτική η επιλογή µιας αντίστασης ακτινοβολίας που να µην είναι πολύ µικρή ώστε να συγκρίνεται µε τις απώλειες των αγωγών της κεραίας, αλλά ούτε και πολύ µεγάλη, ώστε να απαιτεί εξειδικευµένα υλικά µε µεγάλη διηλεκτρική αντοχή για τη λειτουργία της. Σχήµα 2.3: Ισοδύναµο κύκλωµα κεραίας (λήψη)

38 ΚΕΡΑΙΕΣ - ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Η κεραία είναι, βέβαια, ένας αµφίδροµος µετατροπέας ηλεκτροµαγνητικής ενέργειας σε ηλεκτρικό ρεύµα. ηλαδή, όταν συζεύγνυται µε ένα οδεύον ηλεκτροµαγνητικό κύµα, τότε στα άκρα της αναπτύσσεται ηλεκτρική τάση, και κατά συνέπεια ρεύµα στο συνδεδεµένο φορτίο. Έτσι, η κεραία στην περίπτωση λήψης µπορεί να παρασταθεί σαν µία γεννήτρια ηλεκτρικής τάσης. Η αντίσταση ακτινοβολίας είναι η ίδια και σε αυτή την περίπτωση, και εµφανίζεται ως η εσωτερική αντίσταση της πηγής τάσης. Στην περίπτωση χρήσης κεραίας σε λήψη, η αντίσταση ακτινοβολίας δεν είναι τόσο κρίσιµη ως προς το πάνω όριο της, δεδοµένου ότι οι αναπτυσσόµενες τάσεις είναι εξαιρετικά µικρές. Η συνήθης ισχύς που λαµβάνει µία κεραία είναι της τάξης των µwatt. Το ζητούµενο, τόσο στη χρήση της κεραίας για εκποµπή, όσο και κατά τη χρήση της για λήψη, είναι η µέγιστη µεταφοράς ενέργειας από την εκάστοτε πηγή προς την κεραία ή από την κεραία προς το φορτίο. Κατά συνέπεια, και στην περίπτωση αυτή ισχύουν οι νόµοι που διέπουν τη µέγιστη µεταφορά ενέργειας, δηλαδή της ζεύξης της κεραίας τόσο προς τον ποµπό όσο και προς το δέκτη µε γραµµές µεταφοράς των οποίων η χαρακτηριστική αντίσταση είναι ίση µε τη συνολική αντίσταση, ακτινοβολίας και απωλειών, της κεραίας. Αυτό είναι ιδιαίτερα κρίσιµο στην περίπτωση της κεραίας σε εκποµπή. Στην περίπτωση αυτή δεν είναι µόνο σηµαντική η απώλεια που θα προκύψει από τη µη µέγιστη µεταφορά ενέργειας, αλλά είναι επίσης πιθανόν τα στάσιµα κύµατα που θα αναπτυχθούν στη γραµµή µεταφοράς από τον ποµπό στην κεραία να καταστρέψουν τις ενισχυτικές διατάξεις του ποµπού, λόγω των υπερτάσεων από την υπέρθεση του ανακλώµενου και του προσπίπτοντος κύµατος στην έξοδο του ποµπού. Επειδή δε

39 ΚΕΡΑΙΕΣ - ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 συνήθως η αντίσταση ακτινοβολίας µιας κεραίας δεν είναι κατ ανάγκη ίση µε τη χαρακτηριστική -αντίσταση των συνήθων γραµµών µεταφοράς, αλλά ούτε και µόνον ωµική, είναι σχεδόν κανόνας η ύπαρξη ενός συστήµατος προσαρµογής, ενός µετασχηµατιστή µε την ευρύτερη έννοια, ώστε να ικανοποιείται η συνθήκη µέγιστης µεταφοράς ενέργειας προς την κεραία σε περίπτωση χρήσης της για εκποµπή. Αντίστοιχα, για την περίπτωση λήψης είναι επίσης συνήθης η ύπαρξη ενός συστήµατος προσαρµογής της αντίστασης ακτινοβολίας στη χαρακτηριστική αντίσταση της γραµµής µεταφοράς, ώστε να επιτευχθεί η µεγιστοποίηση του σήµατος λήψης. Πολύ συχνά απαντά κανείς στις κεραίες που χρησιµοποιούνται στα συστήµατα λήψης την ανυπαρξία ενός τέτοιου συστήµατος προσαρµογής, του οποίου συνέπεια είναι απλώς η απώλεια ενός µέρους του σήµατος λήψης. Αυτό ωστόσο δεν είναι καταστροφικής συνέπειας για το χρήστη αυτών των συστηµάτων λήψης, γιατί συνήθως η ισχύς εκποµπής των περισσοτέρων ραδιοφωνικών και τηλεοπτικών σταθµών είναι υπερεπαρκής για τη λήψη τους ακόµη και µε ένα µη βέλτιστο σύστηµα. Το σκεπτικό αυτό προεκτείνεται συχνά και στην κατασκευή µη συντονισµένων κεραιών, δηλαδή στη χρήση ενός απλού αγωγού τυχαίου µήκους για λήψη σηµάτων από τους περισσότερους δέκτες. Στην περίπτωση αυτή, η εξασθένιση του σήµατος, ιδιαίτερα σε µερικές φασµατικές περιοχές είναι ακόµη µεγαλύτερη, δεδοµένου ότι η αντίσταση ακτινοβολίας, ή στην περίπτωση αυτή η αντίσταση λήψης της κεραίας είναι µια µιγαδική αντίσταση

40 ΚΕΡΑΙΕΣ - ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Σχήµα 2.4:Η τετραγωνο-κωνική κεραία του Marconi στο Poldhu, στην Αγγλία το Οι.ξύλινοι πύργοι ύψους 70 µέτρων υποστηρίζουν ένα δίκτυο συρµάτων που συγκλίνουν σε ένα σηµείο ακριβώς επάνω από τα κτίρια εκποµπής και λήψης ανάµεσα στους πύργους 2.2 Βασικές παράµετροι των κεραιών Στο σχήµα2.5, η κεραία φαίνεται από τη γραµµή µεταφοράς σαν ένα στοιχείο κυκλώµατος µε δυο ακροδέκτες, που έχει µια εµπέδηση Ζ µε µια συνιστώσα καθαρής (ωµικής) αντίστασης που καλείται αντίσταση ακτινοβολίας R r, ενώ από τον ελεύθερο χώρο, η κεραία χαρακτηρίζεται από το διάγραµµα ακτινοβολίας της, ή διαγράµµατα που περιλαµβάνουν πεδιακές ποσότητες. Η αντίσταση ακτινοβολίας R r δεν σχετίζεται µε οποιαδήποτε αντίσταση σε αυτή καθαυτή την κεραία, αλλά είναι µια αντίσταση, που συζεύγνυται στους ακροδέκτες της κεραίας από την κεραία και το περιβάλλον της

41 ΚΕΡΑΙΕΣ - ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Σχήµα 2-5 Η κεραία ακτινοβολεί ένα κύµα ελεύθε.ρου χώρου, αλλά "'φαίνεται" σαν µια ορισµένη εµπέδηση από την πλευρά της γραµµής µεταφοράς. Σχετική µε την αντίσταση ακτινοβολίας είναι επίσης και µια θερµοκρασία κεραίας, Τ Λ. Για µια κεραία χωρίς απώλειες αυτή η θερµοκρασία δεν έχει καµιά σχέση µε τη φυσική θερµοκρασία της κεραίας αυτής καθαυτής, αλλά σχετίζεται µε τη θερµοκρασία αποµακρυσµένων περιοχών του χώρου (και του πιο κοντινού περιβάλλοντος της), που συζεύγνυνται µε την κεραία µέσω της αντίστασης ακτινοβολίας της. Πράγµατι, η θερµοκρασία κεραίας δεν είναι τόσο πολύ µια έµφυτη ιδιότητα της κεραίας, καθώς είναι µια παράµετρος που εξαρτάται από την θερµοκρασία των περιοχών που "βλέπει" η κεραία. Με την έννοια αυτή, µια κεραία λήψεως µπορεί να θεωρηθεί σαν ένα στοιχείο µέτρησης θερµοκρασίας από απόσταση. Η αντίσταση ακτινοβολίας R t. και η θερµοκρασία κεραίας Τ t είναι µονότιµες, µονό-µετρες ποσότητες. Τα διαγράµµατα ακτινοβολίας, από την άλλη µεριά, περιλαµβάνουν την µεταβολή του πεδίου ή της ισχύος (που είναι ανάλογη µε το τετράγωνο της έντασης πεδίου), σαν συνάρτηση των δυο σφαιρικών συντεταγµένων θ και φ

42 ΕΠΙ ΡΑΣΗ ΤΩΝ ΕΜΠΟ ΙΩΝ ΕΠΙ ΤΗΣ ΙΑ ΟΣΕΩΣ ΖΕΥΞΕΙΣ ΙΑ ΠΕΡΙΘΛΑΣΕΩΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΕΠΙ ΡΑΣΗ ΤΩΝ ΕΜΠΟ ΙΩΝ ΕΠΙ ΤΗΣ ΙΑ ΟΣΕΩΣ ΖΕΥΞΕΙΣ ΙΑ ΠΕΡΙΘΛΑΣΕΩΣ 3.1 Εισαγωγή Γύρω από παρεµβαλλόµενα εµπόδια (αιχµηρά, σφαιρικά κλπ), όπως π.χ. είναι οι κορυφές λόφων, πύργων κλπ, παρατηρείται «καµπύλωση» των ραδιοκυµάτων. Ο συνολικές απώλειες L σε db εν προκειµένω θα δίδονται από τη σχέση: Όπου: L free space : L = L free_space + L P οι απώλειες ελευθέρου χώρου (db) L P : οι απώλειες περιθλάσεως (db) 3.2 Απώλειες ελευθέρου χώρου (free space loss) Ελεύθερος χώρος είναι το µέσο που χαρακτηρίζεται από οµοιογένεια, ισοτροπία και έλλειψη πηγών και φορτίων. Αντιπροσωπεύει τη διάδοση ενός απευθείας κύµατος από τον ποµπό στο δέκτη. Έστω ότι ο ποµπός Τ τροφοδοτεί µε ισχύ Ρ t µια κεραία εκποµπής µε ενεργό επιφάνεια A et

43 ΕΠΙ ΡΑΣΗ ΤΩΝ ΕΜΠΟ ΙΩΝ ΕΠΙ ΤΗΣ ΙΑ ΟΣΕΩΣ ΖΕΥΞΕΙΣ ΙΑ ΠΕΡΙΘΛΑΣΕΩΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Σχήµα : Τηλεπικοινωνιακό κύκλωµα µε κύµατα από την κεραία εκποµπής να φτάνουν στη κεραία λήψης διασχίζοντας ευθεία απόσταση Γ. Σε απόσταση r µια κεραία λήψης µε ενεργό επιφάνεια A er συλλαµβάνει ένα µέρος από την ισχύ που ακτινοβολείται από την κεραία εκποµπής και την αποδίδει στο δέκτη R. Υποθέτοντας προς στιγµήν ότι η κεραία εκποµπής είναι ισοτροπική, η ισχύς ανά µονάδα επιφάνειας στην κεραία λήψης είναι: P 4 π r t S r = 2 (Watt) Εάν η κεραία έχει απολαβή G t, η ισχύς ανά µονάδα επιφάνειας στην κεραία λήψης θα αυξηθεί ανάλογα, όπως δίνεται από τη σχέση: PG 4 π r t t S r = 2 (Watt) Τώρα, η ισχύς που συλλέγεται από την κεραία λήψης µε ενεργό επιφάνεια A er είναι: P G A P = 4 π r t t er r = Sr A er 2 (Watt)

44 ΕΠΙ ΡΑΣΗ ΤΩΝ ΕΜΠΟ ΙΩΝ ΕΠΙ ΤΗΣ ΙΑ ΟΣΕΩΣ ΖΕΥΞΕΙΣ ΙΑ ΠΕΡΙΘΛΑΣΕΩΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 H απολαβή της κεραίας εκποµπής µπορεί να εκφρασθεί σαν: 4 π Α λ et G t = 2 (Watt) Αντικαθιστώντας παίρνουµε τον τύπο εκποµπής του Friis (δηµοσιεύθηκε το 1946 από τον Harald T. Friis των Bell Telephone Laboratories ): A et er P = P (Watt) r t 2 2 r A λ O παραπάνω τύπος µε εισαγωγή των κερδών των κεραιών G t, G r παίρνει την µορφή : 2 G t G r λ Pr = Pt (Watt) ( 4 π r ) 2 o P r : ισχύς που λαµβάνεται (προσαρµοσµένη κεραία),w o Ρ t : ισχύς τροφοδοσίας της κεραίας εκποµπής, W o Α et : ενεργός επιφάνεια της κεραίας εκποµπής,m 2 o A er : ενεργός επιφάνεια της κεραίας λήψης, m 2 o r : απόσταση µεταξύ των κεραιών, m o λ : µήκος κύµατος, m o G r : κέρδος κεραίας λήψης o G t : κέρδος κεραίας εκποµπής άλλης. Υποτίθεται ότι η µια κεραία είναι στο µακρινό πεδίο της Ο λόγος P t /P r ονοµάζεται απώλεια µετάδοσης (transmission loss) στον ελεύθερο χώρο και εκφράζεται συνήθως σε db, δηλαδή

45 ΕΠΙ ΡΑΣΗ ΤΩΝ ΕΜΠΟ ΙΩΝ ΕΠΙ ΤΗΣ ΙΑ ΟΣΕΩΣ ΖΕΥΞΕΙΣ ΙΑ ΠΕΡΙΘΛΑΣΕΩΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Pt L( free_space) = 10 log = Lb - Gr ( db) Gt( db P ) (1) r Όπου : L b 4πr = 10 log λ 2 transmission loss). είναι η καλούµενη βασική απώλεια µετάδοσης (basic Εάν η απόσταση εκφραστεί σε χιλιόµετρα αντί σε µέτρα και το µήκος κύµατος λ σε εκατοστά αντί σε µέτρα η εξίσωση (1) µετατρέπεται στη ακόλουθη πρακτική έκφραση: L( free_space ) = log r( Km) Gr ( db) Gt( db) 20 log λ( cm) Όπου: L (free_space) : απώλειες ελευθέρου χώρου (db) r (Km) G r(db) G t(db) λ (cm) : απόσταση ποµπού δέκτη (Κm) : κέρδος κεραίας λήψης (db) : κέρδος κεραίας εκποµπής (db) : µήκος κύµατος του ραδιοκύµατος (cm) Από την παραπάνω εξίσωση προκύπτει ότι η απώλεια µεταδόσεως στον ελεύθερο χώρο µεταξύ δύο κεραιών σε σταθερή απόσταση και δεδοµένης γεωµετρικής επιφάνειας και αποδοτικότητας, ελαττούται αυξανοµένης της συχνότητας. Αυτή είναι µία από τις αιτίες για τις οποίες στην τεχνική της ασυρµάτου επικοινωνίας µεταξύ σταθερών σηµείων τείνουµε να χρησιµοποιούµε συχνότητες όλο και υψηλότερες

46 ΕΠΙ ΡΑΣΗ ΤΩΝ ΕΜΠΟ ΙΩΝ ΕΠΙ ΤΗΣ ΙΑ ΟΣΕΩΣ ΖΕΥΞΕΙΣ ΙΑ ΠΕΡΙΘΛΑΣΕΩΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ Μέθοδοι υπολογισµού της απώλειας περίθλασης Έχουν προταθεί διάφορες προσεγγιστικές µέθοδοι για τον υπολογισµό των απωλειών περίθλασης από τους : Bullington Αυτή αντικαθιστά µια σειρά εµποδίων µε ένα µεταξύ τους και υπολογίζει την απώλεια περίθλασης, η οποία οφείλεται στο υποτιθέµενο εµπόδιο. Η µέθοδος αυτή δεν έχει αποδειχθεί επιτυχής και ως εκ τούτου δεν γίνεται σήµερα ευρεία χρήση της.(σχήµα 3.3.1) Σχήµα 3.3.1: Μέθοδος Bullington Epstein Peterson Αυτή υπολογίζει την απώλεια περίθλασης η οποία οφείλεται στο παρεµβαλλόµενο ύψος κάθε αιχµηρού εµποδίου (το µέρος εκείνο του αντικειµένου το οποίον εισέρχεται µέσα στην πρώτη ζώνη Fresnel) και µετά προσθέτει όλες τις απώλειες µαζί, για να δώσει την ολική απώλεια περίθλασης. (Σχήµα 3.3.2)

47 ΕΠΙ ΡΑΣΗ ΤΩΝ ΕΜΠΟ ΙΩΝ ΕΠΙ ΤΗΣ ΙΑ ΟΣΕΩΣ ΖΕΥΞΕΙΣ ΙΑ ΠΕΡΙΘΛΑΣΕΩΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Σχήµα 3.3.3: Μέθοδος Epstein Peterson Ιαπωνικού Άτλαντα Η τεχνική αυτή προτάθηκε από τις τηλεπικοινωνιακές υπηρεσίες της Ιαπωνίας και είναι παρόµοια µε την προηγούµενη. Η διαφορά της έγκειται στο ότι λαµβάνονται υπ όψη διορθωµένα ύψη της κεραίας εκποµπής για τον υπολογισµό των απωλειών. Τα αποτελέσµατα κρίνονται βελτιωµένα σε σχέση µε την προηγούµενη µέθοδο. Σχήµα 3.3.3: Μέθοδος Ιαπωνικού Άτλαντα

48 ΕΠΙ ΡΑΣΗ ΤΩΝ ΕΜΠΟ ΙΩΝ ΕΠΙ ΤΗΣ ΙΑ ΟΣΕΩΣ ΖΕΥΞΕΙΣ ΙΑ ΠΕΡΙΘΛΑΣΕΩΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Deygout Μια πιό ακριβής και διαδεδοµένη µέθοδος είναι του Deygout. Σ'αυτήν σχεδιάζεται πρώτα η τοµή του εδάφους µεταξύ ποµπού και δέκτη, λαµβάνεται υπόψη η καµπυλότητα της γής (συνήθως κ=4/3) και τέλος όλα τα εµπόδια θεωρούνται αιχµηρά. Κατόπιν, ευρίσκεται πρώτα το εµπόδιο µε την µεγαλύτερη απώλεια περίθλασης και υποτίθεται ότι ο ποµπός µεταφέρεται στην θέση αυτού του εµποδίου. Στην συνέχεια α- κολουθώντας την η ίδια διαδικασία, ευρίσκεται ένα νέο εµπόδιο µεταξύ του δέκτη και της νέας θέσης του ποµπού, µε την µεγαλύτερη απώλεια περίθλασης. Όταν συµπληρωθεί η διαδικασία αυτή, προστίθενται όλες οι επιµέρους απώλειες για να δώσουν έτσι την ολική απώλεια περίθλασης.(σχήµα 3.3.4) Σχήµα 3.3.4: Μέθοδος Degout

49 ΑΠΩΛΕΙΕΣ ΙΑ ΟΣΗΣ ΛΟΓΩ ΠΕΡΙΘΛΑΣΕΩΣ ΠΡΟΤΥΠΟ ITU-R (P.526-7) ΚΕΦΑΛΑΙΟ Η ιεθνής Ένωση Τηλεπικοινωνιών ITU Η διεθνής ένωση τηλεπικοινωνιών ITU (Ιnternational Τelecommunication Union) είναι η µοναδική ανάµεσα στους διεθνείς οργανισµούς, η οποία ιδρύθηκε µε τη συνεργασία κυβερνήσεων και ιδιωτικού τοµέα. Μέλη της ένωσης είναι δηµιουργοί και ρυθµιστές της τηλεπικοινωνιακής πολιτικής, διαχειριστές δικτύων, κατασκευαστές τηλεπικοινωνιακού εξοπλισµού, άτοµα που ασχολούνται µε την ανάπτυξη των software και hardware, τοπικοί τηλεπικοινωνιακοί οργανισµοί. Ο ρόλος της ITU Οι συνθήκες µέσα στις οποίες ο οργανισµός λειτουργεί σήµερα είναι κατά πολύ διαφορετικές από εκείνες που ίσχυαν κατά την ίδρυσή του, 135 πριν. Τα τελευταία 20 χρόνια οι τηλεπικοινωνίες έχουν σηµειώσει ραγδαία ανάπτυξη. Βρίσκουν εφαρµογή σε τοµείς της ανθρώπινης δραστηριότητας όπως η υγεία, το διεθνές εµπόριο και η εκπαίδευση. Στις µέρες µας τα γρήγορα και αξιόπιστα τηλεπικοινωνιακά δίκτυα διαδραµατίζουν σηµαντικό ρόλο σε διάφορες υπηρεσίες όπως στις τραπεζικές συναλλαγές, στις µεταφορές, στη ναυτιλία, στο τουρισµό και στο ηλεκτρονικό εµπόριο. Ταυτόχρονα ο αριθµός των πελατών της ένωσης αυξάνεται συνεχώς, εξαιτίας των αλλαγών του τρόπου παροχής των τηλεπικοινωνιακών υπηρεσιών και της σύγκλησης των βιοµηχανιών της επικοινωνίας, των υπολογιστών και των

50 ΑΠΩΛΕΙΕΣ ΙΑ ΟΣΗΣ ΛΟΓΩ ΠΕΡΙΘΛΑΣΕΩΣ ΠΡΟΤΥΠΟ ITU-R (P.526-7) ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 πολυµέσων. Επιπλέον, ο αριθµός των οργανισµών που σχετίζονται µε ανάπτυξη λογισµικού, ψυχαγωγία και ράδιο/τηλεόραση αυξάνεται συνεχώς, καθώς βρίσκουν θετική την συµµετοχή του στην ITU, λόγω των σχετιζόµενων δραστηριοτήτων τους µε τις τηλεπικοινωνίες. οµή και δραστηριότητες της ένωσης Οι τρεις τοµείς της ένωσης - Ραδιοεπικοινωνία (ITU- R), Τηλεπικοινωνιακή Προτυποποίηση (ITU-T), Τηλεπικοινωνιακή Ανάπτυξη (ITU-D) εργάζονται σήµερα να κατασκευάσουν και να διαµορφώσουν τα µελλοντικά δίκτυα και υπηρεσίες. Καθένας από τους τοµείς αυτούς λειτουργεί µέσω συνεδρίων και συσκέψεων, όπου τα µέλη διαπραγµατεύονται τις συµφωνίες που αποτελούν τη βάση για τη λειτουργία των παγκόσµιων τηλεπικοινωνιακών υπηρεσιών. Ραδιοεπικοινωνία (ITU-R) : σχεδιάζει τα τεχνικά χαρακτηριστικά των επίγειων και διαστηµικών ασύρµατων υπηρεσιών και συστηµάτων και αναπτύσσει πρωτόκολλα λειτουργίας. Τηλεπικοινωνιακή Προτυποποίηση (ITU-T) : ειδικοί προετοιµάζουν τις τεχνικές προδιαγραφές για τηλεπικοινωνιακά συστήµατα, δίκτυα και υπηρεσίες, οι οποίες σχετίζονται µε την λειτουργία, την απόδοση και τη συντήρηση. Τηλεπικοινωνιακή Ανάπτυξη (ITU-D) : ειδικοί επικεντρώνουν τη δουλειά τους στην προετοιµασία των συστάσεων, απόψεων, οδηγιών, εγχειρίδιων οι οποίες

51 ΑΠΩΛΕΙΕΣ ΙΑ ΟΣΗΣ ΛΟΓΩ ΠΕΡΙΘΛΑΣΕΩΣ ΠΡΟΤΥΠΟ ITU-R (P.526-7) ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 σχετίζονται µε θέµατα όπως στρατηγικές και πολιτικές που αφορούν την διαχείριση δικτύων σε αναπτυσσόµενες χώρες. 3.5 Απώλειες διάδοσης λόγω περίθλασης (ΣΥΣΤΑΣΗ ITU-R P ) Εισαγωγή Αν και διάθλαση προκύπτει µόνο από την επιφάνεια του εδάφους ή από εµπόδια, πρέπει να δοθεί προσοχή στη µέση ατµοσφαιρική διάθλαση κατά τη διαδροµή µετάδοσης ώστε να αξιολογηθούν οι γεωµετρικές παράµετροι αντικειµένων που πιθανόν παρεµβάλλονται στο κάθετο επίπεδο της διαδροµής (γωνία διάθλασης, ακτίνα κυρτότητας, ύψος εµποδίου). Για αυτόν το λόγο, το προφίλ της διαδροµής πρέπει να συσχετισθεί µε την κατάλληλη ισοδύναµη γήινη ακτίνα (Σύσταση ITU-R P.834). Εφόσον όµως δεν είναι διαθέσιµη καµία άλλη πληροφορία, τότε ως βάση µπορεί να ληφθεί µια ισοδύναµη γήινη ακτίνα km, η οποία αντιστοιχεί σε πρότυπη ατµόσφαιρα µε K=4/3. Ελλειψοειδή Fresnel και ζώνες Fresnel Στη µελέτη της διάδοσης ραδιοκύµατος µεταξύ δύο σηµείων Α και Β, το ενδιάµεσο διάστηµα µπορεί να υποδιαιρεθεί σε µια οικογένεια ελλειψοειδών, γνωστή ως ελλειψοειδή Fresnel,

52 ΑΠΩΛΕΙΕΣ ΙΑ ΟΣΗΣ ΛΟΓΩ ΠΕΡΙΘΛΑΣΕΩΣ ΠΡΟΤΥΠΟ ITU-R (P.526-7) ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 που έχουν τις εστίες τους στα σηµεία Α και το Β. Κάθε σηµείο Μ σε ένα ελλειψοειδές Fresnel θα ικανοποιεί τη σχέση: όπου: λ : n : είναι το µήκος κύµατος AM + MB = AB + λ n 2 είναι ένας ακέραιος αριθµός που χαρακτηρίζει την τάξη του ελλειψοειδούς. Το n=1 αντιστοιχεί στο ελλειψοειδές Fresnel πρώτης τάξεως κοκ. Στην πράξη η ραδιοζεύξη θα πληροί τις συνθήκες οπτικού πεδίου µε αµελητέα φαινόµενα διάθλασης εφόσον κανένα εµπόδιο δεν εισέρχεται στο ελλειψοειδές Fresnel πρώτης τάξεως. Η ακτίνα του ελλειψοειδούς σε κάθε σηµείο µεταξύ του ποµπού και του δέκτη θα δίνεται από την ακόλουθη σχέση: R n = n λ d1 d d + d /2 ή, εφόσον είναι η συχνότητα f θα δίδεται σε MHz και οι αποστάσεις µεταξύ ποµπού-εµποδίου και εµποδίου-δέκτη d1 και d2 σε (km) η ακτίνα του ελλειψοειδούς, σε (m), θα δίνεται από τη σχέση: R n = 550 n d (d d d 2 2 ) f 1/2 Ορισµένα πρακτικά προβλήµατα διάδοσης απαιτούν την εκτίµηση των ζωνών Fresnel, οι οποίες θα είναι οι γεωµετρικοί τόποι που προκύπτουν από την τοµή µιας οικογένειας τέτοιων

53 ΑΠΩΛΕΙΕΣ ΙΑ ΟΣΗΣ ΛΟΓΩ ΠΕΡΙΘΛΑΣΕΩΣ ΠΡΟΤΥΠΟ ITU-R (P.526-7) ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ελλειψοειδών µε ένα επίπεδο. Η ζώνη τάξης n είναι ο κοινός τόπος µεταξύ των καµπυλών που προκύπτουν από ελλειψοειδή τάξης n και n 1, αντίστοιχα Περίθλαση υπεράνω εµποδίων και ανώµαλου εδάφους Σε πολλές περιπτώσεις διάδοσης αντιµετωπίζονται ένα ή και περισσότερα διακριτά εµπόδια, οπότε και πρέπει να υπολογίζονται οι απώλειες που προκύπτουν από αυτά. Στην περίπτωση αυτή είναι απαραίτητο να εξιδανικευτεί η µορφή των εµποδίων, είτε θεωρώντας τα ως µια αιχµή αµελητέου πάχους ή ως ένα ευρύ οµαλό εµπόδιο µε σαφώς καθορισµένη ακτίνα καµπυλότητας στην κορυφή. Είναι βέβαια προφανές, ότι τα πραγµατικά εµπόδια έχουν πιο σύνθετες µορφές, οπότε τα προκύπτοντα αποτελέσµατα, που παρέχονται σε αυτήν την σύσταση, θα πρέπει να θεωρηθούν µόνο ως προσεγγίσεις. Σ τις περιπτώσεις επιπλέον που η άµεση διαδροµή µεταξύ των τερµατικών είναι πολύ µικρότερη από την διαδροµή που προκύπτει λόγω περίθλασης, είναι απαραίτητο να υπολογιστεί η επιπρόσθετη απώλεια διάδοσης λόγω ακριβώς της µεγαλύτερης διαδροµής. Τα στοιχεία που δίνονται κατωτέρω ισχύουν εφόσον το µήκος κύµατος είναι αρκετά µικρό σε σχέση µε το µέγεθος των εµποδίων, δηλαδή για συχνότητες υψηλότερες των 30 MHz

54 ΑΠΩΛΕΙΕΣ ΙΑ ΟΣΗΣ ΛΟΓΩ ΠΕΡΙΘΛΑΣΕΩΣ ΠΡΟΤΥΠΟ ITU-R (P.526-7) ΚΕΦΑΛΑΙΟ Απλό αιχµηρό εµπόδιο Στην εξαιρετικά ιδανική περίπτωση, (σχήµα 1 και 2) όλες οι γεωµετρικές παράµετροι συνδυάζονται µεταξύ τους σε µια αδιάστατη παράµετρο η οποία δηλώνεται µε το χαρακτήρα v v= h + λ d1 d2 (1) όπου: h: ύψος της κορυφής του εµποδίου επάνω από την νοητή ευθεία γραµµή, που συνδέει τα δύο άκρα της διαδροµής. Εάν η κορυφή του εµποδίου βρίσκεται κάτω από αυτήν την γραµµή, το h είναι αρνητικό ειδάλλως είναι θετικό d 1 και d 2 : οι αποστάσεις των δύο άκρων της διαδροµής από την κορυφή του εµποδίου λ: µήκος κύµατος Σχήµα 1 : Απλό αιχµηρό εµπόδιο(h>0)

55 ΑΠΩΛΕΙΕΣ ΙΑ ΟΣΗΣ ΛΟΓΩ ΠΕΡΙΘΛΑΣΕΩΣ ΠΡΟΤΥΠΟ ITU-R (P.526-7) ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Σχήµα 1 : Απλό αιχµηρό εµπόδιο(h<0) Το παρακάτω διάγραµµα δίνει σαν συνάρτηση του ν την απώλεια (db) που προκαλείται εξαιτίας της παρουσίας του εµποδίου. Για v>-0,7 µια προσεγγιστική τιµή µπορεί να υπολογιστεί από την παρακάτω σχέση: ( ) ( ) ( ) 2 J v = 6, log v 0, v 0,1 db (2) ιάγραµµα 1 : Επιπρόσθετη απώλεια διάδοσης λόγω αιχµηρού εµποδίου

56 ΑΠΩΛΕΙΕΣ ΙΑ ΟΣΗΣ ΛΟΓΩ ΠΕΡΙΘΛΑΣΕΩΣ ΠΡΟΤΥΠΟ ITU-R (P.526-7) ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Σχήµα 3 : Μεµονωµένο σφαιρικό εµπόδιο Μεµονωµένο σφαιρικό εµπόδιο Η τοπολογία ενός µεµονωµένου σφαιρικού εµποδίου ακτίνας R παρουσιάζεται στο σχ 3, όπου οι αποστάσεις d1 και d2, και το ύψος h πάνω από τη γραµµή βάσεως µέτριονται στο µέγιστο της τοµής των προβαλλόµενων ακτινών µε το εµπόδιο. Η απώλεια περίθλασης σ αυτήν την περίπτωση υπολογίζεται από την: A = J( ν ) + T(m,n) db (3) όπου: a) J(ν) η απώλεια Fresnel- Kirchoff ενός ισοδύναµου αιχµηρού εµποδίου που τοποθετείται µε την κορυφή του στο µέγιστο σηµείο. Η αδιάστατη παράµετρος ν µπορεί να υπολογιστεί µε κάποια από τη σχέση 1, η οποία µπορεί να γραφτεί: ν = 2(d1 + d2) h λ d1 d2 1/2 όπου h και ν είναι σε µέτρα, και d1 και d2 είναι σε χιλιόµετρα

57 ΑΠΩΛΕΙΕΣ ΙΑ ΟΣΗΣ ΛΟΓΩ ΠΕΡΙΘΛΑΣΕΩΣ ΠΡΟΤΥΠΟ ITU-R (P.526-7) ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Το J(ν) µπορεί να υπολογιστεί από το διάγραµµα 1 ή από την σχέση 2. Σηµειώνεται, ότι εφόσον παρεµποδίζεται η ορατότητα, το ν είναι θετικό και ισχύει η σχέση 2. b) Η T(m,n) αντιπροσωπεύει την επιπρόσθετη εξασθένηση λόγω της κυρτότητας του εµποδίου: όπου: και T(m,n) = k mb k = n b = [1 exp ( 1.43 n)] m = R d1 d + 1 d d 2 2 π R λ 1/3 n = h π R λ 2/3 R τα R, d1, d2, h και λ δίδονται σε µονάδες του διεθνούς συστήµατος. Εναλλακτικά, η T(m,n) µπορεί να ληφθεί από το διάγραµµα 2. Επισηµαίνεται, ότι καθώς το R τείνει στο µηδέν, το m, και ως εκ τούτου η T(m,n) θα τείνουν επίσης στο µηδέν. Κατά συνέπεια η σχέση 3 ανάγεται στην θεώρηση περίθλασης περί ένα κύλινδρο µηδενικής ακτίνας. Το µοντέλο αυτό είναι κατάλληλο για τα τυπικά εδαφικά εµπόδια. εν είναι κατάλληλο όµως για ραδιοζεύξεις πέραν του ορίζοντος υπεράνω νερού, ή υπεράνω ιδιαιτέρως επιπέδου εδάφους

58 ΑΠΩΛΕΙΕΣ ΙΑ ΟΣΗΣ ΛΟΓΩ ΠΕΡΙΘΛΑΣΕΩΣ ΠΡΟΤΥΠΟ ITU-R (P.526-7) ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ιάγραµµα 2: Νοµόγραµµα, που δίδει τις τιµές της συναρτήσεως Τ(m,n) των m και n συναρτήσει ύο µεµονωµένα εµπόδια Αυτή η µέθοδος προκύπτει από την εφαρµογή της ενιαίας θεωρίας περίθλασης περί δύο διαδοχικά αιχµηρά εµπόδια, µε την κορυφή του πρώτου εµποδίου να δρα ως πηγή για τη περίθλαση πάνω από το δεύτερο (Σχ. 4). Η πρώτη διαδροµή περίθλασης, που καθορίζεται από τις αποστάσεις a και b και το ύψος h 1, δίνει µια τιµή απώλειας L1 (db) ενώ η δεύτερη διαδροµή περίθλασης, που καθορίζεται από τις αποστάσεις b και c και το ύψος h 2, δίνει απώλεια L2 (db). Οι L1 και L2 υπολογίζονται από τις σχέσεις της παραγράφου Στις απώλειες αυτές θα πρέπει να

59 ΑΠΩΛΕΙΕΣ ΙΑ ΟΣΗΣ ΛΟΓΩ ΠΕΡΙΘΛΑΣΕΩΣ ΠΡΟΤΥΠΟ ITU-R (P.526-7) ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 προστεθεί και ένας διορθωτικός όρος Lc (db), ο οποίος περιγράφει την επίδραση της απόστασης b µεταξύ των δύο εµποδίων. Το Lc µπορεί να υπολογιστεί από την: L c = (a + b) 10 log b (a + (b + c) b + c) που ισχύει εφόσον κάθε ένας από τους όρους L1 και L2 υπερβαίνει τα 15 db. Η συνολική απώλεια διάθλασης θα δίνεται ακολούθως από την: L = L1 + L2 + Lc Η ανωτέρω µέθοδος είναι ιδιαίτερα χρήσιµη όταν τα δύο εµπόδια δίνουν παρόµοιες στάθµες αποσβέσεων. Εφόσον όµως κάποιο εµπόδιο είναι πολύ υψηλότερο του άλλου (Σχ. 5), η πρώτη διαδροµή περίθλασης καθορίζεται από τις αποστάσεις a και b και c και το ύψος h1, ενώ η δεύτερη από τις αποστάσεις b και c και το ύψος h'2. Οι απώλειες που αντιστοιχούν σε αυτές τις δύο διαδροµές προστίθενται, χωρίς πλέον την προσθήκη τρίτου όρου

60 ΑΠΩΛΕΙΕΣ ΙΑ ΟΣΗΣ ΛΟΓΩ ΠΕΡΙΘΛΑΣΕΩΣ ΠΡΟΤΥΠΟ ITU-R (P.526-7) ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 h'1 h'2 a b c Σχήµα 4: Μέθοδος δυο µεµονωµένων εµποδίων h1 h'2 a b c Σχήµα 5: Μέθοδος δύο µεµονωµένων εµποδίων όπου το ένα κυριαρχεί Η ίδια µέθοδος µπορεί να εφαρµοστεί στην περίπτωση των σχεδόν σφαιρικών εµποδίων χρησιµοποιώντας τη θεωρία της παραγράφου Σε περιπτώσεις, όπου το εµπόδιο, που προκαλεί την περίθλαση, µπορεί να θεωρηθεί ότι παρουσιάζει επίπεδη οροφή, η προσέγγιση µιας µοναδικής αιχµής παύει να είναι ικανοποιητική. Είναι απαραίτητο λοιπόν να υπολογιστεί το φασµατικό άθροισµα δύο συντελεστών, που υποβάλλονται ο ένας σε µια διπλή περίθλαση αιχµών και ο άλλος σε µια επιπρόσθετη ανάκλαση στην επιφάνεια οροφής. Έχει αποδειχθεί, ότι όπου δεν είναι µε ακρίβεια γνωστές η ανακλαστικότητα της επιφάνειας

61 ΑΠΩΛΕΙΕΣ ΙΑ ΟΣΗΣ ΛΟΓΩ ΠΕΡΙΘΛΑΣΕΩΣ ΠΡΟΤΥΠΟ ITU-R (P.526-7) ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 οροφής και η τυχόν διαφορά ύψους µεταξύ της επιφάνειας οροφής και των πλευρικών τοίχων, τότε το µοντέλο διπλών αιχµών αρκεί για καλή πρόβλεψη της διαθλώµενης πεδιακής έντασης, αγνοώντας την ανακλώµενη συνιστώσα Γενική µέθοδος για ένα ή περισσότερα εµπόδια Σχήµα 6: Γενική µέθοδος για ένα ή περισσότερα εµπόδια Η ακόλουθη µέθοδος συστήνεται για την απώλεια περίθλασης υπεράνω ανώµαλου εδάφους που διαµορφώνεται από ένα ή περισσότερα εµπόδια κατά τη διάδοση οπτικής επαφής. Ο υπολογισµός λαµβάνει υπόψη τη γήινη κυρτότητα µέσω της έννοιας της πραγµατικής γήινης ακτίνας (βλ. τη σύσταση ITU-R P.452, 4.3). Αυτή η µέθοδος είναι κατάλληλη για περιπτώσεις όπου απαιτείται µια ενιαία γενική διαδικασία για επίγειες ζεύξεις υπεράνω εδάφους ή θαλάσσης τόσο για την περίπτωση οπτικής επαφής όσο και για την περίπτωση πέραν του ορίζοντος. Θα πρέπει εν προκειµένω να είναι διαθέσιµη µια µηκοτοµή της ραδιοζεύξης, στην οποία να αποτυπώνεται ένα σύνολο δειγµάτων απολύτων υψών της επιφάνειας της γης σε

62 ΑΠΩΛΕΙΕΣ ΙΑ ΟΣΗΣ ΛΟΓΩ ΠΕΡΙΘΛΑΣΕΩΣ ΠΡΟΤΥΠΟ ITU-R (P.526-7) ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 σχέση µε τη στάθµη της θάλασσας. Τα πρώτο και τελευταίο σηµείο θα αντιστοιχούν στα ύψη του ποµπού και του δέκτη. Κάθε διατεταγµένο ζεύγος ύψους - απόστασης χαρακτηρίζεται από ένα αριθµό, που αυξάνει από το ένα άκρο της διαδροµής στο άλλο. Αν και δεν είναι απαραίτητο, στην ακόλουθη περιγραφή υποτίθεται, ότι οι δείκτες αυξάνουν από το ποµπό στο δέκτη. Επί πλέον καλό είναι τα παραπάνω δείγµατα να ισαπέχουν. Η µέθοδος βασίζεται σε µια διαδικασία που χρησιµοποιείται από 1 έως 3 φορές ανάλογα µε τη µορφή της µηκοτοµής. Η διαδικασία αποτελείται από την εύρεση του σηµείου του δεδοµένου τµήµατος της µηκοτοµής µε την υψηλότερη τιµή της γεωµετρικής παραµέτρου ν, όπως αυτή περιγράφεται στην παράγραφο 1.1. Το τµήµα της µηκοτοµής που εξετάζεται καθορίζεται από το δείκτη σηµείου a στο δείκτη σηµείου b (a < b). Εάν α + 1 = b δεν υπάρχει ενδιάµεσο σηµείο και η απώλεια διάθλασης για το τµήµα της διαδροµής που εξετάζεται είναι µηδέν. ιαφορετικά η διαδικασία εφαρµόζεται υπολογίζοντας το νn (a > n > b) και επιλέγοντας το σηµείο µε την υψηλότερη τιµή του ν. Η τιµή του ν για το n-στο σηµείο του προφίλ δίνεται από: ν = h 2d /λ d d (4) n ab όπου: h = hn + [dan dnb / 2 re] [(ha dnb + hb dan) / dab] (5) ha, hb, hn : κάθετα ύψη (σχήµα 6) dan, dnb, dab : οριζόντιες αποστάσεις (σχήµα 6) re : πραγµατική γήινη ακτίνα λ : µήκος κύµατος an nb

63 ΑΠΩΛΕΙΕΣ ΙΑ ΟΣΗΣ ΛΟΓΩ ΠΕΡΙΘΛΑΣΕΩΣ ΠΡΟΤΥΠΟ ITU-R (P.526-7) ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 και όλα τα h, d, re και λ είναι σε µονάδες του διεθνούς συστήµατος. Η απώλεια διάθλασης θα δίνεται ως απώλεια αιχµηρών εµποδίων J(ν) σύµφωνα µε την σχέση 2 για ν > -0.78, ή θα είναι µηδέν. Σηµειώνεται, ότι η σχέση 4 προκύπτει άµεσα από την εξίσωση (1). Η γεωµετρία της σχέσης 5 παρουσιάζεται στο σχήµα 6. Ο δεύτερος όρος στην εξίσωση 6 αποτελεί µια καλή προσέγγιση του επιπρόσθετου ύψους στο σηµείο n λόγω της γήινης κυρτότητας. Η ανωτέρω διαδικασία εφαρµόζεται αρχικά σε ολόκληρο το προφίλ από το ποµπό στο δέκτη. Το σηµείο µε την υψηλότερη τιµή του ν καλείται κύρια ακµή p και η αντίστοιχη απώλεια είναι J(ν p ). Εάν ν p > 0.78 η διαδικασία εφαρµόζεται δύο φορές επιπλέον: από το ποµπό στο σηµείο p για να λάβει το ν t και ως εκ τούτου το J(ν t ); από το σηµείο p στο δέκτη για να λάβει το ν r και ως εκ τούτου το J(ν r ). Η επιπρόσθετη απώλεια διάθλασης για τη ραδιοζεύξη θα δίνεται από: L = J(ν P ) + T [ J(ν t ) + J(ν r ) + C ] για ν P > L = 0 για ν P < 0.78 όπου: C : εµπειρική διόρθωση C = D D : συνολικό µήκος διαδροµής (km) Και T = 1.0 exp [ J(ν P ) / 6.0 ]

64 ΑΠΩΛΕΙΕΣ ΙΑ ΟΣΗΣ ΛΟΓΩ ΠΕΡΙΘΛΑΣΕΩΣ ΠΡΟΤΥΠΟ ITU-R (P.526-7) ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Σηµειώνεται, ότι η ανωτέρω διαδικασία για ραδιοζεύξεις πέραν του ορίζοντος βασίζεται στη µέθοδο Deygout που περιορίζεται σε 3 το πολύ ακµές. Για τις διαδροµές οπτικής επαφής διαφέρει από τη θεώρηση Deygout στο ότι δύο δευτερεύουσες ακµές χρησιµοποιούνται ακόµα σε περιπτώσεις όπου η κύρια ακµή προκαλεί µη µηδενική απώλεια διάθλασης. Όταν χρησιµοποιείται αυτή η µέθοδος για την πρόβλεψη της απώλειας διάθλασης για περιπτώσεις τροποσφαιρικού δείκτη διάφορου του k=1, για το ίδιο προφίλ διαδροµής συστήνεται η θεώρηση της κύριας ακµής, και εφόσον υπάρχουν και οι βοηθητικές ακµές από κάθε πλευρά, να υπολογίζονται αρχικά για τη µεσαία πραγµατική γήινη ακτίνα. Αυτές οι άκρες πρέπει έπειτα να χρησιµοποιηθούν κατά τον υπολογισµό των απωλειών διάθλασης για άλλες τιµές της πραγµατικής γήινης ακτίνας, χωρίς επανάληψη της διαδικασίας για αυτά τα σηµεία. Αυτό ελαχιστοποιεί την πιθανότητα ασυνέχειας στην προβλεπόµενη απώλεια διάθλασης, που µπορεί να εµφανιστεί σε µερικές περιπτώσεις, ως συνάρτηση της πραγµατικής γήινης ακτίνας λόγω των διαφορετικών ακµών που επιλέγονται

65 ΕΞΑΣΘΕΝΗΣΗ ΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡ/ΤΙΚΩΝ ΚΥΜΑΤΩΝ ΑΠΟ ΤΗΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΕΞΑΣΘΕΝΗΣΗ ΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡ/ΤΙΚΩΝ ΚΥΜΑΤΩΝ ΑΠΟ ΤΗΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ 4.1 Σύσταση ατµόσφαιρας Η ατµόσφαιρα αποτελείται από τα εξής στρώµατα : Τροπόσφαιρα Στρατόσφαιρα Μεσόσφαιρα Θερµόσφαιρα (ιονόσφαιρα) Εξώσφαιρα Σχήµα Σύσταση ατµόσφαιρας Τα στρώµατα τα οποία επηρεάζουν την διάδοση των ηλεκτροµαγνητικών κυµάτων είναι η τροπόσφαιρα και η ιονόσφαιρα

66 ΕΞΑΣΘΕΝΗΣΗ ΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡ/ΤΙΚΩΝ ΚΥΜΑΤΩΝ ΑΠΟ ΤΗΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Τροπόσφαιρα: αποτελεί το χαµηλότερο επίπεδο την γήινης ατµόσφαιρας. Είναι το επίπεδο όπου λαµβάνουν χώρα τα καιρικά φαινόµενα. Στο στρώµα αυτό επιβιώνει ο άνθρωπος. Ο αέρας είναι κατάλληλα αναµεµειγµένος και η θερµοκρασία µειώνεται µε το ύψος, Ο αέρας της τροπόσφαιρας ζεσταίνεται από το έδαφος. Η επιφάνεια της γης απορροφά ενέργεια και ζεσταίνεται γρηγορότερα από τον αέρα. Η θερµότητα διαχέεται στην τροπόσφαιρα επειδή ο αέρας είναι ελαφρώς ασταθής. Ιονόσφαιρα: είναι ένα ειδικό στρώµα της ατµόσφαιρας. εν αποτελεί ξεχωριστό επίπεδο, αλλά είναι µέρος της θερµόσφαιρας. Στο στρώµα αυτό κινούνται οι δορυφόροι. ιαφορετικές περιοχές της ιονόσφαιρας κάνουν εφικτές µακρινές ραδιοεπικοινωνίες µέσω ανάκλασης των ραδιοκυµάτων στη γη. Η θερµοκρασία αυξάνεται µε το ύψος

67 ΕΞΑΣΘΕΝΗΣΗ ΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡ/ΤΙΚΩΝ ΚΥΜΑΤΩΝ ΑΠΟ ΤΗΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Σχήµα Μεταβολή θερµοκρασίας ύψους 4.2 Απώλειες διάδοσης στην ατµόσφαιρα Η εξίσωση του Friis χρησιµοποιείται ευρέως στον υπολογισµό της εξασθένησης του ηλεκτροµαγνητικού σήµατος στο ελεύθερο χώρο. Για συχνότητες µεταξύ 500MHz και 10GHz το µοντέλο αυτό παρέχει καλή εκτίµηση της απώλειας διάδοσης. Εντούτοις, για συχνότητες πάνω από 10 GHz υπάρχουν πολλοί επιπρόσθετοι παράγοντες που επιδρούν στην διάδοση : a. Απορρόφηση που προκαλείται από τα αέρια συστατικά και τους υδρατµούς της ατµόσφαιρας b. Εξασθένηση εξαιτίας οµίχλης, σύννεφων και βροχόπτωσης

68 ΕΞΑΣΘΕΝΗΣΗ ΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡ/ΤΙΚΩΝ ΚΥΜΑΤΩΝ ΑΠΟ ΤΗΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ Εξασθένηση λόγω συννεφιάς και οµίχλης (ITU P.840-3) Η εξασθένηση εξαιτίας των σύννεφων αποτελεί σηµαντικό παράγοντα ειδικά για συστήµατα µικροκυµάτων συχνότητας άνω των 10 GHz ή για χαµηλής διαθεσιµότητας συστήµατα. Για σύννεφα ή οµίχλη που αποτελούνται εξ ολοκλήρου από µικρά σταγονίδια, γενικά µικρότερα από 0,01cm η προσέγγιση Rayleigh είναι κατάλληλη για συχνότητες κάτω των 200 GHz και είναι δυνατό να εκφράσει την εξασθένηση σε σχέση µε την ποσότητα νερού που περιέχεται ανά µονάδα όγκου. Η ειδική εξασθένηση εντός του σύννεφου ή οµίχλης είναι: γ c =K l M db/km όπου: γ c :ειδική εξασθένηση(db/km) εντός του σύννεφου K l : ειδικός συντελεστής εξασθένησης (db/km)/(g/m 3 ) M: πυκνότητα υγρού νερού εντός του σύννεφου ή της οµίχλης. Για συχνότητες της τάξεως των 100 GHz και πάνω, η εξασθένηση λόγω της οµίχλης είναι αρκετά σηµαντική. Η πυκνότητα του υγρού νερού στην οµίχλη είναι τυπικά περίπου 0,

69 ΕΞΑΣΘΕΝΗΣΗ ΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡ/ΤΙΚΩΝ ΚΥΜΑΤΩΝ ΑΠΟ ΤΗΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 g/m 3 για µέση οµίχλη(ορατότητα της τάξης των 300m)και 0,5 g/m 3 για πυκνή οµίχλη(ορατότητα της τάξης των 50m) Ειδικός συντελεστής εξασθένησης Ένα µαθηµατικό µοντέλο που βασίζεται στην διασπορά Rayleigh,το οποίο χρησιµοποιεί το µοντέλο double-debye για την διηλεκτρική σταθερά ε(f) του νερού, χρησιµοποιείται στον υπολογισµό της τιµής του K l για συχνότητες άνω των 1000 GHz. K l =0,819f/ε (1+n 2 ) όπου f :συχνότητα σε GHz και n=(2+ε )/ε Η µιγαδική διηλεκτρική σταθερά του νερού είναι: f ( ε 0 ε1) f ( ε1 ε 2) ε ''( f ) = f f f 1 fs 1 p + + f f p s ε 0 ε1 ε1 ε 2 ε '( f ) = + + ε f f f f p s

70 ΕΞΑΣΘΕΝΗΣΗ ΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡ/ΤΙΚΩΝ ΚΥΜΑΤΩΝ ΑΠΟ ΤΗΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 όπου: ε 0 =77, (θ-1) ε 1 =5,48 ε 2 =3,51 θ=300/τ µε Τ θερµοκρασία σε (Κ) και f p =20,09-142(θ-1)+294(θ-1) 2 f s = (θ-1) GHz Το διάγραµµα 1 δίνει τις τιµές του K l στις συχνότητες από GHz και θερµοκρασίες µεταξύ -8 ο και 20 ο C. ιάγραµµα 1: K l -f

71 ΕΞΑΣΘΕΝΗΣΗ ΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡ/ΤΙΚΩΝ ΚΥΜΑΤΩΝ ΑΠΟ ΤΗΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ

72 ΕΞΑΣΘΕΝΗΣΗ ΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡ/ΤΙΚΩΝ ΚΥΜΑΤΩΝ ΑΠΟ ΤΗΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ

73 ΕΞΑΣΘΕΝΗΣΗ ΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡ/ΤΙΚΩΝ ΚΥΜΑΤΩΝ ΑΠΟ ΤΗΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ Εξασθένηση λόγω βροχής (ITU P.838-1) Είναι αναγκαίος ο υπολογισµός της εξασθένησης που προκαλεί η βροχή, παρατηρώντας το ρυθµό βροχόπτωσης. Για τον υπολογισµό αυτό χρησιµοποιείται η ακόλουθη διαδικασία: Η ειδική εξασθένηση γ R (db/km) εξαρτάται από τον ρυθµό βροχόπτωσης R (mm/h) και υπολογίζεται από την παρακάτω σχέση: γ R =kr a (1) Οι εξαρτώµενοι από τη συχνότητα συντελεστες k,a δίνονται από τον πίνακα 1 για γραµµική πόλωση(οριζόντια: H, κατακόρυφη: V) και για οριζόντιες διαδροµές. Για συχνότητες διαφορετικές εκείνων του πίνακα 1,οι τιµές των k,a µπορούν να εξαχθούν µε παρεµβολή χρησιµοποιώντας λογαριθµική κλίµακα για την συχνότητα και το k και γραµµική για το a. Οι τιµές του πίνακα 1ελέγχθηκαν και βρέθηκαν να είναι αρκετά ακριβείς για πρόβλεψη εξασθένησης για συχνότητες µεγαλύτερες των 55 GHz. Για γραµµική και κυκλική πόλωση και για όλες τις γεωµετρίες της διαδροµής οι σταθερές στην εξίσωση (1) µπορούν να υπολογιστούν από τον πίνακα 1 χρησιµοποιώντας τις παρακάτω εξισώσεις k=[k H +k V +(k H -k V )cos 2 θ cos2τ]/2 (2) a=[k H a H + k V a V +( k H a H - k V a V ) cos 2 θ cos2τ]/2k (3) όπου: θ: γωνία ανύψωσης

74 ΕΞΑΣΘΕΝΗΣΗ ΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡ/ΤΙΚΩΝ ΚΥΜΑΤΩΝ ΑΠΟ ΤΗΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 τ: γωνία πόλωσης Πίνακας

75 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΕΙΚΟΝΙΚΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΕΙΚΟΝΙΚΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ 5.1 Απαιτούµενες προδιαγραφές της υλοποίησης του εικονικού εργαστηρίου της Ασύρµατου Ι Στα πλαίσια υλοποίησης του εικονικού εργαστηρίου της Ασύρµατου Ι µας ζητήθηκε η δυνατότητα να µπορεί ο χρήστης να µπαίνει στο site του εργαστηρίου και να µπορεί να υπολογίζει κατευθείαν (on-line) και όση ώρα βρίσκεται στο Internet χωρίς τη διαµεσολάβηση κάποιου ξεχωριστού προγράµµατος τις απώλειες ισχύος που προκύπτουν από την παρεµβολή εµποδίων και την επιρροή των καιρικών συνθηκών. Επειδή πρέπει να υπάρχει ελευθερία επιλογής όσο αφορά τον ποιο Internet browser θα χρησιµοποιούν οι χρήστες, η εφαρµογή που µας ζητήθηκε πρέπει να είναι µία web-based clients application. ηλαδή, να δίνει την δυνατότητα στον χρήστη να είναι ο οποιοσδήποτε, αρκεί να διαθέτει έναν Internet browser όπως π.χ. τον Internet Explorer, Netscape Navigator, Mozilla, Opera, Safari κ.α. Οι παραπάνω απαιτήσεις µας οδήγησαν στην επιλογή της χρήσης της JSP τεχνολογίας για την ανάπτυξη της εφαρµογής. Σαν µέλος της οικογένειας της τεχνολογίας Java και αναπόσπαστο κοµµάτι της Java 2, Enterprise Edition Αrchitecture έχει πλήρη πρόσβαση στο ολοκληρωµένο περιβάλλον εφαρµογών της Java, µε όλα τα πλεονεκτήµατα για µεγάλη δυνατότητα κλιµάκωσης και µεταφερσιµότητας. Επειδή η µητρική γλώσσα γραφής των JSP σελίδων βασίζεται στη Java όλες οι JSP σελίδες µεταφράζονται

76 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΕΙΚΟΝΙΚΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 στον κώδικα του αντίστοιχου Servlet, που είναι ένα.java file.,από τη στιγµή που θα µεταφραστεί σε.java file. συµβολοµεταφράζεται στο bytecode file.(.class), το οποίο εκτελείται από την Java Virtual Machine (JVM). H Java Virtual Machine δέχεται ως είσοδο το ήδη συµβολοµεταφρασµένο bytecode και το µεταφράζει στην εκάστοτε γλώσσα µηχανής για να εκτελεστεί. Υπάρχουν διαθέσιµες Java Virtual Machines σχεδόν για κάθε τύπο υπολογιστή. Ο Intenet Explorer και ο Νetscape Navigator έχουν ενσωµατωµένες Java Virtual Machines. To.class file εκτελείται και παράγεται το HTML έγγραφο του αποτελέσµατος το οποίο λαµβάνει ο χρήστης. Επιπλέον η JSP τεχνολογία είναι συµβατή µε κάθε web ή application server, εξασφαλίζει τον διαχωρισµό της λογικής της εφαρµογής από την εµφάνιση της σελίδας δίνοντας στον δηµιουργό (author) του site την δυνατότητα του άµεσου ελέγχου. 5.2 Εργαλεία προγραµµατισµού για την ανάπτυξη της εφαρµογής JAVA H γλώσσα του Ιnternet Ως γλώσσα προγραµµατισµού των διαδικασιών που εκτελούνται στο εικονικό εργαστήριο επιλέχτηκε η JAVA, καθώς η τελευταία λόγω των ειδικών χαρακτηριστικών της έχει καθιερωθεί ως η βασική γλώσσα προγραµµατισµού που χρησιµοποιείται στο ιαδίκτυο. H JAVA χρησιµοποιεί την αντικειµενοστραφή τεχνολογία, την οποία κληρονόµησε από τη µητρική της γλώσσα, τη C++. H έννοια αντικειµενοστραφής δείχνει ένα µηχανισµό, ένα τρόπο σκέψης στην ανάπτυξη λογισµικού, που είναι στραµµένος στα αντικείµενα, τα οποία αποτελούν τις βασικές δοµικές µονάδες

77 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΕΙΚΟΝΙΚΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 της τεχνολογίας αυτής. Στον αντικειµενοστραφή προγραµµατισµό ένα πρόγραµµα είναι ένα σύνολο αλληλεπιδρώντων αντικειµένων. Μπορεί να ειπωθεί ότι ο αντικειµενοστραφής προγραµµατισµός είναι ένας τρόπος καλύτερης οργάνωσης προγραµµάτων. Στον τρόπο αυτό προγραµµατισµού ένα πρόγραµµα δεν αποτελείται από τα δεδοµένα και τον κώδικά του, αλλά από τα αντικείµενα, τα οποία εµπεριέχουν τα δεδοµένα και τα οποία ανταλλάσσουν µεταξύ πληροφορίες και µηνύµατα προκειµένου να επιτευχθεί ο στόχος του προγράµµατος. Το αντικείµενο έχει τις ακόλουθες βασικές ιδιότητες -κατάσταση: Έχει να κάνει µε τις τιµές του αντικειµένου σε επίπεδο µεταβλητών µνήµης. -συµπεριφορά: Είναι ο τρόπος που ανταποκρίνεται το αντικείµενο σε κλήσεις από το περιβάλλον του. -ταυτότητα: Είναι η διάκριση ενός αντικειµένου από όλα τα άλλα που ορίζονται στον ίδιο τύπο δεδοµένων. Τα σύνολα των αντικειµένων που έχουν κοινή συµπεριφορά και δοµή συγκροτούν την πλέον σύγχρονη λογισµική δοµή, την κλάση. Κάθε αντικείµενο ανήκει σε µια κλάση, της οποίας ορίζει ένα στιγµιότυπο,το οποίο είναι και το µόνο που απασχολεί κύρια µνήµη για καταχώρηση των τιµών του. Η κλάση δηλαδή είναι ένα πρότυπο που χρησιµοποιείται για τη δηµιουργία πολλαπλών αντικειµένων µε παρόµοια χαρακτηριστικά. Οι κλάσεις περιέχουν όλα τα χαρακτηριστικά ενός συγκεκριµένου συνόλου αντικειµένων. Όταν γράφετε ένα πρόγραµµα σε αντικειµενοστραφή γλώσσα δεν ορίζονται µεµονωµένα αντικείµενα, αλλά κλάσεις αντικειµένων. Η JAVA είναι σήµερα µια από τις πιο διαδεδοµένες γλώσσες προγραµµατισµού και ειδικά στο χώρο του ιαδικτυακού

78 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΕΙΚΟΝΙΚΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Προγραµµατισµού µπορούµε να πούµε ότι κυριαρχεί. Μερικά από τα βασικά χαρακτηριστικά της JAVA που συνετέλεσαν στη γρήγορη διάδοσή της είναι τα παρακάτω: - Είναι οικεία. Όπως ήδη αναφέραµε η JAVA είναι θυγατρική γλώσσα της C++. Επειδή όµως αρκετά από τα στοιχεία και τις δυνατότητες που περιέχει προέρχονται από ένα ευρύ φάσµα γλωσσών προγραµµατισµού, δεν είναι µόνο οικεία σε προγραµµατιστές της C++, αλλά και σε όλους όσους έχουν εµπειρία προγραµµατισµού. - Είναι απλή. Η JAVA περιέχει ελάχιστες εντολές, λίγες προγραµµατιστικές δοµές µε αυστηρά ορισµένη σηµασία. Έχει αυτοµατισµούς, όπως η αυτόµατη διαχείριση µνήµης, και είναι απελευθερωµένη από την αριθµητική δεικτών (pointers) και από την πολλαπλή κληρονοµικότητα, καθώς χρησιµοποιεί κλάσεις που είναι το πολύ υποκλάσεις ακριβώς µιας άλλης. Γενικά η JAVA είναι µια γλώσσα πολύ πιο απλή από τη C++ και η εκµάθησή της είναι σχετικά εύκολη. - Είναι κατανεµηµένη. Υποστηρίζει το σχεδιασµό και ανάπτυξη κατανεµηµένων προγραµµάτων που τρέχουν µέσα στα πλαίσια δικτύων και του ιαδικτύου. Επίσης µπορεί να χρησιµοποιηθεί για δηµιουργία προγραµµάτων που εκτελούνται σε επίπεδο server και εξυπηρετούν µια οµάδα πελατών, όπως στην περίπτωση της δικής µας διαδικτυακής εφαρµογής. - Είναι ερµηνευόµενη. Η JAVA δεν παράγει τελικό κώδικα για κάποιο συγκεκριµένο υπολογιστικό σύστηµα. Ο προγραµµατιστής πληκτρολογεί το πρόγραµµά του σε έναν κοινό επεξεργαστή κειµένου και στη συνέχεια µε τη βοήθεια ενός µεταγλωττιστή ο πηγαίος κώδικας υφίσταται µετάφραση

79 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΕΙΚΟΝΙΚΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 σε έναν ενδιάµεσο κώδικα που ονοµάζεται bytecode. Το ενδιάµεσο αυτό σύστηµα είναι κοινό για όλες τις πλατφόρµες που δέχονται προγράµµατα σε JAVA, οι οποίες πρέπει να έχουν ενσωµατωµένο ένα διερµηνέα της JAVA, ο οποίος ονοµάζεται JAVA VIRTUAL MACHINE. Με τον τρόπο αυτό µπορεί ο κάθε χρήστης να εκτελέσει προγράµµατα JAVA µέσα από browsers σε επίπεδο web, καθώς κάθε browser έχει σήµερα ενσωµατωµένη την εικονική µηχανή της JAVA. - Είναι µεταφέρσιµη. Ίσως η πιο σηµαντική ιδιότητα της JAVA. Εφόσον ο κώδικάς της είναι ενδιάµεσος, είναι ουσιαστικά ανεξάρτητος από συγκεκριµένες αρχιτεκτονικές και δίκτυα υπολογιστών. Τα προγράµµατα της JAVA είναι µεταφέρσιµα για όλες τις αρχιτεκτονικές και τα λειτουργικά συστήµατα. Η JAVA είναι µια γλώσσα ανοικτής αρχιτεκτονικής και µεταφέρσιµη από κορυφή σε κορυφή του ιαδικτύου. H JAVA εµφανίζει δύο πρόσωπα. Το πρώτο είναι το κανονικό, όπου σαν γλώσσα προγραµµατισµού δηµιουργεί αυτόνοµες εφαρµογές που εκτελούνται από το διερµηνέα της JAVA, ενώ το δεύτερο αναφέρεται σε σελίδες HTML που εκτελούνται στο ιαδίκτυο µε έναν browser, γνωστά σαν applets. Αυτόνοµες εφαρµογές JAVA εκτελούνται οπουδήποτε, σε κάθε περιβάλλον που υπάρχει κάποιος διερµηνέας αντίστοιχος της JAVA. Οι προγραµµατιστές της JAVA δε χρειάζονται να ανησυχούν για αυτό το θέµα, καθώς τέτοιοι διερµηνείς υπάρχουν σήµερα σχεδόν σε κάθε υπολογιστικό περιβάλλον και κάθε λειτουργικό σύστηµα. Τα applets εκτελούνται µέσα από browsers, οι οποίοι πρέπει να έχουν την ικανότητα αναγνώρισης του κώδικα bytecode

80 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΕΙΚΟΝΙΚΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 της JAVA. Στην εργασία µας επιλέξαµε να χρησιµοποιήσουµε αυτόνοµα προγράµµατα JAVA, τα οποία υπολογίζουν τις απώλειες της ισχύος του σήµατος, ενώ την επικοινωνία µε το χρήστη του εικονικού εργαστηρίου αναλαµβάνουν ειδικά προγράµµατα. Στη συνέχεια ακολουθούν τα προγράµµατα µε τα οποία υπολογίζονται οι απώλειες ισχύος σε κάθε περίπτωση που κληθήκαµε να αντιµετωπίσουµε µαζί µε επεξηγηµατικά σχόλια Η τεχνολογία των JavaServer Pages Η τεχνολογία των JSP (JavaServer Pages) προσφέρει έναν απλοποιηµένο,γρήγορο τρόπο για την δηµιουργία σελίδων στο διαδίκτυο (web), οι οποίες παρουσιάζουν περιεχόµενο το οποίο παράγεται δυναµικά. Η JSP τεχνολογία σχεδιάστηκε για να κάνει ευκολότερη και γρηγορότερη την ανάπτυξη των web-based clients applications 1, οι οποίες δουλεύουν µε µία µεγάλη ποικιλία από εξυπηρετητές διαδικτύου (web servers), εξυπηρετητές εφαρµογών (application servers), φυλλοµετρητές (browsers) και εργαλεία ανάπτυξης λογισµικού (development tools). Ανάπτυξη web-based applications:ανασκόπηση Στη σύντοµη ιστορία του, ο παγκόσµιος ιστός έχει εξελιχθεί από ένα δίκτυο που εµφανίζει βασικές στατικές πληροφορίες σε έναν µηχανισµό εµπορίας αποθεµάτων και αγοράς βιβλίων. Φαίνεται ότι σχεδόν δεν υπάρχουν όρια για τις πιθανές χρήσεις ποικίλων web-based clients applications. 1 web-based clients applications: είναι οι εφαρµογές οι οποίες δίνουν την δυνατότητα ο χρήστης να είναι ο οποιοσδήποτε, αρκεί να διαθέτει έναν Internet browser όπως π.χ. τον Internet Explorer, Netscape Navigator, Mozilla, Opera, Safari κ.α. Η δυνατότητα καθιστά τις εφαρµογές αυτές ιδιαίτερα εύχρηστες και δηµοφιλείς

81 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΕΙΚΟΝΙΚΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Οι εφαρµογές που έχουν τη δυνατότητα των χρηστών µέσω του browser (browser-based clients or web-based clients 2 ) έχουν πολλά πλεονεκτήµατα σε σχέση µε τις εφαρµογές που είναι υλοποιηµένες µε την συνήθη τεχνολογία του client/server.μέσα σ αυτά είναι η σχεδόν απεριόριστη πρόσβαση των χρηστών και η απλουστευµένη ανάπτυξη και διαχείρηση της εφαρµογής. Παραδείγµατος χάρη για να ενηµερωθεί µία εφαρµογή, το µόνο που θα χρειαστεί να κάνει ο προγραµµατιστής είναι να αλλάξει ένα πρόγραµµα που βρίσκεται στον server και όχι χιλιάδες εφαρµογών εγκατεστηµένες στον χρήστη. Αυτό είχε σαν αποτέλεσµα η βιοµηχανία λογισµικού να κινηθεί γρήγορα προς την ανάπτυξη πολύ-συστοιχισµένων (multi-tiered) εφαρµογών κάνοντας χρήση των browser-based clients. Αυτές οι εξεξητηµένες web-based εφαρµογές απαιτούν αλλαγές στην τεχνολογία ανάπτυξής τους. Η στατική HTML είναι ικανοποιητική για την παρουσίαση σελίδων σχετικά στατικού περιεχοµένου. Η πρόκληση είναι να δηµιουργηθούν αλληλεπιδραστικές web-based εφαρµογές, στις οποίες το περιεχόµενο της σελίδας θα βασίζεται στο αίτηµα (request) του χρήστη και όχι σε ένα προκαθορισµένο κείµενο. Μία πρώτη λύση στο πρόβληµα ήταν το CGI-BIN interface(common gateway interface). Οι προγραµµατιστές έγραψαν ανεξάρτητα προγράµµατα στο interface και οι web-based εφαρµογές καλούσαν τα προγράµµατα µέσω του web server. Αυτή η λύση έχει προβλήµατα απόδοσης για πολλαπλούς χρήστες. Επειδή κάθε CGI αίτηµα ενεργοποιεί µία νέα διαδικασία στον server, στην περίπτωση που πολλοί χρήστες έχουν πρόσβαση στο 2 browser-based clients: είναι ο χρήστης που αλληλεπιδρά µε έναν web server χρησιµοποιώντας το HTTP πρωτόκολλο επικοινωνίας. Ο χρήστης χρησιµοποιεί έναν web browser και ζητάει ένα έγγραφο προσδιορίζοντας ένα URL στον browser

82 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΕΙΚΟΝΙΚΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 πρόγραµµα ταυτοχρόνως, τότε αυτές οι διαδικασίες θα απορροφήσουν όλες τις διαθέσιµες πηγές του web server µε αποτέλεσµα να µειωθεί δραστικά η απόδοση. Ανεξάρτητοι κατασκευαστές από web servers προσπάθησαν να απλοποιήσουν την ανάπτυξη των εφαρµογών παρέχοντας "plug-ins" και APIs για τους servers τους. Αυτές οι λύσεις είναι εξειδικευµένες σε κάθε web server και δεν λύνουν το πρόβληµα της χρησιµοποίησης διαφορετικών servers. Για παράδειγµα η τεχνολογία των ASP (Active Server Pages) της Microsoft απλοποιεί τη δηµιουργία σελίδων δυναµικού περιεχοµένου αλλά είναι συµβατή µόνο µε τον Microsoft IIS ή τον Personal Web Server. Υπάρχουν και άλλες λύσεις αλλά δεν είναι απαραιτήτως εύκολο για το µέσο σχεδιαστή σελίδων να αναπτύξει. Τεχνολογίες όπως π.χ. τα Java Servlets απλοποιούν το γράψιµο κώδικα στο server χρησιµοποιώντας τη γλώσσα προγραµµατισµού Java για την ανάπτυξη αλληλεπιδραστικών εφαρµογών. Ένα Java Servlet είναι ένα πρόγραµµα βασισµένο στην τεχνολογία Java και τρέχει στον server, σε αντίθεση µε το applet το οποίο τρέχει στον browser. Οι προγραµµατιστές µπορούν να γράψουν Servlets τα οποία δέχονται µέσω του HTTP πρωτοκόλλου ένα αίτηµα από τον web browser,παράγουν δυναµικά την απόκριση ( πιθανώς κάνοντας ερωτήµατα σε βάσεις δεδοµένων για να ολοκληρώσουν το αίτηµα) και µετά στέλνουν την απόκριση στον browser, η οποία περιλαµβάνει ένα HTML ή ένα XML έγγραφο. Χρησιµοποιώντας αυτή την προσέγγιση ολόκληρη η σελίδα πρέπει να συντεθεί σε Java Servlet. Αν ένας προγραµµατιστής ή ο web master θελήσει να αλλάξει την εµφάνιση της σελίδας, θα πρέπει να ξαναγράψει και να ξανακάνει

83 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΕΙΚΟΝΙΚΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 συµβολοµετάφραση (compile) το Java Servlet. Εποµένως, µε αυτόν τον τρόπο η παραγωγή σελίδων µε δυναµικό περιεχόµενο απαιτεί ιδιαίτερη επιδεξιότητα στην ανάπτυξη εφαρµογών. Αυτό που ξεκάθαρα χρειάζεται είναι µία λύση για το ευρύ φάσµα της βιοµηχανίας λογισµικού για την δηµιουργία σελίδων µε δυναµικά παραγώµενο περιεχόµενο. Αυτή η λύση θα πρέπει να απευθήνει τους περιορισµούς των παρόντων εναλλακτικών επιλογών µε βάσει τα εξής: Συµβατότητα µε κάθε web ή application server ιαχωρισµός της λογικής της εφαρµογής από την εµφάνιση της σελίδας υνατότητα γρήγορης ανάπτυξης και ελέγχου Απλοποίηση της διαδικασίας ανάπτυξης αλληλεπιδραστικών web-based εφαρµογών Η JSP τεχνολογία σχεδιάστηκε για να ικανοποιεί αυτές τις ανάγκες.η JSP προδιαγραφή είναι αποτέλεσµα της συνεργασίας µεταξύ κατασκευαστών από web servers, application servers,συστηµάτων συναλλαγών και development tools. H Sun Microsystems ανέπτυξε τη προδιαγραφή έτσι ώστε να ενσωµατωθεί και να µοχλευθεί µε την ήδη υπάρχουσα τεχνογνωσία και εργαλεία που υποστηρίζει το προγραµµατιστικό περιβάλλον της Java, όπως τα Java Servlets και τα JavaBeans. Το αποτέλεσµα είναι µία νέα προσέγγιση στην ανάπτυξη web-based εφαρµογών η οποία επεκτείνει τις δυνατότητες στους σχεδιαστές σελίδων χρησιµοποιώντας την βασισµένη σε συστατικά λογική των εφαρµογών

84 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΕΙΚΟΝΙΚΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Η προσέγγιση της ανάπτυξης web εφαρµογών µε JSP τεχνολογία Κατά την ανάπτυξη της JSP προδιαγραφής η Sun Microsystems εργάστηκε µε έναν µεγάλο αριθµό από κορυφαίους web servers, application servers και development tools όπως επίσης και µε µία ανόµια και έµπειρη κοινωνία ανάπτυξης λογισµικού. Το αποτέλεσµα είναι µία προσέγγιση που εξισορροπεί την φορητότητα µε την ευκολία χρήσης για την εφαρµογή και για τους σχεδιαστές των σελίδων. Η JSP τεχνολογία επιταχύνει την ανάπτυξη δυναµικών ιστοσελίδων µε διάφορους τρόπους: ιαχωρισµός της παραγωγής περιεχοµένου από την εµφάνιση Με την JSP τεχνολογία οι προγραµµατιστές των ιστοσελίδων χρησιµοποιούν HTML ή XML tags για να σχεδιάσουν και να σχηµατίσουν την σελίδα των αποτελεσµάτων. Χρησιµοποιούν JSP tags ή scriptlets για να παράγουν το δυναµικό περιεχόµενο ( το περιεχόµενο που αλλάζει ανάλογα µε το αίτηµα όπως π.χ. πληροφορίες λογαριασµού ή την τιµή συγκεκριµένου µπουκαλιού κρασιού). Η λογική που ενεργοποιεί την παραγωγή του περιεχοµένου είναι ενσωµατωµένη σε tags και σε JavaBeans components και είναι συνδεδεµένα σε scriptlets, τα οποία όλα εκτελούνται στην πλευρά του server. Αν η λογική του πυρήνα είναι ενσωµατωµένη σε tags και σε beans, τότε θα µπορούν οι web masters και οι σχεδιαστές να µεταβάλλουν την JSP σελίδα χωρίς να επηρεάζουν την παραγωγή του περιεχοµένου. Στον server, µία JSP µηχανή µεταφράζει τα JSP tags και scriptlets, παράγει το περιεχόµενο (π.χ. µε πρόσβαση σε JavaBeans components, µε πρόσβαση σε µία βάση δεδοµένων µε

85 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΕΙΚΟΝΙΚΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 την JDBC τεχνολογία ή συµπεριλαµβάνοντας αρχεία) και στέλνει πίσω τα αποτελέσµατα στον browser σε µορφή HTML ή XML σελίδας. Αυτό βοηθάει τον δηµιουργό να προστατέψει τον ιδιόκτητο κώδικα ενώ εξασφαλίζει πλήρη φορητότητα για κάθε web browser που διαβάζει HTML tags. Χρήση επαναχρησιµοποιούµενων συστατικών (components) Οι περισσότερες JSP σελίδες βασίζονται σε επαναχρησιµοποιούµενα συστατικά (components) που τρέχουν σε όλες τις πλατφόρµες λογισµικού (cross-platform), όπως είναι τα JavaBeans ή τα Enterprise JavaBeans components, για να εκτελέσουν πιο πολύπλοκες διαδικασίες αιτηµάτων της εφαρµογής. Οι προγραµµατιστές µπορούν να µοιράζονται και να ανταλλάσουν components που εκτελούν κοινές λειτουργίες ή να τα κάνουν διαθέσιµα στην ευρύτερη κοινότητα των χρηστών. Η βασισµένη στα components προσέγγιση επιταχύνει την συνολική ανάπτυξη επιτρέπει τους οργανισµούς να επικεντρωθούν στην βελτιστοποίηση της ήδη υπάρχουσας τεχνογνωσίας τους. Απλοποίηση της ανάπτυξης σελίδων µε την χρήση των tags Οι προγραµµατιστές ιστοσελίδων δεν είναι πάντα εξοικειωµένοι µε scripting languages ( π.χ. JavaScript ή VBScript). Η JSP τεχνολογία ενσωµατώνει αρκετή από την λειτουργικότητα που απαιτείται για την παραγωγή δυναµικού περιεχοµένου στα εύκολα στη χρήση JSP-specific XML tags. Τα πρότυπα JSP tags µπορούν να προσπελάσουν και να ενεργοποιήσουν JavaBeans components, να καθορίσουν ή να διορθώσουν τα attributes των beans, να φορτώσουν applets και να εκτελέσουν άλλες λειτουργίες

86 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΕΙΚΟΝΙΚΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 οι οποίες θα ήταν πιο δύσκολες και χρονοβόρες να γραφούν σε κώδικα. Η JSP τεχνολογία ενσωµατώνεται εύκολα σε µία µεγάλη ποικιλία από αρχιτεκτονικές εφαρµογών, χρησιµοποιεί τα ήδη υπάρχοντα εργαλεία και ικανότητες και υποστηρίζει σε µεγάλη κλίµακα διανεµειµένες εφαρµογές στο εύρος των επιχειρήσεων. Σαν µέλος της οικογένειας της τεχνολογίας Java και αναπόσπαστο κοµµάτι της Java 2, Enterprise Edition architecture, η JSP τεχνολογία µπορεί να υποστηρίξει πολύπλοκες web-based εφαρµογές. Επειδή η µητρική γλώσσα γραφής των JSP σελίδων βασίζεται στην Java και επειδή όλες οι JSP σελίδες συµβολοµεταφράζονται σε Java Servlets, οι JSP σελίδες έχουν όλα τα οφέλη της τεχνολογίας Java, συµπεριλαµβανοµένου την αυτοδύναµη διαχείρηση µνήµης και την ασφάλεια. Ως µέλος της Java πλατφόρµας λογισµικού, κληρονοµεί το χαρακτηριστικό του Γράφεται µία φορά-τρέχει οπουδήποτε ( Write Once,Run Anywhere) της γλώσσας προγραµµατισµού Java. Όσοι περισσότεροι κατασκευαστές προσθέτουν υποστήριξη για την JSP τεχνολογία στα προιόντα τους, µπορεί ο προγραµµατιστής ιστοσελίδων να χρησιµοποιήσει servers και tools της επιλογής του και να τα αλλάζει χωρίς να επηρεάζεται η εφαρµογή. Από τη στιγµή που οι JSP σελίδες ενσωµατώνονται µε την Java 2 Platform, Enterprise Edition (J2EE) και την Enterprise JavaBeans τεχνολογία, θα παρέχουν δυνατότητα κλιµάκωσης επιπέδου επιχειρήσεων και την απαραίτητη απόδοση για την ανάπτυξη web-based εφαρµογών

87 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΕΙΚΟΝΙΚΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Η µορφή µίας JSP σελίδας Μία JSP σελίδα έχει τη κλασσική µορφή µιας HTML ή XML σελίδας, µε κάποια επιπρόσθετα στοιχεία τα οποία επεξεργάζεται και µεταφράζει η JSP µηχανή. Συνήθως τα JSP στοιχεία (elements) δηµιουργούν ένα κείµενο το οποίο εισάγεται στη σελίδα των αποτελεσµάτων. Παρακάτω θα δωθεί ένα παράδειγµα το οποίο εκτυπώνει την ηµέρα του µήνα και το έτος και σας καλωσορίζει είτε µε το "Good Morning" είτε µε το "Good Afternoon" ανάλογα µε την ώρα της ηµέρας που επισκέπτεστε την JSP σελίδα. Η σελίδα συνδυάζει συνήθη HTML και JSP elements: καλεί το ρολόι ενός JavaBean component περιλαµβάνει ένα εξωτερικό αρχείο( για πληροφορίες πνευµατικής ιδιοκτησίας) έχει JSP expressions και scriptlets <HTML> <%@ page language=="java" imports=="com.wombat.jsp.*" %> <H1>Welcome</H1> <P>Today is </P> <jsp:usebean id=="clock" class=="calendar.jspcalendar" /> <UL> <LI>Day: <%==clock.getdayofmonth() %> <LI>Year: <%==clock.getyear() %> </UL> <%if(calendar.getinstance().get(calendar.am_pm)==== Calendar.AM) { %> Good Morning <% else { %> Good Afternoon <% %> <%@ include file=="copyright.html" %> </HTML>

88 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΕΙΚΟΝΙΚΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Η σελίδα περιλαµβάνει τα εξής components: Ένα JSP directive (κατευθυντήριο) : το οποίο µεταφέρει πληροφορίες στην JSP µηχανή. Στη συγκεκριµένη περίπτωση στην πρώτη γραµµή αναφέρεται η τοποθεσία από κάποια extensions που είναι γραµµένα σε Java για να µπορούν να είναι προσβάσιµα από την σελίδα. Τα directives µπαίνουν ανάµεσα από τα σηµεία <%@ και %>. JSP actions ή tags : Είναι εγκατεστηµένα σαν τυποποιηµένα ή κατασκευασµένα tags τα οποία έχουν την XML tag σύνταξη. Στο παράδειγµα το jsp:usebean tag ενεργοποιεί το ρολόι του JavaBean στον server. Μία έκφραση(expression) : H JSP µηχανή υπολογίζει ό,τι βρίσκεται ανάµεσα από τα σηµεία <%== και %>. Στην παραπάνω λίστα οι τιµές των attributes Day και Year του ρολογιού του bean επιστρέφονται σαν string και εισάγονται σαν έξοδος στο JSP αρχείο. Στην παραπάνω λίστα το πρώτο στοιχείο της θα είναι η µέρα του έτους και το δεύτερο στοιχείο της το έτος. Το scriptlet: είναι ένα µικρό script το οποίο εκτελεί λειτουργίες που δεν υποστηρίζονται από τα tags ή συνδέει τα πάντα µαζί. Η µητρική γλώσσα για τα scripts του JSP 1.0 λογισµικού είναι βασισµένη στη γλώσσα προγραµµατισµού Java. Στο παράδειγµά µας το scriptlet καθορίζει αν η ώρα είναι π.µ. ή µ.µ και χαιρετάει τον χρήστη αναλόγως. Το παράδειγµά µας µπορεί να είναι απλό αλλά η τεχνολογία που χρησιµοποιείται παραµένει η ίδια. Οι εφαρµογές µπορούν να ενσωµατώσουν σηµαντικές διαδικασίες στα beans που βρίσκονται στον server και οι προγραµµατιστές ιστοσελίδων µπορούν εύκολα να προσπελάσουν αυτές τις πληροφορίες χρησιµοποιώντας παρόµοια σύνταξη και εργαλεία. Τα scriptlets

89 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΕΙΚΟΝΙΚΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 που βασίζονται σε Java παρέχουν έναν ευέλικτο τρόπο για να εκτελεστούν κάποιες λειτουργίες χωρίς να απαιτείται εκτενές script. Κάποια από τα παραπάνω components περιγράφονται πιο αναλυτικά: JSP Directives Οι JSP σελίδες χρησιµοποιούν JSP Directives για να µεταβιβάσουν οδηγίες στην JSP µηχανή. Περιλαµβάνονται τα εξής: JSP page directives: περιέχουν συγκεκριµένες πληροφορίες για την σελίδα όπως πληροφορίες για τα νήµατα (threads) και την αποµονωτική βαθµίδα ή για τον χειρισµό λάθους. Language directives: καθορίζουν την γλώσσα των scripts µαζί µε κάθε επέκταση που µπορεί να έχουν. Include directive: µπορεί να χρησιµοποιηθεί για να συµπεριλάβει ένα εξωτερικό κείµενο στη σελίδα. Συνήθως είναι ένα αρχείο για τα πνευµατικά δικαιώµατα ή πληροφορίες για την εταιρία και είναι ευκολότερο να διατηρηθεί αυτό το αρχείο σε ένα κεντρικό σηµείο και να συµπεριλαµβάνεται σε διάφορες σελίδες από το να ενηµερώνεται κάθε φορά σε κάθε JSP σελίδα. Επίσης το αρχείο που συµπεριλαµβάνεται µπορεί να είναι ένα άλλο JSP αρχείο. taglib directive: υποδεικνύει µία βιβλιοθήκη από συνηθισµένα tags τα οποία µπορούν να εµπλακούν στην σελίδα

90 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΕΙΚΟΝΙΚΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 JSP Tags jsp:usebean: δηλώνει την χρήση ενός JavaBeans component. Αν το Bean δεν προυπάρχει τότε το JavaBean component ενεργοποιεί και καταγράφει το tag. jsp:setproperty: καθορίζει την τιµή από µία ιδιότητα στο Bean. jsp:getproperty: παίρνει την τιµή από µία ιδιότητα στο Bean, το µετατρέπει σε string και το τοποθετεί στο object "out". Το tag jsp:include αναλύθηκε παραπάνω. Scripting Elements: Οι JSP σελίδες µπορούν να συµπεριλάβουν µικρά scripts, τα οποία λέγονται scriptlets. Τα scriptlet συνδιάζονται µε στατικά στοιχεία για να δηµιουργήσουν την δυναµικά παραγώµενη σελίδα.τα scripts τοποθετούνται ανάµεσα από τα σηµεία <% και %>. Ό,τι βρίσκεται ανάµεσα από αυτά υπολογίζεται από τη µηχανή της γλώσσας των scripts, που στην περίπτωσή µας είναι η Java virtual machine.η JSP προδιαγραφή υποστηρίζει όλα τα συνιθισµένα στοιχεία των scripts, όπως εκφράσεις (expressions) και δηλώσεις (declarations). Μοντέλα εφαρµογών για τις JSP σελίδες Μία JSP σελίδα εκτελείται από µία JSP µηχανή, η οποία είναι εγκατεστηµένη στον web server ή στον ενεργοποιηµένο για JSP application server. Η JSP µηχανή δέχεται το αίτηµα από έναν χρήστη της JSP σελίδας και παράγει την απόκριση από την JSP σελίδα στον χρήστη. Οι JSP σελίδες τυπικά συµβολοµεταφράζονται

91 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΕΙΚΟΝΙΚΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 σε Java Servlets, τα οποία είναι µία πρότυπη επέκταση της Java. Ο προγραµµατιστής της ιστοσελίδας έχει πλήρη πρόσβαση στο ολοκληρωµένο περιβάλλον εφαρµογών της Java, µε όλα τα πλεονεκτήµατα για µεγάλη δυνατότητα κλιµάκωσης και µεταφερσιµότητας της οικογένειας της τεχνολογίας Java. Όταν µία JSP σελίδα καλείται για πρώτη φορά, αν δεν υπάρχει ακόµη, συµβολοµεταφράζεται σε Java Servlet κλάση και αποθηκεύεται στη µνήµη του server. Αυτό καθιστά δυνατό τις πολύ γρήγορες αποκρίσεις σε µεταγενέστερες κλήσεις αυτής της σελίδας. Οι JSP σελίδες µπορούν να συµπεριληφθούν σε έναν αριθµό διαφορετικών αρχιτεκτονικών ή µοντέλων εφαρµογών. Παρακάτω παρουσιάζονται κάποιες από αυτές. Οι JSP σελίδες µπορούν να χρησιµοποιηθούν σε συνδιασµό µε διαφορετικά πρωτόκολλα, συστατικά (components) και σχήµατα (formats). Μία απλή εφαρµογή Σε µία απλή εγκατάσταση ο browser απ ευθείας επικαλείται µία JSP σελίδα, η οποία από µόνη της παράγει το απαιτούµενο περιεχόµενο( πιθανώς επικαλούµενη τη JDBC για να πάρει πληροφορίες άµεσα από µία βάση δεδοµένων). H JSP σελίδα µπορεί να καλέσει τα JDBC ή Java Blend components για να παράγει αποτελέσµατα και δηµιουργεί µία κλασσική HTML την οποία στέλνει σαν αποτέλεσµα στον browser

92 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΕΙΚΟΝΙΚΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Αυτό το µοντέλο αντικαθιστά το CGI-BIN interface µε µία JSP σελίδα, η οποία συµβολοµεταφράζεται σε Java Servlet. Η µέθοδος αυτή έχει τα παρακάτω πλεονεκτήµατα: είναι απλή και γρήγορη στον προγραµµατισµό ο δηµιουργός της σελίδας µπορεί εύκολα να παράγει δυναµικό περιεχόµενο βασισµένο στο αίτηµα και την κατάσταση των πηγών Αυτή η αρχιτεκτονική δουλεύει καλά για πολλές εφαρµογές αλλά δεν δίνει την δυνατότητα κλιµάκωσης για µεγάλο αριθµό ταυτόχρονων χρηστών που έχουν πρόσβαση στις πηγές του συστήµατος, µίας και η κάθε πρόσβαση πρέπει να εγκαταστήσει µια σύνδεση στο περιεχόµενο των πηγών. Για παράδειγµα αν µία JSP σελίδα κάνει προσπέλαση σε µία βάση δεδοµένων, µπορούν να παραχθούν πολλές συνδέσεις στη βάση, πράγµα που µπορεί να επηρεάσει την απόδοσή της. Μία ευέλικτη εφαρµογή µε Java Servlets Σ αυτήν την περίπτωση, ο χρήστης µπορεί να κάνει ένα αίτηµα απ ευθείας σε ένα Java Servlet, το οποίο ενεργοποιεί το δυναµικό περιεχόµενο, περικλύει τα αποτελέσµατα σε ένα bean αποτελέσµατος και επικαλείται την JSP σελίδα. Η JSP σελίδα προσπελαύνει το δυναµικό περιεχόµενο µέσω ενός bean και στέλνει τα αποτελέσµατα στη µορφή της HTML σελίδας στον browser

93 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΕΙΚΟΝΙΚΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Αυτή η προσέγγιση δηµιουργεί περισσότερα επαναχρησιµοποιούµενα συστατικά τα οποία µπορούν να µοιραστούν ανάµεσα σε διαφορετικές εφαρµογές. Ακόµη έχει κάποια προβλήµατα κλιµάκωσης από την άποψη του χειρισµού των συνδέσεων στις πηγές του συστήµατος, όπως στις βάσεις δεδοµένων. Κλιµακούµενη επεξεργασία µε την Enterprise JavaBeans τεχνολογία Η JSP σελίδα µπορεί να παίξει τον ρόλο του µεσάζοντα σε µία Enterprise JavaBeans (EJB) αρχιτεκτονική. Σ αυτήν την περίπτωση η JSP σελίδα αλληλεπιδρά µε τις πίσω πηγές του συστήµατος µέσω ενός Enterprise JavaBeans component. Το EJB component καταφέρνει να έχει πρόσβαση στις πίσω πηγές του συστήµατος, το οποίοεξασφαλίζει κλιµακούµενη απόδοση για πολύ µεγάλο αριθµό ταυτόχρονων χρηστών. Για το ηλεκτρονικό εµπόριο και άλλες εφαρµογές τα EJB διαχειρίζονται τις συναλλαγές και διασφαλίζουν την ασφάλεια. Το µέλλον της JSP τεχνολογίας Η JSP τεχνολογία σχεδιάστηκε από την Sun Microsystems έτσι ώστε να είναι ένα ανοιχτό και επεκτατό πρότυπο για τη δηµιουργία δυναµικών ιστοσελίδων. Οι προγραµµατιστές

94 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΕΙΚΟΝΙΚΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 µπορουν να χρησιµοποιήσουν τις JSP σελίδες για να δηµιουργήσουν µεταφερόµενες διαδικτυακές εφαρµογές που θα µπορούν να τρέχουν σε διαφορετικούς web και application servers για διάφορες αγορές, χρησιµοποιώντας όποια εργαλεία ταιριάζουν στην αγορά τους και στις ανάγκες τους. Η Sun έχει εξασφαλίσει στον δηµιουργό των JSP σελίδων να µπορεί να τις αναπτύσσει οπουδήποτε, χρησιµοποιώντας οποιαδήποτε πλατφόρµα χρήστη και server. Με τον καιρό, οι κατασκευαστές των εργαλείων θα επεκτείνουν την απόδοση της κάθε πλατφόρµας παρέχοντας κατασκευασµένες βιβλιοθήκες των tags για συγκεκριµένες λειτουργίες. 5.3 Πηγαίοι κώδικες των κλάσεων για τον υπολογισµό των απωλειών ισχύος Πηγαίος κώδικας υπολογισµού των απωλειών ισχύος λόγω ύπαρξης απλού αιχµηρού εµποδίου Το πρόγραµµα που υπολογίζει τις απώλειες ισχύος λόγω της ύπαρξης απλού αιχµηρού εµποδίου είναι το παρακάτω: public class singleobstacle { public double obstacle1 (double h, double f, double d1, double d2) { double l=(3* )/(f* ); double a = (1 / d1) + (1 / d2); double b = 2*a/l; double c = Math.sqrt(b); double v = h*c; double J;

95 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΕΙΚΟΝΙΚΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 if (v> -0.7) { double d = Math.sqrt(((v-0.1)*(v-0.1))+1); double m = Math.log(d+v-0.1); double g = Math.log(10); double j =m/g; J = (20*j)+6.9; else {J=0; return J; Η κλάση singleobstacle αποτελείται από µια µέθοδο την obstacle1. Η µέθοδος δέχεται ως ορίσµατα το ενεργό ύψος h, τη συχνότητα του κύµατος σε GHz f και τις αποστάσεις d 1 και d 2. Αρχικά υπολογίζουµε την αδιάστατη παράµετρο v. Αν η παράµετρος αυτή είναι µικρότερη του 0.7 οι απώλειες είναι µηδενικές και η µεταβλητή J που επιστρέφεται, δηλαδή οι απώλειες λόγω του αιχµηρού εµποδίου, γίνεται µηδέν. Αν η v είναι µεγαλύτερη από 0.7 η τιµή της J υπολογίζεται από την προσεγγιστική σχέση 2 J(v) = log( (v 0.1) v 0.1) db Πηγαίος κώδικας υπολογισµού των απωλειών ισχύος λόγω ύπαρξης πολλαπλού εµποδίου Το πρόγραµµα που υπολογίζει τις απώλειες ισχύος λόγω της ύπαρξης πολλαπλού εµποδίου είναι το παρακάτω: public class multipleobstacle {

96 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΕΙΚΟΝΙΚΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 public double multi1(int numberofobstacles, double[] heights, double[] distances, double f) { double L=0; double[] dan=new double[numberofobstacles+1]; double[] dnb=new double[numberofobstacles+1]; double[] h=new double[numberofobstacles+1]; double[] v=new double[numberofobstacles+1]; if (numberofobstacles<=0) {L=0; else { double λ=(3* )/(f* ); double dab=0; for (int i=0;i<distances.length;i++) { dab=dab+distances[i]; for (int i=0;i<dan.length;i++) { dan[i]=0; for (int i=0;i<dnb.length;i++) { dnb[i]=0; for (int i=1;i<=numberofobstacles;i++) { for (int k=0;k<i;k++) { dan[i]=dan[i]+distances[k]; for (int k=i;k<distances.length;k++) { dnb[i]=dnb[i]+distances[k]; h[0]=0; h[i]=heights[i]+((dan[i]*dnb[i])/(2* ))- (((heights[0]*dnb[i])+(heights[heights.length- 1]*dan[i]))/dab); double a=(2*dab)/(λ*dan[i]*dnb[i]); v[0]=0; v[i]=h[i]*math.sqrt(a);

97 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΕΙΚΟΝΙΚΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 double max=v[1]; for (int i=2;i<v.length;i++) { if (v[i]>max) {max=v[i]; if (max>-0.78) { double d = Math.sqrt(((max-0.1)*(max-0.1))+1); double m = Math.log(d+max-0.1); double g = Math.log(10); double j =m/g; L = (20*j)+6.9; else {L=0; return L; public int multi2(int numberofobstacles, double[] heights, double[] distances, double f) { int p=1; double[] dan=new double[numberofobstacles+1]; double[] dnb=new double[numberofobstacles+1]; double[] h=new double[numberofobstacles+1]; double[] v=new double[numberofobstacles+1]; double λ=(3* )/(f* ); double dab=0; for (int i=0;i<distances.length;i++) { dab=dab+distances[i]; for (int i=0;i<dan.length;i++) { dan[i]=0; for (int i=0;i<dnb.length;i++) { dnb[i]=0;

98 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΕΙΚΟΝΙΚΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 for (int i=1;i<=numberofobstacles;i++) { for (int k=0;k<i;k++) { dan[i]=dan[i]+distances[k]; for (int k=i;k<distances.length;k++) { dnb[i]=dnb[i]+distances[k]; h[0]=0; h[i]=heights[i]+((dan[i]*dnb[i])/(2* ))- (((heights[0]*dnb[i])+(heights[heights.length- 1]*dan[i]))/dab); double a=(2*dab)/(λ*dan[i]*dnb[i]); v[0]=0; v[i]=h[i]*math.sqrt(a); double max=v[1]; for (int i=2;i<v.length;i++) { if (v[i]>max) {max=v[i]; p=i; return p; public double dab (double[] distances) { double dab=0; for (int i = 0; i < distances.length; i++) { dab = dab + distances[i]; return dab;

99 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΕΙΚΟΝΙΚΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 public double multi3(int numberofobstacles, double[] heights, double[] distances, double f) { double L=0,T=0,C=0; multipleobstacle mul = new multipleobstacle(); int p=mul.multi2(numberofobstacles,heights,distances,f); double[] heights1 = new double[p + 1]; double[] distances1 = new double[p]; double[] heights2 = new double[heights.length-p]; double[] distances2 = new double[distances.length-p]; double Lmax1=mul.multi1(numberofobstacles,heights,distances,f); double Lmax2=0,Lmax3=0; if (Lmax1==0) {L=0; else { for (int i = 0; i < heights1.length; i++) { heights1[i] = heights[i]; for (int i = 0; i < distances1.length; i++) { distances1[i]=distances[i]; for (int i = 0; i < heights2.length; i++) { heights2[i] = heights[p+i]; for (int i = 0; i < distances2.length; i++) { distances2[i]=distances[p+i]; Lmax2=mul.multi1(p-1,heights1,distances1,f); Lmax3=mul.multi1(numberofobstaclesp,heights2,distances2,f); double D; D=(mul.dab(distances))/1000; C=10+(0.04*D); T=1-(Math.exp(-Lmax1/6)); L=Lmax1+(T*(Lmax2+Lmax3+C));

100 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΕΙΚΟΝΙΚΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 return L; Η κλάση multipleobstacle αποτελείται από τις µεθόδους multi1,multi2,dab και multi3. Η µέθοδος multi1 δέχεται ως ορίσµατα τον αριθµό των εµποδίων numberofobstacles, τον πίνακα των υψών των εµποδίων heights, τον πίνακα των αποστάσεων µεταξύ των εµποδίων distances και τη συχνότητα του κύµατος σε GHz f. Αρχικά υπολογίζεται η απόσταση dab µεταξύ του ποµπού και του δέκτη και οι αποστάσεις dan (µεταξύ του ποµπού και του εµποδίου) και dnb (µεταξύ του εµποδίου και του δέκτη) για κάθε εµπόδιο. Στη συνέχεια υπολογίζονται οι παράµετροι v για κάθε εµπόδιο και συγκρίνονται µεταξύ τους ώστε να βρεθεί το εµπόδιο µε τη µέγιστη v. Με βάση τη µέγιστη παράµετρο v υπολογίζεται η τιµή J(v p ) της µεταβλητής L, χρησιµοποιώντας τον τύπο για τις απώλειες του απλού αιχµηρού εµποδίου, η οποία και επιστρέφεται. Η λειτουργία της µεθόδου multi2 είναι η ίδια µε τη λειτουργία της multi1, µε τη διαφορά ότι επιστρέφεται ο δείκτης του εµποδίου µε τη µέγιστη παράµετρο v. H µέθοδος dab υπολογίζει και επιστρέφει την απόσταση dab µεταξύ του ποµπού και του δέκτη. Η µέθοδος multi3 είναι αυτή που υπολογίζει τις απώλειες ισχύος λόγω της ύπαρξης του πολλαπλού εµποδίου. Αρχικά εκτελεί τη διαδικασία της multi1 δύο φορές, µεταξύ του ποµπού και του εµποδίου µε τη µέγιστη v και µεταξύ του εµποδίου µε τη µέγιστη v και του δέκτη. Αφού υπολογιστούν οι απώλειες J(v t ) και J(v r ), µε βάση τον τύπο L=J(v p )+T[J(v t )+J(v r )+C] υπολογίζονται οι συνολικές απώλειες ισχύος λόγω του πολλαπλού εµποδίου και επιστρέφονται µέσω της µεταβλητής L

101 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΕΙΚΟΝΙΚΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ Πηγαίος κώδικας υπολογισµού των απωλειών ισχύος λόγω ύπαρξης διπλού εµποδίου Το πρόγραµµα που υπολογίζει τις απώλειες ισχύος λόγω της ύπαρξης διπλού εµποδίου είναι το παρακάτω: public class doubleobstacle { public double multi1(int numberofobstacles, double[] heights, double[] distances, double f) { double L=0; double[] dan=new double[numberofobstacles+1]; double[] dnb=new double[numberofobstacles+1]; double[] h=new double[numberofobstacles+1]; double[] v=new double[numberofobstacles+1]; if (numberofobstacles<=0) {L=0; else { double λ=(3* )/(f* ); double dab=0; for (int i=0;i<distances.length;i++) { dab=dab+distances[i]; for (int i=0;i<dan.length;i++) { dan[i]=0; for (int i=0;i<dnb.length;i++) { dnb[i]=0; for (int i=1;i<=numberofobstacles;i++) { for (int k=0;k<i;k++) { dan[i]=dan[i]+distances[k]; for (int k=i;k<distances.length;k++) { dnb[i]=dnb[i]+distances[k];

102 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΕΙΚΟΝΙΚΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 h[0]=0; h[i]=heights[i]+((dan[i]*dnb[i])/(2* ))- (((heights[0]*dnb[i])+(heights[heights.length- 1]*dan[i]))/dab); double a=(2*dab)/(λ*dan[i]*dnb[i]); v[0]=0; v[i]=h[i]*math.sqrt(a); double max=v[1]; for (int i=2;i<v.length;i++) { if (v[i]>max) {max=v[i]; if (max>-0.78) { double d = Math.sqrt(((max-0.1)*(max-0.1))+1); double m = Math.log(d+max-0.1); double g = Math.log(10); double j =m/g; L = (20*j)+6.9; else {L=0; return L; public int multi2(double[] heights, double[] distances, double f) { int p=1; double[] dan=new double[3]; double[] dnb=new double[3]; double[] h=new double[3]; double[] v=new double[3]; double λ=(3* )/(f* ); double dab=0;

103 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΕΙΚΟΝΙΚΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 for (int i=0;i<distances.length;i++) { dab=dab+distances[i]; for (int i=0;i<dan.length;i++) { dan[i]=0; for (int i=0;i<dnb.length;i++) { dnb[i]=0; for (int i=1;i<=2;i++) { for (int k=0;k<i;k++) { dan[i]=dan[i]+distances[k]; for (int k=i;k<distances.length;k++) { dnb[i]=dnb[i]+distances[k]; h[0]=0; h[i]=heights[i]+((dan[i]*dnb[i])/(2* ))- (((heights[0]*dnb[i])+(heights[heights.length- 1]*dan[i]))/dab); double a=(2*dab)/(λ*dan[i]*dnb[i]); v[0]=0; v[i]=h[i]*math.sqrt(a); double max=v[1]; for (int i=2;i<v.length;i++) { if (v[i]>max) {max=v[i]; p=i; return p; public double dab (double[] distances) {

104 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΕΙΚΟΝΙΚΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 double dab=0; for (int i = 0; i < distances.length; i++) { dab = dab + distances[i]; return dab; public double multi3(double[] heights, double[] distances, double f) { double L=0; doubleobstacle mul = new doubleobstacle(); int p=mul.multi2(heights,distances,f); double[] heights1 = new double[p + 1]; double[] distances1 = new double[p]; double[] heights2 = new double[heights.length-p]; double[] distances2 = new double[distances.length-p]; double Lmax1=mul.multi1(2,heights,distances,f); double Lmax2=0,Lmax3=0; if (Lmax1==0) {L=0; else { for (int i = 0; i < heights1.length; i++) { heights1[i] = heights[i]; for (int i = 0; i < distances1.length; i++) { distances1[i]=distances[i]; for (int i = 0; i < heights2.length; i++) { heights2[i] = heights[p+i]; for (int i = 0; i < distances2.length; i++) { distances2[i]=distances[p+i]; Lmax2=mul.multi1(p-1,heights1,distances1,f); Lmax3=mul.multi1(2-p,heights2,distances2,f);

105 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΕΙΚΟΝΙΚΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 double C,D,T; D=(mul.dab(distances))/1000; C=10+(0.04*D); T=1-(Math.exp(-Lmax1/6)); L=Lmax1+(T*(Lmax2+Lmax3+C)); return L; Η µέθοδος που χρησιµοποιείται είναι η ίδια µε τη µέθοδο του προγράµµατος του πολλαπλού εµποδίου. Η µόνη διαφορά τους είναι ότι ο χρήστης του εικονικού εργαστηρίου δεν χρειάζεται να καθορίσει τον αριθµό των εµποδίων, καθώς αυτός είναι ορισµένος από το πρόγραµµα στην τιµή Πηγαίος κώδικας υπολογισµού των απωλειών ισχύος λόγω ύπαρξης σφαιρικού εµποδίου Το πρόγραµµα που υπολογίζει τις απώλειες ισχύος λόγω της ύπαρξης σφαιρικού εµποδίου είναι το παρακάτω: public class roundedobstacle { public double edge (double h, double f, double d1, double d2) { double l=(3* )/(f* ); double a = (1 / d1) + (1 / d2); double b = (2*a)/l; double c = Math.sqrt(b); double v = h*c; double J;

106 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΕΙΚΟΝΙΚΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 if (v> -0.7) { double d = Math.sqrt(((v-0.1)*(v-0.1))+1); double m = Math.log(d+v-0.1); double g = Math.log(10); double j =m/g; J = (20*j)+6.9; else {J=0; return J; public double round (double h, double f, double d1, double d2,double R) { double l=(3* )/(f* ); double a= (Math.PI*R)/l; double r=2; double c=3; double d=(r/c); double e= Math.pow(a,d); double n=(h*e)/r; double x=1; double y=3; double z=x/y; double o= Math.pow(a,z); double m= (R*((d1+d2)/(d1*d2)))/o; double b= *(1-Math.exp(-1.43*n)); double k=8.2+(12*n); double T=k*Math.pow(m,b); roundedobstacle ro=new roundedobstacle (); double J=ro.edge(h,f,d1,d2); double A=J+T; return A;

107 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΕΙΚΟΝΙΚΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Η κλάση roundedobstacle αποτελείται από δύο µεθόδους την edge και την round. H edge δέχεται ως ορίσµατα το ενεργό ύψος του εµποδίου h, τη συχνότητα του κύµατος σε GHz f και τις αποστάσεις d 1 και d 2. Η µέθοδος αυτή επιστρέφει τις απώλειες J ενός αιχµηρού εµποδίου ίδιων διαστάσεων µε το σφαιρικό, ακολουθώντας τη διαδικασία του απλού αιχµηρού εµποδίου. Η µέθοδος round, η οποία επιστρέφει το τελικό αποτέλεσµα, δέχεται τα ίδια ορίσµατα µε την edge και επιπλέον την ακτίνα R του σφαιρικού εµποδίου. Μέσα στην round υπολογίζονται οι απώλειες λόγω της σφαιρικής µορφής του εµποδίου, καλείται η edge που υπολογίζει τις απώλειες του αντίστοιχού αιχµηρού εµποδίου και τελικά προσθέτονται οι δύο απώλειες. Το αποτέλεσµα της πρόσθεσης είναι η τιµή της µεταβλητής A που επιστρέφεται, δηλαδή οι συνολικές απώλειες λόγω του σφαιρικού εµποδίου Πηγαίος κώδικας υπολογισµού των απωλειών ισχύος λόγω βροχής Το πρόγραµµα που υπολογίζει τις απώλειες ισχύος λόγω της ύπαρξης βροχής στην ατµόσφαιρα είναι το παρακάτω: public class rain { static double kh,kv,ah,av; public void rain1 (int f) { if (f==1) {kh= ;kv= ;ah=0.912;av=0.880; else if (f==2) {kh= ;kv= ;ah=0.963;av=0.923;

108 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΕΙΚΟΝΙΚΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 else if (f==4) {kh= ;kv= ;ah=1.121;av=1.075; else if (f==6) {kh= ;kv= ;ah=1.308;av=1.265; else if (f==8) {kh= ;kv= ;ah=1.327;av=1.310; else if (f==10) {kh=0.0101;kv= ;ah=1.276;av=1.264; else if (f==12) {kh=0.0188;kv=0.0168;ah=1.217;av=1.200; else if (f==15) {kh=0.0367;kv=0.0335;ah=1.154;av=1.128; else if (f==20) {kh=0.0751;kv=0.0691;ah=1.099;av=1.065; else if (f==25) {kh=0.124;kv=0.113;ah=1.061;av=1.030; else if (f==30) {kh=0.187;kv=0.167;ah=1.021;av=1.000; else if (f==35) {kh=0.263;kv=0.233;ah=0.979;av=0.963; else if (f==40) {kh=0.350;kv=0.310;ah=0.939;av=0.929; else if (f==45) {kh=0.442;kv=0.393;ah=0.903;av=0.897; else if (f==50) {kh=0.536;kv=0.479;ah=0.873;av=0.868; else if (f==60) {kh=0.707;kv=0.642;ah=0.826;av=0.824; else if (f==70) {kh=0.851;kv=0.784;ah=0.793;av=0.793; else if (f==80) {kh=0.975;kv=0.906;ah=0.769;av=0.769; else if (f==90) {kh=1.06;kv=0.999;ah=0.753;av=0.754; else if (f==100) {kh=1.12;kv=1.06;ah=0.743;av=0.744; else if (f==120) {kh=1.18;kv=1.13;ah=0.731;av=0.732; else if (f==150) {kh=1.31;kv=1.27;ah=0.710;av=0.711; else if (f==200) {kh=1.45;kv=1.42;ah=0.689;av=0.690; else if (f==300) {kh=1.36;kv=1.35;ah=0.688;av=0.689; else if (f==400) {kh=1.32;kv=1.31;ah=0.683;av=0.684; public double rain2 (double th,double t,int f,double R) { double e=math.toradians(th); double b=math.toradians(t); double c=math.cos(e)*math.cos(e); double d=math.cos(2*b); rain ra=new rain (); ra.rain1(f);

109 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΕΙΚΟΝΙΚΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 double k=(kh+kv+((kh-kv)*c*d))/2; double a=((kh*ah)+(kv*av)+(((kh*ah)-(kv*av))*c*d))/(2*k); double gr=k*(math.pow(r,a)); return gr; Η κλάση rain αποτελείται από δύο µεθόδους, τις rain1 και rain2. Αρχικά, ορίζονται ως γενικές µεταβλητές (µεταβλητές κλάσης) οι παράµετροι kv,kh,av,ah, οι οποίες χρησιµοποιούνται και από τις δύο κλάσεις. Η µέθοδος rain1 δέχεται ως όρισµα την τιµή της συχνότητας του κύµατος f σε GHz και όταν καλείται επιστρέφει τις τιµές των παραµέτρων kv,kh,av,ah για την αντίστοιχη τιµή της συχνότητας. Για τη διαδικασία χρησιµοποιείται πίνακας, ο οποίος συνδέει συγκεκριµένες τιµές της συχνότητας, τις οποίες επιλέγει ο χρήστης του προγράµµατος, µε τις τιµές των παραµέτρων. Η rain2 είναι η µέθοδος που επιστρέφει το τελικό αποτέλεσµα, δηλαδή τις απώλειες ισχύος που υφίσταται το σήµα λόγω της βροχής. έχεται ως ορίσµατα τις τιµές της γωνίας ανύψωσης (µεταβλητή th), της γωνίας πόλωσης (µεταβλητή t), της συχνότητας κύµατος (µεταβλητή f) και της ακτίνας της καµπυλότητας (µεταβλητή R). Μέσα στην rain2 µετατρέπονται οι γωνίες σε ακτίνια από µοίρες που τις εισάγει ο χρήστης, καλείται η rain1, ώστε να αποδοθούν τιµές στις παραµέτρους kh,kv,ah,av και οι εντολές καθορισµού των µεταβλητών k,a και gr. H τιµή της µεταβλητής gr που επιστρέφεται είναι οι απώλειες ισχύος λόγω βροχής σε db

110 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΕΙΚΟΝΙΚΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ Πηγαίος κώδικας υπολογισµού των απωλειών ισχύος λόγω ύπαρξης οµίχλης-συννεφιάς Το πρόγραµµα που υπολογίζει τις απώλειες ισχύος λόγω της ύπαρξης οµίχλης-συννεφιάς στην ατµόσφαιρα είναι το παρακάτω: public class fog { public double fog_clouds1 (double M, double f, double C) { double K=273+C; double th= 300/K; double fp= ( *(th-1)+294*((th-1)*(th-1))); double fs=( *(th-1)); double e1=5.48; double e2=3.51; double e0= *(th-1); double a=((f/fp)*(f/fp))+1; double b=((f/fs)*(f/fs))+1; double u1=((e0-e1)/a)+((e1-e2)/b)+e2; double c=fp*a; double d=fs*b; double u2= ((f*(e0-e1))/c)+((f*(e1-e2))/d); double n=(2+u1)/u2; double g=(1+(n*n))*u2; double k=(0.819*f)/g; double gc=k*m; return gc; Η κλάση fog αποτελείται από µία µέθοδο τη fog_clouds1, η οποία και επιστρέφει την τιµή της µεταβλητής gc, δηλαδή τις απώλειες ισχύος ανά χιλιόµετρο (db/km). έχεται ως

111 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΕΙΚΟΝΙΚΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ορίσµατα τις τιµές των µεταβλητών Μ, f και C. H M είναι η πυκνότητα του νερού στην οµίχλη ή στη συννεφιά, f είναι η συχνότητα του κύµατος σε GHz και C είναι η θερµοκρασία σε βαθµούς Κελσίου. Αρχικά µετατρέπουµε τη θερµοκρασία σε βαθµούς Kelvin και υπολογίζουµε την κύρια και δευτερεύουσα συχνότητα f p και f s. Έπειτα υπολογίζουµε τη σύνθετη διηλεκτρική επιδεκτικότητα του νερού µέσω των u 1 και u 2 και τον ειδικό συντελεστή εξασθένισης k. Οι απώλειες υπολογίζονται πολλαπλασιάζοντας το συντελεστή µε την πυκνότητα του νερού. 5.4 Λειτουργία του εικονικού εργαστηρίου Στην εφαρµογή για την υλοποίηση του on-line εικονικού εργαστηρίου, στα πλαίσια του µαθήµατος Ασύρµατος Τηλεπικοινωνία IΙ, µας ανατέθηκε ο υπολογισµός των απωλειών ισχύος όταν κατά την διαδροµή διάδοσης παρεµβάλλονται ένα ή και περισσότερα διακριτά εµπόδια καθώς και η εξασθένηση του ηλεκτροµαγνητικού κύµατος που µεταδίδεται εντός ατµοσφαιρικού µέσου, το οποίο περιέχει σταγόνες ύδατος, οι οποίες αιωρούνται στην ατµόσφαιρα (οµίχλη) ή πίπτουν (βροχή). Η λογική βάσει της οποίας σχεδιάσαµε και αναπτύξαµε την εφαρµογή µας ήταν ότι κάθε χρήστης (φοιτητής), αφού ενηµερωθεί πάνω στη θεωρητική ανάλυση των απωλειών ισχύων λόγω εµποδίων και καιρικών συνθηκών µε βάση τα ITU-R πρότυπα, να µπορεί να πειραµατιστεί και να δει στην πράξη µέσω της περιήγησής του στο site το πώς µεταβάλλονται οι απώλειες ισχύος βάση διαφόρων παραµέτρων. Από κάθε JSP σελίδα ζητείται από τον χρήστη να εισάγει τιµές στα input fields µιας φόρµας και πατώντας Υποβολή µπορεί να δει στη

112 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΕΙΚΟΝΙΚΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 σελίδα των αποτελεσµάτων τις υπολογισµένες απώλειες ισχύος. Για την καλύτερη κατανόηση της λειτουργίας του site θα δοθούν δύο παραδείγµατα. Το πρώτο παράδειγµα είναι ο υπολογισµός της ειδικής εξασθένησης λόγω της βροχόπτωσης. Στο παρακάτω σχήµα ο χρήστης βάζει τις απαιτούµενες τιµές. Όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήµα, υπάρχει ο περιορισµός ότι οι δεκαδικοί αριθµοί πρέπει να γράφονται µε τελεία και όχι µε κόµµα αλλά ακόµη υπάρχουν περιορισµοί όσων αφορά τις τιµές που µπορούν να δίνουν οι χρήστες στα input fields της φόρµας. Για παράδειγµα ο ρυθµός βροχόπτωσης µπορεί να δεχτεί ως τιµή µόνο θετικούς πραγµατικούς αριθµούς. Οι γωνίες ανύψωσης και πόλωσης µπορούν να δεχτούν ως τιµές αρνητικούς και θετικούς πραγµατικούς αριθµούς. Όλα τα input fields δεν µπορούν να δεχτούν ως τιµές χαρακτήρες ή να µείνουν κενά (null). Ο έλεγχος για όλα αυτά γίνεται µε το που κάνει ο χρήστης υποβολή µέσω του JavaScript και συγκεκριµένα καλώντας τις συναρτήσεις validateposnum(field,fieldname)καιvalidatenum(field,fieldname) του JavaScript

113 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΕΙΚΟΝΙΚΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Ακόµη επειδή στην περίπτωση της εξασθένησης του σήµατος λόγω της βροχής η συχνότητα µπορεί να πάρει συγκεκριµένες τιµές από 1GHz ως 400 GHz έγινε χρήση του tag select για το input field της φόρµας. <select name="kima"> <option value ="1"selected="selected">1</option> <option value ="2">2</option> <option value ="4">4</option> <option value ="6">6</option> <option value ="7">7</option> <option value ="8">8</option> <option value ="10">10</option> <option value ="12">12</option> <option value ="15">15</option> <option value ="20">20</option> <option value ="25">25</option> <option value ="30">30</option>

114 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΕΙΚΟΝΙΚΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 <option value ="35">35</option> <option value ="40">40</option> <option value ="45">45</option> <option value ="50">50</option> <option value ="60">60</option> <option value ="70">70</option> <option value ="80">80</option> <option value ="90">90</option> <option value ="100">100</option> <option value ="120">120</option> <option value ="150">150</option> <option value ="200">200</option> <option value ="300">300</option> <option value ="400">400</option> </select> Αφού ο χρήστης συµπληρώσει τη φόρµα και πατήσει υποβολή οι τιµές των input fields θα µεταφερθούν στη JSP σελίδα των αποτελεσµάτων µε την µέθοδο get (method="get") που διαθέτει η φόρµα. Στην αρχή της σελίδας δηλώνεται ότι θα γίνει χρήση ενός JavaBean component µε την εντολή: <jsp:usebean id="rain" class="diplom.rain" scope="page" /> Το scriptlet που βρίσκεται στη JSP σελίδα των αποτελεσµάτων παίρνει τις τιµές των input fields και τις µετατρέπει σε string µέσω της εντολής getparameter. <% String rithm=request.getparameter("rithm"); String angle1=request.getparameter("angle1"); String angle2=request.getparameter("angle2"); String kima=request.getparameter("kima"); %>

115 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΕΙΚΟΝΙΚΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Στη συνέχεια τις µετατρέπει σε double αριθµούς για να τις δεχτεί ως ορίσµατα η συνάρτηση rain2 της κλάσης rain και να επιστρέψει ως τιµή double gr τις απώλειες ισχύος. <% double drithm= new Double(rithm).doubleValue(); double dangle1= new Double(angle1).doubleValue(); double dangle2= new Double(angle2).doubleValue(); int dkima= new Integer(kima).intValue(); doublegr= rain.rain2(dangle1, dangle2, dkima, drithm); out.print(gr); %> Στο παρακάτω σχήµα φαίνεται η JSP σελίδα των αποτελεσµάτων µε τον υπολογισµό της ειδικής εξασθένησης λόγω της βροχόπτωσης