Введение

Снижение сигнала под воздействием дождя (или затухание сигнала от дождя) относится прежде всего к поглощению микроволнового радиочастотного (РЧ) сигнала атмосферными осадками – дождем, снегом или льдом – и связанным с этим потерям, особенно заметным на частотах выше 11 ГГц. Оно также включает в себя ухудшение сигнала, вызванное электромагнитными помехами от передней кромки штормового фронта. Затухание сигнала от дождя может быть вызвано осадками в точке приема или передачи сигнала. Для возникновения затухания сигнала от дождя не обязательно, чтобы дождь шел непосредственно в месте приема, поскольку сигнал может проходить через осадки на расстоянии многих километров, особенно если у спутниковой антенны низкий угол места. От 5% до 20% затухания сигнала или ослабления спутникового сигнала может быть вызвано дождем, снегом или льдом на антенном рефлекторе, радиопрозрачном кожухе (радоме) или волноводе. Затухание сигнала от дождя не ограничивается спутниковыми каналами связи, оно также может влиять на наземные микроволновые линии связи (расположенные на поверхности Земли). Обычно затухание сигнала от дождя оценивается экспериментально, а также может быть рассчитано теоретически с использованием теории рассеяния дождевых капель. Распределение размеров дождевых капель (РРК) является важным фактором при изучении характеристик затухания сигнала от дождя. Для моделирования РРК обычно используются различные математические функции, такие как гамма-функция, логнормальное или экспоненциальное распределение. Теория рассеяния Ми или Рэлея с использованием метода сопоставления или матричного t-метода применяется для расчета сечения рассеяния и удельного затухания сигнала от дождя. Поскольку дождь является неоднородным процессом как во времени, так и в пространстве, удельное затухание варьируется в зависимости от местоположения, времени и типа дождя. Общее затухание сигнала от дождя также зависит от пространственной структуры дождевого поля. Горизонтальное и вертикальное распространение дождя также варьируется в зависимости от типа дождя и местоположения. Предел вертикальной области дождя обычно принимается совпадающим с изотермой 0°C и называется высотой дождя. Высота слоя таяния также используется в качестве границы дождевой области и может быть оценена по яркому участку радиолокационной отражаемости. Горизонтальная структура дождя считается имеющей клеточную форму, называемую дождевой ячейкой. Размеры дождевых ячеек могут варьироваться от нескольких сотен метров до нескольких километров и зависят от типа дождя и местоположения. Существование очень маленьких дождевых ячеек недавно наблюдалось в тропических ливнях. Затухание сигнала от дождя в спутниковой связи можно прогнозировать с помощью моделей прогнозирования затухания, которые позволяют выбрать подходящую технику смягчения затухания (Fade Mitigation Technique, FMT). Модели прогнозирования затухания требуют данных об интенсивности осадков, которые, в свою очередь, могут быть получены либо из прогнозируемых карт осадков (которые могут давать неточные прогнозы), либо из фактических измерений интенсивности осадков, обеспечивающих более точные прогнозы и, следовательно, более подходящий выбор FMT. Существенно, высота местности над уровнем моря является важным фактором, влияющим на характеристики затухания сигнала от дождя. Разработчики спутниковых систем и поставщики каналов связи должны учитывать влияние осадков при настройке каналов. Возможные способы смягчения последствий затухания сигнала от дождя включают использование разнообразия по месту приема, регулирование мощности сигнала на восходящей линии связи, кодирование с переменной скоростью и использование принимающих антенн большего размера, чем требуется для нормальных погодных условий.

Управление мощностью подключения

Самый простой способ компенсировать ослабление сигнала из-за дождя в спутниковой связи – увеличить мощность передачи: эта динамическая мера противодействия ослаблению сигнала называется управлением мощностью восходящей линии связи (UPC). До недавнего времени управление мощностью восходящей линии связи имело ограниченное применение, поскольку для этого требовались более мощные передатчики – те, которые обычно могли работать на более низких уровнях мощности и могли увеличивать ее по команде (то есть автоматически). Кроме того, управление мощностью восходящей линии связи не могло обеспечить значительный запас сигнала без компрессии передающего усилителя. Современные усилители в сочетании с передовыми системами управления мощностью восходящей линии связи, предлагающими автоматическое регулирование для предотвращения насыщения транспондеров, делают системы управления мощностью восходящей линии связи эффективным, доступным и простым решением проблемы ослабления сигнала из-за дождя в спутниковых сигналах.

Параллельные ссылки с переходом на неисправность

В наземных точечных микроволновых системах в диапазоне частот от 11 ГГц до 80 ГГц можно установить параллельную резервную линию связи вместе с основной линией, склонной к затуханию сигнала из-за дождя. В такой конфигурации, для основной линии связи, например, полнодуплексного микроволнового моста 80 ГГц со скоростью 1 Гбит/с, может быть рассчитана доступность 99,9% в течение года. Это означает, что суммарное время простоя связи может составлять десять часов и более в год, когда над территорией проходят пики дождевых бурь.