REPOZITORIJ > REZULTATI

Povzetek

V doktorski disertaciji obravnavamo problematiko razširjanja radijskih signalov v
posebnih okoljih. Osredotočili smo se predvsem na razvoj modela razširjanja signala v
dolgih cestnih predorih in podzemnih hodnikih, ki omogoča precej natančen izračun
poteka slabljenja signala vzdolž predora ter s tem hitro oceno dosega komunikacijskega
sistema. Razviti model razširjanja radijskega signala je uporaben predvsem v
telekomunikacijskih sistemih, ki jih uporabljajo enote za zaščito in reševanje.
Model smo razvili na podlagi meritev jakosti signala v dveh predorih različnih oblik,
dimenzij in namembnosti za različne frekvence radijskega signala. Pri analizi meritev
smo ugotovili splošen potek slabljenja radijskega signala vzdolž predora. Ugotovitve smo
uporabili za analitično določitev značilnih območij razširjanja radijskih signalov, ki
skupaj s prelomnimi točkami sestavljajo nov empirični model slabljenja signala s štirimi
nagibi.
Ugotovili smo, da lahko slabljenje radijskega signala vzdolž predora predstavimo s
funkcijo, sestavljeno iz štirih odsekov, ki so: (i) območje neposredne bližine, (ii) bližnje
območje, (iii) oddaljeno območje in (iv) zelo oddaljeno območje. Na prvem območju
jakost signala upada tako kot v praznem prostoru. Slabljenje na bližnjem območju se zelo
zmanjša in je določeno z empirično ocenjenim faktorjem slabljenja a. Na oddaljenem
območju nivo signala upada podobno kot v valovodu, medtem ko potek slabljenja v zelo
oddaljenem polju ustreza slabljenju v praznem prostoru. Točke preloma, ki ločujejo
posamezna območja razširjanja, smo določili računsko in empirično. Položaj prve
prelomne točke ustreza največji razdalji, do katere je prva Fresnelova cona še prosta.
Druga prelomna točka je posledica izgub v stenah predora. Če bi bile stene predora
idealni prevodnik, bi bil oddajnik s strani sprejemnika viden kot neskončno polje
slikovnih izvorov, saj bi se radijsko valovanje širilo kot v valovodu. Ker pa stene predora
niso idealno prevodne, sprejemnik vidi oddajnik kot omejeno antensko polje, kar povzroči
večje slabljenje radijskega signala na bližnjem območju. Zadnjo prelomno točko, pri
kateri valovodni pojav izzveni, smo določili empirično na podlagi rezultatov meritev v
predoru Karavanke.
Parametre modela smo določili za štiri telekomunikacijske sisteme, za katere
predvidevamo, da se bodo v bližnji prihodnosti uporabljali za prizemne komunikacije v
izrednih razmerah in posebnih okoljih, in sicer za sistema TETRA in WiMAX ter
telekomunikacijske sisteme za brezžične lokalne računalniške mreže (WLAN) na osnovi
standardov IEEE 802.11 in telekomunikacijske sisteme za prenos podatkov v brezžičnih
senzorskih omrežjih na osnovi standarda IEEE 802.15.4. V arkadnem predoru Strunjan–
Portorož smo ugotovili, da je zaradi dolžine predora krivulja slabljenja signala za različne
frekvence sestavljena le iz treh odsekov. Potek krivulje slabljenja signala frekvence
400 MHz strmo pada do prve prelomne točke, ki je na oddaljenosti približno 10 m. Zatem
se strmina padanja zmanjša in znaša približno 0,25 dB/m. V zadnjem delu krivulje se
slabljenje še dodatno zmanjša na vrednost 0,1 dB/km. Vrednosti slabljenja tretjega
(valovodnega) dela krivulj pri signalih višjih frekvenc so po pričakovanju bistveno
manjše. Za frekvenco signala 868 MHz znaša slabljenje 0,042 dB/m, pri 3,5 GHz pa le še
0,032 dB/m. Na ravnem delu daljšega cestnega predora Karavanke ima funkcija izgube
poti štiri značilne odseke. Na bližnjem območju znaša slabljenje signala 0,13 dB/m. V
osrednjem delu, kjer se pojavi valovodi učinek, znaša strmina padanja jakosti radijskega
signala frekvence 400 MHz 0,025 dB/m. Iz rezultatov meritev je tudi razvidno, da na
slabljenje v osrednjem delu vpliva tudi položaj oddajnika in sprejemnikov. Oddajnik,
postavljen v stransko nišo predora, povzroči dvakrat večje slabljenje signala v
valovodnem delu. Na osnovi meritev v zavitem delu smo ugotovili padanje krivulje
izgube poti s faktorjem 0,075 dB/m. Večje slabljenje je posledica odsotnosti neposredne
vidljivosti med oddajnikom in sprejemnikom, kar povzroči tudi bistveno krajši doseg
zveze.
Veljavnost predlaganega modela smo ocenili tudi s simulacijami, ki so temeljile na
metodi sledenja žarka. Preverili smo vpliv posameznih parametrov predora (obliko,
prečne dimenzije, elektromagnetne lastnosti sten in tal), frekvenc signala in različnih
položajev oddajnikov in sprejemnikov na slabljenje razširjanja radijskega signala.
Ugotovili smo, da na širjenje radijskega signala v predoru močno vplivajo velikost in
oblika predora ter nosilna frekvenca radijskega signala. Vpliv položaja sprejemnika in
oddajnika v predoru na poteke krivulj slabljenja je zanemarljiv, medtem ko je vpliv
lastnosti materialov, iz katerih so zgrajene stene, strop in tla predora, na potek krivulje
slabljenja, opazen.
Rezultati simulacij so pokazali, da predlagani empirični model v zadostni meri
upošteva vse bistvene parametre, ki vplivajo na razširjanje radijskega signala v posebnih
okoljih. Predlagani empirični model razširjanja radijskega signala s štirimi nagibi, ki je
osnovni izvirni prispevek disertacije, omogoča preprost in dovolj natančen izračun
razširjanja radijskega signala frekvence do 1 GHz v ravnih predorih ter podzemnih
hodnikih različnih velikosti in oblik.