خصائص حدوث الهواطل

        خصائص حدوث الهواطل

        مدة الخبو الفردي

تتوزع مدد الخبو بالمطر الذي يتجاوز سوية توهين محددة توزيعاً لوغاريتمياً عادياً تقريباً. وتكون المدد المتوسطة في حدود عدة دقائق. ولا يظهر أن هذه التوزيعات تتعلق إلى حد كبير بعمق الخبو في  أكثرية القياسات الخاصة بخبو أقل من dB 20، ويعني ذلك أن النسبة المئوية الأكبر من الزمن الكلي للخبو المشاهد عند سويات خبو منخفضة أو عند ترددات أعلى تتألف من عدد أكبر من خبوات فردية لها نفس توزيع المدد تقريباً. ويبدو أن انحرافات لا بأس بها عن التوزيع اللوغاريتمي العادي تحدث لمدد من الخبو تقل عن نصف دقيقة تقريباً. وتميل مدة الخبو عند سوية خبو محددة إلى الزيادة بتناقص زاوية الارتفاع.

ويتطلب تخطيط توصيلات الشبكات الرقمية متكاملة الخدمات (ISDN) بالساتل توفير بيانات عن مساهمة أحداث التوهين الأقصر من s 10 في زمن الخبو الكلي. وهذه المعلومات ذات أهمية بالنسبة إلى سوية التوهين المقابلة لعتبة الانقطاع حيث تساهم أحداث تدوم أكثر من s 10 في زمن النظام غير المتيسر بينما تؤثر أحداث أقصر في أداء النظام أثناء الزمن المتيسر (انظر التوصية (ITU R S.579. وتشير البيانات المتوفرة إلى أن زمن التجاوز في أثناء الزمن المتيسر يساوي، في أغلب الحالات، %2 إلى %10 من زمن التجاوز الصافي. إلا أنه عند زوايا ارتفاع منخفضة حيث تصبح التراوحات قصيرة الأجل للإشارة بسبب التلألؤ التروبوسفيري ذات دلالة إحصائية، ثمة حالات معينة يكون فيها تجاوز الزمن أثناء الزمن المتيسر أكبر بكثير مما هو عليه الحال في مسيرات أرض-فضاء عند ارتفاع أعلى.

2.5.2.2     معدلات تغيير التوهين (معدل الخبو)

من المتفق عليه عموماً أن توزيعات معدلات الخبو الموجبة والسالبة لوغاريتمية عادية ومتشابهة كثيراً. ولم يتأكد أن معدل الخبو يتوقف على عمق الخبو.

3.5.2.2     الترابط بين قيم التوهين الآنية عند ترددات مختلفة

إن البيانات المتعلقة بالنسبة الآنية لقيم التوهين بسبب المطر عند ترددات مختلفة مفيدة لطائفة من تقنيات الخبو التكييفية. وتبين أن نسبة تدريج التردد موزعة توزيعاً لوغاريتمياً عادياً وأنها تتأثر بنمط الأمطار وبدرجة حرارتها. وتظهر البيانات أن التغيرات قصيرة الأجل لنسبة التوهين قد تكون ذات دلالة ويتوقع أن تتزايد بتناقص زاوية ارتفاع المسير.

3.2   التأثيرات في الجو الصافي

فيما عدا الامتصاص الجوي، من غير المحتمل أن تحدث تأثيرات الجو الصافي في غياب الهواطل خبواً مهماً في أنظمة الاتصالات الفضائية العاملة عند ترددات أدنى من GHz 10 تقريباً وعند زوايا ارتفاع أكبر من 10. غير أنه من الممكن، عند زوايا ارتفاع منخفضة (°10 ) وعند ترددات أعلى من GHz 10 تقريباً، أن تسبب أحياناً التلألؤات التروبوسفيرية انحطاطاً كبيراً في الأداء. ويمكن، عند زوايا ارتفاع منخفضة جداً 4 ) في المسيرات داخل الأراضي، و5  في المسيرات فوق الماء أو المسيرات الساحلية)، أن يكون الخبو بسبب تأثيرات الانتشار عبر مسيرات متعددة خبواً شديداً جداً. وقد يكون التلألؤ الأيونوسفيري مهماً في بعض المواقع وعند ترددات أدنى من GHz 6 تقريباً (انظر التوصية (ITU-R P.531.

1.3.2        تناقص كسب الهوائي بسبب عدم تماسك جبهة الموجة

ينتج عدم تماسك جبهة موجة واردة على هوائي استقبال عن ظواهر عدم انتظام ضيقة النطاق في بنية دليل الانكسار للجو. وهي تتسبب، إلى جانب التراوحات السريعة للإشارة المذكورة في الفقرة 4.2، في خسارة من اقتران الهوائي بالوسط الحامل يمكن وصفها على أنها تناقص في كسب الهوائي.

ويتزايد هذا التأثير مع ارتفاع التردد وتناقص زاوية الارتفاع وهو دالة لقطر الهوائي. ورغم أن هذا التأثير لا يؤخذ في الاعتبار صراحة في نماذج الانكسار المبينة أدناه فإنه مهمل بالمقارنة بالتأثيرات الأخرى.

2.3.2        الخسارة بسبب تمديد الحزمة

يؤدي التناقص المنتظم لدليل الانكسار بتزايد الارتفاع إلى انحناء الشعاع ومن ثم إلى تأثير بإزالة التبئير عند زوايا ارتفاع منخفضة (التوصية (ITU-R P.834. ويكون مقدار خسارة إزالة التبئير لحزمة الهوائي مستقلاً عن التردد في المدى GHz 100-1.

ويمكن إهمال الخسارة Abs التي يسببها تمديد الحزمة في حالات الانكسار العادية عند زوايا ارتفاع أكبر من 3 تقريباً وخطوط عرض أدنى من 53 وزوايا أكبر من 6 تقريباً عند خطوط عرض أعلى.

وتقدر الخسارة بسبب تمديد الحزمة عند كل خطوط العرض في السنة المتوسطة وعند زوايا ارتفاع أصغر من 5 وفقاً للمعادلة:

        Abs = 2,27 – 1.16 log (1 + 0)           dB            Abs > 0       (40)

حيث 0 زاوية الارتفاع الظاهرة (mrad) مع مراعاة تأثيرات الانكسار. وتقدر الخسارة بسبب تمديد الحزمة في الشهر الأسوأ المتوسط عند خطوط عرض أدنى من 53، بواسطة المعادلة (30) أيضاً.

أما عند خطوط العرض الأعلى من 60، فتقدر الخسارة بسبب تمديد الحزمة عند زوايا ارتفاع أصغر من 6 في الشهر الأسوأ المتوسط بواسطة المعادلة التالية:

        Abs = 13 – 6,4 log (1 + 0)           dB            Abs > 0    (41)

ويمكن، عند خطوط العرض  التي تتراوح بين 53 و60، أن يُقدر متوسط الخسارة بسبب تمديد الحزمة بواسطة الاستكمال الداخلي الخطي بين القيم المحسوبة وفقاً للمعادلة (40) (على أساس Abs((53 >) ووفقاً للمعادلة (41) (على أساس Abs((60 <) على النحو التالي:

                (42)

حيث  Abs  Abs ( 60) – Abs ( 53).

4.2   التلألؤ والخبو بسبب تعدد المسيرات

يتوقف اتساع التلألؤات التروبوسفيرية على مقدار وبنية تغيرات دليل الانكسار عبر مسير الانتشار، فيزداد مع زيادة التردد وطول المسير، ويتناقص بتناقص عرض حزمة الهوائي بسبب القيم المتوسطة للفتحة. وتظهر البيانات المقاسة وجود ترابط جيد بين القيم r.m.s. المتوسطة شهرياً للتراوحات وصيغة الرطوبة في الانكسار الراديوي، Nwet، التي تتوقف على محتوى بخار الماء في الجو.

وتتألف طريقة التنبؤ بالخبو الناجم عن اتساع التلألؤ من ثلاثة أجزاء:

(1     التنبؤ بالخبو الناجم عن اتساع التلألؤ في زوايا الارتفاع التي تزيد عن أو تساوي °5 في الفضاء الحر (الفقرة 1.4.2).

(2     التنبؤ بالخبو الناجم عن اتساع التلألؤ لقيم الخبو الأكبر من أو تساوي dB 25 (الفقرة 2.4.2).

(3     التنبؤ بالخبو الناجم عن اتساع التلألؤ في المنطقة الانتقالية بين التوزيعين أعلاه (الفقرة 3.4.2).

وكما ورد في التوصية ITU R P.834، فإن أي موجة راديوية بين محطة على سطح الأرض ومحطة فضائية تنثني نحو الأرض بتأثير الانكسار الجوي. ونتيجة لذلك، فإن زاوية الارتفاع الظاهرة، التي تراعي الانكسار الجوي، تكون أكبر من زاوية الارتفاع في الفضاء الحر، التي لا تراعي إلا خط البصر بين المحطتين. فإذا كانت زاوية ارتفاع الفضاء الحر المعنية أكبر من أو تساوي °5، فإن الفارق بين زوايا ارتفاع الفضاء الحر لا يكون كبيراً، ولن توضع في الاعتبار إلا طريقة التنبؤ الواردة في الفقرة 1.4.2.

ويعرض الشكل 2 مثالاً توضيحياً للأجزاء الثلاثة لطريقة التنبؤ. ويلاحظ أن طريقة التنبؤ في المنطقة الانتقالية المشروحة في الفقرة3.4.2تماسَي التوزيع الموصوف في الفقرة 1.4.2 عند زاوية ارتفاع في الفضاء الحر تساوي °5 وتماسي التوزيع الموصوف في الفقرة 2.4.2 عند عمق خبو تلألؤ مقداره dB 25.

الشـكل 2

مثال توضيحي للأجزاء الثلاثة لطريقة التنبؤ بالخبو الناجم عن التلألؤ

ويلاحظ عند نسب مئوية صغيرة جداً من الزمن، وكما هو الحال مع قيم كبيرة لعمق الخبو (أكبر من dB 10 تقريباً)، أن الخبو الناجم عن التلألؤ عند زوايا ارتفاع منخفضة جداً قد يكون كبيراً. كما يلاحظ أن للخبو خصائص مماثلة للخبو بسبب تعدد المسيرات في الوصلات على الأرض. ومثلما هو الحال بالنسبة إلى توزيع عمق الخبو على وصلات الأرض، فإن توزيع عمق الخبو الخاص بالوصلات الساتلية عند زوايا ارتفاع منخفضة جداً مرتبط أيضاً على ما يبدو بإحصاءات تدرج الانكسارية. ويُظهر توزيع الخبو الإجمالي انتقالاً تدريجياً من توزيع للتلألؤ بنسب مئوية كبيرة للتجاوز إلى توزيع للخبو بسبب تعدد المسيرات (بميل قدره (decade/dB 10 بنسب مئوية صغيرة. وتستعمل طريقتا التنبؤ المبينتان في الفقرتين 2.4.2 و3.4.2 والمتعلقتان بجزء الخبو العميق وجزء الخبو الضحل من التوزيع الإجمالي على التوالي، إحصاءات تدرج الانكسارية PL لوصف التغيرات المناخية داخل التوزيع.

ويكون توزيع الخبو الصافي بسبب تأثيرات الانكسار التروبوسفيري،A (p)، توليفة مكونة من تأثيرات تمديد الحزمة والتلألؤ وتأثيرات الخبو بسبب تعدد المسيرات الموصوفة أعلاه. ويمكن الجمع بين توزيعات التلألؤ التروبوسفيري والتلألؤ الأيونوسفيري بواسطة جمع النسب المئوية المقابلة من الزمن التي يتم أثناءها تجاوز مستويات خبو محددة.

1.4.2        حساب إحصاءات مقادير التلألؤ الشهرية وطويلة الأجل عند زوايا ارتفاع أكبر من 5

ترد أدناه تقنية عامة للتنبؤ بالتوزيع التراكمي للتلألؤ التروبوسفيري عند زوايا ارتفاع أكبر من أو تساوي5. وترتكز التقنية إلى قيم متوسطة لدرجة الحرارةوالرطوبة النسبية، لشهر واحد أو لمدد أطول، وهي تعكس ظروف الموقع المناخية. ونظراً لأن القيم المتوسطة لدرجة حرارة سطح الأرض والرطوبة النسبية تتغير بتغير فصول السنة فإن توزيع عمق الخبو بسبب التلألؤ يتغير حسب الموسم. ويمكن التنبؤ بالتغير الموسمي باستعمال القيم الموسمية المتوسطة لدرجة حرارة سطح الأرض والرطوبة النسبية. ويمكن الحصول على هذه المعلومات من معلومات الأرصاد الجوية للموقع المعني.

وعلى الرغم من أن الطريقة خضعت للاختبار عند ترددات تتراوح بين 7 وGHz 14، فإنه يوصى باستعمالها في تطبيقات تصل تردداتها إلى GHz 20 على الأقل.

وفيما يلي المعلمات اللازمة لهذه الطريقة:

        t:      متوسط درجة الحرارة المحيطة على سطح الأرض (C) في الموقع لفترة شهر أو أكثر

        H:    متوسط الرطوبة النسبية على سطح الأرض (%) في الموقع لفترة شهر أو أكثر

                (الملاحظة 1 - إذا لم تتوفر بيانات تجريبية بشأن t وH، يمكن استعمال خرائط Nwet المبينة في التوصية ITU R P.453.)

        f:      التردد (GHz) حيث GHz 20 f GHz 4

        :    زاوية ارتفاع الفضاء الحر، حيث 5 

        D:    القطر المادي (m) لهوائي المحطة الأرضية

        :    كفاءة الهوائي؛ وإذا كانت غير معروفة يكون 0,5 =  تقديراً متحفظاً.

إذا كانت القيمة المتوسطة لعنصر الرطوبة في انكسارية السطح التي يتم تجاوزها للسنة المتوسطة، Nwet، مأخوذة من الخرائط الرقمية الواردة في التوصية ITU R P.453، انتقل مباشرة إلى الخطوة 3.

الخطوة 1:    يحسب ضغط تشبع بخار الماء، es، (hPa)، للقيمة t على النحو المحدد في التوصية ITU R P.453.

الخطوة 2:    تحسب قيمة الرطوبة في الانكسارية الراديوية، Nwet، المقابلة لقيمة es وt وH على النحو المحدد في التوصية ITU R P.453.

الخطوة 3:    يحسب الانحراف المعياري لاتساع الإشارة المرجعية، ref:

                (43)

الخطوة 4:    يحسب طول المسير الفعّال L:

                (44)

حيث hL ارتفاع طبقة الاضطراب =m 1 000.

الخطوة 5:    يقدر القطر الفعال للهوائي، Deff، انطلاقاً من القطر الهندسي D، وكفاءة الهوائي :

                (45)

الخطوة 6:    يحسب عامل متوسط فتحة الهوائي بواسطة المعادلة:

                (46)

حيث:

                (46a)

وإذا كان متغير الجذر التربيعي سالباً (أي عندما يكون 7,0 < x)، فإن عمق خبو التلألؤ المتنبأ به لأي نسبة مئوية من الزمن يساوي الصفر، ولا داعي لاتباع الخطوات التالية.

الخطوة 7:    يحسب الانحراف النمطي للإشارة في الفترة ومسير الانتشار المطبقين:

                (47)

الخطوة 8:    يحسب عامل النسبة المئوية من الزمن a(p) للنسبة المئوية من الزمن p، في المدى %50 P 0,01 بالمعادلة:

        a( p) = –0,061 (log10p)3 + 0,072 (log10p)2 – 1,71 log10p + 3,0  (48)

الخطوة 9:    يحسب عمق الخبوA(p) المتجاوز للنسبة%pمن الزمن على النحو التالي:

        A( p) = a( p) •             dB      (49)

2.4.2        حساب جزء الخبو العميق من توزيع الخبو بسبب التلألؤ أو تعدد المسيرات لزوايا ارتفاع أدنى من 5

يُقدر بموجب هذه الطريقة عمق الخبو للخبو الذي يزيد عن أو يساوي dB 25 نتيجة لمجموع الخبو الناتج عن تمديد الحزمة والتلألؤ وتعدد المسيرات في السنة المتوسطة والشهر الأسوأ في هذه السنة. وفيما يلي تفاصيل الإجراء خطوة خطوة:

الخطوة 1:    تحسب زاوية ارتفاع التسديد الظاهرية (mrad) المقابلة لزاوية ارتفاع الفضاء الحر المطلوبة (mrad) 0مع مراعاة تأثيرات الانكسار للمسير المعني باستخدام الطريقة الموصوفة في الفقرة 4 من التوصية ITU R P.834.

الخطوة 2:    يحسب العامل المناخي الجغرافي، Kw، للمسير المعني للشهر الأسوأ في السنة المتوسطة:

                (50)

حيث pL(%)هو النسبة المئوية من الزمن التي تكون درجة ميل الانكسارية أثناءها في أدنى m 100 من الجو أقل من N 100 وحدة/km في الشهر الذي تكون فيه أقصى قيمة pL من بين الأشهر الأربعة الممثلة للفصول، فبراير ومايو وأغسطس ونوفمبر، والتي ل‍ها خرائط في الأشكال من 8 إلى 11 في التوصية ITU R P.453.

وينبغي، من قبيل الاستثناء، أن يقتصر استعمال الخرائط الخاصة بشهري مايو وأغسطس على خطوط العرض الأكبر من 60 شمالاً أو 60 جنوباً.

ويلخص الجدول 3 قيم المعامل C0 في المعادلة (50) المقابلة لنوع المسير. وتعطي الصيغ التالية المعامل CLatمقابل خط العرض  (بالدرجات شمالاً أو جنوباً):

(51)  CLat = 0  for             ||  53°

(52)  CLat = –53 +        for    53°< ||  60°

(53)  CLat = 7  for   60° <||   

الجـدول 3

قيم المعامل C0 في المعادلة (50) لأنماط مختلفة من مسيرات الانتشار

نمط المسير    C0

مسيرات انتشار فوق البر بكاملها حيث يكون هوائي المحطة الأرضية المقابلة لها على ارتفاع أدنى من m 700 فوق متوسط مستوى البحر   76

مسيرات انتشار يكون هوائي المحطة الأرضية المقابلة لها على ارتفاع أعلى من m 700 فوق متوسط مستوى البحر  70

مسيرات انتشار تكون بكاملها، أو في جزء منها، فوق الماء أو فوق مناطق ساحلية قريبة من مساحات كبيرة من المياه (انظر الحاشية(1) لتعريف مسير الانتشار والمناطق الساحلية وتعريف (r 76 + 6r

(1)    المتغير r في عبارة المعامل C0 هو جزء مسير الانتشار الذي يعبر مساحة من المياه أو مناطق ساحلية مجاورة.تصنَّف مسيرات الانتشار التي تمر فوق بحيرة صغيرة أو نهر بأنها فوق البر بكاملها. ومع أنه من الممكن إدراج هذه المساحات من المياه في حساب r، فإن ذلك يؤدي إلى زيادات مهملة في قيمة المعامل C0 بالنسبة إلى القيم فوق البر للمسيرات غير الساحلية.

الخطوة 3:    يحسب عمق الخبو، A(p)، الذي يتم تجاوزه أثناء نسبة %p من الزمن عند التردد، f(GHz)، وزاوية الارتفاع الظاهرة المطلوبة، (mrad) :

 أ )    للسنة المتوسطة:

             dB      (54)

حيث:

         dB   (55)

وتستعمل الإشارة الموجبة في المعادلة (55) لخط العرض: ||  45°والعلامة السالبة لخط العرض|| > 45؛

أو

ب)    للشهر الأسوأ في السنة المتوسطة:

            dB       (56)

والمعادلات(54) و(55)و(56)صالحة لقيمة A(p) أكبر من أو تساويdB 25. وقد وضعت هذه المعادلات انطلاقاً من بيانات في مدى الترددات 6 إلى GHz 38 وعند زوايا ارتفاع في المدى من 1 إلى 4. ويتوقع أن تكون صالحة على الأقل في مدى الترددات من 1 إلى GHz 45 وعند زوايا ارتفاع في المدى 0,5 إلى 5.

3.4.2        حساب جزء الخبو الضحل من توزيع الخبو بسبب التلألؤ أو تعدد المسيرات عند زوايا ارتفاع أقل من 5

وضع نموذج الخبو الضحل في هذا القسم من أجل خبو التلألؤ في منطقة الانتقال لخبو أقل من dB 25 وزوايا ارتفاع فضاء حر أقل من 5.

الخطوة 1:    ضع dB 25= A1 ثم احسب زاوية الارتفاع الظاهرة، 1، في النسبة المئوية المطلوبة من الوقت، (%)p، والتردد، f(GHz):

النسبة المئوية المطلوبة من الوقت، (%)p، والتردد، f(GHz):

            mrad    (57)

حيث يعرف المعامل،  ، في المعادلة (50) و في المعادلة (56).

الخطوة 2:    احسب  .

         dB/mrad (58)

الخطوة 3:    احسب   من المعادلة (49) بالفقرة 1.4.2

              dB     (59)

عند زاوية ارتفاع من الفضاء الحر، ، تساوي 5.

الخطوة 4:    احسب  كالتالي:

              dB/mrad    (60)

حيث:

                (61a)

                (61b)

                (61c)

عند زاوية ارتفاع في الفضاء الحر،، تساوي °5، حيث تحدد قيم x وDeff وhL في الفقرة 1.4.2.

الخطوة 5:    احسب زاوية الارتفاع الظاهرة، 2، المقابلة لزاوية ارتفاع في الفضاء الحر قيمتها °5 باستخدام المعادلة (12) بالتوصية ،ITU R P.834، ثم حول 2إلى التقويم mrad.

الخطوة 6:    احسب خبو التلألؤ، A(p)، المتجاوز لنسبة (%) p من الوقت عند زاوية الارتفاع الظاهرة المطلوبة، (mrad) ، بالاستكمال الداخلي بين النقطتين   و  باتباع النموذج الأسي التكعيب‍ي:

        (62)

حيث:

               

         

         

         

ويطبق عمق الخبو،A(p) ، بالنسبة لزوايا الارتفاع الظاهرة في منطقة الانتقال، أي عند   و .

5.2   تقدير التوهين الكلي الناجم عن عدة مصادر لتوهين جوي يحدث في آن معاً

يجب مراعاة أثر المصادر المتعددة للتوهين الجوي الذي يحدث في آن معاً بالنسبة للأنظمة العاملة بترددات أعلى من GHz 18 تقريباً، وخصوصاً تلك العاملة بزوايا ارتفاع و/أو هوامش منخفضة.

ويمثل التوهين الكلي (dB) الأثر المركب للمطر والغازات الجوية والسحب والتلألؤ ويتطلب معلمة واحدة أو أكثر من معلمات الدخل التالية:

        AR ( p):    توهين بسبب المطر لاحتمال ثابت (dB)، كما هو مقدر بواسطة Ap في المعادلة (8)

        AC  ( p):   توهين بسبب السحب لاحتمال ثابت (dB)، بحسب تقدير التوصية ITU-R P.840

        AG ( p):   توهين غازي بسبب بخار الماء والأوكسجين لاحتمال ثابت (dB)، بحسب تقدير التوصية ITU R P.676

        AS ( p):    توهين بسبب التلألؤ التروبوسفيري لاحتمال ثابت (dB)، بحسب التقدير بواسطة المعادلة (49)

حيث p احتمال تجاوز التوهين في مدى تتراوح نسبته من %50 إلى %0,001.

ويمكن حساب التوهين الغازي كدالة للنسبة المئوية من الزمن، باستعمال الفقرة 2.2 من الملحق 2 للتوصية ITU R P.676 إذا توفرت بيانات الأرصاد الجوية المحلية أثناء النسبة المئوية المطلوبة من الزمن. وإذا لم تتوفر هذه البيانات أثناء النسبة المئوية المطلوبة من الزمن ينبغي حساب متوسط التوهين الغازي واستعماله في المعادلة (63).

وثمة طريقة عامة لحساب التوهين الكلي لاحتمال معين AT(p) تبينها المعادلة التالية:

                (63)

حيث:

        p < 1.0%  for    AC ( p) = AC (1%)   (64)

        p < 1.0%  for    AG ( p) = AG (1%)   (65)

وتأخذ المعادلتان (64) و(65) في الحسبان أن جزءاً كبيراً من التوهين بسبب السحب والتوهين بسبب الغازات محتسب أصلاً في التنبؤ بالتوهين بسبب المطر للنسب المئوية من الزمن الأدنى من %1.

ولدى اختبار كامل طريقة التنبؤ المذكورة أعلاه بتطبيق الإجراء المبين في الملحق 1 للتوصية ITU R P.311، تبين أن نتائج الاختبار تتفق تماماً مع بيانات القياس المتوفرة لجميع خطوط العرض وفي مدى الاحتمال الذي تتراوح نسبته بين %0,001 و%1، وبخطأ r.m.s. كلي نسبته %35 تقريباً، وذلك عند استعمالها مع الخرائط الكفافية للأمطار المبينة في التوصية ITU R P.837. ولدى اختبار الطريقة بالاستناد إلى البيانات أرض-فضاء لعدة سنوات تبين أن نسبة خطأ r.m.s. الكلي %25 تقريباً. ونظراً لهيمنة تأثيرات مختلفة في إطار احتمالات مختلفة ونظراً لعدم توفر بيانات الاختبار بشكل متسق عند مختلف سويات الاحتمال فإن بعض التغيير في خطأ r.m.s. يحدث عبر توزيع الاحتمالات.

6.2   التوهين بسبب العواصف الرملية والغبارية

لا يُعرف الكثير عن تأثير العواصف الرملية والغبارية في الإشارات الراديوية في المسيرات المائلة. وتشير البيانات المتيسرة إلى أن التركيزات العالية من الجسيمات و/أو المحتوى العالي من الرطوبة عند ترددات أدنى من GHz 30، ضرورية لإحداث تأثيرات كبيرة في الانتشار.

3      درجة حرارة الضوضاء

كلما ازداد التوهين ازدادت ضوضاء الإرسال. وقد يكون لهذا التزايد في درجة حرارة الضوضاء في المحطات الأرضية ذات المطاريف الأمامية منخفضة الضوضاء تأثير في نسبة الإشارة إلى الضوضاء يفوق تأثير التوهين بالذات.

ويمكن تقدير درجة حرارة الضوضاء السماوية عند هوائي أي محطة أرضية بواسطة المعادلة:

                Tsky = Tmr (1 – 10–A/10) + 2,7 × 10–A/10         K        (66)

حيث:

        Tsky:       درجة حرارة الضوضاء السماوية (K)عند هوائي المحطة الأرضية

        A:     إجمالي التوهين الجوي بعد استبعاد الخبو الناجم عن التلألؤ(dB)

        Tmr: درجة حرارة الإشعاع المتوسطة الجوية(K).

وبمعرفة درجة حرارة السطح، (K) Ts، فإن درجة حرارة الإشعاع المتوسطة، Tmr،يمكن تقديرها في ظل ظروف الطقس الصافي والغائم كالتالي:

                Tmr = 37,34 + 0,81 × TS      K        (67)

وفي حالة عدم وجود بيانات محلية، يمكن استعمال قيمة تساوي K 275 لدرجة حرارة الإشعاع المتوسطة الجوية لكل من الطقس الصافي والممطر.

وتعالج التوصية ITU-R P.372 بالتفصيل بيئة الضوضاء الخاصة بالمحطات على سطح الأرض وفي الفضاء.

أما بالنسبة إلى أنظمة الاتصالات الساتلية التي تستعمل مدار السواتل المستقرة بالنسبة إلى الأرض، فإن الشمس وبقدر أقل القمر، مصدر ضوضاء كبيرة للمحطات الأرضية عند كل الترددات بينما يحتمل أن تكون ضوضاء خلفية المجرَّة كبيرة عند ترددات أقل من GHz 2 تقريباً (انظر التوصية (ITU R P.372. ويمكن، إضافةً إلى ذلك، أن تساهم مجرّات الدجاجة A وX(Cygnus A and X) وذات الكرسي A(Cassiopeia A) والثور (Taurus) وسديم السرطان (Crab nebula) في درجة حرارة ضوضاء الخلفية السماوية.

ويمكن استعمال معادلات التوصية ITU R P.372لتحديد درجة حرارة ضوضاء نظام المحطات الأرضية من درجات حرارة اللمعان المشار إليها أعلاه.

4      تأثيرات الاستقطاب المتقاطع

غالباً ما يستخدم إجراء إعادة استعمال التردد بواسطة الاستقطابات التعامدية لزيادة سعة أنظمة الاتصالات الفضائية. إلا أن هذه التقنية مقيدة بإزالة الاستقطاب في مسيرات الانتشار الجوية. وهناك آليات شتى ضرورية لإزالة الاستقطاب في التروبوسفير، وخصوصاً تأثيرات الماء الجوي.

وتناقش التوصية ITU-R P.531 دوران فاراداي لمستوي الاستقطاب الذي يسببه الأيونوسفير. وقد يحدث عند تردد GHz 10 دوران يصل إلى 1 ويتزايد عند ترددات أدنى. وتدور مستويات الاستقطاب، كما ترى من المحطة الأرضية، في الاتجاه نفسه على الوصلات الصاعدة والوصلات الهابطة. ومن ثم لا يمكن التعويض عن دوران فاراداي من خلال دوران نظام تغذية الهوائي عندما يستعمل الهوائي نفسه للإرسال والاستقبال.

1.4   حساب الإحصاءات طويلة الأجل للاستقطاب المتقاطع المستحث بالماء الجوي

لحساب الإحصاءات طويلة الأجل لإزالة الاستقطاب استناداً إلى إحصاءات التوهين بالمطر يجب أن تتوفر المعلمات التالية:

        Ap:   التوهين بسبب المطر (dB) الذي يتم تجاوزه أثناء النسبة المئوية المطلوبة من الزمن، p، في المسير المعني، والذي يسمى عادة التوهين متحد الاستقطاب (CPA)

        :    زاوية الميل التدريجي لمتجه المجال الكهربائي المستقطب خطياً بالنسبة إلى المستوي الأفقي (للاستقطاب الدائري يستعمل45 = )

        f:      التردد (GHz)

        :    زاوية ارتفاع المسير (درجات).

والطريقة الموضحة أدناه لحساب إحصاءات قيم تمييز الاستقطاب المتقاطع (XPD) استناداً إلى إحصاءات التوهين بالمطر في المسير نفسه صالحة لكل من GHz 6  f  55و  60. ويرد في الفقرة 3.4 إجراء التدريج بحسب الترددات نزولاً حتى GHz 4 (انظر أيضاً الخطوة 8 أدناه).

الخطوة 1:    حد الاعتماد على:

                (68)

الخطوة 2:    حد الاعتماد علىالتوهين بالمطر:

        CA  V ( f ) log Ap  (69)

حيث:

         

الخطوة 3:    يحسب عامل تحسين الاستقطاب:

        C  –10 log [1 – 0,484 (1  cos 4)]    (70)

ويكون عامل التحسين 0  C عندما تكون 45، ويصل إلى قيمة قصوى قدرها dB 15 عندما تكون 0 أو 90.

الخطوة 4:    يحسب حد الاعتماد على زاوية الارتفاع:

        C = –40 log (cos )      for  60°      (71)

الخطوة 5:    يحسب حد الاعتماد على زاوية الميلان:

        C  0.0052 2     (72)

 الانحراف النمطي الفعال لتوزيع زاوية ميلان قطرات المطر معبراً عنه بالدرجات؛ ويأخذ الانحراف  قيم 0 و5 و10 و15 مقابل %1 و%0,1 و%0,01 و%0,001 من الزمن، على التوالي.

الخطوة 6:    يحسب التمييز XPD بسبب المطر الذي لا يتم تجاوزه أثناء نسبة %p من الزمن:

        XPDrain  Cf  – CA  C  C  C              dB       (73)

الخطوة 7:    تحسب علاقة البلورات الثلجية:

        Cice  XPDrain  (0,3  0,1 log p)2              dB     (74)

الخطوة 8:    يحسب التمييز XPD الذي لا يتم تجاوزه أثناء نسبة %p من الزمن، بما في ذلك تأثيرات الجليد:

        XPDp  XPDrain – Cice              dB      (75)

في طريقة التنبؤ هذه وفي نطاق الترددات 4 إلى GHz 6 حيث يكون التوهين في المسير منخفضاً، لا تكون إحصاءات Ap مفيدة جداً من أجل التنبؤ بإحصاءات XPD. ويمكن، بالنسبة للترددات الأدنى من GHz 6، استعمال صيغة التدريج بحسب التردد الواردة في الفقرة 3.4 لتدريج إحصاءات الاستقطاب المتقاطع، المحسوبة للتردد GHz 6، من أجل الترددات الأقل المحصورة بين 4 وGHz 6.

2.4   الإحصاءات المشتركة للتمييز XPD والتوهين

يمكن نمذجة توزيع الاحتمال المشروط للتمييز XPD لقيمة معينة للتوهين Ap بافتراض أن نسبة التوتر متقاطع الاستقطاب إلى التوتر متحد الاستقطاب، r  10–XPD/20، موزعة عادياً. وتكون معلمتا التوزيع: القيمة المتوسطة rm القريبة جداً من 10 XPDrain/20، على أساس XPDrain، في المعادلة (64)، والانحراف النمطي r الذي يتخذ قيمة شبه ثابتة قدرها 0,038 عندما يكون التوهين 3 dB  Ap  8 dB.

3.4   التدريج طويل الأجل للتردد والاستقطاب في إحصاءات الاستقطاب المتقاطع المستحث بالماء الجوي

يمكن تدريج إحصاءات التمييز XPD طويلة الأجل المسجلة عند تردد معين وزاوية معينة لميلان مستوي الاستقطاب لتكون صالحة في تردد آخر وزاوية ميلان أخرى باستعمال المعادلة شبه التجريبية التالية:

        (76)

حيث XPD1 وXPD2 قيمتان لا يتم تجاوزهما أثناء النسبة المئوية نفسها من الزمن عند الترددين f1 وf2 وزاويتي ميلان مستوي الاستقطاب 1 و2، على التوالي.

وتستند المعادلة (76) إلى الصياغة النظرية نفسها المستخدمة في طريقة التنبؤ المبينة في الفقرة 1.4، ويمكن أن تستعمل في تدريج بيانات XPD التي تشمل تأثيرات إزالة الاستقطاب بسبب المطر والجليد على حد سواء، إذ لوحظ أن لكلتا الظاهرتين نفس العلاقة تقريباً بالتردد عند ترددات أدنى من GHz 30 تقريباً.

4.4   البيانات المتعلقة بإلغاء الاستقطاب المتقاطع

أثبتت بعض التجارب أن ثمة ترابطاً وثيقاً بين إزالة الاستقطاب بسبب المطر عند 6 وGHz 4 في مسيرات أرض-فضاء، سواء على المدى الطويل أم على أساس حدث منفرد، ويبدو من الممكن تعويض إزالة الاستقطاب في الوصلة الصاعدة باستعمال قياسات إزالة الاستقطاب المقابل في الوصلة الهابطة. ولم تظهر إلا تأثيرات الطور التفاضلي، حتى عند هطول الأمطار الكثيفة، ويبدو أن تعويضاً بمعلمة واحدة (أي في الطور التفاضلي) يكفي عند التردديين 6 وGHz 4.

وأظهرت أيضاً قياسات مأخوذة عند 6 وGHz 4 أن %99 من تغيرات التمييز XPD أبطأ من dB/s 4 أو، على السواء، أقل من 1,5 درجة/ثانية بالنسبة إلى متوسط زحزحة الطور التفاضلي في المسير. ومن ثم يكفي أن يكون ثابت الزمن لنظام تعويض إزالة الاستقطاب عند هذين الترددين مجرد ثانية واحدة تقريباً.

5      تأخر الانتشار

تبين التوصية ITU-R P.834 طرائق مبنية على بيانات علم الأرصاد الجوية الراديوي لتقدير متوسط تأخر الانتشار أو خطأ المسافة، والتغيرات المقابلة، في المسيرات أرض-فضاء عبر التروبوسفير. ويجب أن يعرف تغير التأخر من أجل قياس مسافة الساتل وتحقيق تزامن الإشارات لأنظمة الاتصالات الساتلية الرقمية. ويكون التأخر الأيونوسفيري، عند ترددات أعلى من GHz 10 (انظر التوصية (ITU-R P.531، أصغر عموماً من التأخر في التروبوسفير، ولكن قد يتعين مراعاته في حالات خاصة.

ويتطلب تحديد المسافات بدقة تصل إلى السنتيمتر الواحد أن تدرس بعناية المساهمات المختلفة لخطأ المسافات الزائد. فيصل الخطأ بسبب مكوَّنة بخار الماء إلى cm 10 في مسير سمتي وفي جو مرجعي يكون فيه تركيز بخار الماء على السطح بقيمة g/m3 7,5 وارتفاع المقياس بقيمة km 2 (انظر التوصية (ITU-R P.676. وتشكل هذه المساهمة أهم مصدر لعدم اليقين، على الرغم من أن الجو الجاف يضيف مسافة m 2,3 إلى الخطأ الزائد في المسير السمتي.

أما بالنسبة إلى التطبيقات الحالية للاتصالات الساتلية فإن مساهمة الهواطل في تأخر إضافي للانتشار صغيرة بحيث يمكن إهمالها.

6      تحديدات عرض النطاق

يؤدي التشتت الشاذ بجوار خطوط امتصاص الغازات الجوية إلى تغييرات طفيفة في دليل الانكسار. غير أن هذه التغييرات في دليل الانكسار تبقى صغيرة في النطاقات الموزعة على الاتصالات أرض-فضاء ولا تقيد عرض نطاق الأنظمة.

ويمكن أن يحد تعدد الانتثار في المطر من عرض نطاق أنظمة الإرسال غير المتماسكة بسبب تغير التأخر للإشارات المتأثرة بانتثار متعدد؛ غير أن التوهين نفسه يشكل في هذه الظروف مشكلة أخطر بكثير. وقد أثبتت دراسة مشكلة تحديدات عرض النطاق التي تفرضها علاقة التوهين وزحزحة الطور بسبب المطر بالتردد في أنظمة الإرسال المتماسكة أن هذه التحديدات لعرض النطاق تزيد عن GHz 3,5 في جميع الحالات التي يمكن أن تحدث. وهي أكبر من أي عرض نطاق موزع للاتصالات أرض-فضاء أقل من GHz 40، ومن ثم يكون التوهين بالمطر ذا تأثير أكبر بكثير من علاقتها بالتردد.

7      زاوية الوصول

تناقش التوصية ITU-R P.834 الأخطاء في زاوية الارتفاع بسبب الانكسار. ويصل الانكسار الزاوي الكلي (الزيادة في الارتفاع الظاهري) إلى 0,65 و0,35 و0,25 تقريباً في زوايا الارتفاع البالغة 1 و3 و5، على التوالي، وفي جو بحري مداري. أما في المناخ القطبي القاري، فتكون القيم المقابلة 0,44 و0,25 و0,17. وفي المناخات الأخرى تكون القيم بين هذين المجالين. ويكون ترتيب مقدار التغير في الارتفاع الظاهري من يوم إلى آخر في حدود 0,1(r.m.s.) عند ارتفاع 1، لكن التغير يتناقص بسرعة بتزايد زاوية الارتفاع.

وتناقش التوصية ITU R P.834 تراوحات زاوية الوصول قصيرة الأجل. ويمكن أن تكون التغيرات قصيرة الأجل الناجمة عن تغييرات في علاقة الانكسارية بدلالة الارتفاع، من رتبة 0,02(r.m.s.) عند ارتفاع 1 وتتناقص أيضاً بسرعة مع تزايد زاوية الارتفاع. ومن الصعب عملياً التمييز بين تأثير التغيرات قصيرة الأجل في توزيع الانكسارية بدلالة الارتفاع وتأثير عدم الانتظام العشوائي الذي يضاف إلى هذا التوزيع. ويبين التحليل الإحصائي لتراوحات زاوية الوصول قصيرة الأجل عند GHz 19,5 وعند زاوية ارتفاع قدرها 48، أن الانحرافات النمطية لتراوحات زاوية الوصول، في اتجاهي الارتفاع والسمت على حد سواء، تبلغ نحو 0,002 أثناء النسبة المئوية التراكمية من الزمن بقيمة %1. ويشير التغير الموسمي لتراوحات زاوية الوصول إلى زيادة التراوحات في الصيف وتناقصها في الشتاء. أما التغيرات النهارية، فتوحي بأن التراوحات تزداد في أثناء النهار وتتناقص في الصباح الباكر وفي المساء على حد سواء.

8      حساب الإحصاءات طويلة الأجل للمسيرات غير المستقرة بالنسبة إلى الأرض (non-GSO)

طرائق التنبؤ الموصوفة أعلاه مستخرجة من أجل تطبيقات تبقي فيها زاوية الارتفاع ثابتة. أما في أنظمة غير مستقرة بالنسبة إلى الأرض (non-GSO)، حيث تتغير زاوية الارتفاع، فيمكن حساب مدى تيسر الوصلة لساتل وحيد باتباع الطريقة التالية:

 أ )    تحسب زاويتا الارتفاع الدنيا والقصوى اللتين من المتوقع أن يعمل النظام بينهما؛

ب)    يقسم المدى التشغيلي للزوايا إلى زيادات صغيرة (بمقدار مثلاً)؛

ج)     تحسب النسبة المئوية من الزمن التي يكون فيها الساتل مرئياً كدالة لزاوية الارتفاع في كل زيادة؛

د )     تحدد النسبة المئوية من الزمن، بالنسبة إلى سوية معينة لانحطاط الانتشار، حيث يتم تجاوز السوية مقابل كل زيادة في زاوية الارتفاع؛

ﻫ )    تضرب نتائج ج) ود) مقابل كل زيادة في زاوية الارتفاع ثم تقسم على 100، للحصول على النسبة المئوية من الزمن التي يتم أثناءها تجاوز سوية الانحطاط عند زاوية الارتفاع هذه؛

و )    تجمع قيم النسبة المئوية من الزمن المحسوبة في ﻫ ) للحصول على النسبة المئوية الكلية من الزمن في النظام التي يتم أثناءها تجاوز سوية الانحطاط.

وفي حالة كوكبات السواتل متعددة الرؤية التي تستخدم تنوع مسير الساتل (أي التحول إلى أقل المسيرات انحطاطاً)، يمكن إجراء حساب تقريبـي بافتراض استخدام أعلى زاوية ارتفاع في أي مركبة فضائية.

___________