2.Εξοπλισμός και Portable Operation

Να 'σαι καλά Πάνο,

πάνω στην ώρα !!!!!!

73
SW1KYQ

Για όσους τους άνοιξε η όρεξη:
1. Program Operating Guide, by Brian J. Henderson, P. Eng., VE6ZS, June 2011

2. A Guide to the Use of the ITS Irregular Terrain Model in the Area Prediction Mode, G.A. Hufford, A.G. Longley, W.A. Kissick

3. Field Strength Prediction in Irregular Terrain – the PTP Model, Harry K. Wong, 2002

Το Radio Mobile είναι ένα πρόγραμμα φτιαγμένο από ραδιοερασιτέχνη και προορίζεται για ραδοερασιτέχνες. Αυτός είναι και ο κύριος λόγος του υψηλού βαθμού παραμετροποίησής του. Η χρήση του είναι ένα μικρό project από μόνη της.

Οι λειτουργίες του διακρίνονται σε 3 κύριες κατηγορίες:

1. Εργαλεία που έχουν να κάνουν με την απεικόνιση (χάρτες).
2. Εργαλεία που έχουν να κάνουν με ραδιοδίκτυα, ραδιοκάλυψη κλπ.
3. APRS

Εχοντας σα δεδομένο ότι με τη βοήθεια του προηγούμενου ποστ έχετε κατασκευάσει ένα δίκτυο και ένα χάρτη, στα επόμενα θα ασχοληθούμε με τη δεύτερη κατηγορία, δηλαδή τα Εργαλεία που έχουν να κάνουν με ραδιοδίκτυα, ραδιοκάλυψη κλπ.

ΣΗΜΕΙΩΣΗ 1: ΠΡΟΣΟΧΗ ΣΤΗΝ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ, το Radio Mobile δέχεται (ανάλογα το σύστημά σας) είτε το κόμμα είτε την τελεία σαν υποδιαστολή για τα δεκαδικά ψηφία, ΟΧΙ και τα 2, τσεκάρεται τα δεδομένα σας (π.χ. συντεταγμένες, ύψος απο το έδαφος κλπ).

ΣΗΜΕΙΩΣΗ 2: Οι αναφορές της μορφής [1], [2], [3] στα κείμενα που ακολουθούν αφορούν τα online κείμενα που παραθέτω στο προηγούμενο post, δηλαδή:

[1]. Program Operating Guide, by Brian J. Henderson, P. Eng., VE6ZS, June 2011

[2]. A Guide to the Use of the ITS Irregular Terrain Model in the Area Prediction Mode, G.A. Hufford, A.G. Longley, W.A. Kissick

[3]. Field Strength Prediction in Irregular Terrain – the PTP Model, Harry K. Wong, 2002

1. Εργαλεία - Ραδιοζεύξη (πλήκτρο F2)

Ανοίγει το ακόλουθο παράθυρο:

Στο πάνω τμήμα το μεγάλο οριζόντιο παράθυρο δείχνει την τομή της διαδρομής από τον ένα σταθμό στον άλλο:

(οι σταθμοί εμφανίζονται στο χάρτη με την εντολή: Προβολή - Εμφάνιση Δικτύων - Σταθμοί)

Στο κάτω τμήμα αριστερά έχουμε πάντα τον Πομπό και δεξιά το Δέκτη. Με ένα κλικ στο Εναλλαγή στη γραμμη του μενού αλλάζουμε εύκολα το ρόλο των σταθμών από Πομπό σε Δέκτη.

Το αριστερό τμήμα (Πομπός):

Στο πάνω τμήμα εμφανίζεται η αναμενόμενη ένδειξη στο S meter του πομποδέκτη στη θέση του Πομπού.

ΠΡΟΣΟΧΗ: Το πάνω οριζόντιο παράθυρο είναι διαδραστικό. Επιλέγοντας οποιασδήποτε θέση στην τομή με το ποντίκι μεταφέρουμε το Δέκτη σε εκείνη τη θέση με συνεπαγόμενη ανάλογη αλλαγή σε όλα τα αποτελέσματα που εμφανίζονται στο πάνω παράθυρο αλλά και στην ένδειξη των 2 S meter.

Το Radio Mobile στο μενού Επιλογές - S Μονάδες μας δίνει τη δυνατότητα να επιλέξουμε την κλίμακα των S-Units την οποία επιθυμούμε να χρησιμοποιήσουμε. Απο default χρησιμοποιεί την κλίμακα North America (IARU Region 2),[1] ενώ μας δίνεται η δυνατότητα να επιλέξουμε το πρότυπο της IARU Region 1 (Europe) ή κάποιο που θα το προσαρμόσουμε εμείς δινοντας την τιμή για το S9 και το ρυθμό αλλαγής για κάθε μονάδα (σε dB).

Στην κλίμακα της IARU Region 1 διακρίνουμε 2 διαφορετικές κλίμακες S Units. Μια για τις περιοχές συχνοτήτων f < 30Mhz (με το S1 στα 0.2μV και το S9 στα 50.1μV) μια δεύτερη για αυτές με f > 30Mhz (S1 0.02μV, S9 5.0μV) με βήμα 6dB.

ΣΗΜΕΙΩΣΗ 1: Τα αναφερόμενα μV είναι απλά η τάση της RF ενέργειας όπως φιλτράρεται στη συγκεκριμένη συχνότητα (+θόρυβος) στην είσοδο (50Ω) του δέκτη μας.

ΣΗΜΕΙΩΣΗ 2: Προσοχή μιλάμε για τάση (V) τα 6db είναι ΔΙΠΛΑΣΙΑΣΜΟΣ του σήματος.

ΣΗΜΕΙΩΣΗ 3: Ίσως να ήτανε χρήσιμο να μπορούσαμε, με τη βοήθεια μιας σωστά βαθμονομημένης γεννήτριας συχνοτήτων να ρυθμίζουμε το S-meter του πομποδέκτη μας στη κλίμακα της επιλογής μας.

(συνεχίζεται σε επόμενο ποστ)

Εξετάζαμε λοιπόν το αριστερό κάτω τμήμα (Πομπός) στο παράθυρο της επιλογής: Εργαλεία - Ραδιοζεύξη (πλήκτρο F2) :

• Κάτω ακριβώς από την ένδειξη S Units με το κυλιόμενο μενού επιλέγουμε το Σταθμό (από τους σταθμούς που έχουμε δημιουργήσει με το Ctr+U) που θέλουμε στο ρόλο του πομπού.

• Ο Ρόλος του (Κεντρικός) που αναφέρεται από κάτω δεν έχει καμιά σημασία πέρα από την αναφορά στην τοπολογία του Δικτύου (δε συμμετέχει σα δεδομένο στους υπολογισμούς εδώ).

• Το Όνομα συστήματος είναι αυτό που ορίσαμε σαν Σύστημα για το συγκεκριμένο σταθμό στη δημιουργία του δικτύου. Γρήγορα και εύκολα με το κυλιόμενο μενού αναθέτουμε στο πομπό όποιο άλλο σύστημα θέλουμε (τα δεδομένα δηλαδή που αφορούν την ισχύ εκπομπής, την ευαισθησιά του δέκτη, τις απώλειες και τα χαρακτηριστικά της κεραίας).

• Τα δεδομένα από κάτω εμφανίζονται σε 2 στήλες αλλά αφορούν την ίδια παράμετρο σε διαφορετικές μονάδες. Ετσι, η Ισχύς Πομπού εμφανίζεται και σε W και σε dBm.

Από το [1]:

• Το Κέρδος κεραίας και σε dbi και σε dBd

• Η Ισχύς Ακτινοβολίας με βάση το κέρδος της κεραίας έναντι στο ισοτροπικό δίπολο (EIRP) και το κανονικό δίπολο (ERP)

• Το Υψος κεραίας (m) είναι πάλι αυτό που είχαμε ορίσει αρχικά στη περιγραφή του συστήματος ή του σταθμού. Εδώ εύκολα με τα πλήκτρα +/- το μεταβάλλουμε κατά το δοκούν και βλέπουμε απευθείας αν και πόσο επηρεάζει τη ραδιοζεύξη μας.

Τέλος αλλάζοντας στο κυλιόμενο μενου το Δίκτυο έχουμε τη δυνατότητα να επιλέξουμε άλλους σταθμούς, άλλα συστήματα κλπ. Η επιλογή αυτή επηρεάζει τόσο το Πομπό (αριστερό τμήμα) όσο και το Δέκτη.

Το δεξί τμήμα τώρα, Δέκτης:

Εκεί που διαφέρει είναι στην απεικόνιση των δεδομένων του συστήματος που τώρα αφορούν τη λήψη.

Ετσι επιπρόσθετα μας δείχνει:

• Στο Απαιτ. Ε.Πεδίο την απαιτούμεη ένταση του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου στη θέση του δέκτη ώστε να πραγματοποιήσουμε λήψη σε dbmV/m.

• Την Ευαισθησία Δέκτη σε μV και dBm (τα είχαμε εισάγει σα δεδομένα στα χαρακτηριστικά του συστήματος).

Από το [1]:

Τέλος καθορίζουμε την περιοχή συχνοτήτων σε ΜΗΖ στην οποία λειτουργεί το σύστημά μας.

Πριν προχωρήσουμε στο πάνω τμήμα (που παρουσιάζει και τα αποτελέσματα της ανάλυσης) ας ρίξουμε μια ματιά στο μοντέλο υπολογισμων του προγράμματος και τι μπορούμε να περιμένουμε από αυτό.

To Radio Mobile χρησιμοποιεί το Irregular Terrain Model (ITM) (Longley-Rice)του Institute for Telecommunication Sciences (ITS) από το U.S. Department of Commerce NTIA/ITS.

Το αυθεντικό document του μοντέλου είναι το [2] και φυσικά τίποτα δε θα αντικαθιστούσε μια γενική περιγραφή απο την ίδια την εισαγωγή του που, ένα μέρος της, σε ακριβή μετάφραση ακολουθεί εδώ:

Από όλα αυτά τα παραπάνω, ας συγκρατήσουμε τουλάχιστον το στατιστικό και τυχηματικό. Σε μεγάλο βαθμό τυχηματικά είναι όλα τα μοντέλα στα οποία συμμετέχουν φυσικές μεταβαλλόμενες στο χώρο ή/και το χρόνο παράμετροι. Η πρόβλεψη των χαρακτηριστικών των σεισμών βασίζεται σε ένα τέτοιο στατιστικό και τυχηματικό μοντέλο και κατεπέκταση και ο ίδιος ο Αντισεισμικός κανονισμός (και ας νομίζουμε -λανθασμένα- ότι αν τον εφαρμόσουμε σωστά σώνεται 100% το σπίτι μας). Το ίδιο ισχύει φυσικά και στα μοντέλα πρόγνωσης του καιρού και σε πολλά άλλα. (σημ. η λέξη τυχηματικό προφανώς δεν υπάρχει στην Ελληνική γλώσσα, την εφήυραμε οι Μηχανικοί για να περιγράψουμε τα τυχαία φαινόμενα -accidental-, αν σας απασχολεί κατά πόσο είναι δόκιμη googlia-στε την).

Για αυτό το λόγο δεν υπάρχει πρόγραμμα σε υπολογιστή που να εφαρμόζει ένα μοντέλο που πραγματικά να μπορεί να μας δώσει με ακρίβεια τη στάθμη σήματος σε μια συγκεριμένη θέση. Μας δίνει όμως τη στατιστικά αναμενόμενη τιμή, η οποία ακόμα και αν δε προσεγγίζει την τελική που πραγματικά μετρήσουμε, είναι πολύτιμο στοιχείο στη σύγκριση της συγκεκριμένης θέσης σχετικά με μια άλλη (ή ενός συστήματος σε μια θέση με ένα εναλλακτικό).

Μια αποτίμηση του μοντέλου ITΜ (για αποστάσεις έως 100km) παρουσιάζει ο Harry K. Wong στο [3].

Τα Data είναι πραγματικές μετρήσεις στο πεδίο.
Η κόκκινη γραμμή (FCC) δείχνει τις αναμενόμενες τιμές από την τρέχουσα προτεινόμενη μεθοδολογία από την FCC (βασίζεται σε καμπύλες που δείχνουν την ένταση του πεδίου για συγκεκριμένα τηλεοπτικά κανάλια σε σχέση με την απόσταση, μια ιδέα εδώ: 47cfr73.699.pdf).
Η πράσινη γραμμή είναι οι προβλεπόμενες τιμές από το ITΜ μοντέλο.
Και η μπλέ οι αντίστοιχες από το μοντέλο του Wong.

Η γενική αποτίμηση του Wong στο [3] είναι ότι:

• οι καμπύλες της FCC παρέχουν μια ικανοποιητική πρόβλεψη με καλή ακρίβεια στην ένταση των τιμών χωρίς όμως να λαμβάνουν υπόψη τους την επιρροή του μεταβαλλόμενου φυσικού πεδίου (ανωμαλίες στο έδαφος).
• Τα αποτελέσματα του ITΜ μοντέλου ακολουθούν ικανοποιητικά τις διαφοροποιήσεις στο πεδίο αλλά οι προβλεπόμενες τιμές δε προσεγγίζουν με σχετική ακρίβεια τις πραγματικά μετρούμενες σε αποστάσεις κάτω από 100km γιατί (κατά τον Wong) έχει σχεδιαστεί για προβλέψεις σε ένα ευρύ πεδίο αποστάσεων και φαινομένων διάδοσης (όπως το tropo) και έτσι σε αποστάσεις μικρότερες απο 100 μίλια τα αποτελέσματά του δεν είναι ακριβή (κατά τον Wong πάντα). Αυτό το κενό ήρθε να καλύψει το μοντέλο του ιδίου (PTM) για αποστάσεις έως και 100 χιλιόμετρα.

Ας επιστρέψουμε στο πρόγραμμα (προσπαθώντας να μείνουμε έξω από τη ζώνη του Λυκόφωτος , αν και αξίζει όποιος μπορεί να διαβάσει όλο το κείμενο του μοντέλου, είναι πολύ απλά γραμμένο και πολύ ενδιαφέρον από ραδιοερασιτεχνική σκοπιά).

Από το [1] δανειζόμαστε τον πίνακα που ακολουθεί:

Αν συμπληρώσουμε τη δεύτερη στήλη με τις τιμές σε dB (για κάθε μία από τις παράμετρους στη πρώτη στήλη) και αθροίσουμε, στο τέλος η τιμή στο Fade Margin είναι ακριβώς η στάθμη του σήματος που λαμβάνουμε πάνω από την ευαισθησία του Δέκτη, το κατώφλι δηλαδή που μπορεί να ακούσει ο Δέκτης.

Τα δεδομένα πάνω από την πρώτη κόκκινη γραμμή που έχουμε τραβήξει αφορούν τα χαρακτηριστικά του συστήματος εκπομπής (τα οποία τα γνωρίζουμε και τα συμπληρώνουμε με σχετική ευκολία), αυτά κάτω από τη δεύτερη κόκκινη γραμμή αφορούν τα χαρακτηριστικά του συστήματος της λήψης (τα οποία πάλι εύκολα τα συμπληρώνουμε, την ευαισθησία του Δέκτη τη διαβάζουμε στο μανουαλ του μηχανηματος).

Έτσι για το Radio Mobile μένει να υπολογίσει με τη βοήθεια του μοντέλου ITM (και των εξισώσεων του Maxwell) τις δύο παραμέτρους ανάμεσα στις 2 κόκκινες γραμμές: Free Space Loss και Diffraction Loss.

Το Diffraction Loss είναι η εξασθένηση που υφίσταται το σήμα εξαιτίας της περίθλασης από τα εμπόδια που συναντάει στη διαδρομή του. Υπολογίζεται απο τη θέση του εμποδίου και το ύψος του. Αυτή είναι η εξασθένηση που υπολογίζει το μοντέλο ITΜ (Longley-Rice).

Οι συνολικές απώλειες στη διαδρομή του σήματος είναι το άθροισμα των 2 αυτών εξασθενήσεων.

Χρησιμοποιώντας τις ζωνες Fresnel (θα μιλήσουμε για αυτές αργότερα) και την καθαρότητά τους από το έδαφος το πρόγραμμα αποφασίζει αν θα υπολογίσει μόνο Free Space Loss ή και Diffraction Loss.

Στην άνω περιοχή της Ραδιοζεύξης εμφανίζoνται τα αποτελέσματα της ανάλυσης:

Απεικονίζεται καταρχήν η σχηματική τομή του εδάφους της ευθείας που συνδέει τον Πομπό (αριστερά) με το Δεκτη (δεξιά). Η έγχρωμη γραμμή σε επαφή με το έδαφος μας δείχνει τη σχετική στάθμη της λήψης σε όλη τη διαδρομή του σήματος σε επαφή με το ανάγλυφο. Στη default ρύθμισή του είναι πράσινη όταν η λήψη είναι τουλάχιστον 3dB πάνω από την ευαισθησία του συστήματος, κίτρινη όταν η λήψη είναι τουλάχιστον καλύτερη απο -3dB (έως 3dB) από την ευαισθησία του συστήματος και τέλος κόκκινη όταν η τιμή αυτή είναι κάτω από -3dB. Τις τιμές αυτές τις ρυθμίζουμε με τα όρια που επιθυμούμε στο μενού Αρχείο - Ιδιότητες Δικτύων - Στυλ .

Διακρίνουμε και 2 διακεκομένες (πράσινο-μαύρο) γραμμές. Η μία συνδέει απευθείας τον Πομπό με τον Δέκτη (Line of Sight - LOS) και ή άλλη δείχνει το νοητό σημείο που συναντιούνται (αν συναντιούνται) οι γραμμές εκπομπής από κάθε θέση εφαπτόμενες στη κορυφή των εμποδίων στο έδαφος. Όταν η Σχετική Στάθμη του σηματος στο Δέκτη μας είναι πάνω από 3dB αυτές οι γραμμές είναι σε πράσινο-μαύρο και ακολουθούν το χρωματικό κώδικα των γραμμών όπως περιγράψαμε πιο πάνω (κίτρινο -3dB<x<3dB, κόκκινο x<-3dB).

Οι τρείς άσπρες καμπύλες πάνω και κάτω από τη γραμμή LOS είναι τα όρια των τριών πρώτων περιοχών Fresnel. Ολοι γνωρίζουμε το φαινόμενο των συμβολών και πως αυτές επηρεάζουν την λήψη μας ειδικά στα 2 μέτρα. Ενα χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι το flatter που κάνει το σήμα ενός σταθμού που είναι mobile. Τα ραδιοκύματα ανακλώνται στα διάφορα εμπόδια στη διαδρομή τους, περιθλώνται και κάποια από αυτά φτάνουν στο δέκτη με διαφορετική φάση από το κύριο σήμα και έχοντας διανύσει και διαφορετικές (και εφόσον διαφέρουν από την ευθεία) μεγαλύτερες διαδρομές. Κάποια από αυτά καταλήγουν τελικά στο δέκτη με φάση τέτοια ώστε ενισχύουν το κύριο σήμα (συμφασικά) και άλλα με φάσεις που είτε το εξασθενούν, είτε και το αναιρούν εντελώς.

Οι ζώνες Fresnel καθορίζουν τις περιοχές εκείνες στο χώρο που η ανάκλαση των σημάτων θα έχει τα αποτελέσματα στη λήψη που περιγράψαμε.
Η κατακόρυφη και οριζόντια τομή τους έχει το ελειψοειδές σχήμα που βλέπετε στο σχήμα ενώ η εγκάρσιά τους είναι κύκλος. Απο το κέντρο του κύκλου περνάει η γραμμή του LOS. Τις επικοινωνίες τις επηρεάζουν σημαντικά οι 3 πρώτες καμπύλες (F1, F2, F3). Γενικά οι ζώνες με μονό αριθμό (F1, F3) δείχνουν τις περιοχές που η περίθλαση επηρεάζει θετικά τη λήψη, ενώ οι με ζυγό (F2) δείχνουν καταστάσεις που πρέπει να αποφεύγονται (δηλαδή πρακτικά αν επιλέγουμε 2 θέσεις να φροντίζουμε στη περιοχή της F1 να μην υπάρχουν εμπόδια ενώ στην περιοχή ανάμεσα στη πρώτη και τη δεύτερη άσπρη γραμμή -F2- να υπάρχουν εμπόδια -βουνά, κτίρια- που να εμποδίζουν τα ανακλώμενα σήματα να φτάσουν στο δέκτη μας).

Οι ζώνες Fresnel είναι σημαντικό εργαλείο για τα ραδιοδίκτυα. Το Radio Mobile π.χ. θεωρεί ότι έχουμε οπτική επαφή και δεν υπολογίζει απώλειες από περίθλαση όταν ο λόγος της απόστασης της F1 από το έδαφος (πρώτη -εσωτερική- άσπρη γραμμή) με την διάμετρο της είναι μεγαλύτερος του 0.60 (60%). Ανάλογες προσεγγίσεις γίνονται και στην εκτίμηση θέσεων για όλα τα ραδιοδίκτυα στις υψηλές συχνότητες. Δείτε εφαρμογές τους στο [1] και google-άστε, πραγματικά αξίζουν της προσοχής μας.

Τα αποτελέσματα πάνω απο το σχεδιάκι της τομής είναι με τη σειρά:

• Αζιμούθιο: απο τον Πομπό στο Δέκτη (σε μοίρες από τον πραγματικό Βορρά)
• Κατακ. γωνία: εγώ την εξέλαβα πρόχειρα σαν: την κατακόρυφη γωνία από την οριζόντιο, από τον Πομπό στο Δέκτη (μη μπερδεύεστε με το σχήμα, προσομοιάζει την καμπυλότητα της Γης).

το [1] την αναφέρει σαν: τη γωνία που το σήμα φεύγει από την κεραία

αλλά τελικά νομίζω ότι είναι κάτι πολυ διαφορετικό και πολύ χρήσιμο, το είχα συναντήσει κάπου χωμένο στις 126 σελίδες του [2] , θα επανέλθω.

• Εμπόδιο σε: Η απόσταση σε (Km) μέχρι το πρώτο εμπόδιο στη διαδρομή LOS.
• Χειρότερη Fresnel: Η χειρότερη καθαρότητα της ζώνης Fresnel σε όλη τη διαδρομή του LOS. Η καθαρότητα είπαμε υπολογίζεται σαν ο λόγος (Απόσταση της ζώνης από το έδαφος)/(Διάμετρος της ζώνης)
• Απόσταση: Η απόσταση μεταξύ των δύο σταθμών
• Τα αναφερόμενα στη δεύτερη γραμμή (Ελεύθερος χώρος, Εμπόδιο κλπ) αναφέρουν αναλυτικά τις απώλειες στη διαδρομή του σήματος.
• Απώλειες: Το άθροισμα των προηγούμενων, οι υπολογισμένες συνολικά απώλειες.
• Ε πεδίο: Η ένταση του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου στη θέση του Δέκτη (dbμV/m).
• Τα Στον Δέκτη: αναφέρουν την τάση του σήματος όταν πλέον φθάνει στο Δέκτη (dBm και μV).
• Το Σχετική Στάθμη: τη διαφορά της τελικής στάθμης του σήματος απο την απαιτούμενη για επικοινωνία (προσέξτε ότι είναι η διαφορά του Επεδίο με το Απαιτ. Ε πεδίο κάτω δεξιά στα στοιχεία του Δέκτη (πρακτικά αναζητάμε μια Σχετική Στάθμη πάνω από 10dB για να θεωρήσουμε την επικοινωνία εξασφαλισμένη).

Αν κινηθούμε με το ποντίκι πάνω στην τομή εμφανίζονται ανάλογα δεδομένα με μεταφορά του Δέκτη στο σημείο του κέρσορα ενώ ταυτόχρονα ενημερώνεται ο χάρτης του Δικτύου με την ακριβή θέση που βρίσκεται ο κέρσορας - βοηθάει στο να αναγνωρίσουμε γεωγραφικά τα εμπόδια).

Αυτά.. τα μενού πάνω από το προφίλ μας δίνουν και άλλα αποτελέσματα.. δοκιμάστε την επιλογή Google Earth σε ένα από αυτά, είναι εντυπωσιακή.

Περισσότερα για το πρόγραμμα ελπίζω σε διάλογο που θα προκύψει από κοινές δοκιμές.

73, Πάνος, SV1COX

Διαθέσημη new Version 11.2.0

73!