ΘΕΜΑ: ΕΞΑΓΩΓΗ ΤΗΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΥ Α0.01 ΓΙΑ ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΕΣ ΤΗΣ ΕΛΛΗΝΙΚΗΣ ΕΠΙΚΡΑΤΕΙΑΣ ΑΠΟ ΤΟΠΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΒΡΟΧΟΠΤΩΣΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΣΕΡΡΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΚΑΙ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ ΕΙΣΗΓΗΤΗΣ: ΠΑΠΑΤΣΩΡΗΣ ΑΝΑΣΤΑΣΙΟΣ ΣΠΟΥΔΑΣΤΡΙΕΣ: ΚΑΡΤΑΛΟΓΛΟΥ ΔΕΣΠΟΙΝΑ ΟΙΚΟΝΟΜΟΥ ΑΘΗΝΑ ΟΙΚΟΝΟΜΟΥ ΑΘΗΝΑ

ΣΚΟΠΟΣ ΤΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Είναι η καταγραφή τοπικών δεδομένων βροχόπτωσης για διαφορετικές περιοχές της Ελληνικής επικράτειας, η εξαγωγή των παραμέτρων R0.01 και A0.01, και η υλοποίηση προγράμματος αυτών σε γλώσσα προγραμματισμού MATLAB Είναι η καταγραφή τοπικών δεδομένων βροχόπτωσης για διαφορετικές περιοχές της Ελληνικής επικράτειας, η εξαγωγή των παραμέτρων R0.01 και A0.01, και η υλοποίηση προγράμματος αυτών σε γλώσσα προγραμματισμού MATLAB

Για το σκοπό της εργασίας μας στηριχτήκαμε:  Στη σύσταση της ITU-R P ,που αφορά δεδομένα διάδοσης και μεθόδους πρόβλεψης που απαιτούνται για τον σχεδιασμό επίγειων ασύρματων δικτύων.  Στην ΕΜΥ (Εθνική Μετεωρολογική Υπηρεσία), που μας παραχώρησε τα δεδομένα βροχόπτωσης

Παράγοντες που επηρεάζουν στο σχεδιασμό των συστημάτων ασύρματων ραδιοζεύξεων  Φθίνουσα διάθλαση λόγω απόφραξης του μονοπατιού από γήινα εμπόδια υπό δυσμενείς συνθήκες διάδοσης  Εξασθένηση λόγω ατμοσφαιρικών αερίων  Εξασθένηση λόγω πολλαπλών ατμοσφαιρικών μονοπατιών ή διάδοσης ακτινών συσχετιζόμενη με ανώμαλα διαθλαστικά στρώματα  Εξασθένηση λόγω πολλαπλών μονοπατιών που προκύπτουν από την αντανάκλαση επιφάνειας

 Εξασθένηση λόγω βροχής ή στερεών μορίων στην ατμόσφαιρα  Παραλλαγή της γωνίας άφιξης (angle-of-arrival) στο σταθμό λήψεως και της γωνίας εκπομπής (angle-of-launch) στο σταθμό εκπομπής λόγω διάθλασης  Μείωση στην διάκριση διασταυρωμένης πόλωσης (XPD) σε πολλαπλά μονοπάτια ή σε συνθήκες βροχής  Διεστράβλωση σημάτων λόγω επιλεκτικής εξασθένησης της συχνότητας και καθυστέρησης κατά την διάρκεια διάδοσης σε πολλαπλά μονοπάτια

Η μελέτη μας αναλύει την εξασθένηση λόγω βροχής Η εξασθένηση λόγω της βροχής εξαρτάται από τη συχνότητα και την ένταση βροχοπτώσεων, ή το ποσοστό βροχής. Το ποσοστό βροχής είναι ένας από τους παράγοντες που χρησιμοποιούνται για να καθορίσουν το βαθμό εξασθένησης βροχής στη διάδοση των ασύρματων επικοινωνιών. Οι μετρήσεις και οι καταγραφές περιοχών για μακρά χρονικά διαστήματα είναι η καλύτερη (εμπειρική) μέθοδος για να γνωρίζουν το ποσοστό βροχής σε μια χώρα. Τέτοια στοιχεία μπορούν έπειτα να χρησιμοποιηθούν για τους διάφορους υπολογισμούς σχετικά με την εξασθένηση σημάτων που προκαλείται από τη βροχή. Το στοιχείο ποσοστού βροχής παρουσιάζεται στις μονάδες χιλιοστά ανά ώρα, αλλά στην πράξη μετριέται με έναν μετρητή βροχής στην άκρη ενός κάδου ανά διαστήματα των 5 λεπτών. Η εξασθένηση λόγω της βροχής εξαρτάται από τη συχνότητα και την ένταση βροχοπτώσεων, ή το ποσοστό βροχής. Το ποσοστό βροχής είναι ένας από τους παράγοντες που χρησιμοποιούνται για να καθορίσουν το βαθμό εξασθένησης βροχής στη διάδοση των ασύρματων επικοινωνιών. Οι μετρήσεις και οι καταγραφές περιοχών για μακρά χρονικά διαστήματα είναι η καλύτερη (εμπειρική) μέθοδος για να γνωρίζουν το ποσοστό βροχής σε μια χώρα. Τέτοια στοιχεία μπορούν έπειτα να χρησιμοποιηθούν για τους διάφορους υπολογισμούς σχετικά με την εξασθένηση σημάτων που προκαλείται από τη βροχή. Το στοιχείο ποσοστού βροχής παρουσιάζεται στις μονάδες χιλιοστά ανά ώρα, αλλά στην πράξη μετριέται με έναν μετρητή βροχής στην άκρη ενός κάδου ανά διαστήματα των 5 λεπτών.

Το στοιχείο ποσοστού βροχής έχει συλλεχθεί από το γραφείο της μετεωρολογίας για διαφορετικές περιοχές γύρω από την Ελλάδα και για διαφορετικά έτη. Το ποσοστό βροχής είναι ιδιαίτερα μεταβλητό, και από την άποψη της θέσης αλλά και από την άποψη του χρόνου (περιλαμβάνει τις ημερήσιες, εποχιακές και ετήσιες μεταβολές). Η εξασθένηση βροχής, λόγω της στατιστικής μεταβολής στα ποσοστά βροχής, δίνεται ως πιθανολογική αξία. Αυτό εκφράζεται συχνά ως ποσοστό βροχής που ξεπερνιέται για ένα ορισμένο ποσοστό του χρόνου (συνήθως 1% του χειρότερου μήνα). Αυτά τα ποσοστά εξασθένησης λόγω βροχής μπορούν να παρουσιαστούν ως περιγράμματα σε έναν χάρτη της Ελλάδας. Εμείς θα ασχοληθούμε με το ποσοστό βροχής που ξεπερνιέται για 0.01% του χρόνου.

Εμείς ασχοληθήκαμε με το ποσοστό βροχόπτωσης που ξεπερνιέται για 0.01% του χρόνου. Για το σκοπό αυτό στηριχτήκαμε στις συστάσεις των ITU-R P και ITU-R P που μας υπέδειξαν την τεχνική την οποία ακολουθήσαμε και στην Εθνική Μετεωρολογική Υπηρεσία η οποία μας παρείχε όλες τις μετρήσεις για τα διαστήματα των πεντάλεπτων. Στην συνέχεια τα βήματα που ακολουθήσαμε είναι τα εξής : Εμείς ασχοληθήκαμε με το ποσοστό βροχόπτωσης που ξεπερνιέται για 0.01% του χρόνου. Για το σκοπό αυτό στηριχτήκαμε στις συστάσεις των ITU-R P και ITU-R P που μας υπέδειξαν την τεχνική την οποία ακολουθήσαμε και στην Εθνική Μετεωρολογική Υπηρεσία η οποία μας παρείχε όλες τις μετρήσεις για τα διαστήματα των πεντάλεπτων. Στην συνέχεια τα βήματα που ακολουθήσαμε είναι τα εξής :  Ψηφιοποιήσαμε αρχικά τα δεδομένα για κάθε σταθμό και κάθε έτος σε αρχεία excel  Δημιουργήσαμε μια ρουτίνα σε MATLAB (xlsToAscii) για την μετατροπή τους από excel σε ASCII  Με μια δεύτερη ρουτίνα σε MATLAB (calc) υπολογίσαμε το ποσοστό βροχόπτωσης που ξεπερνιέται για 0.01% του χρόνου (R0.01%) και στηριζόμενοι στην ITU-R P  Με μια τρίτη ρουτίνα σε MATLAB (grcontour) απεικονίσαμε τα ποσοστά βροχόπτωσης των σταθμών για κάθε έτος σε χάρτες της Ελλάδος (Παράρτημα 2)  Με μια τέταρτη ρουτίνα και στηριζόμενοι στη σύσταση της ITU-R P υπολογίσαμε τους συντελεστές k και a που απαιτούνται για τον υπολογισμό της ειδικής απόσβεσης και στη συνέχεια υπολογίσαμε την ειδική απόσβεση γR0.01% για ένα ευρύ φάσμα συχνοτήτων.

Η ακόλουθη απλή τεχνική χρησιμοποιείται για την εκτίμηση των μακροπρόθεσμων στατιστικών της εξασθένησης βροχής : Βήμα 1 Βήμα 1 Εξαγωγή του ρυθμού βροχόπτωσης R0.01 που υπερβαίνει για 0.01% του χρόνου (με μια ακεραιότητα χρόνου των 5 min ). Εξαγωγή του ρυθμού βροχόπτωσης R0.01 που υπερβαίνει για 0.01% του χρόνου (με μια ακεραιότητα χρόνου των 5 min ). Βήμα 2 Βήμα 2 Υπολογισμός της ακριβής εξασθένησης, γR (dB/Km) για την συχνότητα, την πόλωση και το ρυθμό βροχόπτωσης που μας ενδιαφέρει. Υπολογισμός της ακριβής εξασθένησης, γR (dB/Km) για την συχνότητα, την πόλωση και το ρυθμό βροχόπτωσης που μας ενδιαφέρει.

Βήμα 3 Βήμα 3 Υπολογισμός του αποτελεσματικού μήκους μονοπατιού, deff, του συνδέσμου πολλαπλασιάζοντας το πραγματικό μήκος μονοπατιού d με το παράγοντα απόστασης r (deff = d *r). Μια εκτίμηση αυτού του παράγοντα δίνεται από r = 1/ (1+d/d0), όπου για R0.01 ≤ 100 mm/h : d0 = 35* R0.01. Για R0.01 > 100 mm/h, χρησιμοποιούμε την τιμή των 100 mm/h στη θέση του R0.01. Υπολογισμός του αποτελεσματικού μήκους μονοπατιού, deff, του συνδέσμου πολλαπλασιάζοντας το πραγματικό μήκος μονοπατιού d με το παράγοντα απόστασης r (deff = d *r). Μια εκτίμηση αυτού του παράγοντα δίνεται από r = 1/ (1+d/d0), όπου για R0.01 ≤ 100 mm/h : d0 = 35* R0.01. Για R0.01 > 100 mm/h, χρησιμοποιούμε την τιμή των 100 mm/h στη θέση του R0.01. Βήμα 4 Βήμα 4 Μια εκτίμηση της απόσβεσης μονοπατιού που υπερβαίνει για 0.01% του χρόνου δίνεται από : A0.01 = γR * deff = γR * dr (dB) Μια εκτίμηση της απόσβεσης μονοπατιού που υπερβαίνει για 0.01% του χρόνου δίνεται από : A0.01 = γR * deff = γR * dr (dB)

R0.01% ΓΙΑ ΜΙΑ ΕΞΑΕΤΙΑ Locations Ελληνικό Ηράκλειο Ιωάννινα Πύργος Σέρρες Χίος

ΠΙΝΑΚΑΣ 1: R0.01 ΓΙΑ ΤΟ ΕΤΟΣ 2004 LATTITUDELONGITUDE ΠΙΝΑΚΑΣ 1: R0.01 ΓΙΑ ΤΟ ΕΤΟΣ 2004 LATTITUDELONGITUDE Αγρίνιο Λαμία Αλεξανδρούπολη Λάρισα Άργος Λήμνος Αργοστόλι Μακεδονία Άρτα Μήλος Ελληνικό Mυτιλήνη Ηράκλειο Πύργος Ιωάννινα Σέρρες Kαλαμάτα Σκύρος Καστοριά Σούδα Κέρκυρα Χίος Kύθυρα Χρυσούπολη

Στον παρακάτω πίνακα εκθέτουμε τα αποτελέσματα των συντελεστών k και a για τις τρεις διαφορετικές πολώσεις (Η οριζόντια τ= 0 ο, C κυκλική τ = 45 ο, V κατακόρυφη τ = 90 ο ) και για ένα ευρύ φάσμα συχνοτήτων, που χρησιμοποιούνται στον τύπο της ειδικής απόσβεσης γR = k * R0.01% a. Το R0.01% που χρησιμοποιείται στον τύπο είναι αποτέλεσμα της μελέτης που αναλύσαμε. Οι συντελεστές k και a δίνονται από τους παρακάτω τύπους : Στον παρακάτω πίνακα εκθέτουμε τα αποτελέσματα των συντελεστών k και a για τις τρεις διαφορετικές πολώσεις (Η οριζόντια τ= 0 ο, C κυκλική τ = 45 ο, V κατακόρυφη τ = 90 ο ) και για ένα ευρύ φάσμα συχνοτήτων, που χρησιμοποιούνται στον τύπο της ειδικής απόσβεσης γR = k * R0.01% a. Το R0.01% που χρησιμοποιείται στον τύπο είναι αποτέλεσμα της μελέτης που αναλύσαμε. Οι συντελεστές k και a δίνονται από τους παρακάτω τύπους : k = [kH + kV + ( kH – kV ) * cos2θ * cos2τ ] / 2 (1) k = [kH + kV + ( kH – kV ) * cos2θ * cos2τ ] / 2 (1) a = [kH*aH + kV*aV + (kH*aH – kV*aV) * cos2θ * cos2τ ] / 2 * k (2) a = [kH*aH + kV*aV + (kH*aH – kV*aV) * cos2θ * cos2τ ] / 2 * k (2) όπου το θ=0ο είναι πάντα μηδέν γιατί δεν έχουμε γωνία σύγκλισης. Οι συντελεστές kH, kV, aH, aV υπάρχουν έτοιμοι στον παρακάτω πίνακα που υπάρχει στην σύσταση της ITU-R P όπου το θ=0ο είναι πάντα μηδέν γιατί δεν έχουμε γωνία σύγκλισης. Οι συντελεστές kH, kV, aH, aV υπάρχουν έτοιμοι στον παρακάτω πίνακα που υπάρχει στην σύσταση της ITU-R P

Frequency(GHz)kHkVaHaV Συντελεστές που χρησιμοποιούνται στους τύπους (1) και (2)

HCVHCV f k1k2k3a1a2a ΠΙΝΑΚΑΣ ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΩΝ ΓΙΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟ ΤΗΣ ΕΙΔΙΚΗΣ ΑΠΟΣΒΕΣΗΣ ΓΙΑ ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ, ΚΥΚΛΙΚΗ & ΚΑΘΕΤΗ ΠΟΛΩΣΗ

ΕΙΔΙΚΗ ΑΠΟΣΒΕΣΗ (γR): ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΠΟΛΩΣΗ ΓΙΑ ΤΟ 2005 fΕΛΛΗΝΙΚΟΗΡΑΚΛΕΙΟΙΩΑΝΝΙΝΑΠΥΡΓΟΣΣΕΡΡΕΣΧΙΟΣ

ΕΙΔΙΚΗ ΑΠΟΣΒΕΣΗ (γR) : ΚΥΚΛΙΚΗ ΠΟΛΩΣΗ ΓΙΑ ΤΟ 2005 fΕΛΛΗΝΙΚΟΗΡΑΚΛΕΙΟΙΩΑΝΝΙΝΑΠΥΡΓΟΣΣΕΡΡΕΣΧΙΟΣ

ΕΙΔΙΚΗ ΑΠΟΣΒΕΣΗ (γR) : ΚΑΘΕΤΗ ΠΟΛΩΣΗ ΓΙΑ ΤΟ 2005 fΕΛΛΗΝΙΚΟΗΡΑΚΛΕΙΟΙΩΑΝΝΙΝΑΠΥΡΓΟΣΣΕΡΡΕΣΧΙΟΣ

Η ΕΙΔΙΚΗ ΑΠΟΣΒΕΣΗ ΓΙΑ ΤΟ ΕΤΟΣ 2000

Η ΕΙΔΙΚΗ ΑΠΟΣΒΕΣΗ ΓΙΑ ΤΟ ΕΤΟΣ 2001

Η ΕΙΔΙΚΗ ΑΠΟΣΒΕΣΗ ΓΙΑ ΤΟ ΕΤΟΣ 2002

Η ΕΙΔΙΚΗ ΑΠΟΣΒΕΣΗ ΓΙΑ ΤΟ ΕΤΟΣ 2003

Η ΕΙΔΙΚΗ ΑΠΟΣΒΕΣΗ ΓΙΑ ΤΟ ΕΤΟΣ 2004

Η ΕΙΔΙΚΗ ΑΠΟΣΒΕΣΗ ΓΙΑ ΤΟ ΕΤΟΣ 2005

Συμπεράσματα Η βροχή προκαλεί εξασθένηση, η οποία αυξάνει αυξανομένης της συχνότητας του κύματος και της εντάσεως της βροχοπτώσεως και εξαρτάται από το μέγεθος των σταγόνων. Η ειδική απόσβεση που εξαρτάται από την συχνότητα, την πόλωση και το ποσοστό βροχής, ξεπερνάει το 1 dB/Km, όταν η συχνότητα ισούται με 8 GHz και άνω. Η βροχή προκαλεί εξασθένηση, η οποία αυξάνει αυξανομένης της συχνότητας του κύματος και της εντάσεως της βροχοπτώσεως και εξαρτάται από το μέγεθος των σταγόνων. Η ειδική απόσβεση που εξαρτάται από την συχνότητα, την πόλωση και το ποσοστό βροχής, ξεπερνάει το 1 dB/Km, όταν η συχνότητα ισούται με 8 GHz και άνω. Κλείνοντας την έρευνα αυτή συμπεραίνουμε τελικά ότι για διαφορετικές περιοχές της Ελληνικής επικράτειας υπάρχει διαφορετικό ποσοστό βροχόπτωσης ( R0.01% ) όπως φαίνεται και από τον πίνακα των μέσων όρων : Κλείνοντας την έρευνα αυτή συμπεραίνουμε τελικά ότι για διαφορετικές περιοχές της Ελληνικής επικράτειας υπάρχει διαφορετικό ποσοστό βροχόπτωσης ( R0.01% ) όπως φαίνεται και από τον πίνακα των μέσων όρων :

R0.01% LocationsΜέσος Όρος Ελληνικό34.14 Ηράκλειο32.78 Ιωάννινα47.95 Πύργος54.00 Σέρρες31.93 Χίος39.08 Με αυτό συνεπάγεται ότι σε κάθε περιοχή δεν είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθεί ο ίδιος μηχανισμός ασύρματων συστημάτων. Σε μια περιοχή με χαμηλό ρυθμό βροχόπτωσης μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένας χαμηλότερου κόστους μηχανισμός από μια άλλη περιοχή με αυξημένο ποσοστό βροχόπτωσης. Με αυτό συνεπάγεται ότι σε κάθε περιοχή δεν είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθεί ο ίδιος μηχανισμός ασύρματων συστημάτων. Σε μια περιοχή με χαμηλό ρυθμό βροχόπτωσης μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένας χαμηλότερου κόστους μηχανισμός από μια άλλη περιοχή με αυξημένο ποσοστό βροχόπτωσης.

Για παράδειγμα στις περιοχές που φαίνονται παραπάνω είναι λογικό στα Ιωάννινα να τοποθετηθεί ένας άριστος μηχανισμός δεδομένου του υψηλού ρυθμού βροχόπτωσης, ενώ στο Ηράκλειο μπορούμε να τοποθετήσουμε ένα οικονομικότερο μηχανισμό δεδομένου των αραιών βροχοπτώσεων που επικρατούν στην περιοχή. Για παράδειγμα στις περιοχές που φαίνονται παραπάνω είναι λογικό στα Ιωάννινα να τοποθετηθεί ένας άριστος μηχανισμός δεδομένου του υψηλού ρυθμού βροχόπτωσης, ενώ στο Ηράκλειο μπορούμε να τοποθετήσουμε ένα οικονομικότερο μηχανισμό δεδομένου των αραιών βροχοπτώσεων που επικρατούν στην περιοχή.