Характеристики швеллера: Швеллер – таблица размеров, сортамент по ГОСТ

Маркируется такой швеллер буквой «У» и цифрой перед ней, определяющей расстояние между полками в сантиметрах.

Швеллер с параллельными гранями — отличается такой швеллер от горячекатаного с уклоном граней полок тем, что имеет параллельные грани. Изготавливается так же по ГОСТ 8240-97. Маркируется такой швеллер буквой по типу («П» — с параллельными гранями, «Э» — экономичный, «Л» — лёгкий) и цифрой, определяющей расстояние между полками в сантиметрах.

В зависимости от точности прокатки, швеллер горячекатаный подразделяют:

• Высокой точности — «А»;
• Обычной точности — «В».

Швеллер специальный предназначен для применения в автомобильной промышленности (ГОСТ 19425-74) и в вагоностроении (ГОСТ 5267. 1-90).

В зависимости от точности прокатки, специальный швеллер подразделяется:

• Высокой прочности — «А»;
• Обычной прочности — «В».

Стальной гнутый швеллер подразделяется на:

• Гнутый равнополочный швеллер;
• Гнутый неравнополочный швеллер.

Стальные гнутые равнополочные швеллера согласно ГОСТу 8278-93 изготавливаются на трубных станах из рулонной стали обыкновенного качества и углеродистой качественной конструкционной стали. Высота равнополочного составляет от 50 до 400 мм, ширина от 32 до 115 мм.

Стальные гнутые неравнополочные швеллера изготавливаются на профилегибочных станах из рулонной холоднокатаной и горячекатаной стали обыкновенного качества, углеродистой качественной конструкционной и низколегированной стали по ГОСТу 8281-80. Они также подразделяются по номерам, которые обозначают расстояние между полками (в мм). Разновидности длины такие же, как и у равнополочных швеллеров.

Высшей категории качества гнутого неравнополочного и равнополочного швеллера соответствуют категории А и Б.

В зависимости от точности прокатки гнутые швеллеры подразделяются:

• Высокой точности — «А»;
• Повышенной точности — «Б»;
• Обычной точности — «В».

Формы гнутого швеллера:

• «У» — швеллер с уклоном внутренних граней полок;
• «П» — швеллер с параллельными гранями полок;
• «Л» — швеллер легкой серии с параллельными гранями полок;
• «С» — швеллер специальный.

В связи с широтой ассортимента швеллера на него было разработано много ГОСТов и технических регламентов. Соответствие швеллера этим ГОСТам, является залогом качества продукции.

Применение швеллера стального

Благодаря своей высокой осевой прочности на изгиб, относительно невысокой массе и металлоемкости, швеллер горячекатаный и швеллер гнутый находят широкое применение практически во всех отраслях экономики.

Кроме специальных швеллеров, используемых в автомобильной и вагоностроительной промышленностях, в качестве рам, каркасов и прочих несущих конструкций, это основной материал, используемый в строительстве.

Швеллер используется как для армирования железобетонных конструкций, так и в качестве самостоятельного материала для изготовления каркасов строений, перекрытий, пандусов.

Швеллер применяется при строительстве перекрытий больших пролетов и многоэтажных каркасных сооружений. Зачастую он используется в качестве арматуры для стен, кровли, а так же для усиления бетона. Швеллер прекрасно выдерживает нагрузки как осевые, так и несущие.

Прайс-лист — швеллер

Компания «МИНПРОМ ГРУПП», предлагает широкий ассортимент стального швеллера по приемлемым ценам, с которыми можно ознакомиться в прайс-листе.

Наши менеджеры, помогут рассчитать стоимость катанки, также проинформируют о скидках, действующих сейчас в нашей компании на необходимый тоннаж и вид швеллера — звоните. Компания «МИНПРОМ ГРУПП» придерживается доступной ценовой политики, поэтому стоимость швеллера достаточно низкая.

Посетители которые хотят купить швеллер, часто ищут его так: швелер, швеллєр, швеллер горячекатанный, швелер гнутый, швелер гнутий, швеллер гнутый, швеллер гнутий, швелер стальной, швелер стальний, швелер сталевий.

Швеллер размеры | Таблица размеров швеллера 10, 12, 14, 16, 20, 22

Таблица размеров швеллера

Швеллер гнутый

Швеллер размеры

Швеллеры г/к стальные горячекатаные это прокат П или У — образного сечения. Швеллеры г/к делятся на 3 вида: швеллер горячекатаный с уклоном внутренних полок, с параллельными гранями полок и швеллер гнутый холоднокатаный. Швеллер горячекатаный производится двух видов точности: повышенной точности-Б и обычной точности-В. Виды и марки швеллеров завися от марки стали, из которых они изготовлены что определяет их назначение и размеры. Швеллеры изготовляют длиной от 4 до 12 м и высотой от 5 до 40 мм. Швеллер широко используется при строительстве сооружений, а также в качестве каркаса и перегородок, так как их размер позволяет создавать конструкции различных видов.

• Швеллеры из углеродистой и низколегированной стали. обозначением П — с параллельными полками и обозначением У — с уклоном внутренних граней изготавливаются по ГОСТу 8240.
• Швеллеры специальные для вагоностроения. обозначение В — для вагоностроения изготавливаются по ГОСТу 5267.
• Швеллеры специальные для тракторов. обозначение Т — для тракторов изготавливаются по ГОСТу 5420

Узнать цены на швеллер в интернет магазине Металлобазы>>>

Швеллер — характеристики и виды, производство швеллера

Швеллер — это металлическое изделие с П-образным сечением, изготовленное из стального проката способом горячей прокатки заготовок на сортовых станах.

Требования к выпуску и производству швеллеров изложены в ГОСТ 8240-97. По размерам и форме швеллер стальной изготавливается в нескольких видах: швеллер с уклоном внутренних граней полок, швеллер с параллельными гранями полок, и специальный швеллер. Швеллеры применяются в мощных  конструкциях стержневого образца (большепролетных фермах,мостах и т.п.),  в колоннах,  и кровельных прогонах.

Номер швеллера — указывает его высоту.

По размеру и форме швеллеры выпускают:

• А-высокой точности;
• Б-повышенной точности;
• В-обычной точности;
• У-с уклоном внутренних граней полок;
• П-с параллельными гранями полок;
• Л-легкой серии с параллельными гранями полок;
• С-специальные.

Высшей категории качества гнутого неравнополочного и равнополочного швеллера соответствуют категории А и Б.

Швеллеры с параллельными гранями полок с уклоном внутренних граней полок изготавливают по ГОСТ 8240-89.

По способу изготовления швеллеры делятся на следующие виды:

• Стальные горячекатаные;
• Стальные специальные;
• Стальные гнутые равнополочные;
• Стальные гнутые неравнополочные.

Швеллер стальной горячекатаный — изготавливается согласно ГОСТ 535-88 в двух видах — с параллельными гранями полок и с уклоном внутренних граней полок. В зависимости от точности прокатки, швеллер горячекатаный подразделяют: высокой точности — А, обычной точности — В. Швеллера делятся по номерам — номер обозначает расстояние между внешними гранями.

Швеллер специальный — предназначен для применения в автомобильной промышленности (ГОСТ 19425-74) и в вагоностроении (ГОСТ 5267. 1-90). В зависимости от точности прокатки, специальный швеллер подразделяется: высокой прочности — А, обычной прочности — В.

Стальные гнутые равнополочные швеллера — согласно ГОСТу 8278-93 изготавливаются на трубных станах из рулонной стали обыкновенного качества и углеродистой качественной конструкционной стали. Высота равнополочного составляет от 50 до 400 мм, ширина от 32 до 115 мм.

Стальные гнутые неравнополочные швеллера изготавливаются на профилегибочных станах из рулонной холоднокатаной и горячекатаной стали обыкновенного качества, углеродистой качественной конструкционной и низколегированной стали по ГОСТу 8281-80. Они также подразделяются по номерам, которые обозначают расстояние между полками (в мм). Разновидности длины такие же, как и у равнополочных швеллеров.

• Швеллер из углеродистой и низколегированной стали — ГОСТ 8240.
• Швеллер специальный для вагоностроения — ГОСТ 5267.
• Швеллер специальный для тракторов — ГОСТ 5420.

Швеллеры ГОСТ 8240-89 делятся на группы:

• Швеллер с уклоном внутренних граней полок: Тип № 5; 6,5; 8; 10; 12; 14; 16; 16а; 18; 18а; 20; 22; 24; 27; 30; 33; 36; 40.
• Швеллер с параллельными гранями полок: Тип № 5П; 6,5П; 8П; 10П; 12П; 14П; 16аП; 18П; 18аП; 20П; 22П; 24П; 27П; ЗОП; ЗЗП; 36П; 40П.

При производстве швеллеров изготовляют заготовки от 4 до 12 метров в длину, разделяя их на заготовки мерной длины, кратной мерной длины и немерной длины. Прокат горячекатанных швеллеров может осуществляться с высокой (А), повышенной (Б) или обычной точностью (В).

Возникли вопросы? Обращайтесь по телефонам со страницы — Контакты

Швеллер 12 — размеры, вес 1 метра, ГОСТ 8240 97

Швеллер 12 – востребованный вид проката, имеющий поперечное сечение П-образной формы и высоту стенки 120 мм. По способу изготовления различают горячекатаный профиль и гнутый. Для первого характерны четкие наружные углы, повышенная прочность, благодаря небольшому утолщению во внутренних углах, вероятные дефекты поверхности и невысокая точность размеров. Второй тип проката имеет скругленные наружные углы, одинаковую ширину стенки и полки, приемлемое качество поверхности, благодаря исправлению дефектов во время гибки на станах.

Горячекатаный швеллер 12: сортамент, характеристики

При производстве этого вида фасонного проката применяются:

• сталь углеродистая обыкновенного качества (ст3 сп/пс) – для конструкций, эксплуатируемых при умеренных нагрузках и нормальных погодных условиях;
• низколегированная сталь (09Г2С) – для металлоконструкций, предназначенных для эксплуатации при низких температурах и повышенных нагрузках.

Размеры горячекатаного швеллера регламентируются ГОСТом 8240-97, в соответствии с которым выпускается профиль с внутренними гранями полок, расположенным под уклоном 4-10%, и с параллельными внутренними гранями полок серий «П», «Э», «Л». Диапазон углов уклона внутренних граней может быть ужесточен по требованию заказчика.

Таблица размеров и массы швеллера 12

Профильные изделия экономичной серии имеют более тонкую стенку, легкой серии – меньшие ширину и толщину полки, толщину стенки, по сравнению с изделиями серии «П». Стандартная длина хлыстов, поступающих к потребителю, – 2-12 погонных метров, по согласованию с заказчиком она может быть увеличена. При расчетах, сколько весит швеллер, используют усредненную плотность стали 7,85 кг/дм³.

Горячекатаный швеллер с высотой стенки 120 мм способен выдерживать достаточно высокие нагрузки на изгиб и прогиб. Этот профиль используется в несущих конструкциях в качестве основного несущего или дополнительного усиливающего элемента. Области его применения: каркасное строительство, изготовление каркаса под отделочные материалы (устройство вентилируемых фасадов), усиление фундаментов, устройство ограждений и лестниц, изготовление нестандартного производственного оборудования, машиностроение.

Гнутый швеллер 12: особенности производства и характеристики

Гнутый швеллер имеет скругленные внешние углы, одинаковую толщину стенки и полок, может быть равно- и неравнополочным. Производство равнополочного профиля определяется ГОСТом 8278-83, неравнополочного – государственным стандартом 8281-80. Неравнополочный прокат имеет достаточно ограниченные, узкоспециализированные области применения. Точность изготовления – обычная, повышенная, высокая.

Таблица сортамента равнополочного гнутого швеллера 12

Гнутый металлический профиль изготавливается на профилегибочных станах из горяче- и холоднокатаных полосовых заготовок. Во время процесса гибки исправляются некоторые дефекты поверхности. При производстве гнутого швеллера, помимо углеродистых сталей обыкновенного качества, качественных конструкционных и низколегированных, используются оцинкованные заготовки и полосы из коррозионностойкой стали. Оцинкованный профиль применяется в условиях повышенной влажности, нержавеющий – на предприятиях, на которых предъявляются высокие требования по коррозионной стойкости, гигиеническим и эстетическим характеристикам.

Помимо стали различных марок, для изготовления гнутого профильного проката П-образной формы используется алюминий и медь, а также сплавы на их основе. Продукция из алюминиевых сплавов применяется в конструкциях, для которых важно сочетание небольшого удельного веса, коррозионной стойкости и хорошей прочности.

Швеллер стальной горячекатаный ГОСТ 8420-97

Швеллер – разновидность фасонного стального проката, поперечное сечение которого напоминает букву «П». Эту металлопродукцию изготавливают способами горячей прокатки или гибки, с равными и разными по размеру полками. Размер профиля обозначают номером, равным высоте стенки.

Характеристики горячекатаного швеллера

Эта металлопродукция выпускается равнополочной, в соответствии с ГОСТом 8240-97, из углеродистой стали обыкновенного качества, качественной, низколегированной. Сортамент включает изделия с шириной полок 32-115 мм, высотой – 50-400 мм. По точности размеров различают изделия обычной, повышенной, высокой точности. Длина отрезков, поступающих в продажу, – 4-12 м, по согласованию с заказчиком – более 12 м.

Для этой продукции характерны:

• прочность;
• устойчивость к вертикальным нагрузкам;
• высокое сопротивление на изгиб.

Благодаря этим характеристикам, горячекатаный швеллер используют:

• в строительстве – жилищном, промышленном, инфраструктурном;
• в мостостроении;
• для сооружения опор при прокладке магистральных трубопроводов.

В отличие от двутавра, П-образный профиль применяется в частном малоэтажном домостроении. Он востребован для создания каркасных конструкций, армирования межэтажных перекрытий, колонн, мостов.

Швеллер ГОСТ 8240-97 купить

В соответствии с ГОСТом 8240-97, выделяют следующие виды горячекатаного П-образного профиля, широкий ассортимент которого представлен на сайте:

• «У» – с уклоном внутренних граней полок. Благодаря утолщению в углах профиля, является наиболее жестким и прочным вариантом.
• «П» – с параллельными внутренними гранями. Такой прокат обеспечивает хорошее сопряжение по внутренней поверхности профиля. Разновидности: «Э» –экономичная серия и «Л» – легкая серия.
• «С» – специальный.

Характеристики гнутого швеллера

Гнутые изделия изготавливаются из горячекатаной или холоднокатаной полосы, ленты, листа на профилегибочных станах. Такая продукция может быть равно- и неравнополочной. Исходным материалом для изготовления служит не только «черная» углеродистая и низколегированная, но и коррозионностойкая, жаропрочная и жаростойкая стали.

Отличия гнутой продукции от горячекатаной:

• Визуальные. Наружные углы скруглены, в отличие от четких углов горячекатаного профиля.
• Меньшее количество поверхностных дефектов, которые частично исправляются при гибке.
• Меньшая масса, по сравнению с горячекатаным аналогом того же номера.

Этот вид профильных металлоизделий обладает меньшей прочностью и жесткостью, чем горячекатаные изделия, поэтому не используется при создании несущих конструкций, запланированных для эксплуатации при высоких нагрузках. Гнутые швеллеры используют:

• для создания перегородок внутри помещений;
• в отделочных работах – для устройства основы в системах вентилируемых фасадов;
• для изготовления рамных конструкций автомобилей и вагонов, тяжелой дорожной и строительной техники.

ГОСТ 8278-83 регламентирует производство широкого сортамента равно- и неравнополочного швеллера, что позволяет выбрать оптимальный тип металлопродукции для решения конкретной строительной или производственной задачи.

Швеллер – виды, их особенности, области применения

Швеллер – металлоизделие П-образного сечения, изготовленное способами прокатки или гибки. Швеллеры представлены меньшим ассортиментом, по сравнению с угловым прокатом. Но предлагаемого сортамента вполне достаточно для реализации большинства инженерных решений. Основная область применения швеллера – крупногабаритные стержневые конструкции колонн, прогонов крыш, мостов.

Геометрические параметры П-образного профиля

Размерные параметры швеллера определяются номером, который равен высоте (расстоянию между наружными гранями), определённой в сантиметрах. Прочие размеры установлены ГОСТом и представлены в справочных таблицах.

Внимание! Существует общее условие выбора швеллера (и других сечений балки) для конкретной инженерной задачи. Если расчётные параметры изделия уступают свойствам ближайшего стандартного варианта менее чем на 5%, то выбирают именно этот номер. Если более 5%, то предпочтение отдают следующему номеру.

П-образный профиль изготавливают двумя способами – горячей прокаткой и гибкой.

Горячекатаный стальной швеллер – основные характеристики и сферы использования

Швеллер стальной горячекатаный – фасонный прокат, способный придавать особую прочность строительным конструкциям. П-образная форма обеспечивает устойчивость изделий к осевым усилиям и боковым деформациям, поэтому такая продукция незаменима в мостостроении и других производствах, испытывающих серьёзные нагрузки.

По точности размерных параметров выделяют три группы:

• А – высокой;
• Б – повышенной;
• В – обычной.

Изделия категорий Б и В относятся к продукции высшей категории качества.

Горячекатаный швеллер изготавливают с полками, внутренние поверхности которых находятся параллельно друг к другу или с уклоном. Помимо обычных изделий с параллельными внутренними гранями, выпускают изделия лёгкой и экономичной серий.

Внимание! Для изготовления конструкций, предназначенных для работы под большими нагрузками, используют швеллеры с наклонными внутренними гранями. Уклон поверхностей может составлять 4-10%.

Специальный швеллер выпускают для автомобилестроения и производства вагонов. Такие изделия разделяют на два класса: А – высокой прочности и В – обычной. Класс прочности определяется точностью прокатки.

Высота горячекатаного швеллера обычного и специального назначения колеблется в пределах 50-400 мм, ширина полки – 32-115 мм, длина изделия – 4-12 м. По требованию заказчика могут поставляться отрезки длиной более 12 м.

Гнутый швеллер – заготовки для производства и основные свойства

Этот вид П-образного профиля изготавливается из листовой горяче- или холоднокатаной стали обыкновенного качества, качественной конструкционной, низколегированной стали. Оборудование – профилегибочные станки. Размеры гнутого швеллера определяются так же, как и горячекатаного, – номерами. Разновидности продукции – равнополочная и неравнополочная.

Отличия гнутого швеллера от горячекатаного:

• Визуальная характеристика – скругление наружных углов.
• Преимуществом гнутых изделий является исправление дефектов заготовки при обработке на профилегибочных станках. Это исключает потребность в последующей обработке продукции, например, снятии фасок.
• Гнутый швеллер – более дешёвый и меньший по весу вариант, по сравнению с горячекатаными изделиями.

Сферы использования гнутого швеллера

Прочностные характеристики П-образных изделий, полученных способом гибки, уступают аналогичным параметрам горячекатаной продукции. Поэтому гнутый швеллер не применяют при устройстве несущих элементов, планируемых для эксплуатации в условиях серьёзных нагрузок.

В каких ситуациях применяют гнутый швеллер:

• В стальных каркасах в роли дополнительных усиливающих деталей.
• В мероприятиях по реконструкции объектов жилого и промышленного использования. Такие изделия позволяют снизить нагрузку на фундамент.
• В отделочных работах. Например, для создания перегородок в жилых строениях, офисах, производственных помещениях.
• В производстве рамных конструкций в автомобиле- и вагоностроении. Наиболее часто – для изготовления несущих рам грузовых автомобилей, строительной и дорожной техники.

Тип швеллера и его номер определяют только по результатам расчётов, произведенных специалистом. Неправильный выбор размерных и прочностных характеристик может стать причиной снижения надёжности конструкции.

Характеристики канала

— Fosco Connect

1. Источники шума

Шум в системе связи можно разделить на две большие категории в зависимости от его источника. Шум, создаваемый компонентами в системе связи, такими как резисторы и твердотельные активные устройства, называется внутренним шумом. Вторая категория, внешний шум, возникает из источников вне системы связи, включая атмосферные, искусственные и внеземные источники.

Атмосферный шум возникает в основном из-за паразитных радиоволн, генерируемых естественными электрическими разрядами в атмосфере, связанными с грозами.Его обычно называют статическим или сферическим. Ниже примерно 100 МГц напряженность поля таких радиоволн обратно пропорциональна частоте. Атмосферный шум характеризуется во временной области короткими всплесками большой амплитуды и является одним из основных примеров шума, называемого импульсным. Из-за этой обратной зависимости от частоты атмосферный шум влияет на коммерческое радиовещание AM, которое занимает диапазон частот от 540 кГц до 1,6 МГц, больше, чем на телевидение и FM-радио, которые работают в полосах частот выше 50 МГц.

Источники техногенного шума включают в себя коронный разряд высоковольтных линий электропередач, шум, создаваемый коммутатором в электродвигателях, шум зажигания автомобилей и самолетов и шум переключения передач. Шум зажигания и шум переключения, как и атмосферный шум, имеют импульсный характер. Импульсный шум является преобладающим типом шума в коммутируемых проводных каналах, таких как телефонные каналы. Для таких приложений, как передача голоса, импульсный шум является лишь фактором раздражения; однако это может быть серьезным источником ошибок в приложениях, связанных с передачей цифровых данных.

Еще одним важным источником техногенного шума являются радиопередатчики, отличные от интересующего. Шум из-за мешающих передатчиков обычно называют радиочастотными помехами (RFI). RFI особенно опасны в ситуациях, когда приемная антенна находится в среде передатчика с высокой плотностью, как при мобильной связи в большом городе.

Внеземные источники шума включают наше Солнце и другие горячие небесные тела, например звезды.Благодаря высокой температуре (6000 ° C) и относительно близкому расположению к Земле Солнце является интенсивным, но, к счастью, локализованным источником радиоэнергии, которая распространяется в широком спектре частот. Точно так же звезды являются источниками широкой и радиоэнергии. Хотя они намного более далеки и, следовательно, менее интенсивны, чем солнце, тем не менее, они вместе являются важным источником шума из-за их огромного количества. Радиозвезды, такие как квазары и пульсары, также являются источниками радиоэнергии.Радиоастрономы считают такие звезды источником сигнала, а инженеры-связисты рассматривают такие звезды как еще один источник шума. Частотный диапазон солнечного и космического шума простирается от нескольких мегагерц до нескольких гигагерц.

Еще один источник помех в системах связи — множественные пути передачи. Это может быть результатом отражения от зданий, земли, самолетов и кораблей или преломления путем расслоения в среде передачи. Если механизм рассеяния приводит к многочисленным отраженным компонентам, принятый многолучевой сигнал похож на шум и называется диффузным .Если компонент многолучевого сигнала состоит только из одного или двух сильных отраженных лучей, он называется зеркальным , . Наконец, ухудшение сигнала в системе связи может происходить из-за случайных изменений затухания в среде передачи. Такие возмущения сигнала упоминаются как замирание , хотя следует отметить, что зеркальное многолучевое распространение также приводит к замиранию из-за конструктивных и деструктивных помех принятых множественных сигналов.

Внутренний шум возникает из-за случайного движения носителей заряда в электронных компонентах.Он может быть трех основных типов: первый называется тепловым шумом , который вызывается случайным движением свободных электронов в проводнике или полупроводнике, возбуждаемым тепловым возбуждением; второй называется дробовым шумом и вызван случайным поступлением дискретных носителей заряда в такие устройства, как термоэлектронные трубки или устройства с полупроводниковым переходом; третий, известный как фликкер-шум , создается в полупроводниках не совсем понятным механизмом и тем сильнее, чем ниже частота.

2.

Типы каналов передачи

Есть много типов каналов передачи. Мы обсудим характеристики, преимущества и недостатки трех общих типов: каналов распространения электромагнитных волн, управляемых каналов электромагнитных волн и оптических каналов. Характеристики всех трех можно объяснить на основе явления распространения электромагнитных волн. Однако характеристики и применение каждого из них достаточно разные, чтобы их можно было рассматривать отдельно.

Каналы распространения электромагнитных волн

Возможность распространения электромагнитных волн была предсказана в 1864 году Джеймсом Клерком Максвеллом (1831 — 1879), шотландским математиком, основавшим свою теорию на экспериментальных работах Майкла Фарадея. Генрих Герц (1857–1894), немецкий физик, проводил эксперименты между 1886 и 1888 годами, используя быстро колеблющуюся искру для создания электромагнитных волн, тем самым экспериментально подтвердив предсказания Максвелла.Таким образом, ко второй половине девятнадцатого века физическая основа для многих современных изобретений, использующих распространение электромагнитных волн, таких как радио, телевидение и радар, была уже создана.

Основной физический принцип заключается в передаче электромагнитной энергии в среду распространения, которой может быть свободное пространство или атмосфера, посредством элемента излучения, называемого антенной . Возможны многие различные режимы распространения, в зависимости от физической конфигурации антенны и характеристик среды распространения.Самый простой случай, который никогда не встречается на практике, — это распространение от точечного источника в бесконечно протяженной среде. Распространяющиеся волновые фронты (поверхности постоянной фазы) в этом случае будут концентрическими сферами. Такую модель можно использовать для распространения электромагнитной энергии от космического корабля на расстояние до Земли. Другая идеализированная модель, которая аппроксимирует распространение радиоволн от коммерческой радиовещательной антенны, представляет собой проводящую линию, перпендикулярную бесконечной проводящей плоскости.Эти и другие идеализированные случаи проанализированы в книгах по теории электромагнетизма. Наша цель — указать на основные аспекты явлений распространения в практических каналах.

За исключением случая распространения между двумя космическими аппаратами в космическом пространстве, промежуточная среда между передатчиком и приемником никогда не может быть хорошо аппроксимирована свободным пространством. В зависимости от расстояния и частоты излучаемой волны, наземная линия связи может зависеть от прямой видимости, распространения земной волны или ионосферной пропущенной волны (см. Рисунок ниже).

В таблице ниже перечислены диапазоны частот от 3 кГц до 10 ⁷ ГГц, а также буквенные обозначения микроволновых диапазонов, используемых в радарах среди других приложений. Обратите внимание, что полосы частот даны в десятилетиях; диапазон частот VHF в 10 раз больше, чем диапазон HF. Во 2-й таблице ниже показаны некоторые группы, представляющие особый интерес.

Распределение общих приложений достигается по международному соглашению.Настоящая система распределения частот находится в ведении Международного союза электросвязи (ITU), который отвечает за периодический созыв административных радиоконференций на региональной или всемирной основе (WARC до 1995 г . ; WRC 1995 г. и после, обозначение Всемирной конференции радиосвязи. ). В обязанности ВКР входит разработка, пересмотр и принятие Регламента радиосвязи , который является инструментом международного управления использованием радиочастотного спектра.

В США Федеральная комиссия по связи (FCC) выдает определенные приложения в пределах диапазона, а также лицензии на их использование. FCC возглавляется пятью членами комиссии, назначаемыми президентом на пятилетний срок и утверждаемыми Сенатом. Один комиссар назначается председателем президентом.

На более низких частотах или длинных волнах распространяющиеся радиоволны имеют тенденцию следовать за земной поверхностью. На более высоких частотах или коротких длинах волн радиоволны распространяются по прямым линиям.Другое явление, которое происходит на более низких частотах, — это отражение (или преломление) радиоволн ионосферой (серия слоев заряженных частиц на высоте от 30 до 250 миль над поверхностью земли). Таким образом, для частот ниже примерно 100 МГц возможно распространение пропущенной волны. Ночью, когда нижние слои ионосферы исчезают из-за меньшей ионизации от Солнца (слои E, F ₁ и F ₂ объединяются в один слой — слой F), происходит более длинное распространение пропущенной волны в результате отражение от более высокого, единственного отражающего слоя ионосферы.

Выше 300 МГц радиоволны распространяются по линии прямой видимости, потому что ионосфера не будет изгибать радиоволны в этой частотной области в достаточной степени, чтобы отразить их обратно на Землю. На еще более высоких частотах, скажем, выше 1 или 2 ГГц, атмосферные газы (в основном кислород), водяной пар и осадки поглощают и рассеивают радиоволны. Это явление проявляется в ослаблении принимаемого сигнала, причем ослабление обычно тем сильнее, чем выше частота (есть области резонанса для поглощения газами, которые достигают пика на определенных частотах).На следующем рисунке показаны конкретные кривые затухания в зависимости от частоты для кислорода, водяного пара и дождя. При проектировании микроволновых линий связи, которые используются, например, в трансконтинентальных телефонных линиях и линиях связи земля-спутник, необходимо учитывать возможное ослабление такими составляющими атмосферы.

Примерно на частоте 23 ГГц возникает первый резонанс поглощения из-за водяного пара, а примерно на частоте 62 ГГц возникает второй резонанс из-за поглощения кислорода.Эти частоты следует избегать при передаче полезных сигналов через атмосферу, в противном случае будет израсходована чрезмерная мощность (можно, например, использовать 62 ГГц в качестве сигнала для перекрестной связи между двумя спутниками, где атмосферное поглощение не является проблемой, и, таким образом, не позволять врагу на земле подслушивать). Другая частота поглощения кислорода приходится на 120 ГГц, а две другие частоты поглощения водяного пара — на 180 и 350 ГГц.

Связь на частотах миллиметрового диапазона (то есть на частоте 30 ГГц и выше) становится все более важной сейчас, когда существует такая большая перегрузка на более низких частотах (спутник Advanced Technology Satellite, запущенный в середине 1990-х годов, использует полосу частот восходящего канала около 20 ГГц и полоса частот нисходящего канала около 30 ГГц). Связь на частотах миллиметрового диапазона становится все более возможной благодаря технологическому прогрессу в компонентах и ​​системах. Для наземной передачи широкополосных сигналов определены две полосы на 30 и 60 ГГц, LMDS (локальная многоточечная система распределения) и MMDS (многоканальная многоточечная система распределения). Следует проявлять особую осторожность при проектировании систем, использующих эти полосы, из-за сильного поглощения атмосферой и дождем, а также засорения такими объектами, как деревья и здания.

Где-то выше 1 ТГц (1000 ГГц) распространение радиоволн приобретает оптический характер. На длине волны 10 мкм (0,00001 м) лазер на диоксиде углерода обеспечивает источник когерентного излучения, а лазеры видимого света (например, гелий-неоновые) излучают в диапазоне длин волн 1 мкм и короче. Системы наземной связи, использующие такие частоты, испытывают значительное ослабление в пасмурные дни, а лазерная связь по наземным линиям связи по большей части ограничена оптическими волокнами. Был проведен анализ использования лазерных перекрестных линий связи между спутниками.

Управляемые электромагнитные волновые каналы

Вплоть до последней части двадцатого века наиболее распространенным примером управляемых каналов электромагнитных волн была часть междугородной телефонной сети, в которой использовались проводные линии, но почти исключительно они были заменены оптоволокном. Связь между людьми, находящимися на другом континенте, впервые была достигнута посредством передачи голосовой частоты (ниже 10 000 Гц) по разомкнутому проводу.Качество передачи было довольно низким. К 1952 году было установлено использование типов модуляции, известных как двухполосная и однополосная на высокочастотных несущих. Связь по преимущественно многопарным и коаксиальным кабельным линиям обеспечивала гораздо лучшее качество передачи. После завершения строительства первого трансатлантического кабеля в 1956 году межконтинентальная телефонная связь значительно улучшилась.

Полоса пропускания по коаксиальному кабелю составляет несколько мегагерц. Потребность в большей полосе пропускания инициировала разработку систем передачи миллиметровых волн на волноводах.Однако с развитием оптических волокон с низкими потерями попытки улучшить системы миллиметрового диапазона для достижения большей полосы пропускания прекратились. Фактически, развитие оптических волокон сделало концепцию «проводного города», в которой цифровые данные и видео могут быть переданы по трубопроводу в любой дом или офис с городом, практически реальностью. Современные коаксиальные кабельные системы могут передавать только 13 000 голосовых каналов на кабель, но оптические каналы способны передавать это количество в несколько раз (ограничивающим фактором является текущий драйвер для источника света).

Оптические линки

До недавнего времени использование оптических линий связи ограничивалось короткими и промежуточными расстояниями. После прокладки транстихоокеанских и трансатлантических оптических кабелей в 1988 и в начале 1989 года это уже не так. Технологические прорывы, предшествовавшие широкому использованию световых волн для связи, заключались в разработке небольших когерентных источников света (полупроводниковых лазеров), оптических волокон или волноводов с низкими потерями и малошумящих детекторов.

Типичная волоконно-оптическая система связи имеет источник света, который может быть либо светоизлучающим диодом, либо полупроводниковым лазером, в котором интенсивность света изменяется в зависимости от источника сообщения. Выход этого модулятора является входом в световод. Приемник или датчик света обычно состоит из фотодиода. В фотодиоде протекает средний ток, который пропорционален оптической мощности падающего света. Однако точное количество носителей заряда (то есть электронов) случайно.Выходной сигнал детектора представляет собой сумму среднего тока, пропорционального модуляции, и шумовой составляющей. Этот шумовой компонент отличается от теплового шума, генерируемого электроникой приемника, тем, что он носит импульсный характер. Это называется дробовым шумом по аналогии с шумом, производимым при попадании дроби в металлическую пластину. Еще один источник ухудшения качества — это дисперсия самого оптического волокна. Например, сигналы импульсного типа, посылаемые в волокно, воспринимаются приемником как «размытые».Потери также возникают в результате соединений между отрезками кабеля и между кабелем и компонентами системы.

Наконец, следует упомянуть, что оптическая связь может осуществляться через свободное пространство.

(PDF) Характеристики канала и производительность передачи для различных конфигураций каналов на частоте 60 ГГц

14 Журнал EURASIP по беспроводной связи и сетям

ошибок наведения луча вызовут огромное падение качества канала и производительности BER на

.Антенны с более широким лучом

, как правило, менее чувствительны к ошибкам наведения луча

, что указывает на то, что на практике необходимо разработать правильную ширину луча

.

СПРАВОЧНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

[1] М. Фиакко, М. Паркс, Х. Рэди и С. Р. Сондерс, «Окончательный отчет

— факторы распространения в помещении на частотах 17 и 60 ГГц», Tech.

Rep., Университет Суррея, Гилфорд, Суррей, Великобритания,

августа

1998, исследование, проведенное от имени Агентства радиосвязи-

.

[2] J. Sch

othier, «Исследование WP3: канал 60 ГГц и его модификация», Tech. Rep., 2001, IST-2001-32686 Broadway.

[3] П. Ф. М. Смолдерс, «Использование диапазона 60 ГГц для местного проводного доступа —

без мультимедийного доступа на

: перспективы и будущие направления», IEEE

Communications Magazine, vol. 40, нет. 1, pp. 140–147, 2002.

[4] Х. Сю, В. Кукшья и Т.С. Раппапорт, «Пространственные и временные характеристики

внутренних каналов 60 ГГц», журнал IEEE на

выбранных областях в Связь, т.20, нет. 3, pp. 620–630,

2002.

[5] IEEE 802.15 WPAN Альтернатива миллиметрового диапазона PHY

Ta sk G ro up 3c (TG 3 c), http://www. ieee802.org/15/ pub / TG3c

.html.

[6] Р. Дэвис, М. Бенсебти, М. А. Бич и Дж. П. МакГихан,

«Измерения беспроводного распространения в условиях многолучевого распространения внутри помещений на частотах 1,7 ГГц и 60 ГГц для малых сот» в

Proceedings 41-й конференции IEEE по автомобильным технологиям

(VTC ’91), стр.589–593, Сент-Луис, Миссури, США, май 1991 г.

[7] Ч. Р. Андерсон, Т. С. Раппапорт, К. Бэ и др., «Встроенные

характеристики широкополосного многолучевого распространения на 2,5 и 60 ГГц» в

Труды 56-й конференции по автомобильным технологиям IEEE —

ence (VTC ’02), vol. 1, стр. 97–101, Ванкувер, Британская Колумбия, Канада,

Сентябрь 2002 г.

[8] RJCBultitude, RFHahn и Р.Дж. Дэвис, «Рекомендации по распространению

при проектировании широкополосной связи внутри помещений. com-

система связи в EHF, IEEE Transactions on Vehicle

Technology, vol.47, нет. 1, pp. 235–245, 1998.

[9] Н. Мораитис и П. Константину, «Измерение внутреннего канала —

измерений и характеристика на 60 ГГц для беспроводных локальных приложений

сетевых приложений», IEEE Transactions on Antennas и

Распространение, т. 52, нет. 12, pp. 3180–3189, 2004.

[10] С. Коллонж, Г. Захария и Г. Эль-Зейн, «Влияние активности человека

на широкополосные характеристики интервала 60 ГГц».

дверной радиоканал, IEEE Transactions on Wireless Communi-

cations, vol.3, вып. 6, pp. 2396–2406, 2004.

[11] DC Cox и RP Leck, «Корреляционная полоса пропускания и статистика многолучевого распространения

в прямом распределении для 910-МГц ur-

запрета мобильных радиоканалов», IEEE Transactions по Катионам Коммуникей-

, т. 23, нет. 11, pp. 1271–1280, 1975.

[12] Б. Гланс и Л. Дж. Гринштейн, «Частотно-избирательные замирания ef-

в цифровой мобильной радиосвязи с комбинированием разнесения», IEEE

Transactions on Communications, vol. 31, нет. 9, pp. 1085–

1094, 1983.

[13] Х. Хашеми, «Внутренний канал распространения радиоволн», Pro-

ceedings of the IEEE, vol. 81, нет. 7, pp. 943–968, 1993.

[14] Х. Янг, MHAJHerben, andP.FMSmulders, «Селективность частоты

для каналов 60 ГГц LOS и NLOS Indoor Radio

» in Proceedings 63-й конференции IEEE Vehicular Technol-

ogy (VTC ’06), т. 6, стр. 2727–2731, Мельбурн,

Австралия, май 2006 г.

[15] А. А. Салех и Р. А. Валенсуэла, «Статистическая модель многолучевого распространения

внутри помещений», журнал IEEE по выбранным областям

в коммуникациях, т. 5, вып. 2, pp. 128–137, 1987.

[16] QH Spencer, BD Je s, MA Jensen и AL Swindlehurst,

«Моделирование статистических характеристик времени и угла прихода —

характеристик многолучевого канала внутри помещения, ”IEEE Journal on Selected

Area in Communications, vol.18, нет. 3, pp. 347–360, 2000.

[17] C.-C. Чонг, Ч.-М. Тан, Д. И. Лауренсон, С. Маклафлин, М.

,

, А. Бич и А. Р. Никс, «Новая статистическая модель широкополосных пространственных каналов

для систем WLAN в диапазоне 5 ГГц»,

Журнал IEEE по выбранным областям Связь, т. 21,

нет. 2, pp. 139–150, 2003.

[18] C.-C. Чонг и С. К. Йонг, «Типовая статистическая модель канала UWB

для многоэтажных квартир», IEEE Transactions

по антеннам и распространению, т.53, нет. 8, часть 1, стр. 2389–

2399, 2005.

[19] A. F. Molisch, D. Cassioli, C.-C. Чонг и др., «Полная стандартизованная модель для сверхширокополосного канала распространения

каналов», IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 54,

нет. 11, часть 1, стр. 3151–3166, 2006.

[20] Х. Такай, «Производительность BER передачи в помещении для защиты от многолучевой модуляции

PSK-VP», IEEE Transactions on Vehicles-

ular Technology , т.42, нет. 2, pp. 177–185, 1993.

[21] П. Ф. М. Смолдерс, «Широкополосные беспроводные локальные сети: исследование осуществимости

», доктор философии. докторская диссертация, Технологический университет Эйндховена —

ogy, Эйндховен, Нидерланды, декабрь 1995 г.

[22] J. C.-I. Чуанг, «Эффекты распространения временной задержки на портативных

каналах радиосвязи с цифровой модуляцией»,

Журнал IEEE по избранным областям связи, том 5, № 5,

стр. 879–889, 1987.

[23] F.Адачи и К. Оно, «Характеристики BER QDPSK с

разнесенным приемом после обнаружения в каналах мобильной радиосвязи»,

IEEE Transactions по автомобильной технологии, том 40, № 1, часть

2, стр. 237–249, 1991.

[24] Л. Досси, Г. Тартара и Ф. Таллоне, «Статистический анализ измеренных функций импульсной характеристики

с гарантированной импульсной характеристикой для внутренних радиостанций диапазона 2,0 ГГц

», Журнал IEEE по избранным областям связи,

об. 14, вып. 3. С. 405–410, 1996.

[25] Дж. Б. Андерсен, Т. С. Раппапорт и С. Йошида, «Propaga-

измерения и модели для беспроводной связи

каналов», IEEE Communications Magazine, том 33, № 1, стр.

42–49, 1995.

[26] J. Medbo, H. Hallenberg, J.-E. Берг, «Характеристики распространения

на частоте 5 ГГц в типичных сценариях радио-LAN», в материалах

Proceedings of the 49th IEEE Vehicular Technology Confer-

ence (VTC ’99), vol. 1, pp. 185–189, Houston, Tex, USA, May

1999.

[27] П. А. Белло, «Характеристика случайно изменяющихся во времени ушных каналов lin-

», IEEE Transactions on Communications Systems,

vol. 11, вып. 4, pp. 360–393, 1963.

[28] P. Marinier, GY Delisle и CL Despins, «Временные изменения

внутренних беспроводных каналов миллиметрового диапазона», IEEE

Transactions on Antennas and Распространение, том 46, номер 6, стр.

928–934, 1998.

[29] Г. Дургин, Т. С. Раппапорт, Х. Сюй, «Измерения и модели

для потерь радиотракта и потерь проникновения в и около

домов и деревьев на частоте 5,85 ГГц», IEEE Transactions on Commu-

nications, vol. 46, нет. 11, pp. 1484–1496, 1998.

[30] Р. Х. Кларк, «Статистическая теория мобильного радиоприема»,

Bell System Technical Journal, vol. 47, нет. 6, pp. 957–1000,

1968.

[31] W. C. Jakes, Microwave Mobile Communications, John Wiley &

Sons, Нью-Йорк, Нью-Йорк, США, 1974.

Каковы характеристики каналов сбыта? | Малый бизнес

Маркетинговые каналы обладают несколькими ключевыми характеристиками. При выборе стратегии распространения компании должны должным образом соотносить эти характеристики со своими продуктами и клиентами. Одно из соображений при выборе канала распространения — это контроль. Небольшая компания имеет меньший контроль, если она использует несколько каналов или более обширную дистрибьюторскую сеть. Положительным моментом является то, что малые предприятия могут извлечь выгоду из опыта определенных дистрибьюторов.

Прямой или косвенный

Маркетинговые каналы могут быть прямыми или косвенными. Например, онлайн-магазины продают напрямую покупателям, как и кинотеатры, салоны красоты, независимые бакалейные лавки и хозяйственные магазины. Однако некоторые мелкие производители используют такие каналы, как оптовые и розничные торговцы, для продажи своей продукции. Они могут продавать оптовикам, которые, в свою очередь, продают их розничным торговцам, или продавать напрямую розничным магазинам. Количество каналов во многом зависит от наценки продукта или прибыли.Небольшие компании используют меньше каналов сбыта, когда рентабельность ниже. Причина в том, что оптовые и розничные торговцы также должны получать прибыль от продаж.

Независимый или зависимый

Малые компании также могут использовать независимые или зависимые каналы сбыта. Представитель производителя — это пример независимого маркетингового канала. Представитель производителя обычно продает похожие товары нескольким производителям. Он пытается продвигать более продаваемые бренды в розничных магазинах, но он не зависит от продаж этих конкретных брендов.Он с удовольствием будет продавать другие бренды, потому что все еще получает прибыль. С другой стороны, мелкие производители зависят от оптовых торговцев в плане сбыта своей продукции розничным торговцам. Они также полагаются на розничных продавцов, чтобы они правильно проводили свои рекламные акции и продажи.

Specialized

Маркетологи также должны рассмотреть возможность использования специализированных или избранных каналов для продажи своих товаров. Например, небольшая компания по производству женской одежды может продавать свою одежду и аксессуары по более высокой цене в избранных бутиках или специализированных магазинах для женщин.Таким образом, модная компания может лучше ориентироваться на своих клиентов, которые, вероятно, имеют более высокий доход или более дорогие вкусы в одежде. В качестве альтернативы производитель, который продает менее дорогую одежду, может иметь больше возможностей для продажи своей продукции.

Эксклюзивность

Некоторые мелкие производители могут разрешить перевозку своей продукции только одному дилеру. Дилер может заработать свою исключительность благодаря своему опыту и методам обучения. Более того, некоторые мелкие производители или оптовики могут не полагаться на дистрибьюторов или внешние каналы для продажи своей продукции.Вместо этого они могут создавать свои собственные розничные магазины для продажи продуктов. Это обычная практика для компаний, производящих электронику и сотовую связь.

Характеристики канала MIMO в условиях прямой видимости

2. Эпистемологическая неоднозначность области

Вплоть до 1960-х годов образование не проявляло интереса к проблемам с обучаемостью. Тем не менее законодательно закрепленное обязательное образование, изучение феномена отсева из школ и развитие школы, основанной на знаниях, привели к созданию новой классификационной категории, не что иное, как LD.Тот факт, что успех в школе был связан с последующим социальным и профессиональным успехом человека, также способствовал созданию этой особой категории, учитывая, что LD относится к людям, которые имели потенциал успеха благодаря приписываемым им более высоким когнитивным навыкам. Со временем это восприятие укрепилось, и неспособность к обучению стала наиболее важной категорией специального образования. Важным показателем этого является следующее: программы для детей с LD собирают наибольшее количество студентов с особыми образовательными потребностями.2,5 миллиона американских школьников, примерно 5% от общего числа учащихся государственных школ, имели проблемы с обучением в 2009 году. Эти учащиеся составляли 42% из 5,9 миллиона детей школьного возраста. Этот процент варьируется в зависимости от штата [3]. Например, в Кентукки 3,18% студентов относятся к определенной категории неспособности к обучению, тогда как в Массачусетсе и Порт-Айленде соответствующие цифры составляют 9% и 9,6% [3]. Подобные различия в настоящее время наблюдаются как в Канаде, так и в некоторых странах Европы [4].Разнообразие распространенности отражает различные факторы, такие как разнообразие населения, принадлежащего к этой категории; возрастающее стремление школы к достижению более высоких результатов, что привело к более высоким стандартам; различные критерии, используемые для оценки достижений; а также критерии, применяемые для определения области неспособности к обучению. Наличие таких определяющих факторов привело к колебаниям количества студентов LD в разных штатах США. Следовательно, LD представляет собой крупнейшую область специального образования.

С течением времени были сформулированы различные определения, пытающиеся продемонстрировать ключевые характеристики месторождения. Однако каждый из них был расплывчатым, образным, отрицательным, а не утвердительным, и тавтологическим, или чрезмерно широким, или ограничительным. Каждое последующее определение пыталось исправить предыдущие. Следовательно, их анализ необходим не с целью формулирования нового определения, а с целью расширения описания и, в частности, понимания того, чем на самом деле являются проблемы с обучаемостью.

Термин «неспособность к обучению» был введен Кирком, который также разработал их первое определение [5]. Это определение впервые ввело понятие расстройства в психологических процессах, связанных с академическим обучением. Тем не менее, в этом определении все еще можно найти двусмысленность в разграничении поля. Например, в нем упоминается, что инвалидность относится к задержке, , расстройству , , или задержке , но не продолжается определение разницы между этими терминами.Определение также вводит элемент исключения из других состояний дефицита, предлагая случай дифференциальной диагностики. Однако исключение не является критерием для определения характеристик, которые отличают LD от других состояний. Несмотря на свою двусмысленность, определение Кирка ознаменовало создание новой области LD и стало основой для всех формальных определений в США.

Признание LD в качестве независимой научной области потребовало принятия операционального определения, которое выделило бы ее сферу как отдельную категорию специального образования.Такое определение было предложено Национальным консультативным комитетом США по делам детей-инвалидов в 1968 г. [6]; он лег в основу образовательной политики в отношении детей с LD и был включен в Закон об образовании для лиц с ограниченными возможностями (IDEA) в 1997 г. [7]. Соответственно, исследования в Европе и, главным образом, в Великобритании были сосредоточены на конкретных трудностях чтения — дислексии — и даже с 1960-х годов для детей с этим расстройством развивались ассоциации и центры лечения [8, 9].Важной фигурой в изучении дислексии в Великобритании был Кричли, который разработал определение дислексии развития; согласно его определению, это нарушение обучаемости, которое сначала проявляется трудностями в чтении, а затем — «странным» правописанием и трудностями в использовании письменной речи. Он имеет когнитивную природу и генетически детерминирован. Это не вызвано умственной отсталостью или отсутствием социальных и культурных возможностей, неправильными методами обучения или эмоциональными факторами.Причем это не связано с явной структурной церебральной недостаточностью. Наконец, Кричли не соглашался с использованием термина «трудности в обучении», поскольку считал, что единственная проблема детей связана с языком [10]. Майлз внес еще один важный научный вклад в изучение дислексии в Великобритании, проведя в 1970–1980 годах большое диахроническое исследование на 14 000 детей. Согласно результатам этого исследования, у 3% студентов наблюдались тяжелые симптомы дислексии, а у 6% — легкие.Майлз также признал, что это наследственное заболевание [11]. Раттер и его коллеги провели эпидемиологические исследования детей с трудностями чтения и с их помощью исчерпывающе выявили конкретные трудности с чтением. Он утверждал, что термины и процесс идентификации, используемые для дислексии, были хаотичными и сбивающими с толку, что вызвано неспособностью интерпретировать природу проблем обучения и может быть принято за общую задержку чтения [12, 13]. В 1978 году британский департамент образования и науки поручил комитету принять закон о специальном образовании в Британии, Уэльсе и Шотландии в духе нормализации и интеграции, в результате чего был подготовлен доклад Варнок (1978), который был принят и стал закон 1983 г. [14].В этом законе, как представляется, в рамках термина «особые образовательные потребности» в отношении LD был принят подход с низкой успеваемостью, при этом более 18% учащихся представлены в этой категории. В этом случае дислексия не была включена в категорию специального образования, хотя была признана таковой. Это связано с тем, что Великобритания приняла чисто педагогическую модель на административном и практическом уровне для удовлетворения любых образовательных потребностей детей. Большинство европейских стран приняли определение LD Кирка, используя термины дислексия или нарушения обучаемости [4].

В США, с другой стороны, продолжались исследования по лучшему пониманию природы LD и определению лучших практик их идентификации. В 1989 году Национальный объединенный комитет по проблемам обучаемости, основываясь на новых данных и научных выводах, попытался устранить неотъемлемую двусмысленность в определении области, сформулировав следующее определение:

Нарушения обучаемости — это общий термин, обозначающий неоднородные группа расстройств, проявляющаяся значительными трудностями в приобретении и использовании слуховых, говорящих, чтении, письмов, рассуждений или математических способностей. Эти расстройства присущи человеку, предполагается, что они вызваны дисфункцией центральной нервной системы и могут возникать на протяжении всей жизни. Проблемы в саморегулируемом поведении, социальном восприятии и социальном взаимодействии могут существовать при неспособности к обучению, но сами по себе не являются нарушением обучаемости. Хотя нарушения обучаемости могут возникать одновременно с другими нарушениями (например, сенсорными нарушениями, интеллектуальными нарушениями, эмоциональными расстройствами) или с внешними влияниями (такими как культурные или языковые различия, недостаточное или несоответствующее обучение), они не являются результатом этих условий или влияний [15 ].Что касается этого определения, Kavale et al. [16] подчеркивает, что термин «в целом» расплывчат, как и термин «конкретный» в определении IDEA, что допускает различные толкования.

В 2004 году постановление IDEA сохранило то же определение SLD, что и предыдущие версии закона и постановлений. Примечательно, что была предпринята попытка расширить процесс идентификации, включив в него как процесс, основанный на реакции ребенка на научное вмешательство, основанное на исследованиях, такое как реакция на вмешательство (RTI), так и использование других альтернативных процедур, основанных на исследованиях, таких как модель «Паттерны сильных и слабых сторон» (PSW). Определение IDEA, содержащееся в Кодексе США (20 USC и 1401 [17]), гласит следующее:

«Термин« специфическая неспособность к обучению »означает нарушение одного или нескольких основных психологических процессов, связанных с пониманием или использование речи, устной или письменной речи, нарушение которой может проявляться в несовершенной способности слушать, думать, говорить, читать, писать, писать по буквам или выполнять математические вычисления.

Этот термин включает такие состояния, как нарушения восприятия, травмы головного мозга, минимальная мозговая дисфункция, дислексия и афазия, связанная с развитием.

Этот термин не включает проблему обучения, которая является в первую очередь результатом нарушения зрения, слуха или моторики, умственной отсталости, эмоционального расстройства или неблагоприятного экологического, культурного или экономического положения »[18].

Это официальное определение впервые вводит «специфический» аспект расстройства через двусмысленное различие «в одном или нескольких», не уточняя, сколько проблем может быть, чтобы расстройство считалось специфическим. Более того, он не разъясняет, что конкретно означает, если, например, он относится к определенным чертам у соответствующих субъектов и психологической структуре, или термин «специфический» предполагает, что расстройство является идиопатическим [19], которое имеет неизвестную причину. . Это определение также, кажется, вводит иерархию процессов, при этом язык является доминирующим, будь то устный или письменный. Кроме того, расстройство связано не только с трудностями в академической успеваемости, но и с когнитивным дефицитом (расстройством мышления) — чертой, которая отражает то, что мы сегодня называем «метакогнитивной функцией».Никаких упоминаний о дисфункции центральной нервной системы пока нет, но есть упоминания о подобных случаях, связанных с неврологическими расстройствами.

В соответствии с этим законодательством преподавателей просят определить, не показывает ли учащийся, подозреваемый в SLD, достаточный прогресс в успеваемости в соответствии со стандартами, основанными на возрасте и классе. Эта процедура предоставляет важную информацию и выделяет модель сильных и слабых сторон в достижениях и способностях. Внутрииндивидуальные различия или вариабельность иногда упоминаются как показатель SLD.Расхождение между способностями и достижениями также принимается во внимание как часть процесса.

Также утверждается, что квалифицированный персонал должен проводить соответствующие инструкции. Студенты, не получившие его, не могут считаться имеющими SLD. Ключевые элементы обучения в основном относятся к чтению, которое, в зависимости от возраста, следует преподавать систематически:

• Фонематическая осведомленность

• Фонематика

• Развитие словарного запаса

• Беглость чтения, включая навыки устного чтения 35

Стратегии понимания прочитанного

* Источник: Национальный институт детского здоровья и развития человека (NICHD) [20].

Школам также необходимо часто оценивать успеваемость учащихся и информировать родителей. Собранные данные могут показать эффективность стратегии или программы обучения. Если учащийся не показывает никаких признаков прогресса, может быть предоставлено продление — с согласия родителей — на срок не более 60 дней.

Наконец, правила повторной авторизации (NCLB) [21] включают заявление о том, что необходимо применять подходы к обучению чтению, которые поддерживаются научно обоснованными исследованиями чтения, в основном основанными на социальном построении.Что касается обучения чтению, утверждалось, что это также может быть связано с чрезмерной представленностью меньшинств в системе специального образования [22]. Повторно разрешенное определение позволило штатам США не использовать несоответствие IQ-достижений или не предоставлять тесты интеллекта как часть диагностической процедуры и включать критерий RTI как часть диагностической процедуры.

В DSM используется термин «специфическое расстройство обучения». Текущая версия DSM-5, пересмотренная в 2013 году, расширяет предыдущее определение, чтобы отразить последнее научное понимание этого состояния.

Для постановки диагноза требуются постоянные трудности с чтением, письмом, арифметикой или математическими рассуждениями в течение формальных лет обучения. Симптомы могут включать неточное или медленное чтение, требующее усилий, плохое письменное выражение, которому не хватает ясности, трудности с запоминанием числовых фактов или неточные математические рассуждения. Текущие академические навыки должны быть значительно ниже среднего диапазона баллов по приемлемым с культурной и лингвистической точки зрения тестам по чтению, письму или математике.Трудности человека не должны лучше объясняться нарушениями развития, неврологическими, сенсорными (зрение или слух) или моторикой, и они должны существенно мешать академической успеваемости, профессиональной деятельности или повседневной деятельности. Конкретное расстройство обучения диагностируется на основе клинического обзора индивидуального развития, медицинского, образовательного и семейного анамнеза, отчетов об оценках тестов и наблюдений учителей, а также реакции на академические вмешательства [23].

Были интенсивные исследования на международном уровне — но в основном в США — и миллионы долларов были потрачены на определение границ поля [24].Однако до сих пор нет кристаллизованного описания состояния, а скорее обобщенного описания группы школьников с трудностями в обучении. Мы можем много знать об этом условии, но мы не знаем, почему существует LD. Даже точки совпадения определений не приводят к единообразному толкованию их природы. По этой причине в многочисленных исследованиях и исследованиях к SLD подходят с разных точек зрения, и для их описания используются разные термины, такие как нарушения обучаемости, конкретные нарушения обучаемости, дислексия, определенные языковые нарушения, синдром дефицита внимания с гиперактивностью и т. Д.Но во всех формальных определениях постоянно присутствует элемент несоответствия между способностями и достижениями.

Проблема несоответствия поднимает разумный вопрос: «Каково значение таких понятий, как интеллект или общие когнитивные способности, обучение или когнитивные процессы и академическая успеваемость — понятий, которые включены в каждое определение SLD, — и что является причинным? отношения между ними? » [4]. Если этот вопрос не будет решен, определение поля останется неопределенным и спорным.Поскольку концептуальные и научные определения не способствовали идентификации области SLD, для практической реализации требовалось оперативное описание условия. Впервые был изучен феномен внутриличностных различий, в частности возможность «неправильного функционирования» одних способностей по сравнению с нормальным развитием других. Эти дисбалансы развития могут проявиться в несоответствии интеллектуальных функций, которые включены в тестирование интеллекта, такое как шкала интеллекта Векслера для детей (WISC).Композитные данные WISC могут использоваться для определения профилей сильных и слабых сторон, которые могут отличать студентов с SLD от других групп студентов со средними или низкими общими показателями интеллектуальных функций. Этот метод анализа несоответствий в развитии привел к спорам относительно природы SLD. Является ли профиль этих студентов уникальным среди всего населения? Существенно ли отличается профиль субтестов SLD от других случаев с нормальным коэффициентом интеллекта? [25].

В метаанализе исследований Кавале и Форнесс [17] не смогли определить конкретный профиль на основе WISC для студентов с LD, потому что, несмотря на дисбаланс между субтестами или между вербальной и практической частью критерия, различия были признаны статистически незначимыми.Таким образом, они утверждали, что «конкретные» профили могут указывать только на компетентность и некомпетентность детей, что является элементом, полезным при планировании педагогического лечения. К такому же выводу пришли и исследования с аналогичными результатами [26]. Неспособность идентифицировать внутрииндивидуальные несоответствия когнитивных способностей укрепила представление о том, что несоответствия могут быть идентифицированы между показателями интеллекта и производительности, особенность, которая впервые представлена ​​в описании поля по определению Бейтмана [27].

Постепенно этот критерий способностей и достижений стал доминирующим признаком при идентификации SLD. Основная проблема с этим подходом заключалась в том, что, хотя тест WISC оставался постоянным критерием коэффициента интеллекта (IQ), достижения оценивались с помощью различных формальных и неформальных критериев. По этой причине критерий несовпадения оспаривался [28]. Еще одна причина сомнений заключалась в том, что метаанализ исследований выявил изменение количества студентов с LD при применении различных критериев.Например, анализ результатов в штате Колорадо показал, что 26% учащихся не соответствовали критерию, а 30% — только по чтению и математике. Применяя другой критерий успеваемости среди одной и той же выборки, 5% учащихся соответствовали этому критерию по математике и 27% — по чтению [28]. В другом метаанализе результатов Коун, Уилсон и Брэдли обнаружили, что в штате Айова 75% соответствовали критерию несоответствия [29]. В аналогичном исследовании Кавале и Риз [30] отметили уровень несоответствия между 33% и 75% в зависимости от используемых тестов.Таким образом, Lyon et al. пришли к выводу, что несоответствие как основной критерий определения LD больше вредно, чем полезно для детей, потому что критерии успеваемости включают различные внешние факторы, такие как педагог, инфраструктура, учебная программа и т. д .; эти факторы нельзя ни изолировать, ни интерпретировать сложные взаимодействия между «дефицитом» и педагогическими / социальными факторами, которые необходимо учитывать во время диагностической процедуры [31].

Около 50 лет назад Крукшенк описал смутную картину студентов с LD как студентов, которые классифицируются по-разному в каждом штате [32].Отсутствие определения природы LD и двусмысленность причинно-следственных связей между способностями к обучению и академической успеваемостью, а также вопрос о том, представляют ли они конкретное расстройство и что это означает, привели к чрезмерному обобщению этого термина со всеми детьми с трудности в академической успеваемости следует рассматривать как представление LD или, наоборот, частичное обобщение термина, основанное на одном симптоме, который появляется в большинстве случаев LD, обычно при затруднениях с чтением.Это факт, что 90% студентов с LD обнаруживают трудности с чтением [30]. Но первична эта проблема или вторична? Какие случаи затруднений с чтением могут попадать в диапазон LD? Согласно исследованиям, детей с трудностями чтения по разным причинам невозможно отличить от детей, подпадающих под категорию SLD (дислексия), как указано в определении IDEA [33, 34]. Но даже в случаях особых трудностей чтения, а именно дислексии, утверждается, что учащиеся с этим расстройством оказываются на самой низкой точке нормального распределения способностей к чтению [35].Ysseldyke et al. В своем исследовании студентов, которым был поставлен диагноз LD, и студентов, которым не был поставлен диагноз, но находились на самом низком уровне распределения способностей к чтению, не обнаружили психометрических различий в показателях этих двух групп [36]. Основываясь на этих результатах, а также на других исследованиях, Algozzine пришел к выводу, что в целом LD как категория «не существует и бесполезна» [33]. Кроме того, тот факт, что большинство этих детей проявляют трудности с чтением, привел — в основном в Европе — к уравнению LD с дислексией, которая, хотя и представляет собой один из их симптомов, согласно определению IDEA, в конечном итоге превратилась в автономную научную область. .Таким образом, в основном в Европе LD приравнивается к дислексии на основании нечетких критериев низкой способности читать и элементов исключения, включенных во все определения LD.

Отсутствие консенсуса привело к развитию двух тенденций на международном профессиональном и административном уровне. С одной стороны, те, кто принимает SLD как отдельную группу [37, 38, 39, 40], а с другой — те, кто связывает их с каждым учеником с низкой успеваемостью [41]. Однако в большинстве стран преподаватели применяют исключительно критерий исключения низкого коэффициента интеллекта; то есть, они стремятся различать студентов с интеллектуальными способностями и связанным с ними дефицитом адаптивных навыков и студентов с SLD [42].

Таким образом, кажется очевидным, что отсутствие консенсуса среди ученых, исследователей и практиков в отношении ключевых элементов, которые отличают категорию LD от других категорий с низкими достижениями, а также отсутствие общего понимания их природы и причин, привело поле к стагнации. В общих прениях существуют две противоположные позиции. Один определяет инвалидность с врожденной неадекватностью обучения этих учащихся, в то время как другой считает их «зонтичной» категорией, которая охватывает широкий круг учащихся с низкими достижениями без особенностей развития. Для тех, кто поддерживает «зонтичную» характеристику, LD является конструкцией современной образовательной системы, которая, согласно Сенфу [38], пыталась очистить общее образование как социологическую губку, которая наиболее «поглощает», когда академические требования жесткие. или стремление родителей к достижениям выше. Эта губка также поглощает не только индивидуальные различия учеников, но и различные педагогические, поведенческие и психосоциальные проблемы, которые могут препятствовать обучению в школе. Однако без научного разграничения области LD не может представлять научную сущность.

3. Современные рамки для идентификации LD

По этой причине исследователи сегодня пытаются переопределить область SLD, чтобы ответить на вопрос, составляют ли SLD научную категорию или они представляют одну из групп с более низкими достижениями, не нуждающуюся специального обращения или специально разработанной инструкции. Как недавно утверждалось [43, 44], разграничение поля должно суммировать все ранее существовавшие знания, отраженные в различных определениях и применяемых педагогических практиках; это поможет определить степень влияния дефицита, а также влияние различных экзогенных факторов.

В США в рамках реформы образования акцент делается на применении научно-обоснованных подходов к обучению с целью улучшения обучения чтению, что уже более 30 лет находится в центре внимания исследований как в США, так и за рубежом. Основное беспокойство, которое возникло в результате исследования, было связано с неспособностью образовательных систем ликвидировать разрыв между детьми, особенно детьми с ограниченными возможностями и детьми, принадлежащими к меньшинствам [45].

Несмотря на переопределение и образовательные правила, все еще существуют неясности и противоречия в отношении концептуализации и идентификации LD.Хотя были попытки определить, почему они существуют, и многие исследователи в области нейробиологии пытались отнести их к расстройствам центральной нервной системы (ЦНС), до сих пор их причины не установлены [18, 46]. Структура идентификации несоответствия интеллекта и успеваемости все еще используется на международном уровне теми, кто рассматривает LD как отдельное расстройство, в то время как модель низких достижений применяется теми, кто говорит о не выделяющейся группе учеников с низким уровнем успеваемости.

В США школьные округа в различных штатах начали дополнять традиционную модель тестирования (например,грамм. несоответствие интеллекта и достижений) с RTI. Как упоминалось выше, RTI считается жизнеспособным методом выявления студентов с LD. Согласно общенациональному опросу, 72% учителей и 54% родителей поддержали это решение, главным образом потому, что подход RTI способствует раннему вмешательству и предварительному направлению к специалистам [47]. Таким образом сокращается количество случаев ненадлежащего направления на специальное образование, и в то же время создается модель профилактического вмешательства для учащихся, которые в противном случае были направлены на услуги специального образования после того, как продемонстрировали неуспеваемость.В последние годы другая структура — модель сильных и слабых сторон (PSW) — появилась с тенденцией к преобладанию; хотя и не регулируется федеральными законами, он широко признан и используется в США, поскольку поддерживает практику, основанную на исследованиях [40, 48].

Таким образом, в зависимости от теоретических подходов к LD, сегодня существует четыре каркасных модели, которые можно использовать для концептуализации и идентификации SLD, особенно в США [41]. Сторонники неотличительной природы расстройства приняли схему для низких достижений , которая не принимает во внимание элемент неожиданной недостаточной успеваемости.Сторонники отличительной природы расстройства используют одну или несколько из трех оставшихся концепций: несоответствие интеллекта и достижений , ответ на инструкцию-вмешательство и внутрииндивидуальные различия (PSW) [49]. Ключевым элементом отличительного характера расстройства является концепция неожиданной неуспеваемости; это представляют дети, которые должны уметь учиться, но не могут демонстрировать успехов в учебе без наличия других препятствий для обучения и при получении соответствующих инструкций.Таким образом, ключевым аспектом оценки достоверности идентификации является определение того, какая из структур создает уникальную группу людей с низкой успеваемостью [31]. Действительная классификация должна отражать измерения, обеспечивающие функциональность конструкции неожиданной недостаточной успеваемости [50].

Традиционная структура несоответствия интеллекта и достижений (IAD) остается доминирующей в идентификации как в США, так и за рубежом, несмотря на споры, которые она спровоцировала. Это определяющий метод выявления студентов с SLD, когда они демонстрируют значительное несоответствие между когнитивными способностями, обычно измеряемыми IQ, и академическими достижениями, измеряемыми стандартизированными тестами по чтению, письму и математике [51].Эта структура подвергалась критике за ее надежность как с точки зрения тестов способностей, так и тестов достижений из-за многомерной природы LD и ошибок в психометрических измерениях.

Реагирование на вмешательство (RTI) — еще одна структура, которая, как уже упоминалось, облегчает обучение как в рамках общего образования, так и в рамках специальных мероприятий для учащихся, не соответствующих основному уровню учебной программы. Чтобы ученик считался подверженным риску академических трудностей, составляются оценки ученика, и его или ее успеваемость отслеживается после определенных вмешательств.После внедрения вмешательств, когда все еще существует несоответствие в успеваемости и росте, считается, что студент имеет LD [52]. Эта модель используется в США, а другая аналогичная педагогическая модель динамического оценивания используется в Великобритании. Эта структура также подверглась критике на том основании, что использование нескольких оценок в классе для выявления учащихся с более низкими достижениями по каждому предмету является нестабильным методом, всегда зависящим от группы, составляющей класс.При использовании одного теста или результатов нескольких тестов трудно заметить скрытые способности ученика и определить точку отсечения, которая поместит его или ее в группу LD.

Как уже было сказано, структура структуры сильных и слабых сторон допускается в рамках предоставления альтернативных основанных на исследованиях практик в IDEA. Существуют различные модели PSW, такие как модель соответствия-несогласованности [44], модель двойного несоответствия / согласованности (также называемая оценкой между батареями; [40]) и модель несоответствия / согласованности [48].Эти три модели различаются по методологии, но они сходятся на том факте, что студенты могут быть идентифицированы как имеющие SLD, когда они демонстрируют неожиданную академическую неуспеваемость и соответствующую слабость в одной или нескольких конкретных когнитивных способностях, связанных с областью академического дефицита [53]. Однако на практике учащихся часто можно идентифицировать с помощью SDL путем демонстрации модели сильных и слабых сторон только в областях академической успеваемости [49]. Более того, могут присутствовать множественные индивидуальные различия, которые накапливают ошибки измерений и делают их ненадежными.

В недавнем опросе о схемах, используемых школьными психологами в США, Коттрелл и Барретт [54], изучив выборку из 471 школьного психолога, обнаружили, что 63,1% почти всегда использовали расхождение между интеллектом и достижениями (IAD). ) фреймворк. 49,3% использовали структуру RTI в большинстве случаев, а 29,4% использовали структуру PSW почти во всех случаях. Однако они не могли определить, какая структура использовалась в первую очередь. Например, 31,5% сообщили, что они использовали структуру RTI большую часть времени, в то время как только 17.8% сообщили, что использовали исключительно эту структуру. Чтобы выяснить, кто из них работает в основном, Маки и Адамс опросили 461 школьного психолога в 2017 году [55]. Они обнаружили, что только 30,4% сообщили, что в основном использовали структуру IAD, в то время как они в основном использовали почти одинаково структуру RTI (34,5%) и PSW (35,1%), соответственно.

Benson et al. [56] в ходе другого опроса, проведенного на национальном уровне в США с участием 1317 школьных психологов, выяснилось, что 37% использовали IAD, даже в тех штатах, где это не включено в диагностическую процедуру.51% использовали ИРТ [56]. Наконец, примерно 53% сообщили, что использовали PSW. В том же опросе 49,2% сообщили, что они участвовали в процедурах академической проверки, которые включают в себя мониторинг ранней грамотности, беглости устного чтения, понимания прочитанного, раннего умения считать, математических вычислений, математических понятий и приложений, орфографии и письменных подсказок, согласно возрасту студентов. Многие участники сообщили о комбинированном использовании RTI и PSW, RTI и IAD, а также PSW и IAD.Этот последний опрос подтверждает отсутствие консенсуса в отношении процедур идентификации среди профессионалов при идентификации доменов второго уровня.

Все Работы, опубликованные IntechOpen до октября 2011 года, находятся под лицензией Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 3.0 Unported (CC BY-BC-SA 3.0). Работы, опубликованные после октября 2011 года, находятся под лицензией Creative Commons Attribution 3.0 Unported (CC BY 3.0), последняя позволяет максимально широко использовать опубликованные материалы.

Все Работы под лицензией CC BY-BC-SA 3. 0 можно свободно переводить и использовать в некоммерческих целях. Работы под лицензией CC BY 3.0 можно свободно переводить и использовать как в коммерческих, так и в некоммерческих целях.

Все переведенные главы должны иметь надлежащую атрибуцию в соответствии с требованиями, включенными в Политику указания авторства IntechOpen. Помимо надлежащей атрибуции переведенные разделы Работ должны включать следующее предложение: «Это неофициальный перевод работы, опубликованной IntechOpen.Издатель не одобрил этот перевод «.

Все права на Книги и другие компиляции принадлежат IntechOpen. Авторские права на Книги и другие компиляции являются предметом авторских прав, отличных от любых, которые существуют в включенных Работах. полностью или значительная часть Книги не может быть переведена свободно без специального письменного согласия издателя.Запросы на разрешение могут быть сделаны по адресу [email protected]

Все Работы лицензированы согласно CC BY-BC-SA 3.0 можно свободно переводить и использовать в некоммерческих целях. Работы под лицензией CC BY 3.0 можно свободно переводить и использовать как в коммерческих, так и в некоммерческих целях.

Все переведенные главы должны иметь надлежащую атрибуцию в соответствии с требованиями, включенными в Политику указания авторства IntechOpen. Помимо надлежащей атрибуции переведенные разделы Работ должны включать следующее предложение: «Это неофициальный перевод работы, опубликованной IntechOpen. Издатель не одобрил этот перевод».

Все права на Книги и другие компиляции принадлежат IntechOpen. Авторское право на Книги и другие компиляции защищено Авторскими правами отдельно от любых, которые существуют на включенные Работы.

Книга целиком или значительная часть Книги не может быть переведена свободно без специального письменного согласия издателя. Запросы на разрешение можно отправить по адресу [email protected]

Настройка характеристик канала (поток данных G) — NI-SCOPE 20.0, 20.1 Руководство

Настраивает свойства, управляющие электрическими характеристиками канала.

Эта функция настраивает входное сопротивление и полосу пропускания.

сеанс в

Ошибка

в

Состояния ошибки, возникающие до запуска этого узла.

Узел отвечает на этот ввод в соответствии со стандартным поведением при ошибке.

Многие узлы предоставляют
Ошибка в
ввод и
ошибка выхода
вывод, чтобы узел мог реагировать и сообщать об ошибках, возникающих во время выполнения кода.Значение
Ошибка в
указывает, произошла ли ошибка до запуска узла. Большинство узлов реагируют на значения
Ошибка в
стандартным предсказуемым способом.

По умолчанию:
Нет ошибки

канала

Каналы для сбора данных.

Этот входной параметр имеет следующие варианты синтаксиса:

• Один канал, например
  0
• Список каналов, например
  0,1
  или же
  3,2,1,0
• Ряд каналов, например
  0-7
  или же
  0: 7
• Комбинация каналов от нескольких инструментов, таких как
  PXI1Slot3 / 0, PXI1Slot3 / 2-3, PXI1Slot4 / 2-3

Примечание

Порядок каналов в списке важен. Данные для каждого канала возвращаются в порядке их появления в списке.

входное сопротивление

Входное сопротивление канала.

По умолчанию:
1 мегаом

максимальная входная частота

Полоса пропускания канала, на котором входная схема ослабляет сигнал на 3 дБ.

Пасс
0
для этого значения использовать полосу пропускания оборудования по умолчанию. Проходить
-1
для этого значения для достижения полной пропускной способности.

По умолчанию:
0,00

сеанс завершен

Ссылка на
НИ-СКОП
инструментальный сеанс для перехода к следующему узлу в программе.

ошибка

Информация об ошибке.

Узел выдает этот вывод в соответствии со стандартным поведением при ошибке.

Многие узлы предоставляют
Ошибка в
ввод и
ошибка выхода
вывод, чтобы узел мог реагировать и сообщать об ошибках, возникающих во время выполнения кода. Значение
Ошибка в
указывает, произошла ли ошибка до запуска узла. Большинство узлов реагируют на значения
Ошибка в
стандартным предсказуемым способом.

Где может работать этот узел:

Настольная ОС: Windows

FPGA: не поддерживается

Веб-сервер: не поддерживается в VI, которые работают в веб-приложении.

Сравнение характеристик ионных каналов проапоптотического BAX и антиапоптотического BCL-2

Abstract

Семейство белков BCL-2 состоит как из про-, так и из антиапоптотических регуляторов, хотя его наиболее важные биохимические функции остаются неопределенными.Структурное сходство между мономером BCL-X _L и несколькими образующими ионные поры бактериальными токсинами послужило поводом для проведения электрофизиологических исследований. И BAX, и BCL-2 вставляются в нагруженные KCl везикулы в зависимости от pH и демонстрируют макроскопический отток ионов. Максимальное высвобождение для обоих белков при ≈pH 4.0; однако BAX демонстрирует более широкий диапазон pH. Оба очищенных белка также вставляются в плоские липидные бислои при pH 4,0. Одноканальные записи показали минимальную проводимость канала для BAX, равную 22 пс, которая превратилась в канальные токи, по крайней мере, с тремя уровнями субпроводимости.Конечный, очевидно стабильный канал BAX имел проводимость 0,731 нСм при pH 4,0, которая изменилась до 0,329 нСм при изменении pH 7,0, но оставалась умеренно селективной и преимущественно открытым для Cl ^—. Когда липидные везикулы, содержащие BAX, были слиты с плоскими липидными бислоями при pH 7,0, был отмечен Cl ^— -селективный ( P _K / P _Cl = 0,3) 1,5-нс-канал, демонстрирующий мягкую внутреннюю ректификацию . Напротив, BCL-2 образовал умеренно K ⁺ -селективный ( P _K / P _Cl = 3.9) каналы с наиболее заметной начальной проводимостью 80 пСм, которая увеличилась до 1,90 нСм. Слияние липидных везикул, содержащих BCL-2, в плоские бислои при pH 7,0 также выявило умеренную селективность K ⁺ ( P _K / P _Cl = 2,4) с максимальной проводимостью 1,08 нСм. Каждый из BAX и BCL-2 формирует каналы в искусственных мембранах, которые имеют различные характеристики, включая ионную селективность, проводимость, зависимость от напряжения и выпрямление. Таким образом, одна из ролей этих молекул может включать активность пор на выбранных участках мембраны.

Семейство белков BCL-2 состоит как из антиапоптотических, так и из проапоптотических членов, которые действуют в дистальном апоптотическом пути, общем для всех многоклеточных организмов. Отношение антагонистов смерти (BCL-2, BCL-X _L , MCL-1, A1) к агонистам (BAX, BCL-X _S , BAK, BAD, BIK, BID) определяет ответ на апоптотический стимул. (1, 2). Члены семейства с гидрофобной С-концевой сигнальной якорной последовательностью представляют собой внутриклеточные интегральные мембранные белки, наиболее убедительно локализованные в митохондриях, эндоплазматическом ретикулуме и ядерной мембране (3-6).BCL-2, по-видимому, функционирует выше семейства каспаз (цистеиновых протеаз со специфичностью P1 для аспарагиновой кислоты) в том смысле, что экспрессия BCL-2 предотвращает активацию протеаз, таких как каспаза-3 (7–9). Более того, семейство BCL-2 представляет собой активную контрольную точку в пути смерти, поскольку индукция BAX или BAK инициирует смерть в отсутствие какого-либо дополнительного сигнала (10, 11). BAX вызывает нижестоящую программу митохондриальной дисфункции, а также активацию каспаз.

Поразительной характеристикой семейства BCL-2 является его склонность к образованию как гомодимеров, так и гетеродимеров, причем последний часто находится между анти- и проапоптотическими молекулами, такими как BCL-2 / BAX (1).Мутационный анализ BCL-2 и BCL-X _L идентифицировал ключевые остатки в доменах Bh3 и Bh4, необходимые как для гетеродимеризации с помощью BAX, так и для репрессии гибели клеток (12, 13). Однако другие мутанты, утратившие димеризацию с помощью BAX, все еще сохраняют активность репрессора смерти, что позволяет предположить, что эти две функции разделимы (14). Другой домен, Bh5, оказался важным для проапоптотических молекул, таких как BAK, BAX, BID и BAD, для связывания антагонистов, таких как BCL-2 или BCL-X _L , и для их функционирования в обеспечении смерти (15–18).Генетический подход использовал мышиные модели увеличения и потери функции для оценки того, являются ли агонисты смерти ( Bax ) или антагонисты ( Bcl-2 ) доминирующими в регуляции апоптоза. Несмотря на доказательства конкуренции in vivo и между молекулами, BCL-2 и BAX оказались способными регулировать апоптоз независимо от другого продукта (19).

Многомерная ЯМР- и рентгеновская кристаллографическая структура мономера BCL-X _L показала, что домены Bh3-4 соответствуют α-спиралям 1-7.Спирали α, вносимые Bh3–3, тесно соприкасаются, образуя гидрофобный карман (20). Подробный ЯМР-анализ пептидов дикого типа и мутантных пептидов Bh5 амфипатической α2-спирали BAK показал, что он формирует критические взаимодействия с этим карманом (21). Более того, α-спиральная структура BCL-X _L оказалась сходной с ионными порообразующими токсинами колицина и фрагментом B дифтерийного токсина. Особо следует отметить две центральные гидрофобные спирали α5 и α6 длиной 30 Å, напоминающие домены встраивания мембран в бактериальных токсинах.Это наблюдение побудило других (22-24) и нас провести серию электрофизиологических исследований для изучения способности членов семейства BCL-2 формировать ионные каналы в искусственных липидных мембранах. Здесь мы сравниваем различные ионопроводящие каналы проапоптотического BAX с антиапоптотическим BCL-2.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Получение плазмид и очистка белков.

Мышиные BAX и BCL-2, лишенные C-концевой гидрофобной области (BAXΔC19, аминокислоты 1–173; BCL-2ΔC21, аминокислоты 1–218), были клонированы в pGEX-KG (2, 3).Слитые белки GST-BAXΔC19 и GST-BCL-2ΔC21 индуцировали в XL-1 с помощью 0,1 мМ IPTG. Осадки бактерий ресуспендировали в буфере для лизиса (0,5 мМ EDTA / 1 мМ DTT / 1% Triton X-100 / 0,1 мг / мл PMSF / 2 мкг / мл апротинина / 2 мкг / мл лейпептина / 1 мкг / мл пепстатина A в PBS. ) и обработаны ультразвуком. После центрифугирования при 20000 × g в течение 20 мин супернатант наносили на гранулы глутатион-агарозы (Sigma). Гранулы промывали буфером и обрабатывали 10 единицами тромбина на исходный литр. Расщепленные BAXΔC19 и BCL-2ΔC21 элюировали с гранул, и реакцию расщепления останавливали добавлением 80 мкг Nα-п-тозил-1-лизинхолорометилкетона (TLCK). Расщепленный элюент подвергали диализу против буфера (20 мМ Трис pH 8,5 / 5 мМ EDTA / 1 мМ DTT / 0,1% Triton X-100). Чтобы удалить белок GST и не полностью расщепленные слитые белки, диализованный препарат дополнительно очищали на колонке monoQ и белки элюировали градиентом NaCl. В экспериментах использовали три независимых белковых препарата BAX и BCL-2.

Высвобождение KCl из синтетических липидных пузырьков.

Однослойные везикулы, состоящие из 40% 1,2-диолеоилфосфатидилглицерина и 60% 1,2-диолеоилфосфатидилхолина (Avanti Polar Lipids), получали в 100 мМ KCl / 2 мМ CaNO. ₃ /10 мМ диметилглутарат, pH 5.0, как описано ранее (25). Полученные липосомы разбавляли в 200 раз до концентрации 0,05 мг / мл в 100 мМ KNO ₃ /2 мМ CaNO ₃ /10 мМ диметилглутарате, титрованном до соответствующего pH с помощью NaOH или уксусной кислоты. BAXΔC19 и BCL-2ΔC21 добавляли в концентрации 500 нг / мл. Добавляли Тритон Х-100 (0,1%) для высвобождения всего инкапсулированного Cl ^—. Общее количество высвобожденного Cl ^— определяли количественно по калибровочной кривой, полученной путем последовательных добавлений 25 мкМ KCl.Отток Cl ^— измеряли с помощью комбинированного ионоселективного электрода Cl ^— (Accumet, Hudson, MA).

Введение BAX и BCL-2 в плоские липидные бислои с низким pH.

Плоские липидные бислои получали из липидов соевых бобов путем экстракции хлороформом азолектина типа II (10–20% холина, 80–90% отрицательно заряженных липидов) (Sigma). Хлороформ удаляли потоком азота, и липиды хранили под N ₂ до растворения в декане при 30 мг / мл.Затем этот препарат хранили в атмосфере азота. Отверстие 0,25 мм полистирольной кюветы (Warner Instruments, Hamden, CT) предварительно обрабатывали 2 мкл раствора деканового липида, и растворителю давали испариться. Затем кювету помещали в двухслойную камеру и соединяли с двухслойным зажимом BC525-a (Warner Instruments) с помощью электродов Ag / AgCl через агаровые мостики. Данные были собраны с помощью аксоскопа (Axon Instruments, Фостер-Сити, Калифорния), заархивированы на видеозаписи с помощью Neurocorder DR-484 (Neuro Data Instruments, Delewar Water Gap, PA) и проанализированы с использованием origin (Microcal, Amherst, MA) и pclamp6 ( Axon Instruments).Наклонная проводимость рассчитана методом наименьших квадратов, и приведена дисперсия. Ионная селективность рассчитывалась с использованием потенциала обращения и уравнения Гольдмана. Двухслойные слои формировали путем растекания полированным стеклянным стержнем и позволяли утониться до емкости 0,4 мкФ / см ² , при этом шум обычно составлял 0,2 пА, а проводимость утечки составляла 20 пСм. Концентрация соли изначально составляла 450 мМ KCl в цис-камере (1,0 мл) и 150 мМ KCl в транс-камере (0.5 мл), чтобы можно было идентифицировать спонтанные начальные токи. Внешние (положительные) токи были определены как K ⁺ , переходящие из цис в транс. Все растворы были забуферены до pH 4,0 10 мМ К-ацетатом. Белок (≈1 мкг) добавляли в цис-камеру при перемешивании. После определения начальных токов растворимый белок обычно удаляли путем замены содержимого цис-камеры аликвотами буфера.

Восстановление BAX и BCL-2 в липосомы и слияние с плоскими липидными бислоями.

Подготовка везикул азолектина для слияния с плоским липидным бислоем была следующей. Очищенный белок (0,25 мкг) добавляли к 50 мг липида в 20 мкл буфера KCl (150 мМ KCl / 10 мМ Hepes, pH 7,0). Его поместили в мешок для диализа (предел 12 кДа). После 16 часов диализа в 3000 объемов 150 мМ KCl (10 мМ Hepes, pH 7,0) суспензию везикул удаляли и помещали на лед для немедленного использования. Двухслойный слой был настроен, как описано для введения pH 4,0, чтобы определить ионную селективность начальных токов.Слияние инициировали добавлением 5–20 мкл липидных везикул (всего 5–20 нг белка) в цис-бислойную камеру при перемешивании. Везикулы удаляли и растворы заменяли, как описано выше.

РЕЗУЛЬТАТЫ

pH-зависимость высвобождения ионов из липидных везикул, опосредованного BAX и BCL-2.

Рекомбинантные BCL-2 и BAX, у которых отсутствовала C-концевая гидрофобная область (BCL-2ΔC21, аминокислоты 1-218; BAXΔC19, аминокислоты 1–173), очищали до гомогенности и проверяли с помощью SDS / PAGE с последующим вестерн-блоттингом. (не показано) или окрашивание кумасси синим (рис.1 А ). Последовательности, нацеленные на С-концевой сигнальный якорь, направленную на мембрану, были удалены, чтобы лучше оценить способность внутренних α-спиралей опосредовать встраивание (5). Сравнивали pH-зависимость опосредованного BAX и BCL-2 высвобождения Cl ^— из нагруженных KCl липидных везикул (рис. 1 B — E ). Максимальное высвобождение Cl ^— BAX происходит при pH 4,0–4,5, снижаясь до 50% при pH 3,5 или 5,0 и до менее 10% при pH 5,5 (рис. 1 B ). При добавлении BAX к пузырькам при pH 6.0 был впоследствии изменен до pH 4,0, что привело к быстрому высвобождению Cl ^—, что указывает на обратимость влияния pH (рис. 1 C ). BCL-2 демонстрирует более узкую зависимость от pH высвобождения Cl ^— с полной инактивацией, происходящей при pH 5,0 (рис. 1 D ). И снова изменение pH от 5,0 до 4,0 активировало высвобождение Cl ^— посредством BCL-2 (рис. 1 E ). Таким образом, очищенные белки BAX и BCL-2 способны к pH-зависимому макроскопическому высвобождению ионов, что требует активности основной популяции белков BCL-2 и BAX.

Рисунок 1

BAX и BCL-2 индуцировали высвобождение ионов из синтетических липидных пузырьков. ( A ) Аналитический гель очищенных рекомбинантных препаратов BAX и BCL-2, используемых в этом исследовании. Рекомбинантные мышиные BAXΔC19 и BCL-2ΔC21, полученные, как описано в «Материалы и методы» , разделяли на 12% SDS-полиакриламидном геле и окрашивали кумасси синим. Маркеры ( M _r ) находятся в левой полосе. Дорожка 1, рекомбинантный BAXΔC19; дорожка 2, рекомбинантный BCL-2ΔC21. Показаны графики вызванного BAX ( B ) или вызванного BCL-2 ( D ) оттока Cl ^— из синтетических липидных везикул. Нагруженные KCl отрицательно заряженные однослойные везикулы добавляли к 10 мМ диметилглутаратному буферу при указанных значениях pH, что приводило к 200-кратному градиенту KCl внутри: снаружи. Добавляли BAX или BCL-2 (время = 0) и измеряли отток ионов с помощью чувствительного к Cl ^— электрода. Добавляли Triton X-100 (горизонтальная стрелка) для высвобождения всего инкапсулированного Cl ^—.Графики показывают индуцированный BAX ( C ) или BCL-2 ( E ) отток Cl ^— из везикул в буфере при pH 6,0 или pH 5,0, соответственно, который впоследствии сдвинулся до pH 4,0 (вертикальная стрелка).

Образование каналов BAX в плоских липидных бислоях при низком pH.

Один микрограмм очищенного растворимого белка BAX был добавлен в цис-камеру установленного плоского липидного бислоя в градиенте 450- / 150-мМ (цис-к-транс) KCl при pH 4. 0. Начальный внутренний ток возник самопроизвольно (O _S ), отражая Cl ^— , движущийся вниз по градиенту KCl (Рис. 2 A ). Во многих экспериментах начальный ток всегда был направлен внутрь, обычно появлялся в течение 10 минут после добавления BAX и имел проводимость 22 (SD 5, n = 5) пСм.

Рисунок 2

Введение растворимого BAX в плоские липидные бислои. ( A ) Очищенный BAX (≈1 мкг) добавляли в цис-камеру градиента 450- / 150-мМ KCl, и первый спонтанный ток (O _S ; V = 0 мВ) был анионным с наклоном проводимость 22 ± 5 пСм.( B ) Обозначения четко определенной промежуточной стадии, появившейся во время введения ВАХ при pH 4,0. Записи находятся при +40 мВ ( верхний ) и -40 мВ ( нижний ) с градиентом 450- / 150-мМ KCl, что объясняет асимметрию в амплитудах тока. Разница в кинетике открытия — это эффект, зависящий от напряжения, наблюдаемый на этой промежуточной стадии созревания канала. ∗ обозначает прямые переходы C − O _S -to-O ₂ . ( C ) Вольт-амперные графики для открытой поры при pH 4.0 и после изменения pH 7,0 в присутствии градиента 450- / 150-мМ KCl (○) или в симметричном 150-мМ KCl (▪). Область обратного потенциала расширена на вставке , вставке .

Наблюдались характерные образцы токов BAX в диапазоне от O _S до большой открытой поры. На рис. 2 показан начальный спонтанный ток (O _S ) (рис. 2 A ), сложное многопроводное состояние (рис. 2 B ) и простая открытая пора (рис. 2 C ).Состояние мультипроводимости было наиболее четким при ± 40 мВ. При +40 мВ были отмечены четыре уровня тока: 0 пА (C и O _S ), 2,36 пА (O ₁ ), 6,4 пА (O ₂ ) и 8,81 пА (O _{1 + 2} ). (Рис.2 B Верхний ). Самый большой ток представляет собой сумму двух меньших уровней (O ₁ и O ₂ ). Прямые переходы между этими уровнями, которые происходят в обоих направлениях, предполагают случайный механизм перемещения между открытыми состояниями (рис. 2 B ).При -40 мВ также было четыре уровня: 0 пА (C), -2,14 пА (O _S ), -10,9 пА (O ₁ ) и -30,5 пА (O _{1 + 2} ), но переходов из O _S в O ₂ не наблюдалось (рис. 2 B Нижний ). Гиперполяризация до -40 мВ сместила наиболее частое состояние на O ₁ , демонстрируя поведение, зависящее от напряжения. Основываясь на потенциале реверсирования, E _r для каждого из этих уровней тока дает значительную селективность по Cl ^— , которая в среднем составляет P _K / P _Cl ≅ 0.10. Третье состояние канала BAX при pH 4,0 было Cl ^— селективным, с наклонной проводимостью 0,731 ± 0,01 нСм (рис. 2 C, слева, ) и было характерно открытым. Обычно токи BAX прогрессировали через эти состояния после добавления белка в цис-камеру. Увеличение pH до 7,0 изменило проводимость BAX до 0,329 ± 0,002 нСм в градиенте 450- / 150-мМ KCl и 0,302 ± 0,008 нСм, когда в обеих камерах было 150 мМ KCl (рис. 2 C, правый ). Канал BAX наблюдался в этом состоянии активности при pH 7.0 в течение длительного периода. При pH 7,0 поры BAX имели линейную зависимость напряжения и сохраняли умеренную селективность для Cl ^— (P _K / P _Cl = 0,5).

Включение BAX в плоские липидные бислои при pH 7,0 путем слияния реконструированных протеолипосом.

Очищенный белок BAX, включенный в липидные везикулы, добавляли в цис-камеру установленного липидного бислоя с градиентом 450- / 150-мМ KCl, чтобы позволить идентифицировать начальные токи.Входящий внутрь (P _K

Cl ) ток, наблюдаемый, когда липосомы, содержащие восстановленный BAX, слитый с плоскими липидными бислоями при pH 7,0, имели большое открытое время (P _O > 0,95) и большую проводимость (1,5 ± 0,3 nS, n = 3, рис.3 B ). Переходы между уровнями тока (O → O ² , рис. 3 A ), которые были идентичны по амплитуде, предполагали, что O представляет собой одноканальную проводимость (рис. 3 A ). Зависимость тока от напряжения определялась при наличии одного канала (рис.3 B Левый ). Мягкое выпрямление наружу очевидно при симметричных концентрациях KCl. Слабая селективность по Cl ^— (P _K / P _Cl = 0,32) была рассчитана из потенциала реверсии, когда цис-транс-KCl составлял 450/150 мМ. При положительном напряжении (+70 мВ) быстрое мерцание (рис. 3 C ) соответствовало блокировке канала как механизму выпрямления, наблюдаемому в B . При −70 мВ мерцания не было, но наблюдалось периодическое замыкание длительностью от 20 до 30 мс (рис.3 C ), что аналогично описанному для каналов поринового типа (26).

Рисунок 3

Протеолипосомная вставка BAX в плоские двухслойные липидные мембраны. ( A ) Протеолипосомы со встроенным BAX добавляли в цис-камеру после получения бислоя с емкостью 0,4 мкФ. Большая селективная пора Cl ^— (O) появляется в присутствии градиента 450/150 мМ KCl (V = 0 мВ). Размер тока, обозначенного O ² , который появляется после начальной активности (O), подразумевает наличие двух каналов.( B ) Зависимость тока от напряжения в симметричном 150 мМ KCl. ( C ) Более длительное отслеживание токов демонстрирует выпрямление при +70 мВ и замыкание при -70 мВ.

Формирование каналов BCL-2 в плоских липидных бислоях при низком pH.

Очищенный растворимый белок BCL-2 добавляли в цис-камеру установленного бислоя в градиенте 450- / 150-мМ KCl при pH 4,0. Начальный внешний (P _K / P _Cl = 3,9) ток (O _S ) последовательно появлялся в течение 5 минут во многих экспериментах (рис.4 А ). Величина тока составляла 0,85 ± 0,06 пА, ток открывался и закрывался в первые несколько секунд, а затем оставался открытым. В этих условиях канал BCL-2 имел проводимость 80,3 ± 0,06 пСм (рис. 4 C ).

Рисунок 4

Введение растворимого BCL-2 в плоские липидные бислои. ( A ) Очищенный BCL-2 (≈1 мкг) добавляли в цис-камеру градиента 450- / 150-мМ KCl, и через 5–20 минут постоянно наблюдался направленный наружу ток K ⁺ .( B ) Длительные записи переходов каналов между открытым (O _S ) и закрытым (C) состоянием. Приведена гистограмма распределения амплитуд за 120 с. ( C ) График вольт-амперной характеристики канала BCL-2 из B . ( D ) Вольт-амперный график большой поры, образовавшейся с течением времени при pH 4,0, и его вольт-амперный график после сдвига до pH 7,0.

Впоследствии этот канал оставался открытым долгое время (5–10 сек) с кратковременными перекрытиями (рис.4 В ). Это начальное состояние канала BCL-2 в этих условиях сохранялось всего 2–5 мин. BCL-2 превратился в стабильную открытую пору при pH 4,0 с проводимостью 1,90 ± 0,06 нСм (фиг. 4 D ). При изменении pH до 7,0 сохранялись большие поры с проводимостью 2,14 ± 0,04 нСм и селективностью K ⁺ для P _K / P _Cl = 6,5 (рис. 4 D ).

Включение BCL-2 в плоские липидные бислои путем слияния реконструированных протеолипосом.

Очищенный белок BCL-2, включенный в липидные везикулы, добавляли в цис-камеру установленного бислоя с градиентом 450- / 150-мМ KCl. Во многих экспериментах восстановленный BCL-2 всегда приводил к выходному току (K ⁺ ) (рис. 5 A ). Рис. 5 A показывает канал, который изначально мигает между несколькими уровнями (O, O ² ). Когда серия скачков напряжения была приложена к одному каналу, установленному в бислое, закрытие каналов наблюдалось при напряжениях более ± 50 мВ (рис.5 В ). Эти замыкания становились более частыми по мере увеличения напряжения. Два графика на рис. 5 C показывают зависимость тока открытого канала от напряжения в симметричном 150-мМ KCl как линейную с крутизной проводимости 1,08 (SD 0,10, n = 5) нСм. Однако при гиперполяризации более -70 мВ происходит частичное закрытие каналов (рис. 5 C слева ). Обратный потенциал в градиентах KCl указывает на умеренную селективность K ⁺ (P _K / P _Cl = 2.4). Небольшие каналы и зависящие от времени изменения, отмеченные при встраивании растворимого BCL-2 в плоские липидные бислои, не наблюдались, когда реконструированные протеолипосомы, содержащие BCL-2, были слиты с планарными липидными бислоями.

Рисунок 5

Протеолипосомная вставка BCL-2 в плоские двухслойные липидные мембраны. ( A ) Протеолипосомы со встроенным BCL-2 добавляли в цис-камеру после получения бислоя с емкостью 0,4 мкФ. При многократных определениях всегда получался исходный канал K ⁺ .В показанном препарате два уровня проводимости BCL-2 (O, O ² ) появляются одновременно в бислое (V = 0 мВ). ( B ) К установленному единственному каналу (обозначенному O) применяли серию ступеней напряжения (обозначенных на нижнем графике) в градиенте 450- / 150-мМ KCl. Результирующее непрерывное отслеживание тока в канале показано на верхнем графике. ( C ) Токи открытого канала в симметричном 150-мМ KCl и вольт-амперный график для поры BCL-2.

ОБСУЖДЕНИЕ

Структура BCL-X _L , в которой две центральные гидрофобные спирали, α5 и α6, окружены четырьмя амфипатическими спиралями, аналогична спиралям T8 и T9 фрагмента B дифтерийного токсина, который важен для встраивания в мембраны. при низком pH (20, 27, 28).Мутационные исследования, которые заменяют кислотные остатки на основные в T8 / T9, предотвращают вставку при низком pH, что согласуется с ролью их протонирования в слиянии мембран (29). Аналогия с порообразующими токсинами была расширена путем демонстрации того, что кислый pH способствует внедрению BCL-X _L в липидные бислои (22). Мы обнаружили, что как BAX, так и BCL-2 инициируют быстрое высвобождение ионов из липосом при добавлении при низком pH. Однако BAX продемонстрировал более широкий оптимум pH, сохраняя активность до pH 5. 5. Это может отражать более высокое значение pI для α5-спирали, равное 10,64 для BAX по сравнению с 4,55 для BCL-2 (рис. 6). Наблюдение за тем, что делеция спиралей α5 и α6 BCL-2 изменяет его характеристики, подчеркивает их важность (23). Если введение предполагаемых трансмембранных спиралей α5 и α6 этих регуляторов апоптоза приносит пользу из-за снижения заряда, более низкие требования к pH для BCL-2 могут отражать остатки глутаминовой кислоты, которые будут склонны к ионизации с увеличением pH в отличие от присутствия лизина и остатки аргинина в BAX (рис.6 А ).

Рисунок 6

Сравнение заряженных аминокислот в предполагаемой мембране, проникающей в спирали α-5 и α-6 BAX и BCL-2. ( A ) Виды положительно заряженной поверхности спиралей α-5 и α-6 BAX ( слева, ) и отрицательно заряженной поверхности той же области BCL-2 ( справа, ), рассчитанные и отображается с помощью ручки (40). Поверхности окрашены в темно-синий цвет (15 k _B T) в наиболее положительно заряженных областях и темно-красный (-15 k _B T) в наиболее отрицательных областях с линейной интерполяцией значений между ними. Обе модели были созданы с использованием insightii (BiosymTechnologies, San Diego) из кристаллографической модели BCL-X _L (запись PDB 1MAZ). ( B ) Выравнивание последовательностей спиралей α-5 и α-6 в двух антиапоптотических молекулах (BCL-X _L и BCL-2) и в двух проапоптотических молекулах (BAX и BAK).

Ионные каналы, образованные BAX и BCL-2 в плоских липидных бислоях, имеют характеристики, которые частично зависят от метода включения. Когда растворимый BAX или BCL-2 вводили в бислои при низком pH, начальные токи были небольшими с проводимостью 22 и 80 пСм соответственно.Подобно BCL-X _L (22) и другим наблюдениям за BCL-2 (23), мы также наблюдали умеренную катионную селективность в отношении антиапоптотического BCL-2; однако мы отметили, что проапоптотическая молекула BAX имеет последовательную анионную селективность. Если спирали α5 и α6 вносят вклад в канал, эти избирательности могут отражать положительно заряженные остатки BAX и отрицательно заряженные остатки BCL-2 (фиг. 6 A ). Хотя небольшие различия в ионной селективности вряд ли могут быть единственным объяснением противоположных влияний на апоптоз, эти перезарядки, по-видимому, согласуются в спиралях α5 и α6 антипроптозных и проапоптотических членов (рис.6 В ). Каналы BAX реагируют на изменение pH до 7,0 после введения при pH 4,0 в соответствии с предыдущими наблюдениями за токсинами и поринами (30, 31). Отмеченные нами изменения также могут относиться к pH-зависимой ионизации заряженных остатков в этих каналах.

Поразительное развитие канала BAX в плоских бислоев произошло в течение 2–4 минут после его первоначального появления. Это включало ( i ) ранний Cl ^—-селективный малый канал, ( ii ) переходную фазу с несколькими уровнями субпроводимости и умеренной селективностью по Cl ^— и ( iii ) очевидно стабильную омическую пору большая проводимость, умеренно селективная Cl ^— и непрерывно открытая (рис.2). Активность канала BCL-2 также прогрессировала от раннего K ⁺ -селективного малого канала, который самопроизвольно открывался и закрывался, до большой омической поры (Рис. 4). Удаление белка из камеры и изменение концентрации соли не предотвратило этот переход, который может представлять внутримембранную организацию BCL-2 или BAX в его зрелую форму. Следует отметить, что изменение pH от 4,0 до 7,0 изменило проводимость и селективность BAX, но не BCL-2. Напротив, восстановление BAX или BCL-2 в течение ночи в липидные везикулы, которые впоследствии были слиты с планарными бислоями, немедленно привело к образованию больших открытых пор (рис.3 B и 5 C ). Эти наблюдения подтверждают мутационный и генетический анализ, который утверждает, что BCL-2 и BAX могут функционировать независимо друг от друга. Однако остается неясным, являются ли мономеры, димеры или структуры более высокого порядка этих молекул активной субъединицей. Мы не можем твердо исключить возможность того, что развитие токов BCL-2 и BAX отражает нефизиологическую агрегацию этих молекул. Альтернативно, последовательность этих переходов указывает на то, что они могут быть результатом олигомеризации, возможно димеризации, которая также может происходить in vivo . Поры с большой проводимостью, отмеченные для семейства BCL-2, имеют некоторые общие характеристики с поринами бактерий, дрожжей и млекопитающих (26). Ближайшие структурные гомологи — дифтерийный токсин и колицин — также способны образовывать большие ионопроводящие поры (27, 28).

Как ионопроводящие каналы могут регулировать апоптоз? Селективное нацеливание семейства BCL-2 на внешнюю митохондриальную мембрану, ядерную мембрану и эндоплазматический ретикулум оказывается важным (32–35). Хотя различия в ионной селективности для BCL-2 и BAX умеренные, эти каналы действительно демонстрируют другие уникальные характеристики, включая проводимость, зависимость от напряжения и выпрямление.BCL-2 и BAX могут регулировать электрохимический градиент, осмотический баланс или транспортировать важные субстраты, находящиеся в межмембранном пространстве, включая цитохром c (36). После субклеточного фракционирования BCL-2 удерживался в митопластах (3) и с помощью иммуноэлектронной микроскопии был сгруппирован (6), что указывает на то, что частично он локализуется в точках контакта между внутренней и внешней мембранами. Апоптоз сопровождается образованием поры с переходной проницаемостью (PTP), которая обеспечивает электрохимический коллапс митохондрий (37, 38).Patch-Clamp исследования митопластов идентифицировали мегаканал длиной 1,3 нСм (MMC), который, как полагали, представлял PTP (39). BCL-2 и BAX становятся кандидатами на роль регулирующих органов или компонентов PTP. Альтернативно, семейство BCL-2 может модифицировать другие ионные каналы или транспортные молекулы, еще не испытанные. Регуляторы апоптоза BCL-2 присоединяются к бактериальным токсинам, перфорину и комплементу в виде порообразующих белков, что указывает на консервативный компонент гибели клеток от бактерий к млекопитающим.

Благодарности

Мы благодарим Колина Г.Николсу и Джиму Хюттнеру за ценные советы и Мэри Пихлер за подготовку рукописи. A.G. поддерживается стипендиатом Европейской организации молекулярной биологии. К.Ю. является научным сотрудником программы подготовки научных исследований Национального института рака — Японского фонда исследований рака. P.H.S. поддерживается грантом AG05681-14 Центра исследования болезни Альцгеймера.

• Принято 11 августа 1997 г.

• Copyright © 1997, Национальная академия наук США

Влияние отклонения потока вниз по течению на характеристики русла и прибрежную растительность в Скалистых горах Колорадо, США

U.S. Forest Service
Забота о земле и обслуживание людей

Министерство сельского хозяйства США

1. Влияние отклонения потока вниз по течению на характеристики русла и прибрежную растительность в Скалистых горах Колорадо, США

   Автор (ы): Симеон Т. Каски; Тианна С. Блащак; Эллен Воль; Элизабет Шнакенберг; Дэвид М. Мерритт ; Кэтлин А. Дуайр
   Дата: 2015
   Источник: Процессы и формы рельефа земной поверхности.40: 586-598.
   Серия публикаций: Scientific Journal (JRNL)
   Станция: Rocky Mountain Research Station
   PDF: Скачать публикацию
   (582,0 КБ)

   Описание Отклонения стока широко распространены и многочисленны в полузасушливых горах на западе США. Отводы сильно различаются по своей структуре и способности отводить воду, но могут изменять величину и продолжительность базового и пикового стока в зависимости от их размера и управления.Геометрия русла и прибрежные растительные сообщества адаптировались к уникальным гидрологическим и геоморфическим условиям, существующим на территориях, подверженных речным процессам. Мы используем геоморфологические данные и данные о растительности из потоков с низким градиентом (≥3%) в Скалистых горах на севере центральной части штата Колорадо для оценки потенциальных последствий отвода. Данные были собраны на 37 участках, включая 16 парных участков верхнего и нижнего течения и пять непарных участков. Данные о геометрии канала были получены из обзоров размеров полного канала и подложки.Отбор проб растительности производился с использованием метода пересечения точек по линиям вдоль разрезов, ориентированных перпендикулярно каналу, всего в 100 точках отбора проб на участке. Высота над каналом и расстояние от него измерялись в каждой точке отбора проб растительности для анализа различий в горизонтальной и вертикальной зональности растительных сообществ между верховьями и низовьями.

   Примечания к публикации

   • Вы можете отправить электронное письмо по адресу [email protected], чтобы запросить печатную копию этой публикации.
   • (Пожалуйста, укажите точно, , какую публикацию вы запрашиваете, и свой почтовый адрес.)
   • Мы рекомендуем вам также распечатать эту страницу и прикрепить ее к распечатке статьи, чтобы сохранить полную информацию о цитировании.
   • Эта статья была написана и подготовлена ​​служащими правительства США в официальное время и поэтому находится в открытом доступе.

   Citation Caskey, Simeon T .; Blaschak, Tyanna S .; Воль, Эллен; Шнакенберг, Элизабет; Мерритт, Дэвид М.; Дуайр, Кэтлин А. 2015. Влияние отклонения потока вниз по течению на характеристики русла и прибрежную растительность в Скалистых горах Колорадо, США. Процессы земной поверхности и формы рельефа. 40: 586-598.

   Процитировано

   Ключевые слова отвод, прибрежная растительность, геометрия русла, Колорадо, регулирование потока

   Связанный поиск

   ---

   XML: Просмотр XML

Показать больше

Показать меньше

https: // www.

Характеристики и применение швеллеров | Выбор швеллера

• Главная
• Авторские статьи
• Строительные и отделочные материалы

Есть несколько видов швеллеров, их свойства и конструктивные особенности зависят от технологии производства и других факторов: равнополочные, неравнополочные, П-образные, У-образные. Металлопрокат используется для придания жесткости конструкциям.

Преимущества и классификация металлических швеллеров

Основная сфера применения связана со строительством. Для решения каждой конкретной задачи можно использовать определенный вид профильного проката. Выделим его преимущества:

• повышенная стойкость к интенсивным нагрузкам;
• прочность и простая конструкция;
• небольшой вес (это упрощает монтажные работы).

Покупателям доступны несколько линеек размеров изделий, так, швеллер 10 используют в строительных работах и станкостроении, строительстве опорных конструкций гидросооружений и пр.

Профильные изделия под номером 14 прекрасно показывают себя при армировании различных конструкций и придания им дополнительной жесткости и прочности, в машиностроении и других работах. Швеллер 8 нашел применение в укреплении промышленных и жилых сооружений.

Существует несколько технологий производства металлопроката, в зависимости от которых различают специальные и горячекатаные изделия. Приобрести швеллеры в Санкт-Петербурге можно у производителя, сэкономив деньги и воспользовавшись услугой доставки. При выборе изделий нужно ориентироваться на их габариты (высота, ширина, длина) и учитывать задачи, которые вы хотите решить.

От строительства межэтажных перекрытий до машиностроения

Основное назначение стальных швеллеров заключается в повышении жесткости каркасов и других конструкций. Если нужно повысить несущую нагрузку, используйте швеллер, профильный металлопрокат устойчив к высоким нагрузкам, стойко переносит сопротивление на изгиб.

Выделим несколько основных областей, в которых успешно применяют швеллеры:

• строительство каркасов разных сооружений: жилые дома, торговые центры и пр.;
• производство современных станков и строительство вагонов;
• изготовление пандусов для детских и инвалидных колясок, тележек и др.;
• повышение прочности кровли, армирование стен и межэтажных перекрытий.

Металлопрокат применяют в промышленных и бытовых масштабах. Так, с помощью швеллеров можно укрепить террасу, подлатать крышу загородного дома и т.д. Если возникнет необходимость в покупке металлопроката, обращайтесь к производителю, который предложит широкий выбор изделий, приемлемые цены и выгодные условия по доставке продукции.

Технические характеристики швеллеров

Швеллер – это металлическая балка П-образной формы, используемая в строительстве в качестве несущей конструкции. Материал также применяется при изготовлении каркасов в машиностроении, станкостроении и вагоностроении. Он служит опорой многих конструкций. Современная промышленность практически не в состоянии обойтись без швеллеров, так как этот вид изделий является универсальным и востребованным в разных отраслях производства.

Полки швеллера располагаются с одной стороны полотна, давая возможность увеличить жёсткость изделия. Изготавливается швеллер методом горячего проката заготовок из стали высшего качества на прокатных станах и методом сгибания на профилегибочных установках.

Преимуществами швеллеров, прокатанных горячим методом, являются их повышенные жёсткость и прочность, позволяющие выдерживать большие нагрузки как на изгиб, так и на разрыв. У разных видов и типоразмеров материала толщина стенок колеблется от 4 до 15 мм.

Швеллер хорошо противостоит механическим повреждениям. В материале отсутствуют слабые места, подверженные разрушениям. Прокат ведётся горячим способом, поэтому коррозия ему не страшна, в отличие от чугунного швеллера, который либо необходимо покрывать специальными антикоррозийными составами, либо заливать бетоном. У горячекатаного швеллера есть и отрицательное качество, которое ограничивает сферы его применения. Он плохо поддаётся сварке. Из-за этого в местах, в которых необходима сварка, приходится использовать холоднокатаный швеллер.

Для эксплуатации в сложных и нестандартных условиях изготавливаются швеллеры из нержавеющей стали и оцинкованные изделия, противостоящие коррозии и перепадам температуры. Для облегчённых конструкций делаются даже алюминиевые швеллеры. В последнее время в строительстве всё чаще применяется гнутый швеллер, который хорошо сваривается. По некоторым параметрам он превосходит горячекатаные изделия.

Горячекатаный швеллер имеет длину от 3 до 12 метров. По конфигурации может быть типа «П» (грани полок параллельные), либо типа «У» (грани полок наклонённые).

Гнутый швеллер получается при сгибании плоской заготовки на станках, придающих ему специальный профиль. Изготавливают их двух видов: равнополочный и неравнополочный швеллер. Длина готовых изделий составляет от 4 до 12 метров. Это зависит от сферы применения данного материала.

Видео. Производство швеллеров

Размеры швеллера 20 (У, П): технические характеристики

Содержание

1. Преимущества швеллера 20П
2. Как производится швеллер 20П
3. Технические характеристики
4. Сферы применения швеллера

Фасонный металлопрокат, в том числе, представлен швеллером 20П. Своим названием швеллер 20П обязан внешней конструкции – она напоминает букву «П», размеры которой в длину составляют 20 мм. Прекрасные технические характеристики поддерживают способность детали выдерживать значительные нагрузки, приходящиеся по оси, явным преимуществом является работа на изгиб.

Именно поэтому швеллер 20П идеально подходит для обустройства в сооружениях, постоянно контактирующими с агрессивными элементами и средой. На деле это могут быть уникальные здания, постройки самых причудливых форм, основой которых как раз выступает изделие с маркировкой 20п. Прочность детали обеспечивается особой сталью, аналога стальных пластин пока что не существует.

Читайте также: Отличие между швеллером «У» и «П»

Преимущества швеллера 20П

При строительстве швеллер пользуется большой популярностью благодаря ряду преимуществ:

• материал соответствует нужным показателям прочности;
• обеспечивает значительную жесткость, чем выгодно выделяется в списке других металлических изделий каркасного типа;
• показывает фантастические результаты в отношении различных видов деформационных процессов – абсолютно не реагирует;
• стойкий к механическим воздействиям извне;
• если на детали есть сквозные углубления, не придется во время установки использовать сварку, привлекать дополнительное оборудование или профессионалов со специальными знаниями.

Покупайте швеллер и работайте в свое удовольствие, быстро, слаженно и просто!

Как производится швеллер 20П

Для лучшего понимания, с чем мы имеем дело, узнаем, в чем состоит производство каркаса изделия, размеры которого в длину составляют 20 мм. В данном случае речь идет о букве «П», но также применяются основы в виде буквы «У» и другие модели.

Итак, производится швеллер одним из 2 способов, все зависит от технологии, принятой на заводе изготовителя:

• путем горячего проката – необходимо специальное станочное оборудование;
• применив профильные станы.

В целом производственный процесс выглядит так:

1. Рулоны металла нарезают, ориентируясь на ширину блоков.
2. Затем рулоны распределяются в специальных станках, которые обеспечивают бесперебойное и постоянное движение листового металла, а гибка предполагает фиксацию сечения определенного размера.
3. Осталось отрезать кусок нужной длины.

Безусловно, производство поставлено на конвейер, что показывает хорошую выработку изделий за короткий период времени.

Самым прочным считается холоднотянутый и горячекатаный швеллер 20П. Чтобы получить качественное изделие фасонного проката, достаточно повысить объем углеродной составляющей и добавить марганец. Только так можно добиться пропорциональности свойства прочности к пластичности.

Читайте также: Сортамент швеллеров ГОСТ 8240-89

Зачем добавляется марганец:

1. Вещество увеличивает антикоррозийные характеристики.
2. Приводит к повышению возможности сопротивления влиянию перепада температур.

Технические характеристики

Современные изделия, чьи размеры достигают в длину 20 мм, предполагают закладку шага между плечами величиной 50-400 мм, и именно от этих показателей зависит, в каком здании будет задействован швеллер 20п.

Швеллер 20П обладает следующими физическими свойствами:

• высота – 20 мм;
• глубина – 76 мм;
• поперечное сечение – 23,4 кв. мм;
• радиус 1 и радиус 2 – 9,5 и 5,5 мм.

Маркировка в буквенном виде в свою очередь определяет следующие особенности швеллера:

• «У» – фиксирует угол наклона для внутренних долей полочек;
• «П» – полки располагаются параллельно друг к другу;
• «Л» – деталь похожа на конструкцию «П», но избегает слишком точных форм;
• «Э» – самый экономный вариант «П»;
• «С» – образец специальный (чаще всего изготавливается по заказу).

Так или иначе, технические свойства металлических деталей описываются в нормах и положениях ГОСТа, где обозначены размеры и параметры каждого вида изделия. В процессе разработки изделий ГОСТ несколько раз изменяли и дополняли, поэтому сегодня модификация устройств имеет наилучшие характеристики, установленные методом проб и ошибок, взятые из собственного опыта ведущих строителей, инженеров и конструкторов.

Сферы применения швеллера

Мы уже выяснили размеры швеллера буквой «П» высотой 20 мм, теперь самое время определиться с весом элемента строительной конструкции, а он немаленький – на 1 м приходится 18 кг металла. Поэтому изделие применяется при строительстве монолитных, значительных сооружений:

• это может быть промышленное здание, где предполагается эксплуатация со статичной нагрузкой;
• при обустройстве жилых комплексов;
• создание машиностроительных и металлургических цехов.

Читайте также: Двутавровые балки перекрытия из дерева

Швеллер 20П можно применить на любом этапе строительных работ, где требуется укрепление каркаса, конструкции, придание ее устойчивости.

UE Швеллер ГОСТ 8240-89. Технические характеристики

Металлический, стальной горячекатаный швеллер с параллельными гранями полок UE, ГОСТ 8240-89 государственный стандарт Союза ССР. В таблице приведены характеристики металлического швеллера, изготовленный в соответствии с требованиями стандарта ГОСТ 8240-89

Atgal

Справочник характеристик швеллера стального, справочник металлопроката

Швеллер (гнутый профиль, горячекатаный швеллер) — вид сортового проката, а именно изделие из металла П-образной фоормы. Стальные горячекатаные швеллеры общего и специального назначения высотой от 500 до 400 мм и шириной полок от 32 до 115 мм изготавливают по ГОСТ 8240-97.
Швеллер предназначен для придания жесткости и устойчивости конструкции. Чаще всего используется в больших конструкциях — мостах, колоннах, больших прогонах, межэтажных перекрытиях.

Область применения швеллера:

• в архитектурном стоительстве
• в станкостроении
• в автомобилестроении
• в вагоностроении
• в тяжелом машиностроении

Швеллер стальной горячекатаный (ГОСТ 8240-97)

По форме и размерам швеллер различают:
—У— швеллер с уклоном внутренних граней полок
—П— швеллер с параллельными гранями полока
—Э— швеллеры экономичные с параллельными гранями полок
—Л— швеллер легкой серии с параллельными гранями полок
—С— специальные швеллеры

Масса горячекатнного стального швеллера с внутренним уклоном граней полок (

У)

Условные обозначения:

• h — высота швеллера;
• b — ширина полки швеллера;
• S — толщина стенки швеллера;
• t — толщина полки швеллера;
• R — радиус внутреннего закругления полок швеллера;
• г — радиус закругления полок швеллера.

Характеристики канала – Fosco Connect

1.

Источники шума

Шум в системе связи можно разделить на две широкие категории в зависимости от его источника. Шум, создаваемый компонентами системы связи, такими как резисторы и полупроводниковые активные устройства, называется внутренним шумом. Вторая категория, внешний шум, возникает из-за источников вне системы связи, включая атмосферные, техногенные и внеземные источники.

Атмосферный шум возникает в основном из-за побочных радиоволн, генерируемых естественными электрическими разрядами в атмосфере, связанными с грозами. Его обычно называют статическим или сферическим. На частотах ниже 100 МГц напряженность поля таких радиоволн обратно пропорциональна частоте. Атмосферный шум характеризуется во временной области высокоамплитудными кратковременными всплесками и является одним из ярких примеров шума, называемого импульсным. Из-за этой обратной зависимости от частоты атмосферный шум влияет на коммерческое АМ-радиовещание, занимающее диапазон частот от 540 кГц до 1,6 МГц, в большей степени, чем на телевидение и ЧМ-радио, работающие в полосах частот выше 50 МГц.

Источники искусственного шума включают коронный разряд высоковольтной линии электропередач, шум, создаваемый коммутатором в электродвигателях, шум зажигания автомобилей и самолетов и шум коммутационных аппаратов. Шум зажигания и шум переключения, как и атмосферный шум, носят импульсивный характер. Импульсный шум является преобладающим типом шума в коммутируемых проводных каналах, таких как телефонные каналы. Для таких приложений, как передача голоса, импульсный шум является только раздражающим фактором; однако это может быть серьезным источником ошибок в приложениях, связанных с передачей цифровых данных.

Еще одним важным источником искусственного шума являются радиочастотные передатчики, отличные от интересующего. Шум из-за мешающих передатчиков обычно называют радиочастотными помехами (РЧП). РЧ-помехи особенно неприятны в ситуациях, когда приемная антенна находится в среде с высокой плотностью передатчиков, например, при мобильной связи в большом городе.

Внеземные источники шума включают наше солнце и другие горячие небесные тела, такие как звезды. Благодаря своей высокой температуре (6000°C) и относительно близкому расположению к Земле Солнце является интенсивным, но, к счастью, локализованным источником радиоэнергии, распространяющейся на широкий частотный спектр. Точно так же звезды являются источниками широкой и радиоэнергии. Хотя они гораздо дальше и, следовательно, менее интенсивны, чем солнце, тем не менее, в совокупности они являются важным источником шума из-за своего огромного количества. Радиозвезды, такие как квазары и пульсары, также являются источниками радиоэнергии. Радиоастрономы считают такие звезды источником сигнала, а инженеры связи рассматривают такие звезды как еще один источник шума. Диапазон частот солнечного и космического шума простирается от нескольких мегагерц до нескольких гигагерц.

Еще одним источником помех в системах связи является множественность путей передачи. Они могут быть результатом отражения от зданий, земли, самолетов и кораблей или преломления за счет расслоения в передающей среде. Если механизм рассеяния приводит к многочисленным отраженным компонентам, принятый многолучевой сигнал является шумоподобным и называется диффузным . Если составляющая многолучевого сигнала состоит только из одного или двух сильных отраженных лучей, она называется 9.0015 зеркальный . Наконец, ухудшение сигнала в системе связи может произойти из-за случайных изменений затухания в среде передачи. Такие возмущения сигнала называются замираниями , хотя следует отметить, что зеркальное многолучевое распространение также приводит к замираниям из-за конструктивной и деструктивной интерференции принимаемых множественных сигналов.

Внутренний шум возникает из-за случайного движения носителей заряда в электронных компонентах. Он может быть трех основных типов: первый называется тепловой шум , вызываемый беспорядочным движением свободных электронов в проводнике или полупроводнике, возбуждаемым тепловым возбуждением; второй называется дробовым шумом и вызывается случайным прибытием дискретных носителей заряда в такие устройства, как термоэлектронные лампы или полупроводниковые переходные устройства; третий, известный как мерцающий шум , возникает в полупроводниках по механизму, недостаточно изученному, и чем ниже частота, тем сильнее он проявляется.

2. Типы каналов передачи

Существует много типов каналов передачи. Мы обсудим характеристики, преимущества и недостатки трех распространенных типов: каналов распространения электромагнитных волн, каналов направленных электромагнитных волн и оптических каналов. Характеристики всех трех можно объяснить на основе явлений распространения электромагнитных волн. Однако характеристики и области применения каждого из них достаточно различны, чтобы оправдать их рассмотрение по отдельности.

Каналы распространения электромагнитных волн

Возможность распространения электромагнитных волн была предсказана в 1864 году Джеймсом Клерком Максвеллом (1831 — 1879), шотландским математиком, который основывал свою теорию на экспериментальной работе Майкла Фарадея. Генрих Герц (1857–1894), немецкий физик, провел эксперименты между 1886 и 1888 годами, используя быстро колеблющуюся искру для создания электромагнитных волн, тем самым экспериментально подтвердив предсказания Максвелла. Таким образом, во второй половине девятнадцатого века физическая основа для многих современных изобретений, использующих распространение электромагнитных волн, таких как радио, телевидение и радар, уже была создана.

Основной физический принцип заключается в передаче электромагнитной энергии в среду распространения, которой может быть свободное пространство или атмосфера, посредством излучающего элемента, называемого антенной . В зависимости от физической конфигурации антенны и характеристик среды распространения возможно множество различных режимов распространения. Самый простой случай, никогда не встречающийся на практике, — это распространение от точечного источника в среде бесконечной протяженности. Фронты распространяющейся волны (поверхности постоянной фазы) в этом случае были бы концентрическими сферами. Такая модель может быть использована для распространения электромагнитной энергии от дальнего космического корабля к Земле. Другая идеализированная модель, которая аппроксимирует распространение радиоволн от коммерческой широковещательной антенны, представляет собой проводящую линию, перпендикулярную бесконечной проводящей плоскости. Эти и другие идеализированные случаи были проанализированы в книгах по электромагнитной теории. Наша цель — указать на основные аспекты явлений распространения в практических каналах.

За исключением случая распространения между двумя космическими аппаратами в открытом космосе, промежуточная среда между передатчиком и приемником никогда не аппроксимируется свободным пространством. В зависимости от рассматриваемого расстояния и частоты излучаемой волны наземная линия связи может зависеть от распространения по линии прямой видимости, земной или ионосферной скачкообразной волны (см. рисунок ниже).

В таблице ниже перечислены диапазоны частот от 3 кГц до 10 ⁷ ГГц, а также буквенные обозначения микроволновых диапазонов, используемых в радиолокации среди других приложений. Обратите внимание, что полосы частот даны в декадах; полоса VHF имеет в 10 раз больше частотного пространства, чем полоса HF. Во второй таблице ниже показаны некоторые полосы, представляющие особый интерес.

Распределение общих приложений осуществляется по международному соглашению. Существующая система распределения частот находится в ведении Международного союза электросвязи (МСЭ), который отвечает за периодический созыв административных радиоконференций на региональной или всемирной основе (ВАРК до 1995 г.; ВКР 1995 г. и позже, что означает Всемирная конференция радиосвязи). ). В обязанности ВКР входит составление, пересмотр и принятие Регламент радиосвязи , который представляет собой документ для международного управления использованием радиочастотного спектра.

В Соединенных Штатах Федеральная комиссия по связи (FCC) выдает определенные приложения в пределах диапазона, а также лицензии на их использование. FCC управляется пятью уполномоченными, назначаемыми на пятилетний срок президентом и утверждаемыми Сенатом. Один комиссар назначается председателем Президентом.

При более низких частотах или длинных волнах распространяющиеся радиоволны имеют тенденцию следовать за поверхностью земли. На более высоких частотах или коротких длинах волн радиоволны распространяются прямолинейно. Еще одно явление, происходящее на более низких частотах, — это отражение (или преломление) радиоволн ионосферой (рядом слоев заряженных частиц на высоте от 30 до 250 миль над поверхностью земли). Таким образом, для частот ниже примерно 100 МГц возможно распространение с пропуском волны. Ночью, когда нижние слои ионосферы исчезают из-за меньшей ионизации от Солнца (E, F ₁ и F ₂ сливаются в один слой — слой F), более длительное распространение скачкообразной волны происходит в результате отражения от более высокого, единственного отражающего слоя ионосферы.

На частотах выше 300 МГц радиоволны распространяются по линии прямой видимости, поскольку ионосфера не будет преломлять радиоволны в этом частотном диапазоне в достаточной степени, чтобы отразить их обратно на землю. На еще более высоких частотах, скажем выше 1 или 2 ГГц, атмосферные газы (главным образом кислород), водяной пар и осадки поглощают и рассеивают радиоволны. Это явление проявляется в затухании принимаемого сигнала, при этом затухание, как правило, тем сильнее, чем выше частота (имеются резонансные области для поглощения газами, пик которых приходится на определенные частоты). На следующем рисунке показаны конкретные кривые затухания в зависимости от частоты для кислорода, водяного пара и дождя. Возможное затухание от таких атмосферных составляющих необходимо учитывать при проектировании линий СВЧ, которые используются, например, в трансконтинентальных телефонных линиях и линиях связи земля-спутник.

При частоте около 23 ГГц возникает первый резонанс поглощения за счет водяного пара, а при частоте около 62 ГГц возникает второй за счет поглощения кислорода. Этих частот следует избегать при передаче полезных сигналов через атмосферу, иначе будет затрачена чрезмерная мощность (можно, например, использовать частоту 62 ГГц в качестве сигнала для перекрестной связи между двумя спутниками, где атмосферное поглощение не является проблемой, и, таким образом, помешать противнику на земле подслушивать). Другая частота поглощения кислорода приходится на 120 ГГц, а две другие частоты поглощения водяного пара приходятся на 180 и 350 ГГц.

Связь на частотах миллиметрового диапазона (то есть на частоте 30 ГГц и выше) становится все более важной сейчас, когда на более низких частотах так много перегрузок (Спутник передовых технологий, запущенный в середине 1990-х годов, использует полосу частот восходящей линии связи). около 20 ГГц и полоса частот нисходящего канала около 30 ГГц). Связь на частотах миллиметрового диапазона становится все более осуществимой из-за технологических достижений в компонентах и ​​системах. Для наземной передачи широкополосных сигналов были определены две полосы частот 30 и 60 ГГц, полосы LMDS (локальная многоточечная система распределения) и MMDS (многоканальная многоточечная система распределения). При проектировании систем, использующих эти полосы, необходимо проявлять большую осторожность из-за высокого поглощения атмосферы и дождя, а также блокировки такими объектами, как деревья и здания.

Где-то выше 1 ТГц (1000 ГГц) распространение радиоволн приобретает оптический характер. При длине волны 10 мкм (0,00001 м) лазер на углекислом газе обеспечивает источник когерентного излучения, а лазеры видимого света (например, гелий-неоновые) излучают в области длин волн 1 мкм и короче. Наземные системы связи, использующие такие частоты, испытывают значительное затухание в пасмурные дни, а лазерная связь по наземным линиям связи по большей части ограничивается оптическими волокнами. Были проведены анализы использования перекрестных линий лазерной связи между спутниками.

Направляемые электромагнитные каналы

Вплоть до конца двадцатого века самым обширным примером управляемых электромагнитных каналов была часть междугородной телефонной сети, которая использует проводные линии, но это почти полностью заменено оптическим волокном. Связь между людьми, находящимися на другом континенте, впервые была достигнута посредством передачи голосовой частоты (ниже 10 000 Гц) по открытому проводу. Качество передачи было довольно низким. К 1952 было установлено использование типов модуляции, известных как двухполосная и однополосная на высокочастотных несущих. Связь по преимущественно многопарным и коаксиально-кабельным линиям обеспечивала передачу значительно лучшего качества. С завершением строительства первого трансатлантического кабеля в 1956 году межконтинентальная телефонная связь значительно улучшилась.

Ширина полосы на коаксиальных кабельных линиях составляет несколько мегагерц. Потребность в большей пропускной способности инициировала разработку волноводных систем передачи миллиметрового диапазона. Однако с развитием оптических волокон с малыми потерями усилия по улучшению систем миллиметрового диапазона для достижения большей пропускной способности прекратились. Развитие оптических волокон, по сути, сделало концепцию проводного города, в котором цифровые данные и видео могут быть переданы в любой дом или бизнес в городе, почти реальностью. Современные коаксиальные кабельные системы могут передавать только 13 000 голосовых каналов по кабелю, но оптические каналы способны передавать в несколько раз больше (ограничивающим фактором является токовый драйвер для источника света).

Оптические линии связи

Использование оптических линий связи до недавнего времени ограничивалось короткими и средними расстояниями. С прокладкой транстихоокеанских и трансатлантических оптических кабелей в 1988 и начале 1989 года это уже не так. Технологические прорывы, предшествовавшие широкому использованию световых волн для связи, заключались в разработке небольших когерентных источников света (полупроводниковых лазеров), оптических волокон или волноводов с малыми потерями и малошумящих детекторов.

Типичная волоконно-оптическая система связи имеет источник света, который может быть либо светодиодом, либо полупроводниковым лазером, в котором интенсивность света изменяется источником сообщения. Выход этого модулятора является входом в светопроводящее волокно. Приемник или датчик освещенности обычно состоит из фотодиода. В фотодиоде протекает средний ток, пропорциональный оптической силе падающего света. Однако точное число носителей заряда (то есть электронов) является случайным. Выход детектора представляет собой сумму среднего тока, пропорционального модуляции, и шумовой составляющей. Эта шумовая составляющая отличается от теплового шума, создаваемого электроникой приемника, тем, что она носит «импульсный» характер. Его называют дробовым шумом по аналогии с шумом, производимым дробью, попавшей в металлическую пластину. Еще одним источником деградации является дисперсия самого оптического волокна. Например, сигналы импульсного типа, отправленные в волокно, воспринимаются приемником как «размазанные». Потери также возникают в результате соединений между отрезками кабеля и между кабелем и компонентами системы.

Наконец, следует упомянуть, что оптическая связь может осуществляться через свободное пространство.

Нестационарные изменяющиеся во времени характеристики автомобильного канала для различных условий рассеяния на обочине

Нестационарные изменяющиеся во времени характеристики автомобильного канала для различных условий рассеяния на обочине

Скачать PDF

Скачать PDF

• Артикул
• Открытый доступ
• Опубликовано: 22 августа 2022 г.

• Changzhen Li ¹ ,
• Wei Chen ² ,
• Zhonghui Pei ¹ ,
• Fuxing Chang ¹ ,
• Junyi Yu ³ &
• …
• Fan Luo ²

Научные отчеты
том 12 , Номер статьи: 14344 (2022)
Процитировать эту статью

• 166 доступов

• Детали показателей

Предметы

• Электротехника и электроника
• Информационные технологии

Abstract

Благодаря глубокой интеграции технологии беспроводной связи и автомобильной промышленности автомобильная связь стала одной из ключевых технологий, поддерживающих развитие Интернета транспортных средств. Из-за высокой скорости движения транспортных средств и быстрой смены условий распространения беспроводные каналы связи между транспортными средствами (V2V), как правило, нестационарны. Между тем изменчивость характеристик канала V2V очевидна в различных средах рассеяния. Сосредоточив внимание на этих аспектах исследования, в данной статье представлен анализ и сравнение характеристик канала V2V для различных сценариев рассеяния на основе серии 5.9.Измерения гигагерцового канала. Данные измерений собираются из сценариев железного моста, звуконепроницаемой стены и дорожного фонаря. Стационарное время и частота исследуются на основе метода локальных функций рассеяния. Классические характеристики канала, включая профиль задержки мощности, К-фактор Райса, среднеквадратический разброс задержки и среднеквадратический доплеровский разброс, извлекаются в соответствии с принципом распространения. Кроме того, с учетом источника и процесса рождения-гибели компонентов многолучевого распространения (MPC) в различных средах распространения рассеяния представлены и сравниваются результаты идентификации кластеров и статистические результаты. Различные значения параметров канала и различные характеристики канала в различных средах рассеяния могут помочь нам глубже понять канал V2V. Результаты исследования могут быть использованы для проектирования и оптимизации систем автомобильной связи в различных средах рассеяния.

Введение

Интернет транспортных средств (IoV) — важная технология для достижения целей интеллектуальных транспортных средств и интеллектуальных транспортных систем. Это один из наиболее важных сценариев применения технологии мобильной связи пятого поколения и популярное направление исследований в современной индустрии Интернета вещей ^1,2 . Являясь одной из важных базовых технологий защиты, беспроводная связь между транспортными средствами (V2V) является важной частью технологии IoV, которая может предоставлять услуги быстрой и безопасной передачи данных с малой задержкой.

Беспроводная связь между транспортными средствами обычно происходит в сложных условиях распространения. Качество связи и характеристики канала в значительной степени зависят от окружения, особенно в сценариях распространения с большим количеством рассеивателей. По сравнению с традиционной сотовой сетью системы связи V2V имеют множество различных характеристик, таких как малая высота и высокая скорость мобильности антенн передатчика и приемника ³ . Таким образом, влияние окружающих рассеивателей на канал V2V очевидно и его нельзя игнорировать. Потому что это может привести к нестационарной работе каналов V2V ⁴ .

Действительно, нестационарность канала привлекает все большее внимание в исследованиях и анализе автомобильных коммуникаций. Было предложено множество моделей каналов, ориентированных на нестационарную характеристику каналов V2V ^5,6,7 . Напротив, недостаточно литературы для изучения влияния на автомобильную связь различных сценариев рассеяния, таких как рассеиватели разных размеров и конструкций.

Что касается нестационарных характеристик каналов V2V, многие исследовательские усилия сосредоточены на построении моделей каналов на основе геометрии. Следуя теоретической базе классического учебника ⁸ , модель эллипса является наиболее популярной в исследованиях моделирования каналов. \(Jiang\, et.\, al\) ⁹ построили модель автомобильного канала, используя модель эллипса для изображения придорожных рассеивающих сред. Но транспортные средства в этом справочнике считаются статичными и описываются как модель с двумя кругами. Используя аналогичный метод, при моделировании канала эталона \(Лян\, и др.\, др.\) ¹⁰ предполагается, что статические рассеиватели на обеих обочинах равномерно распределены по изменяющимся во времени эллипсам, а мобильные рассеиватели равномерно распределены на изменяющихся во времени участках дороги. Однако можно также предположить, что рассеиватели случайным образом распределены по эллипсу, фокусами которого являются два движущихся автомобиля ¹¹ .

Для специальных сценариев распространения также используются различные геометрические модели для проведения работ по моделированию канала. Для условий туннеля \(Jiang\, et.\, al\) ¹² предлагает использовать двухцилиндровую модель для описания движущихся транспортных средств, а также множественную конфокальную полуэллипсоидную модель для изображения внутренние поверхности стен туннеля. \(Zhao\, et.\, al\) ¹³ предложил модель стохастического рассеяния, основанную на геометрии, в которой для описания стационарного и движущиеся рассеиватели.

Кроме того, в работах по моделированию нестационарных каналов V2V используются и другие модели. Например, в модели ссылки \(Li\, et.\, al\) ¹⁴ , рассматривая эффекты рассеяния различных транспортных средств на каналах V2X, авторы рассматривают транспортные средства как центры рассеяния. В предлагаемой геометрической модели канала V2V в справочнике \(Cheng\, et.\, al\) ¹⁵ предполагается, что мелкие рассеивающие объекты вдоль обочины распределены равномерно линейно.

Из вышеприведенной работы видно, что большинство существующих исследований посвящены моделированию канала в условиях распространения рассеяния. Однако различия во влиянии между разными разбросами задействованы редко. Между тем, как одно из важных средств анализа беспроводной связи, измерение канала также должно быть выполнено для извлечения типичных характеристик канала, получения надежных и реальных результатов и проверки эффективности предлагаемых моделей.

Чтобы описать и охарактеризовать нестационарный автомобильный канал для различных сценариев рассеяния, в этой статье измеряются и анализируются изменяющиеся во времени характеристики в областях железного моста, звуконепроницаемой стены и дорожного фонаря. На основе измерений канала 5,9 ГГц представлены многолучевые компоненты (MPC), вызванные типичными придорожными рассеивателями. Проанализированы изменяющийся во времени профиль задержки мощности, среднеквадратический разброс задержки и среднеквадратический доплеровский разброс. Сравниваются различия влияния на характеристики канала от разных рассеивателей. Основные вклады этой статьи заключаются в следующем.

• Анализируются отличия вносящих вклад ПДК от исследованных разбросов. В этой статье различаются эффекты рассеяния, вызванные различной окружающей средой по обеим сторонам дороги. Анализируются характеристики МПК от разных рассеивателей.

• Сравнивается влияние различных рассеивателей на характеристики автомобильного канала. В этой статье мы провели 3 кампании по измерению канала V2V в различных сценариях рассеяния, включая железный мост, звуконепроницаемую стену и корпуса дорожных фонарей. Исследованы различия эффекта рассеяния, вызванного разными рассеивателями.

• Извлекаются стационарные моменты времени в различных сценариях распространения рассеяния. В этой статье, учитывая нестационарность каналов V2V, вычисляются стационарные времена в средах распространения железного моста, звуконепроницаемой стены и дорожного фонаря, соответственно.

• Проведена кластерная идентификация и статистическая характеристика МПК, вызванных различными рассеивателями. В этой статье, рассматривая источник и процесс рождения-гибели MPC, выполняется идентификация кластера для профиля задержки мощности и статистический анализ межкластерного интервала и постоянной времени затухания внутри кластера.

Оставшаяся часть этого документа организована следующим образом. Раздел «Измерительная кампания» содержит описание измерительных кампаний канала V2V. В разделе «Изменяющиеся во времени характеристики канала» анализируются изменяющиеся во времени характеристики канала, включая стационарное время, мощность и задержку MPC, среднеквадратический разброс задержки и среднеквадратический доплеровский разброс в различных сценариях рассеяния. В разделе «Идентификация кластеров и статистические результаты» представлена ​​идентификация кластеров и статистические результаты ПДК. Наконец, в разделе «Заключение» подводятся итоги.

Кампания по измерению

Сценарии измерения

Кампании по измерению проводятся в Ухане, Китай. Сценарии измерения настроены на три типа случаев с различными средами рассеяния на обочине, включая железный мост, звуконепроницаемую стену и корпуса дорожных фонарей.

• Сценарий 1: Железный мост. Мост — обычное дорожное сооружение в некоторых городах с внутренними реками или озерами. В этом измерении мост представляет собой висячий мост через реку Янцзэ, как показано на рис. 1а. Основные конструкции моста включают три большие железные тросовые башни и несколько железных тросов по обеим сторонам моста. В нашем измерении две измерительные машины ехали в одном направлении, по очереди проезжая через три железные башни. Во время измерения транспортное средство TX сначала продолжает двигаться позади транспортного средства RX. Примерно через 10 с транспортное средство TX обогнало транспортное средство RX. Из-за большой высоты железных башен почти нет других препятствий между транспортными средствами и вершиной башни, а это означает, что между измерительными машинами и железными башнями будет существовать очевидный путь прямой видимости. Однако железные тросы рядом с мостом и другими частями железных башен будут создавать эффекты отражения.

• Сценарий 2: Звуконепроницаемая стена. Звукоизоляционная стена обычно появляется на виадуках, построенных в городских районах, с целью снижения шума и обеспечения нормальной и спокойной жизни жителей вблизи виадуков. Структура звуконепроницаемой стены обычно состоит из звуковых барьеров и металлических каркасов, как показано на рис. 1b. Наличие звуконепроницаемой стены превращает среду распространения в полузакрытую сцену, что приводит к некоторым другим характеристикам канала по сравнению с характеристиками в традиционных сценариях распространения. В то же время этого измерения некоторые другие транспортные средства проезжали мимо транспортных средств измерения. Между тем, рядом с виадуком также много зданий большой высоты. Поэтому проезжающие транспортные средства и здания приведут к некоторым путям отражения.

• Сценарий 3: Дорожный фонарь. Этот сценарий выбран на мосту с широким обзором, как показано на рис. 1c. В этом измерении автомобили проезжали между двумя рядами дорожных фонарей, аккуратно расположенных на обочине. Дорожные фонари подпирают железными столбами. В данном случае, кроме отдаленных зданий, основным источником отражения будут дорожные фонари у дороги, металлические дорожные знаки и другие проезжающие транспортные средства.

Согласно приведенному выше описанию, мы можем обнаружить, что общим для трех сценариев измерения является наличие отражений, вызванных рассеивателями рядом с дорогой. Однако следует отметить, что рассеиватели не одинаковы. Следовательно, приведет ли это к различному влиянию на характеристику автомобильного канала, это вопрос, который нам необходимо исследовать в следующей работе.

Рисунок 1

Сценарии измерений. ( a ) Железный мост. ( b ) Звукоизоляционная стена. ( c ) Дорожный фонарь.

Изображение в полный размер

Измерительное оборудование

В этой статье наши кампании по измерению проводятся с использованием эхолота радиоканала, предоставленного Super Radio AS и Норвежским университетом науки и технологий (NTNU) ¹⁶ . Измерительная система состоит из следующих частей:

• TX и RX: Передатчик (TX) эхолота канала выполняет измерение с одним входом и одним выходом (SISO) и излучает сигнал ЛЧМ. Мощность части TX составляет 16 дБм. Несущая частота установлена ​​на 5,9ГГц с полосой частот 100 МГц. Приемник (RX) может принимать 1933 сигнала в секунду. Каждый сигнал щебета содержит 2560 выборок.

• Антенна TX: Антенны TX устанавливаются на крыше транспортных средств-передатчиков на высоте 1,53 м, 1,57 м и 1,57 м с усилением антенны 2 дБи, 2 дБи и 2 дБи для измерений 1, 2 и 3 соответственно.

• RX-антенна: RX-антенны крепятся к крыше транспортных средств-приемников. Их высоты для измерений 1, 2 и 3 составляют 1,50 м, 1,50 м и 1,78 м, а коэффициенты усиления антенны составляют 2 дБи, 2 дБи и 10 дБи соответственно.

• Прочее: во время каждого измерения используются два компьютера для сбора и сохранения информации в реальном времени, включая данные измерений, данные глобальной системы позиционирования (GPS) и скорости транспортных средств TX и RX. Более того, видео записывается в течение всего измерения.

Таблица 1 Параметры измерения.

Полноразмерный стол

Таб. 1 приведены подробные настройки параметров для трех измерений. Все антенны, используемые в измерениях, являются всенаправленными для более точного сбора данных измерений.

Характеристики канала, изменяющиеся во времени

Стационарное время

Автомобильная связь обычно происходит в быстро меняющейся и мобильной среде вождения. В этих средах распространения рассеиватели распределяются по обеим сторонам дороги. При движении транспортных средств рассеиватели приведут к тому, что в автомобильном канале возникнет нестационарный процесс замирания ^17,18 .

Для нестационарных каналов стационарное время является важной характеристикой, при которой анализ автомобильного канала может быть упрощен в предположении стационарного в широком смысле и некоррелированного рассеяния (WSSUS). Поэтому для измерения стационарного времени в данной работе используется коллинеарность локальной функции рассеяния. Значение коллинеарности изменяется от 0 до 1. Большее значение представляет аналогичную спектральную плотность мощности между соседними локальными функциями рассеяния, где процесс замирания можно считать квазистационарным. А стационарное время определяется как диапазон времени, в котором коллинеарность превышает пороговое значение \(\alpha _{{\mathrm{th}}}\) = 0,9.{(k_t)}\) — векторизованная локальная функция рассеяния в данный момент времени \(k_t\). \(n\in \{0,\cdots ,N-1\}\) обозначает индекс задержки, а \(p\in \{-M/2,\cdots ,M/2-1\}\) показатель частоты. При этом \(k_{{\mathrm{t}}}\), \(k_{{\mathrm{f}}}\) являются индексом последовательной стационарной области во времени и частоте.

Рисунок 2

Коллинеарность во времени и стационарное время для измерений. ( a , b ) Железный мост. ( с , д ) Звукоизоляционная стена. ( e , f ) Придорожный фонарь.

Изображение в натуральную величину

В нашем анализе мы определяем \(t_{{\mathrm{s}}}\), \(M_t\), \(\Delta t\) как временное разрешение, размер минимального стационарного область во времени и временной сдвиг между последовательными стационарными областями соответственно. Таким образом, стационарное время \(T_{{\mathrm{stat}}}\) можно рассчитать по уравнению (2).

$$\begin{align} T_{{\mathrm{stat}}}[k_{{\mathrm{t}}}]=t_{{\mathrm{s}}}(M_t-\Delta t)+ t_{{\mathrm{s}}}\Delta t\left( \sum\limits _{\Delta k_{{\mathrm{t}}}=1-k_{{\mathrm{t}}}}^{ K_{{\mathrm{t}}}-k_{{\mathrm{t}}}}\alpha [k_{{\mathrm{t}}},k_{{\mathrm{t}}}+\Delta k_ {{\ mathrm{t}}}]\right) \end{align}$$

(2)

Здесь \(\alpha \) — индикаторная функция, которая определяется как

$$\begin{aligned} \alpha [k_{{\mathrm{t}}},k_{{ \mathrm{t}}}+\Delta k_{{\mathrm{t}}}]= {\left\{ \begin{array}{ll} 1&{} c_{{\mathrm{t}}}[k_ {{\mathrm{t}}},k_{{\mathrm{t}}}+\Delta k_{{\mathrm{t}}}]>\alpha _{{\mathrm{th}}}\\ 0& {} {\text {иначе}}. \конец{массив}\право. } \end{aligned}$$

(3)

Согласно методу, указанному в справочнике \(Bernad\acute{o}\, et.\, al\) ¹⁹ , мы устанавливаем размер минимальной стационарной области в \(M_t\) = 40 выборок с 20,7 мс. И тогда, скользящий сдвиг, половина \(M_t\), \(\Delta t\) равна 20 с разрешением 10,3 мс в \(T_{{\mathrm{stat}}}\). Анализ в частотной области проводится точно так же, за исключением минимальной стационарной области другой размерности \(N_f\), где \(N_f\) равно 512 при 20 МГц и скользящего сдвига частоты \(\Delta f\ ) составляет 128 с разрешением 5 МГц в \(F_{{\mathrm{stat}}}\).

На рис. 2a–e показана коллинеарность во времени измерений в условиях железного моста, звуконепроницаемой стены и придорожных фонарей соответственно. Для коллинеарности во времени высокое значение между \(k_t\) и \(\Delta k_t\) можно рассматривать как аналогичную спектральную плотность мощности без быстрого изменения канала в течение этого временного интервала. Между тем стационарное время после применения порога \(\alpha _{{\mathrm{th}}}\) = 0,9 показано на рис.  2b–f. Кроме того, минимальные значения \(T_{{\mathrm{stat}}}\) и \(F_{{\mathrm{stat}}}\), 5%-ная вероятность простоя, среднее значение и значения стандартного отклонения \(T_{ {\mathrm{stat}}}\) и \(F_{{\mathrm{stat}}}\) представлены в табл. 2.

Из приведенных выше результатов видно, что значения минимального стационарного времени, полученные из трех измерений, аналогичны (около 10,35 мс). Однако значения 5%-ной вероятности простоя и среднего стационарного времени различны. Статистические результаты показывают, что для стационарного времени средние значения и значения 5% вероятности отключения больше в сценариях с железным мостом и дорожным фонарем, чем значения, полученные в сценарии со звуконепроницаемой стеной. Статистические результаты стационарной частоты аналогичны результатам стационарного времени. Это означает, что каналы V2V в сценариях с железным мостом и дорожным фонарем более стационарны, чем в сценарии со звуконепроницаемой стеной. Причина в том, что среда распространения относительно открыта в сценариях железного моста и дорожного фонаря с устойчивыми железными цепями и металлическими опорами. Напротив, наличие звуконепроницаемых стен по обеим сторонам дороги образует относительно закрытую среду распространения, что приводит к тому, что окружающие транспортные средства с большой мобильностью и хаотичностью являются основными рассеивателями. Следовательно, эти факторы приводят к нестационарному каналу в сценарии со звуконепроницаемой стеной. Наш результат согласуется с выводом, сделанным на основе сценариев в туннеле и на мостике в ссылке \(Bernad\acute{o}\, et.\, al\) ¹⁹ .

Таблица 2 Статистические результаты стационарного времени.

Полная таблица

Профиль задержки мощности

При анализе характеристик беспроводного канала профиль задержки мощности (PDP) обычно используется для описания принимаемой мощности MPC в течение периода задержки распространения от \(\tau \) до (\(\тау\) + \(\Дельта\) \(\тау\)). После обработки данных измерений канала мы можем получить дискретную импульсную характеристику канала (CIR) \(h(T_{\mathrm {C}} n, \Delta \tau _{\min} m)\) с помощью обратного преобразования Фурье на передаточная функция канала по частоте. Тогда мгновенная PDP \(P(T_{\mathrm {C}} n, \Delta \tau _{\min} m)\) может быть получена по уравнению (4). 9{2} \end{aligned}$$

(4)

где \(T_{\mathrm {C}}n\) обозначает время измерения t , \(n\in \{0, 1 , \cdots , N_c-1\}\). \(N_c\) — общее количество щебетов в единицу времени. \(\Delta\tau _{\min} m\) представляет собой задержку \(\tau \), \(m\in \{0, 1, \cdots , N_s-1\}\). \(N_s\) — количество выборок на щебет. В этой статье, согласно настройке параметров эхолота канала, \(N_c\) равно 1933 в секунду, а \(N_s\) равно 2560.

Затем мы определяем \(N_{\mathrm {w}}\) как длина квазистационарного окна и \(j\in \{1, 2,\ldots , N_J\}\) в качестве индекса окна. \(N_{\mathrm {J}}\) представляет количество квазистационарных окон. \(t_j=N _{\mathrm {w}}\cdot (j-1)\cdot T _{\mathrm {C}}\) обозначает время 9{j \ cdot N _ {\ mathrm {w}}} P (T _ {\ mathrm {C}} n, \ Delta \ tau _ {\ min } m) \ end {align} $ $

(5)

Рисунок 3

Профили задержки мощности для измеренных сценариев. ( a ) Железный мост. ( b ) Звукоизоляционная стена. ( c ) Придорожный фонарь.

Полноразмерное изображение

Основываясь на принципе беспроводного распространения и результатах измерений, мы извлекаем мгновенные PDP для трех сценариев измерения. Мгновенные PDP за время измерения показаны на рис. 3. Результат также представляет взаимосвязь между принятой мощностью и задержкой, из которой можно наблюдать явление многолучевого распространения, вызванное различными рассеивателями, в трех сценариях измерения.

Для измерения 1 (случай железного моста) можно наблюдать несколько МПК с большой мощностью и большим временем жизни, которые отмечены белыми кружками на рис. 3а. Эти ПДК вызваны кабельными башнями на железном мосту. Также можно заметить, что транспортные средства измерения, приближающиеся к кабельным опорам, приведут к МПК с небольшой задержкой и большой мощностью, а транспортные средства, покидающие кабельную вышку, приведут к МПК с большой задержкой и слабой мощностью. Наибольшая задержка может достигать 2500 нс при соответствующей дальности распространения 750 м. Кроме того, МПК также могут быть вызваны тросами железного моста, однако с коротким сроком службы и относительно слабой мощностью. Чтобы отличить их от предыдущих компонентов, эти слабые ПДК отмечены белыми квадратами на рис. 3а.

Для измерения 2 (случай звуконепроницаемой стены) основные MPC создаются железными каркасами звуконепроницаемых стен, такими как пути, отмеченные белым эллипсом на рис. 3b. Каркасы звуконепроницаемых стен закреплены по обеим сторонам дороги. Таким образом, задержка и мощность МПК изменяются при приближении или выезде машин из железных рам. Между тем, другие проезжающие транспортные средства также могут привести к ПДК. Однако MPC, созданные другими транспортными средствами, имеют небольшую задержку, слабую мощность и короткий срок службы, как показано белыми стрелками на рис. 3b. Кроме того, иногда можно наблюдать влияние высоких зданий у дороги.

Для измерения 3 (корпус дорожного фонаря) металлические столбы дорожного фонаря плотно расположены по обеим сторонам дороги, что приводит к большому количеству ПДК. Эти пути распространения имеют относительно небольшую задержку около 1000 нс при соответствующем расстоянии распространения 300 м. Мы используем белый квадрат, чтобы выделить эти MPC, как показано на рис. 3c. Благодаря измерению, проведенному на открытом мосту через озеро, очевидно также наблюдается влияние больших дорожных знаков. При этом можно заметить, что МПК, вызванные большими металлическими дорожными знаками, имеют большую задержку и относительно сильную мощность, которые отмечены на рисунке белыми стрелками.

Из вышеприведенного анализа можно сделать вывод, что MPC, как правило, создаются окружающими рассеянными частицами, особенно рассеянными частицами, покрытыми металлической поверхностью или имеющими большой размер. В трех измерениях железная вантовая башня моста, большие металлические дорожные знаки и большие здания приводят к богатым MPC с большой задержкой и высокой мощностью. Между тем, железные мостовые тросы, металлические каркасы звуконепроницаемых стен, дорожные фонарные столбы и проезжающие транспортные средства также могут привести к ПДК. 2}\справа) \end{выровнено}$$ 92\) — мощность зеркальной части (линейная составляющая) и диффузной части (остальные МПК, кроме ЛОС-компоненты) соответственно.

По результатам измерений извлекается К-фактор Райса для трех измерений, и их кумулятивные функции распределения (ФПР) представлены на рис. 4. Можно обнаружить, что среднее значение К-фактора Райса для 3 измерения в сценариях с железным мостом, звуконепроницаемой стеной и дорожным фонарем составляют 3,39 дБ, 0,67 дБ и 3,96 дБ со стандартным отклонением 2,49.дБ, 3,18 дБ и 2,57 дБ соответственно. Результаты показывают, что средние значения К-факторов Райса в сценариях с железным мостом и дорожным фонарем больше, чем в сценарии со звуконепроницаемой стеной. Причина в том, что относительная открытость сред распространения в корпусах железных мостов и дорожных фонарей делает компонент LOS доминирующим. Таким образом, мы получаем большее значение К-фактора Райса. Напротив, среда распространения в звуконепроницаемом стенном корпусе является полузакрытой. Влияние эффекта многолучевости от проезжающих транспортных средств очевидно. Это также можно обнаружить по большому стандартному отклонению К-фактора Райса, что указывает на то, что процесс, на который влияют ПДК, варьируется. 9{2} \end{aligned}$$

(7)

где \(\nu = r\cdot \Delta \nu \) обозначает доплеровский сдвиг частоты с единицей измерения Гц. \(f _{\mathrm {dft}}[ \cdot]\) выражает дискретное преобразование Фурье (DFT). \(\Delta \nu \) представляет доплеровское разрешение. Параметр \(r = \{r_{\min}, r_{\min}+1, r_{\min}+2,\ldots, r_{\max}\}\) является значением области.

Аналогично, средний доплеровский спектр задержки \(P_B(t_j,r \Delta \nu )\) может быть получен на основе уравнения (7), в соответствии с тем же методом операции между уравнениями (4) и (5 ). 9{r _ {\ max }} P _ {\ mathrm {B}} (t_ {j}, r \ Delta \ nu)}. \end{align}$$

(11)

Кроме того, при анализе среднеквадратичной задержки и среднеквадратичного доплеровского разброса следует установить порог, чтобы избежать влияния паразитных составляющих. Согласно ссылке \(Fang\,et.\, al\) ²⁰ , мы установили порог на 6 дБ выше среднего уровня шума в нашем анализе. Затем, на основе результатов измерений, CDF среднеквадратичного разброса задержки и среднеквадратичного доплеровского разброса трех измерений представлены на рис. 5a,b. Статистические результаты показывают, что средние значения среднеквадратичного разброса задержки в корпусах железного моста, звуконепроницаемой стены и дорожного фонаря составляют 4,54 нс, 4,48 нс и 4,65 нс со стандартным отклонением 0,38 нс, 0,44 нс и 0,41 нс соответственно. Можно заметить, что разница влияния окружения на разброс среднеквадратичной задержки не очень очевидна в наших 3 измерениях.

Из рис. 5b видно, что самый большой среднеквадратический доплеровский разброс 218,4 Гц с наибольшим стандартным отклонением 65,5 Гц появляется при измерении сценария со звуконепроницаемой стеной. Это согласуется с выводами, полученными при анализе К-фактора Райса, который обусловлен полузамкнутой средой распространения и влиянием эффекта многолучевости от проезжающих транспортных средств. {K_{l }} \Bigg \{\bigg [20\log _{10}(c_{1,1})-\left( \frac{T_{l}}{\Gamma} +\frac{\tau _{k, l}}{\gamma }\right) \\&\quad \cdot 10\log _{10}(\mathrm {e})\bigg ]\cdot \delta \left( \tau -T_{l}-\ тау _{k, l}\right) \Bigg \}\\ \end{aligned} \end{aligned}$$

(12)

где \(c_{1,1}\) представляет собой амплитуду 1-го МПК в 1-м кластере. L и \(K_{l}\) обозначают общее количество кластеров в мгновенном PDP и общее количество MPC в l -м кластере соответственно. \(T_{l}\) — задержка прибытия 1-го пути в кластере l . Для l -го кластера \(\tau _{k, l}\) представляет собой избыточную задержку k -го пути относительно 1-го пути по определению \(\tau _{1 , 1}=0\). \(\Gamma \) и \(\gamma \) представляют постоянную времени распада скопления и постоянную времени распада внутри скопления соответственно.

Рисунок 6

Результат идентификации кластера для измерений. ( a ) Железный мост. ( b ) Звукоизоляционная стена. ( c ) Придорожный фонарь.

Изображение полного размера

В общем случае целью моделирования PDP можно считать получение задержки прихода 1-го пути в l -го кластера \(T_{l}\), постоянной времени распада кластера \(\Gamma\) и постоянной времени внутрикластерного распада \(\gamma\), т.е. идентификации скоплений. Поэтому мы принимаем методологию, основанную на теории эксцесса и региональной конкуренции, на которую ссылается Gentile ²³ для идентификации кластера. Результаты идентификации кластеров для трех измерений представлены на рис. 6. Отмечено, что кластеры LOS и MPC могут быть хорошо идентифицированы. Между тем, мы также можем обнаружить, что распределения задержки большинства кластеров MPC сосредоточены в пределах или около 1000 нс, что означает, что основное влияние MPC приходится на разбросы около 300 м для автомобильной связи. Тем не менее, все еще существует разница между распределением ПДК из-за разного окружения в трех сценариях измерения. В случае железного моста мы можем наблюдать, что некоторые МПК имеют неигнорируемую энергию с большой задержкой, например, путь отражения с задержкой 3120 нс с мощностью \(-32,6 \,\hbox {дБ}\) (соответствующее расстояние распространения равно 936 м). А в случае дорожного фонаря мы можем наблюдать некоторые пути отражения с большой задержкой, но энергия распространения относительно слабая (например, пути на 2130 нс с мощностью \(-48,1\,\hbox {дБ}\) и при 2910 нс мощностью \(-48,46 \,\hbox {дБ}\)). По сравнению с этими двумя случаями, в сценарии со звуконепроницаемой стеной наблюдается редкий путь отражения с большой задержкой, где можно наблюдать только один путь на 1420 нс с мощностью \(-23,6 \,\hbox {дБ}\). Причина в том, что среда распространения относительно закрыта из-за наличия звуконепроницаемых стен по обеим сторонам дороги.

При идентификации кластера и моделировании PDP постоянная времени распада кластера и постоянная времени распада внутри кластера являются двумя важными параметрами. В этой статье мы также проводим анализ двух ключевых параметров путем извлечения межкластерного интервала и обратной величины постоянной времени затухания внутри кластера. Межкластерный интервал между ( l -1)-м кластером и l -м кластером определяется как \(\Delta T_l = T_l-T_{l-1} (l\ge 2)\) . И величина, обратная постоянной времени внутрикластерного распада, является важной частью функции распада луча.

Рисунок 7

Статистические результаты межкластерного интервала и константы внутрикластерного распада. ( a ) Межкластерный интервал. ( b ) Обратная величина постоянной времени внутрикластерного распада.

Изображение в полный размер

На рис. 7 представлены статистические результаты межкластерного интервала и константы внутрикластерного затухания. Можно обнаружить небольшую разницу в межкластерных интервалах между результатами, полученными при измерениях звуконепроницаемых корпусов стен и дорожных фонарей. 90% межкластерного интервала находится в пределах 740 нс для обоих извлеченных из них результатов. Однако 90% межкластерного интервала находится в пределах 970 нс в сценарии измерения железного моста. Это вызвано отражением от железной башни с большой задержкой и сильной мощностью. Тот же вывод можно наблюдать из статистических результатов, обратных константам времени внутрикластерного распада. Кроме того, результат показывает, что величины, обратные постоянным времени распада внутри скопления, следуют экспоненциальному распределению с параметрами скорости 0,034 ГГц, 0,029ГГц и 0,036 ГГц соответственно.

Заключение

В этой статье обсуждаются нестационарные характеристики автомобильного канала для различных сред придорожного рассеяния с акцентом на влияние различных рассеивателей. Данные измерений собираются из трех измерений канала V2V в различных средах рассеяния, включая железный мост, звуконепроницаемую стену и сценарии дорожного фонаря. Извлекаются стационарное время и частота, профиль задержки мощности, К-фактор Райса, среднеквадратический разброс задержки и среднеквадратический доплеровский разброс. С учетом процесса рождения-гибели МПК также проводится кластерная идентификация. Результаты анализа стационарного времени и частоты показывают, что канал V2V в сценарии со звуконепроницаемой стеной более стабилен, чем в сценариях с железным мостом и дорожным фонарем. По результатам анализа MPC можно обнаружить, что металлическая вантовая опора на мосту может вызывать насыщенные MPC с большой задержкой и большой мощностью. Металлические каркасы звуконепроницаемых стен и столбы дорожных фонарей также могут вести к МПК, однако с небольшим запаздыванием и слабой мощностью из-за их малых размеров. Между тем, в относительно закрытой среде распространения звуконепроницаемой стены нельзя игнорировать влияние других проезжающих транспортных средств. Кроме того, также можно обнаружить, что большая металлическая кабельная башня может сделать большой межкластерный интервал и обратную величину времени затухания внутри кластера постоянной. Эти результаты могут служить ориентиром для проектирования и оптимизации автомобильной сети беспроводной связи.

Доступность данных

Наборы данных, использованные и/или проанализированные в ходе текущего исследования, доступны у соответствующего автора по обоснованному запросу.

Ссылки

1. Ji, B. et al. Обзор транспортных средств в Интернете: сетевые архитектуры и приложения. IEEE Комм. Стоять. Маг. 4 , 34–41 (2020).

   Артикул

   Google ученый

2. Wijethilaka, S. & Liyanage, M. Исследование сегментации сети для реализации Интернета вещей в сетях 5G. Комм. IEEE. Surv. Репетитор. 23 , 957–994 (2021).

   Артикул

   Google ученый

3. Молиш, А. Ф., Тафвессон, Ф., Каредал, Дж. и Мекленбраукер, К. Ф. Обзор каналов распространения между транспортными средствами. Проводной IEEE . коммун. 16 , 12–22 (2009).

   Артикул

   Google ученый

4. Ян М. и др. Характеристика нестационарного автомобильного канала в сложных сценариях. IEEE Trans. Вех. Технол. 70 , 8387–8400 (2021).

   Артикул

   Google ученый

5. Пайер, А. и др. . Характеристика автомобильного канала, отличного от wssus, на шоссе и в городских условиях на частоте 5,2 ГГц с использованием функции локального рассеяния. В 2008 г. международный семинар itg по интеллектуальным антеннам , 9–15 (IEEE, 2008 г.).

6. Уолтер М., Шутин Д., Шмидхаммер М., Матолак Д. В. и Зайич А. Геометрический анализ доплеровской частоты для общих нестационарных трехмерных каналов между мобильными устройствами на основе вытянутых сфероидальных координат . IEEE Trans. Вех. Технол. 69 , 10419–10434 (2020).

   Артикул

   Google ученый

7. «>

   Бьян, Дж., Ван, С.-Х., Гао, X., Ю, X. и Чжан, М. Общая трехмерная модель нестационарного беспроводного канала для сетей 5G и выше. IEEE Trans. Провод. коммун. 20 , 3211–3224 (2021).

   Артикул

   Google ученый

8. Петцольд, М. Мобильные радиоканалы (John Wiley & Sons, Нью-Джерси, 2011 г.).

   Книга

   Google ученый

9. Цзян, Х., Чжан, З., Ву, Л. и Данг, Дж. Модель канала рассеяния между транспортными средствами на основе нестационарной геометрии. IEEE Комм. лат. 22 , 1510–1513 (2018).

   Артикул

   Google ученый

10. Лян, X., Чжао, X., Ли, Ю., Ли, С. и Ван, Q. Модель уличного рассеяния на основе нестационарной геометрии для широкополосных каналов mimo между транспортными средствами. Провод. Перс. коммун. 90 , 325–338 (2016).

    Артикул

    Google ученый

11. Уолтер М., Шутин Д. и Фибиг У.-К. Зависящие от задержки доплеровские функции плотности вероятности для каналов рассеяния от транспортного средства к транспортному средству. IEEE Trans. Антенны Распространение. 62 , 2238–2249 (2014).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ
    Статья

    Google ученый

12. Цзян, Х., Чжан, З., Ву, Л., Данг, Дж. и Гуй, Г. Трехмерная нестационарная широкополосная модель канала на основе геометрии для межмашинной связи между транспортными средствами в условиях туннеля. IEEE Trans. Вех. Технол. 68 , 6257–6271 (2019).

    Артикул

    Google ученый

13. Чжао, X., Лян, X., Ли, С. и Ай, Б. Двухцилиндровый и многокольцевой gbssm для реализации и моделирования широкополосных каналов mimo между транспортными средствами. IEEE Trans. Интел. Транс. Сист. 17 , 2787–2799 (2016).

    Артикул

    Google ученый

14. Ли, Г., Ай, Б., Штюбер, Г.Л., Гуан, К. и Ши, Г. О моделировании рассеяния транспортных средств в ближней зоне в беспроводных каналах связи между транспортными средствами на основе центров рассеяния. IEEE Access 7 , 3264–3274 (2018 г.).

    Артикул

    Google ученый

15. Ченг Л., Стэнсил Д. Д. и Бай Ф. Модель рассеяния на обочине для канала связи между транспортными средствами. IEEE J. Сел. Районы общ. 31 , 449–459 (2013).

    Артикул

    Google ученый

16. Фироози, Ф., Борхани, А. и Петцольд, М. Экспериментальная характеристика мобильных каналов с замираниями с целью разработки неносимых радиосистем обнаружения падения на частоте 5,9 ГГц. В 2016 Международная конференция IEEE по системам связи (ICCS) , 1–6 (IEEE, 2016).

17. Бернадо, Л., Земен, Т., Туфвессон, Ф., Молиш, А. Ф. и Мекленбройкер, К. Ф. Изменяющийся во времени и частоте \(k)-фактор нестационарных автомобильных каналов для сценариев, важных для безопасности . IEEE Trans. Интел. трансп. Сист. 16 , 1007–1017 (2015).

    Артикул

    Google ученый

18. Бернадо, Л., Земен, Т., Тафвессон, Ф., Молиш, А. Ф. и Мекленбройкер, К. Ф. Задержка и доплеровские разбросы нестационарных автомобильных каналов для сценариев, связанных с безопасностью. IEEE Trans. Вех. Технол. 63 , 82–93 (2014).

    Артикул

    Google ученый

19. Бернадо, Л., Земен, Т., Тафвессон, Ф., Молиш, А. Ф. и Мекленбройкер, К. Ф. (Не)верность предположения WSSUS в автомобильных радиоканалах. В PIMRC , 1757–1762 (2012).

20. Fang, C. et al. Результаты испытания распространения внутри помещения и внутри помещения на улице на частоте 2,6 ГГц. In 2012 Loughborough Antennas & Propagation Conference (LAPC) , 1–4 (IEEE, 2012).

21. Molisch, A. F. Беспроводная связь Vol. 34 (John Wiley & Sons, Нью-Джерси, 2012 г.).

    Google ученый

22. Мейеринк, А. и Молиш, А. Ф. О физической интерпретации модели Салеха-Валенсуэлы и определении ее профилей задержки мощности. IEEE Trans. Антенны Распространение. 62 , 4780–4793 (2014).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ
    Статья

    Google ученый

23. Джентиле, К. Использование меры эксцесса для идентификации кластеров в импульсных характеристиках беспроводного канала. IEEE Trans. Антенны Распространение. 61 , 3392–3395 (2013).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ
    MathSciNet
    Статья

    Google ученый

Скачать ссылки

Благодарности

Авторы хотели бы выразить свою искреннюю благодарность Super Radio AS, Норвежскому университету науки и технологии и Уханьскому технологическому университету за их ресурсы в виде эхолота и данных. анализ.

Финансирование

Этот документ является результатом исследовательского проекта, частично финансируемого Национальным фондом естественных наук Китая (№ 52102399) и частично Фондом фундаментальных исследований центральных университетов (№ 2022IVA039).

Информация об авторе

Авторы и организации

1. Школа информационных технологий, Уханьский технологический университет, Ухань, 430070, Китай

   Чанчжэнь Ли, Чжунхуэй Пей и Фусин Чанг

2. Школа автоматизации, Технологический университет Ухан, Wuhan, 430070, China

   Wei Chen & Fan Luo

3. Пекин Metaradio Technologies Co. , Ltd, Beijing, 100028, China 9000

   705105108108108108108108108181081081081818181818181818181818181818181810818108108108108108108108108101010107101071 гг. Авторы

   1. Changzhen Li

      Посмотреть публикации автора

      Вы также можете искать этого автора в
      PubMed Google Scholar

   2. Wei Chen

      Посмотреть публикации автора

      Вы также можете искать этого автора в
      PubMed Google Scholar

   3. Zhonghui Pei

      Просмотр публикаций автора

      Вы также можете искать этого автора в
      PubMed Google Scholar

   4. Fuxing Chang

      Просмотр публикаций автора

      Вы также можете искать этого автора в
      PubMed Google Scholar

   5. Junyi Yu

      Просмотр публикаций автора

      Вы также можете искать этого автора в
      PubMed Google Академия

   6. Fan Luo

      Посмотреть публикации автора

      Вы также можете искать этого автора в
      PubMed Google Scholar

   Contributions

   C. L., W.C. и Дж.Ю. участвовали в разработке концепции исследования. З.П., Ф.К. и Ф.Л. провел исследование и собрал данные. Все авторы внесли свой вклад в подготовку статьи.

   Автор, ответственный за переписку

   Фань Луо.

   Декларации этики

   Конкурирующие интересы

   Авторы заявляют об отсутствии конкурирующих интересов.

   Дополнительная информация

   Примечание издателя

   Springer Nature остается нейтральной в отношении юрисдикционных претензий в опубликованных картах и ​​институциональной принадлежности.

   Права и разрешения

   Открытый доступ Эта статья находится под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 International License, которая разрешает использование, совместное использование, адаптацию, распространение и воспроизведение на любом носителе или в любом формате при условии, что вы укажете соответствующую ссылку на оригинальный автор(ы) и источник, предоставьте ссылку на лицензию Creative Commons и укажите, были ли внесены изменения. Изображения или другие сторонние материалы в этой статье включены в лицензию Creative Commons на статью, если иное не указано в кредитной строке материала. Если материал не включен в лицензию Creative Commons статьи, а ваше предполагаемое использование не разрешено законом или выходит за рамки разрешенного использования, вам необходимо получить разрешение непосредственно от правообладателя. Чтобы просмотреть копию этой лицензии, посетите http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

   Перепечатка и разрешения

   Об этой статье

   Комментарии

   Отправляя комментарий, вы соглашаетесь соблюдать наши Условия и правила сообщества. Если вы обнаружите что-то оскорбительное или не соответствующее нашим условиям или правилам, отметьте это как неприемлемое.

   Скачать PDF

   Bankfull сток и характеристики русла водотоков в штате Нью-Йорк

   
   

   Авторы: Кристиан И. Малвихилл, Барри П. Бальдиго , Сара Дж. Миллер, Дуглас ДеКоски и Джоэл Дюбуа

   https://doi.org/10.3133/sir20095144

   Твит

   ссылки

   • Дополнительная информация:
     Индексная страница Геологической службы США
     (html)
   • Документ:
     Документ
     (pdf)
   • Связанные работы:
     • Отчет о научных исследованиях 2004-5247
       — Региональные уравнения для полноводного стока и характеристик русла водотоков в штате Нью-Йорк — гидрологический регион 5 в центре Нью-Йорка
     • Отчет о научных исследованиях 2005-5100
       — Региональные уравнения для полноводного стока и характеристики русла водотоков в штате Нью-Йорк — гидрологический регион 6 в южной части штата Нью-Йорк
     • Отчет о научных исследованиях 2006-5075
       — Региональные уравнения для полноводного стока и характеристик русла водотоков в штате Нью-Йорк — гидрологический регион 7 в западной части Нью-Йорка
     • Отчет о научных исследованиях 2007-5189
       — Региональные уравнения для полноводного стока и характеристик русел водотоков в штате Нью-Йорк — гидрологические районы 1 и 2 в регионе Адирондак на севере Нью-Йорка
     • Отчет о научных исследованиях 2007-5227
       — Региональные уравнения для полноводного стока и характеристик русла водотоков в штате Нью-Йорк — гидрологический регион 3 к востоку от реки Гудзон
   • Скачать цитату как: РИС
     |
     Дублин
     Ядро

   Реферат

   За дополнительной информацией обращайтесь:

   Директор Нью-Йоркского центра водных исследований
   Геологическая служба США
   425 Jordan Rd
   Troy, NY 12180
   (518) 285-5695
   http://ny. water.usgs.gov/

   Уравнения, связывающие площадь водосбора с полноводным стоком и характеристиками русла (такими как ширина, глубина и площадь поперечного сечения) на замеренных участках, необходимы для определения полноводного стока и характеристик русла на незастроенных участках и могут использоваться при восстановлении русла и проекты защиты, классификация каналов потока и оценка каналов. Эти уравнения предназначены для использования в качестве руководства для водотоков в районах с аналогичными гидрологическими, климатическими и физико-географическими условиями. В штате Нью-Йорк есть восемь гидрологических регионов, которые ранее были определены на основе характеристик высокого стока (наводнения). В этом отчете делается попытка улучшить понимание факторов, влияющих на полноту берегового стока и характеристики русла в зависимости от размера площади водосбора в штате Нью-Йорк, путем предоставления углубленного анализа семи ранее опубликованных региональных кривых полного стока берегов и характеристик русел.

   Данные обследования ручья и записи расхода из 281 поперечного сечения на 82 водомерных станциях использовались в регрессионном анализе для соотнесения площади водосбора с расходом воды при полном берегу и шириной, глубиной и площадью поперечного сечения русла при полном берегу. R ² и стандартные ошибки оценки каждого регионального уравнения сравнивались с R ² и стандартными ошибками оценки для общегосударственной (объединенной) модели, чтобы определить, уменьшают ли региональные данные изменчивость модели. Было обнаружено, что региональные модели, как правило, дают менее изменчивые результаты, чем те, которые получены с использованием сводных уравнений по всему штату, что указывает на статистически значимые региональные различия в отношениях между банками и характеристиками русла.

   Статистический анализ взаимосвязей полного расхода воды с берега показал, что кривые для регионов 4 и 7 выходят за пределы 95-процентного доверительного интервала модели для всего штата и имеют точки пересечения, которые значительно отличаются (p≤0,10) от других пяти гидрологических регионов. Анализ Из взаимосвязей характеристик канала было обнаружено, что кривые полной ширины, глубины и площади поперечного сечения для области 3 значительно отличались p(≤0,05) от других шести областей.

   Было высказано предположение, что некоторую региональную изменчивость можно уменьшить путем создания моделей водотоков со схожими физико-климатическими характеристиками. Имеющиеся данные о структуре речного стока и предыдущие исследования региональных кривых позволяют предположить, что средний годовой сток, тип ручья Росген и уклон водной поверхности были переменными, которые, скорее всего, влияли на региональный полный сток берегов и характеристики русла в зависимости от размера водосборной площади. Результаты показали, что, хотя все эти факторы оказали влияние на региональные отношения, большинство стратифицированных моделей имеют более низкие значения 2 и более высокие стандартные ошибки оценки, чем региональные модели.

   Уравнение полной разрядки банка штата Нью-Йорк (объединенное) и уравнения для регионов 4 и 7 сравнивались с уравнениями для четырех других регионов на северо-востоке, чтобы оценить различия между регионами и оценить способность отдельных кривых давать результаты. точнее, чем те, которые были бы получены из одной модели северо-востока США. Результаты показали, что наклоны моделей не имеют существенных различий, хотя точки пересечения значительно различаются. Сравнение оценок полной разрядки банка с использованием различных моделей показывает, что результаты могут различаться на целых 100 процентов в зависимости от используемой модели, и указывает на то, что регионализация повысила точность модели.

   Предлагаемое цитирование

   Малвихилл, К.И., Балдиго, Б.П., Миллер, С.Дж., ДеКоски, Дуглас, Дюбуа, Джоэл, 2009 г., Полный сток и характеристики русел водотоков в штате Нью-Йорк: Отчет о научных исследованиях Геологической службы США за 2009–5144 гг., 52 стр., https ://pubs.er.usgs.gov/publication/sir20095144.

   ISSN: 2328-0328 (онлайн)

   Область исследования

   Содержание

   • Аннотация
   • ВВЕДЕНИЕ
   • Методы
   • БАНКАЛЬНЫЕ РАЗРЕШЕНИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКИ канала потоков в штате Нью -Йорк
   • Новые гидрологические регионы
   • Стратификация данных
   • Сравнение штатов Нью -Йорк с теми, которые разработаны для других регионов в северных 908 908
   • Сравнение штатов Нью -Йорк с теми, которые разработаны для других регионов. Другое использование региональных кривых
   • Ограничения региональных кривых
   • Резюме
   • Благодарности
   • Цитированная литература
   • Приложение 1. Характеристики водомерных станций, обследованных в штате Нью-Йорк, 1999–2006 гг. Гидрометрические станции, обследованные в штате Нью-Йорк, 1999–2006 гг.

   Дополнительная информация о публикации

   Тип публикации	Отчет
   Подтип публикации	Пронумерованная серия USGS
   Титул	Полный сток и характеристики русла водотоков в штате Нью-Йорк
   Название серии	Отчет о научных исследованиях
   Серийный номер	2009-5144
   DOI	10. 3133/сэр20095144
   Год публикации	2009
   Язык	Английский
   Издатель	Геологическая служба США
   Адрес издателя	Рестон, Вирджиния
   Предоставляющее(ие) бюро(а)	Нью-Йоркский центр водных наук
   Описание	vi, 52 стр.
   Страна	США
   Государственный	Нью-Йорк
   Только онлайн (Да/Нет)	Д
   Дополнительные онлайн-файлы (Да/Нет)	Д
   Аналитические метрики Google	Страница показателей

   Часть или весь этот отчет представлен в формате Portable Document Format
   (PDF). Для достижения наилучших результатов при просмотре и печати PDF-документов рекомендуется загрузить
   документы на свой компьютер и откройте их с помощью Adobe Reader. PDF-документы, открытые с вашего
   браузер может не отображать или печатать должным образом. Загрузите последнюю версию Adobe Reader бесплатно. Дополнительная информация
   о просмотре, загрузке и печати файлов отчетов можно узнать здесь.

   18.2: Геометрия каналов и характеристики потока

   1. Последнее обновление

   2. Сохранить как PDF

4. Идентификатор страницы

   16641

• Майкл Э. Риттер
• University of Wisconsin-Stevens Point через The Physical Environment

Геометрия русла

Геометрия русла и характеристики потока неразрывно связаны. Изменения в геометрии канала могут повлиять на скорость потока и расход.

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Площадь поперечного сечения.

Площадь поперечного сечения ручья определяется путем умножения глубины русла на ширину русла вдоль поперечного сечения ручья. Для гипотетического ручья с прямоугольной формой поперечного сечения (ручей с плоским дном и вертикальными стенками) площадь поперечного сечения (А) равна просто произведению ширины на глубину:

A = (W * D)

Смачиваемый периметр — это часть канала, которая является «мокрой». Смоченный периметр (WP) – это ширина плюс удвоенная глубина, которой касается вода:

WP= W + 2D

меньше воды находится вблизи фрикционного слоя. Таким образом, по мере увеличения гидравлического радиуса будет увеличиваться и скорость (при прочих равных условиях).

Исследования показали, что ширина и глубина имеют тенденцию регулярно изменяться в зависимости от расхода ручья. Если расход поддерживается постоянным, а ширина уменьшается, то канал следует углублять путем промывания. Это происходит в результате увеличения скорости и транспортной мощности, сопровождающих сужение канала. Исследования также показали, что по мере того, как средний расход ручья увеличивается вниз по течению, также увеличиваются ширина русла, глубина и средняя скорость течения.

Скорость потока напрямую связана с гидравлический радиус (площадь поперечного сечения, деленная на смоченный периметр) и уклон русла и обратно пропорционально шероховатости русла.

Уклон или градиент русла — это разница высот между двумя точками на ручье, деленная на расстояние между ними, измеренное вдоль русла ручья. Скорость потока и, следовательно, мощность потока для выполнения работы также напрямую связана с уклоном русла: чем круче уклон, тем выше скорость потока.

Поток

Источники Потока

Существует четыре основных источника Потока. Приток подземных вод в русло — это то, что обеспечивает базовый сток или нормальное течение ручья. Для многолетних ручьев уровень грунтовых вод находится на высоте поверхности ручья, как показано ниже. Базовый сток ручья дополнен водосливом из зоны увлажнения почвы. На поверхности прямые русловые осадки и поверхностный сток как сухопутный сток вносит свой вклад в речной сток во время и после штормов.

Рисунок \(\PageIndex{2}\): Источники потока

Скорость потока

Рисунок \(\PageIndex{3}\): Скорость потока

Скорость потока потока – это скорость, с которой вода движется через поперечное сечение. Скорость потока определяется балансом между гравитационным напряжением на склоне, возникающим в результате наклона потока, и потерями или расходами энергии на преодоление сопротивления трения русла и борта. Как правило, скорость потока наибольшая в центре канала, чуть ниже поверхности. Более конкретно, самая высокая скорость потока следует за потоком 9.0035 thalweg , линия, соединяющая самую глубокую часть русла ручья. Здесь вода, движущаяся через поток, встречает наименьшее сопротивление потоку, что приводит к более высокой скорости потока.

Видео : Streamgage — The Silent Superhero (любезно предоставлено Геологической службой США)

Режимы течения

При очень низких скоростях вода течет через поток в виде гладких слоев, идущих параллельно руслу, называемому ламинарным потоком . Ламинарный поток очень похож на колоду карт, где верхняя карта выступает над нижними. Буксир дна канала замедляет течение воды у дна, а вода ближе к поверхности течет несколько быстрее. Только самые мелкие частицы отделяются, поэтому ламинарный поток в основном неэрозионный.

При более высоких скоростях потока сопротивление в потоке, а также сопротивление дна и стенок канала приводит к тому, что поток распадается на отдельные потоки. Закрученные потоки турбулентного потока претерпевают постоянные изменения скорости и направления потока. Водовороты воды, образующиеся при турбулентном течении, более разрушительны, чем при ламинарном течении, и помогают удерживать материал в потоке. Турбулентный поток является «нормальным» типом течения в большинстве водотоков.

Струйный сброс

Расход воды – это объем воды, проходящий через определенное поперечное сечение в единицу времени, измеряемый в таких единицах, как кубические метры в секунду или кубические футы в секунду. Разгрузка многолетнего ручья обеспечивается поступлением в русло подземных вод. Этот приток обеспечивает то, что называется « базовым потоком » потока. Вода добавляется в поток за счет стока с окружающей местности во время штормовых явлений.

Разряд(Q) может быть выражен как

Q = A X V

где,

A= площадь поперечного сечения

V= скорость

стока с течением времени и как он соотносится с поступлением воды и окружающей средой, в которой находится водоток. Ось Y гидрографа отмасштабирована для расхода, а при исследовании влияния штормового явления – осадков. Ось X отмасштабирована по времени. Расход воды отображается в виде линии, а осадки — в виде гистограммы. На гидрографе показан расход, начинающийся с базового стока, поднимающийся до пика (восходящая ветвь), а затем снижающийся (отступающая ветвь) обратно к базовому стоку. Обратите внимание, что пик осадков не совпадает с пиком расхода. Другими словами, существует запаздывание между временем, когда выпадает наибольшее количество осадков, и временем, когда регистрируется наибольшее количество стоков.

На форму гидрографа и продолжительность лагового периода влияет ряд факторов. Продолговатые бассейны, как правило, имеют более плоские гидрографы, потому что воде требуется больше времени, чтобы двигаться от истока до станции регистрации в устье бассейна. Время в пути меньше для круглых бассейнов, что приводит к более остроконечному гидрографу.

Рисунок \(\PageIndex{5}\): Сравнение стока водосборных бассейнов до и после городов.

Почвенный покров является еще одним важным фактором, определяющим форму гидрографа ручья. В естественных условиях растительность замедляет поверхностный сток и способствует инфильтрации. В результате на гидрографе меньше пиков, а время задержки больше, чем в бассейне с небольшим количеством растительности. Урбанизация водосбора может оказать сильное влияние на сток, расход и полученный гидрограф. Урбанизация заменяет проницаемые поверхности непроницаемыми, улицами, автостоянками, зданиями и т. д. Вода более эффективно стекает с поверхности и отводится в близлежащие водотоки за счет строительства ливневой канализации. Ливневая канализация эффективно увеличивает плотность дренажа урбанизированного водораздела. В результате урбанизированные водосборные бассейны, как правило, имеют более остроконечные гидрографы с более короткими периодами запаздывания.

Энергия потока

Энергия, которой обладает поток, тесно связана с его расходом, поскольку расход определяет скорость потока. Скорость потока определяет способность потока разрушать и транспортировать наносы через свое русло. Как правило, чем больше расход, тем ровнее русло и выше скорость потока. Площадь поперечного сечения и расход увеличиваются вниз по течению из-за притока притока и подземных вод в русло. В результате можно ожидать, что скорость потока также будет увеличиваться в направлении вниз по течению. Однако по мере того, как потоки становятся больше, их наклон вниз по течению уменьшается, предотвращая непрерывное накопление энергии и создавая более равномерное распределение энергии потока по его длине.

Наводнения и наводнения

Наводнение происходит, когда русло ручья больше не может удерживать воду, движущуюся по нему. Наводнения обычно являются локальными, кратковременными событиями, другие могут быть катастрофическими, происходящими практически без предупреждения. Наводнения чаще всего вызваны продолжительными дождями, которые насыщают землю, вызывая поверхностный сток в близлежащие ручьи, увеличивая их расход. Наводнение происходит, когда вода выливается из русла на прилегающую местность. Хотя наводнение рассматривается как «природная опасность» для человека, оно является естественным омолаживающим процессом.

Рисунок \(\PageIndex{6}\): Затопленный водомер USGS, река Минога возле Ньюмаркета, Нью-Хэмпшир (любезно предоставлено USGS; источник)

Причины и условия

Вообще говоря, существует два типа наводнений: 1) когда вода медленно поднимается и разливы по берегам ручья или реки и 2) внезапные паводки. Наводнения могут происходить в любое время года, но определенные сезонные погодные условия в большей степени способствуют возникновению наводнений, чем другие в разных географических регионах. В Соединенных Штатах циклонические штормы, обрушивающиеся с океана на тихоокеанские прибрежные штаты зимой и ранней весной, могут вызывать наводнения. На юго-западе летние и осенние грозы выпускают потоки воды, которые устремляются по высохшим руслам ручьев или ручьев в виде внезапных наводнений. Наводнение может произойти в северных центральных штатах зимой, когда идут дожди или талый снег стекает с замерзшей поверхности земли, или лед заклинивает реки, вызывая их наводнения. Наводнение в средней части Соединенных Штатов, как правило, происходит весной и летом, когда циклоны полярного фронта проходят по североамериканскому континенту. Ураганы и крупные конвективные комплексы создают наводнения в конце лета и обрушиваются на побережье Мексиканского залива США.

Рисунок \(\PageIndex{7}\): Сезон наводнений в Соединенных Штатах (любезно предоставлено Геологической службой США; источник)

В тропических регионах, таких как Бангла-Деш, муссонные дожди пропитывают землю, вызывая сильные наводнения. Наводнения в Европе с моря могут возникать в результате атлантических штормов, выталкивающих воду к побережью, и могут быть особенно разрушительными во время прилива. Вырубка лесов значительно увеличивает риск наводнений.

Рисунок \(\PageIndex{8}\): Наводнение в Рочестере, штат Миннесота (Источник: :cjohnson7 на Flickr)

Летом 2007 года также произошло одно из самых сильных наводнений за последние десятилетия. Наводнение в Великобритании было вызвано продолжающейся струей Ручей находится южнее, чем обычно в это время года. Система за системой обрушивалась на Британские острова. В августе 2007 года на Среднем Западе США произошло масштабное наводнение, причинившее ущерб, превышающий 115 миллионов долларов. Теплый фронт продвинулся на север в Айову и Иллинойс в середине августа, где остановился и стал неподвижным фронтом. Теплый, влажный воздух, захлестнувший фронт, создавал условия для ливней и гроз. Количество осадков в выходные 18-19 августа., 17 дюймов осадков выпало в Витоке, штат Миннесота. В Рочестере, штат Миннесота, выпало 6,9 дюйма осадков. Из-за проливного дождя в регионе потоки вышли за их берега. Влага от тропического шторма Эрин на юге усилила штормовые условия.

Рисунок \(\PageIndex{9}\): Погодные условия во время исторического дождя и наводнения 18-20 августа 2007 г. (любезно предоставлено NOAA; источник)

Частота наводнений

Рисунок \(\PageIndex{10}\): 100 -летняя пойма. (Любезно предоставлено Геологической службой США; источник)

Используя частотный анализ, можно оценить вероятность возникновения данного события наводнения. интервал повторения , также известный как период повторяемости, основан на вероятности того, что данное событие будет равно или превышено в любом данном году. Например, вероятность столетнего наводнения в любом данном году составляет 1%. Столетние наводнения случаются редко, но могут быть разрушительными. 100-летняя пойма используется для управления поймой и в целях страхования. От тех, кто живет в этой зоне, часто требуется страховка от наводнения в дополнение к обычной страховке владельца дома.

Рисунок \(\PageIndex{11}\): Развитие пойм увеличивает риск наводнений. (С любезного разрешения Геологической службы США; источник)

Типы каналов

Существует три основных типа каналов: прямые, извилистые и плетеные. Описание канала одним из вышеупомянутых терминов не означает, что весь канал является прямым или каким-либо иным образом. Это просто означает, что некоторая часть канала может быть описана таким образом. Фактически, участки ручья могут быть прямыми, некоторые извилистыми, а другие разветвленными.

Рисунок \(\PageIndex{12}\): Коэффициент извилистости

Описание канала как прямого канала кажется довольно очевидным, хотя канал редко бывает идеально прямым по своей природе. Извилистый канал — это канал, который изгибается по всей длине. Геологи используют коэффициент извилистости, чтобы определить, является ли канал прямым или извилистым. Коэффициент извилистости — это расстояние между двумя точками потока, измеренное вдоль русла, деленное на расстояние по прямой линии между двумя точками. При коэффициенте извилистости 1,5 и более русло считается извилистым.

Рисунок \(\PageIndex{13}\): Плетеная река на стыке рек Гакона и Коппер, Аляска (Изображение предоставлено USGS DDS-21)

Плетеный канал создается, когда русло ручья накопление внутрирусловых отложений. Это происходит, когда нагрузка на канал плоского потока слишком велика для скорости или расхода. Или сезонные колебания стока обнажают внутрирусловые отложения. Песчаные или гравийные отмели накапливаются, разделяя поток воды на множество более мелких каналов. Разветвленные ручьи обычны в ледниковых районах, где потоки талой воды, забитые наносами, сбрасываются на нос ледника.

Пузыри и ручьи

Мы часто находим в руслах рек регулярную последовательность мелких ручьев и более глубоких луж, причина которых до сих пор не совсем понятна. Расстояние между последовательностями рифленых пулов связано с шириной потока. Последовательности рифленых бассейнов обычно в 5-7 раз превышают ширину русла. Лабораторные эксперименты с искусственными каналами в несвязном песке или иле показывают, что последовательности рифлей и луж в прямых каналах имеют тенденцию превращаться в меандры. Когда это происходит, бассейн становится местом для латерально мигрирующего меандра. Тальвег ручья извивается взад и вперед между заводями, двигаясь к внешнему берегу каждой последующей кривой. Поэтому эрозия концентрируется на внешних берегах, где поток самый глубокий, и скорость потока увеличивается вокруг меандра.

---

Эта страница под названием 18.2: Геометрия канала и характеристики потока распространяется под лицензией CC BY-SA 4.0 и была создана, изменена и/или курирована Майклом Э. Риттером (The Physical Environment) посредством исходного содержимого, которое было отредактировано для стиль и стандарты платформы LibreTexts; подробная история редактирования доступна по запросу.

1. Наверх
• Была ли эта статья полезной?

1. Тип изделия

   Раздел или страница

   Автор

   Майкл Э. Риттрер

   Лицензия

   СС BY-SA

   Версия лицензии

   4,0

   Показать оглавление

   нет

2. Метки

   1. источник@https://www. thephysicalenvironment.com

Одноканальные характеристики анионного канала с высокой проводимостью в «саркошарах»

. 1989 март; 93(3):385-410.

doi: 10.1085/jgp.93.3.385.

Г Д Халс
¹
, П. Г. Штейн, П. Т. Паладе

принадлежность


• ¹ Кафедра физиологии и биофизики, Медицинское отделение Техасского университета, Галвестон 77550.

• PMID:

  2467963

• PMCID:

  PMC2216217

• DOI:

  10. 1085/jgp.93.3.385

Бесплатная статья ЧВК

GD Hals et al.

J Gen Physiol.

1989 март

Бесплатная статья ЧВК

. 1989 март; 93(3):385-410.

doi: 10.1085/jgp.93.3.385.

Авторы


Г Д Халс
¹
, П. Г. Штейн, П. Т. Паладе

принадлежность


• ¹ Кафедра физиологии и биофизики, Медицинское отделение Техасского университета, Галвестон 77550.

• PMID:

  2467963

• PMCID:

  PMC2216217

• DOI:

  10. 1085/jgp.93.3.385

Абстрактный

Ранее неописанные одиночные анионные каналы с высокой проводимостью из саркоплазматического ретикулума (SR) скелетных мышц лягушки были изучены в нативной мембране с использованием техники «саркобол» (Stein and Palade, 1988). Вырезанные наизнанку участки, зарегистрированные в симметричном 200 мМ TrisCl, показывают, что проводимость преобладающего состояния канала составляла 505 +/- 25 пСм (n = 35). Судя по реверсивным потенциалам, отношение Pcl/PK составило 45. Кривая наклона проводимости в зависимости от концентрации ионов Cl-насыщается при 617 пСм, при этом K0,5 оценивается как 77 мМ. Зависимость стационарной вероятности открытия (Ро) от удерживающего потенциала представляет собой колоколообразную кривую, где значения Ро достигают максимума около 1,0 при 0 мВ и падают до 0,05 при +/- 25 мВ. Кинетический анализ зависимости от напряжения показывает, что, хотя константы времени в открытом состоянии несколько уменьшаются при увеличении потенциала, наибольшим эффектом является увеличение продолжительности времени в закрытом состоянии. Несмотря на высокую проводимость канала, он сохраняет умеренную селективность по отношению к более мелким анионам, но не пропускает более крупные анионы, такие как глюконат, что определяется сдвигом потенциала реверсии. Различимы как минимум два подсостояния, отличные от основного открытого уровня. Эти свойства отличаются от свойств, описанных для митохондриальных потенциалзависимых анионных каналов или Cl-каналов мембраны поверхности скелетных мышц, и, поскольку SR Ca-каналы присутствуют в одинаково высокой плотности в участках саркобола, мы предполагаем, что эти анионные каналы саркобола происходят из SR. Предварительные эксперименты по регистрации токов от анионных каналов SR лягушки, слитых в липосомы, показывают, что либо биохимическая изоляция, либо изменения в липидной среде значительно снижают чувствительность канала к напряжению. Эти результаты помогают подчеркнуть потенциальную значимость использования саркоболов для изучения каналов SR. Крутая чувствительность к напряжению анионного канала саркобола позволяет предположить, что он может более активно участвовать в регуляции транспорта Са2+ с помощью СР.

Похожие статьи


• Различные сайты контролируют зависимость напряжения и проводимость анионного канала саркобола.

  Hals GD, Palade PT.
  Халс Г.Д. и соавт.
  Biophys J. 1990 May; 57(5):1037-47. doi: 10.1016/S0006-3495(90)82622-9.
  Биофиз Дж. 1990.

  PMID: 1692747
  Бесплатная статья ЧВК.

• Катионная селективность саркоболового Са2+-канала в мышечных волокнах лягушки.

  Ду Г.Г., Эшли К.С., Леа Т.Дж.
  Ду Г.Г. и др.
  Арка Пфлюгера. 1998 г., август; 436 (3): 365–70. doi: 10.1007/s004240050644.
  Арка Пфлюгера. 1998.

  PMID: 9644217

• Фосфатные ионные каналы в саркоплазматическом ретикулуме скелетных мышц кролика.

  Laver DR, Lenz GK, Dulhunty AF.
  Лейвер Д.Р. и соавт.
  Дж. Физиол. 2001 г., 15 сентября; 535 (часть 3): 715-28. doi: 10.1111/j.1469-7793.2001.t01-1-00715.x.
  Дж. Физиол. 2001.

  PMID: 11559770
  Бесплатная статья ЧВК.

• Механизм проникновения анионов через каналы, закрытые глицином и гамма-аминомасляной кислотой, в культивируемых нейронах спинного мозга мыши.

  Борман Дж., Хэмилл О.П., Сакманн Б.
  Борман Дж. и др.
  Дж. Физиол. 1987 апрель; 385: 243-86. doi: 10.1113/jphysiol.1987.sp016493.
  Дж. Физиол. 1987.

  PMID: 2443667
  Бесплатная статья ЧВК.

  Обзор.

• Механизмы высвобождения Са2+ из саркоплазматического ретикулума скелетных мышц.

  Мартоноси А.Н.
  Мартоноси АН.
  Physiol Rev. 1984 Oct; 64(4):1240-320. doi: 10.1152/physrev.1984.64.4.1240.
  Физиол Ред. 1984.

  PMID: 6093162

  Обзор.

Посмотреть все похожие статьи

Цитируется


• Характеристика конститутивных и индуцированных кислотой выпрямляющих наружу хлоридных токов в иммортализованных клетках дистальных канальцев мышей.

  Валинский WC, Тойз Р.М., Шриер А.
  Валинский В.С. и др.
  Биохим Биофиз Acta Gen Subj. 2017 авг; 1861 (8): 2007-2019. doi: 10.1016/j.bbagen.2017.05.004. Эпаб 2017 5 мая.
  Биохим Биофиз Acta Gen Subj. 2017.

  PMID: 28483640
  Бесплатная статья ЧВК.

• Свойства, функции и патофизиология максианионных каналов.

  Сабиров Р.З., Мерзляк П.Г., Ислам М.Р., Окада Т. , Окада Ю.
  Сабиров Р.З., и соавт.
  Арка Пфлюгера. 2016 март; 468(3):405-20. doi: 10.1007/s00424-015-1774-5. Epub 2016 6 января.
  Арка Пфлюгера. 2016.

  PMID: 26733413

  Обзор.

• Псевдогалогенидные анионы обнаруживают новый внеклеточный сайт для потенциаторов, повышающих функцию CFTR.

  Ли М.С., Коули Э.А., Линсделл П.
  Ли М.С. и соавт.
  Бр Дж. Фармакол. 2012 ноябрь; 167(5):1062-75. doi: 10.1111/j.1476-5381.2012.02041.x.
  Бр Дж. Фармакол. 2012.

  PMID: 22612315
  Бесплатная статья ЧВК.

• Максимально-анионный канал: классический канал, играющий новые роли через неопознанное молекулярное соединение.

  Сабиров Р.З., Окада Ю.
  Сабиров Р.З., и соавт.
  J Physiol Sci. 2009 Январь; 59 (1): 3-21. doi: 10. 1007/s12576-008-0008-4. Epub 2008 9 декабря.
  J Physiol Sci. 2009.

  PMID: 19340557

  Обзор.

• Внутриклеточные каналы высвобождения кальция опосредуют свой собственный противоток: тематическое исследование рианодиновых рецепторов.

  Гиллеспи Д., Фил М.
  Гиллеспи Д. и др.
  Biophys J. 2008 Oct; 95 (8): 3706-14. дои: 10.1529/биофиз.108.131987. Epub 2008 11 июля.
  Биофиз Дж. 2008.

  PMID: 18621826
  Бесплатная статья ЧВК.

Просмотреть все статьи «Цитируется по»

использованная литература


1. 1. J Membr Biol. 1978 г., 18 июля; 41 (4): 295–308.

      —

      пабмед

2. 1. Джей Селл Биол. 1977 г., сен; 74 (3): 828–57.

      —

      пабмед

3. 1. Арка Пфлюгера. 1981 г., август; 391 (2): 85–100.

      —

      пабмед

4. 1. J Gen Physiol. 1985 декабрь; 86 (6): 833-52

      —

      пабмед

5. 1. Дж. Физиол. 1983 Октябрь; 343: 197-214

      —

      пабмед

Типы публикаций


термины MeSH


вещества


Грантовая поддержка


• P01 HL-37044/HL/NHLBI NIH HHS/США

Характеристики канала

высокоскоростной железнодорожной станции на основе моделирования трассировки лучей в диапазоне 9 5G mmWave0001

На этой странице

РезюмеВведениеЗаключениеДоступность данныхКонфликты интересовБлагодарностиСсылкиАвторское правоСтатьи по теме

Чтобы удовлетворить растущий спрос на более высокую пропускную способность «умных станций», ожидается, что технология миллиметрового диапазона (mmWave) будет играть значительную роль в высокой скорости передачи данных система связи. На основе технологии моделирования трассировки лучей в этой статье будут изучены характеристики беспроводного канала трехмерной (3D) модели высокоскоростной железнодорожной станции в диапазоне миллиметровых волн. Ключевые параметры, такие как экспонента потерь на трассе, коэффициент затухания в тени, разброс задержки, Rician 9Извлекаются и исследуются 0381 K -фактор, угловой разброс, спектр углов мощности и пространственная корреляция. Эти характеристики канала имеют значение для выбора антенных решеток и даже для проектирования будущих сетей связи 5G в железнодорожной среде.

1. Введение

В настоящее время благодаря удобству и гибкости высокоскоростной железной дороги (ВСМ) все больше и больше людей предпочитают пользоваться железнодорожным транспортом для поездок или работы. Для достижения этих целей в отношении безопасности, удобства и эффективности исследования системы беспроводной связи пятого поколения (5G) стали тенденцией [1–4] на различных железнодорожных сценах. В настоящее время на Шанхайском железнодорожном вокзале Хунцяо установлена ​​первая интеллектуальная железнодорожная станция 5G, которая, как ожидается, сможет гарантировать глубину покрытия сети 5G в этом году. Умная железнодорожная станция продемонстрирует публике мудрость железнодорожных технологий с точки зрения эксплуатации и обслуживания, включая внутреннюю навигацию, идентификацию лица и робота, управляемого 5G. Другими словами, интеллектуальная станция была жизненно важной прикладной средой в интеллектуальных транспортных системах (ИТС) [5, 6], и анализ модели беспроводного канала в железнодорожной системе для системы связи 5G имеет важное значение.

Чтобы удовлетворить спрос на бесшовную беспроводную связь с высокой скоростью передачи данных для железнодорожных служб, предлагаются эффективные технологии передачи, такие как массивные множественные входы и множественные выходы (MIMO) [7] для повышения пропускной способности системы и скорости передачи данных. Характеристики крупномасштабных замираний для различных железнодорожных сценариев впервые были обобщены в [8]. На основании [8] отмечается, что железнодорожная станция [9, 10] существенно отличается от обычных сценариев сети общего пользования или других сценариев высокоскоростных железных дорог (таких как виадуки, врезки, туннели и т. д.) [11]. В [11] авторы также исследовали характеристики канала в различных сценариях HSR с помощью трехмерной трассировки лучей (RT) [12–14], которая могла бы компенсировать недостаток традиционных моделей и точно проанализировать особые характеристики канала в системах 5G. Предыдущие модели были сосредоточены на системе с одним входом и одним выходом (SISO) и канале MIMO для внутренней и внешней связи [15–17], но они не учитывали параметры многолучевости, такие как пространственная корреляция в железнодорожной системе. В результате по-прежнему существует острая потребность в полном исследовании с учетом крупномасштабных параметров, мелкомасштабных параметров и пространственных параметров [18, 19].] для сценария станции в системах MIMO.

В этом документе основное внимание уделяется средней станции ВСМ, которая является наиболее распространенным сценарием станции с двумя платформами и четырьмя линиями. Во-первых, на основе RT можно получить такие параметры канала, как показатель степени потерь на пути, коэффициент затухания в тени, задержка из-за многолучевости и угловой разброс. Эксперимент будет проводиться на станции HSR, где антенны базовых станций расположены на башне. Напротив, сильные стороны массивной системы MIMO, компенсирующие высокие потери на трассе в диапазоне миллиметровых волн, сделали высокие несущие частоты неотъемлемым компонентом будущих сетей 5G. Благодаря доступной большей полосе пропускания сеть 5G способна обеспечить высокую скорость передачи данных и повысить качество обслуживания. Хотя сигналы распространения на более высоких частотах имеют более высокие потери на трассе и более подвержены быстрому ухудшению качества сигнала, вызванному движущимися или неподвижными препятствиями [20], более высокие частоты могут позволить развертывание антенн меньшего размера, что позволяет интегрировать функцию многоантенной технологии в антенная решетка. В этом документе не только обсуждаются характеристики канала, которые могут служить ориентиром для моделирования 3D-канала в среде 5G, но также предоставляются рекомендации по оптимизированному развертыванию для конфигурации антенны на основе пространственной корреляции в массивных системах MIMO в диапазоне миллиметровых волн 37,0–42,5  ГГц.

Остальная часть статьи организована следующим образом. Определенный сценарий высокоскоростной железнодорожной станции и параметры моделирования представлены в разделе 2. Модель беспроводного канала для сценария станции представлена ​​в разделе 3. По результатам моделирования мы указываем основные характеристики канала для обсуждения развертывания антенны в разделе 4. Выводы сделаны в разделе 5.

2. Моделирование трассировки лучей

2.1. Моделирование сценария

Как показано на рисунке 1, трехмерная модель сценария с высокоскоростной железнодорожной станцией длиной 450 м создается с помощью SketchUp в трехмерной декартовой системе координат. В сценарной модели имеется 6 типов объектов и 6 материалов (таблица 1). Рассмотрены траектории прямой видимости, рассеяние и отражения вплоть до 2-го порядка, а инициализированные диэлектрические параметры перечислены в таблице 2.

Затем, ссылаясь на CRh480A, модель высокоскоростного поезда строится на рис. 2. По результатам моделирования и измерений влияние соседних купе поезда на принимаемый сигнал почти можно не учитывать, что указывает на то, что передняя часть поезда может рассматриваться индивидуально в среде моделирования.

2.2. Параметры моделирования трассировки лучей

На рисунке 1 высота однотрубной башни рядом со станцией высокоскоростной железной дороги составляет 40 м [21]. Расстояние от центральной линии башни до края платформы станции 10 м, а расстояние до X — ось 225 м. В работе используется всенаправленная антенна с вертикальной поляризацией. В качестве антенны передатчика (Tx) антенна базовой станции развернута на платформе башни [21], высота которой составляет 38,5 м, а расстояние по вертикали до центральной линии башни составляет 0,8 м. Следовательно, координаты могут быть установлены на (30,5, 225, 38,5).

На виде сверху на рис. 1, моделирующем линию 1, процесс прохождения поезда через станцию ​​линии 1 разделен на зону I, где поезд приближается к башне, и зону II, где поезд покидает башню. Верхняя антенна — это приемник (Rx), который расположен на средней линии в верхней части поезда, а расстояние по вертикали до задней части поезда составляет 13 м. Антенна Rx движется в положительном направлении Y -оси, а высота составляет 4,16 м, что является суммой расстояния до верха поезда (0,15 м), высоты поезда (3,70 м) и высоты от низа поезда до земля (0,31 м). Координата оси Y антенны Rx составляет 0 : 2:450 на линии 1. Ключевые конфигурации моделирования трассировки лучей перечислены в таблице 3.

3. Модель беспроводного канала

В обработке сигналов и беспроводной связи передаточная функция канала на частоте f выражается как когерентная сумма различных составляющих многолучевости, связанных с поляриметрическими диаграммами направленности антенн Tx и Rx () [22]. амплитуда и фаза сигнала, соответственно, , , , и – азимутальный угол прихода/прихода и угол места прихода/прихода соответственно [23], все из которых относятся к n -й многолучевой компоненте.

Кроме того, в модели беспроводного канала пути прямой видимости (LOS) и пути вне прямой видимости (NLOS) обычно разделяются, потому что пути LOS очевидны, тогда как пути NLOS основаны на моделирующие режимы передачи платформы RT, включая отражение, рассеяние и дифракцию.

4. Характеристики беспроводного канала

В этом разделе представлены и проанализированы результаты моделирования высокоскоростной железнодорожной станции на линии 1. Кроме того, также предоставляются предложения по оптимизации развертывания антенных решеток.

4.1. Потери на трассе и затухание в тенях

Потери на трассе — это потери, вызванные диффузией энергии электромагнитной волны при ее распространении. С макроскопической точки зрения это отражается в функции мощности принимаемого сигнала, изменяющейся с расстоянием.

При анализе данных о канале, полученных платформой моделирования RT, с изменением координаты оси Y приемной антенны потери на трассе показаны на рис. 3.

На рис. 3 потери на трассе почти симметричны. по отношению к Y -координата по оси Tx, максимальное значение которой составляет 132,2 дБ, когда координата по оси Y равна 22 м. В [24] при предположении, что приемная чувствительность Rx-антенны составляет −125,23 дБм, и объединении параметров таблицы 3, максимально допустимые потери на трассе составляют около 148,73 дБ с учетом потерь при проникновении.

В этой статье результаты аппроксимации потерь на трассе с помощью модели (2), которая объединяет потери на трассе и замирания в тенях [25], показаны на рисунке 4: где A — перехват, d — расстояние между антенной Tx и антенной Rx (единица измерения: м), а n — показатель степени потерь на трассе. указывает гауссову случайную величину с нулевым средним значением со стандартным отклонением σ , которое является коэффициентом затухания в тени, отражающим крупномасштабное замирание, вызванное окклюзией препятствий на беспроводном канале.

Из секции 2 линия 1 делится на зону I и зону II. Значения подобранных параметров показаны в таблице 4.

Согласно рисунку 4 и таблице 4, на линии 1 в результате нескольких препятствий (таких как навес) в сценарии показатель степени потерь на пути подбора ( n  = 2,26) немного больше, чем в модели потерь на пути в свободном пространстве (FSPL) ( n  = 2). В Зоне I n равен 2,69 из-за большего количества препятствий. Следует отметить, что n составляет 1,83 в области II из-за наложения пути прямой видимости, большего отражения и рассеяния, которые можно найти в [11] в отношении богатого многолучевого распространения в каналах миллиметрового диапазона. Кроме того, все коэффициенты теневых замираний σ в сценарии близки к 6 дБ, что является значением среды LOS для сценария сельской местности (RMa) в 3GPP [26].

4.2. RMS Delay Spread

На рис. 5 показаны среднеквадратичные (RMS) разбросы задержек и кумулятивные функции распределения (CDF) среднеквадратичных разбросов задержек.

На рис. 5(a) кривая среднеквадратичного разброса задержек почти симметрична. Разброс среднеквадратичной задержки вблизи передающей антенны больше, чем на двух концах станции. Среднеквадратический разброс задержки 0,28 нс на линии 1 меньше, чем результат измерения разброса задержки 0,8 нс в сельской местности [4], поскольку полузакрытое пространство станции ограничивает диапазон многолучевости [11]. В то же время, из-за того, что станция скоростного поезда полуограниченного типа, в процессе распространения лучи поглощаются и отражаются различными зданиями и корпусом поезда. Тракты LOS обеспечивают первичную энергию, а разброс среднеквадратичных задержек относительно мал. На рисунке 5(b) все значения среднеквадратичного разброса задержки на линии 1 меньше 1,2 нс, что означает, что большинство мощных компонентов многолучевого распространения сосредоточено вокруг пути LOS в области временной задержки. Средние значения среднеквадратичного разброса задержки показаны в таблице 5, а значения двух областей почти одинаковы, что позволяет предположить, что линия 1 имеет аналогичные характеристики канала в области временной задержки.

4.3. Rician

K -Factor

Из анализа предыдущих глав следует, что на линии 1 есть пути LOS и большое количество путей NLOS. Поэтому необходимо проанализировать взаимосвязь между путем LOS и путем NLOS с помощью Rician K . -фактор [27].

При изменении положения координаты Rx по оси Y Rician K -коэффициент показан на рисунке 6(a). Кроме того, на рисунках 6(b)–6(d) показаны CDF и результаты подгонки Rician 9.0381 К -фактор. Средние значения коэффициента Rician K приведены в таблице 5.

Как показано на рисунке 6(a), с антенной Rx, близкой к антенне Tx (область I), общий процесс Rician K — фактор имеет тенденцию к снижению. Rician K — коэффициенты вблизи передающей антенны самые маленькие, колебания которых относительно серьезные. Наоборот, в зоне I и зоне II коэффициенты Rician K увеличиваются с увеличением расстояния между антенной Tx и антенной Rx, что означает, что замирание становится слабее.

В таблице 5 среднее значение коэффициента Rician K в строке 1 составляет 28,72 дБ, что намного больше 0 дБ, что означает, что основная энергия приходится на путь прямой видимости. Аналогичное наблюдение в диапазоне миллиметровых волн можно найти в сценарии сельской местности [4] в отношении среднего значения 25,7 дБ. Как показано на рисунках 6(b)–6(d), по результатам подбора также следует отметить, что коэффициенты Rician K подчиняются распределению Гаусса из-за характеристики широкополосного канала системы связи 5G. Более того, чем шире полоса пропускания, тем сильнее становится способность разрешения многолучевого распространения, что приводит к уменьшению мощности компонента NLOS основного пути, поэтому Rician K — коэффициенты увеличиваются в системе широкополосных каналов 5G.

4.4. Пространственные параметры

4.4.1. RMS угловой разброс

В строке 1 на рисунке 7(a) показаны среднеквадратичные угловые разбросы угла прибытия (AoA) и угла отклонения (AoD). ASA, ESA, ASD и ESD представляют собой угловые разбросы азимутального угла прихода, угла места прихода, азимутального угла выхода и угла места выхода соответственно. CDF углового разброса показаны на рисунке 7(b).

На рисунке 7 ESA относительно больше, и большинство (≥80%) значений больше 10,7°, в то время как 80% ASA меньше 7,8°, что объясняет наличие большего количества рассеивателей из области возвышения в Rx и кузов поезда играют важную роль. Тогда ESD относительно меньше, и большинство значений () меньше 1,7°, тогда как ASD относительно больше и 80% больше 5,5°, что объясняет меньшее количество рассеивателей в области возвышения на Tx. Кроме того, сценарий измерения в [28] аналогичен сценарию станции в статье, а результаты в [28] согласуются с результатами моделирования в статье. Поскольку в обоих сценариях имеется схожая среда с большим количеством отражателей и рассеивателей, сценарии имеют одинаковую характеристику, заключающуюся в том, что максимальный угловой разброс не превышает 70°.

4.4.2. Спектр углов мощности

На рисунке 7(a) угловые разбросы на двух концах станции относительно малы. Вот почему нам нужно сосредоточиться на спектре углов мощности (PAS) [29] на двух концах станции. В этом разделе на рисунке 8 показаны PAS AoA и AoD, когда координаты оси Y антенны Rx составляют 6 м и 444 м соответственно.

На рисунке 8(a) при координате 6 м по оси Y главный луч в точке Rx может быть горизонтальным, поскольку значения нормализованной мощности относительно самые большие, поскольку угол места AoA составляет около 90°. К счастью, направления угла возвышения главного луча также распределяются вокруг 90° по оси Y с координатой 444 м. Кроме того, относительно большой ESA и горизонтальный луч в Rx показывают, что линейная антенная решетка Rx должна быть перпендикулярна верхней части поезда, чтобы добиться низкой корреляции между лучами.

На рисунке 8(b) на расстоянии 6  м, в то время как азимутальный угол AoD составляет около −20°, нормализованные мощности являются наибольшими, что означает, что азимутальный угол направления главного луча в Tx может быть около − 20°. Наоборот, на высоте 444 м азимутальные угловые направления основного луча в основном распределяются около 20°, но углы места всегда приближаются к 100°. Тогда ASD антенны Tx больше, чем ESD на рисунке 7(a), что означает, что антенная решетка может быть горизонтальной и перпендикулярной рельсам на платформе башни. Принимая во внимание направление основного луча на рисунке 8(b), антенную решетку следует поворачивать против часовой стрелки или по часовой стрелке по горизонтали, чтобы она была перпендикулярна направлению основного луча для низкой корреляции.

4.5. Пространственная корреляция

Как мы все знаем, выигрыш от разнесения и мультиплексирования системы MIMO [30, 31] напрямую связан с пространственными характеристиками канала. Вышеизложенное является исследованием некоторых параметров пространственных характеристик в диапазоне 5G mmWave. Кроме того, в качестве важного аспекта каналов MIMO [32] необходимо обсудить пространственную корреляцию между лучами для достижения подходящего расстояния между антеннами.

В этом разделе, чтобы улучшить производительность места с худшим покрытием сигнала, угловые разбросы в этом положении выбираются для расчета корреляции, чтобы обеспечить взаимодействие пользователя с общим сценарием.

Согласно рисунку 7(b), более 90% ASA и 90% ESA выходят за пределы 4,15° и 9,71° соответственно, а более 90% ASD и 90% ESD превышают 4,64° и 0,92° , соответственно, что приводит к необходимости исследования пространственной корреляции между антенными элементами в случае относительно большего углового разброса. Коэффициент корреляции между элементами антенны Rx с ASA (4,15°) и ESA (9,71°) показан на рисунке 9(a), а коэффициент корреляции элементов антенны Tx показан на рисунке 9.(b) поскольку ASD составляет 4,64°, а ESD составляет 0,92°.

Длина волны на частоте 40 ГГц составляет примерно 7,5 мм. На рисунке 9(а) относительное расстояние элементов антенной решетки Rx составляет не менее 68 раз, чтобы гарантировать, что коэффициент корреляции между соседними элементами антенны меньше 0,1, но расстояние между элементами антенны составляет около 51 см, что слишком велико для соответствия инженерные требования. Если коэффициент корреляции можно уменьшить до 0,5, это означает, что расстояние между элементами антенны будет составлять примерно 2,25~3,75 см, что может соответствовать требованиям для применения на приемнике.

На рисунке 9(b) когда коэффициент корреляции соседних элементов передающей антенны меньше 0,5, расстояние между антеннами может быть установлено примерно в 3–30 раз больше длины волны, что означает примерно 2,25–22,50 см.

5. Заключение

В данной работе исследованы характеристики канала 5G mmWave диапазона на станции высокоскоростной железной дороги. На основе результатов измерений и моделирования анализируются ключевые параметры канала, такие как потери на трассе, разброс задержек, коэффициент Rician K , угловой разброс, PAS и пространственная корреляция. Некоторые важные результаты и предложения резюмируются следующим образом: (1) Когда антенны Tx установлены на вышке, максимальные потери на трассе в линии 1 составляют около 132,2 дБ, что настолько велико, что ожидается, что технология с несколькими антеннами обеспечит мощность покрытия сигнала и увеличит пропускная способность системы. (2)Вокзал высокоскоростной железной дороги представляет собой полуограниченное пространство, где значения среднеквадратичного разброса задержек почти меньше 1,2 нс на линии 1, что разумно и приемлемо в системах 5G.(3)В сценарии Рициан K -коэффициенты подчиняются гауссовому распределению, что обусловлено большой полосой пропускания в системах 5G. (4) Когда оба Tx и Rx используют одинаковые линейные антенные решетки, расстояние между антеннами может составлять 2,25 ~ 22,50 см на Tx, тогда как Rx расстояние между антеннами может быть установлено на 2,25–3,75 см. (5) Антенная решетка Rx должна быть расположена вертикально к верхней части поезда, а горизонтальная антенная решетка Tx должна быть повернута против часовой стрелки или по часовой стрелке по горизонтали, чтобы получить низкую корреляцию из-за направления распространения. главного луча. (6) Анализируя скорость движения поезда и угол между направлением движения поезда и направлением падающей волны, можно обнаружить, что угол приближается к 90°, когда Rx достигает Tx, что снижает доплеровский сдвиг. Из-за моделирования на линии 1, где поезд должен останавливаться на платформе, а скорость относительно низкая, эта статья не фокусируется на эффекте Доплера, и в будущей работе могут быть проведены дополнительные исследования.

Доступность данных

Данные, использованные для поддержки результатов этого исследования, можно получить у соответствующего автора по запросу.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в связи с публикацией данной статьи.

Благодарности

Эта работа была поддержана Национальной ключевой программой исследований и разработок в рамках гранта 2016YFE0200900, NSFC в рамках грантов 61725101 и U1834210, Пекинским совместным фондом Natural Haidian в рамках гранта L172020, основными проектами Пекинской муниципальной комиссии по науке и технологиям в рамках гранта Z181100003,21801003,21801003, и стипендия Newton Advanced Fellowship Королевского общества (номер гранта: NA1

).

Ссылки

1. Т. С. Раппапорт, Ю. Син, Г. Р. Маккартни, А. Ф. Молиш, Э. Меллиос и Дж. Чжан, «Обзор связи миллиметрового диапазона для беспроводных сетей пятого поколения (5G) — с акцентом на распространение модели», IEEE Transactions on Antennas and Propagation , vol. 65, нет. 12, стр. 6213–6230, 2017.

   Посмотреть по адресу:

   Сайт издателя | Google Scholar

2. J. Zhang, Z. Zheng, Y. Zhang, J. Xi, X. Zhao и G. Gui, «3D MIMO для 5G NR: несколько наблюдений от 32 до массивных 256 антенн на основе измерения канала », IEEE Communications Magazine , vol. 56, нет. 3, стр. 62–70, 2018 г.

   Посмотреть по адресу:

   Сайт издателя | Академия Google

3. К. Т. Нейл, М. Шафи, П. Дж. Смит, П. А. Дмоховски и Дж. Чжан, «Влияние моделей каналов микроволнового и миллиметрового диапазона на производительность систем 5G», IEEE Transactions on Antennas and Propagation , vol. 65, нет. 12, стр. 6505–6520, 2017.

   Посмотреть по адресу:

   Сайт издателя | Google Scholar

4. Д. Хе, Б. Ай, К. Гуан и др., «Измерение, моделирование и анализ каналов для высокоскоростной железнодорожной связи в диапазоне миллиметровых волн 5G», IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems. , том. 19, нет. 10, стр. 3144–3158, 2018.

   Посмотреть по адресу:

   Сайт издателя | Google Scholar

5. X. Cheng, L. Yang и X. Shen, «D2D для интеллектуальных транспортных систем: технико-экономическое обоснование», IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems , vol. 16, нет. 4, стр. 1784–1793, 2015.

   Посмотреть по адресу:

   Сайт издателя | Google Scholar

6. Б. Ай, С. Ченг, Т. Кюрнер и др. , «Вызовы беспроводной связи для высокоскоростной железной дороги», IEEE Transactions on Intelligent Transport Systems , vol. 15, нет. 5, стр. 2143–2158, 2014.

   Посмотреть по адресу:

   Сайт издателя | Google Scholar

7. С. Прибе и Т. Кюрнер, «Стохастическое моделирование внутренних радиоканалов THz», IEEE Transactions on Wireless Communications , vol. 12, нет. 9, стр. 4445–4455, 2013.

   Посмотреть по адресу:

   Сайт издателя | Google Scholar

8. К. Гуан, З. Чжун, Б. Ай, К. Брисо-Родригес и Л. Чжан, «Характеристики крупномасштабных замираний в сценариях железнодорожного движения», в Proceedings of the IEEE International Symposium on Antennas and Propagation & USNC/URSI National Radio Science Meeting , стр. 83-84, Ванкувер, Канада, июль 2015 г. , З. Чжун, Б. Ай и Т. Кюрнер, «Эмпирические модели дополнительных потерь при распространении на железнодорожных станциях на высокоскоростной железной дороге», IEEE Transactions on Antennas and Propagation , vol. 62, нет. 3, стр. 1395–1408, 2014.

   Просмотр:

   Сайт издателя | Google Scholar

9. К. Гуан, З. Чжун, Б. Ай и Т. Кюрнер, «Измерения и анализ распространения для железнодорожных станций высокоскоростной железной дороги на частоте 930 МГц», IEEE Transactions on Vehicular Technology , vol. . 63, нет. 8, стр. 3499–3516, 2014.

   Посмотреть по адресу:

   Сайт издателя | Google Scholar

10. К. Гуан, С. Лин, Д. Хе и др., «Модули сценариев и моделирование трассировки лучей миллиметровых и терагерцовых каналов для мобильности интеллектуальных железных дорог», в Материалы 11-й Европейской конференции по антеннам и радиопередаче (EUCAP) 2017 г., стр. 113–117, Париж, Франция, март 2017 г.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Google Scholar

11. Л. Ван, К. Гуан, Б. Ай и др., «Ускоренный алгоритм моделирования трассировки лучей на основе высокопроизводительных вычислений», в Материалы 11-го Международного симпозиума по антеннам, распространению радиоволн, 2016 г. и EM Theory (ISAPE) , стр. 512–515, Гуйлинь, Китай, октябрь 2016 г.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Google Scholar

12. С. Прибе, С. Рей и Т. Кюрнер, «От моделирования распространения широкополосной трассировки лучей до моделирования физического уровня внутренних систем связи ТГц», в Proceedings of the IEEE Radio and Wireless Symposium , стр. 142–144, Остин, Техас, США, январь 2013 г.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Google Scholar

13. Ю. Юн, М. Юнг и Дж. Ким, «Интеллектуальная трассировка лучей для предсказания распространения», в Материалы Международного симпозиума IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium , стр. 1–2, Чикаго, Иллинойс, США, июль 2012 г.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Google Scholar

14. С. Сун, Т. Раппапорт, Р. Хит, А. Никс и С. Ранган, «MIMO для беспроводной связи миллиметрового диапазона: формирование луча, пространственное мультиплексирование или и то, и другое?» Журнал IEEE Communications , том. 52, нет. 12, стр. 110–121, 2014 г.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Академия Google

15. X. Ченг, Q. Яо, C.-X. Ван и др., «Улучшенный метод вычисления параметров для имитатора канала MIMO V2V с релеевскими замираниями в условиях неизотропного рассеяния», IEEE Communications Letters , vol. 17, нет. 2, стр. 265–268, 2013 г.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Google Scholar

16. J. Zhang, Y. Zhang, Y. Yu, R. Xu, Q. Zheng и P. Zhang, «3-D MIMO: насколько это соответствует нашим ожиданиям, наблюдаемым на основе измерений канала?» IEEE Journal on Selected Areas in Communications , vol. 35, нет. 8, стр. 1887–1903, 2017.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Google Scholar

17. L. Zhang, C. Briso, JRO Fernandez et al., «Распространение задержки и электромагнитная реверберация в туннелях и станциях метро», IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters , vol. 15, нет. 4, стр. 585–588, 2016 г.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Академия Google

18. J. Zhang, C. Pan, F. Pei, G. Liu и X. Cheng, «Трехмерные модели каналов с замираниями: обзор исследований угла места», IEEE Communications Magazine , vol. 52, нет. 6, стр. 218–226, 2014.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Google Scholar

19. Г. Р. Маккартни, Т. С. Раппапорт и С. Ранган, «Быстрое затухание из-за того, что люди блокируют пешеходные толпы на частотах миллиметрового диапазона 5G», в Proceedings of the IEEE Global Communications Conference , стр. 1–7, Сингапур, декабрь 2017 г.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Google Scholar

20. Б. Юань и Х. Чжан, «Исследование стандартной секции башни в монополе связи», Hans Journal of Civil Engineering , vol. 7, нет. 1, стр. 62–73, 2018 г.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Google Scholar

21. К. Гуан, Д. Чжун, Б. Ай и др., «Моделирование детерминированного распространения для реалистичной среды высокоскоростной железной дороги», в Proceedings of the IEEE 77th Vehicular Technology Conference 2013 (VTC Spring) , IEEE, Дрезден, Германия, июнь 2013 г. Л. Ван, З. Чжун и Т. Курнер, «Проектирование и применение высокопроизводительной платформы моделирования трассировки лучей для беспроводной связи 5G и выше: учебное пособие», IEEE Communications Surveys & Tutorials , vol. 21, нет. 2019. Т. 1. С. 10–27.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Google Scholar

22. Y. Chen, F. Yang и Y. Yu, «Исследование возможностей покрытия 5G», Communications Technology , vol. 51, нет. 12, стр. 2866–2873, 2018.

    Просмотр по адресу:

    Google Scholar

23. Д. Хе, Дж. Ян, К. Гуан и др., «Моделирование трассировки лучей и анализ распространения для 3GPP high сценариев скорости», в Материалах 11-й Европейской конференции по антеннам и распространению радиоволн (EUCAP) 9, 2017 г.0146 , стр. 2890–2894, Пискатауэй, штат Нью-Джерси, США, март 2017 г.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Google Scholar

24. «Исследование модели канала для частотного спектра выше 6 ГГц (выпуск 15)», Партнерский проект третьего поколения (3GPP) TR 38. 900-15.0.0, июнь 2018 г.

    Посмотреть по адресу:

    Google Scholar

25. Z. Wang, P. Wang и H. Xiong, «Оценка и измерение параметра K для канала увядания риса», Journal of Data Acquisition & Processing , том. 24, нет. 1, стр. 109–113, 2009 г.

    Просмотр по адресу:

    Google Scholar

26. С. Хур, Дж. Х. Парк, Т. Ким и др., «Модель широкополосного пространственного канала в городской сотовой среде на частоте 28 ГГц. », в Proceedings of the European Conference on Antennas & Propagation , Лиссабон, Португалия, апрель 2015 г. угловой спектр нисходящего канала спутниковой связи в условиях дождя», в Proceedings of the IEEE International Symposium on Microwave , стр. 373–377, Чэнду, Китай, октябрь 2013 г. -ТГц канал связи MIMO в беспроводных сетях 5G», IEEE Wireless Communications Letters , vol.