home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Tech Arsenal 1 / Tech Arsenal (Arsenal Computer).ISO / tek-20 / tn210.zip / NETWORK.EXE / PATHCALC.TXT < prev    next >
Text File  |  1992-05-27  |  20KB  |  324 lines

  1.                           COMMENTS TO PATHCALC
  2.                            Jack Taylor,  N7OO
  3.  
  4.  
  5. PATHCALC  can be an  invaluable tool for  NodeOps or other  amateurs interested
  6. in making preliminary RF path evaluations.  Before running PATHCALC, be advised
  7. the  only ways to get out of the program  are to complete a menued sequence, or
  8. to push the "big red button"!  Here is the initial menu:
  9.  
  10. ╔═════════════════════════════════════════════════════════════════════════════╗
  11. ║            *************** PATHCALC version 0.73 ***************            ║
  12. ║                                                                             ║
  13. ║                                                                             ║
  14. ║                  1 - Program Information and General Help                   ║
  15. ║                  2 - Enter Terminal Point Coordinates                       ║
  16. ║                                                                             ║
  17. ║                                                                             ║
  18. ║                                                                             ║
  19. ║                                                                             ║
  20. ║                  7 - Enter General Information                              ║
  21. ║                                                                             ║
  22. ║                  9 - Exit to DOS                                            ║
  23. ║                                                                             ║
  24. ║                                                                             ║
  25. ║                                                                             ║
  26. ║                  Note: Above Items in Gray will be                          ║
  27. ║                        available in FUTURE releases.                        ║
  28. ║                                                                             ║
  29. ║                                                                             ║
  30. ║                                                                             ║
  31. ║                                                                             ║
  32. ╚══════════════════════════<<<<< Select Number >>>>>══════════════════════════╝
  33.  
  34.  
  35. Menu selection (1) provides  program information and help.   Menu selection (2)
  36. requests an input of site name, elevation and, latitude/ longitude information.
  37. For  initial program test purposes for trying out the program, site coordinates
  38. will be required.
  39.  
  40. Failing to have this information on hand, here's sample information that can be
  41. used.
  42.  
  43. TERMINAL 1
  44.  
  45.         Site name      = LMN
  46.         Site Elevation = 9100
  47.         Latitude       = 32N26.5
  48.         Longitude      = 11W47
  49.  
  50. TERMINAL 2
  51.  
  52.         Site name      = DEWEY
  53.         Site Elevation = 7800
  54.         Latitude       = 34N42
  55.         Longitude      = 112W07
  56.  
  57. After this input in verified, an expanded menu is provided:
  58.  
  59. ╔═════════════════════════════════════════════════════════════════════════════╗
  60. ║            *************** PATHCALC version 0.73 ***************            ║
  61. ║                                                                             ║
  62. ║                                                                             ║
  63. ║                  1 - Program Information and General Help                   ║
  64. ║                  2 - Enter Terminal Point Coordinates                       ║
  65. ║                  3 - Calculate Path Length and Headings                     ║
  66. ║                  4 - Calculate Radio Link Parameters                        ║
  67. ║                  5 - Calculate Environmental Path Parameters                ║
  68. ║                                                                             ║
  69. ║                  7 - Enter General Information                              ║
  70. ║                  8 - Print Out Detailed Report                              ║
  71. ║                  9 - Exit to DOS                                            ║
  72. ║                                                                             ║
  73. ║                                                                             ║
  74. ║                                                                             ║
  75. ║                  Note: Above Items in Gray will be                          ║
  76. ║                        available in FUTURE releases.                        ║
  77. ║                                                                             ║
  78. ║                                                                             ║
  79. ║                                                                             ║
  80. ║                                                                             ║
  81. ╚══════════════════════════<<<<< Select Number >>>>>══════════════════════════╝
  82.  
  83.  
  84. Selecting item (3) provides information pertinent to the two sites:
  85.  
  86.  
  87. ╔═════════════════════════════════════════════════════════════════════════════╗
  88. ║            *************** PATHCALC version 0.73 ***************            ║
  89. ║                                                                             ║
  90. ║                                                                             ║
  91. ║                         >>>>> PATH GEOMETRY <<<<<                           ║
  92. ║                                                                             ║
  93. ║   Terminal Point 1                        Terminal Point 2                  ║
  94. ║                                                                             ║
  95. ║   LMN                                     DEWEY                             ║
  96. ║   9100  Feet AMSL                         7800  Feet AMSL                   ║
  97. ║   Latitude   32N26.5                      Latitude   34N42                  ║
  98. ║   Longitude  110W47                       Longitude  112W7                  ║
  99. ║                                                                             ║
  100. ║     Bearing to TP2 > 334.2 degrees          Bearing to TP1 > 153.4 degrees  ║
  101. ║   Elevation to TP2 >  -1.3 degrees        Elevation to TP1 >  -1.2 degrees  ║
  102. ║                                                                             ║
  103. ║            Airline Distance between TP1 and TP2 >   174.0 Miles             ║
  104. ║                                                                             ║
  105. ║        NOTE: > Bearings are with respect to TRUE North                      ║
  106. ║              > Elevation angle is based upon K=1 Earth                      ║
  107. ║                                                                             ║
  108. ║                                                                             ║
  109. ╚══════════════════════<<<<<Hit Any Key To Continue>>>>>══════════════════════╝
  110.  
  111.  
  112. The  above  site  "data window" is a good one to include (as are the following)
  113. into  a  file  for future  reference.    For instance the  sample file could be
  114. titled: LMN-DWY.DAT.   The procedure for extracting this info from PATHCALC was
  115. to  use a  shareware program called PRN2FILE.COM.   PRN2FILE redirects material
  116. written  on the screen  from a  parallel  printer port into a path and filename
  117. (which you specify).    PCTOOLS can be used to edit out the tabs and line-feeds
  118. which seem to be a characteristic of the PRN2FILE screen transfer program.
  119.  
  120. At  this  time, we have the path  distance in statute miles, the path "takeoff"
  121. angles in  either  positive or  negative degrees and the  bearings to each site
  122. relative to  true north.    The takeoff angles are handy in determining useful-
  123. ness of the path.    For instance if one or both sites were located in a saddle
  124. and  negative  take-off angles are  indicated, it could  mean there is  harmful
  125. blockage  obstructing  the path.    A real  example is the case of the LMN site
  126. which  is located  on a ridge  with a higher  elevation to it's immediate west,
  127. thus rendering linking to a distant site in that direction marginal.
  128.  
  129. Selection (4)  gives radio path calculations of which the minimum info to input
  130. is the path's frequency.    This and other inputs are accomplished by use ofthe
  131. UP and DOWN arrows, space key (to initialize the entry) and ENTER:
  132.  
  133. ╔═════════════════════════════════════════════════════════════════════════════╗
  134. ║            *************** PATHCALC version 0.73 ***************            ║
  135. ║                                                                             ║
  136. ║                              RF Frequency  (MHz) >    145.010               ║
  137. ║                Transmitter Output Power  (Watts) >     10.0                 ║
  138. ║                  Transmitter System Losses  (dB) >      3.0                 ║
  139. ║                   Transmitter Antenna Gain (dBi) >      8.0                 ║
  140. ║                      Path Obstruction Loss  (dB) >      0.0                 ║
  141. ║                       Path Absorption Loss  (dB) >      0.0                 ║
  142. ║                      Receiver Antenna Gain (dBi) >      8.0                 ║
  143. ║         Receiver Antenna Noise Temperature   (K) >     40                   ║
  144. ║                     Receiver System Losses  (dB) >      2.0                 ║
  145. ║                   Receiver Noise Bandwidth (kHz) >     15.0                 ║
  146. ║                      Receiver Noise Figure  (dB) >      2.0                 ║
  147. ║                      Desired Threshold SNR  (dB) >     10.0                 ║
  148. ║                    Calculated RF Path Loss  (dB) >    124.6                 ║
  149. ║         Calc Apparent Receiver Noise Floor (dBm) >   -130.0                 ║
  150. ║        Calculated Level of Received Signal (dBm) >    -73.6                 ║
  151. ║          Calculated SNR of Received Signal  (dB) >    +56.4                 ║
  152. ║              Calculated Signal Fade Margin  (dB) >    +46.4                 ║
  153. ║                                                                             ║
  154. ║                       Exit to Main Program       >                          ║
  155. ╚═════════════════════════════════════════════════════════════════════════════╝
  156.  
  157.  
  158. RF frequency, transmitter power, antenna gain and transmitter system losses are
  159. values  which  should  be  "knowns".     Losses due  to path  obstructions  and
  160. absorption may not be so obvious.    According to NBS TechNote 101, below 1 GHz
  161. radio path absorption due to moisture does not exceed 2 dB per 1000 kilometers.
  162. This  converts to approximately .003 dB per mile, an insignificant value except
  163. perhaps on long paths in climatic zones with high moisture content.  Therefore,
  164. for most  path calculations in the VHF/UHF range, "path absorption loss" can be
  165. defaulted to zero.
  166.  
  167. Path  Obstruction  Loss  are  those losses due to obstructions which impede the
  168. signal along the path.    This is something very difficult to arrive at without
  169. actually  making  signal level  measurements  from end-to-end.    Normally this
  170. entry is left at the default value of zero.
  171.  
  172. Receiver  antenna  noise figure of 40 degrees Kelven is an adequate default for
  173. all but deep space paths. 
  174.  
  175. Receiver Noise Bandwidth refers to the last IF bandwidth which for FM voice and
  176. narrow channel data is nominally the default value of 15 KHz.
  177.  
  178. The  Desired  Receiver  Threshold  Signal-to-noise-ratio  refers to the minimum
  179. amount  of signal  above the  noise level that's required to decode the signals
  180. without error.  In most cases the default of 10 dB is adequate.
  181.  
  182. The  Calculated  Amount of Path Loss is the free space attenuation of the line-
  183. of-sight path, in dB.
  184.  
  185.  
  186. Perhaps  the  most  significant  data  point  on  the  above display is that of
  187. "Calculated Signal Fade Margin", in dB.     RF paths are engineered in terms of
  188. "percentage of reliability".     The amount of fade margin available over an RF
  189. path impacts the percentage of reliability as follows:
  190.  
  191.  
  192.            RELIABILITY IN PERCENT               FADE MARGIN IN DB
  193.            ======================================================
  194.  
  195.                            90 ------------------ 10
  196.  
  197.                            96 ------------------ 15
  198.  
  199.                            99 ------------------ 20
  200.  
  201.                            99.5 ---------------- 24
  202.  
  203.                            99.9 ---------------- 30
  204.  
  205.                            99.95 --------------- 34
  206.  
  207.                            99.98 --------------- 38
  208.  
  209.                            99.99 --------------- 40
  210.  
  211. Normally  the  circuit  users  desire a path that is 100 percent reliable.  For
  212. this  reason  a  40 dB  or better  fade margin is required.  However for lessor
  213. amounts  of fade margin, the relationship to reliability is as indicated above.
  214. Here it  should be noted we are refering to the reliability of the path itself,
  215. not that of the equipment.    It should also be noted, a strong received signal
  216. level  at  harsh  electronic  environment  locations, such as  found at today's
  217. typical mountain top site, helps to overcome local interfering signals.
  218.  
  219.  
  220.                               FRESENEL ZONE BOUNDRY
  221.                               ---------------------
  222.  
  223. ╔═════════════════════════════════════════════════════════════════════════════╗
  224. ║            *************** PATHCALC version 0.73 ***************            ║
  225. ║                                                                             ║
  226. ║        Enter Earth Radius K factor (1.00 - 1.80) >  1.25                    ║
  227. ║                                                                             ║
  228. ║ TERMINAL    WAY      WAY      WAY      WAY      WAY      WAY      WAY       ║
  229. ║   POINT    POINT    POINT    POINT    POINT    POINT    POINT    POINT      ║
  230. ║     1        1        2        3        4        5        6        7        ║
  231. ║   32N26.5  32N35.5  32N44.6  32N53.6  33N2.71  33N11.7  33N20.8  33N29.8    ║
  232. ║  110W46.9 110W52.2 110W57.4 111W2.66 111W7.92 111W13.2 111W18.4 111W23.8    ║
  233. ║   +9100'   +8009'   +7061'   +6257'   +5596'   +5079'   +4705'   +4475'     ║
  234. ║      3'     623'     849'     998'    1104'    1177'    1223'    1245'      ║
  235. ║                                                                             ║
  236. ║    WAY      WAY      WAY      WAY      WAY      WAY      WAY   TERMINAL     ║
  237. ║   POINT    POINT    POINT    POINT    POINT    POINT    POINT    POINT      ║
  238. ║     8        9        10       11       12       13       14       2        ║
  239. ║   33N38.8  33N47.9  33N56.9  34N5.95  34N14.9  34N23.9  34N32.9  34N42.0    ║
  240. ║  111W29.1 111W34.4 111W39.8 111W45.2 111W50.6 111W56.0 112W1.53 112W6.99    ║
  241. ║   +4389'   +4445'   +4646'   +4990'   +5477'   +6108'   +6882'   +7800'     ║
  242. ║   1245'    1223'    1177'    1104'     998'     849'     623'       3'      ║
  243. ║                                                                             ║
  244. ║        >The above Way Points are spaced at 11.6 mile intervals              ║
  245. ╚══════════════════════<<<<<Hit Any Key To Continue>>>>>══════════════════════╝
  246.  
  247.  
  248. The  above window serves three purposes.    A straightline on a map between two
  249. sites  may not  depict the actual path between them due to the map being a flat
  250. projection  whereas the  earth is curved.    PATHCALC provides 14 points evenly
  251. spaced  between the two sites that are  calculated using great circle bearings.
  252. When the latitude/longitude of each point  is plotted on the map and connecting
  253. lines drawn between them, the true path will be shown.
  254.  
  255. Secondly,  the centerline of the  path is  indicated in feet above sea level at
  256. each of the latitude and longitude "way points" along the route.
  257.  
  258. Thirdly, the window provides the radius of the first Fresnel zone at each of 16
  259. points.   For  those  not familiar  with the  significance of the first Fresnel
  260. zone,  antenna  reference  books  should be consulted.   For our purposes it is
  261. sufficient  to describe  the first Fresnel zone as an imaginary  cone extending
  262. from  one  antenna to the  midpoint in the  path, where it joins a similar cone
  263. from the opposite antenna.   The radius of the area described by this cone will
  264. vary with frequency and distance between the sites.   The first Fresnel zone is
  265. significant  since it  roughly  includes the area along the path that should be
  266. free from obstacles.
  267.  
  268. Nearly  75 percent of the  signal  strength is received from propagation of the
  269. direct  wavefront  between  the two sites.    Approximately 25  percent  of the
  270. remaining  signal  level  is received  within  the boundry of the first Fresnel
  271. zone.  As a general rule, optimum Fresnel zone  clearance  occurs when at least
  272. 0.6 of the first Fresnel zone  radius, as  plotted over  a true  earth profile,
  273. is clear.    Less  than a 0.6 first  Fresnel zone  clearance may cause obstacle
  274. losses, depending upon the degree of obstruction.
  275.  
  276. In  the above window, the Fresnel zone radius at TP 1 is 3 feet and expands out
  277. to 1245 feet at way points 7 and 8, then reduces back to 3 feet at TP 2.
  278.  
  279. In  order  of  priority  then, a  clear  path  between the two site antennas is
  280. desired.  Secondly is the requirement for first  Fresenel zone clearance of 0.6
  281. or  better, from obstructions.   Normally the obstruction, if any, will be that
  282. of the ground terrain somewhere along the path.  However obstructions can occur
  283. from  bluffs, sides of  mountains or canyon walls.  In addition to path losses,
  284. obstructions of various sorts can cause multipath distortion.  This is the case
  285. where reflections of the  transmitted signal arrives out of phase with the main
  286. wave front.   Multipath  distortion  adversely affects higher data rates and is
  287. more prevalent on non line-of-site paths.
  288.  
  289.  
  290.                             TOPOGRAPHIC MAPS
  291.  
  292. Topographic  maps  are used to evaluate the terrain between two adjacent sites.
  293. An  index  and  catalog of  topographic maps, by state, is available  free upon
  294. request from:
  295.  
  296.                          U.S. Geological Survey
  297.                          Box 25286, Federal Center
  298.                          Denver, Colorado 80225
  299.  
  300. The USGS has available a variety of maps detailing different information.   The
  301. ones of interest are the Standard Quadrangle maps.   These cover systematically
  302. subdivided areas of latitude and longitude, and are published at various scales
  303. depending  on the  size of the area mapped.   Standard Quadrangle formats range
  304. from  7.5 x 7.5  minutes covering geographic areas of 49 to 71 square miles, up
  305. to 1 x 2 degrees covering areas of 4580 to 8690 square miles.
  306.  
  307. The  7.5  and 15 minute, and the 1 x 2 degree series show elevation and contour
  308. levels in feet.    The 7.5 x 15 and  30 x 60 minute series  list elevation  and
  309. contours in meters.   The amount  of detail  shown on a map is proportionate to
  310. the scale of the map.  The larger the map scale, the more detail that is shown.
  311. For example, individual houses are shown on 1:24,000 scale 7.5 minute maps.  On
  312. 1:100,000 scale 30 x 60 minute maps only landmark buildings are shown.
  313.  
  314. Topographic  maps  are  also  available  for  individual  states.    These  are
  315. convenient for plotting state-wide system links.  1 x 2 degree topographic maps
  316. cover  a  distance  of  approximately  100  miles  and  can  give  an excellent
  317. overview of longer radio paths.     Map costs can be minimized by doing initial
  318. plotting  on 1 x 2 degree topographics,  then ordering 7.5 minute maps for area
  319. coverage of paths where more detailed analysis is required.
  320.  
  321. Hopefully the above has demystified the art of radio path calculations.
  322.  
  323. 73 de Jack, N7OO@NJ7P.AZ.USA
  324.