Построение цифровой радиорелейной ЛС между населенными пунктами

Введение

Радиорелейные линии связи  прямой видимости занимают одно из важнейших мест в системах средств  передачи информации. Быстрое развитие технологии открывает новые возможности  в этой области. Потребность в  недорогих надежных ЦРРЛ с относительно небольшой протяженностью и емкостью стремительно возрастает. Для частот выше 10 ГГц разработано и имеется  на рынке большое количество типов  аппаратуры как отечественного, так  и импортного производства. РЛС обеспечивают передачу информации на большие расстояния на территориях с самой различной пересеченностью местности. Длина одного пролета РРЛС достигает 80 км. Применяя антенны различного диаметра, и используя свойства частотных диапазонов, добиваются необходимого усиления для передачи данных на нужные расстояния. Конструктивно, такая аппаратура часто выполняется в виде  моноблоков, когда приемопередающее оборудование и антенна составляют единое целое. Это дает возможность строить на линиях связи простые необслуживаемые промежуточные станции с относительно недорогими антенными опорами. Многие системы полностью автоматизированы, управляются микропроцессорными или компьютерными устройствами, имеют гибкую структуру и обеспечивают реализацию различных конфигураций сетей.

В данной работе необходимо произвести расчет и выбор оборудования для радио релейной линии связи, который основывается на выбранных  участках местности.

 

 

 

 

 

Исходные данные для  выполнения курсового проекта

Таблица №1

Исходные данные

Качество линии связи	Среднее, 4 класс
Скорость работы, Мбит/с	148
Ro , км	19
Число интервалов	2

 

Построение профилей интервалов

Для РРС были выбраны следующие  населенные пункты:

г. Новосибирск – с. Ярково ();

  с Ярково – п. Чик ().

Для профилей интервалов воспользуемся  бесплатным программным обеспечением ProfEdit 3.0. Это программный модуль ввода и редактирования информации на продольном профиле пролета РРЛ- высотных отметок уровня земли, границ и высотных характеристик застройки и леса, границ участков водной поверхности.

Нанесем точки расположения РРС, определим  участки застройки и лесных массивов, задав их высоту.

 

Рис.1 Расположение РРС г. Новосибирск – с. Ярково

 

 

 

 

 

Таблица №2 

Препятствия местности  г. Новосибирск – с. Ярково

№	Начало	Конец	Высота	Тип
1	0,014	1,543	40	Застр.
2	1,603	2,051		Вода
3	2,065	10,897	40	Застр.
4	10,936	11,961	15	Лес
5	16,945	17,147	15	Лес
6	22,583	22,717	15	Лес
7	23,199	23,326	15	Лес
8	31,381	32,169	8	Застр.

 

Рис.2 Расположение РРС  с. Ярково – п. Чик

Таблица №3

Препятствия местности  с. Ярково – п. Чик

№	Начало	Конец	Высота	Тип
1	0,023	1,021	8	Застр.
2	3,917	4,238	10	Лес
3	6,601	6,926	10	Лес
4	7,019	8,352	10	Лес
5	8,776	8,948	10	Лес
6	11,224	11,598	10	Лес
7	16,582	18,108	10	Лес
8	22,731	23,486	8	Застр.

 

Антенные опоры для радиорелейных  линий связи выбираются таким  образом, чтобы обеспечивалась не только прямая видимость, но и отсутствовало  перекрытие первой зоны Френеля.

Рис.3 Профиль интервала г. Новосибирск – с. Ярково (k=0,5)

Рис.4 Профиль интервала с. Ярково – п. Чик (k=0,5)

 

Таблица №4

Полученные данные после построения профиля

Интервал	Высоты антенных опор, м	Коэффициент рефракции, k
с. Ярково – п. Чик		0.5
г. Новосибирск – с. Ярково		0.5

 

Анализ данных, выбор типа аппаратура и параметров антенно-фидерного тракта.

Диапазон рабочих частот определяется минимальной протяженностью интервалов R_0min. В нашем случае протяженность интервала должна составлять не менее 19 км. Для передачи данных станциями, расположенных на таком удалении самым приемлемым диапазоном частот является 17.7-19.7 ГГц. Диапазон с центральной частотой 18 ГГц менее занят, следовательно расчет будем производить на эту частоту.

Типовые параболические антенны  имеют диаметры 0.6, 0.8, 1.2 или 1.8 м при  коэффициентах усиления от 38 до 48 дБ.

На распространение сигналов сильное влияние оказывают гидрометеоры и интерференция прямых и отраженных волн. Ослабление в дожде может  составлять 1-12 дБ/км(при интенсивности дождей 20-160 мм/час). Некоторое влияние оказывает и сама атмосфера (атомы кислорода и молекулы воды), ослабление в которой достигает 0,1 дБ/км.

Найдем подходящий тип  аппаратуры, исходя из заданных диапазона  частот и скорости передачи.

Таблица № 5

 Основные параметры оборудования

Радиорелейное оборудование Iskra Sistemi SparkWave SDR уровня SDH

f, ГГц	Скорость, Мбит/с	Рпд, дБм	Рпор (10-3), дБм
6 - 23	155	20	-79

Зададимся размерами (диаметром) приемных и передающих параболических антенн. D = 1.2 м. Рассчитаем их коэффициенты усиления по формуле:

 

где D - диаметр антенны, м, f - рабочая частота, ГГц

 

Расчет норм на показатели неготовности и на показатели качества по ошибкам.

Показатели неготовности (ПНГ)   

 Неготовность аппаратуры - такое состояние участка ЦРРЛ, при котором в течение десяти  секундных интервалов, следующих  подряд, имеет место хотя бы  одно из событий: 

·  пропадание сигнала (потеря синхронизации);  
·  коэффициент ошибок koш = Nош / N > 10^-3, где N - число переданных символов, Nош - число ошибочно принятых символов.

Показатели качества по ошибкам     

 Показатели качества  по ошибкам системы связи  относятся к тем промежуткам времени, в течение которых система находится в состоянии готовности. 
    Различаются следующие параметры:  
    ·  сильно пораженные секунды (СПС);  
    ·  минуты пониженного качества (МПК);  
    Сильно пораженные секунды представляют собой процент времени превышения величины k_oш  = 10^-3 за 1 секунду.

Минуты пониженного качества - процент времени превышения k_oш=10^-6  за 1 минуту.

Нормы величин для среднего качества линии связи, 4 класс.

Таблица № 6

 Показатели неготовности и качества по ошибкам

ПНГ	0,01%
СПС	0,005%
МПК	0,5%

 

Расчет запасов на замирания

Запас на замирания (M) является разницей между пороговым значением уровня сигнала на входе приемника P_пр и пороговым значением P_{пр пор}, которое определяется из параметров конкретной аппаратуры цифровых РРЛ для заданной величины  k_oш. Уровень сигнала на входе приемника (P_пр, дБм)

 

где Р_пд  - уровень мощности передатчика, дБм;  
    L_ф1, L_ф2- ослабление сигнала в фидерных линиях, дБ.  
       При больших диаметрах антенн соединение проводится коротким отрезком гибкого волновода, потери в котором L_ф1 = L_ф2 = 0.5 дБ.  
  L_рф - определяется из параметров аппаратуры. Но при моноблочной конструкции, данные на уровень мощности передатчика и пороговые значения уровня сигнала на входе приемника, часто относятся к точкам, соответствующим уровням на антенном волноводном соединителе (другими словами, в значения уровней уже заложены потери в разделительных фильтрах).  
    В этих случаях величина потерь L_рф = 0

Рис 5. Блок оборудования Iskra Sistemi SparkWave   

 L_доп - дополнительные потери, складывающие из потерь в антенных обтекателях L_ао и потерь от перепада высот приемной и передающей антенн L_пв. (L_доп = 1 - 2  дБ).

дБ

где R₀ - протяженность интервала РРЛ, км,  
         f - рабочая частота, ГГц,

для интервала г. Новосибирск – с. Ярково, дБ	для интервала с. Ярково – п. Чик ,дБ
146,49	144,78

 
Lг рассчитывается по формуле 

дБ

где , - погонные затухания в водяных парах и атомах кислорода атмосферы (дБ/км), определяемые из графика:

Рис. 6 График погонных затуханий в водяных парах и атомах кислорода атмосферы

  =0,04 дБ/км   =0,005 дБ/км

Lг1 для интервала г. Новосибирск – с. Ярково, дБ	Lг2 для интервала с. Ярково – п. Чик ,дБ
1,26	1,035

Общие потери на участках определим по формуле

 

Lобщ1 для интервала г. Новосибирск – с. Ярково, дБ		Lобщ2 для интервала с. Ярково – п. Чик ,дБ
148,75	146,81

Уровень сигнала на входе  приемника:

Pпр1 для интервала г. Новосибирск – с. Ярково , дБм		Pпр2 для интервала с. Ярково – п. Чик , дБм
-41,39	-39,45

 

   Запас на гладкие замирания определяется при  k_oш = 10^-3 по соотношению

М = P_пр - Р_{пр пор}(10^-3)

где Р_{пр пор}(10^-3) = -79 дБм 

М1 для интервала г. Новосибирск – с. Ярково		М2 для интервала с. Ярково – п. Чик
37,61	39,54

 

Расчет показателей неготовности

При расчете показателей  неготовности в курсовом проекте  учитывается только влияние гидрометеоров. К гидрометеорам относятся дожди, снег, град, туман и пр.

Методика учета влияния  гидрометеоров на показатели неготовности линии связи основывается на расчете  ослабления сигнала в атмосферных  осадках, вероятность появления  которых в данной местности равна 0.01%.  
Погонное затухание в дождевых образованиях определяется по  формуле:

 

где J - интенсивность осадков (мм/час), для Западно-Сибирской низменности и Средне-Сибирского плоскогорья составляет 55 мм/ч,   
и   - коэффициенты для вертикальной и горизонтальной поляризации радиоволн.