Расчёт цифровой радиорелейной линии связи прямой видимости

                       (2.5)           

Уровень мощности сигнала  на входе приемника,  определяется мощностью передатчика и суммарными потерями мощности сигнала между выходом передатчика и входом приемника:

                                          р_свхо = р_п – а_,                                                                              (2.6)

где р_свхо = 10 P_свхо.

 

Вычисляем

αсв = 20lg((4*3,14*20000)/0,0375) = 135дБм.

Потери в фидерах передатчика и приёмника принимаем = 0, т.о.

α = 139 + 0 + 0 – (36 + 36) = 67дБм.

Теперь считаем уровень  мощности сигнала на входе приёмника:

р_свхо = 29 – 67 = –38 дБм.

 

2.2. Реальные  условия.

В реальных условиях распространения  мощность сигнала на входе приемника отлична от полученной выше из-за влияния земной поверхности и тропосферы.

Учитывают это влияние  с помощью множителя ослабления поля свободного пространства. Множитель ослабления показывает во сколько раз напряженность поля в точке приема в реальных условиях Ер меньше, чем напряженность поля в той же точке при распространении в свободном пространстве.

V(t) =

                                    (2.7)

                    (2.8)

При реальных условиях распространения мощность сигнала на входе приемника

Р_свх= Р_свхо V²(t)                             (2.9)

Множитель ослабления зависит  от протяженности трассы, длины волны,  высот антенны, рельефа местности, метеорологических параметров тропосферы.

Поскольку состояние тропосферы непрерывно меняется, то и значение множителя меняется во  времени. Поэтому пользуются при расчетах статистическими данными.

3. Учет рефракции радиоволн.

Основное влияние на рефракцию оказывает неоднозначность  диэлетрической проницаемости воздуха ε в вертикальном направлении, которая характеризуется вертикальным градиентом диэлектрической проницаемости

                                     

,                                    (3.1)

где       h – высота над поверхностью Земли.

На пролетах РРЛ имеют место нелинейные изменения ε по высоте и вдоль трассы. Поэтому при расчетах вводят эффективный вертикальный градиент диэлектрической  проницаемости воздуха _э.

Под _э подразумевают такой неизменный по высоте вдоль пролета градиент, при котором множитель ослабления в точке приема будет тем же, что на реальной трассе.

Экспериментально установлено, что  в большинстве районов неблагоприятные условия распространения бывают в летние месяцы.

Распределение _э подчиняется нормальному закону со средним _э и дисперсией , которые определены для каждого района. В частности для северо-запада Европейской территории (Мурманская, Архангельская, Ленинградская области, Прибалтика) ;

 

4. Учет рельефа местности.

С учетом рефракции трансформируется профиль трассы РРЛ и меняется величина просвета .

         

,                                        (4.1)

          где

,                          (4.2)

где   Н=7.5м – просвет при отсутствии рефракции, определяемый из профиля трассы; – приращение просвета при изменении  .

=-20000/4*-9*10^-8*0,7*(1-0,7) 1,89м.

Отсюда H(g) = 10 + 2 = 12м.

При приращение просвета – просвет на пролете увеличивается, при просвет – просвет на пролете уменьшается. Таким образом, пролет может превращаться из открытого в закрытый и наоборот. Наиболее сильно просвет изменяется в при k = 0.7.

 

5. Расчет множителя ослабления на открытых пролетах.

На открытых пролетах множитель ослабления имеет интерференционный  характер, так как в точку приема, кроме прямой волны, может приходить волна, отраженная от земной поверхности. Для расчета множителя ослабления применяется интерференционная формула.

 

              16                    .

;                    (5.1)

 

 где  – относительный просвет при заданном :

 

                                                          (5.2)

Ф – модуль коэффициента отражения от земной поверхности, зависящий от рельефа местности и угла скольжения. В данном случае принят равным 0,1…0,3 (участок, покрытый лесом, волна короче 5см).

 

Вычисляем относительный просвет:

p(g) = 12м/10м = 1,2.

Далее считаем:

v(t) = 16/((1 + (0,3)^2 – 2*0,3*cos((3,14*(1,5)^2)/3)))^0,5 = 15,7 дБм.

Т.о. Реальный уровень мощности на входе приёмника будет на 12,97 дБм меньше, чем при распространении волны в свободном пространстве.                                                                                                                                                                 

 

7.Расчет устойчивости связи.

7.1. Общие положения.

Цель расчета – проверить  нормы на устойчивость связи РРЛ при выбранных значениях просветов на пролетах РРЛ.

Основными причинами случайных  изменений множителя ослабления, определяющими замирания сигналов,  является тропосферная рефракция радиоволн, интерференция прямой волны и волн, отраженных от земной поверхности и слоистых образований тропосферы, ослабление радиоволн в гидрометеорах (дождь, снег, туман…). Ослабление радиоволн в гидрометеорах особенно сильно на частотах выше 7ГГц.

Под влиянием указанных  причин на  пролетах РРЛ могут  иметь место замирания. Статистические характеристики глубины замираний сигналов определяются распределением вероятностей множителя ослабления. Учитывая малую вероятность появления одновременно глубоких замираний разных видов, а также их статистическую независимость, можно считать, что процент времени, в течение которого множитель ослабления на пролете не превышает v_мин приближенно определяется выражением

 

,                     (7.1)

Входящие в правую часть слагаемые определяют проценты времени, в течении которых множитель ослабления V ≤ V_мин. Т0(VМИН)  и ТД(VМИН) – процент времени месяца, в течении которого V< Vмин из-за экранирующего действия препятствий и из-за ослабления радиоволн в дожде соответственно; ТИНТ(Vмин) – процент времени месяца, в течении которого V<Vмин из-за итерференционных замираний при отражений радиоволн от земной поверхности и от слоистых неоднородностей тропосферы.

V_мин. – минимально допустимое значение множителя ослабления на пролете, при  котором в конце линии мощность шумов  Р_ш=Р_{ш мах}  или вероятность ошибки принимаемого символа р_ош ≤ р_{ош мах}.

Максимально допустимая вероятность ошибки р_ошмах принимаемого цифрового сигнала, установленная международными соглашениями, составляет р_{ош доп} ≤ 10^-3 в течении 0,05% времени любого месяца.

Для цифровых РРЛ минимальный  множитель ослабления

где _свхмин- минимально допустимый уровень мощности сигнала на входе приемника (чувствительность приемника), при котором вероятность приема цифрового сигнала не превышает допустимого;

_n – мощность передатчика в дБВт.

V(t)_мин=-87-29+135-0-(36+36)=-53 дБмВт

7.2. Расчет Т_о(V_мин.).

При нормальном законе распределения g                                                              

                     

                    (7.5)

Если перейти от переменной интегрирования g к ψ

                      

,                                (7.6)

  где   ,

               

,                                             (7.7)

то (7.5) запишется в виде                                

                             T₀(V_мин) =                         (7.8)                                                                                                                                                                                    

Интеграл  (7.8) выражается через табулированную функцию Лапласа. На рис.7.1. приведен график функции Т0(Vмин)=f(Ψ).

Произведем  вычисления Т_о(V_мин.) с учетом субрефракции

Примем g_э=20*10^-81/м

Просвет  H₀=7,5 ΔH=-4,2 H(g)=3,3. Пролет закрытый.

P(g) при этом = 0,44.

 

Параметр µ0 находится аппроксимацией реальных препятствий  сферами. Он характеризует радиус кривизны препятствия и зависит от высоты и хорды сегмента аппроксимирующей сферы.

 

                          ,                             (6.1)

                где     

На рис.6.2 приведена  номограмма для определения µ_о в зависимости от α и l.

 

Множитель ослабления рассчитывается  по формуле.

                       ;                                            (6.2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где _одБ – множитель ослабления  при Н=0, определяется по графику (см. Рис.5.1) при в зависимости от параметра µ0.

Значение  можно определить по графику рис.5.1. При <1на полуоткрытых и закрытых пролетах и различных значениях µ_о, монотонно убывает при уменьшении .

v(t) = -15 дБм. По графику 5.1

Вернёмся к g_э=-9*10^-81/м:

При этом p(g) = 1,252

Вычислим p(g0) = 7,5м/7,5м =1

Вычислим A:

A = (1/(7*10^-8))*(0,0375/((20000)^3*0,7*(1 – 0,7)))^0,5 = 3,13

Теперь считаем Ψ = 2,31*3,13*(1,252 – 1) = 2,5.

По графику на рисунке 7.1 определяем T₀(V_мин) = 0,8%.

 

 

 

7.3. Расчет Т_инт(V_мин.).

Влияние интерференционных  замираний на пересеченных пролетах рассчитывают по формуле

 

(7.10)

 

где – вероятность возникновения в тропосфере слоистых неоднородностей со  значением , отвечающим условию возникновения глубоких замираний ( )

, (7.11)

где R_о – в километрах, f – в гигагерцах, ξ=1 для сухопутных пролетов и ξ =5 для пролетов приморских районов.

T(Δε)≈4.1*10^-4*20²*1*8^1.5 = 3

Vmin=-53

T_инт(υ_мин)=10^0,1*-53 * 3 = 0,00002%

Для пролетов РРЛ, на которых  отражение волн от земной поверхности  играет существенную роль, просвет  Н выбирается из условия минимума показателя устойчивости Т(V_мин). Увеличение Н ведет к уменьшению вероятности малых значений   , при которых V< V_мин , и увеличению вероятности больших значений , при которых возможно попадание в область интерференционных минимумов, что обуславливает соответствующее уменьшение Т_о(V_мин.) и увеличение Т_инт(V_мин.).  ТΔ(V_мин.) от просвета не зависит.

7.4. Расчет Т_д(V_мин.).

При определении процента времени нарушения связи из-за ослабления в дожде принимают  для стволов с вертикальной поляризацией волн _д= _min., а для стволов с горизонтальной поляризацией _д= 0,87 _min.

Модуль множителя ослабления в дожде  определяется

_д = γ_д R_э ,

где  γ_д – погонный коэффициент ослабления в дожде (Рис. 7.3а),

R_э = к_дR – эффективная длина пролета, в предположении, что на всем пролете идет дождь постоянной интенсивности, при которой значение _д, совпадает по модулю с реальным ослаблением сигнала в дожде; к_д – коэффициент, учитывающий пространственную неравномерность выпадения осадков (Рис. 7.3б).

Ориентировочно значение Т_д(V_мин.) рассчитывается следующим образом:

-по известной длине  пролета R и выбранной интенсивности дождя Ј_д определяют поправочный коэффициент к_д (Рис.7.3б);

-определяют эффективную длину пролета;

R_э = к_д R

-по известному значению V_мин. Определяют  допустимое погонное значение коэффициента ослабления в дожде

γ_дмин. =

 

-по γ_дмин    к выбранной интенсивности дождя Ј_д определяют, может ли работать РРЛ на заданной частоте;

-если на заданной  частоте РРЛ работать не  может,  то выбирается меньшая длина  пролета или меньшая интенсивность дождя и расчеты повторяются.