Повышение надежности электроснабжения объекта

Проектом рассматривается случай, когда на площадке, где размещается станция сотовой связи, имеется единственный внешний источник электроэнергии – воздушная линия с напряжением 0,4 кВ и малыми потерями напряжения в сети.

 

 

 

 

 

1.1 Из истории развития систем связи

 

Сотовая связь появилась в середине ХХ века В США.

17-го июня 1946 в Сент-Луисе, Миссури, AT&T и Southwestern Bell впервые предоставили  коммерческие мобильные радиотелефонные  услуги частным клиентам.

Клиенты пользовались новым авто-радиотелефоном с лицензией предоставленной FCC компании Southwestern Bell. Они обслуживались на шести каналах в 150 MHz диапазоне с 60 kHz канальным расстоянием. Но сильные частотные интерференции (наложения), создававшие нечто похожее на перекрестный разговор по проводному телефону, скоро принудили Белла использовать только три канала. За редким исключением в практике Bell System, подписчик мог купить свои собственные радиоустановки, а не оборудование AT&T.

Упрощенная схема обслуживания радиотелефонов  - беззоновая Система.

На рисунке №1 изображен центральный передатчик, обслуживающий мобильные телефоны на большой территории. Одна антенна обслуживает широкую область, например службу радио такси.

Поскольку установленный на автомобиле передатчик не был таким же мощным, как и центральная антенна, то его ответный сигнал не всегда мог быть получен. Другими словами, это означало, что Вам требовались принимающие антенны, распределенные на большой территории, чтобы перенаправлять радио поток обратно на узел, обрабатывающий вызов. Этот процесс сохранения линии связи, переходящей от одной зоны к другой был назван handoff.

1946, Служба мобильной телефонии Bell System - Зонная Система:

M - мобильный телефон

R - приемник

PSTN - общественная автоматическая телефонная сеть.

Как изображено, в больших городах Служба Мобильной

Телефонии Bell System использовала центральный передатчик, чтобы вызывать мобильные телефоны и передавать нисходящий поток речи. Мобильные телефоны, основываясь на коэффициенте сигнала к шуму, выбирали ближайший приемник и передавали на него сигнал. Другими словами, они получали сообщения на одной частоте от центрального передатчика, а послали ближайшему приемнику на другой.

Как работали мобильные телефоны:

Клиент (1) набирает номер и запрашивает соединение с оператором службы мобильной связи, которому он дает телефонный номер машины, которую он хочет вызывать. Оператор посылает сигнал с терминала радио контроля (2) , в результате загорается лампа и звенит звонок на мобильном устройстве (3). Абонент отвечает по своему телефону, его голос путешествует по радио к ближайшему приемнику (4) и отсюда телефонным проводом к вызывающему. Для того чтобы сделать вызов из машины, абонент просто поднимает трубку телефона и нажимает кнопку "разговор". Это посылает сигнал, который принимается ближайшим приемником и передается оператору.

Разработка GSM началась в 1982 группой из 26 Европейских национальных телефонных компаний. Конференция Европейских Почтовых и Телекоммуникационных Администраций или CEPT, стремились построить единую для всех Европейских стран сотовую систему, около 900 MHz диапазона Планирование началось всерьез и продолжалось в течение нескольких лет.

В настоящее время во многих развитых станах, а также в ряде развивающихся стран ведется интенсивное внедрение сотовых сетей связи (ССС) общего пользования. Такие сети предназначены для обеспечения подвижных и стационарных объектов телефонной связью и передачей данных. В ССС подвижными объектами являются либо наземные транспортные средства, либо непосредственно человек, находящийся в движении и имеющий портативную абонентскую станцию (подвижный абонент). Возможность передачи данных подвижному абоненту резко расширяет его возможности, поскольку кроме телефонных сообщений он может принимать телексные и факсимильные сообщения, различного рода графическую информацию (планы местности, графики движения и т.п.), медицинскую информацию и многое другое. Особое значение ССС приобретают в связи с активным внедрением во все сферы человеческой деятельности персональных компьютеров, разнообразных баз данных, сетей ЭВМ. Доступ к ним через ССС позволит подвижному абоненту оперативно и надежно получить необходимую информацию. Соответственно возрастет и роль систем связи, повысятся требования к качеству передачи информации, пропускной способности, надежности работы. Увеличение объема информации потребует сокращения времени доставки и получения абонентом необходимой информации. Именно поэтому уже сейчас наблюдается устойчивый рост мобильных средств радиосвязи (автомобильных и портативных радиотелефонов), которые дают возможность сотруднику той или иной службы вне рабочего места оперативно решать производственные вопросы. Радиотелефон перестал быть символом престижа и стал рабочим инструментом, который позволяет более эффективно использовать рабочее время, оперативно управлять производством и постоянно контролировать ход технологических процессов, что обеспечивает дополнительные доходы при использовании радиотелефона в производстве. Внедрение ССС во многие отрасли народного хозяйства позволит резко повысить производительность труда на подвижных объектах, добиться экономии материально-трудовых ресурсов, обеспечить автоматизированный контроль технологических процессов, создать надежную систему управления транспортными средствами или мобильными роботами, распределенными на большой территории и входящими в состав гибких автоматизированных систем управления. Использование системы радиосвязи с подвижными объектами можно разделить на следующие классы: ведомственные (или частные) системы подвижной связи (ВСПС); сотовые системы подвижной связи (ССПС); системы персонального радиовызова (СПРВ). Исторически впервые в эксплуатации появились ВСПС, так как в условиях ограничений на использование радиосвязи возможность ее применения для связи с подвижными абонентами предоставлялась государственным, ведомственным или крупным частным организациям (полиция, пожарная охрана, такси и т. п.). Для вызова подвижного абонента (внутри ограниченной зоны обслуживания) стали использоваться СПРВ. Появившиеся совсем недавно ССПС являются принципиально новым видом систем связи, так как они построены в соответствии с сотовым принципом распределения частот по территории обслуживания (территориально-частотное планирование) и предназначены для обеспечения радиосвязью большого числа подвижных абонентов с выходом на телефонную сеть общего пользования (ТФОП). Если ВСПС создавались (и создаются) в интересах узкого круга абонентов, то ССПС за рубежом стали использоваться в интересах широких кругов населения. Свое название ССС получили в соответствии с сотовым принципом организации связи, согласно которому зона обслуживания (территория города или региона) делится на большое число малых рабочих зон или сот в виде шестиугольников. В центре каждой рабочей зоны расположена базовая станция (БС), осуществляющая связь по радиоканалам с многими абонентскими станциями (АС), установленными на подвижных объектах, находящихся в ее рабочей зоне. Базовые станции соединены проводными телефонными линиями связи с центральной станцией (ЦС) данного региона, которая обеспечивает соединение подвижных абонентов с любыми абонентами телефонной сети общего пользования (ТФОП) с помощью коммутационных устройств. При перемещении подвижного абонента из одной зоны в другую, производится автоматическое переключение канала радиосвязи на новую базовую станцию, тем самым осуществляется эстафетная передача подвижного абонента от передающей к последующей (соседней) базовой станции. Управление и контроль за работой базовых и абонентских станций осуществляется ЦС, в памяти ЭВМ которой сосредоточены как статические, так и динамические данные о подвижных объектах и состоянии сети в целом. В отличие от централизованных, в сотовых сетях подвижной связи, радиосвязь базовой станции с абонентской станцией осуществляется в пределах малой рабочей зоны, что позволяет многократно использовать одни и те же частоты в зоне обслуживания. Число абонентов в ССС определяется пропускной способностью и числом БС, равным числу рабочих зон, которое возрастает по квадратичному закону с уменьшением радиуса рабочей зоны R при постоянном радиусе зоны обслуживания R0. Если десять лет назад радиус рабочей зоны в ССС был равен 5-15 км, то в настоящее время он равен 200 м. Так уменьшение радиуса рабочей зоны с 30 до 0,5 км позволит увеличить в 3600 раз число подвижных абонентов, оснащенных радиосвязью и имеющих возможность выхода на ТФОП.

На сегодняшний день сотовый телефон все чаще становится предметом «первой» необходимости. Чаще всего при выборе оператора сотовой связи, основным показателем является качество этой связи. Расстояние, на котором действуют передатчики станций сотовой связи относительно невелико – 5 - 7 километров. Для создания качественного покрытия радиосвязью зоны обслуживания, операторам необходимо большое количество базовых станций, находящихся в зоне прямой видимости. Вне города антенны базовых станций (БС), располагают на специальных металлических башнях (или мачтах). Эти сооружения позволяют обеспечить «прямую видимость» при сложном рельефе местности. Проектируемая базовая станция является расширением подсистемы базовых станций сети сотовой радиотелефонной связи в диапазоне 900/1800 МГц, обеспечивающей радиотелефонной связью абонентов на заданной территории.

Базовая станция имеет 6-и секторную конфигурацию антенн с одним радиоканалом в секторе. На БС используются один радиотехнический кабинет BТS-312 производства фирмы "Huawei".

Оборудование базовой станции размещается в специальной аппаратной - сайте-контейнере, расположенном у подножия башни для  антенн. Проектируемая аппаратная имеет площадь не менее 6 м2 и высоту 2,6 м.

Три антенны радиотелефонной связи типа Kathrein 741 326 и одна антенна РРС монтируются на четырех трубостойках диаметром 76 мм. Трубостойки крепятся к конструкциям площадки обслуживания на вершине башни. Антенны ориентируются в соответствии с заданными азимутами. Высоты подвеса антенн (по центру): 63,0м. Механический наклон антенн от вертикали вниз - 3°. Крепление антенн к трубостойкам выполняется штатным крепежом, входящим в комплект поставки антенн.

Электроснабжение БС запроектировано в размере 3,7 кВт потребной мощности от существующего источника электроэнергии по III категории надежности (по классификации ПУЭ). В соответствии с требованиями РД45.162-2001, необходимо обеспечить II категорию надежности электроснабжения. Для повышения надежности электроснабжения, предусматривается установка стационарного автоматизированного дизель-генератора (ДГА). В случае неисправности и отключения основного внешнего источника электроэнергии, происходит автоматический запуск ДГА, который принимает на себя всю электрическую нагрузку. Предусмотрен учет электроэнергии.

В соответствии с «Инструкцией по проектированию искусственного освещения предприятий связи» в аппаратной БС предусмотрено электроосвещение. Освещенность должна составлять 200 лк.

Для обеспечения нормируемых требований к микроклимату в помещении аппаратной проектируется установка системы кондиционирования воздуха с установкой двух автономных кондиционеров производства фирмы "Daikin" (Япония).

На станции предусмотрена охранно-пожарная сигнализация с выводом шлейфа на кросс БС. Кроме того, в аппаратной устанавливаются средства пожаротушения – углекислотный огнетушитель ОУ-3 (2 шт) и  навешивается модуль автоматического пожаротушения типа «Ураган».

В соответствии с расчетом ВНИИПО МВД России по методике НПБ 110-99 помещение аппаратной БС относится по пожароопасности к категории "В-4".

Защита от заноса высокого потенциала в аппаратную по антенным фидерам выполняется путём заземления антенно-фидерных устройств.

Для обеспечения электробезопасности при выполнении монтажных, ремонтных и регламентных работ в состав оборудования БС входят индивидуальные средства защиты (в соответствии с ПОТ РО-45-003-94) и комплект предупредительных плакатов.

Расчёты уровней мощности покывают, что при работе проектируемой БС биологически опасные зоны на земле отсутствуют, а зоны ограничения застройки не затрагивают жилую застройку.

Нахождение обслуживающего персонала непосредственно перед антеннами возможно только при выключенных передатчиках.

 

2 Радиосвязь

2.1 Схема организации связи

Данная базовая станция цифровой сотовой радиотелефонной связи является объектом подсистемы базовых станций сети сотовой радиотелефонной связи в диапазоне 900/1800 МГц.

 Она обеспечивает установление  входящих и исходящих соединений своих мобильных абонентов между собой, с абонентами других операторов и с абонентами стационарных телефонных сетей (местных, внутризоновых, междугородной и международной) при нахождении и перемещении абонентов сети в пределах обслуживаемой БС территории (включая национальный и международный роуминг).

Организация связи БС показана на рисунке 2.1.

 

Оборудование данной базовой станции  монтируется в специальном сайте - контейнере, площадью 12,5м2, расположенном у подножия башни для установки антенн. Базовая станция имеет 6-и секторную конфигурацию антенн с подключением одного приёмопередатчика на сектор.

Состав оборудования: одна радиотехническая стойка BTS-312 D900/1800 производства фирмы “Huawei” одна стойка электропитания типа PS48360-1В/30, аккумуляторные батареи, три приемопередающие двухдиапозонные (900 МГц/1800МГц) антенны типа Kathrein 741 326, кросс, антенно-фидерное и вспомогательное оборудование.

Основные характеристики технологического оборудования:

· одна радиотехническая стойка BTS-312 900/1800:

- рабочий диапазон – 900 - 1800МГц;

- количество передатчиков – 6;

- мощность передатчика– 40 Вт;

- мощность потребления одного  кабинета – 1.6 кВт;

- габаритные размеры –600(ширина)х650(глубина)х2100(высота) мм;

- масса – 210 кг;

· одна стойка электропитания типа PS48360-1В/30:

- тип выпрямительного модуля  – HD4825;

- количество выпрямительных модулей  – 3;

- номинальный ток одного выпрямителя  –300 А;

- габаритные размеры –550(ширина)х620(глубина)х1600(высота) мм;

- масса– 116 кг;

· антенна радиотелефонной сети типа XXPol A-Panel 900/1800 65°/60° 15/17dBi (Kathrein 741 326):

- габаритные размеры – 1296(высота)х262(ширина)х116(толщина) мм;

- масса – 13 кг;

- частотный диапазон – 900/1800 МГц;

- коэффициент усиления – 15дБи  в диапазоне частот 870-960 МГц;

- коэффициент усиления – 17дБи  в диапазоне частот 1710-1880 МГц;

- ширины диаграммы направленности (по уровню -3 дБ) в горизонтальной плоскости - 65°, в вертикальной плоскости – 14° (900 МГц);

- ширины диаграммы направленности (по уровню -3 дБ) в горизонтальной плоскости - 60°, в вертикальной плоскости – 8° (1800 МГц);

· высокочастотный фидер LCF 7/8" (фирмы "RFS") с затуханием 3,8 дБ/100м в диапазоне частот 900 МГц и с затуханием 5,6 дБ/100м в диапазоне частот 1800 МГц;

Стоечный монтаж радиотехнического кабинета, стойки питания, межблочных соединений, подключение оборудования на кросс осуществляется по документации разработчика оборудования.

Монтаж силового и вспомогательного оборудования и соединение элементов оборудования между собой осуществляется с использованием материалов, и на основании технических решений данного проекта.

Монтаж оборудования и антенно-фидерных устройств должен производиться в соответствии со следующими документами:

- "Указания по производству  и приёмке монтажных работ при устройстве передающих и приёмных радиостанций", выпуск 1, 2, 3 (М., Связь, 1969);

- СНиП 3.05.06-85 "Электротехнические  устройства";

- "Правила техники безопасности  при сооружении и эксплуатации  радио- предприятий";

- Отраслевые строительно-технологические нормы на монтаж сооружений и устройств связи, радиовещания и телевидения ОСТН-600-93 Минсвязи России, М.1994.

Трубостойки для антенн секторов и одной антенны РМР закрепляются на специальной  башне, имеющей специальные площадки.

 К каждой антенне подходят четыре высокочастотных кабеля два выполняют функцию приема-передачи (одна поляризация), два других – только приема (другая поляризация).