Расчет цифрофровой радиорелейной линии связи

Для учета атмосферной  рефракции и уточнения высот  антенных опор, нужно перестроить (трансформировать) профили. Перестройка заключается  в изменении условных нулевых  линий, пересчитанных при а_экв = 6370К_атм.

Пересчитаем по формуле:

А_экв=6370 K_атм

Тогда для К_атм=1,333  А_экв=8491,2 км  

Для К_атм=0,7 А_экв=4459 км

 

Пользуясь формулой: _,

где Y- высота параболы на относительной координате k, м.

R₀ – протяженность пролета, км.

а_ЭКВ – эквивалентный радиус земли (8491.2/4459 км)

Результаты  вычислений сведем в таблицу 4.2.

 

Таблица 4.2

Данные для построения параболы при различных К_атм

№ точки	0	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5	0.6	0.7	0.8	0.9	1.0
Катм=1,333	0	1.53	2.72	3.57	4.08	4.25	4.08	3.57	2.72	1.53	0
Катм=0,7	0	2.92	5.19	6.80	7.78	8.10	7.78	6.80	5.19	2.92	0

 

Далее строим трансформированные профили при  К_атм=1.33 и К_атм=0.7

Рисунки профилей трасс для К_атм = 1.333 и К_атм = 0.7 изображены на рисунках 4.1 и 4.2.

 

 

 

Рисунок 4.1 - Трансформированный профиль интервала №1

с учетом атмосферной рефракции

 

 

 

Рисунок 4.2 - Трансформированный профиль интервала №2

с учетом атмосферной рефракции

 

По трансформированному  профилю при нормальной атмосферной  рефракции (К_атм =1.33) уточняются высоты подвеса антенн. Для этого, величина H_ф1 откладывается от наивысшей точки трансформированного профиля и, соответственно, высоты подвеса антенн уменьшаться.       Трансформация профиля при К_атм = 0.7 проводится для проверки вероятности закрытия трассы. Так, на рисунках 4.1 и 4.2, при субрефракции, профиль закрывает линии прямой видимости. Значит условия, приведенные в таблице 4.1 , не выполняются, антенны нужно поднять на величину закрытия трассы.

 

5 Расчет норм на показатели неготовности и показатели качества по ошибкам

 

Нормы, по рекомендации МСЭ-Т G. 821, состоят  из двух основных компонентов: показатели неготовности и 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 k_oш = N_ош / N > 10^-3, где N - число переданных символов, N_ош - число ошибочно принятых символов.

Причины, приводящие к неготовности аппаратуры:  
    ·  экранирующее влияние препятствия при субрефракции;  
    ·  влияние гидрометеоров (учитывается при частотах выше 6 ГГц);  
    ·  влияние промышленных атмосферных метеоров (экологические факторы);  
    ·  ненадежность аппаратуры;  
    ·  ошибки обслуживающего персонала.

 

Таблица 5.1

Нормы качества по показателям неготовности

Качество  линии		ПНГ, %
Линии связи высокого качества		Ј0.3 L / 2500
Линии связи среднего качества	1 класс	Ј 0.033 (L=280 км)
	2 класс	Ј 0.05   (L=280 км)
	3 класс	Ј 0.05   (L=50 км)
	4 класс	Ј 0.1      (L=50 км)
Линии связи локального качества		Ј 0.01-1

 

Показатели качества по ошибкам (пко). 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);  
    ·  секунды с ошибками (СО);  
    ·  остаточный k_oш (ОКО).

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. Секунды с ошибками - процент времени превышения k_oш  = 10^-6  за 1 секунду (эта норма определяет качество работы системы связи при передаче данных). В некоторых источниках имеется определение параметра секунды с ошибками как процентное отношение числа бракованных секунд, в течение которых имеется одна или больше ошибок к общему времени работы системы.

Величины  всех этих параметров зависят от интерференционных  замираний сигнала на интервале  ЦРРЛ, которые складываются из гладких и частотно-селективных. К гладким замираниям необходимо относить такие замирания, которые не искажают частотную характеристику системы связи. Соответственно частотно-селективные замирания влияют на АЧХ ствола РРЛ, т.е. в пределах полосы пропускания линии связи вносят различные ослабления на разных частотах. Эти замирания необходимо учитывать при полосе пропускания ВЧ ствола больше 10-15 МГц.

 

Таблица 5.2

Показатели  качества по ошибкам

Линии связи высокого качества		СПС Ј 0.054% L / 2500
		МПК Ј 0.4% L / 2500
Линии связи среднего качеств  Lсекции = 280 км	1 класс	СПСЈ006%   МПК Ј 045%
	2 класс	СПСЈ0.0075%   МПК Ј 0.2%
Линии связи среднего качеств  Lсекции = 50 км	3 класс	СПСЈ0.002%   МПК Ј 0.2%
	4 класс	СПСЈ0.005%   МПК Ј 0.5%
Линии связи локального качества		СПСЈ0.015%   МПК Ј 1.5%

 

 

6 Расчет запасов на замирания

 

Важнейший параметр для расчета цифровой системы  радиосвязи - запас на замирания (M). Запас на замирания представляет собой разницу между уровнями сигнала на входе приемника в отсутствии замираний и пороговым уровнем, при котором коэффициент ошибок составляет определенную величину. Рассмотрим упрощенную структурную схему интервала радиолинии и соответствующую диаграмму уровней приведенную на рисунке 6.1.

 

 

Рисунок 6.1 - Структурная схема и диаграмма уровней интервала радиолинии

 

Очевидно, что  качество работы линии связи, определяется уровнем сигнала на входе приемника  P_пр и возможными отклонениями этого уровня при замираниях. На диаграмме уровней видно, что сигнал излучается передатчиком с уровнем P_пд, проходит через разделительный фильтр (РФ), в котором уровень упадет за счет потерь и поступает через фидер в передающую антенну с коэффициентом усиления G1. За счет потерь в фидере Lф1 уровень сигнала еще уменьшиться, а в передающей антенне увеличится на величину G1. При распространении сигнала по интервалу РРЛ (протяженностью R₀, на рабочей частоте f) уровень сигнала упадет за счет ослабления свободного пространства, потерь в газах атмосферы и некоторых дополнительных потерь. Общее ослабление сигнала за счет этих причин может достигнуть 130-140 дБ и больше.

В приемной антенне  уровень сигнала увеличится на величину G2, затем уменьшится в приемной фидерной линии, в разделительном фильтре и поступит на вход приемника с уровнем P_пр. Это значение получается в отсутствии замираний сигнала на пролете РРЛ. 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  (10^-3 или  10^-6).

Уровень сигнала  на входе приемника (P_пр, дБм)

Р_пр= Р_пд + G₁ + G2 - L0 - Lф1 - Lф2 - Lг - Lрф - Lдоп,

где Р_пд  - уровень мощности передатчика, дБм;  
    Lф1, Lф2- ослабление сигнала в фидерных линиях, дБ.

Ослабление  сигнала в фидерной линии определяется как:

Lф1= Lф2= a L,

где L - длина фидера, м;  
      a - погонное затухание фидера, дБ/м,

При отсутствии фидера (когда приемопередатчики  объединены с антенной в виде моноблока) необходимо учитывать конструктивные особенности устройства объединения. При диаметре антенн 30 - 50 см приемопередающий блок соединяется с антенной непосредственно  с помощью прецизионного волноводного соединителя, поэтому в этих случаях  потери в фидерах можно принять  равными 0 дБ. При больших диаметрах  антенн соединение проводится коротким отрезком гибкого волновода, потери в котором Lф1 = Lф2 = 0.5 дБ. Затухание в разделительном фильтре Lрф - 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 Lрф = 0. При разнесенной конструкции приемопередатчиков и антенн, потери в РФ составляют  4 - 5 дБ (это относится к РРЛ большой емкости)

Дополнительные  потери Lдоп складываются из потерь в антенных обтекателях Lао и потерь от перепада высот приемной и передающей антенн Lпв. (Lдоп = 1 - 2  дБ)..

L0 = 20 lg (4.189 10⁴ R₀ f), дБ,

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

Затухание сигнала  при распространии его по линии Lг рассчитывается по формуле :

Lг = (g_o +g_н ) R_o, дБ.

где g_o, g_н - погонные затухания в водяных парах и атомах кислорода атмосферы (дБ/км), определяемые из графика приведенного на рисунке 6.2.

 

Рисунок 6.2 - Погонные затухания в водяных парах и атомах кислорода атмосферы

 

В рамках курсового  проекта, запас на гладкие замирания  определяется при  k_oш = 10^-3 по соотношению: М = P_пр - Р_{пр пор}(10^-3),

где Рпр пор(10^-3) - пороговый уровень сигнала на входе приемника при коэффициенте ошибок k_oш = 10^-3 (определяется из параметров аппаратуры).

В дальнейших расчетах, величины, относящиеся к  k_oш = 10^-3 будут обозначаться индексом 3 (например, M3). Величина запаса на замирания должна получиться порядка 37 - 43 дБ. При меньших значениях, устойчивой связи может не получиться, а при значениях, значительно превышающих эти пределы - параметры системы, а следовательно, ее стоимость будут неоправданно завышены. Поэтому, меняя коэффициенты усиления антенн, мощности передатчиков, диапазон рабочих частот, тип аппаратуры и пр. нужно добиться, чтобы запас на замирания находился в вышеуказанных пределах.

 

7 Расчет норм на показатели качества по ошибкам

 

Показатели  качества по ошибкам (ПКО) связаны с  быстрыми замираниями на интервалах линии радиосвязи. Основная причина быстрых замираний (проходящих за доли секунд) - интерференция прямых и отраженных радиоволн, поступающих на вход приемников.

Вероятность появления гладких интерференционных  замираний  определяется в соответствии с рекомендациями  МСЭ-Т 338-4

Р_инт = К_кл Q  f ^bR₀^dc, %,

где K_кл - климатический фактор;  
      b, c , d - коэффициенты;  
     Q - фактор условий земной поверхности.

В разных климатических зонах наблюдаются  весьма большие различия при выборе величин, входящих в приведенную  формулу. Данные для их выбора приведены в таблицах 6.1 и 6.2.                   

 

Таблица 6.1

  Дополнительные параметры

Район	Ккл	b	d
Сухопутные районы России	4.1 10-4	1.5	2
Приморские районы и районы, расположенные непосредственно  вблизи водохранилищ, крупных рек и других водных массивов России	2 10-3	1.5	2
Северо-запад России и Санкт-Петербург	4.1 10-4	1.5	2
Западная Европа	1.4 10-6	1	3.5
Скандинавия	6.8 10-5	1	3

 

                   

Таблица 6.2

Дополнительные  параметры

Климат	с
Сухой	0,5
Умеренный	1
Жаркий, влажный климат или умеренный  климат в прибрежных районах	2
Прибрежные районы с жарким, влажным  климатом	4

 

Фактор влияния  условий земной поверхности Q, учитывающий наличие отраженных волн от поверхности Земли, принимается равным единице, если пролет можно отнести к разряду пересеченных.

К ним относятся  пролеты в которых отражением от поверхности можно пренебречь при следующих условиях:

• при неровностях поверхности отражения волн, превышающих величину R_ф1 ;
• при экранировании отраженной волны;
• при малых значениях коэффициентов отражения (например, в случае отражении от поверхности леса).