Проектирование радиорелейной линии связи

Проектирование радиорелейной линии связи

Введение

Там, где невозможно проложить кабельные линии связи, и где требуется иметь большое количество линий связи, применяют радиорелейные линии связи. РРЛС 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.

Особые свойства, которые отличают радиорелейную связь от традиционной проводной, делают ее все более привлекательной для использования в глобальных, региональных и местных сетях передачи данных. В тех случаях, когда требуется быстрое развертывание сетей передачи данных, обслуживающих подвижных абонентов, или в районах с неразвитой связной инфраструктурой, радиорелейной связи нет альтернативы.

Многолетний опыт применения и развития радиорелейных линий связи выявил следующие достоинства: экономическая выгода, быстрота установки станций и соответственно установления связи, легкость диагностики и обнаружения неисправного оборудования, качество связи, не уступающее проводным линиям.

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

1. Техническое задание

Выбрать для расчета 2 интервала линии связи разной протяженности (с протяженностью не менее заданной величины). Выбрать тип оборудования, способный работать на заданной скорости и имеющий примерно одинаковые технические параметры в этих диапазонах частот (как правило, это оборудование одной фирмы). Произвести расчет показателей качества интервалов ЦРРЛ.

Таблица 1. Исходные данные

Рис.1 Блок-схема алгоритма расчета показателей качества интервала ЦРРЛ

Согласно алгоритму расчету и техническому заданию начнем производить расчёт.

2. Выбор оборудование исходя из технического задания

Из заданной скорости видно, что необходимо применить 20 стволов, выбранное оборудование позволяет это сделать.

Микран-РЛ 13Р+

Семейство ЦРРС «МИК-РЛххР+» - универсальное решение для построения как сетей плезиохронной (PDH) и синхронной (SDH) цифровых иерархий, так и сетей PDH повышенной пропускной способности (PDH+). Обеспечивает совместную передачу TDM и Ethernet трафика с возможностью гибкого перераспределения пропускной способности. Аппаратура работает в диапазонах частот от 4 до 15 ГГц, отличается высокой скоростью передачи, гибкостью конфигурирования и масштабирования.

Отличительные особенности:

·         изменяемая пропускная способность 5…155 Мбит/с;

·              полезная нагрузка до 48хЕ1 + Ethernet или STM-1;

·              совместная передача TDM и Ethernet трафика с возможностью гибкого перераспределения пропускной способности;

·              помехоустойчивое кодирование Витерби / Рида-Соломона;

·              возможность программного управления шириной полосы частот радиоканала, программное переключение вида модуляции от QPSK до 256QAM, спектральная эффективность до 8 бит/с/Гц;

·              адаптивная регулировка мощности передатчиков для снижения помех в сети РРС;

·              модульное построение IDU с возможностью установки до 3-х сменных интерфейсных модулей;

·              возможность наращивания скорости передачи в эксплуатации без замены оборудования;

·              встроенный 4-х портовый коммутатор Ethernet;

·              поддержка защищённых конфигураций: горячее резервирование с безобрывным переключением радиостволов и резервирование с пространственным разносом;

·              повышенная грозозащищенность оборудования благодаря использованию оптоволоконного кабеля снижения;

·              возможность питания приемопередатчиков от независимого источника для увеличения расстояния ODU-IDU до нескольких километров;

·              универсальный протокол сетевого управления SNMP;

·              компактная конструкция оборудования, простота монтажа.

Таблица 2 Технические характеристики ЦРРС МИК-РЛ1

Таблица 3 Функциональные возможности

Таблица 4

3. Расчет норм на качественный показатель и готовность ЦРРЛ

Величина нормы на коэффициент сильно пораженных секунд, % для интервала величиной 30<50 км (1.2.13)

SESRнорм=100*0.002*0.06*50/2500=0.00024%

Величина нормы на коэффициент неготовности, %, для нашего интервала (1.3.6)

Кнегнорм=100*(1.9*10^-3*50/2500+1.1*10^-4))=0.015

Вычислим К_негапп.

Таблица №5

В таблице №4 приведены данные о средней наработке на отказ блоков и устройств РРС. А также сведений о наличии резервирования и принадлежности выбранного оборудования к различным по времени восстановления группам.

Т.к. условия размещения оборудования на РРС1 и РРС2 одинаково, используем единые значения времени восстановления (с учетом подъезда). Гр1.(12ч), Гр2(5ч)

Рассчитаем общую наработку на отказ не резервируемых блоков и устройств, входящих в гр1 для РРС1.(1.4.12)

 ч.

А также нерезервируемых блоков и устройств, входящих в гр2 для РРС1

Наработка на отказ резервируемых блоков и устройств. Входящих в гр1 РРС1.(1.4.13)

и средняя наработка на отказ резервируемых блоков и устройств гр.2

Значение коэффициентов неготовности для нерезервируемого и резервируемого оборудования гр1(1.4.14)

Кнегапп1(нрб)=

Кнегапп1(рб)=

Для группы блоков гр2(работающих в помещениях) (1.4.15)

Кнегапп2(нрб)=

Кнегапп2(рб)=

Результирующее значение коэффициента неготовности с учетом работы системы резервирования для РРС1 (1.4.16)

Значение коэффициента аппаратной неготовности на интервале согласно (1.4.11а)

, т.е

Т.к. устройство бесперебойного питания используется на каждой РРС, получаем:

Определим допустимое значение коэффициента неготовности, обусловленного эффектами распространения радиоволн(1.3.7)

4. Расчет потерь распространения радиосигнала в свободном пространстве

. Расчет ослабления радиосигнала в атмосферных газах

Исходные данные:

Рассчитываем удельное ослабление радиосигнала в кислороде воздуха (7.1)

Рассчитываем удельное ослабление радиосигнала в водяном паре(7.2)

Расчет ослабления в атмосферных газах на интервале ЦРРЛ длиной 32.3км

. Анализ и классификация трассы интервала

Выберем нашу трассу, это будет Бийск-Красный Яр-Советское.

Рис.2 трасса Бийск-Красный Яр (21 км)

рис. 3 трасса Красный Яр-Советское (11.3)

7. Профиль трассы и эквивалентный радиус Земли

Для наших интервалов нижняя и верхняя граница диапазона возможных изменений вертикального градиента определяется одной парой значений g=-10*10^-9 и у=9*10^-8

Рассчитаем эквивалентный радиус Земли(5.2)

а=637000м- радиус Земли

Таблица №6. Описание профиля трассы Бийск-Красный Яр (21км)

Таблица №6. Описание профиля трассы Красный Яр-Советское (11.3км)

Анализ интервала.

Т.к. протяженность интервала составляет 32.3км, т.е. меньше 50км. Интервал попадает под действие примеч.5.5.

Т.о. верхняя граница изменений вертикального градиента диэлектрической проницаемости воздуха на данном интервале:

 1/m

Видно, что интервал в условиях средней рефракции является полуоткрытым:

Т.к. , то с (5.9) определяем gг:

Найденное значение  ( и определяет поддиапазоны О и ПЗ, соответственно как (и [

8. Расчет множителя ослабления

Рассчитаем множитель ослабления на открытом интервале Бийск-Красный Яр.

На интервале на высоте 50 м над уровнем моря расположен водный объект, поверхность которого может быть аппроксимирована сферой с радиусом.

Решив уравнения, получаем б1=1.89*10^-3 рад. И с помощью (6.5) определяем расстояние до предполагаемой геометрической точки отражения, м:

R1=1.89*10^-3*9347*10³=17665.83 м

Из профиля местности видно, что на данном расстоянии точка отражения будет принадлежать водному объекту и, следовательно, является геометрической точкой отражения.

Таблица №7. Характеристики точки и зоны отражения.

Радиус минимальной зоны Френеля, м (5.4)

Разность хода между прямым и отраженным лучами определим по 6.7

Размеры зоны, формирующей отраженную волну и имеющей форму эллипса, вдоль трассы (Х),(6.18) и в перпендикулярном ей направлении (Y) (6.19) приближенно определяются, как:

Смещение центра эллипса относительно геометрической точки отражения рассчитывается (6.20),м:

Угол скольжения (6.12)

Для количественной оценки модуля коэффициента отражения вводится понятие коэффициента расходимости (6.26):

Угол наклона нашего водного участка по отношению к плоскости отражения(6.34)

Таким образом,

Из профиля трассы определяем Х_зат=750м,

Согласно(6.35):

ϫН=750+550=1300

Согласно (6.33): S=(1-1300/3850)=0.662

Т.к. зона отражения полностью попадает на водную поверхность, то согласно (6.36) p_s=1

Для левой антенны:

Для правой антенны:

Согласно (6.30),град

Т.о. Λ1, Λ2< Λm при этом d/л=1.6/0.023=69<100 и следовательно, для вычисления усиления антенны необходимо использовать (6.29):

Для левой антенны:

Т.е. (6.32)

Аналогично для правой антенны:

Тогда согласно (6.27) получаем:

Модуль коэффициента отражения для геометрической точки отражения, находящейся на водной поверхности, согласно (6.38) рассчитывается как

Ф=Фпл*D*S*ps*B=1*0.33*0.662*1*0.82=0.2

Множитель ослабления рассчитывается по(6.10):

При этом:

. Расчет дифракционных потерь распространения

На трасе Бийск-Красный Яр (21км), существует 4 препятствия, причем все эти препятствия полузатеняющие, т.к. там располагается либо застройка, либо посадки (лес). Аналогичная ситуация и на трассе Красный Яр-Советское, но в этом случае 3 препятствия.  Наши препятствия аппроксимируем полуплоскостью.

Таблица №8. Параметры необходимые для аппроксимирования.

Суммарные дифракционные потери на двух интервалах, дБ:

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

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.

Качество работы линии связи, определяется уровнем сигнала на входе приемника Pпр и возможными отклонениями этого уровня при замираниях. На диаграмме уровней видно, что сигнал излучается передатчиком с уровнем Pпд, 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.

Рис. 4. Диаграмма уровней на интервале РРЛ

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 Pпр. Это значение получается в отсутствии замираний сигнала на пролете РРЛ.

Запас на замирания (M) является разницей между пороговым значением уровня сигнала на входе приемника Pпр и пороговым значением Pпр пор, которое определяется из параметров конкретной аппаратуры цифровых РРЛ для заданной величины koш (10^-3 или 10^-6).

Расчет для интервала РРЛ Бийск-Красный Яр:

Уровень сигнала на входе приемника рассчитывается по формуле:

 , дБм

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

Аппаратура имеет моноблочную конструкцию, поэтому затухание в разделительных фильтрах (РФ) уже учтено в значениях уровней приемопередающего блока. В этом случае Lрф = 0 дБ.

Приемопередающий блок соединяется с антенной непосредственно с помощью прецизионного волноводного соединителя, поэтому в этих случаях потери в фидерах можно принять равными 0 дБ. доп - дополнительные потери, складывающиеся из потерь в антенных обтекателях Lао и потерь от перепада высот приемной и передающей антенн Lпв. (Lдоп = 1 - 2 дБ).

Потери в свободном пространстве:

 дБ.

г рассчитывается по формуле:

Тогда уровень сигнала на входе приемника равен:

Рпр=43+34+34-141.165-0-0-2.544-0-2=-34.544дБм

В рамках курсового проекта, запас на гладкие замирания определяется при koш = 10^-3 по соотношению:

М = Pпр - Рпр пор(10^-3) = -34.544 - (-86) = 51.456дБм

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

Расчет запаса на замирания для интервала РРЛ Красный Яр-Советское проводится в аналогичном порядке:

 дБм;

Запас на замирания:

М = Pпр - Рпр пор(10^-3) = -20.152 - (-86) = 65.848 дБм.

На этом участке установим антенны диаметром 0.4 метра с коэффициентом усиления 38 дБ.

Таблица 9 Расчет показателей неготовности

При расчете показателей неготовности в курсовом проекте учитывается только влияние гидрометеоров. К гидрометеорам относятся дожди, снег, град, туман и пр. Влияние гидрометеоров заметно уже при частотах больше 8 ГГц.

Расчет для интервала РРЛ Бийск-Красный Яр:

Погонное затухание в дождевых образованиях:

 дБ/км;

- интенсивность осадков (мм/час),  и  - коэффициенты, которые определяются.

Известно, что протяженность дождевых образований различная для дождей разной интенсивности. Чем сильнее дождь, тем меньшую поверхность он покрывает. Эффективная протяженность дождевого образования:

 км,

где J_0.01 - интенсивность дождя, который идет в данной местности в течение 0.01% времени.

Ослабление сигнала, к которому приводит дождь данной интенсивности:

 дБ.

Процент времени Tд, в течение которого уровень сигнала на входе приемника на пролете линии связи станет меньше порогового значения для коэффициента ошибок 10^-3 (что соответствует составляющей показателя неготовности линии связи) определяется выражением:

 ,

Расчет для интервала РРЛ Красный Яр-Советское:

 км;

 дБ;

.

Значения T_Д на обоих интервалах удовлетворяет нормам на ПНГ для линий связи 4-го класса.

Расчет показателей качества по ошибкам

Показатель качества по ошибкам:

Линия связи среднего качества, 4-й класс СПС≤0.005%

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.

Расчет для интервала РРЛ Бийск-Красный Яр:

Вероятность появления гладких интерференционных замираний:

 %,

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

Сильно-пораженные секунды:

 %.

Сильно пораженные секунды представляют собой процент времени превышения величины koш = 10^-3 за 1 секунду.

Расчет для интервала РРЛ Красный Яр-Советское:

 %;

 %.

Заключение

Рис. 5. Результирующая диаграмма высот подвеса антенн на интервалах РРЛ

В данной расчетно-графической работе была рассчитана РРЛ среднего качества (4-й класс) «Бийск-Советское» с промежуточной станцией в Красном Яре. Результаты расчета показали, что линия связи удовлетворяет необходимым нормам: на ПНГ и на показатели качества по ошибкам (СПС).

В ходе выполнения работы мной были получены начальные навыки проектирования РРЛ. Основные моменты усвоила, такие как, построение профиля радиолинии с помощью топографической карты местности, учет всякого рода помех, климатических условий, атмосферных явлений.

Список использованной литературы

1.    Построение профиля радиолинии.

2.       Параметры аппаратуры.

.         ГОСТ Р 53363-2009.

радиорелейный связь атмосфера трасса

Приложение

Профиль трассы Бийск-Красный Яр (21км)

Профиль трассы Красный Яр-Советское (11.3км)