Особливості побудови радіорелейних ліній зв'язку

Особливості побудови радіорелейних ліній зв'язку

Зміст

ВСТУП

. особливості побудови РРЛ ЗВ’ЯЗКУ

. РОЗРОБКА ТРАСИ РРЛ ЗВ’ЯЗКУ

. ОСНОВНІ ТЕХНІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОБЛАДНАННЯ РРС

. РОЗРАХУНОК ТРАСИ РРЛ

. ВИЗНАЧЕННЯ ЗАГАСАННЯ СИГНАЛУ В АТМОСФЕРІ

. ЕНЕРГЕТИЧНИЙ РОЗРАХУНОК РРЛ

ВИСНОВОК

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ

ВСТУП

Сучасне радіорелейне обладнання забезпечує передачу даних між вузлами, рознесеними на відстань до 50 км, зі швидкостями від 4 Мб/с до 155/311 Мб/с і надає різноманітні інтерфейси та їх поєднання.

Радіорелейні системи в даний час використовуються для з'єднання віддалених об'єктів в одну мережу, коли немає можливості пов'язувати воєдино віддалені комп'ютерні мережі, або ж прокладання оптоволоконних магістралей економічно невигідно, а також для створення магістральних каналів опорної мережі для операторів зв'язку. Так само вибір радіорелейних ліній зв'язку надає гарну можливість забезпечити взаємодію устаткування телефонної мережі загального користування.

Основні переваги сучасних радіорелейних ліній зв'язку:

-             Швидке розгортання ліній зв'язку при відносно невеликих фінансових інвестиціях;

-             Можливість безперешкодного проходження мережі над транспортними магістралями, над водними поверхнями;

-             Висока рентабельність експлуатації радіорелейних мереж;

-             Мінімальна вартість експлуатації мереж;

-             Ефективна організація якісного зв'язку у складних географічних та кліматичних умовах;

-             Багатофункціональне використання каналів зв'язку для передачі голосової і відеоінформації, електронних документів, забезпечення доступу до мережі інтернет;

-             Ефективне використання смуги частот;

-             Відновлення зв'язку в районах стихійних лих при рятувальних операціях.

РРС класифікують за такими ознаками:

-             Швидкість передачі (високошвидкісні, середньошвидкісні, низькошвидкісні);

-             Ємність радіорелейної лінії (великий ємності, середньої місткості, малоканальні);

-             За кількістю прольотів - одноланкові, багатоланкові.

РРС можуть перебувати в одному з трьох режимів:

-       кінцевому;

-       проміжному;

-       вузловому.

Очевидно, що дві крайні станції перебувають у кінцевому режимі. Проміжним називається режим, коли РРС передає всі прийняті сигнали далі наступним станціям. Вузловим називається режим РРС, коли станція обслуговує певний вузол зв’язку, коли частина або всі канали РРЛ передаються на цей вузол зв’язку, а з вузла замість тих, що передані та виділені, передаються на РРЛ наступним станціям.

. ОСОБЛИВОСТІ ПОБУДОВИ РРЛ ЗВ’ЯЗКУ

Основною особливістю побудови радіорелейних ліній зв‘язку є вимога прямої видимості на всій трасі, яка визначається формулою:

R = 4,12 ( √ h₁ + √ h₂ ) [км ],                                                        (1)

де h₁ , h₂-висота підвісу антен у м.

При реалізації лінії радіорелейних ліній зв‘язку визначені кінцеві пункти, між якими необхідно побудувати лінію передачі. На першому етапі необхідно детально вивчити трасу радіорелейної лінії зв’язку. Це завдання виконується при виїзді спеціального персоналу безпосередньо на заплановану трасу або вивченні траси відбувається за допомогою вже існуючих мап.

Під вивченням траси мається на увазі не тільки виявлення перешкод на лінії прямої видимості. При виборі траси відбувається також перевірка наявності вже існуючих РРC станцій, та вибір місць розташування запланованих РРС .

Після того як місця встановлення обладнання РРС визначені, переходять до побудови профілю траси. Для цього визначається приблизно висота підвісу антен РРС.

Потім переходять до польових робіт:

-     підтвердження прямої видимості (перевірка критичних перешкод);

-       перевірка положення та висот антен;

-       вивчення грунту та особливостей покриття місцевості вздовж траси;

-       наявність місцевого електроживлення;

-       вивчення умов розповсюдження хвиль;

-       вимірювання рівня завад.

Місцевість вздовж траси має особливості щодо обстеження впливу на роботу радіорелейної лінії зв‘язку.

1. Земля з пагорбами та невеликими лісами. При наявності контурних мап легко виконується перевірка місця встановлення РРС.

2. Земля з пагорбами та густими лісами. Перевірка місця ускладнена.

3. Гориста місцевість. Місце встановлення станцій перевіряється легко, наявність прямої видимості перевіряється оптичним шляхом.

4. Рівнини та пустелі. Перевірка відбувається за допомогою альтиметру, навігаційного обладнання чи візуально використовуються переносні башти.

5. Прольоти над водяною поверхнею. Труднощі завжди виникають, коли мова йде про високий коефіцієнт відбиття від водяної поверхні. Існує велика ймовірність утворення атмосферного хвилеводу. Відбиття можуть бути усунені вибором місця встановлення станції, яке екрановане від відбитого променя.

6. Болота. Вони можуть викликати досить сильні відбиття сигналу від землі. Велика ймовірність багатопроменевого розповсюдження. Умови розповсюдження різні, в залежності від пори року. Критичними періодами є сезони дощів.

7. Пустелі. Вони можуть викликати відбиття від землі, але пісок має невисокий коефіцієнт відбиття. Висока ймовірність багатопроменевого розповсюдження, яке пов’язане з великим діапазоном зміни температури.

У всіх випадках суттєвий вплив на роботу радіорелейної лінії зв‘язку мають погодні умови - температура навколишнього середовища та інтенсивність опадів.

Через неоднорідність атмосфери радіохвилі розповсюджуються по криволінійній траєкторії, що одержало назву атмосферної рефракції.

Рефракція - викривлення траєкторії хвиль, обумовлене неоднорідним типом побудови атмосфери й залежить від коефіцієнта заломлення. При нормальному стані атмосфери температура з висотою знижується, тиск падає, а відносна вологість залишається незмінною. Це призводить до зменшення діелектричного проникнення повітря  із збільшенням висоти h.

Змінуз висотою h оцінюють вертикальним градієнтом проникнення повітря:

g₁= d/dh            (2)

Уздовж інтервалу радіорелейної лінії величини  та g₁ змінюються, тому вводять поняття ефективного градієнта g, при якому напруженість електричного поля в точці прийому буде такою ж, як при реальному значенні g₁. Для регіонів України середнє значення g складає -12 х 10^-8 1/м.

. РОЗРОБКА ТРАСИ РРЛ ЗВ’ЯЗКУ

Для всебічного вивчення профілю прольоту траси використовується фізична мапа, карта рельєфу, карта грунту та карта кліматичних умов регіону.

На першому етапі проектування радіорелейної лінії зв‘язку потрібно визначити трасу з прямою видимістю, потім обрати приблизні висоти підвісу антен. Після визначення прольоту траси переходять до побудови профілю прольоту. Профіль траси відображує вертикальний розріз місцевості між сусідніми радіорелейними станціями. Розріз місцевості відбувається за допомогою топографічних карт. Профіль прольоту будується у масштабі (вертикальний - 1:500, горизонтальний - 1:50000).

Наступним кроком визначають кліматичні умови для даної місцевості для кожної пори року та їх середні показники-температуру повітря та інтенсивність опадів.

Проектування радіорелейної лінії ведеться виходячи з умов виконання норм на якісні показники лінії в найбільш несприятливі місяці.

. ОСНОВНІ ТЕХНІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОБЛАДНАННЯ РРС

Вибираючи апаратуру, необхідно враховувати також реальну ситуацію з приводу електромагнітної сумісності радіозасобів, що працюють поблизу конкретної траси РРЛ. Меншою мірою зайнятими є діапазони 11 ГГц, 13 ГГц, 15 ГГц. Тому перед вибором апаратури необхідно провести оцінку ЕМС, яка виконується спеціалізованою організацією.

Подальший аналіз і вибір апаратури відповідно до названих вище критеріїв доцільно здійснювати на основі таких основних характеристик, які в сукупності досить повно відображають можливості обладнання:

-       вид і обсяг інформації, що передається;

-       частотний діапазон

-       можливість ефективного використання відведеної смуги частот;

-       енергетичні характеристики станції;

-       надійність обладнання;

-       вимоги до системи електроживлення.

Враховуючи всі особливості вибору обладнання, для організації РРЛ вибираємо обладнання mini-link26-Е, яке має наступні характеристики:

-       Діапазон робочих частот, ГГц                                   24,5…26,5

-       Пропускна спроможність, Мбіт/с                              2…34

-       Потужність передавача, дБм                                     18…23

-       Тип антени - дзеркальна                                            D = 0,3 м

-       Коефіцієнт підсилення антени, дБ                              46,9

-       Вид модуляції                                                             ФМ - 4

-       Живлення, В                                                               24…60

4. РОЗРАХУНОК ТРАСИ РРЛ

Початкові дані:

-       Робоча частота                                                           f₀ = 26 ГГц

-       Довжина траси                                                            R = 8 км

-       Вид модуляції                                                            ФМ - 4

-       Характеристика місцевості траси - рівнина, луги

-       Максимальна інтенсивність опадів                                     S = 13,4мм/г

-       Середнє значення ефективного вертикального градієнта

-       проникнення повітря                                        g = - 12*10^-8 1/м

-       Швидкість передачі інформації                                 С = 2 Мбіт/с

-       Ймовірність помилки                                                 BER = 10^-7

-       Коефіцієнт втрат у фільтрі                                        М₁ = 0,55 дБ

-       Коефіцієнт втрат в обмежувачі                                  М₂ = 0,65 дБ

Відповідно до завдання будуємо приблизний профіль траси

радіорелейний лінія зв'язок сигнал

Рис. 1 - Профіль траси радіорелейної лінії в прямокутній системі координат.

На рис. 1 показано форму рельєфу ділянки РРЛ, де h1 = 20м; h2 = 25м

За рахунок рефракції розмір просвіту змінюється на величину:

ΔН (g) = - 0,25 R² g k _т(1- k _т )     (3)

ΔН (g) = -0.25 * 8000² * (-12*10^-8) * 0,66 * 0,34 = 0,43 (м)

З отриманих розрахунків знайдемо загальну величину просвіту:

Н (g) = Н + ΔН (g)                       (4)

Н (g) = 15 + 0,43 =15,43 (м)

Знайдемо Н₀ - просвіт, при якому множник послаблення сигналу на інтервалі приблизно дорівнює:

Н₀ =                                        (5)

Н₀ = =4,55 (м)

Розрахуємо відносний (нормований) просвіт:

(g)=                                               (6)

(g)=

При p(g) ≥ 1, тобто H (g) ≥ H₀ траса має назву відкритої.

5. визначення загасання сигналу в атмосфері

В більшості випадків траси радіорелейних ліній зв‘язку

відкриті. Через нерівність рельєфу, рослинності, будівель на трасі

змінюються умови розповсюдження радіохвиль.

Множник послаблення cигналу для відкритих трас визначається формулою:

V_д1 =                                                                       (7)

_д1 =  (2,46 дБ)

Максимальне значення V_макс та мінімальне значення V_мін визначаються формулами:

_макс = 1+Ф                                     (8)

V_макс = 1 + 0,8 = 1,8

V_мін = 1- Ф                                  (9)

_мін = 1- 0,8 = 0,2

Розрахуємо множник послаблення у вільному просторі:

_віл = 120 + 20 lgR_км/λ_см                      (10)

_віл = 120 + 20 lg8/1,1 = 138,8дБ

Суттєве послаблення сигналу на трасі викликають опади - гідрометеори (рис.2). Послаблення електромагнітної енергії відбувається внаслідок розсіяння та поглинання, причому послаблення поглинанням більше, ніж послаблення, викликане розсіюванням для хвиль, зрівняних із краплями дощу й меншими від них. Для хвиль, більших від крапель, послаблення, викликане розсіюванням, більше, ніж послаблення, викликане поглинанням. Кожна окрема крапля дощу вносить послаблення сигналу.

Рис. 2 Залежність послаблення сигналу від інтенсивності дощу й частоти.

Рис. 3 -Загасання сигналу в парах води та кисні атмосфери

Опираючись на графіки (рис.2, 3) маємо наступні значення загасань сигналу у парах води, кисніатмосфери та залежно від інтенсивності дощу, відповідно:

α ₁ = 0,15

α ₂ = 0,02

α ₃ = 1,7

Розраховуємо загальне послаблення радіосигналу на прольоті:

L=V+(ά₁+ά₂+ά₃)R                                                                            (11)

=2,46+(0,15 + 0,02 + 1,7)*8 = 29,92 (дБ)

Знайдемо загальний множник послаблення V_заг

_заг= V_віл +V_д1 + L                       (12)

V_заг= 138,8 + 2,46 + 29,92 = 171,18 (дБ)

Визначимо Т₁ , Т₂ , Т₃ - шумова температура фільтра, обмежувача та МШП;

М_{1 ,} М₂ - коефіцієнт втрат сигналу в фільтрі та обмежувачі;

Рис. 4 - Структурна схема вхідного ланцюга приймача

Розраховуємо шумову температуру фільтра, обмежувача та МШП AFS4-09001100-09S-4:

Т₁ = 290 (М₁ - 1)                                                                          (13)

Т₁ = 290 (1,135 - 1) = 39,1 (К)

Т₂ = 290 (М₂ - 1)                                                                          (14)

Т₂ = 290 (1,16 -1) =46,8 (К)

Т₃ = 290 (К_ш - 1)                                                                            (15)

Т₃ = 290 (1,23 - 1) = 66,7 (к)

Виконаємо розрахунок приведеної до опромінювача антени шумової температури приймача:

Т=Т_ша + Т₁ + Т₂ х М₁ +Т₃ х М₁х М₂                                                                               (16)

Т = 70 + 39,1 + 46,8*1,135 + 66,7*1,135*1,16 = 158,7 (К)

Визначимо коефіцієнт шуму приймача:

К_ш = (Т₁ + Т₂ * М₁ + Т₃*М₁ * М₂ )/290 + 1                                          (17)

К_ш = (39,1 + 46,8 * 1,135 + 66,7*1,135*1,16) / 290 + 1 = 1,3

Знаходимо коефіцієнт підсилення антени, за формулою:

= 6 *(D_a/λ)²                                                     (18)

= 6* (0,3/0,011)² = 4056 (36,08 дБ)

Δψ=80λ/D_A                                                    (19)

Δψ = 80 * 0,011 / 0,3 = 3,07

За умовою маємо ФМ з кратністю 4, отже ∆f = 0,5С

Користуючись графіками залежності частоти бітових помилок від відношення сигнал/шум для різних методів маніпуляції (рис.3-4), знайдемо необхідне для одержання частоти бітових помилок, наприклад р_пом=10^-7, значення відношення сигнал/шум на вході приймача, γ = 13,5 (дБ), а також коефіцієнт ефективності лінії зв‘язку:

= ΔFγ                                                                                            (20)

= 1 * 13,5 = 13,5 (МГц)

Використовуючи рівняння радіолінії, вирахуємо необхідну потужність передавача радіорелейної станції:

P = 16π²R²P_{пр. мін}γL/G²λ²                                                                                                          (21)

ДеP_{пр. мін}- чутливість приймача

Р_пр.мін = kТΔf                                                                                 (22)

де Р - потужність передавача;- коефіцієнт підсилення антени (так як частоти приймача та передавача близькі в розрахунках використовують коефіцієнт підсилення антени на меншій частоті);

Т - приведена до опромінювача антени шумова температура приймальної системи;- протяжність лінії зв‘язку;- стала Больцмана, k=1,38х 10^-23 Вт/ Гц Град;

Δf - смуга пропускання приймального тракту;

γ - відношення сигнал/шум на вході приймача;- загасання сигналу в лінії зв‘язку;

λ - довжина хвилі.

P= (16 π² * 8² * 10⁸ * 1,38 * 10^-23 * 1,58 * 10² * 1 * 10⁶ * 1,35 * 10 * 9,81 * 10²)/(1,15² * 10^-4 * 4,56² * 10⁶) = 134 мкВт

Враховуючи дальність прольоту РРЛ зв’язку та частоту на якій відбувається передача інформації, можна стверджувати, що даної потужності буде достатньо для якісної передачі сигналу. Така потужність буде забезпечена передавачем РРС.

Рис.5 - Діаграма рівнів сигналів з мінімальним та максимальним затуханням

ВИСНОВОК

Радіорелейні системи в даний час використовуються для з'єднання віддалених об'єктів в одну мережу, коли немає можливості пов'язувати воєдино віддалені комп'ютерні мережі, або ж прокладання оптоволоконних магістралей економічно невигідно, а також для створення магістральних каналів опорної мережі для операторів зв'язку. Сучасні радіорелейні системи забезпечують передачу інформації між вузлами, рознесеними на відстань до 50 км.

Під час виконання курсового проекту було розроблено радіорелейну лінію передачі цифрової інформації на відстань 15 км через рівнинну місцевість. Для забезпечення якісної передачі було враховано затухання сигналу у вільному просторі, вплив кліматичних умов та опадів на рівень сигналу. При розрахунках РРЛ було використано обладнання “Mini-link15-E” з урахуванням того, що лінія буде розвиватися.

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ

1.  Маковеева М.М.. Радиорелейные линии связи: Учебник для техникумов. - М.: Радио и связь, 1988. - 312 с.

2.      Мордухович Л.Г., Степанов А.П.. Системы радиосвязи: Курсовое проектирование. Учеб.пособие для вузов. - М.: Радио и связь, 1987. - 192 с.

.        Александрова Т.С., Урьев А.Г.. Основы телевидения и радиорелейной связи: Учебник для техникумов / Т.С.Александрова, А.Г. Урьев. - М.: Связь, 1980. - 208 с.

4.  Вильям Столлингс. Беспроводные линии связи и сети.-М., С.- П., К.: Вильямс, 2003.-639с.

5.      Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ: Учеб.для радиотехнических спеціальностей вузов. - М.: Высш.шк., 1988. - 432 с.

6.  Справочник по цифровым радиорелейным системам. МСЕ. Бюро радиосвязи. Женева 1996.