Проектирование цифровых радиорелейных линий
Пояснительная записка к курсовому
проектированию
«Проектирование цифровых
радиорелейных линий»
Содержание
Введение
Исходные данные профиля интервала УРС-19М-ПРС-20М
. Выбор высот антенн на участке
.1 Выбор пар высот антенн на интервале
.1.1 Выбор ПВА, допустимых в условиях нормальной рефракции
радиоволн
.1.2 Проверка допустимости ПВА в условиях субрефракции
радиоволн
. Расчет параметров и показателей качества передачи
.1 Расчет энергетических характеристик интервала
.2 Расчет показателей качества по ошибкам (SESR)
Заключение
Литература
Введение
В условиях больших территорий Российской Федерации,
природно-географических особенностей, а также слабо развитой инфраструктуры
связи в большинстве регионов РРЛ являются важной частью существующей сети связи
РФ.
ЦРРЛ имеют ряд достоинств по сравнению с кабельными, в том числе
волоконно-оптическими линиями связи:
. более высокая надежность линейного тракта;
. слабая зависимость от местных природно-географических условий;
. значительно меньшие проблемы с выделением земельных угодий;
. существенно меньшие капитальные затраты при новом строительстве;
. возможности постепенного увеличения капитальных вложений по мере
увеличения трафика и использования антенных опор для организации подвижной
связи вдоль трассы РРЛ.
Курсовой проект состоит из двух логических частей. На первом этапе
выбираются оптимальные высоты подвесов антенн на 8-интервальном участке. На
втором этапе рассчитываются показатели качества на одном из интервалов.
Выбор высот подвеса антенн на интервалах является важным этапом
проектирования новых цифровых РРЛ. От выбора высот антенн зависят как
показатели качества передачи, так и необходимые высоты антенных опор и
соответствующие затраты на их сооружение. Таким образом, при выборе высот антенн
следует учитывать два аспекта: технический, основанный на существующих
требованиях к показателям качества передачи, и экономический, связанный с
затратами на антенно-мачтовые сооружения и фидерные тракты.
Современные высокие требования к показателям качества передачи информации
не зависят от используемой физической среды передачи. В виду этого расчет
показателей качества ЦРРЛ имеет особую важность, если учесть сложный характер
зависимостей указанных показателей от условий распространения радиоволн, характеристик
и конфигурации используемого радиорелейного оборудования.
В данном курсовом проекте рассчитываются два основных показателя
качества: показатель сильно пораженных секунд SESR и показатель неготовности UR. Оба показателя сравниваются со своими нормами (для
магистральной линии в данном случае) и делается вывод о пригодности ЦРРЛ с
данными показателями качества.
В табл. 1-5 приводятся топографические исходные данные и технические
характеристики оборудования антенн, а также статистические данные по рефракции
в данном регионе.
Исходные
данные профиля интервала
УРС-19М-ПРС-20М
Таблица 1
Высотные отметки рельефа местности
|
№
|
R, км
|
H, м
|
№
|
R, км
|
H, м
|
|
1
|
0,00
|
18,0
|
10
|
8,80
|
70,5
|
|
2
|
0,70
|
20,0
|
11
|
10,80
|
67,0
|
|
3
|
2,80
|
30,5
|
12
|
11,30
|
80,0
|
|
4
|
3,90
|
31,5
|
13
|
12,40
|
85,4
|
|
5
|
4,20
|
31,5
|
14
|
13,50
|
90,0
|
|
6
|
4,80
|
32,0
|
15
|
14,40
|
102,0
|
|
7
|
5,70
|
20,4
|
16
|
15,05
|
116,5
|
|
8
|
6,70
|
50,5
|
17
|
15,40
|
117,5
|
|
9
|
7,70
|
60,0
|
|
|
|
Таблица 2
Данные местных предметов
|
№
|
R1, км
|
R2, км
|
Тип МП
|
HH, м
|
|
1
|
6,70
|
7,70
|
Лес
|
9,0
|
|
2
|
13,5
|
14,4
|
Лес
|
9,0
|
Таблица 3
Данные подстилающей поверхности
|
№
|
R1, км
|
Тип ПП
|
|
1
|
0,00
|
Суша
|
|
2
|
3,80
|
Вода
|
|
3
|
4,20
|
Суша
|
Таблица 4
Погрешности топографической информации
|
№
|
R1, км
|
dH, м
|
|
1
|
0,00
|
0,0
|
|
2
|
0,01
|
6,0
|
|
3
|
15,39
|
0,0
|
Таблица 5
Технические характеристики оборудования антенн и статистические
характеристики рефракции
|
Технические характеристики
оборудования антенн
|
|
Средняя частота диапазона
частот
|
f = 18,7 ГГц
|
|
Мощность передатчика
|
Pпд = 20 дБм
|
|
Пороговый уровень приема
|
Pпор =
- 81 дБм
|
|
Потери в антенных
разветвителях
|
Lар = 6,0 дБ
|
|
Ширина сигнатуры
|
WS =
20 МГц
|
|
Глубина сигнатуры
|
BS= 17 дБ
|
|
Коэффициент усиления
антенны
|
Ga1/Ga2/Ga3 = 36/39/41 дБ
|
|
Статистические
характеристики рефракции
|
|
Среднее отклонение
|
 = - 11
* 10-8 1/м = - 7
* 10-8 1/м
|
|
|
Стандартное отклонение
|
sg =
7 * 10-8 1/м
|
sg =
4,5 * 10-8 1/м
|
1. Выбор высот
антенн на участке
.1 Выбор пар
высот антенн на интервале
.1.1 Выбор
ПВА, допустимых в условиях нормальной рефракции радиоволн
Построение профиля интервала в условиях нормальной рефракции:
Условный нулевой уровень вычисляется по формуле:
(1.1)
(1.2)
(1.3)
где R = 15,40 км- длина интервала;- относительная координата точки, для
которой вычисляется условный нулевой уровень (1.2);- расстояние указанной точки
до левого конца интервала, м;э - эквивалентный радиус Земли, м (1.3);
-
геометрический радиус Земли;
= - 6 *
10-8 1/м - среднее значение градиента диэлектрической проницаемости для
худшего сезона.
От
условного нулевого уровня откладываются высотные отметки заданные табл. 1.
Погрешность топографической информации учитывается добавлением ко всем точкам
кроме начальной и конечной на интервале значения погрешности (табл. 4). Данные
местных предметов наносятся в соответствии с табл. 2. Результат см. рис. 1.2.
Выбор
четырех нехудших ПВА в условиях нормальной рефракции:
По
критерию допустимости в условиях нормальной рефракции (1.4) выбираются четыре
нехудшие ПВА.
(1.4)
(1.5)
(1.6)
где
P1() -
относительный просвет при средней рефракции для худшего сезона, нормированный
относительно радиуса первой зоны Френеля (1.5);() -
абсолютный просвет на интервале при g = , м;-
радиус первой зоны Френеля в точке определения просвета, м (1.6);- длина
интервала, м;- расстояние указанной точки от левого конца интервала, м.
Результаты
выбора ПВА представлены в табл. 6 и отмечены на рис. 1.2.
Таблица
6
|
№, п/п
|
h1, м
|
h2, м
|
H(), мF1, мP1()
|
|
|
|
1
|
155
|
120
|
2,50
|
2,34
|
1,07
|
|
2
|
140
|
125
|
7,50
|
2,34
|
3,21
|
|
3
|
125
|
130
|
12,50
|
2,34
|
5,34
|
|
4
|
110
|
135
|
17,50
|
2,34
|
7,48
|
.1.2 Проверка
допустимости ПВА в условиях субрефракции радиоволн
Критерий допустимости в условиях субрефракции:
(1.7)
(1.8)
(1.9)
(1.10)
где
-
относительный просвет при g = 
,
нормированный относительно радиуса первой зоны Френеля (1.8);() -
абсолютный просвет на интервале при g = ;- радиус
первой зоны Френеля в точке определения просвета, м (1.6);
-
значение градиента диэлектрической проницаемости, превышаемое в 0,1% времени,
1/м;
-
значение коэффициента рефракции, превышаемое примерно в 99,9% времени худшего
сезона для континентального умеренного климата (см. рис. 1.1). Для R = 15,4 км
KP(99,9%) = 0,5.
Рис.1.1.
Зависимость KP(99,9%) от длины интервала R
В
условиях субрефракции профиль интервала с выбранными ПВА будет иметь вид,
представленный на рис. 1.3.
Проверка
выбранных в разделе 1.1.1. ПВА в условиях субрефракции сведена в табл. 7.
Таблица
7
|
№, п/п
|
h1, м
|
h2, м
|
H[], мF1, мP1[]
|
|
|
|
1
|
155
|
120
|
2,50
|
2,34
|
1,07
|
|
2
|
140
|
125
|
7,50
|
2,34
|
3,21
|
|
3
|
125
|
130
|
12,50
|
2,34
|
5,34
|
|
4
|
110
|
135
|
17,50
|
2,34
|
7,48
|
Критерий допустимости в условиях субрефракции выполняется для всех
четырех нехудших ПВА на интервале.
Рис.1.2. Четыре нeхудших
ПВА на интервале при нормальной рефракции
Рис.1.3. Четыре нeхудших
ПВА на интервале при субрефракции
.2 Выбор оптимальной совокупности высот антенн на участке
Задача выбора оптимальной совокупности высот антенн на 8-интервальном
участке решается с помощью принципа минимума затрат. Совокупность ПВА на
интервалах должна быть выбрана так, что суммарные затраты на опоры антенн были
бы минимальны. Предположим, что все опоры-мачты на интервалах однотипные
секционные, зависимость стоимости от высоты определяется табл. 8.
Таблица 8
|
Высота опоры, м
|
16
|
20
|
24
|
28
|
30
|
36
|
42
|
48
|
54
|
60
|
72
|
78
|
|
Стоимость опоры, тыс. у.е.
|
9,01
|
9,34
|
9,56
|
10,01
|
11,06
|
13,76
|
15,11
|
16,48
|
18,42
|
20,58
|
23,82
|
26,04
|
В соответствии с номером варианта, вычисляется номер интервала из восьми,
на котором были выбраны 4 нехудшие ПВА: 12 mod 8 = 4. Интервал № 4.
В качестве имитации на других интервалах задаются ПВА того же порядка,
что и на интервале №4.
Задача оптимизации выбора высот антенн решается методом динамического
программирования. В табл. 9 представлены нехудшие допустимые пары высот антенн
на интервалах, м.
Таблица 9
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
|
|
45 - 21
|
20 - 46
|
48 - 20
|
20 - 44
|
48 - 16
|
20 - 48
|
47 - 20
|
22 - 48
|
|
43 - 26
|
24 - 44
|
42 - 26
|
24 - 41
|
42 - 20
|
24 - 42
|
41 - 26
|
24 - 36
|
|
37 - 30
|
29 - 36
|
36 - 28
|
28 - 37
|
39 - 30
|
36 - 39
|
38 - 33
|
31 - 30
|
|
30 - 34
|
31 - 28
|
28 - 30
|
32 - 33
|
30 - 36
|
42 - 30
|
31 - 38
|
37 - 28
|
Процесс пошаговой оптимизации поясняется табл. 10 - 16, которые содержат
стоимости отдельных опор и суммарные стоимости опор для участков РРЛ (жирным
шрифтом выделены условно минимальные суммарные стоимости опор на участках).
Таблица 10
Шаг 1
|
7 8
|
22 - 48
|
24 - 36
|
31 - 30
|
37 - 28
|
|
47 - 20
|
9,56 + 16,48
=26,04
|
9,56 + 13,76 =23,32
|
13,76 + 11,06
=24,82
|
15,11 +10,01
=25,12
|
|
41 - 26
|
10,01 +16,48
=26,49
|
10,01 + 13,76
=23,77
|
13,76 +11,06
=24,82
|
15,11 +10,01
=25,12
|
|
38 - 33
|
13,76 + 16,48
=30,24
|
13,76 +13,76
=27,52
|
13,76 + 11,06
=24,82
|
15,11 +10,01
=25,12
|
|
31 - 38
|
15,11 +16,48
=31,59
|
15,11 + 13,76
=28,87
|
15,11 +11,06
=26,17
|
15,11 +10,01
=25,12
|
Таблица 11
Шаг 2
|
6 7
|
47 - 20
|
41 - 26
|
31 - 38
|
|
20 - 48
|
16,48 + 25,12
=41,6
|
16,48 + 25,12
=41,6
|
16,48 + 25,12
=41,6
|
16,48 + 25,12
=41,6
|
|
24 - 42
|
16,48 + 25,12
=41,6
|
15,11 + 25,12
=40,23
|
15,11 + 25,12
=40,23
|
15,11 + 25,12
=40,23
|
|
36 - 39
|
16,48 + 25,12
=41,6
|
15,11 + 25,12
=40,23
|
15,11 + 25,12
=40,23
|
15,11 + 25,12
=40,23
|
|
42 - 30
|
16,48 + 25,12
=41,6
|
15,11 + 25,12
=40,23
|
15,11 + 25,12
=40,23
|
13,76 + 25,12
=38,88
|
Таблица 12
Шаг 3
|
5 620 - 48 24 - 42 36 - 39
42 - 30
|
|
|
|
|
|
48 - 16
|
9,34 + 41,6 =
50,94
|
9,56 + 40,23
=49,79
|
13,76 + 40,23
=53,99
|
15,11 + 38,88
=60,44
|
|
42 - 20
|
9,34 + 41,6
=50,94
|
9,56 + 40,23
=49,79
|
13,76 + 40,23
=53,99
|
15,11 + 38,88
=60,44
|
|
39 - 30
|
11,06 + 41,6
=52,66
|
11,06 + 40,23
=51,29
|
13,76 + 40,23
=53,99
|
15,11 + 38,88
=60,44
|
|
30 - 36
|
13,76 +41,6
=55,36
|
13,76 + 40,23
=53,99
|
13,76 + 40,23
=53,99
|
15,11 + 38,88
=60,44
|
Таблица 13
Шаг 4
|
4 548 - 16 42 - 2039 - 3030
- 36
|
|
|
|
|
|
20 - 44
|
16,48 + 49,79
=66,27
|
16,48 + 49,79
=66,27
|
16,48 + 51,29
=67,77
|
16,48 + 53,99
=70,47
|
|
24 - 41
|
16,48 + 49,79
=66,27
|
15,11 + 49,79
=64,9
|
15,11 + 51,29
=66,4
|
15,11 + 53,99
=69,1
|
|
28 - 37
|
16,48 + 49,79
=66,27
|
15,11 + 49,79
=64,9
|
15,11 + 51,29
=66,4
|
15,11 + 53,99
=69,1
|
|
32 - 33
|
16,48 + 49,79
=66,27
|
15,11 + 49,79
=64,9
|
15,11 + 51,29
=66,4
|
13,76 + 53,99
=67,75
|
Таблица 14
Шаг 5
|
3 420 - 4424 -
4128 - 3732 - 33
|
|
|
|
|
|
48 - 20
|
9,34 + 66,27
=75,61
|
9,56 + 64,9
=74,46
|
10,01 + 64,9
=74,91
|
13,76 + 64,9
=78,66
|
|
42 - 26
|
10,01 + 66,27
=76,28
|
10,01 + 64,9
=74,91
|
10,01 + 64,9
=74,91
|
13,76 + 64,9
=78,66
|
|
36 - 28
|
10,01 + 66,27
=76,28
|
10,01 + 64,9
=74,91
|
10,01 + 64,9
=74,91
|
13,76 + 64,9
=78,66
|
|
28 - 30
|
11,06 + 66,27
=77,33
|
11,06 + 64,9
=75,96
|
11,06 + 64,9
=75,96
|
13,76 + 64,9
=78,66
|
Таблица 15
Шаг 6
|
2 348 - 2042 -
2636 - 2828 - 30
|
|
|
|
|
|
20 - 46
|
16,48 + 74,46
=90,94
|
16,48 + 74,91
=91,32
|
16,48 + 74,91
=91,32
|
16,48 + 75,96 =92,44
|
|
24 - 44
|
16,48 + 74,46
=90,94
|
16,48 + 74,91
=91,32
|
16,48 + 74,91
=91,32
|
16,48 + 75,96 =92,44
|
|
29 - 36
|
16,48 + 74,46
=90,94
|
15,11 + 74,91
=90,02
|
13,76 + 74,91
=88,67
|
13,76 + 75,96
=89,72
|
|
31 - 28
|
16,48 + 74,46
=90,94
|
15,11 +74,91
=90,02
|
13,76 + 74,91
=88,67
|
10,01 +75,96
=85,97
|
Таблица 16
Шаг 7
|
1 220 - 4624 - 4429 - 3631
- 28
|
|
|
|
|
|
45 - 21
|
9,56 + 91,32
=100,88
|
9,56 + 91,32
=100,88
|
11,06 + 88,67
=99,73
|
13,76 + 88,67
=102,43
|
|
43 - 26
|
10,01 + 91,32
=101,33
|
10,01 + 91,32
=101,33
|
11,06 + 88,67
=99,73
|
13,76 + 88,67
=102,43
|
|
37 - 30
|
11,06 + 91,32
=102,38
|
11,06 + 91,32
=102,38
|
11,06 + 88,67
=99,73
|
13,76 + 88,67
=102,43
|
|
30 - 34
|
13,76 + 91,32
=105,08
|
13,76 + 91,32
=105,08
|
13,76 + 88,67
=102,43
|
13,76 + 88,67
=102,43
|
Шаг 8: 16,48 + 99,73 = 116,21 тыс. у.е. - суммарная минимальная стоимость
опор антенн на участке.
Результат выбора высот на интервалах отмечен жирным шрифтом в табл. 9 и
приведен на рис. 1.4.
Рис.1.4. Выбор оптимальных ПВА на 8-интервальной РРЛ
2. Расчет
параметров и показателей качества передачи
.1 Расчет
энергетических характеристик интервала
Средний уровень принимаемого сигнала при номинальной мощности
передатчика:
(2.1)
где
Pпд - гарантированное значение номинального уровня мощности передатчика, дБм
(см. табл. 5);
-
средние суммарные потери на интервале:
(2.2)
где
Gа1 и Gа2 - коэффициенты усиления антенн на левом и правом концах интервала, дБ
(см. табл. 5);- потери свободного пространства на интервале, дБ (2.3);
Lгаз - потери в
газах тропосферы, дБ (влияние ослабления в газах тропосферы следует учитывать,
начиная с 8 - 10 ГГц, при частоте 18,7 ГГц можно положить 
дБ);дифр() -
дифракционные потери при средней рефракции, дБ (при правильно выбранных высотах
подвеса антенн отсутствуют Lдифр() =0);ар
- суммарные потери в антенных разветвителях на интервале, дБ (см. табл. 5);ф -
суммарные потери в волноводных (фидерных) трактах на интервале, дБ (2.4);доп -
дополнительные потери на интервале, дБ (положим 
дБ).
(2.3)
где
R - длина интервала, км;- средняя частота используемого диапазона частот, ГГц.
(2.4)
где
Lф1 и Lф2 - потери в волноводном тракте на левом и правом концах интервала.
(2.5)
(2.6)
где
-
погонное затухание используемых волноводов, дБ/м (
);и h2 -
соответственно высоты подвеса антенн над уровнем земной поверхности на левом и
правом концах интервала, м (h1 = 24 м, h2 = 41 м);гор1 и lгор2 - длины
горизонтальных участков волноводов на левом и правом концах интервала.
Запас
на плоские замирания без учета влияния внутрисистемных помех:
(2.7)
где
Pпм - средний уровень принимаемого сигнала при номинальной мощности
передатчика, дБм (2.1);пор - гарантированный порог приемника (см табл. 5).
2.2 Расчет
показателей качества по ошибкам (SESR)
При одинарном приеме сигналов показатель SESR на интервале определяется
суммой составляющих, учитывающих влияние плоских и частотно селективных
замираний (ЧСЗ):
(2.8)
где
SESRF - показатель SESR, учитывающий влияние плоских замираний, %;- показатель
SESR, учитывающий влияние ЧСЗ, %.
(2.9)
где
Q - коэффициент, учитывающий геоклиматические условия (Q = 1 для сухопутных
интервалов);- средняя частота используемого диапазона частот, ГГц;- длина
интервала, км (R = 15,4 км, следовательно SESRF определяется по второй формуле
(2.9));- запас на плоские замирания, определяемый формулой (2.7).
(2.10)
где
-
параметр, характеризующий интенсивность многолучевости:
(2.11)
(2.12)
где
Q - коэффициент, учитывающий геоклиматические условия (Q = 1 для сухопутных
интервалов);
f - средняя
частота используемого диапазона частот, ГГц;
R - длина
интервала, км.
KS - коэффициент
сигнатуры:
(2.13)
где
WS - ширина сигнатурной характеристики, МГц (см. табл.
5);
BS - глубина
сигнатурной характеристики, дБ (см. табл. 5).
-
среднее время задержки отраженного сигнала:
(2.14)
-
задержка эхосигнала. 
Полученный
показатель SESR сравнивается со значением SESRнорм:
(2.15)
где
0,012 - норма на показатель SESR на участке магистральной сети (см. табл. 1.2
[2]);
,89
- дополнительные внешние помехи;- длина интервала, км;эт - длина эталонного
интервала, км (см. табл. 1.2 [2]).
Даже
при максимальных коэффициентах усиления обеих антенн (Gа1 = 36 дБ, Gа2 = 39 дБ)
показатель SESR много больше SESRнорм.
Разнесенный
прием сигналов является эффективным методом борьбы с многолучевыми замираниями
как плоскими, так и частотно селективными, поэтому применение разнесенного
приема позволяет существенно улучшить показатель SESR. Частотно разнесенный
прием дает небольшой выигрыш по сравнению с одинарным приемом сигнала. Поэтому
в данном случае используется пространственно разнесенный прием сигнала.
Показатель
SESR при разнесенном приеме определяется выражением:
(2.16)
где
SESRDF и SESRDS - значения показателя SESR при разнесенном приеме, учитывающие
соответственно влияние плоских и частотно селективных замираний, %
(2.17)
(2.18)
где
SESRF и SESRS - значения показателя SESR при одинарном приеме, учитывающие
соответственно влияние плоских и частотно селективных замираний, %;
IF - выигрыш в
отношении плоских замираний за счет применения разнесенного приема, зависящий
от вида разнесенного приема;
-
параметр, характеризующий интенсивность многолучевости, определяемый по формуле
(2.11);
kS - коэффициент
корреляции частотно селективных замираний для разнесенных сигналов, зависящий
от коэффициента корреляции плоских замираний kF.
Коэффициент
корреляции плоских замираний:
(2.19)
(2.20)
(2.21)
В
случае пространственно разнесенного приема величина выигрыша в отношении
плоских замираний:
(2.22)
где
S - величина вертикального разноса антенн при
пространственном разнесении, м;
f - средняя
частота используемого диапазона частот, ГГц;
R - длина
интервала, км;
P0 - параметр,
%, определяемый выражением (2.12);
MF - запас на
плоские замирания, дБ, определяемый формулой (2.7);
-
различие коэффициентов усиления пространственно разнесенных антенн (основной и
дополнительной), дБ.
Вертикальное
разнесение антенн должно быть больше определенного значения:
(2.23)
Выберем
S = 4 м (см. рис. 2.1), т.к. при большем значении не
выполняются условия выбора высот антенн при нормальной рефракции.
Выберем
коэффициенты усиления антенн основной и дополнительной на обоих концах
интервала максимальными, т.е. Gа1 = 36 дБ, Gа2 = 39, 
дБ.
<
Заключение
В данном курсовом проекте была решена задача по проектированию ЦРРЛ.
В первой части были выбраны 4 нехудших ПВА на интервале и решена задача
оптимизации выбора ПВА на 8-интервальном участке с помощью метода динамического
программирования.
Во второй части для одного интервала рассчитываются показатель качества
по ошибкам. Из-за того, что показатель качества SESR не удовлетворяет норме при
одинарном приеме, используется пространственно разнесенный прием сигнала.
В результате и показатель SESR удовлетворяет своим нормам.
антенна цифровой
радиорелейный
Литература
1. Проектирование цифровых радиорелейных линий. Выбор высот
подвеса антенн: учебн. пособие (спец. 210400) / О.С. Данилович; ГОУВПО СПбГУТ.
- СПб, 2010. - 82с.
. Данилович О.С. Расчет показателей качества передачи при
проектировании цифровых радиорелейных линий. - СПб : Линk, 2014. - 76 с.