Организация внутризоновой централизованной радиорелейной связи с использованием спутниковых элементов

Дальнейшие разработки показали, что скорость передачи STM - 0 в RRL целесообразно несколько увеличить. Фактически, разделение формата STM - 1 на три части, т. е. форматирование STM - 0, также уменьшает емкость заголовка на треть. Это приводит к уменьшению объема служебной информации, которую необходимо передавать вместе с пакетом, что усложняет стыковку с управляющими сигналами в сети связи.

Выходом из этой ситуации стало "усечение" заголовка STM-1 в пакете, оставляя его полным. Этот новый формат, получивший название SubSTM-1, передается со скоростью 55,296 Мбит/с. С помощью этого модуля решаются все проблемы, связанные со стыковкой локальных компонентов в синхронных сетях связи.

Необходимость передачи данных, представляющих собой информацию, выраженную в дискретной цифровой форме, обусловила создание цифровых систем передачи. Это ускорило развитие современных методов преобразования дискретной информации в аналоговую форму (методы модуляции и демодуляции) и методов кодирования. Появилась система, способная обмениваться цифровой информацией, - Data Transmission System (DTS). Так родилась цифровая ДРС.

Выбор расстояния связи определяется следующими условиями

Необходимое расстояние передачи при заданном качестве передачи;

требованиями электромагнитной совместимости в районе строительства конкретного маршрута РРЛ.

Основными решениями комитета определены диапазоны 8 (7,9 - 8,4), 11 (10,7 - 11,7), 13 (12,75 - 13,25), 15 (14,4 - 15,35), 18 (17,7 - 19,7), 23 (21,2 - 23,6) и 38 (36 - 40,5) ГГц. Однако по-прежнему широко используются диапазоны 1,5 - 2,1 ГГц, 3,4 - 3,9 ГГц и 5,6 - 6,4 ГГц.

Полосы радиочастот РРЛ находятся в диапазоне от 2 до 50 ГГц и строго регламентированы в пределах каждой полосы в соответствии с рекомендациями МСЭ (Международного союза электросвязи).

При связи по цифровым радиорелейным линиям необходимо решить проблему выделения приемных и передающих частот. Их решение относится к компетенции Государственного комитета по управлению радиочастотами России, и для РЭС всех назначений эта процедура осуществляется в соответствии с "Положением о порядке выделения полос радиочастот (номиналов)" и результатами рассмотрения радиочастотных заявок, полученных от заявителей в установленном порядке.

Например, в крупных городах получение свободных частот в некоторых направлениях может быть затруднено в связи с вопросами электромагнитной совместимости с другими радиотехническими системами (РТС).

Чем ниже частотный диапазон, тем больше дальность связи при одинаковых мощностных характеристиках оборудования, однако низкие частотные диапазоны зачастую уже заняты, что усложняет получение разрешения ГКНС на конкретный маршрут.

В более высоких частотных диапазонах используются гибкие частотные планы. В таких случаях расстояние между частотными каналами определяется шириной полосы (рабочей скоростью CRRL) и типом модуляции. Во многих случаях используется шаг ширины рабочей частоты, равный 3,5 МГц. Тогда, например, частотный разнос для четырехуровневой модуляции при скорости 4 Мбит/с можно выбрать равным шагу разноса, а при увеличении скорости во много раз разнос можно также умножить и сделать равным 7, 14 или 28 МГц.

В нашей стране насыщенность РРЛ телекоммуникаций пока значительно ниже, чем в развитых странах, где интенсифицировано освоение всех полос до 40 ГГц, но в нашей стране все труднее получить разрешение на использование полос ниже 11 ГГц.

Эффективность использования частотного ресурса диапазона определяется несколькими факторами:

-требуемая полоса пропускания приемопередатчика зависит от скорости передачи, выбранной схемы модуляции и уровня стабилизации частоты передатчика;

Параметры электромагнитной совместимости (ослабление чувствительности в побочных каналах приема, подавление внеполосных и побочных излучений);

- Возможность полного использования всей выделенной области диапазона за счет использования синтезатора частот в качестве станции.

Для повышения экономической эффективности и пропускной способности радиорелейные системы часто делают многоствольными, когда каждая станция работает с несколькими приемопередатчиками на разных частотах через общий антенный фидер.

Практически все РРС, выпускаемые крупными компаниями, оснащены кристаллическим синтезатором частоты. Параметры станций с точки зрения электромагнитной совместимости зависят от значения промежуточной частоты и полосы пропускания СВЧ-фильтра.



Глава 3. Расчетная часть

3.1 Расчет РРЛ прямой видимости

Определение высот подвеса антенн и их диаметра

Выбирая высоты подвеса антенн, мы будем руководствоваться величиной просвета между линией прямой видимости и профилем трассы. Ориентировочное значение просвета должно быть численно равно радиусу минимальной зоны, которая определяется по формуле:

где R0 - протяженность пролета, м,

f - рабочая частота, ГГц,

k - относительная координата наивысшей точки на трассе. Для нашего случая k=0.131.

Для интервала Rmin=6.76 м. В этом случае высота подвеса составит 23 и 33 метра относительно площадки для установки вышек соответственно для первой и второй антенн.

В нашем случае характерно пренебрежимо малое отражение от поверхности земли (Ф0), тогда изменение просвета учитывается следующим образом:

где H0 - значение просвета при отсутствии рефракции, определяемое из профиля трассы. В нашем случае H0= Rmin.

- приращение просвета при наличии рефракции.



g = -9*10-8 м-1 - средний градиент диэлектрической проницаемости воздуха для РБ;

у = 7*10-8 м-1 - стандартное отклонение статистического распределения значений g;

Рассчитаем значение ДH(g)

ДH(g) =1 м

Исходя из величины значения ДH(g) можно опустить наши антенны на 1 метр. И т.о. конечное значение высоты подвеса антенн составит:

h1= 22 м - высота подвеса антенны в 1;

h2=32 м - высота подвеса антенны в 2.

Рассчитаем высоты подвеса антенн для интервала 3:

Длина интервала составляет 23 км, высота над уровнем моря площадки для установки радиорелейной станции равна 300 м. По топографической карте определим относительную координату наивысшей точки рельефа местности на данном интервале: k = 0,95. Откладывая от условного нулевого уровня Земли высоту, равную наивысшей точке на интервале, получим высоту объекта, определяющую высоты подвеса антенн на интервале. Высота объекта над уровнем моря равна 312 м. Определим величину минимальной зоны Френеля по формуле:

м

Т.к. высоты местности в местах установки наших антенн сильно отличаются друг от друга, то нецелесообразно делать одинаковые высоты подвеса антенн над уровнем моря. Для того чтобы интервал был открытым, величина просвета Нфиз должна быть больше или равна минимальной зоны Френеля . При высотах подвеса антенн 61.6 и 41.6 метра для площадок 2 и 3 соответственно выполняется условие Нфиз>, поэтому определим приращение просвета при условии рефракции по формуле:

?H=0.5 м

Исходя из величины значения ДH(g) можно опустить наши антенны на 0.5 метра. И т.о. конечное значение высоты подвеса антенн составит:

h3= 61 - высота подвеса антенны в 2;

h4=41 м - высота подвеса антенны в 3.

Диаграмма высот подвеса антенн представлена на рисунке 3.1:

Рисунок 3.1 - Диаграмма высота подвеса антенн

Антенна является связующим звеном любого радиорелейного оборудования. Она играет немаловажную роль по обеспечению качественной работы радиорелейного интервала в целом. Рекомендации по выбору того или иного типа параболических антенн дают производители РРЛ станций. Правильно подобранные антенны способствуют получению отличных показателей радиоканала с требуемыми характеристиками. Для нашего диапазона частот типовые параболические антенны имеют диаметры 0.6, 1.2 или 1.8 м. С экономической точки зрения для всех интервалов мы выбрали антенну диаметром D=0.6 м, её технические характеристики приведены в таблице 3.1:

Таблица 3.1

Диаметр (м)	Рабочий диапазон (ГГц)	Коэф. усил. (дБ)	Ветровая нагрузка (км/ч) а)рабочая б)предельная	Кроссполяризационное подавление (дБ)	Угол апертуры (град)	КСВН	Масса (кг)
0.6	14.5-15.35	36,6	а) 80 б) 200	30	2.2	1.30	8, 4

G=20lg(0.6)+20lg(15)+17.5== -4.437+23.464+17.5=36.6, дБ

В настоящее время потери в фидере удалось минимизировать, используя конструктивную особенность цифровых радиорелейных систем: разделением оборудования РСП на два блока ODU и IDU.

Благодаря объединению внешнего блока с антенной практически полностью исключаются потери в СВЧ тракте и уменьшается коэффициент шума приемника на величину потерь в фидере. Поэтому в дальнейшем при расчетах, величину потерь в АФТ будем считать равной нулю.

Для достижения максимальной чувствительности приемника необходимо исключать любые потери в фидерном тракте.

Определение величины потерь на интервале и расчет запаса на замирание

Исходя из параметров аппаратуры Mini-Link 15-E, рассчитаем какие потери она может перекрыть. Данный показатель характеризуется величиной коэффициента системы:

Kc=Рпд - Рпор=25-(-82)=107, дБ

Теперь рассчитаем сумму всех усилений и затуханий, которые претерпевает наш сигнал:

Kc*=L0+Lрф-Gпд-Gпр+Lатм+Lдоп

где L0 - потери в свободном пространстве.

L0=92.45+20lg(f)+20lg(R0)=92.45+20lg15+20lg20= 141.934, дБ

Lрф - потери в разделительных фильтрах. Lрф?4..5, дБ

Gпд, Gпр - соответственно коэффициенты усиления передающей и приемной антенны.

G=20lg0.6+20lg(15)+17.5=-4.437+23.464+17.5=36.527, дБ

Lатм - потери, обусловленные влиянием атмосферы. Т.е потери в кислороде атмосферы и потери в водяных парах атмосферы.

Lатм=(бкислород+ бпары )*L, дБ

Для нашего случая бкислород=0.0075, а бпары=0.0085 и т.о.

Lатм=(0.0075+0.0085)*24=0.4, дБ

Lдоп - дополнительные потери, обусловленные разной высотой подвеса антенн. В нашем случае высоты антенн равные и, следовательно, Lдоп=0 Дб.

Теперь рассчитаем сумму всех усилений и затуханий, которые претерпевает наш сигнал:



Kc*=141.934+4-36.527-36.527+0.4=73.201, дБ

Теперь вычислим запас на замирание:

М=Kc- Kc*=34, дБ

Исходя из выполненных расчетов построим диаграмму уровней:

Рисунок 3.2 - Диаграмма уровней

3.2 Расчет ослабления уровня сигнала в атмосфере. Расчет ослабления уровня сигнала, в зоне дождя

Основное поглощение энергии сигнала происходит за счет кислорода и водяного пара. На рисунке 3.3 показана теоретическая частотная зависимость (дБ/км) линейного затухания уровня сигнала y при стандартном атмосферном давлении, температуре 20°C и концентрации водяного пара p 7,5 г/м3.

В линиях геопространственной связи волны проходят через всю толщу тропосферы, и содержание кислорода и водяного пара существенно меняется на их пути, поэтому затухание сигнала рассчитывается с использованием концепции эквивалентных высот кислорода и водяного пара и в предположении, что содержание кислорода и водяного пара постоянно в этом диапазоне.

Рисунок 3.3 - Зависимости погонного ослабления уровня сигналов от частоты при стандартном давлении воздуха, температуре 20° С и концентрации водяного пара 7,5 г/м3

Величина ослабления сигнала Аа, дБ, определяется следующими формулами[5]:

Аа=(?о2го2+?н2ог2о)/sin ? при ?>10

Aa=vRe cos?{гHо2vho2Fo2+ гHо2vhH2oFh2o} при 0<?<10,

где ?--угол места антенны земной станции;

Rе --эквивалентный радиус Земли с учетом рефракции (8500 км);

го2--погонное ослабление в кислороде, дБ/км, определяется по графику на рисунке 5 в зависимости от частоты;

г2O --погонное ослабление в водяном паре, дБ/км, определяется по р/7,5, учитывающее влагосодержание водяного пара р, которое может отличаться от значения 7,5 г/м3, указанного на графике;

?о2-- эквивалентная высота кислорода, км; ?o2=6 км при Г<50 ГГц; ?Н2О - эквивалентная высота водяного пара, км.

?Н2О=2,2+3/[3+(f-22,3)2]+0,3/[1+(f-118,3)2+1/[1+(f-323,8)2],

FO2,НH2O=[0,661tg ?vRe/hO2,HO2+0,339v(tg?/hO2)2+5,51]

На карте мира в Приложении показаны среднемесячные значения концентрации водяного пара в р-атмосфере за август. Эти значения можно использовать в расчетах как максимальные.

Найдем величину ослабления сигнала из-за поглощения радиоэнергии атмосферными газами в обоих пунктах, используя уравнение.

Для участка 1:

Из рисунка 3.3: гO2=0,007 дб/км,

гН2О=0,003*10/7,5=0,004 дБ/км,

?Н20=2,2+3/[3+(6383-22,3)2]+0,3/[1+(6383-118,3)2]+1/[1+(6383323,8)2]=2,2км.

Тогда: Аа=(6*0,007+2,2*0,004)/sin38,5=1,02 что соответствует 0,08 дБ .

Для участка 2

гO2=0,007 дб/км,

гH2O=0,003* 10/7,5=0,004 дБ/км,

?H2O=2,2+3/[3+(3794-22,3)2]+0,3/[1+(3794-118,3)2]+1/[1+(3794-23,8)2]=2,2 км,

РO2=[0,661 tg8 v8500/6 +0,339v(tgv8500/6)2 +5,51]=0,18,

РH2O=[0,661 tg8 v8500/2,2 +0,339v(tgv8500/6)2 +5,51]=0,11.



Тогда:

Аа=v8500соs8 [0,007 v6 0,18+0,004 v2,2 0,11 ]=0,34 или -4,67 дБ.

Расчет ослабления уровня сигнала, в зоне дождя

Ослабление уровня сигнала при прохождении радиоволн через зону дождя связано с рассеянием электромагнитной энергии частицами, причем каждая частица рассеивает энергию в разных направлениях, что уменьшает количество энергии, достигающей точки приема. Кроме того, энергия поглощается частицами дождя, что ослабляет уровень сигнала. Интенсивность рассеяния и поглощения зависит от количества частиц в единице объема, соотношения между размером и длиной волны этих частиц, размера площади, занимаемой частицами, и электрических свойств, зависящих от температуры. Количество частиц в единице объема и их размер характеризуют интенсивность осадков.

Интенсивность осадков зависит от региона и времени года.

Расчет величины Тд(Vmin):

Тд(Vmin) - процент времени, при котором ослабление опускается ниже минимально допустимого значения множителя ослабления. Тд(Vmin) определяется с помощью номограммы [1,c.287].

Потери в гидрометеорах рассчитываются по следующей формуле:

Lгид=гд*Rэф, дБ

где, гд - коэффициент ослабления сигнала в дожде.

, дБ/км.

J- интенсивность дождя;

Для частоты f=15 ГГц, в= 0.037 и б= 1.154. Эти коэффициенты для горизонтальной поляризации. Мы выбрали коэффициенты для горизонтальной поляризации, т.к. они больше, чем при вертикальной, поэтому мы будем лучше знать надежность нашей РРЛ.

Rэф - эффективная протяженность дождевой области.

, км

Где R0 - длина пролета, в нашем случае R0 = 20 км.

J0.01 - интенсивность дождя, который идет в данной местности в течение 0.01% времени. Для Беларуси J0.01=60, мм/час

Построим зависимость Lгид(J):

=8.681, км

Рисунок 3.4 - Зависимость потерь в дожде от интенсивности дождя.

Затем по интегральным кривым (для РФ кривая 4) определяем процент времени, в течение которого J ? Jдоп , т.е. величину Тд(Vmin) в процентах.



Рисунок 3.5 - Статистические распределения среднеминутных значений интенсивности дождя

Для нашей допустимой интенсивности дождя:

Тд(Vmin) = 0,007%.

Анализируя полученную величину Тд(Vmin), и принимая во внимание, что у нас линия связи среднего качества 1-го класса, то можно сделать вывод, что наша система будет работать устойчиво, т.к. Тд(Vmin) = 0,007% < ПНГ=0.033/2=0.017%.

Рассчитаем показатель качества по ошибкам:

Показатели качества по ошибкам (ПКО) связаны с быстрыми замираниями на интервалах линии радиосвязи. Вероятность появления гладких интерференционных замираний определяется в соответствии с рекомендациями МСЭ-Т 338-4

Ринт = Ккл*Q* f ВR0dС %

где Ккл=4.1*10-4 - климатический коэффициент;

Q=1.5 - фактор земной поверхности при слабопересеченной местности;

В,С,в - коэффициенты, которые равны В=1.5, С=1, d=2.

Ринт=4.1*10-4*1.5*151.5*202=14.149%

Зная Ринт можно рассчитать процент времени появления сильно пораженных секунд СПС:

СПС= Ринт *10-0.1Lз.зам

СПСрасч= 14.149*10-0.1*34=0.0029, %

В соответствии с рекомендациями МСЭ-Т 338-4 для линий связи среднего качества 1-го класса СПС равно:

СПС?0.006,%

Сравним нашу расчетную величину СПСрасч с допустимой величиной СПС:

СПСрасч= 0.0029, % < СПС=0.006,%

Т.к. расчетная величина значительно меньше нормы можно сделать вывод о том, что система будет стабильно работать с заданным для нее показателем неготовности, а это уже свидетельствует о правильности выбора аппаратуры и расчета параметров.

3.3 Расчет шумов. Расчет мощностей передатчиков

При расчете мощности спутниковой радиолинии важно определить суммарную мощность шума, обусловленную различными источниками на входах спутникового приемника и земной станции.

Общая эквивалентная шумовая температура приемной системы, состоящей из антенны, волновода и самого приемника, пересчитывается на входе приемника [5]:

Т?=ТА?в+То(1-?в)+ТПр,

где ТА -- эквивалентная шумовая температура антенны;

Т0 -- абсолютная температура среды (290 К);

Тпр--эквивалентная шумовая температура собственно приемника,

обусловленная его внутренними шумами;

?в--коэффициент передачи волнового тракта.

Эквивалентная шумовая температура антенны может быть представлена в виде составляющих:

ТА= Тк+Та+Т3+Та.з+Тш.А+Тоб.

которые обусловлены различными факторами: приемом космического радиоизлучения- Тк; излучением атмосферы с учетом гидрометеоров - Та;

излучением земной поверхности, принимаемым через боковые лепестки антенны -- Т3; приемом излучения атмосферы, отраженного от Земли -- Та.3; собственными шумами антенны из-за наличия потерь в ее элементах--ТШ.А;

влиянием обтекателя антенны (если он имеется) -- Тоб.

Общая методика определения этих составляющих основана на том, что антенна, расположенная в бесконечном объеме поглощающей среды с равномерной кинетической температурой, находящейся в термодинамическом равновесии, поглощает и переизлучает мощность, равную излучаемой мощности. В этом случае.



ТА=(1/4р)Tя(в,ш)G(вш)dЩ

где Tя(в,ш) -- яркостная температура излучения в направлении в,ш в сферической системе координат;

G(вш)-- усиление антенны (относительно изотропного излучателя) в том же направлении.

Для характеристики источника излучения было введено понятие "температура излучения", которое определяется как температура идеального черного тела, имеющего ту же излучательную способность, что и рассматриваемый источник излучения, на определенной частоте и в определенном направлении.

Для характеристики источника излучения с неоднородным распределением температуры излучения используется понятие средней или эффективной температуры излучения.

Tср=(1/Щи) Tя(в,ш)dЩ

где Щи -- телесный угол источника излучения.

Если угловые размеры источника излучения больше ширины главного

лепестка диаграммы антенны Щи, то Тср=Тя, в противном случае

Тср=ТяЩи/ЩА

Для упрощения последующих расчетов примем усиление антенны в пределах главного лепестка постоянным и равным Gгл, а в пределах задних и боковых лепестков также постоянным и равным Gбок; тогда

ТA=G гл./4р Tя(в,ш)dЩ (1/4р)??G бок.i Tя(в,ш)dЩ

Решая это выражение для всех составляющих, получим для земной антенны

ТА.з=Тя.к(в)+Тя.а(в)+с(Тя,+Тя.а,)+ТшА+Тоб(в),

для бортовой антенны

ТA.б=Тя.а+Тя.з+2сТя.к+ТША,

где с -- коэффициент, учитывающий интегральный уровень энергии боковых лепестков.

Количественная оценка величины с для различных типов антенн в зависимости от формы облучения поверхности зеркала антенны с=0,1 ... 0,4 [5].

Первая компонента шумовой температуры антенны определяется яркостной температурой пространства (изобары, дающие количественную оценку ТЯК). Она основана на радиоизлучении от галактических и точечных радиоисточников (Солнца, Луны, планет и некоторых звезд).

Частотная характеристика, усредненная по значениям Ty.k на небесной сфере, показана на рис. 7.6 Гтц; максимальное значение на этой частоте в 20...30 раз отличается от минимального. . в 30 раз [5]; в 30 раз [5], так как излучение от разных участков неба сильно неравномерно, а максимальная яркость наблюдается в центре галактики. Следует отметить, что излучение галактик имеет непрерывный спектр и слабо поляризовано. Поэтому при приеме на поляризованную антенну (любого типа поляризации) можно с достаточной точностью считать, что принимаемое излучение имеет половинную интенсивность (т.е. принимается 1/2 полной мощности излучения, поступающего в апертуру антенны). На этом же рисунке показан вклад солнечного излучения в условиях покоя (годы минимальной активности) и в условиях "возмущения", характерного для лет максимальной активности. Солнце - самый мощный источник радиоизлучения и может полностью помешать связи, попав в главный лепесток диаграммы направленности излучения антенны. Однако вероятность этого невелика.

Рисунок 3.6 - Частотная зависимость яркостной температуры Галактики, Солнца и атмосферы

Следует отметить, что спутники редко проходят через центр солнечного диска и обычно пересекают его по смещенной от центра линии. Точная дата и время, когда земная антенна "освещается" солнечным диском, обычно рассчитывается по орбитальным данным спутника и сообщается на земную станцию.

Следующий по мощности источник радиоизлучения - Луна - практически не способен создавать помехи для связи, поскольку температура ее светимости ниже 220 К [5]. Вклад других радиоисточников (планет и радиозвезд) значительно меньше. Вероятность встречи антенны с этими радиоисточниками ниже, чем с Солнцем, из-за их малого углового размера.

Радиоизлучение из атмосферы Земли является тепловым излучением и обусловлено поглощением сигналов в атмосфере, как описано в предыдущем разделе. В силу термодинамического равновесия среда (атмосфера) излучает столько же энергии, сколько поглощает на данной частоте.



Тя.а =Та.Ср. (Lа-1)Lа

Как показывают расчеты атмосферы, средняя термодинамическая температура атмосферы для углов места в>5° в рассматриваемых диапазонах частот

Та.ср=Т?То-32?260 К.

Влияние осадков можно учесть по той же методике, т. е. определить Тя.а через потери в дожде Ад. Хотя ряд исследований показывает, что непосредственная корреляция между интенсивностью дождя и температурой неба невелика (т. е. может наблюдаться повышение шумовой температуры неба из-за дождевых туч, когда собственно дождь не выпадает), тем не менее корреляция с многолетней статистикой дождя все же имеется.

Раздельное вычисление температуры спокойного неба и температуры дождя с последующим их суммированием приведет к ошибке (примерно удвоит результат), поэтому вычисление следует проводить по формуле

Тя.а=Та.ср(АаАд-1)/АаАд.

Максимальная температура небесного шума не превышает 260 К и начинает играть важную роль в полосе частот выше 5 ГГц.

Ионосферное поглощение обратно пропорционально квадрату частоты, поэтому ионосферное радиоизлучение в полосе частот выше 1 ГГц пренебрежимо мало.

Температура излучения Земли определяется ее кинетической температурой ТЯ3 = 290 К и коэффициентом отражения электромагнитной энергии от поверхности.

Тя.з.=Тоз(1-Ф)^2.

Комплексный коэффициент отражения определяется известными формулами Френеля:

для горизонтальной поляризации

ФГ=(sin в- vе + j 60ул - соs 2 в )/(sіn в+ vе + j 60ул - соs 2 в),

для вертикальной поляризации

Фв=[(є+ j 60ул)sinв-vе + j 60ул - соs 2 в)]/ [(є+ j 60ул)sinв+vе + j 60ул - соs 2 в)]

где є -- диэлектрическая проницаемостьЗемли;

у -- электропроводимость Земли.

Значения є и у для некоторых видов земной поверхности приведены в таблице 1.

Результаты расчетов с учетом горизонтальной и вертикальной поляризаций при отражении от участков земной поверхности, представленных в таблице, приведены на рисунке 3.7 (номера кривых соответствуют нумерации почв в таблице).

Таблица 3.2 - Виды земной поверхности.

№ п/п	Видземной поверхности	Є, В/М	у, Сим/м
1	Морская вода	80	1...6
2	Пресная вода	80	10-3 5*10-3
3	Влажная почва	5. ..30	10-2 10-3
4	Сухая почва	2...6	10-410-5



Рисунок 3.7 -Зависимость яркостной температуры Земли от угла места антенны земной станции для вертикальной (а) и горизонтальной (б) поляризаций

Для определения Тя.3 при .круговой поляризации в первом приближении следует усреднить значения Тя.3 для горизонтальной и вертикальной поляризаций. При определении величины ТЯІЗ, входящей в формулу (25) для бортовой антенны, следует учитывать вид и характер земной поверхности, попадающей в зону видимости этой антенны. Для бортовых антенн с глобальным охватом следует принимать Тя.3 ?60 К. Можно принять следующее,

Тя.з+Тя.а.з ?290 К.

т. е. отраженная от Земли компонента атмосферных шумов дополняет термодинамическое излучение Земли, и в сумме они дают излучение с яркостной температурой, близкой к 290 К.

Рассмотрим еще одну составляющую шумов антенны, обусловленную омическими потерями в антенне,

Т Ш.А.=То(Lм-1)/Lм

где Т0=290 К; Lм -- потери в материале зеркала антенны.

Современные металлические зеркальные антенны имеют весьма низкие потери, поэтому значения ТшА весьма малы и составляют на разных частотах значения, указанные в таблице 3.3. 

Таблица 3.3 - Значения потерь на частотах

F,ГГц	0.3	1	3	10	30	60
ТША,К	0.018	0.04	0,06	0,09	0,18	0.3

Теперь определим Т?б и Т?З с учетом входящих в нее величин. Полученные значения Т?б и Т?З также будут квазипиковыми, так как они вычислены на основе квантилей распределения интенсивности осадков.

Тя.а=260*(1,02*3,78-1)/(1,02*3,78)=192,5 К;

Тя.кб=0 К; Тя.к.(в)3=4 К

Тя.3 з=250 К; Тя.зб=90 К

Из таблицы 3.3 находим:

ТшАз=0,075 К,

Т ш.А.б=0,065 К,

Тя.а-з=290-250=40 К,

Т об=0 К, с=0,4,

ТА.з=4+0,4*(250+40)+0,075=120К, Та.б.=192,5+90+2*0,4*0+0,065=282,5 К.

Таким образом получим:

Т?б=120+290*[(1-0,9)/0,9]+12/0,9=165,5К.

Т?б =282,5+290*[(1-0,9)/0,9]+30/0,9=348К.

Структурная схема передатчика представлена ??на рисунке 3.8. Входной медиасигнал поступает в блок синхронизации со скоростью 34 Мбит/с, где преобразуется в четыре двоичных сигнала. Там исправляют ошибки. (КО). Далее четыре двоичных сигнала обрабатываются двумя гладкими матричными модулями с временными селекторами (цифровой фильтр CF). Далее сигнал проходит через цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), фильтр нижних частот (ФНЧ) и поступает в радиочастотный модулятор (РЧМ), где осуществляется фазовая синхронизация.

Сигнал с выхода ОЗУ поступает на два каскадных усилителя с индикатором, показывающим мощность, а затем проходит через полосовой фильтр (ПФ) в антенно-фнуэрный тракт. Принятый сигнал высокой частоты (ВЧ) поступает в приемник с трехполосным полосовым фильтром. Прием сигнала осуществляется двумя способами: пространственно-разнесенным и непространственно-разнесенным. Если прием не дистанционный, сигнал поступает в малошумящий усилитель (МШУ), где уровень полос частот регулируется с помощью пульта дистанционного управления. Затем сигнал проходит через радиочастотный демодулятор (RFDM), где он контролируется с помощью цифрового эквалайзера.

Вероятность ошибки при использовании адаптивного корректорав среднем он увеличивается в два-три раза.

После демодулятора радиочастоты на выходе приемника подключен полосовой фильтр с усилителем отрицательной обратной связи с регулятором уровня. Далее сигнал поступает на аналого-цифровой преобразователь. Затем четыре двоичных сигнала обрабатываются в медиакод.

Если сигналы проводятся с использованием пространственно-разнесенного приема, то они собираются в пространственно-разнесенном коллекторе приемного блока.



Размещено на http://www.allbest.ru/

38

Рисунок 3.8 - Конструктивная схема

Подставляя полученные значения, получаем мощности земного и бортового передатчиков, необходимые для обеспечения требуемого отношения сигнал-шум (12 дБ согласно рекомендации SSОG 308.2 для QPSK IDR) на конце линии связи в течение заданного процента времени (99,9%):

Pпер.з=[(16р2*37,897*106)2*3,85*1,38*10-3*384*1,75*106)/((0,047)2*251 188,6*316*0,9*0,9)]*5*15,84=4 Вт,

Рпер.б=[(16р2*(40,8*106)2*2,9*1,38*10-23*165,5*36*106)/ /((0,079) 2*63* 125892*0,9*0,9)]*1,26*26,3=52 Вт .

Следует отметить, что найденные значения мощностей передатчиков обеспечит получение требуемого значения отношения сигнал/шум в канале (12 дБ в течении 99,9 % времени).

Расчет устойчивости связи на РРЛ



Рисунок 3.9

Суммарный процент времени перерывов связи вычисляется по формуле:

(

Найденное значение ЦРРЛ сравним с допустимым значением Smax:

- для трассы длиной более 50 км

- показатель качества по ошибкам для новых ЦРРЛ

На правильно спроектированной РРЛ должно выполняться условие:

Рассчитаем уровень мощности шума на входе приемника:

где k - постоянная Больцмана (k = 1.38Ч10-23 Вт/(ГцЧК)); Т - шумовая температура (Т=290 К ); n - коэффициент шума приемника (n=3…9 дБ); .

где В - скорость передачи, Мбит/с; М - количество уровней модуляции.

В нашем случае:

Определим отношение сигнал/шум на входе приемника:

На правильно спроектированной РРЛ должно выполняться условие:

Допустимое отношение сигнал/шум на входе приемника по рекомендации равно:

гдеL - длина трассы РРЛ L = 307 км

71дБ>69дБ -условие выполняется.



Заключение

Организация внутризоновой системы цифровых радиорелейных линий связи (ЦРРЛ) с интеграцией спутниковых элементов представляет собой эффективное решение для обеспечения связи в удаленных или труднодоступных районах. Такая система позволяет расширить покрытие и обеспечить надежную связь с магистральной линией.

При построении такой системы необходимо учитывать требования к пропускной способности, надежности и доступности связи. Выбор радиорелейных и спутниковых технологий должен быть основан на этих требованиях. Рассмотрены различные схемы построения, такие как "Hub-and-Spoke", "Mesh", "Dual-Hub" или "Star", которые могут быть использованы в зависимости от конкретных условий и потребностей.

Организация внутризоновой ЦРРЛ с интеграцией спутниковых элементов требует проектирования, установки и настройки соответствующего оборудования. Интеграция и настройка системы должны быть выполнены с учетом протоколов передачи данных, резервирования каналов и системы безопасности.

Важно отметить, что построение и эксплуатация такой системы требует определенных знаний и опыта в области радиорелейных и спутниковых технологий. Поэтому рекомендуется привлечь специалистов или консультантов для успешной реализации и поддержки системы.

В целом, организация внутризоновой ЦРРЛ со спутниковыми элементами является эффективным решением для обеспечения связи в удаленных районах. Такая система позволяет расширить покрытие и обеспечить надежную связь с магистральной линией, что способствует развитию коммуникаций и повышению доступности связи для конечных пользователей.



Список литературы

1. Б.Г. Андреянов, Н.И. Андреянова «Системы радиосвязи» Учебное пособие. Казань 2019

2. Авдеев В.А. Основы технической эксплуатации релейных линий связи. - М.: Связь, 20222.

3. Бородич А.В., Коган Ш.М. Радиорелейная связь. - М: Связь, 2019.

4. Быховский М.А., Крухмалев В.В. Теория и расчет радиорелейных линий передачи. - М., 2016.

5. Варакин Л.Е. Теория надежности радиорелейных систем связи. - М., Связь, 2018.

6. Васильев В.Н., Воронин В.В., Кириллов В.А. Радиорелейные линии связи. - М.: Связь, 2023.

7. Гольдштейн Б.С., Соколов Н.П., Яновский Г.Г. Сети связи. - СПб: Издательство “БХВ-Петербург”, 2004.

8. Гроднев И.И., Курнышев В.Д. Основы теории электрической связи. - М.: Радио и связь, 2020.

9. Горшков В.Н., Мельников А.В. Радиорелейные системы связи: Учебное пособие. - М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2023.

10. Гук В.К. Основы радиорелейной связи. - Киев: Техника, 2013.

11. Дмитриев М.Е., Каган Б.М., Немцов М.В. Высокочастотные кабели и волноводы. - М.-Л.: Госэнергоиздат, 2019.

12. Долуханов М.П. Распространение радиоволн. - М. : Связь, 2012.

13. Зайцев С.А., Гришин А.А. Системы радиорелейной и спутниковой связи. - Самара: ПГУТИ, 2013.

14. Каганов В.И. Радиорелейные системы передачи. - М., 2018.

15. Карякин В.Л. Расчет и проектирование радиорелейных линий. - М.: Эко-Трендз, 2022.

16. Катунин Г.П. Электромагнитные поля и волны. - М: Энергия, 2016.

17. Кловский Д.Д., Шишов О.В. Справочник по радиорелейным системам передачи. -М.: Радио и связь, 2014.

18. Коновалов Ф.Ф., Ратынский М.В., Смирнов А.Б. Теория электрической связи. - М.: Радиотехника, 2012.

19. Кудрявцев Ю.Б., Лобов Г.И., Потехин В.А., Шмырев В.И. Направляющие системы электросвязи. - М, 2010.

20. Лихтциндер Б.Я. Радиорелейные и спутниковые системы передачи. - М.: Горячая линия-Телеком, 2014.

21. Надененко В.С. Общая теория радиосвязи. - М.: Наука, 2017.

22. Нефедов Е.И. Основы радиоэлектроники и связи. - М: Высшая школа, 2019.

23. Поваляев А.А., Антонов А.С. Радиорелейные станции. - М: Горячая линия- Телеком, 2020.

24. Потехин В. А., Иванов В. И., Бельский В. В. и др. Направляющие среды электросвязи и основы волновой теории.- М, 2018.

25. Привезенцев В.А., Тихонов А.Н. Устройства и оборудование систем радиорелейной связи: Учебное пособие. - М.: Инсвязьиздат, 2013.

26. Рощин В.В., Серебрянников С.Л., Чернов Л.А. Радиотехнические системы передачи информации. - М: Радио и связь, 2021.

27. Ружников В.А., Седельников Ю.Е. Основы радиосвязи и радиорелейные линии. - М: Транспорт, 2015.

28. Саяпин А.В. Основы построения радиорелейных и спутниковых систем передачи: Учебное пособие для вузов. - Новосибирск: СибГУТИ, 2015.

29. Смирнов А.В., Рыжков А.В. Цифровые радиорелейные системы. - М: Эко- Трендз, 2015.

30. Тишков А.В. Радиорелейная и спутниковая связь. Учебное пособие. - Мн: БГУИР, 2016.

31. Справочник по радиорелейной связи, .под ред. С.В. Бородича. -М.: Радио и связь, 2021

Размещено на Allbest.ru