Построение радиорелейной линии

Система ТУ-ТС РРО Радиус-15 разделяется на внутристанционную и линейную.

Внутристанционная система ТУ-ТС обеспечивает управление режимами работы и отображение состояния приемо-передающей аппаратуры конкретной РРС.

Линейная система ТУ-ТС обеспечивает управление и отображение состояния любой станции линии. Внутристанционная система ТУ-ТС осуществляет следующие функции управления вынесенным блоком ВППМ с наземного рабочего места:

- дистанционное включение и выключение передатчика (дежурный режим);

- переключение настройки приемопередатчика на любой из частотных стволов поддиапазона, в котором работает данная РРС;

- шлейф сигнала через тракт СВЧ (режим автоконтроля);

- одновременный шлейф цифрового сигнала в базовом блоке в сторону абонента и в сторону ВППМ.

Внутристанционная система ТУ-ТС отображает:

- сигнал исправности передающего тракта;

- сигнал исправности приемного тракта;

- сигналы двухпороговой оценки уровня напряжения АРУ приемника;

- текущий контроль достоверности принимаемой информации в пределах от 10^-3 до 10^-6.

Информационный цифровой поток, сформированный каналообразующим или мультиплексным оборудованием, поступает на вход "ИНФ" ячейки ЦСС базового блока (при передаче 2048 или 8448кбит/с) или на вход "ИНФ" ячейки "МОД 34" (при передаче 34368кбит/с). В базовом блоке осуществляется модуляция несущей первой промежуточной частоты (70 МГц) входным информационным цифровым сигналом (вид модуляции - ОФТ для потоков 2048 и 8448 кбит/с или четырехфазная офсетная для потока 34368 кбит/с) и аналоговым сигналом канала служебной связи Инф.СК_лин (вид модуляции - ЧМ), сформированным в полосе частот 0,3…8 кГц в результате частотного уплотнения сигналов речевого служебного канала и сигналов системы линейного телеобслуживания - ТУ-ТС_лин. Сигнал ПЧ 70 МГц через устройство кабельного уплотнения (УКУ) ячейки ВИП-УКУ по кабелю поступает на ВППМ.

В ВППМ сигналы, поступившие по кабелю, разуплотняются в УКУ-Р. Далее сигнал ПЧ 70 МГц поступает в тракт ПРД ВППМ, в котором осуществляется перенос информационного спектра на промежуточную частоту 1339/ 1605 МГц (в зависимости от литерности исполнения) и второй перенос с частоты 1339/1605 МГц в рабочий диапазон 14.5-15.3 ГГц.

Гетеродином при первом переносе служит фиксированный кварцованный генератор на частоте 1409/1675 МГц Гетеродином при втором переносе является синтезатор частот с выходной ступенью - УЧ-8. Шаг синтезатора частоты обеспечивает (после умножения частоты) дискретность перестройки 7 МГц.

СВЧ сигнал после второго переноса и фильтрации поступает на усилитель мощности с выходной мощностью 0,5-0,7 Вт.

С выхода усилителя мощности через дуплексер СВЧ сигнал поступает в антенну.

Принятый с антенны СВЧ сигнал через дуплексер поступает на прибор СВЧ ПРМ, включающий в себя МШУ, смеситель и усилитель первой промежуточной частоты (ПЧ1)- 1339/1605 МГц.

С выхода первого преобразователя информационный сигнал на ПЧ1 поступает на преобразователь ПЧ ПРМ, где он переносится на частоту 70 МГц. С выхода второго преобразователя информационный сигнал с частотой 70 МГц поступает на прибор УПЧ-70, объединяющий сигнальный фильтр и усилитель промежуточной частоты 70 МГц с глубиной АРУ - 70 дБ, и далее через устройство УКУ на выход ВППМ.

В УПЧ-70 за счет детектора АРУ формируется сигнал постоянного тока, пропорциональный уровню входного сигнала, который используется в системе ТУ-ТС для оценки уровня входного сигнала, что важно при проведении юстировки и в процессе эксплуатации для оценки энергетического запаса на линии.

В трактах приема и передачи при преобразовании частоты в приборах СВЧ ПРД и СВЧ ПРМ используется один и тот же гетеродинный тракт, состоящий из синтезатора и выходной ступени - умножителя частоты (УЧ-8).

В состав ВППМ кроме вышеуказанных приборов входит также источник вторичного питания, обеспечивающий напряжения +7В и 12В для питания приборов модуля и модем СКВ, обеспечивающий обработку сигналов системы телеобслуживания данной станции.

В базовом блоке сигнал ПЧ 70 МГц поступает на демодулятор.

Из демодулированного сигнала выделяется информационный поток и сигналы служебного канала (Инф СК_лин): сигналы линейной телесигнализации и речевой канал служебной связи.

Информационный поток после регенерации в ячейке ЦСС поступает на выход ББ. Кроме регенерации в ячейке ЦСС осуществляется оценка достоверности принимаемой информации и осуществляется переключение стволов при работе РРО по схеме связи "1+1".

Основные технические характеристики

Приемо-передающее оборудование работает в полосе частот, ГГц 14.5 15.3 Разнос частот между приемом и передачей, МГц 490

Минимальный разнос частот между соседними передатчиками или приемниками при работе с ортогональной поляризацией на одну антенну, МГц, при скорости, кбит/с 2048 3.5 8448 7 34368 28

Соединение по СВЧ волновод 28,5 мм х 12,6 мм

Конфигурация системы: 1+0, 1+1, 2+0

Пропускная способность ствола, кбит/с 2048,

8448 (4х2048),

34368 (16х2048)

Вид модуляции, при скорости, кбит/с

2048 QPSK

8448 QPSK

34368 QPSK

Вид демодуляции когерентная

Остаточный коэффициент ошибок RBER не хуже 10^-10

Электропитание оборудования осуществляется от источника постоянного тока, с напряжением от 20,4 В до 72 В.

Мощность, потребляемая оборудованием основной комплектации одной радиорелейной станции от источника постоянного тока при конфигурации системы "1+0" и уровне выходной мощности передатчика 23 дБм, Вт 30

Тип антенны двухзеркальная, параболическая, осесимметричная, диаметром 1,2 м или 0,6 м

Характеристики передающего оборудования

Мощность сигнала на выходе СВЧ тракта, дБВт, минус 72

Относительная нестабильность частоты передатчика 5*10^-6

Шаг частоты синтезатора, МГц 7

Характеристики приемного оборудования

Минимальный уровень СВЧ сигнала на входе приемника, дБВт, при скорости, кбит/с

BER=10^-3 BER=10^-6

2048 минус 123 минус120

8448 минус 117 минус114

34368 минус 111 минус108

Максимальное значение сигнала на входе приемника, не приводящее к выходу из строя оборудования, дБВт минус 30

Динамический диапазон АРУ, дБ 70

Избирательность приемного тракта по зеркальному каналу, дБ 80

Избирательность приемного тракта по соседнему каналу, дБ 60

Относительный уровень интерференции по совмещенному каналу, дБ, минус 20

Характеристики оборудования основной полосы

Скорость цифрового сигнала на входе/выходе, кбит/с

2048,

8448 (4х2048),

34368 (16х2048)

Код стыка при скорости, кбит/с 2048 HDB-3 или AMI

8448 HDB-3

34368 HDB-3

Входное и выходное сопротивление, Ом

2048 120 сим.

8448 75 несим.

34368 75 несим.

Параметры информационных стыков для первичных потоков мультиплексора (2048 кбит/с) соответствуют рек.G.703МСЭ-Т

Характеристики антенно-фидерного тракта

Тип антенны и её диаметр, м двухзеркальная, параболическая, осесимметричная, диаметром 0,6 м или 1,2 м

Диапазон частот, ГГц 14.5 - 15.3

Коэффициент усиления во всем диапазоне рабочих частот, дБ

- для антенны диаметром 0,6 м 36,5

- для антенны диаметром 1,2 м 41

Ширина главного лепестка по уровню минус 3 дБ,град., не более

- для антенны диаметром 0,6 м 2,3

- для антенны диаметром 1,2 м 1,4

Защитное действие антенны, не менее, дБ 50

Развязка по кросс-поляризации, не менее, дБ 25

Характеристика оборудования электропитания

Входное напряжение источника электропитания - переменное

однофазное в пределах, В 154-264

Пределы изменения частоты питающей сети, Гц от 47,5 до 63

Постоянное напряжение электропитания аппаратуры, В 20,4-72

Сопротивление заземления, Ом, не более 0,1

Радиорелейные станции “Радиан-15” предназначены для организации цифровых радиорелейных соединительных линий (РРЛ) с пропускной способностью 2...34 Мбит/с, а также для передачи программ телевидения и радиовещания.

РРС состоит из СВЧ приемо-передающего модуля (ППМ) , совместно с параболической антенной, закрепленного на раме с юстировочным устройством, пульта управления (ПУ) и оконечной аппаратуры цифрового тракта (АЦТ) или аппаратуры телевизионного тракта (АТВ).

ППМ осуществляет прием и передачу СВЧ сигналов, их преобразование на промежуточную частоту ПЧ 70 МГц. АЦТ производит модуляцию и демодуляцию сигналов ПЧ, мультиплексирование и демультиплексирование входных цифровых потоков, непрерывный контроль достоверности цифрового тракта, резервирование в ручном или автоматическом режимах, обеспечивает служебную связь. В зависимости от комплектации, АЦТ позволяет передавать по РРЛ цифровые потоки: 2,048 Мбит/с; 8,448 Мбит/с; 34,368 Мбит/с; 4х2,048 Мбит/с; 8х2,048 Мбит/с; 16х2,048 Мбит/с, 1х8,448+12х2,048 Мбит/с, 2х8,448+8х2,048 Мбит/с, 3х8,448+4х2,048 Мбит/с или каналов цифрового телевидения по стандарту MPEG-2. АТВ осуществляет частотную модуляцию и демодуляцию ПЧ, обеспечивая передачу одной программы телевидения и до 4-х каналов звукового сопровождения или радиовещания.

ППМ устанавливается на крышах зданий и сооружений (для обеспечения прямой видимости трассы РРЛ) и крепится на трубе, диаметром (80...100)мм.,при помощи хомутов. ПУ и АЦТ (АТВ) устанавливаются внутри здания. ППМ соединяется с ПУ и АЦТ (АТВ) с помощью коаксиального кабеля длиной до 250 м.

РРС “Радиан-15” осуществляет передачу информации на расстояние до 40 км на один пролет радиолинии.

Основные технические характеристики

Диапазон частот - 14,4...15,35 ГГц

Количество дуплексных стволов - 1; 2

Мощность передатчика - 300 мВт (-3…-10дБВт)

Коэффициент шума приемника - 3 дБ

Промежуточная частота - 70 МГц

Скорость передачи - 2,048 - 34,368 Мбит/с Пороговая чувствительность приемника (Рош=10^-3) 86 дБм (8,448 Мбит/с)

Пороговая мощность сигнала - -110 дБВт

Система резервирования - 1+0; 1+1

Длина пролета - до 40 км

Потребляемая мощность ППМ

на один ствол (без АЦТ и АТВ) не более 20 Вт

Цифровой стык согласно G703 МСЭ-Т

Напряжение питания от источника постоянного тока напряжением минус (20...29) В, (43...58)В или (54...72) В

3.3 Цифровизация аналоговых радиорелейных линий

Немалая часть находящейся в эксплуатации магистральной и внутризоновой радиорелейной аппаратуры связи предназначена для передачи аналоговых сигналов телефонии или телевидения. Техническое состояние этого оборудования позволяет продолжать его использование, однако оно перестает соответствовать современным требованиям. Изменения, вызванные возрастающим количеством цифровых стыков традиционного оконечного оборудования (цифровые АТС, цифровое телевидение), необходимостью передачи данных (информационный обмен между компьютерными сетями, организация интернета и т.д.) требуют эффективных решений для передачи цифрового трафика по радиорелейным линиям.

Пути решения задачи могут быть следующими:

- установка нового цифрового радиорелейного оборудования;

- поэтапная модернизация существующих аналоговых радиорелейных линий для передачи цифровой информации, называемая цифровизацией.

Первый подход чаще всего предусматривает использование импортной аппаратуры и связан с большим объемом и значительной стоимостью проводимых работ.

Как правило он применяется при организации новых радиорелейных линии.

Второй подход, признанный одним из основных направлений развития взаимоувязанной сети связи Российской Федерации, может проводиться постепенно, предусматривает максимально возможное использование уже установленного оборудования.

Возможность применения конкурентноспособных современных отечественных разработок так же уменьшает затраты на его реализацию.

Предлагаемое ЗАО “Радиан” оборудование для цифровизации существующих аналоговых радиорелейных линий для передачи сигнала телевидения приведено ниже.

Назначение	Скорость цифрового потока, кбит/с	Тип аппаратуры	Примечание
Замена аналогового трафика телевидения цифровым	4 х 2048 в суммарном потоке 4 (8, 16) х 2048	АЦТ-8 (АЦТ-17, АЦТ-34) + КТВМ-200 + ДТВМ-200

В России существует широко развитая сеть аналоговых магистральных и внутризоновых радиорелейных линий для передачи ТВ. Обычно они используются местными ОРТПЦ для распространения программ центрального телевидения. Для использования этих РРЛ возможно провести их цифровизацию с целью увеличения числа передаваемых программ. ЗАО «Радиан» выпускает оборудование АЦТ-34-16/2 и АЦТ-17-8/2 подключаемое по промежуточной частоте к аналоговой РРЛ для организации 16-ти или 8-ми цифровых каналов со скоростью 2048Кбит/с, что при использовании оборудования КТВМ-200 и ДТВМ-200 позволяет передать 2 - 4 программы ТВ в цифровом виде в одном стволе РРЛ вместо одной аналоговой.

Аппаратура АЦТ-8-4/2 предназначена для передачи 4 асинхронных цифровых потоков 2048 кбит/с в стволе РРЛ. Используется как оконечное оборудование РРЛ для организации соединительных линий между АТС, между узлами связи и земными станциями спутниковой связи, в сетях распределения программ радиовещания и т.п.

Аппаратура АЦТ-17-8/2 предназначена для передачи 8 асинхронных цифровых потоков 2048 кбит/с в стволе РРЛ. Используется как оконечное оборудование РРЛ для организации соединительных линий между АТС, между узлами связи и земными станциями спутниковой связи, в сетях распределения программ радиовещания и т.п.

Основные технические характеристики АЦТ-8-4/2

Нестабильность тактовой частоты входных потоков ±102 Гц

Напряжение сигнала ПЧ на выходе аппаратуры 500± 50 мВ

Частота сигнала ПЧ на выходе аппаратуры (70±0,02) МГц

Спектр занимаемых частот по уровню минус 30 дБ (70 ± 4,5) МГц

Номинальное напряжение сигнала ПЧ на входе аппаратуры 50...500 мВ

Номинальная частота сигнала ПЧ на выходе аппаратуры 70± 3 МГц

Режимы работы системы резервирования 1+0, 1+1

Электропитание осуществляется от источника

постоянного тока напряжением 20...29 В или 54...72В

Потребляемая мощность не более 25 Вт

Особенностью современных технологий связи, в первую очередь SDH и PDH, является распространение двух типов пользовательских стыков: Е1 (2048Кбит/с) и Е3 (34368Кбит/с) по рекомендации ITU-T G.703. Стык Е2 (8448Кбит/с) наиболее удобный для передачи сжатой по стандарту MPEG-2 программы ТВ не получил широкого распространения на телекоммуникационных сетях. Скорость 2048Кбит/с стыка Е1 недостаточна для передачи ТВ программы вещательного качества, а скорость 34368Кбит/с избыточна. Использование кодеров и декодеров MPEG-2 позволяет передавать ТВ-программу по 3-4 потокам Е1. Использование оборудования MPEG-2 КТВМ-200 и ДТВМ-200 является наиболее удобным и дешевым способом передачи ТВ программ в цифровом виде по существующим РРЛ.

Появление цифровой телевизионной аппаратуры MPEG-2 производства ЗАО “Радиан” (кодер КТВМ-200, декодер ДТВМ-200) существенно расширили возможности и эффективность цифровизации аналоговых телевизионных радиорелейных линий. Кодирование телевизионного сигнала по алгоритму MPEG-2 позволяет обеспечить вещательное качество сигналов изображения и стереофонического звукового сопровождения при скорости передачи не более 8 Мбит/c.

Особенностью телевизионного кодека производства ЗАО “Радиан” является возможность передачи транспортного потока MPEG-2 с использованием технологии инверсного мультиплексирования. При этом на передающей стороне (кодер КТВМ-200) транспортный поток разделяется на несколько (3...4) независимых потоков по 2048 кбит/c каждый. Эти потоки передаются через стандартную цифровую радиорелейную аппаратуру плезиохронной иерархии (относительная нестабильность тактовых частот + 50 ppm). На приемной стороне (декодер ДТВМ-200) происходит восстановление исходного транспортного потока. Компенсация задержек распространения цифровых потоков 2048 кбит/c производится автоматически.

При цифровизации аналогового телевизионного ствола для передачи телевидения достаточно потока со скоростью не более 8448 (3...4 х 2048) кбит/с. Свободные потоки (до 12...13 х 2048 кбит/c) могут быть использованы для оказания дополнительных услуг потребителям.

Организация цифрового потока на поднесущей с использованием модемов МДП-2 позволяет организовать передачу цифрового потока 2048 кбит/c в групповом спектре сигнала телевидения. Характерными особенностями этого модема являются:

- 4-фазная модуляция QPSK;

- использование синтезатора частоты, позволяющего устанавливать частоту поднесущей в диапазоне 1... 20 МГц с шагом 10 кГц;

- возможность плавной установки уровня выходного сигнала в диапазоне

30 мВ... 3 В. Возможность изменения частоты поднесущей и уровня выходного сигнала модема при проведении пуско-наладочных работ позволяет учесть реальные характеристики эксплуатируемой аналоговой радиорелейной аппаратуры, исключить взаимное влияние цифрового и аналогового трактов

Модем МДП-2 предназначен для передачи и приёма цифрового потока 2048 кбит/с на модулированной поднесущей в спектре группового сигнала аналоговой радиорелейной линии.

Обрудование УВВ-Пн обеспечивает выделение и ввод поднесущей, передаваемой в групповом спектре, при ретрансляции сигнала ПЧ на промежуточной радиорелейной станции (ПРС).

Оконечное радиорелейное оборудование «Радиан» позволяет решить большое количество задач по цифровизации аналоговых радиорелейных линий. На всех типах используемой аналоговой радиорелейной аппаратуры качество связи соответствует предъявляемым требованиям.

Перечисленная оконечная аппаратура РРЛ - стыкуется с любым типом РРЛ (КУРС, ГТТ, РАКИТА, РАДУГА, КОМПЛЕКС и др.) по ПЧ 70 МГц, цифровой стык соответствует Рек.G703 МСЭ-Т. Содержит модемное и мультиплексорное оборудование, имеет систему телеконтроля и служебной связи, обеспечивает автоматическое резервирование сигналов. Позволяет преобразовать аналоговые РРЛ в цифровые.

Для обеспечения наибольшей устойчивости связи на всех станциях РРЛ желательно иметь однотипную, унифицированную приемо-передающую аппаратуру, удовлетворяющую требованиям заданного частотного плана.

4 Расчет устойчивости радиорелейной линии

В основе расчета лежат три этапа: расчет минимального множителя ослабления, параметров интервала и устойчивости работы радиолинии. Максимальное затухание рассчитывается по электрическим характеристикам и для данного типа аппаратуры является величиной постоянной. Расчет параметров интервала позволит определить действующие на интервале факторы, определяющие реальное затухание. Проверка устойчивости работы радиолинии определяется как максимально допустимый для линии процент времени, в течение которого затухание на трассе, вызванное изменениями атмосферных условий, может превышать значение допустимого затухания. Расчет устойчивости необходим для учета влияния быстрых замираний и определения условий, позволяющих обеспечить заданную готовность линии при минимальных капитальных затратах.

Энергетические соотношения, полученные в условиях свободного пространства, когда отсутствует влияние земли и тропосферы, являются исходными для расчета радиолинии.

Мощность сигнала на входе приемника

P_{0 пр} = P_пер+ G_пер+ G_пр+ ?_пер+ ?_пр+W₀, дБ (4.1)

где P_пер - мощность передатчика в Вт; G_пер, G_пр - коэффициенты усиления передающей и приемной антенн (по мощности) относительно ненаправленной антенны; ?_пер, ?_пр - коэффициенты полезного действия передающего и приемного антенно-фидерных трактов; W₀ - ослабление в свободном пространстве между ненаправленными антеннами.

W₀ = 20lg (?/ 4? R₀), дБ (4.2)

где ? - длина волны, ?= c/f, где с = 3?10⁸ м/с - скорость распространения электромагнитной волны в свободном пространстве, f = 14,875 ГГц.

Отсюда

?= 3?10⁸/14,875?10⁹ = 0,02 = 2 см

Ослабление при передаче энергии в свободном пространстве между выходом передатчика и входом приемника

Р_{0 пр} / Р_пер= G_пер+ G_пр+ ?_пер+ ?_пр+W₀, дБ (4.3)

При выборе аппаратуры для построения РРЛ была выбрана параболическая антенна диаметром 0,6 м. Коэффициент усиления антенны для усредненного значения частоты рабочего диапазона определяется по формуле

G = 20 Lg(D) + 20 Lg(f) +17.5, дБ (4.4)

где D - диаметр антенны, м; f - рабочая частота, ГГц

G = 20 Lg(0,6) + 20 Lg(14,875) +17.5 = 36,5 дБ

В случае, когда антенна соединяется с приемопередающим блоком непосредственно без волновода КПД антенно-фидерного тракта можно принять равными 0,5 дБ.

Рассчитанные энергетические соотношения для интервалов РРЛ различной протяженности в условиях свободного пространства сведены в таблицу 4.1

Таблица 4.1

№ интервала	R0, км	W0, дБ	P0 пр, дБ	Р0 пр / Рпер, дБ
1	10,735	- 136,5	-74	-7,4
2	2,975	- 126	-63,5	-6,35
3	26,880	- 144,5	-82	-8,2
4	49,333	- 149,8	-87,3	-8,73

Влияние поверхности земли и тропосферы учитывается множителем ослабления V, показывающего во сколько раз уменьшится напряженность поля в точке приема при распространении радиоволн на данном участке. Для расчета мощности сигнала на входе приемника в общем случае формула имеет вид

Р_пр = Р_{0 пр}? V² (4.5)

где Р_{0 пр} определяется в Вт, а множитель ослабления в дБ

V_дБ = 20lg V = 10lg (Р_пр / Р_{0 пр}) (4.6)

Ослабление при передаче энергии в реальных условиях между выходом передатчика и входом приемника

Р_пр / Р_пер= G_пер+ G_пр+ ?_пер+ ?_пр+W₀ + V, дБ (4.7)

4.1 Построение профилей интервалов

Целью построения профиля интервала является определение условий на интервале, при которых фактический множитель ослабления на нем V будет больше минимального допустимого V ? V_М.

Профиль интервала строится по топографической карте после предварительного выбора трассы линии в следующей последовательности:

1. Вычерчивается линия, изображающая уровень моря или некоторый условный уровень, от которого в дальнейшем отсчитываются все высоты. В прямоугольной системе координат эта линия является параболой, уравнение которой имеет вид

y = R₀² / 2R_з к (1- к) (4.1)

к = R_i/R₀ (4.2)

где R_з=6370 км = 6,37 ? 10⁶ м - радиус Земли, R_i - расстояние до текущей точки, к - относительная координата заданной точки.

2. По топографической карте определяются высотные отметки всех точек пересечения линии, соединяющей соседние станции РРЛ, с горизонталями и расстояниями до этих точек от одного из концов интервала. По этим значениям на чертеже профиля наносятся соответствующие точки (относительно линии нулевого уровня), которые соединяются прямыми линиями. Полученная ломаная линия и является профилем данного интервала.

3. На профиль наносятся местные предметы, протяженность которых вдоль трассы достаточно велика и составляет несколько сотен метров. Проводится линия «прямой видимости» соединяющая точки расположения передающей и приемной антенн. Высоты антенн в обоих пунктах отмечаются так, чтобы сумма высот антенных опор на обоих концах станций была минимальной.

Построенный таким образом профиль соответствует условию отсутствия рефракции (g = 0). Ослабление напряженности поля радиоволн вследствие поглощения их местными предметами, интерференционных явлений и потерь при дифракции завит от величины просвета Н, под которым понимают расстояние между линией прямой видимости, соединяющую передающую и приемную антенны и наиболее высокой точкой профиля. Просвет считается положительным, если эта линия проходит выше наиболее высокой точки профиля, и отрицательным, когда она пересекает препятствие. В зависимости от величины просвета или отношения Н/Н₀ трассы РРЛ разделяются на открытые, для которых Н ? Н₀, полуоткрытые (Н₀ > H >0) и закрытые (Н<0). В этих неравенствах Н₀ представляет собой величину минимального просвета, при котором напряженность поля равна напряженности поля свободного пространства:

Н₀ = (4.3)

где R₀ - длина интервала, м; ? - длина волны, м; k - относительная координата точки в которой определяется просвет.

При Н ? Н₀ напряженность поля в точке приема имеет интерференционный характер, т.е. наблюдаются максимумы и минимумы напряженности поля. Минимальная зона, обеспечивающая максимальную напряженность поля в точке приема, называется первой зоной Френеля. Она имеет радиус Н_{1 max} = Н₀v3, называемый радиусом первой зоны Френеля. Первая и последующие нечетные зоны обеспечивают максимумы напряженности поля, а четные минимумы.

Просвет на данном интервале может изменяться в широких пределах вследствие изменения с высотой диэлектрической проницаемости воздуха ?, что вызывает рефракцию радиоволн, искривляющую их траекторию. Степень рефракции характеризуется скоростью этого изменения по высоте - вертикальным градиентом диэлектрической проницаемости g. Рефракция считается положительной, если g < 0 (? уменьшается с высотой, просвет на интервале увеличивается), и отрицательной при g >0 (? увеличивается с высотой, просвет уменьшается).

Влияние рефракции при расчетах учитывается введением эквивалентного радиуса Земли R_Э, справедливое при линейном изменении ? с высотой.

R_Э = R_З / (1+ R_З?g / 2) (4.4)

где R_З = 6370 км - геометрический радиус Земли.

Поскольку диэлектрическая проницаемость воздуха изменяется с высотой и по длине трассы не по линейному закону, вводится понятие «эффективного» градиента диэлектрической проницаемости воздуха g_Э. Под величиной g_Э понимают такой постоянный градиент ?, при котором напряженность поля в точке приема будет такой же, как и в случае реального изменения ? на трассе. Из-за случайного характера изменения метеорологических условий на трассе глубина и скорость замирания во времени являются случайными величинами и могут быть определены лишь статистически. Нормальный закон статистического распределения величины g_Э характеризуется двумя параметрами: средним значением g и стандартным отклонением ?. Статистические распределения значений g_Э различны для разных климатических районов. Проектируемая радиорелейная линия находится в Восточной Сибири на юге Красноярского края. Климатический район характеризуется средним значением градиента диэлектрической проницаемости воздуха g = - 7 ? 10^-8 1/м и дисперсией ? = 9 ? 10^-8 1/м.

Введение эквивалентного радиуса Земли трансформирует профиль интервала и , следовательно, изменяет просвет Н, найденный из профиля при g = 0, на некоторую величину ?Н, которая для заданного значения g определяется по формуле

?Н = - (4.5)

Соответствующее значение просвета Н_g = Н+?Н.

После построения трансформированного профиля пролета, производится расчет параметров интервала.

4.1.1 Построение продольного профиля интервала РРЛ №4 «УРС-17 - ОРС-19»

Протяженность пролета R₀ составляет 49,33 км. При нулевой рефракции (g = 0) точки высот условного нулевого уровня рассчитаны по формуле

y = R₀² / 2R_з к (1- к)

где к = R_i/R₀

R_з=6370 км = 6,37 ? 10⁶ м - радиус Земли,

R_i - расстояние до текущей точки,

к - относительная координата заданной точки.

Результаты расчета сведены в таблицу №4.1.

Таблица № 4.1

k	Ri, км	y, м
0	0	0
0,1	4,933	17,20
0,2	9,866	30,56
0,3	14,799	40,10
0,4	19,732	45,84
0,5	24,665	47,75
0,6	29,598	45,84
0,7	34,532	40,10
0,8	39,464	30,56
0,9	44,397	17,20
1,0	49,333	0

После вычерчивания линии условного нулевого уровня, с помощью топографической карты, представленной на рисунке 4.1, определены высотные точки на выбранной трассе РРЛ и нанесены на профиль, отсчитывая от линии условного нулевого уровня. Все высотные точки соединены ломаной линией, нанесены местные предметы, протяженность которых вдоль трассы достаточно велика. Высоты, ориентировочно выбранные для передающей (УРС-17) и приемной (ОРС-19) антенн, соединяются прямой - линией прямой видимости АВ. Построенные продольный профиль вычерчен в соответствии с рекомендуемыми, для данной протяженности и разности высот, масштабами. Масштаб расстояний 1:200000, масштаб высот 1:5000. Продольный профиль представлен на рисунке 4.2..

Профиль имеет две наиболее высоких точки, которые могут повлиять на распространение сигнала.

Расстояние от этих точек до линии прямой видимости определяется графически по построенному профилю: просвет Н₁ = 140 м в точке с относительной координатой k = 0,45 и Н₂ = 220 м в точке k = 0,75. Просветы являются положительными, т.к. располагаются ниже линии прямой видимости.

Величина просвета является определяющим параметром при расчете РРЛ. При наличии на трассе двух удаленных друг от друга препятствий различной высоты, можно пренебречь влиянием более низкого препятствия, если выполняется наиболее жесткое из следующих условий:

Н₁ > H₀^? ;

Н₁ > H₀^? - В

где В=5?10^-2 R₁(R₀+R₁-2R₂) - функция учитывающая взаимное расположение препятствий; R₁ = 22,6 км - расстояние от передающей антенны до первого препятствия; R₂ = 36,6 км - расстояние до второго препятствия; Н₁ = 15 м - просвет первого препятствия, определяемый касательной ко второму препятствию, проведенной от одной из антенн; H₀^? - просвет Н₀ на участке трассы от ее начала до вершины более высокого препятствия.

H₀^? = , где k? = R₁ / R₂

k? = 22,6 / 36,6 = 0,61

H₀^? = = 1,7 м

В=5?10^-2 ? 22,6?10³ (49,333?10³ + 22,6?10³ - 2 ? 36,6?10³) = -1,47

При отрицательном значении величины В более жестким условием будет второе условие т.е. Н₁ > H₀^? - В, т.к. 15 м > 3,17 м условие выполняется, следовательно, при расчете параметров пролета более низким препятствием можно пренебречь.

Минимальный просвет второго (наивысшего) препятствия по формуле (4.3)

Н₀ = =7,8 м

т.к. Н =220 м > Н₀ = 7,8 м напряженность поля в точке приема имеет интерференционный характер, т.е. имеются максимумы и минимумы напряженности поля.

Минимальная зона - первая зона Френеля имеет радиус

Н_{1 max} = Н₀ ? = 7,8 ? = 13,6 м

Изменение просвета на данном интервале РРЛ вызвано рефракцией волн. Учитывая величину градиента диэлектрической проницаемости для данного климатического района g = - 7 ? 10^-8 1/м эквивалентный радиус земли определяется по формуле (4)

R_Э = 6370?10³ / 1 + 6370?10³ ? (- 7 ? 10^-8) / 2 = 8272.7 км

т.к. R_Э > R_З при значении g = 0, траектория радиоволны при положительной рефракции проходит выпуклостью вверх.

Введение эквивалентного радиуса земли приводит к трансформации профиля трассы. Высотные отметки линии условного нулевого уровня с учетом R_Э рассчитаны по формуле

y_Э = R₀² / 2R_Э к (1- к), м

и результаты сведены в таблицу № 4.2.

Таблица 4.2

k	Ri, км	yЭ, м
0	0	0
0,1	4,933	13,2
0,2	9,866	23,5
0,3	14,799	30,8
0,4	19,732	35,3
0,5	24,665	36,7
0,6	29,598	35,3
0,7	34,532	30,8
0,8	39,464	23,5
0,9	44,397	13,2
1,0	49,333	0

Величина приращения просвета ?Н (g) находится по формуле (4.5)

?Н = - = 7,99 м

Соответствующее значение просвета

Н_g = 220 + 7,99 = 227,9 м

Рефракция учтена тем, что к величине просвета Н (g = 0) добавлено приращение ?Н. Трансформированный профиль отмечен на рисунке 4.2. пунктирной линией. Линия прямой видимости трансформированного профиля проведена через точку просвета Н_g.

4.1.2 Построение продольного профиля интервала РРЛ №3 «РТ Саяногорск - УРС-17»

4.1.3 Построение продольного профиля интервала РРЛ №1 «Студия ТВ РТ Майна»

4.1.4. Построение продольного профиля интервала РРЛ №2 «Студия ТВ РТ Саяногорск»

4.2 Расчет устойчивости

На работу РРЛ существенное влияние оказывают замирания сигналов, которые выражаются в сильном уменьшении уровня сигнала в точке приема, возникающем вследствие изменения во времени метеорологических условий и состояния тропосферы на трассе РРЛ.

Замирания носят случайный характер, имеют различную продолжительность с глубиной до нескольких десятков децибел.

Уменьшение уровня сигнала при замирании ухудшает качество приема из-за возрастания мощности шумов в каналах РРЛ и приводит к нарушению работы радиолинии.

Расчет устойчивости РРЛ заключается в учете замираний и определении условий , гарантирующих заданную устойчивость работы - процент времени, в течение которого значения множителя ослабления будут меньше минимально допустимого значения.

Устойчивость характеризуется величиной S=100-У, которая для всей линии на разных интервалах определяется суммой

S=_I (4.2.1)

де N- количество интервалов; T_i - допустимый процент времени, в течении которого на i-м интервале V > V_min

T_i Т₀(V_min) + Т_ИНТ(V_min) + Т_Д(V_min) (4.2.2)

Каждое слагаемое представляет собой процент времени, в течение которого множитель ослабления на интервале меньше минимально допустимого значения вследствие:

- экранирующего влияния препятствий Т₀(V_min)

- интерференции волн, отраженных от неоднородностей тропосферы Т_ИНТ(V_min)

- влияния гидрометеоров Т_Д(V_min)

Расчет Т₀(V_min) заключается в нахождении величины по графику (рисунок 4.9) как функцию нормированного параметра

= 2,31А p(g)-p(g₀) (4.2.3)

в котором величина А рассчитывается по формуле

А= (4.2.4)

Значения g и для заданного климатического района различны: для летних месяцев g = - 7 ? 10^-8 1/м и ? = 9 ? 10^-8 1/м, для зимних месяцев g = - 15 10^-8 1/м и ? = 6,5 ? 10^-8 1/м, поэтому Т₀(V_min) рассчитывается для обоих случаев и в формулу (4.2.2) подставляется наихудшее значение.

p(g)= Н / Н₀+Н(g) / Н₀ (4.2.5)

где Н₀ рассчитана по формуле (4.3), Н(g) поформуле (4.5).

На трассах с одним препятствием p(g₀) определяется из графика (рисунок 4.10) по заданному значению V_min, полагая =₀

₀ = 2,015 (4.2.6)

где k, определяются из профиля пролета g=0, l=r/R₀ - относительная длина закрытия трассы.

Процент времени, в течение которого множитель ослабления меньше V_min из-за интерференционной структуры поля, обусловленной влиянием волн, отраженных от неоднородностей тропосферы Т_ИНТ(V_min) определяется по формуле для пересеченного пролета

Т_ИНТ(V_min) = V²_minT() (4.2.7)

где T() - параметр, учитывающий вероятность возникновения многолучевых замираний, обусловленных отражениями радиоволн от слоистых неоднородностей тропосферы с перепадом диэлектрической проницаемости .

T() для территории России:

T() = 4,110^-4Q f^1,5 R₀² , где Q=1 (4.2.8)

Для слабопересеченных пролетов Т_ИНТ(V_min) определяется по формуле (4.2.7), где для трасс R > 20 км T() = 4,110^-4Q f^1,5 R₀²

Для трасс R < 20 км

T() = 2,0510^-5Q f^1,5 R₀³ (4.2.9)

где Q - коэффициент, характеризующий вероятность попадания точки приема в интерференционные минимумы, обусловленные отражением от Земли.