Розрахунок радіорелейної лінії прямої видимості

Размещено на http://www.allbest.ru/

Технічне завдання

Побудувати структурну схему та розрахувати радіорелейну лінію прямої видимості (Vi min, V(50%), Pc(50%) V(20%), Pc (20%), GA, GB, HA,HB, Pперед, Pс пор., побудувати діаграму рівнів потужності на інтервалі РРЛ), яка забезпечить передачу цифрового потоку даних із швидкістю 20 Мбіт/с з припустимою похибкою передачі символів 10-5 при наступних умовах:

Номер варіанту: 13

Найменування пунктів, між якими необхідно побудувати трассу:

Лабінськ-Конотоп

Діапазон частот: 3ГГц

Вид модуляції сигналу: некогерентна ЧМ

Похибка передачі символів



Вступ

Принцип побудови РРЛ прямої видимості.

Радіорелейна лінія являє собою ланцюг приймально-передавальних станцій, антени яких розміщені одна від одної на відстань R прямої видимості. Для передачі сигналів на значні відстані використовується принцип ретрансляції - кожна станція, що входить в РРЛ, приймає, підсилює і випромінює сигнал у напрямі сусідньої станції. Сучасні РРЛ дозволяють здійснити високоякісну передачу різних повідомлень на відстані в декілька тисяч кілометрів. Для передачі сигналів від однієї радіорелейної станції (РРС) до іншої застосовуються гостроспрямовані антени з коефіцієнтом посилення 30-40 дБ (103-104 раз по потужності) і більше. Великі коефіцієнти посилення антен дозволяють застосовувати на РРЛ передавачі порівняно невеликої потужності (не більше 10-20 Вт). Для роботи РРЛ виділяються смуги частот, розташовані в області 0,4; 2; 4; 6; 8 і 11 ГГц. Йде освоєння більш високочастотного діапазону до 15 ГГц і вище. Вибір вказаних діапазонів обумовлений, головним чином, тим, що в цьому випадку, по-перше, виявляється можливою передача великого об'єму інформації (забезпечується велика пропускна спроможність), по-друге, достатньо високі перешкодостійкість і надійність зв'язку. Мала ширина діаграми спрямованості антен дає можливість уникнути взаємних перешкод між РРС, працюючими на однакових частотах.

Типи станцій РРЛ

Всі станції РРЛ залежно від їх місць розташування, призначення і комплектації підрозділяються на:

проміжні (ПРС),

крайові (КРС),

вузлові (ВРС).

Проміжні радіорелейні станції призначаються для прийому від попередньої станції модульованих СВЧ сигналів, підсилення їх і передачі на подальшу станцію. Ці станції оснащені автоматизованою апаратурою і є в основному не обслуговуваними. Управління і спостереження за роботою апаратури не обслуговуваних ПРС проводяться з КРС або ВРС автоматично або дистанційно за допомогою спеціальної системи телеобслуговування.

Крайові радіорелейні станції розташовані на кінцях магістральної лінії або на кінцях ліній, відгалужених від магістральної. На КРС проводяться введення і виділення повідомлень, переданих по РРЛ. За допомогою сполучних ліній КРС зв'язуються з міжміськими телефонними станціями (МТС), міжміськими телевізійними апаратними (МТА) і міжміськими мовними апаратними (ММА), які являються основними джерелами повідомлень, що передаються по РРЛ. На КРС завжди є обслуговуючий технічний персонал, що забезпечує справність апаратури не тільки даної КРС, але і підлеглих нею декількох ПРС на ділянці резервування.

Вузлові радіорелейні станції, так само як і КРС, мають обслуговуючий технічний персонал. Встановлюються ВРС в тих пунктах траси РРЛ, де потрібно проводити виділення і введення телефонних повідомлень, виділення або заміну програм телебачення. Виділені телефонні, телевізійні або інші повідомлення далі подаються до відповідних споживачів.

Класифікація РРЛ

Радіорелейні лінії прямої видимості можна класифікувати таким чином.

По пропускній спроможності:

багатоканальні РРЛ (з числом каналів понад 300);

РРЛ середньої місткості (від 60 до 300 каналів);

мало канальні РРЛ (менше 60 каналів).

По області застосування:

стаціонарні магістральні багато стволові РРЛ великої місткості і великої протяжності (до 10-12 тис. км);

зонові стаціонарні РРЛ середньої ємкості обласного і республіканського значення і РРЛ, що використовуються на відгалуженнях від магістральних ліній; РРЛ місцевого районного значення.

За способом ущільнення каналів і типом модуляції СВЧ коливань передавачів:

РРЛ з частотним ущільненням і частотною модуляцією СВЧ коливань передавачів;

РРЛ з тимчасовим ущільненням і передачею повідомлень в аналоговій формі;

РРЛ, призначені для передачі повідомлень в цифровій формі.

По діапазону частот, що використовуються:

РРЛ дециметрового,

сантиметрового

міліметрового діапазонів.



1. Розрахунок радіорелейної лінії прямої видимості

Побудова профілю на інтервалі РРЛ.

Карта місцевості, де буде прокладено РРЛ подана на рис. 1.

Рисунок 1 - Топографічна мапа(фрагмент)

Згідно карти під лінією є населений пункт, і в декількох місцях траса пролягає над лісом. Враховуємо, що висота лісових насаджень, як правило, не перевищує 10 м,а будинків 25 м.

Загалом поверхня землі під трасою коливається в середньому 152 до 208 м. над рівнем моря.

Відстань між точками, буде встановлене обладнання становить 23.4 км

Антени будуть розташовані на заводі в Либінськ та на заводі в КонотопіЗа допомогою позначених на мапі ізоліній можна побудувати профіль місцевості під майбутньою радіолінією

Для того, щоб побудувати профіль у прямокутній системі координат слід перерахувати нульовий рівень. Для цього зручно скористуватися апроксимацією параболою виду[1]:

,

де - абсциса точок лінії, = 23.4 км - довжина прольоту, - радіус Землі (= 6370 км).

Отримані дані з карти місцевості та з урахуванням розрахованого рівня Балтійського моря занесу до табл.1

Таблиця 1

№ п/п	Відстань до і-тої Ізолінії ,км	Висоти без урахування рівня моря ,м	Висота з урахуванням рівня моря, ,м
0.	0	200	200(Либінськ)
	3.2	170	175
	4.4	180	186
	6	200	208
	11	150	160
	11.4	150	160
	11.6	150	160
	12.2	150	160
	14	150	160
	14.4	150	160
	16.4	180	189
	17	160	168
	17.4	150	158
	21	150	153
	22	150	152
	23.4	160	160(Конотоп)

(км)

(км)

(км)

(км)

(км)

(км)

(км)

(км)

(км)

(км)

(км)

(км)

(км)

(км)



По даним табл.1, а також лісових насаджень профіль радіолінії представлений на малюнку (Рис. 2).

Рисунок 2 - Профіль траси

У цілях економії в даній РРЛ будуть застосовані дві однакові антені опори.

Визначення типу прольоту та значення відносного просвіту

Для того щоб забезпечити екранування елементами рельєфу слід забезпечити умову щоб значення просвіту Н у усіх точках було більш ніж радіус мінімальної зони розповсюдження радіохвиль , що може бути обраховане за наступним виразом:

тут - відносна координата перешкоди на трасі.

Знайдемо Н- відстань між лінією що з'єднує та є найвищою точкою місцевості. Вданому випадку такою точкою є пагорб, що розташований на відстані 6 км на висоті 200 м. над рівнем моря. Від міста Либінськ.

Таким чином:

Оскільки: (м)

Тобто просвіт має бути більшим ніж 7.04 м. Покладемо Н=9 м.

Висота підвісу антен має вибиратися з умови що пряма прямої видимості має проходити на висоті не менше ніж Р=9 м над перешкодою (перешкода має висоту до 10 метрів), або Н=218 над рівнем моря. В Либінські антена буде встановлена на заводі на висоті 30м, а в Конотопі на заводі висотою 30м.

Для підвісів однакової висоти лінія прямої видимості визначається рівням

де - висота підвісу антени в м,

- висота будівель,де встановлюється антена,

- відстань між місцями встановлення,

- поточна координата.

Виразивши з цього виразу , та враховуючи що висота місцевості у місті встановлення антени Конотопі становить м, і для Либінську також м, а також відкритості просвіту км,км, отримаємо:

м

Тобто щоб траса була відкритою достатньо підняти антену на висоту більше ніж 17.7м.Виберемо висоту підвісу м

Перевіримо правильність вибору висоти підвісу антени обрахувавши значення відносного просвіту.

Значення відносного просвіту може бути обраховане як:

Де Н - висота просвіту,тут Н=9 м

- зміна просвіту за рахунок рефракції - середнє значення відхилення вертикального градієнта діелектричної проникності тропосфери на прольоті , що існує протягом 50%часу;

Отримаємо:

м

середнє значення й стандартне відхилення вертикального градієнта діелектричної проникності тропосфери на прольоті, що існує протягом 20% часу;



м м

Згідно цього значення відносного просвіту становитиме:

Протягом 50%часу:

Протягом 20%часу:

Оскільки то, як і передбачалося траса відкритого типу, тобто екрануючою властивість поверхні можна знехтувати.

2. Визначення множника послаблення

Для відкритих трас множник послаблення може бути розрахований за наступною формулою:

- модуль коефіцієнта відбиття, величина якого залежить від характеру поверхні.

Візьмемо , оскільки ми маємо справу з пересічною місцевістю.

Для кількісної оцінки зменшення густини потоку потужності відбитих хвиль від випуклої поверхні вводять коефіцієнт D, коефіцієнт на який потрібно помножити модуль коефіцієнта відбиття,щоб отримати значення коефіцієнті відбиття від сферичної поверхні.

Де, м- висота сегменту апроксимованої сфери,



- хорда сегменту апроксимованої сфери,

Отримані дані : ,а

Тобто для даної відкритої траси відсутнє відбиття від земної поверхні, тому приймемо а

Послаблення в атмосфері і опадах.

Вплив опадів:

r-довжина прольоту;

-інтенсивність дощу,який іде в даній місцевості на протязі 1мм/год.

,



Вибираємо

Рисунок 3 - Криві для визначення

беремо з рис.2. 4, при J=50мм/год,

= -0.03



Вплив атмосфери:

при f=3Ггц , (дані з рис.2.5)

Рисунок 4 - Залежність коефіцієнта поглинання для води та кисню від частоти

Коефіцієнт послаблення на трасі розповсюдження[2]:



3. Розрахунок мінімально-допустимого рівня потужності сигналу на вході приймача

Визначення смуги пропускання приймача.

Згідно технічного завдання, сумарна швидкість передачі інформації в лінії становитиме:

В = 20 Мбіт/с.

Визначимо тривалість імпульсу:

Мбіт/с=0,05 мкс

Смуга пропускання приймача дорівнює:

М=2;

Визначення значення параметра .

Коефіцієнт є відношенням енергії елемента цифрового сигналу до спектральної густини потужності шуму .

Згідно технічного завдання, ймовірність помилкового прийому З рис.3.1. визначимо для та ЧМ:



Рисунок 5 - Залежність ймовірності похибок від для різних видів модуляції

=16дБ

В реальній системі ймовірність похибок більша, чим в ідеальній системі. Для забезпечення заданої ймовірності похибок необхідно мати на вході приймача реальної системи передачі , де - енергетичний програш із-за впливу . обирається в межах 1,5..4 дБ. Нехай, =2.

Тоді, або 7.9 разів.



Визначення потужності шуму на вході приймача.

Для заданого діапазону хвиль (3ГГц) в якості ПВЧ використаємо параметричний підсилювач без охолодження, для якого коефіцієнт підсилення , коефіцієнт шуму в діапазоні хвиль 3-30 ГГц. В якості змішувача використаємо балансний діодний перетворювач частоти із значенням коефіцієнта шуму в діапазоні хвиль 3-30 ГГц.

Потужність шумів на вході приймача можна обрахувати за виразом:

,

де - спектральна густина потужності шуму що визначається як:

,

де - стала Больцмана,

,

,

де - шумова температура антени, К, - шумова температура приймача, К,



Шумову температуру антени визначимо з графіка (рис. 5):

Рисунок 6 - Залежність шумової температури приймальної антени від частоти (верхня ліня - максимальна, нижня лінія - мінімальна)

Як видно з рис. 3.2 середнє значення для частоти 3 ГГц становить

.

,

де (кімнатна температура), а визначається за формулою:

= 2,3 дБ або 1.5 раз,

;



Звідси: ;

Підставивши необхідні дані визначимо .

Визначення мінімальної потужності сигналу на вході приймача

- рівень потужності при поширенні радіохвиль у вільному просторі.

Нехай

- коефіцієнти підсилення передавальної та приймальної антен.

При розрахунках можна вибрати параметри типових антен із таблиці або задати діаметр антени і визначити коефіцієнт підсилення із співвідношення:



Оберемо параболічну антену діаметром 0.6 м

Залежність коефіцієнта використання поверхні зображено на рис3.3 [10]:

0 - діаметр дзеркала;

f - фокусна відстань;

Рисунок 7 - Залежність коефіцієнта використання поверхні

м2

- коефіцієнти корисної дії.

Вт

Рівень сигналі на вході приймача:



де, =10м. - сумарна довжина фідера,

=0,1дБ/м. - погонне затухання на 1м.

При діаметрі антен (0,5-0,6м) приймально-передавальний блок з'єднаний з антеною безпосередньо за допомогою прецизійного хвилеводного з'єднання , тому в цих випадках втрати в фідерах можна прийняти рівними 0дб.

- визначається з параметрів апаратури. Зазвичай значення послаблення в роздільних фільтрах відповідає сумі втрат в передавальному і приймальному пристроях. При моноблочній структурі.

- додаткові втрати від перепаду висот приймальної і передавальної антен.

Втрати у вільному просторі:



4. Побудова діаграми рівнів сигналу на прольоті РРЛ

Будую діаграму рівнів (додаток 1). Сигнал Pпрд, передається в передавальну антену, при цьому послаблюється в фідерній лінії на 1дб, далі рівень сигналу збільшується в передавальній антені на

сигнал частота приймач радіолінія

При поширення сигналу на трасі рівень сигналу падає через послаблення у вільному просторі, втрат в атмосфері та опадах.

.

Визначаю запас на завмирання:



Висновки

Під час виконання курсового проекту було розрахованл радіорелейну лінію прямої видимості на трасі Лабінськ-Конотоп довжиною 23.4км.

Передавальну та приймальну антени встановив на найвищих відмітках висот для заданих пунктів, а саме на даху заводу, прикріпивши до труби та на даху 9 етажної будівлі. Врахувавши тип прольоту (відкритий), послаблення у та рівень потужності теплового шуму, наведеного до входу приймача визначив рівень порогового сигналу на вході приймача при швидкості передачі 20 Мбіт/с з припустимою похибкою передачі символів в діапазоні частот 3 Ггц. Реальний рівень потужності сигналу на вході приймача Pcвхmin=

З побудованої діаграмі рівнів сигналу на прольоті РРЛ визначаю запас на завмирання

Тобто, при таких розрахунках буде забезпечено якість і стійкість зв'язку між населеними пунктами Лабінськ-Конотоп. Робота виконана у повному обсязі. z=16.4дБ



Список використаної літератури

1. Методичні вказівки до виконання курсового проектування за курсом «Радіозв'язок» для студентів денної та заочної форми навчання спеціальності 8.090701 /Укладач М.Ф. Хоменко.

2. Немировский М.С., Рыжков Е.В. Системы связи и радиорелейные линии:Учебник электротехн. ин-тов связи спец. 0703и 0708 .-М.:Связь,1980 .-432 с.

3. Системы связи и радиорелейные линии / Под ред. Н.И. Калашникова. - М.: Связь, 1977. - 392 с. Мордухович Л.Г., Степанов А.П.

4. Справочник по радиорелейной святи / Под ред. С.В. Бородича. - М.: Радио и связь, 1981. - 415 с.

5. Справочник по спутниковой связи и вещанию / Под ред. Л.Я. Кантора М.: Радио и связь, 1983. - 283 с.

6. Тимищенко М. Г. Проектирование радиорелейных линий. - М.: Связь, 1976. - 240 с.

7. Тимищенко М.Г. Радиорелейные системы передачи прямой видимости. - М.: Радио и связь, 1982. - 207 с.

Размещено на Allbest.ru