Спутниковые и радиорелейные системы связи

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ

СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ И ИНФОРМАТИКИ

МЕЖРЕГИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ПЕРЕПОДГОТОВКИ СПЕЦИАЛИСТОВ

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

«Спутниковые и радиорелейные системы передачи»

Выполнил:

студент группы МД-63

Фролова С.Н.

2008

СОДЕРЖАНИЕ

1.Определение числа пролетов ЦРРЛ, расчет их длины, составление структурной схемы РРЛ

2.Краткая характеристика используемой аппаратуры

3.Разработка структурной схемы оконечной станции ЦРРЛ

4.Определение оптимальных высот подвеса антенн на пролетах ЦРРЛ

5.Расчет устойчивости связи на ЦРРЛ

6.Оптимизация высот подвеса антенн на пролетах ЦРРЛ

Заключение

Список литературы

Задание на курсовой проект

1. Определить число пролетов ЦРРЛ, рассчитать их длины, составить структурную схему радиорелейной линии.

2. Привести краткую характеристику используемой аппаратуры.

3. Разработать структурную схему оконечной станции ЦРРЛ.

4. Определить оптимальные высоты подвеса антенн на пролетах ЦРРЛ.

5. Определить нормируемое значение устойчивости связи на ЦРРЛ и сравнить его с расчетной величиной.

6. Рассчитать устойчивость связи с учетом конфигурации системы.

Таблица 1. Исходные данные.

Тип аппаратуры	Радан-МС
Число рабочих стволов nств	1
Скорость передачи информации в одном стволе	1024
Конфигурация системы	1+1
Длина ЦРРЛ, км	100
Длина пролета, км	45

Таблица 2. Высотные отметки точек профиля пролета y(Ki).

Относительная координата Ki = Ri/Ro
0,0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0
73	63	76	74	72	65	57	63	76	89	103

Таблица 3. Градиент диэлектрической проницаемости и стандартное отклонении тропосферы и условном номере климатического района трассы ЦРРЛ

Последняя цифра пароля	Вертикальный градиент ·10-8, 1/м	Стандартное отклонение у·10-8, 1/м	Номер климатического района
0	-8,5	9,0	1

Таблица 4. Основные технические параметры ЦРРЛ

Тип	Диапазон частот, ГГц	Мощность сигнала на выходе, дБВт	Пороговый уровень сигнала дБВт	Разнос час-тот между стволами, МГц	Диаметр антенны, м
Радан-МС	11	-11	-121	40	0,5 1,0

Примечание: Антенна - параболическая.

1. Определение числа пролетов ЦРРЛ, расчет их длины, составление структурной схемы радиорелейной линии.

линия цифровой радиорелейный связь

Определяем число пролетов на магистрали по формуле:

,

где Lмаг = 100 км - длина магистрали согласно заданию;

Lпр = 45 км - длина одного пролета;

- операция округления до большего целого числа.

- следовательно, магистраль состоит из трех пролетов. Примем длинны пролетов 45 км, 30 км, 25 км.

Рисунок 1. Структурная схема магистрали.

2. Краткая характеристика используемой аппаратуры

Назначение:

Предназначена для организации радиорелейных линий связи на городских и сельских телефонных сетях. Незаменима в тех случаях, когда прокладка кабеля экономически нецелесообразна или исключена из-за географических особенностей местности.

Технические характеристики:

Табл.4.

Диапазон радиочастот, ГГц	10,7 - 11,7
Модуляция радиосигнала	частотная (ЧМ)
Мощность излучения передатчика, мВт, не менее	60
Класс излучения	F9EBT
Пороговая чувствительность приемника при коэффициенте ошибок 10-3, дБВт, не более	-112
Тип антенны	параболическая PI-11/38P
Раскрыв антенны, м	1
Угол поворота антенны в вертикальной и горизонтальной плоскостях, град	5
Поляризация излучаемого сигнала	вертикальная или горизонтальная
Количество дуплексных радиостволов	2
Пропускная способность радиоствола, Кбит/с	1024 или 2048
Длина пролета, км	до 30
Параметры цифрового стыка	соотв. рек. G703 на симметричной нагрузке 120 Ом
Тип рекомендуемых соединительных кабелей	КСПП
Мощность, потребляемая оборудованием комплекса связи «Радан-МС-11-15/30-СЛ» базовой конфигурации (ЦРСП + 2 ОФЦП), Вт, не более	340
Диапазон рабочих температур:
- для выносного оборудования, оС	-50 … +50
- для станционного оборудования, оС	+5 … +50
Срок службы, лет, не менее	20

Аппаратура имеет пять вариантов исполнения по частотам

Табл.5

частотные варианты	1	2	3	4	5
	прием	пере- дача	прием	пере- дача	прием	пере- дача	прием	пере- дача	приема	пере- дача
ствол I ,МГц	10735	11265	10775	11305	10815	11345	10855	11385	10895	11425
ствол II ,МГц	10975	11505	11015	11545	11055	11585	11095	11625	11135	11665

3. Структурная схема оконечной станции ЦРРЛ

Рис.2

Основной состав изделия:

комплект оборудования цифровой радиорелейной системы передачи ЦРСП Радан-МС-11-1024/2048;

два комплекта оборудования формирования цифровых потоков ОФЦП-15/30.

Оборудование ЦРСП состоит из двух полукомплектов, размещаемых в связывающихся пунктах. Каждый полукомплект состоит из выносного (РРС-СВЧ Радан-МС) и станционного (блок ввода вывода БВВ и два блока окончаний радиотракта БОРТ) оборудования. РРС СВЧ устанавливается на мачтах или крышах зданий на специально оборудованных площадках, блоки БВВ и БОРТ размещаются в станционном помещении на общей стойке с ОФЦП-15/30.

Возможность размещения выносного оборудования на значительном расстоянии от станционного (до 4-х км. в зависимости от типа соединительных кабелей) позволяет выбрать оптимальное место расположения РРС СВЧ с учетом имеющихся возвышенностей рельефа местности и сооружений.

ЦРСП может использоваться самостоятельно (без ОФЦП-15/30) для организации соединительных линий между электронными АТС.

Совместное использование ЦРСП с ОФЦП-15/30 в составе комплекса связи Радан-МС-15/30-СЛ обеспечивает организацию двух пучков соединительных (абонентских) линий по 30 или 60 типовых каналов ТЧ, оборудованных двумя вынесенными сигнальными каналами каждый.

Структура цифровых потоков соответствует рекомендациям G704, G706, G732 МСЭ-Т.

В аппаратуре аналого-цифрового преобразования применяются кофидеки зарубежных фирм.

4. Определение высот подвеса антенн на заданном интервале

Построение профиля пролета

Рассчитываем условный нулевой уровень по формуле:

где R0 = 45 км согласно заданию; Rз = 6370 км.

Для имеем:

.

Произведем расчет остальных точек условного нулевого уровня и рассчитаем профиль пролета по формуле:

.

Результаты расчетов заносим в таблицу 6.

Таблица 6. Расчет профиля заданного пролета.

	0,0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0
	0,0	14,3	25,4	33,3	38,1	39,7	38,1	33,3	25,4	14,3	0,0
	73	63	76	74	72	65	57	63	76	89	103
	73	76	101,4	107,3	110,1	104,7	95,1	96,3	101,4	103,3	103

Рисунок 2. Профиль пролета

Определение высоты подвеса антенн

Находим величину просвета без учета рефракции из условия равенства единице величины относительного просвета:

Величину критического просвета находим по формуле:

,

где средняя длина волны из технических параметров ЦРРЛ

R0 = 45 км = 45•103 м;

Ктр = 0,4 - из профиля интервала (рис 2).

.

Приращение просвета, обусловленное рефракцией, находим по формуле:

Таким образом, величина просвета равна:

м.

Исходя из технико-экономических соображений высоты антенн обычно принимают равными. Для расчета высот антенн применяем формулу:

= 110,1+7,52 - [(1-0,4)•73 + 0,4•103] = 32,62 м.

Производим необходимые графические построения на рисунке профиля пролета.

Расчет коэффициента полезного действия АФТ

Зная высоты подвеса антенн производим расчет к.п.д. антенно-фидерного тракта по формуле:

,

где б0общ = 3+h•0,05 = 3+32,62•0,05 = 4,63 дБ - общее затухание АФТ.

з = 10-0,1•4,63 = 0,344.

5. Расчет устойчивости связи на ЦРРЛ

Расчет минимально-допустимого множителя ослабления.

Vмин = Рпор-Рпд+Wo-Gпд-Gпр+бОБЩ, дБ,

где: Рпор = 121 - пороговая мощность сигнала на входе приемника, дБВт;

Рпд = 11 дБВт - мощность сигнала на выходе передатчика;

Wo - затухание сигнала в свободном пространстве, дБВт

;

коэффициенты усиления передающей и приемной антенны

дБ.

Vmin = 121+11+146,5-33,1-39,2+2·4,63=26,5 дБ.

Расчет величины Тпр(Vмин).

Тпр(Vмин) характеризует суммарную устойчивость связи на пролете ЦРРЛ. В общем случае

,

где: То(Vмин) - процент времени, в течение которого множитель ослабления меньше минимально допустимого за счет экранирующего действия препятствий на пролете РРЛ;

- процент времени, в течение которого множитель ослабления меньше минимально допустимого за счет интерференции прямой волны и волн, отраженных от земной поверхности;

Ттр(Vмин) - процент времени, в течение которого множитель ослабления меньше минимально допустимого за счет интерференции прямой волны и волны, отраженной от неоднородностей тропосферы;

Тд(Vмин) - процент времени, в течение которого множитель ослабления меньше минимально допустимого за счет деполяризационных явлений в тропосфере.

Расчет составляющей То(Vмин)

Рассчитаем параметры, от которых зависит То(Vмин).

,

где

Подставляем значения:

- стандартное отклонение вертикального градиента диэлектрической проницаемости тропосферы;

лср = 2,68•10-2 м - средняя длина волны;

Ro = 45 км = 45•103 м - длина пролета;

- относительная координата наивысшей точки профиля.

.

- относительный просвет на пролете.

определяем по графику рис.1 методических указаний при

,

где получаем графически из профиля пролета.

.

При Vmin = ?26,5 дБ и м = 2,542 определяем p(go) = ?2,2.

Рассчитываем:

.

По графику рис.2 [5] определяем долю времени замираний из-за экранирующего действия препятствий:

Расчет величины

В общем случае

,

где определяем по графику рис.3 [5];

Ф = 1 - согласно [5];

Vmin = ?26,5 дБ, то есть Vmin = 47,32•10-3 ед.

При и A = 0,389 определяем: = 0,067.

Вычисляем:

.

Доля времени замираний из-за отражения от тропосферы.

,

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

,

где Q - климатический коэффициент. Согласно [5] принимаем Q = 1.

,

Ттр = 0,047322?0,673 = 1,51?10-6 = 1,51?10-4 % .

Расчет величины Тд(Vмин).

По известному значению Vмин определим минимально-допустимую интенсивность дождей J для данного пролета по рис.6 [5]: J = 90 мм/час. По графику рис.7 [5] находим Тд(Vмин) = 0,0008% = 8•10-6.

Тпр(Vмин)% = 0,18+0,317+1,51•10-4+0,0008 = 0,498%.

Ожидаемая величина процента времени, в течение которого не выполняется норма на устойчивость связи на всей ЦРРЛ

Тож(Vмин) = УТпр(Vмин) = 3•0,213 = 1,494%

Так как согласно таблице (6) методических указаний Тдоп(Vмин)=0,01, норма на устойчивость связи не выполняется.

Расчет устойчивости связи на ЦРРЛ с учетом резервирования

В случае поучастковой системы резервирования неустойчивость связи на ЦРРЛ рассчитывается по формуле:

где: К - число пролетов на участке резервирования;

? - число рабочих стволов на ЦРРЛ;

Для всей линии:

;

Cf - поправочный коэффициент, учитывающий корреляцию разнесенных сигналов. В курсовом проекте принимаем Cf = 1 и что проектируемая ЦРРЛ включает один участок резервирования.

%> 0,01%

6. Оптимизация высот подвеса антенн на пролетах ЦРРЛ

Задаваясь различными значениями высот подвеса антенн, получим следующие результаты:

Таблица 7.

Н(0), м	3,76	7,52	11,28	15,04
	0,768	1	1,46	1,93
h, м	28,86	32,62	36,48	40,23
аобщ, дБ	4,44	4,63	4,82	5,01
Vмин, дБ	?26,3	?26,5	?26,7	?26,9
л, м	0,0268
То(Vмин)%	0,3	0,18	0,17	0,16
	0,055	0,067	0,118	0,175
	0,266	0,317	0,545	0,791
T(Де)	0,673
Tтр(Vmin),%	1,51•10-4
J, мм/час	90
Тд(Vmin),%	8•10-4
Тож(Vmin),%	1,70	1,794	2,148	2,856
Туч(Vmin),%	0,307	0,19	0,198	0,175

Заключение

Норма на устойчивость связи не выполняется. Изменение высот подвеса антенн также не дает необходимого повышения устойчивости. Возможно достижение необходимой устойчивости применением следующих мер:

1. Резервирование.

2. Уменьшение длины пролета.

3. Уменьшение частоты.

Список литературы

1. Немировский А.С., Рыжков Е.В. Системы связи и радиорелейные линии. Учебник для электротехнических институтов связи. - М.: Связь, 1980.

2. Системы связи и радиорелейные линии. Учебник для электротехнических институтов связи. Под ред. Н.И. Калашникова. - М.: Связь, 1977.

3. Справочник по радиорелейной связи. Под ред. С.В. Бородича. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1981.

4. Тимищенко М.Г. Проектирование радиорелейных линий. Учебное пособие для техникумов связи. - М.

5. Спутниковые и радиорелейные системы передачи. Методические указания.

Ответы на вопросы

1. Для случая свободного пространства мощность сигнала на входе приемника:

Рс.вх.0 = Рп Gп Gпропопр / (4рR0 / л)2 (1.1)

где: Рп - мощность сигнала на выходе передатчика,

оп и опр - КПД передающего и приемного фидерного трактов,

R0 - длина пролета,

л - длина волны,

GП и GПР - коэффициенты усиления передающей и приемной антенн соответственно.

В реальных условиях распространения мощность сигнала на входе приемника отлична от (1.1) из-за влияния земной поверхности и тропосферы. Учитывают это влияние с помощью множителя ослабления поля свободного пространства. Множитель ослабления показывает, во сколько раз напряженность поля в точке приема в реальных условиях (ЕР) меньше, чем напряженность поля в той же точке при распространении в свободном пространстве (Е0). Множитель ослабления

или .

Минимально допустимое значение множителя ослабления - это такое значение V(t) на пролете, при котором на конце РРЛ сигнал на входе приемного устройсва не ниже порогового значения для данной РРЛ или в ТФ канале, в ТНОУ мощность шума не превышает 47500 пВт.

2. На открытых и полуоткрытых трассах напряженность поля земной волны не остается постоянной во времени. В зависимости от причин, вызывающих флуктуации поля, эти флуктуации имеют разную продолжительность и в одних случаях могут быть отнесены к классу замираний, в других - к классу длительных отклонений величины поля от его средних значений. Во всех случаях флуктуации имеют случайный характер. Различают следующие основные виды замираний в зависимости от причин их возникновения.

Субрефракционные (при отрицательной рефракции) замирания характерны для сухопутных равнинных трасс, особенно в летнее время и весной, когда часто метеоусловия таковы, что имеет место субрефракция, которая приводит к уменьшению просвета на линии. Если в условиях средней рефракции просвет относительно невелик, то при субрефракции может произойти значительное затенение трассы и ослабление поля за счет дифракционных потерь. Такого вида ослабления имеют обычно большую продолжительность от нескольких десятков минут до нескольких часов, так как обусловлены инерционными метеорологическими процессами, например приземными туманами. Глубина субрефракционных замираний может достигать 20...30 дБ и более в широком диапазоне частот.

Второй вид флуктуации, наблюдаемый на открытых трассах, имеет интерференционное происхождение. При ряде значений градиента gт происходит противофазное сложение полей прямой и отраженной от земли волн и результирующее поле оказывается значительно ослабленным. Глубина таких замираний зависит от соизмеримости амплитуд отраженной и прямой волн. Отраженная волна наиболее интенсивна на сухопутных плоских трассах, проходящих в слабопересеченной, лишенной лесного покрова местности, а также на трассах, проходящих над большими водными поверхностями. Продолжительность замираний такого типа составляет секунды - десятки секунд при глубине 25...30 дБ. Эти замирания обладают пространственной и частотной избирательностью, поскольку небольшие изменения в частоте и длине пути приводят к заметному изменению сдвига фаз между интерферирующими волнами (в сантиметровом и дециметровом диапазонах волн).

Третий вид флуктуации, также интерференционного происхождения, связан с появлением в точке приема волн, отраженных от слоистых неоднородностей типа облаков, метеорологических фронтов, инверсионных слоев и др. Волны, отраженные от таких неоднородностей, интерферируют с прямой волной и друг с другом. Малейшие изменения высоты неоднородности приводит к резким изменениям фазовых соотношений между интерферирующими волнами. В результате эти флуктуации относятся к классу быстрых замираний с частотной и пространственной избирательностью. При глубине замираний 25...30 дБ их средняя продолжительность составляет доли секунды. Чем короче волна и длиннее трасса, тем более вероятны эти замирания. Они чаще наблюдаются на волнах короче 10...15 см и в соответствии с метеоусловиями в приморских районах, а также в горной местности. На таких трассах эти замирания могут быть определяющими для устойчивости работы.

Четвертый вид нерегулярного ослабления поля связан с появлением осадков на линии. Этот вид ослабления существенен для частот выше 10 ГГц. При расчете устойчивости работы линии обычно оценивают ослабление в дожде как наибольшее по сравнению с ослаблением в других видах осадков. При выпадении ливневых дождей этот вид замираний может привести к срыву связи в течение всего времени существования ливня.

3. Для синхронной передачи двоичный сигнал должен удовлетворять двум основным требованиям:

частота смены символов (1, 0) должна обеспечивать надежное выделение тактовой частоты непосредственно из принимаемого сигнала;

спектральная плотность мощности передаваемого сигнала должна быть, по возможности, постоянной и сосредоточенной в заданной области частот с целью снижения взаимного влияния каналов.

Одним из способов обработки двоичных посылок, удовлетворяющим данным требованиям является скремблирование (Scramble - перемешивание).

Скремблирование - это обратимое преобразование структуры цифрового потока без изменения скорости передачи с целью получения свойств случайной последовательности. Последовательности битов в исходном массиве данных, как регулярных, так и нерегулярных, обратимо разрушаются. Вероятности появления логической единицы и логического нуля в каждой последующей позиции потока битов одинаковы и не зависят от предыстории.

Скремблер реализует логическую операцию суммирования по модулю два исходного и псевдослучайного двоичного сигналов. Дескремблер выделяет из принятой последовательности исходную информационную последовательность.

Скремблирование облегчает условия выделения тактовой частоты в демодуляторе, а также устраняет дискретные компоненты в спектре передаваемого сигнала, затрудняющие выполнение требований электромагнитной совместимости.

Есть и иная область применения скремблеров - защита передаваемой информации от несанкционированного доступа.

Размещено на Allbest.ru