Проектирование цифровых радиорелейных линий

Размещено на http://www.allbest.ru/

Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций

им. Проф. М.А. Бонч-Бруевича

Кафедра Радиотехнических Систем

Пояснительная записка к курсовому проектированию

на тему:

«Проектирование цифровых радиорелейных линий»

Выполнил: студент группы МИ-86

Семиченков Е.В.

Проверил: проф. Данилович О. С.

Вариант № 5

Санкт-Петербург-2012г.

Содержание

антенна высота передача интервал

Введение

Исходные данные

1. Выбор высот антенн на участке

1.1 Выбор ПВА на интервале

1.1.1 Выбор ПВА, допустимых в условиях нормальной рефракции радиоволн

1.1.2 Проверка допустимости ПВА в условиях субрефракции радиоволн

1.2 Выбор оптимальной совокупности высот антенн на участке

2. Расчет параметров и показателей качества передачи

2.1 Расчет энергетических характеристик интервала

2.2 Расчет показателей качества по ошибкам (SESR)

2.3 Расчет показателей неготовности

3. Блок-схема РРО

Заключение

Литература



Введение

Радиорелейная система передачи (РСП) - совокупность технических средств, обеспечивающих образование типовых каналов связи, а также линий тракта, обеспечивающих передачу сигнала посредством распространения радиоволн.

В последнее время наиболее широкое распространение получили РРЛ цифрового типа. Этовызванорядомихпреимуществ:

Более высокая помехоустойчивость в отношении теплового шума;

Отсутствие накопления шумов вдоль линии;

Минимальная подверженность влиянию мешающих сигналов;

Высокоекачествотехническогообслуживания;

Полная совместимость с существующими видами связи;

Возможность передачи любых видов сигналов с высокой пропускной способностью.

Область применения радиорелейных линий довольна широка. Прежде всего это магистральные линии связи, дублирующие оптоволоконную линию. Хотя объем информации, передаваемой по ЦРЛС, значительно меньше, чем по ВОЛС, при повреждении оптоволокна цифровая радиорелейная линия позволяет передавать часть каналов, обеспечивая тем самым передачу информации первостепенной важности. При этом можно использовать радиомачты, оставшиеся от аналоговых радиорелейных линий. Подобные станции можно использовать и для организации связи между городскими АТС, выходовна города-спутники.

В данном курсовом проекте предлагается пример проектирования радиорелейной системы прямой видимости. Выполняется расчет высот подвеса антенн для заданного участка линии в условиях 20% рефракции и субрефракции, выбор оптимальной совокупности пар высот антенн на 8-интервальномучастке ЦРРЛ, расчёт параметров и показателей качества передачи (показатель качества по ошибкам - показатель сильно пораженных секунд (SESR) и показатель неготовности) и проверка их на соответствие нормам для магистральных линий.



Исходные данные

Таблица 1

Данные высотных отметок рельефа местности.

N	R, км	H, м
1	0.00	60.5
2	0.05	53.4
3	0.70	60.0
4	1.00	46.1
5	1.40	60.0
6	1.70	46.6
7	1.90	60.0
8	2.40	61.9
9	3.20	60.0
10	4.50	50.0
11	4.70	48.3
12	5.20	50.0
13	5.60	40.0
14	5.80	38.2
15	6.00	38.2
16	6.20	38.2
17	6.40	40.0
18	6.90	49.4
19	7.30	50.0
20	8.40	52.6
21	9.60	60.4
22	10.60	51.8
23	11.20	50.4
24	12.20	57.8
25	13.40	58.4
26	14.70	60.0
27	15.20	64.4
28	16.20	65.2
29	18.10	68.1
30	18.50	68.4
31	20.30	70.0
32	20.90	70.0
33	21.40	66.2
34	22.60	67.4
35	24.10	66.2
36	24.50	70.0
37	25.20	63.2
38	25.80	60.2
39	26.10	55.8
40	26.40	55.8
41	26.50	60.0
42	26.90	56.5
43	27.20	60.0
44	28.10	70.0
45	28.40	65.0
46	29.40	60.0
47	30.30	71.6
48	30.90	75.1
49	31.90	76.4
50	33.10	74.8
51	34.30	77.5
52	34.90	78.1

Таблица2

Данные местных предметов

N	R1, км	R2, км	Тип МП	НН, м
1	0.05	5.80	Лес	10.0
2	6.40	14.70	лес	12.0
3	15.20	18.10	лес	12.0
4	20.90	22.60	лес	12.0
5	24.50	30.90	лес	12.0

Таблица 3

Данные подстилающей поверхности

N	R1, км	Тип ПП
1	0.00	суша
2	10.60	болото
3	24.50	суша

Таблица4

Погрешности топографической информации

N	R1, км	Средняя ошибка, м
1	0.00	0.0
2	0.01	6.0
3	34.89	0.0

Таблица 5

Данные по оборудованию и местной статистике

Параметр	Обозначение	Значение
Частота	f, ГГц	6.175
Мощностьпередатчика	PПД, дБм	27
Пороговыйуровеньприемника	PПОР, дБм	-67
Суммарные потери в антенных разветвителях	LАР, дБ	5
Пороговое затухание	, дБм	0.04
Верхнее размещение	L1/l2, м	20/5
Параметры сигнатурной характеристики (характер устойчивости оборудования к селективным замираниям)	WS,МГц	25
	ВS, дБ	23
Коэффициентыусиленияантенн	, , , дБ	36	39	42.5
Характеристикистатистическихпараметров
Градиентыдиэлектрическойпроницаемости	, 10-8, 1/м	-16
Стандартныеотклонения	уg, 10-8, 1/м	5



1. Выбор высот подвеса антенн

1.1 Выбор допустимых пар высот антенн на интервале

1.1.1 Выбор пар высот антенн допустимых в условиях нормальной рефракции

Построение профиля интервала в условиях нормальной рефракции:

Условный нулевой уровень вычисляется по формуле:

(1.1)

(1.2)

(1.3)

Где R - длина интервала, м;

K - относительная координата точки, для которой вычисляется условный нулевой уровень (1.2);

r - расстояние указанной точки до левого конца интервала, м;

- эквивалентный радиус Земли, м (1.3);

м - геометрический радиус Земли;

1/м - среднее значение градиента диэликтрической проницаемости для худшего сезона;

От условного нулевого уровня откладываются высотные отметки заданные табл. 1. Погрешность топографической информации учитсывается добавлением ко всем точкам кроме начальной и конечной на интервале значения погрешности (табл. 4). Данные местных предметов наносятся в соответствии с табл. 2. Результат см рис. 1.2.

Выбор четырех нехудших ПВА в условиях нормальной рефракции:

По критерию допустимости в условия нормальной рефракции (1.4) выбираются четыре нехудшие ПВА.

(1.4)

(1.5)

м (1.6)

где - относительный просвет при средней рефракции для худшего сезона, нормированный отностительно радиуса первой зоны Френеля (1.5);

- абсолютный просвет на интервале при g , м;

- радиус первой зоны Френеля в точке определения просвета, м (1.6);

R - длина интервала, м;

- расстояние указанной точки от левого конца интервала, м.

Результаты выбора ПВА представлены в табл. 6 и отмечены на рис. 1.2

Таблица 6

Результаты выбора пар высот антенн в условиях средней рефракции

N	h1[м]	h2[м]	H[м]	F1[м]	p=H/F1
1	30	40	11.5	10.4	1.10
2	45	25	12	11.5	1.04
3	50	32	18	11.5	1.56
4	60	32	21	20.5	1.02

1.1.2 Проверка допустимости ПВА в условиях субрефракции радиоволн

Критерий допустимости в условиях субрефракции:

(1.7)

(1.8)

(1.9)

(1.10)

где - относительный просвет при g = , нормированный относительно радиуса первой зоны Френеля (1.8);

H() - абсолютный просвет на интервале при g = ;

F1 - радиус первой зоны Френеля в точке определения просвета, м (1.6);

- значение градиента диэлектрической проницаемости, превышаемое в 0,1% времени, 1/м;

- значение коэффициента рефракции, превышаемое примерно в 99,9% времени худшего сезона для континентального умеренного климата (см. рис. 1.1). Для R = 34.9 км KP(99,9%) = 0,91.



В условиях субрефракции профиль интервала с выбранными ПВА будет иметь вид, представленный на рис. 1.3.

Проверка выбранных в разделе 1.1.1. ПВА в условиях субрефракции сведена в табл. 7.

Таблица 7

№, п/п	h1, м	h2, м	H[], м	F1, м	P1[]
1	30	40	13	10.4	1.25
2	45	25	7	11.5	0.61
3	50	32	12	11.5	1.05
4	60	32	15	20.5	0.73

Критерий допустимости в условиях субрефракции выполняется для всех четырех нехудших ПВА на интервале.



Рис.1 Четыре ВПА, удовлетворяющих требованиям в условиях нормальной рефракции

Рис.1.3 Четыре ПВА удовлетворяющих требованиям в условиях субрефракции



1.2 Выбор оптимальной совокупности высот антенн на участке

Задача выбора оптимальной совокупности высот антенн на 8-интервальном участке решается с помощью принципа минимума затрат. Совокупность ПВА на интервалах должна быть выбрана так, что суммарные затраты на опоры антенн были бы минимальны. Предположим, что все опоры-мачты на интервалах однотипные секционные, зависимость стоимости от высоты определяется табл. 8.

Таблица 8

Высота опоры, м	30	36	42	48	54	60	72	78	90	102	108	120
Стоимость опоры, тыс. у.е.	11,06	13,76	15,11	16,48	18,42	20,58	23,82	26,04	33,06	35,94	37,75	41,92

В соответствии с номером варианта, вычисляется номер интервала из восьми, на котором были выбраны 4 нехудшие ПВА: 5 mod 8 = 5. Интервал № 5.

В качестве имитации на других интервалах задаются ПВА того же порядка, что и на интервале №5.

Задача оптимизации выбора высот антенн решается методом динамического программирования. В табл. 9 представлены не худшие допустимые пары высот антенн на интервалах, м.

Таблица 9

1	2	3	4	5	6	7	8
34 - 65	41 - 61	35 - 65	47 - 72	30 - 40	30 - 53	27 - 52	27 - 50
42 - 57	46 - 45	43 - 55	59 - 64	45 - 25	37 - 43	35 - 47	34 - 42
49 - 43	51 - 34	51 - 47	69 - 55	50 - 32	48 - 38	44 - 40	41 - 35
59 - 35	69 - 29	57 - 40	77 - 47	60 - 32	58 - 31	55 - 33	47 - 21

Процесс пошаговой оптимизации поясняется табл. 10 - 16, которые содержат стоимости отдельных опор и суммарные стоимости опор для участков РРЛ (жирным шрифтом выделены условно минимальные суммарные стоимости опор на участках).

Шаг 1 Таблица 10

7 8	27 - 50	34 - 42	41 - 35	47 - 21
27 - 52	18,42 + 18,42 = 36,84	18,42 + 15,11 = 33,53	18,42 + 13,76 = 32,18	18,42 + 11,06 = 29,48
35 - 47	16,48 + 18,42 = 34,9	16,48 + 15,11 = 31,59	16,48 + 13,76 = 30,24	16,48 + 11,06 = 27,54
44 - 40	15,11 + 18,42 = 33,53	15,11 + 15,11 = 30,22	15,11 + 13,76 = 28,87	16,48 + 11,06 = 27,54
55 - 33	13,76 + 18,42 = 32,18	13,76 + 15,11 = 28,87	15,11 + 13,76 = 28,87	16,48 + 11,06 = 27,54

Шаг 2 Таблица 11

6 7	27 - 52	35 - 47	44 - 40	55 - 33
30 - 53	18,42 + 29,48 = 47,9	18,42 + 27,54 = 45,96	18,42 + 27,54 = 45,96	20,58 + 27,54 = 48,12
37 - 43	16,48 + 29,48 = 45,96	16,48 + 27,54 = 44,02	16,48 + 27,54 = 44,02	20,58 + 27,54 = 48,12
48 - 38	15,11 + 29,48 = 44,59	15,11 + 27,54 = 42,65	16,48 + 27,54 = 44,02	20,58 + 27,54 = 48,12
58 - 31	13,76 + 29,48 = 43,24	13,76 + 27,54 = 41,3	16,48 + 27,54 = 44,02	20,58 + 27,54 = 48,12

Шаг 3 Таблица 12

5 6	30 - 53	37 - 43	48 - 38	58 - 31
30 - 40	15,11 + 45,96 = 61,07	15,11 + 44,02 = 59,13	16,48 + 42,65 = 59,13	20,58 + 41,3 = 61,88
45 - 25	11,06 + 45,96 = 57,02	11,06 + 44,02 = 55,08	16,48 + 42,65 = 59,13	20,58 + 41,3 = 61,88
50 - 32	13,76 + 45,96 = 59,72	13,76 + 44,02 = 57,78	16,48 + 42,65 = 59,13	20,58 + 41,3 = 61,88
60 - 32	13,76 + 45,96 = 59,72	13,76 + 44,02 = 57,78	16,48 + 42,65 = 59,13	20,58 + 41,3 = 61,88

Шаг 4 Таблица 13

4 5	30 - 40	45 - 25	50 - 32	60 - 32
47 - 72	23,82 + 59,13 = 82,95	23,82 + 55,08 = 78,9	23,82 + 57,78 = 81,6	23,82 + 57,78 = 82,96
59 - 64	23,82 + 59,13 = 82,95	23,82 + 55,08 = 78,9	23,82 + 57,78 = 81,6	23,82 + 57,78 = 82,96
69 - 55	20,58 + 59,13 = 79,71	20,58 + 55,08 = 75,66	20,58 + 57,78 = 78,36	20,58 + 57,78 = 78,36
77 - 47	16,48 + 59,13 = 75,61	18,42 + 55,08 = 73,5	18,42 + 57,78 = 76,2	20,58 + 57,78 = 78,36

Шаг 5 Таблица 14

3 4	47 - 72	59 - 64	69 - 55	77 - 47
35 - 65	23,82 + 78,9 = 102,72	23,82 + 78,9 = 102,72	23,82 + 75,66 = 99,28	26,04 + 73,5 = 99,54
43 - 55	20,58 + 78,9 = 99,48	20,58 + 78,9 = 99,48	23,82 + 75,66 = 99,28	26,04 + 73,5 = 99,54
51 - 47	16,48 + 78,9 = 95,38	20,58 + 78,9 = 99,48	23,82 + 75,66 = 99,28	26,04 + 73,5 = 99,54
57 - 40	16,48 + 78,9 = 95,38	20,58 + 78,9 = 99,48	23,82 + 75,66 = 99,28	26,04 + 73,5 = 99,54

Шаг 6 Таблица 15

2 3	35 - 65	43 - 55	51 - 47	57 - 40
41 - 61	23,82 + 99,28 = 123,1	23,82 + 99,28 = 123,1	23,82 + 99,28 = 123,1	23,82 + 99,28 = 123,1
46 - 45	16,48 + 99,28 = 115,76	16,48 + 99,28 = 115,76	18,42 + 99,28 = 117,7	20,58 + 99,28 = 119,86
51 - 34	13,76 + 99,28 = 113,04	16,48 + 99,28 = 115,76	18,42 + 99,28 = 117,7	20,58 + 99,28 = 119,86
69 - 29	13,76 + 99,28 = 113,04	16,48 + 99,28 = 115,76	18,42 + 99,28 = 117,7	20,58 + 99,28 = 119,86

Шаг 7 Таблица 16

1 2	41 - 61	46 - 45	51 - 34	69 - 29
34 - 65	23,82 + 123,1 = 146,92	23,82 + 115,76 = 139,58	23,82 + 113,04 = 136,86	23,82 + 113,04 = 136,86
42 - 57	20,58 + 123,1 = 143,68	20,58 + 115,76 = 136,34	20,58 + 113,04 = 133,62	23,82 + 113,04 = 136,86
49 - 43	16,48 + 123,1 = 139,58	16,48 + 115,76 = 132,24	18,42 + 113,04 = 131,46	23,82 + 113,04 = 136,86
59 - 35	15,11 + 123,1 = 138,21	16,48 + 115,76 = 132,24	18,42 + 113,04 = 131,46	23,82 + 113,04 = 136,86

Шаг 8: 18,42 + 131,46 = 149,88 тыс. у.е. - суммарная минимальная стоимость опор антенн на участке.

Результат выбора высот на интервалах отмечен жирным шрифтом в табл. 9 и приведен на рис. 1.4.

2. Расчет параметров и показателей качества передачи

2.1 Расчет энергетических характеристик интервала

Средний уровень принимаемого сигнала при номинальной мощности передатчика:

(2.1)

где Pпд - гарантированное значение номинального уровня мощности передатчика, дБм (см. табл. 5);

 - средние суммарные потери на интервале:

(2.2)

где Gа1 и Gа2 - коэффициенты усиления антенн на левом и правом концах интервала, дБ (см. табл. 5);

L0 - потери свободного пространства на интервале, дБ (2.3);

Lгаз - потери в газах тропосферы, дБ (влияние ослабления в газах тропосферы следует учитывать, начиная с 8 - 10 ГГц, значит при частоте 6.175 ГГц можно положить дБ);

Lдифр() - дифракционные потери при средней рефракции, дБ (при правильно выбранных высотах подвеса антенн дБ);

Lар - суммарные потери в антенных разветвителях на интервале, дБ (см. табл. 5);

Lф - суммарные потери в волноводных (фидерных) трактах на интервале, дБ (2.4);

Lдоп - дополнительные потери на интервале, дБ (положим дБ).

(2.3)

где R - длина интервала, км;

f - средняя частота используемого диапазона частот, ГГц.

(2.4)

где Lф1 и Lф2 - потери в волноводном тракте на левом и правом концах интервала.

(2.5)

(2.6)

где - погонное затухание используемых волноводов, дБ/м;

h1 и h2 - соответственно высоты подвеса антенн над уровнем земной поверхности на левом и правом концах интервала, м (h1 = 45 м, h2 = 25 м);

lгор1 и lгор2 - длины горизонтальных участков волноводов на левом и правом концах интервала.

Запас на плоские замирания без учета влияния внутрисистемных помех:

(2.7)

где Pпм - средний уровень принимаемого сигнала при номинальной мощности передатчика, дБм (2.1);

Pпор - гарантированный порог приемника (см табл. 5).

2.2 Расчет показателей качества по ошибкам (SESR)

При одинарном приеме сигналов показатель SESR на интервале определяется суммой составляющих, учитывающих влияние плоских и частотно селективных замираний (ЧСЗ):

(2.8)

где SESRF - показатель SESR, учитывающий влияние плоских замираний, %;

SESRS - показатель SESR, учитывающий влияние ЧСЗ, %.

(2.9)

где Q - коэффициент, учитывающий геоклиматические условия (Q = 1 для сухопутных интервалов);

f - средняя частота используемого диапазона частот, ГГц;

R - длина интервала, км (R = 34.9 км, следовательно SESRF определяется по первой формуле (2.9));

MF - запас на плоские замирания, определяемый формулой (2.7).

(2.10)

где - параметр, характеризующий интенсивность многолучевости:

(2.11)

причем (2.12)

где Q - коэффициент, учитывающий геоклиматические условия (Q = 1 для сухопутных интервалов);

f - средняя частота используемого диапазона частот, ГГц;

R - длина интервала, км.

KS - коэффициент сигнатуры:

(2.13)

где WS - ширина сигнатурной характеристики, МГц (см. табл. 5);

BS - глубина сигнатурной характеристики, дБ (см. табл. 5).

- среднее время задержки отраженного сигнала:

(2.14)

- задержка эхосигнала.

Полученный показатель SESR сравнивается со значением SESRнорм:

(2.15)

где 0,012 - норма на показатель SESR на участке магистральной сети (см. табл. 1.2 [2]);

0,89 - дополнительные внешние помехи;

R - длина интервала, км;

Lэт - длина эталонного интервала, км (см. табл. 1.2 [2]).

При максимальных коэффициентах усиления обеих антенн (Gа1 = 42.5 дБ, Gа2 = 42.5 дБ) показатель SESR меньше SESRнорм.

0,000142 % > 0,000149

Требования по показателю SESR выполняются.

2.3 Расчет показателей неготовности

В общем случае показатель неготовности, учитывающий влияние распространения радиоволн на интервале, определяется выражением:

(2.24)

где URRA и URSR - показатели неготовности, учитывающие влияние дождей и субрефракционных замираний, %.

При правильно выбранных высотах подвеса антенн на интервале показатель неготовности, учитывающий субрефракционные замирания можно положить равным нулю.

Для расчета показателей неготовности, учитывающих влияние дождей, необходимо вначале определить региональную среднеминутную интенсивность дождя J(0,01%), превышаемую в 0,01% времени, и соответствующую ей величину потерь в дождях LRA(0,01%). По табл. 4.1 [2] определяется значение J(0,01%) для определенного региона. Т.к. название интервала ПРС-23М - ПРС-24М не отражает определенной географической местности, выбирается самый худший вариант в пределах России:

регион E - J(0,01%) = 22 мм/ч

Потери в дождях LRA(0,01%), превышаемые в 0,01% времени, определяются выражением:

(2.25)

где - погонное затухание в дождях с интенсивностью J(0,01%), дБ/км;

- безразмерный параметр, учитывающий неравномерность дождей с интенсивностью J(0,01%).

(2.26)

где Kfp и fp - параметры, зависящие от частоты и вида поляризации радиоволн.

Значения параметров Kfp и fp, соответствующие рекомендации Р.838, приведены в табл. 4.2 [2]. Выберем горизонтальную поляризацию как худший случай. Выдержка из табл. 4.2 [2] представлена в табл. 17.

Таблица 17

Частота, ГГц	Kfp	fp
6	0,0007056	1,5900
7	0,001915	1,4810
8	0,004115	1,3905

Методом линейной интерполяции определим параметры для частоты f = 6.175 ГГц

Kfp = 0,0007262

fp = 1,524

(2.27)

где при J(0,01%) 100 мм/ч, (2.28)

R - длина интервала, км.

Для интервалов, расположенных на широтах, равных или больших 30 показатель неготовности, учитывающий ослабление в дождях, определяется выражением:

(2.29)

где MF - запас на плоские замирания, определяемый (2.7).

Формула (2.29) может использоваться лишь в диапазоне значений

, что соответствует

, значит можно приравнять показатель неготовности, учитывающий ослабление в дождях к нулю

Т.о. показатель неготовности UR = 0, что меньше URнорм

(2.30)

где 0,3 - норма на показатель UR на участке магистральной сети (см. табл. 1.6 [2]);

- лишь треть нормы относится к влиянию распространения радиоволн;

0,89 - дополнительные внешние помехи;

R - длина интервала, км;

Lэт - длина эталонного интервала, км (см. табл. 1.6 [2]).

0 % < 0,000149 %

Требования к показателю неготовности UR выполняются.



3. Блок-схема РРО

Передача:

Прием:



Заключение

В данном курсовом проекте была решена задача по проектированию ЦРРЛ.

В первой части были выбраны 4 нехудших ПВА на интервале и решена задача оптимизации выбора ПВА на 8-интервальном участке с помощью метода динамического программирования.

Во второй части для одного интервала рассчитываются показатель качества по ошибкам и показатель неготовности.

В результате и показатель SESR, и показатель неготовности UR удовлетворяют своим нормам.



Литература

1. Проектирование цифровых радиорелейных линий. Выбор высот подвеса антенн: учебн. пособие (спец. 210400) / О.С. Данилович; ГОУВПО СПбГУТ. - СПб, 2008. - 82с.

2. Данилович О.С. Расчет показателей качества передачи при проектировании цифровых радиорелейных линий. - СПб : Линk, 2009. - 76 с.

Размещено на Allbest.ru