Проектирование радиорелейной линии связи

 

Рис. 1. Профиль местности для 1 интервала 
 
 
 

 

Рис. 2. Профиль местности для 2 интервала 

2.4. Учет атмосферной рефракции и уточнение высот подвеса антенн 

     Основная  сложность расчетов РРЛ определяется тем, что траектория распространения электромагнитной волны непрямолинейна, случайна и зависит от состояния атмосферы, от величины градиента диэлектрической проницаемости атмосферы (g). Это явление называется атмосферной рефракцией.

  

    В среднем,  атмосферная рефракция приводит к увеличению значения просвета по сравнению с геометрической величиной, определяемой высотами подвеса антенн. Однако при определенных атмосферных условиях (субрефракции), наблюдается уменьшение величины просвета и, при недостаточно высоких антенных опорах, трасса может закрываться, т.е. может нарушаться прямая видимость.  
Для учета атмосферной рефракции и уточнения высот антенных опор, нужно перестроить (трансформировать) профили. Заключается перестройка в изменении условных нулевых линий, пересчитанных при аэкв = 6370 ∙Катм.

При нормальной рефракции: аэкв = 6370 ∙1.333 = 8491 км

При субрефракции: аэкв = 6370 ∙0.7 = 4459 км

Катм - коэффициент преломления атмосферы, представляющий собой отношение эквивалентного радиуса Земли (при атмосферной рефракции) к геометрическому радиусу Земли.  
    Необходимо иметь в виду, что в ряде практических случаев (например, при узком препятствии на пролете), можно выбрать меньшие величины просвета, чем получатся по критериям из табл. 5. При этом допускаются редкие события закрытия пролета из-за субрефракции, приводящие к некоторому ухудшению показателей неготовности ЦРРЛ.  
 

     На  профилях пролётов рис. 3, 4 изобразим три случая: отсутствие рефракции; при нормальной рефракции; при субрефракции.

Рис.3. Профиль  местности №1 с учетом субрефракции 

 

Рис.4. Профиль местности №2 с учетом субрефракции 
 
 
 
 

2.5. Расчёт запасов  на замирания 

     Важнейший параметр для расчета цифровой системы  радиосвязи – запас на замирания (M). Запас на замирания представляет собой разницу между уровнями сигнала на входе приемника в отсутствии замираний и пороговым уровнем, при котором коэффициент ошибок составляет определенную величину. Качество работы линии связи, определяется уровнем сигнала на входе приемника Pпр и возможными отклонениями этого уровня при замираниях.

     Запас на замирания (M) является разницей между пороговым значением уровня сигнала на входе приемника Pпр и пороговым значением Pпр пор, которое определяется из параметров конкретной аппаратуры цифровых РРЛ для заданной величины  koш  (10^-3 или  10^-6).

Уровень сигнала на входе приемника (Pпр, дБм):

Рпр = Рпд + G1 + G2 - L0 - Lф1 - Lф2 - Lг - Lрф - Lдоп

где Рпд  - уровень мощности передатчика, дБм;

Lф1, Lф2 - ослабление сигнала в фидерных линиях, дБ.

     При отсутствии фидера, когда приемопередатчики  объединены с антенной в виде моноблока, и при небольших диаметров  антенн потери в фидерах можно  принять равными 0 дБ. Lф1 = Lф2 = 0

Lрф - определяется из параметров аппаратуры. Но при моноблочной конструкции, данные на уровень мощности передатчика и пороговые значения уровня сигнала на входе приемника, часто относятся к точкам, соответствующим уровням на антенном волноводном соединителе (другими словами, в значения уровней уже заложены потери в разделительных фильтрах).

 Lрф = 0

Lдоп  - дополнительные потери, складывающие  из потерь в антенных обтекателях  Lао и потерь от перепада  высот приемной и передающей  антенн Lпв.

Lдоп  = 1 - 2 дБ

Выберем Lдоп = 2 дБ

L0 вычисляется  по формуле:

L0 = 20 lg (4.189 ∙10⁴ ∙R0 ∙f)= 20 lg (4.189 ∙10⁴ ∙15 ∙23)=143,3 [дБ]                  

где R0 - протяженность интервала РРЛ, км;  f - рабочая частота, ГГц%; Lг вычисляется по формуле:

Lг  = (go + gн) R0, дБ  где go, gн - погонные затухания в водяных парах и атомах кислорода атмосферы (дБ/км).

     Пролёты №1 и №2 имеют одинаковую длину  поэтому дальнейшие расчёты аналогичны и справедливы для обоих пролётов.

gн ≈ 0.01 дБ/км  go ≈ 0.075 дБ/км

Lг = (0.01 + 0.075) ∙15 = 1,275 дБ

С учётом вышеизложенного, получаем:

Рпр = Рпд + G1 + G2 - L0 - Lг - Lдоп

Рпр = 19 + 2 ∙41,022 – 143,324 – 1,275 – 2 = - 46,55 дБм

     В рамках курсового проекта, запас  на гладкие замирания определяется при 

     k_oш=10^-3 по соотношению

М = P_пр - Р_{пр пор}(10^-3), где Р_{пр пор}(10^-3) - пороговый уровень сигнала на входе приемника при коэффициенте ошибок k_oш = 10^-3 (определяется из параметров аппаратуры).

     Величина  запаса на замирания должна получиться порядка 37 - 43 дБ. При меньших значениях, устойчивой связи может не получиться, а при значениях, значительно  превышающих эти пределы - параметры  системы, а следовательно, ее стоимость  будут неоправданно завышены.

М = - 46,55+85= 38,445 дБ 
 

2.6. Расчет норм на  показатели неготовности  и на показатели  качества по ошибкам 

     Основными факторами, определяющими работоспособность  систем радиосвязи в диапазонах частот выше 10 ГГц, являются потери в гидрометеорах  и газах атмосферы. С увеличением  рабочих частот эти потери стремительно растут.

     При расчете показателей неготовности в курсовом проекте учитывается  только влияние гидрометеоров. К  гидрометеорам относятся дожди, снег, град, туман и пр. Влияние  гидрометеоров заметно уже при  частотах больше 8 ГГц, а в неблагоприятных  экологических условиях (при наличии  в атмосферных осадках металлизированной  пыли, смога, кислот или щелочей) и  на значительно более низких частотах.

     Методика  учета влияния гидрометеоров  на показатели неготовности линии связи  основывается на расчете ослабления сигнала в атмосферных осадках, вероятность появления которых  в данной местности равна 0.01%.

Погонное  затухание в дождевых образованиях определяется по  формуле:  

gд = b ∙J ^a, дБ/км

где J - интенсивность осадков (мм/час), b и a  - коэффициенты

Таблица 6 Исходные данные

 

В таблице  приведены две группы коэффициентов  для вертикальной и горизонтальной поляризации радиоволн. Расчет нужно  провести для обеих поляризаций  с тем, чтобы в дальнейшем выбрать  лучшие результаты. 

Таблица 7 Интенсивность дождя, идущего с вероятностью 0.01%

 

Вертикальная  поляризация:

gд = b ∙J ^a [дБ/км] = 0.124 ∙55^1,061 = 8,709 [дБ/км]

Эффективная протяженность дождевого образования:

[км]

Ослабление  сигнала, к которому приведет дождь  данной интенсивности:

 [дБ]

     Процент времени Tд, в течение которого уровень сигнала на входе приемника на пролете линии связи станет меньше порогового значения для коэффициента ошибок 10^-3 (что соответствует составляющей показателя неготовности линии связи) определяется выражением:

 

Горизонтальная  поляризация:

gд = 0.113∙55^1.03 = 7.009 [дБ/км]

Ослабление  сигнала к которому приведет дождь  данной интенсивности:

[дБ]

Полученное  значение должно удовлетворять условию:

где ПНГi - величина неготовности i-го интервала, которая в курсовом проектировании  определяется из нормы ПНГ пропорционально протяженностям пролетов.

При выполнении данного неравенства считается, что по показателям неготовности данный интервал соответствует норме.

Таблица 8

 

    

_{При вертикальной поляризации}    

При горизонтальной поляризации 

    

_{При вертикальной поляризации}    

При горизонтальной поляризации

Данное  условие выполняется для вертикальной и горизонтальной поляризации.  

2.7 Расчет показателей  качества по ошибкам 

     Показатели  качества по ошибкам (ПКО) связаны с  быстрыми замираниями на интервалах линии радиосвязи. Основная причина  быстрых замираний (проходящих за доли секунд) - интерференция прямых и  отраженных радиоволн, поступающих  на вход приемников.

     Вероятность появления гладких интерференционных  замираний  определяется в соответствии с рекомендациями  МСЭ-Т 338-4:

Ринт = Ккл  · Q · f ^b · R0^d · c,  %, 

где Kкл - климатический фактор;