7385

Космические и наземные системы радиосвязи и сети телерадиовещания. Проект цифровой радиорелейной линии

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Космические и наземные системы радиосвязи и сети телерадиовещания Проект цифровой радиорелейной линии Введение Технология цифровых радиорелейных линий в настоящее время достигла высокого качественного и количественного развития. Сегодня радиорелейны...

Русский

2013-01-22

905 KB

83 чел.

Космические и наземные системы

радиосвязи и сети телерадиовещания

Проект цифровой радиорелейной линии

Введение

Технология цифровых радиорелейных линий в настоящее время достигла высокого качественного и количественного развития. Сегодня радиорелейные линии являются необходимым звеном телекоммуникационного пространства России и успешно конкурируют с другими средствами связи, в том числе кабельными и спутниковыми.

Различают цифровые радиорелейные плезиохронной цифровой иерархии (ПЦИ) и синхронной цифровой иерархии (СЦИ).

В настоящее время аппаратура ЦРРС производится в виде двух составных частей: аппаратуры наружного размещения (ODU), включающей в себя выносной приемопередающий модуль и антенный модуль, и аппаратуры внутреннего размещения (IDU), обычно в виде модульной конструкции, устанавливаемой внутри производственного помещения (рисунок 1.1)

Соединение между ODU и IDU производится при помощи кабельной соединительной линии (КСЛ), протяженность которой зависит от первичных параметров кабеля и вида сигналов, передаваемых по этой линии.

Рисунок 1 - Архитектура ЦРРС

В ODU размещаются все элементы, зависящие от диапазона и рабочих частот, но инвариантные к изменению скорости передачи. Оборудование внутреннего размещения содержит лишь элементы, определяющие трафик и интерфейсы. Поэтому блок подходит для всех рабочих диапазонов ЦРРС. На вход IDU обычно подаются линейные цифровые сигналы (ЛЦС) от различных источников информации, соответствующие различным ступеням иерархии ПЦИ.

К основным достоинствам ЦРРЛ можно отнести:

-возможность быстрой установки оборудования при небольших капитальных затратах;

-экономически выгодная, а зачастую и единственная, возможность организации связи на участках местности со сложным рельефом;

-возможность применения для аварийного восстановления связи в случае бедствий, при спасательных операциях и т.п.;

-эффективность развертывания разветвленных цифровых сетей в больших городах и индустриальных зонах, где прокладка новых кабелей слишком дорога или невозможна;

-высокое качество передачи информации по ЦРРЛ.

Цифровые магистрали, на основе которых строятся современные сети передачи данных, должны соответствовать стандарту SDH (Synchronous Digital Hierarchy - синхронная дискретная иерархия), определяющему основные характеристики линий для цифровой сети передачи данных. Такие линии обеспечивают передачу любых видов данных: текста, звука, речи, изображений и видеофильмов с помощью дискретных электрических сигналов.

Диапазон применения современных цифровых радиолиний достаточно широк, это объясняется тем, что они позволяют:

· оперативно наращивать возможности системы связи путем установки оборудования РРС в помещениях узлов связи, используя антенно-мачтовые устройства и другие сооружения, что уменьшает капитальные затраты на создание радиорелейных линий связи;

· организовать многоканальную связь в регионах со слабо развитой (или с отсутствующей) инфраструктурой связи, а также на участках местности со сложным рельефом;

· развертывать разветвленные цифровые сети в регионах, больших городах и индустриальных зонах, где прокладка новых кабелей слишком дорога или невозможна;

· восстанавливать связь в районах стихийных бедствий или при спасательных операциях и др.

Целью проекта спроектировать РРЛ общей длиной и протяженностью одного пролета R0. Необходимо определить общее число пролетов на ЦРРЛ. Составляется структурная схема ЦРРЛ. Выбор радиотехнического оборудования.  Разработка схемы организации связи.  Расчет устойчивости связи на ЦРРЛ.  Расчет диаграммы уровней сигналов на ЦРРЛ.

1. Разработка структурной схемы проектируемой ЦРРЛ

Исходные данные

Длина РРЛ, км…………………………………………………….

100

Объем информации  (каналы тч или цифровые потоки)………..

2Е1

Длина пролета, R0, км……………………………………………

45

Число выделяемых каналов (потоков)………………………….

15

Тип АТС……………………………………………………………

Электронная

Число вводимых каналов…………………………………………

15

Вертикальный градиент g∙10-8, 1/м………………………………..

-8,5

Стандартное отклонение σ∙10-8,1/м……………………………….

9,0

Номер климатического района………………………………….

2

Таблица 1. Относительные координаты и высоты профиля, м      

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

63

63

76

74

72

65

57

63

76

89

77

Определяем общее число пролетов на магистрали:

Lмаг – общая длина ЦРРЛ;

Lпрол – длина пролета.

Принимаем следующие длины пролетов:

Первый пролет: L1 прол= 45 км;

Второй пролет: L2 прол= 45 км;

Третий пролет: L3 прол = 10 км.

Составляем структурную схему магистрали (рисунок 2)


Рисунок 2 – Структурная схема ЦРРЛ

Таким образом, проектируемая линия включает в себя две оконечные станции и две промежуточные. В соответствии с заданием на ПРС 1 необходимо выделить 15 телефонных каналов (ПРС 1-В). Количество пролетов на линии – 3. Оконечные станции обычно располагаются в населенных пунктах, промежуточные станции располагаются вдоль автомобильных или железных дорог для обеспечения удобного подъезда к станциям.

2. Выбор радиотехнического оборудования

Исходя из заданного объема передаваемой информации, длин пролетов

и энергетических параметров оборудования по таблицам 2.1 и  2.2 [1] выбираем для ЦРРЛ аппаратуру “Просвет – 11”. Основные параметры аппаратуры приведены в таблице 2.

Таблица 2- Основные параметры ЦРРС “Просвет – 11”

Диапазон частот, ГГц

Скорость передачи, Мбит/с

Конфигурация системы

Излучаемая мощность, дБВт

Рпор, дБВт (BER=10-3)

Д-тр

11

4Е1; Е2

1+0; 1+1; 2+1

-2

-119

1,25

3. Разработка схемы организации связи

Схема организации связи на проектируемой ЦРРЛ на участке ОРС 1 – ПРС 1- В приведена на рисунке 2.

На мультиплексор типа ENE 6058 подаются 2 цифровых потока Е1, которые при помощи вторичного мультиплексора типа ENE 6058 преобразуются в цифровой поток Е2, поступающий на внутреннее оборудование IDU, где он подвергается операции преобразования кода, скремблирования и далее по соединительному кабелю цифровой сигнал поступает на оборудование наружного размещения ODU, где восстанавливается, преобразуется в код NRZ и поступает на фазовый модулятор ОФМ. В направлении приема производятся обратные операции. Для выделения и введения 15-ти каналов тч на промежуточной станции производится электронной АТС. Для одного потока Е1 организуется цифровой транзит. Схема организации связи на участках ПРС 1- В – ПРС 2 – ОРС 2 приведена на рисунке 3.

На промежуточной станции ПРС 2 производится активный переприем радиосигналов. В данном варианте регенерация сигналов на этой станции не производится. При регенерации сигналов необходима установка оборудования IDU. На оконечной станции ОРС 2 при помощи соответствующего мультиплексорного оборудования формируются аналоговые окончания телефонных каналов.

Рисунок 2 - Схема организации связи на участке ОРС – 1 – ПРС 1 - В

Рисунок 3 -Схема организации связи на участке ПРС 1 – В – ПРС 2 – ОРС 2

4. Расчет устойчивости связи на ЦРРЛ

4.1 Построение профиля пролета

Расчеты производим для самого длинного пролета на ЦРРЛ.

Рассчитываем условный нулевой уровень (УНУ) по формуле:

где R0 – длина пролета, км,

Rз – геометрический радиус земли (6370 км),

Ki - текущая относительная координата заданной точки.

Ri – расстояние до текущей точки от левого конца пролета.

Для имеем:

Рассчитываем профиль интервала по формуле:

Результаты расчетов заносим в таблицу 3. По результатам расчетов строим профиль пролета (рисунок 4).

Таблица 3 - Результаты расчета профиля пролета

Ki

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

Ri, км

0

4,5

9

13,5

18

22,5

27

31,5

36

40,5

45

yii), м

0

14,3

25,4

33,4

38,1

39,7

38,1

33,4

25,4

14,3

0

У2i), м

63

63

76

74

72

65

57

63

76

89

77

y = yi+y2

63

77,3

101,4

107,4

110,1

104,7

95,1

96,4

101,4

103,3

77

Производим необходимые графические построения на рисунке 4 и графическим методом находим высоты подвеса антенн h1 и h2.


Рисунок 4 - Профиль пролета

4.2 Расчет величины просвета H(0)

Находим величину просвета без учета рефракции по формуле:

где H0 - критический просвет, определяемый как:

где R0 - длина пролета,

λ - рабочая длина волны (λ =0,027 м),

КТР – относительная координата наивысшей точки профиля пролета

Приращение просвета, обусловленное явлением рефракции:

где - среднее значение вертикального градиента диэлектрической

проницаемости тропосферы, 1/м (= -8,5∙10-8 1/м).

При вычерчивании профиля пролета для удобства построений начало отсчета высот размещено в точке 40 м. От наивысшей точки профиля вертикально вверх откладываем величину просвета без учета рефракции радиоволн Н (0). Через нижний конец этого отрезка проводим линию прямой видимости АВ. Вертикально вниз от наивысшей точки профиля откладываем отрезок, равный критическому просвету Н0 .Через нижний конец этого отрезка проводим линию CD, параллельную линии прямой видимости таким образом, чтобы высоты подвеса левой и правой антенн получились примерно одинаковыми (чисто из экономических соображений). По точкам пересечения этой линии с профилем пролета определяем величину параметра s, характеризующего протяженность препятствия на пролете.

Находим, что высоты подвеса антенн равны 40 м и 40 м.

4.3 Расчет минимально-допустимого множителя ослабления

Расчет Vмин производится по формуле:

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

Рпд - мощность сигнала на выходе передатчика, дБВт;

Асв – затухание сигнала в свободном пространстве, дБВт:

Gпд, Gпр – коэффициенты усиления передающей и приемной антенн, дБ.

Площадь раскрыва антенны:

Величина G рассчитывается по формуле

К1 – коэффициент использования поверхности раскрыва (апертуры) антенны.

В расчетах принимаем К1 = 0,6.

Суммарную величину потерь в антенно-фидерном тракте принимаем 1 дБ

4.4 Расчет устойчивости связи на пролете при одинарном приеме

В общем случае:

где Т0 (Vмин) – процент времени, в течение которого множитель ослабления меньше минимально-допустимого за счет экранирующего действия препятствий на пролете РРЛ,

n Тn (Vмин) - 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 волн, отраженных от неоднородностей тропосферы,

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

4.4.1 Расчет T0(Vмин)

Находим параметр ψ:

σ = 9∙10-8 1/м – стандартное отклонение вертикального градиента

диэлектрической проницаемости для климатического района № 2;

λср = 0,027 м – средняя длина волны;

R0 = 45 км – протяженность пролета;

К = 0,4 – из профиля пролета (рисунок 4).

Р() - относительный просвет на пролете при g =. Вычисляется по формуле:

Р(g0) – относительный просвет, при котором V = VМИН. Определяем по графику 3.1 пособия [1] в зависимости от параметра μ:

где   нормированная величина s = 15,75 км (см. рисунок 4).

.

При Vмин= - 51,65 дБ и μ = 1,52 определяем, что p(g0)= -4,2.

Таким образом,

По графику 3.2 [1] определяем, что

4.4.2 Расчет составляющей, обусловленной интерференцией прямой

волны и волн, отраженных от земной поверхности

Вероятность того, что множитель ослабления будет меньше Vmin за счет интерференции прямой и отраженных от земной поверхности волн, определяем по формуле:

где – двумерная функция, определяем по графику 3.3 [1];

Ф – коэффициент отражения от земной поверхности. Эта величина зависит от типа подстилающей поверхности. Если профиль пролета плоский и гладкий, то величина Ф = 1; 

При  и  A = 0,4 определяем: .

Вычисляем:

4.4.3 Расчет замираний, обусловленных интерференцией прямой волны и

волн, отраженных от неоднородностей тропосферы

Вероятность того, что множитель ослабления будет меньше Vmin за счет интерференции прямой и отраженной от тропосферы волны, определяем по формуле:

где Т (∆ε) – параметр, учитывающий вероятность возникновения многолучевых замираний, обусловленных отражениями радиоволн от слоистых неоднородностей тропосферы с перепадом диэлектрической проницаемости воздуха (∆ε).

где Q – климатический коэффициент, равный единице для сухопутных районов и равный 5 для приморских районов, а также для районов вблизи водохранилищ и крупных рек и озер;

R0 – длина пролета, в км;

f - рабочая частота, в ГГц.

Получим:

4.4.4 Расчет замираний, обусловленных потерями энергии в осадках

По рисунку 3.4 [1] определим минимально-допустимую интенсивность дождей Iдоп от величины Vмин: Iдоп (Vмин) > 190 мм/час.

По рисунку 3.5 [1] в зависимости от значения Iдоп определим Tд (Vмин) < 0,0001%.

Таким образом, суммарный процент времени замираний на пролете равен:

4.4.5 Расчет замираний для всей ЦРРЛ

Расчет производим по формуле:

где n – число пролетов на линии.

Полученное значение превышает допустимую величину замираний по таблице 3.1 [1]  

Для дальнейших расчетов проанализируем полученные результаты. Как следует из проведенных расчетов, основной вклад в замирания вносят замирания, обусловленные интерференцией прямой волны и волн, отраженных от земной поверхности. Очевидно, что необходимо произвести оптимизацию высот подвеса антенн, уменьшая геометрический просвет на пролете.

4.4.6 Оптимизация высот подвеса антенн

Результаты оптимизации высот подвеса антенн приведены в таблице 4. Для более точного определения оптимального просвета (оптимальных высот подвеса антенн) построим графические зависимости Т0(Vмин) и ∑ Тn (Vмин), приведенные на рисунке 5. Точка пересечения этих кривых соответствует оптимальному просвету Нопт(0)= – 10,25 м. Анализируя данные таблицы 4, приходим к выводу, что при просвете, равном минус 10,25 м норма на устойчивость всей линии выполняется, так как Тож (Vмин), равно 0,0066 % , меньше нормируемой величины проектируемой ЦРРЛ (0,01 %).

Таблица 4 – Результаты оптимизации высот подвеса антенн

Величина Н(0), м

-0,254586

-5,254586

-10,25459

, ед

1

0,4823917

-0,035217

h1, м

40

35

30

h2

40

35

30

Vмин, дБ

-51,6497

-51,6497

-51,6497

P(g0), ед

-4,2

-4,2

-4,2

ψ

4,7862424

4,3098195

3,8333966

Т0(Vмин), %

0,00008

0,0003

0,0017

0,06

0,035

0

, %

0,0156916

0,0091534

0

Т (Δε)

61,5

61,5

61,5

Ттр (Vмин), %

0,0004206

0,0004206

0,0004206

Тд (Vмин), %

0,0001

0,0001

0,0001

Тпр (Vмин), %

0,0162922

0,0099741

0,0022206

Тож (Vмин), %

0,0488766

0,0299222

0,0066619

Рисунок 5 – Оптимизация высот подвеса антенн

Оптимальные высоты подвеса антенн равны 30 и 30 м.

Норма на устойчивость связи на проектируемой ЦРРЛ выполняется без резервирования.  Выбираем конфигурацию системы (1 + 0).

5. Расчет диаграммы уровней на пролетах ЦРРЛ

При проектировании ЦРРЛ рассчитывают средние мощности сигнала на входах приемников всех интервалов линии, точнее мощности при среднем значении градиента g. Средние значения уровней сигналов рассчитываются и сравниваются с измеренными значениями для оценки качества настройки аппаратуры и антенно-волноводного тракта; для проверки правильности построения профилей пролетов; для оценки точности юстировки антенн; для определения и поддержания в заданных пределах при эксплуатации ЦРРЛ энергетического запаса аппаратуры на замирания сигнала, определяемого как:

где: Рср – средний уровень сигнала, дБВт,

Рпор –пороговый уровень сигнала, дБВт

Средняя мощность сигнала на входе приемника :

где: Р0 – мощность сигнала на входе приемника для случая свободного пространства, определяемая как:

где: Асв – затухание радиоволн в свободном пространстве,

апрд и апрм -потери энергии в антенно-волноводных трактах,

Рпд –уровень мощности сигнала на выходе передатчика,

Gпд и Gпр – коэффициенты усиления передающей и приемной антенн,

Vср – значение множителя ослабления при среднем значении  градиента диэлектрической проницаемости тропосферы.

Величина Vср находится в зависимости от относительного просвета при

среднем значении градиента по графикам рисунка 3.1[1] в зависимости от параметра μ:

Определим р (g) для оптимальных высот подвеса антенн, найденных в п.п. 4.4.6:

Для полученного значения р (g) по графику рисунка 3.1[1] и для μ= 1,53  находим Vср, дБ = -16 дБ

В курсовом проекте необходимо рассчитать диаграмму уровней для одного (самого длинного) интервала. Результаты расчета приведены в таблице 5.

Таблица 5 – Расчет диаграммы уровней

p (g) = 1,0 ; Vср = 0,0 дБ (свободное пространство)

Рпрд, дБ

Рвх.ант.прд., дБ

Рвых.ант.прд, дБ

Рвх.ант.пр, дБ

Рвых.ант.пр., дБ

Рср., дБ

Vз, дБ

-2

- 2,5

38,5

- 107,9

- 66,9

- 67,4

51,6

p (g)опт = -0,035; Vср = - 16 дБ

- 2

- 2,5

38,5

- 123,7

- 82,7

- 83,2

35,6

V= Vмин = - 51,6 дБ

- 2

- 2,5

38,5

- 159,5

- 118,5

- 119

-119

По результатам расчета построена диаграмма уровней (рисунок 6).

Рисунок 6 – Диаграмма уровней сигнала на пролете ОРС1 – ПРС 1- В

Как следует из рисунка 6, требуемый запас на замирания равен 35,6 дБ, что не превышает величину предельно реализуемого запаса на замирания, равного 51,6 дБ. Таким образом, можно сделать вывод, что оптимальный просвет на пролете выбран правильно.

Заключение

В процессе учебного проектирования были решены следующие задачи:

  •  выбор мест расположения станций ЦРРЛ;
  •  выбор радиотехнического оборудования;
  •  разработка схемы организации связи на проектируемой ЦРРЛ;
  •  выбор высот подвеса антенн на пролетах ЦРРЛ и расчет устойчивости связи.

Литература

1. Б.Н. Маглицкий, М.Г. Кокорич "Спутниковые и радиорелейные системы передачи". Методические указания по выполнению курсового проекта. Новосибирск. 2003.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

8994. Определение места философии в жизни человека 362.5 KB
  Определение места философии в жизни человека. Основная часть. Хайдеггер М. Основные понятия метафизики. Мамардашвили М. Как я понимаю философию. Соловьев Вл. Исторические дела философии. Бердяев Н.А. Философия как творческий акт. Приложение. Соловье...
8995. Философия античности. Природа души и ее свойства. Мир идеей и его познание 319 KB
  Философия античности. Основная часть. Платон: Природа души и ее свойства. Мир идеей и его познание. Теоретическое знание и философское познание. Философия как стремление к мудрости. Аристотель: О философии. О началах и причинах вещей. Материя и движ...
8996. Философия Средневековья. Теодицея: причины возникновения зла в мире 263 KB
  Философия Средневековья. Основная часть. О философии. Поиск Бога и доказательство Его бытия. Теодицея: причины возникновения зла в мире. Теория познания: вера и разум. Приложение. Библия: Первая книга Моисеева. Бытие. Время и вечность. О сущем и сущ...
8997. Философия Нового времени и Просвещения. Научное познание: методология рационализма 140.5 KB
  Философия Нового времени и Просвещения. Основная часть. Новоевропейская картина мира. Рене Декарт: Научное познание: методология рационализма. Интеллектуальная интуиция. Френсис Бэкон: Цель познания. Экспериментальный метод научного познания. Дж. Ло...
8998. Немецкая классическая философия. Нравственная философия 234.5 KB
  Немецкая классическая философия. Основная часть. И. Кант: Теория познания. Нравственная философия. Г.В.Ф. Гегель: О философии. Наука логики. О природе деалектического. Всемирная история. Основная часть. В конце XVIII - XIX вв. в Германии насту...
8999. Философия материализма. Сущность человека и критика религии 403 KB
  Философия материализма. Основная часть. Фейербах Л. О философии. Сущность человека и критика религии. К. Маркс, Ф. Энгельс. О философии. Природа и сущность человека. Отчужденный труд. Материалистическое понимание истории. Теория коммунистического ра...
9000. Философия жизни. О нашем поведении относительно миропорядка и судьбы 162 KB
  Философия жизни. Основная часть. А. Шопенгауэр О том, что есть индивид. О нашем поведении относительно миропорядка и судьбы. Ф. Ницше Смерть Бога. Нигилизм. Низложение христианства. Жизнь и воля к власти. Вечное возвращение. сверхчеловек...
9001. Философия экзистенциализма. Ж.П. Сартр. Экзистенциализм - это гуманизм 245.5 KB
  Философия экзистенциализма. Основная часть. Ж.П. Сартр. Экзистенциализм - это гуманизм. К. Ясперс. Человек. М. Бубер. Я и Оно. М. Хайдеггер. Отрешенность. Приложение. Основная часть. Экзистенциализм (от позднелат. Existentia - существ...
9002. Философия и мировоззрение. Специфика философии 39 KB
  Философия и мировоззрение. Специфика философии Философия - учение о мире в целом, об общих принципах и закономерностях его бытия и познания. Органическое соединение в философии двух начал - научно-теоретического и практически-духовного...