Принципы проектирования РРЛ прямой видимости

Процесс проектирования РРЛ включает следующие вопросы:

1.Выбор оборудования (тип радиооборудования и его комплектация, антенно-фидерные устройства, питание и т.д.);

2.Разработка трассы РРЛ;

3.Расчет высот подвеса антенн;

4.Расчет мощности сигналов на входах приемников;

5.Расчет качественных показателей работы РРЛ.

Выбор оборудования производится на основе известных типов , освоенных промышленностью или намеченных к выпуску. При этом выбираемый тип аппаратуры должен соответствовать заданию по пропускной способности (обеспечить необходимое число ТФК и ТВК) и другим технико-экономическим показателям. При выборе места установки РРС необходимо использовать населенные пункты или учитывать близость железных или шоссейных дорог. При пересеченной местности необходимо выбирать возвышенные места.

Разработка трассы РРЛ начинается с построения профилей пролетов, которое выполняется с помощью крупномасштабных топографических карт или с использование аэрофотосъемки. Профилем пролета называется вертикальный разрез местности между двумя соседними станциями с учетом леса, строений и особенностей рельефа. Пример такого профиля приведен на рисунке 2.29.

Строится профиль в прямоугольной системе координат. По оси абсцисс откладывается в принятом масштабе длина пролета R между станциями, ме-

 

 

Рисунок 2.29  Профиль пролета РРЛ прямой видимости.

 

сто для которых выбирается с помощью топографической карты. Затем строится линия уровня моря, она достаточно точно аппроксимируется параболой. При этом текущая ордината точек линии вычисляется так:

где R_х – текущая абсцисса точек линии;

r_з ≈ 6370 км – радиус Земли.

От уровня моря откладываются по вертикали в выбранном масштабе отрезки h_i , соответствующие высотным отметкам точек профиля. Концы указанных отрезков соединяются ломаной линией. На полученном профиле рельефа местности отмечают далее строения, лес и водные поверхности.

Определяющим параметром расчета является величина просвет (зазора) Н между линией «прямой видимости» АВ, соединяющей центры антенн, и ближайшей к ней (по вертикали) точкой препятствия С. Просвет Н считается положительным, если линия АВ проходит выше препятствия, и отрицательным, если эта линия пересекает профиль пролета. При этом различаются три группы пролетов:

- открытые, когда Н ≥ Н₀;

- полуоткрытые, когда Н₀ > Н ≥ 0;

- закрытые, когда Н < 0.

Здесь Н₀  - радиус минимальной зона Френеля, которая представляет собой эллипсоид вращения с фокусами в точках расположения передающей и приемной антенн. Считается, что основная часть энергии радиоволн при ее распространении сосредоточена внутри минимальной зоны Френеля.

Радиус минимальной зоны Френеля в критической точке С определяется по формуле:

где R – длина пролета;

     λ – длина волны радиосигнала;

     k₁ – относительная координата точки препятствия С.                   

Расчет высоты подвеса антенн производится с учетом радиуса минимальной зоны Френеля.

 Просвет на пролете, существующий в течение 80% времени определяется по формуле:

где ρ и σ – среднее значение и стандартное отклонение вертикального               

              градиента диэлектрической проницаемости воздуха (справоч-

              ные данные),

  Н(0) – величина просвета в отсутствие рефракции (т.е. при ρ =0).

Среднее значение приращения просвета за счет рефракции существующее в течение 80% времени определяется по формуле:

 Для открытого пролета просвет в любой точке трассы с учетом рефракции должен быть не менее радиуса минимальной зоны Френеля, то есть:

Тогда :  

Откуда получается высота просвета без учета рефракции:

Высота подвеса антенн определяется из профиля, путем отложения по вертикали от критической точки вверх полученной величины Н(0) и проведением через эту точку прямой, соединяющей предполагаемые места (высоты) установки антенн. Если антенны предполагается установить на существующих сооружениях, то прямая, соединяющая эти предполагаемые точки установки антенн должна проходить на расстоянии Н(0) или выше наивысшей точки препятствия.

 Расчет высот подвеса антенн на слабопересеченных пролетах, при установке антенн на больших естественных возвышенностях и при использовании разнесенного приема изложены в [3].

 Расчет КПД АФТ зависит от вида и длины АФТ и в общем случае может быть определен по формуле [1]:

где α_общ – общее затухание тракта, складывающееся их затухания сосредоточенных элементов (фильтров, циркуляторов и т.д.) и непосредственного затухания в фидере, зависящего от его вида и длины.

Часто КПД АФТ задается в технических данных на ЦРРС, или при конструктивно объединенных антенне и передатчике принимаются равным 0,8 ÷ 1,0 единиц.

Расчет минимально – допустимого множителя ослабления V_min производится по различным формулам в зависимости от заданных в технических данных на оборудование пороговой мощности сигнала на входе приемника (Р_пор) или коэффициента системы (К_сист).

1. Если задана   Р_пор, то V_min рассчитывается по формуле:

где Р_прд – мощность сигнала на выходе передатчика, дБВт;

Р_пор, дБВт – пороговая мощность на входе приемника;

А_св0 – затухание сигнала при его распространении в свободном про-

           странстве рассчитывается по формуле:

G_прд, G_прм – коэффициенты усиления передающей и приемной антенн;

η_прд ,η_прм – КПД АФТ.

Если в технических данных на оборудование заданы не коэффициенты усиления антенн, а их диаметры D (зеркала), то коэффициент усиления может быть определен по формуле:

2.Если задан коэффициент системы, то расчет V_min выполняется по формулам, отличающимся друг от друга для телефонных и ТВ стволов:

где α_Σ – суммарное ослабление сигнала на пролете:

К_ТФ, К_ТВ – коэффициенты системы, дБ.                                                                                                                                 

Расчет устойчивости связи на пролетах РРЛ заключается в расчете величин замираний из-за экранирующего действия препятствий, интерференции прямой и отраженной волн от земной поверхности, неоднородности тропосферы и дождя.

Замирание радиоволн на пролетах РРЛ обусловлено изменением величины градиента диэлектрической проницаемости воздуха «ρ». Для получения устойчивости связи необходимо, чтобы при всех возможных для данной местности изменениях «ρ», множитель ослабления не падал бы ниже V_min за исключением малого процента времени.

Суммарная устойчивость связи на пролете РРЛ характеризуется суммарным процентом времени, в течение которого множитель ослабления меньше минимально допустимого и определяется по формуле:

где: Т₀(V_min) – процент времени. в течение которого множитель ослабления меньше минимально допустимого за счет экранирующего действия препятствий;

 

- процент времени, в течение которого множитель ослабления, обусловленный интерференцией прямой волны и волн, отраженных от поверхности Земли, меньше V_min за счет попадания точки приема в область n-го интерференционного минимума;

Т_mp(V_min) – процент времени, в течение которого множитель ослабления меньше V_min за счет интерференции прямой и отраженных волн от слоистых неоднородностей тропосферы;

  Т_д(V_min) – процент времени, в течение которого множитель ослабления меньше V_min за счет деполяризационных явлений в тропосфере (дожде).

Величина Т₀(V_min) зависит от протяженности пролета, длины волны, величины просвета, рельефа местности и рассчитывается после построения профиля пролета и определения основных его характеристик (R₀, H(0), r, l, k_mp, P(ρ), μ). При этом Т₀(V_min) определяется в зависимости от параметра ψ, который определяется по формуле:

Параметр А рассчитывается по формуле:

где σ – стандартное отклонение градиента диэлектрической проницаемости тропосферы;

Рисунок 2.30   Зависимость множителя ослабления V от относительного

                   просвета P(ρ) и параметра μ.

                         

          вычисляется с учетом выбранного значения Н(0) и приращения    

       просвета за счет рефракции радиоволн:

Р(ρ₀) – относительный просвет на интервале при котором V=V_min определяется из графиков на рисунке 2.30 в зависимости от параметра μ, который определяется по формуле:

где l =r/R₀ – относительная ширина препятствия.

После определения параметров А, P(ρ), Р(ρ₀) определяется параметр ψ.

Величину Т₀(V_min) в зависимости от параметра ψ можно определить из рисунка 2.31.

Замирания из-за интерференции прямой и отраженной от земной поверхности волн на пролете определяется по формуле:

Рисунок 2.31  График для определения Т₀(V_min)

где f[P(ρ), A] – двумерная функция определяется по графику, приведен-

                     ному на рисунке 2.32.

Величина Ф – коэффициент отражения от земной поверхности определяется в зависимости от подстилающей поверхности на интервале.

Методики расчета замираний из-за неоднородности тропосферы и из-за дождя приведены в [3].

Расчет устойчивости связи на РРЛ заключается в определении ожидаемой величины процента времени, в течении которого не выполняется нор- мА на устойчивость связи на всей ЦРРЛ, по формуле:

где n – число пролетов на линии.

Полученное значение Т_ож(V_min) необходимо сравнить с нормируемым значением, и если требования на устойчивость связи на ЦРРЛ не выполняют- ся, т.е. Т_ож(V_min) > T_доп(V_min), то необходимо произвести оптимизацию высот подвеса антенн на пролетах ЦРРЛ [3].

 

                                       

                                        Рисунок 2.32

 

Расчет качественных показателей ЦРРЛ заключается в определении основного показателя качества тракта РРЛ – вероятности ошибок Р_ош  (коэффициента ошибок). Она определяется как вероятность неправильного приема символа (1 вместо 0 и наоборот):

где N_ош – число ошибок, возникающих за промежуток времени t₀;

     N₀ – общее число бит информации, переданной за промежуток

             времени t₀ ;

     В – скорость передачи информации (бит/с).

Вероятность ошибок существенно зависит от отношения сигнал/шум на входе приемника. В соответствии с рекомендациями МККР устанавливаются две допустимые величины вероятности ошибок:

- для случая наличия глубоких замираний сигнала на пролете РРЛ (усреднение за малый промежуток времени) допустимая вероятность ошибок, усредненных за 1 сек, составляет Р_{ош доп} = 10^-3. Превышение ошибок  10^-3 соответствует срыву связи на ЦРРЛ;

- для случая отсутствия глубоких замираний (усреднение за большой промежуток времени) допустимая вероятность ошибки, усредненная за 1 мин и превышаемая в течение 0,4% времени любого месяца, составляет  Р_{ош доп} = 10^-6.

Вероятность появления ошибок на пролете может быть рассчитана  по формуле:

где R₀ – длина пролета, км;

f - частота диапазона ГГц;

А₀ = Р_{с пор}  - Р_вх0 - необходимый запас на замирания,

где  Р_{с пор}  - пороговая мощность сигнала на входе приемника, оговари-

                ваемая в технических данных на оборудование;

   Р_вх0 – мощность сигнала на входе приемника при его распростране-

             нии в свободном пространстве.

Суммарная вероятность ошибок определяется по формуле:

 где n_i – номер пролета.                         

 

 2.3 СИСТЕМЫ И СЕТИ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ

Отличительными характеристиками  всего класса систем подвижной ра-                  

      Рисунок 2.33  Элементы сетей мобильной связи

 

диосвязи является мобильность хотя бы одного из абонентов и отсутствие проводного соединения между абонентским терминалом и коммутационным оборудованием сети связи.

Обобщенная структура сети мобильной связи приведена на рисунке 2.33. Она  содержит  мобильные  станции МС, базовые станции БС, центр управле-

ния и коммутации (ЦК), радиоинтерфейсы (РИ).

Рисунок 2.34  Структура сети мобильной связи

 

Мобильные станции используются подвижными абонентами. БС - стационарные приемопередающие радиостанции, обеспечивающие радиосвязь с МС в определенной зоне – соте. В ЦК выбирается направление передачи данных, производится управление БС и осуществляется доступ к внешним системам.

Мобильные станции могут обмениваться информацией друг с другом либо через ЦК (рисунок 2.33 а), либо непосредственно (рисунок 2.33 б).

Используя основные элементы, можно построить региональные и национальные сети мобильной связи, структура которых в упрощенном виде приведена на рисунке 2.34.

Отдельные сети и подсети объединяются в единую структуру с помощью межсетевых интерфейсов (СИ) – кабельных или радиолиний. Контроллеры базовых станций (КБС) выполняют функции коммутации, управления БС, обеспечивают доступ к внешним сетям. Они могут подразделяться на главные и подчиненные. Подсеть может содержать собственную станцию управления (СУ). Таким образом, функции управления и коммутации распределяются по всей сети, что обеспечивает быструю передачу вызовов и сохранение работоспособности сети при неисправностях отдельного оборудования.