Разработка сети передачи данных Нуринского РУТ Карагандинской области на основе создания цифровых РРЛ

Диапазоны частот 11 и 13 ГГц (10.7-11.7, 12.7-13.2 ГГц). Данные диапазоны удобны с точки зрения эффективности систем РРЛ. Для длины пролета 15-30 км, эффективные антенны имеют малые габариты и вес, это обеспечивает дешевизну антенных опор. Часть влияния атмосферной рефракции на устойчивость работы систем связи уменьшается, зато увеличивается влияние гидрометеоров. При этих диапазонах, в основном, строятся цифровые радиорелейные системы связи для скорости передачи до 55 Мбит/с, хотя, есть пример передачи цифровых трафиков, со скоростями до 155 Мбит/с. Оборудование строится как моноблоки, приемо-передатчики объединены с антенной и монтируются на вершине антенной опоры. Но данные диапазоны применяют большое количество радиосредств. Спутниковые системы связи, различные радиолокаторы и пеленгаторы, охранные системы влияют на электромагнитную обстановку, это затрудняет работу в данных диапазонах.

Диапазоны частот 15 и 18 ГГц (14.5-15.35, 17.7-19.7 ГГц). Бурное развитие систем связи привело к быстрому освоению этих диапазонов. Средняя длинна пролетов составляет около 20 км, где зоны с умеренным климатом. Оборудование выполняется как моноблок. Стандартные параболические антенны имеют диаметры 0.6, 1.2 или 1.8 м, а коэффициент усиления от 38 до 46 дБ. Диапазон частот 18 ГГц пока еще более свободен. На распространение сигналов большое влияние оказывают гидрометеоры и интерференция прямых и отраженных волн. Ослабление при дожде может составлять 1-12 дБ/км (при скорости дождя 20-160 мм/час). Некоторое влияние оказывает и сама атмосфера, ослабление сигнала в которой достигает 0.1 дБ/км [3].

Диапазон частот 23 ГГц (21.2-23.6 ГГц). Согласно рекомендациям МСЭ-Р в данном диапазоне можно строить системы передач аналоговой и цифровой связи разной емкости. Средняя длинна пролетов составляет меньше 20 км, на прохождение сигналов большое влияние оказывают гидрометеоры и ослабления в атмосфере. Здесь желательно использовать вертикальную поляризацию радиоволн, но разрешено использование любой поляризации. Стандартные параболические антенны достигают диаметров 0.3, 0.6 и 1.2 м. Ослабление в дождях бывает от 2 до 18 дБ/км, в атмосфере достигает 0.2 дБ/км. Этот диапазон можно использовать в спутниковых системах связи. Но при расчетах надо учитывать возможность помех.

Диапазон частот 27 ГГц (25.25-27.5 ГГц). Данный диапазон используется при построении систем фиксированного радио обслуживания. Он характеризуется меньшим ослаблением (меньше 0.1 дБ/км) сигнала связи в атмосфере. Средняя длинна пролета около 12 км. Ослабление в дожде 3-24 дБ/км. Антенны имеют диаметры от 0.3, до 0.6 м.

Диапазон частот 38 ГГц (37-39.5, 38.6-40 ГГц). Согласно рекомендациям в данном диапазоне частот можно строить системы аналоговой и цифровой связи разной емкости. Длинна пролета меньше 8 км. При показателе неготовности линии связи соответствует локальному качеству, длину интервала можно доводить до 15 км. Оборудование представляет моноблок с антенной диаметром 0.3 м. Применяется только вертикальная поляризация, при этом получается лучшая устойчивость системы при дождях. Ослабление в атмосфере составляет 0.12 дБ/км, а при гидрометеорах - от 5 до 32 дБ/км (при объеме дождя от 20 до 160 мм/час).

Диапазон частот 55 ГГц (54.25-57.2 ГГц). Длинна пролета составляет несколько километров для антенн диаметром 15 см. Ослабление сигнала в атмосфере до 5 дБ/км, а при дожде - от 7 до 40 дБ/км.

Диапазон частот 58 ГГц (57.2-58.2 ГГц). В данном диапазоне можно строить системы связи аналоговой и цифровой любой емкости, рекомендации пока отсутствуют. Этот диапазон можно использовать при создания пролета РРЛ на длину в 1-2 км, применяя антенны диаметром меньше 15 см. Ослабление сигнала до 12 дБ/км, а при дожде - от 9 до 45 дБ/км. Большое влияние дождей приводит к неустойчивой работы системы связи. Надо учитывать, этот диапазон является предельным для создания радиосистем, так как при частотах выше 60 ГГц наблюдается непрозрачность атмосферы для радиоволн из-за поглощения энергии в атомах кислорода (резонансные частоты поглощения равны 60 и 120 ГГц. Но в последние годы, появился интерес к этим диапазонам при создании безлицензионных радиосистем с пролетами длинной в 1-2 км. При условиях сухого климата, при малой вероятности осадков или на коротких длинах, может использоваться диапазон частот 84-86 ГГц и выше.

2.5 Особенности построения цифровых РРЛ

Передача сигналов связи в цифровой форме имеет такие преимущества:

1-это высокое качество передачи сигнала при замираниях;

2-это высокую помехозащищенность;

3-это выгодная экономическая эффективность для снижении эксплуатационных расходов на 25%;

4-это снижение требований к линейности характеристик тракта передачи сигнала;

5-это исключение накопления искажений.

На рисунке 2.5 показано, что в ПРД аналого-цифровой преобразователь (АЦП) состоит из дискретизатора, кодера (К) и преобразователя кода (ПК).

Рисунок 2.5 - Структурная схема оконечной станции цифровой РРЛ

Дискретизатор осуществляет дискретизацию по времени и квантование по уровню непрерывных сигналов, от абонентов телефонных каналов u_тф, это иллюстрируется на рисунке 2.6, где Т_Э - интервал дискретизации по времени отсчетов; и ?h - это шаг квантования по уровню.

Рисунок 2.6 - Дискретизация сигнала по времени уровню

От выхода дискретизатора сигнал связи поступает на кодер (К). Где каждый дискретизированный уровень преобразуется в двоичный код (рисунок 2.7), каждому уровню квантования присваивается соответствующее кодовое слово. Этот сигнал называется цифровым (ЦС).



Рисунок 2.7 - Пример двоичного кода одного дискретизированного уровня

Преобразователь кода (ПК) преображает двоичный код в линейно-цифровой сигнал (ЛЦС) для передачи по соединительной линии связи (СЛ). Линия связи может быть несколько километров, поэтому используются регенераторы (Р) для восстановления длительности, формы, и амплитуды каждого из импульсов ЛЦС. Цифровой модулятор (М) модулирует сигнал.

В приемнике происходит обратное преобразование по сравнению с передатчиком. На выходе приемника стоит цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП). Где получаются непрерывные сообщения с фильтра нижних частот. Эти непрерывные сообщения соответствуют разговорной речи.

Качество тракта цифровой РРЛ (ЦРРЛ) характеризуется параметрами:

- это вероятность ошибки р_ош;

- это проскальзывание;

- это фазовое дрожание;

- это задержка импульсов ?_З.

3. Выбор оборудования

3.1 Выбор радиорелейной системы

В данный момент РРЛ связи строят на основе 2-х основных технологий: PDH и SDH. Технология PDH была самой ранней, большинство РРЛ, использующиеся на территории нашей страны, принадлежат к оборудованию, реализующим данную технологию.

Самыми популярными РРЛ данного класса являются РРЛ, производимые компаниями ERICSSON (Mini-Link), NEC (Pasolink), Nokia (FlexiHooper) и др.

РРЛ технологии PDH весьма популярны в нашей стране по причинам:

-это еще небольшая потребность в высокоскоростных потоках данных (малый трафик);

- это отсутствие полностью развитой зональной первичной цифровой сети;

- это дешевизна РРЛ данного класса.

РРЛ по технологии PDH позволяют довести потоки малой емкости (от одного до нескольких E1) до конечных абонентов. Этими потребителями являются местные АТС, операторы беспроводной связи, местные телекомпании, и другие. Кроме этого, обеспечивая маленький трафик, РРЛ с технологией PDH останутся оптимальным решением для производственных нужд и при решении малых задач для передачи данных.

В данной работе будет использована аппаратура PASOLINK Mx, выпускаемую NEC Corporation, для создания цифровых радиорелейных систем, она отличается большим набором преимуществ и отличительных характеристик.

Пропускная способность для трафика 2х2 2 Мбит/с.

Оборудование PASOLINK Mx имеет усовершенствованный интерфейс LAN, это дает возможность проектировать сеть и обеспечивать повышенный потенциал с точки зрения для новых применений. Кроме этого, все нововведения скомпонованы в малогабаритным блоке внутренней установки: IDU (блок модулятора/демодулятора для монтажа в зданиях), получившим модульную конструкцию.

Такая система устраивает возросший спрос на цифровые услуги передачи трафика и потребностям в данных, так же для передачи общих транспортных линий связи, городских, сельских, временных, частных линий связи и аварийных сетей связи.

Продолжая традиции систем PASOLINK, оборудование PASOLINK Mx спроектирована для быстрого монтажа и быстрого развертывания, одновременно обеспечивая надежность нововведений, это является отличительной чертой оборудования NEC, высокую пропускную способность, высокую степень масштабирования и экономичную эксплуатацию.

Серия оборудования PASOLINK Mx совместима с выпускаемой NEC оборудованием PNMS (система управления сетью PASOLINK). Данная система управления поддерживает работу в случае аварий или происшествий, управляет конфигурацией и защитой/безопасностью, и следит за техническими показателями и другими функциями, при этом можно использовать портативный персональный компьютер.

Оборудование PASOLINK Mx представляет собой решение при организации связи между сетями Intranet, и между Internet и сетями общего пользования. Предоставление выделенных линий связи благодаря внедрению информационных технологий в сферах бизнеса требует создание ведомственных сетей. Оборудование PASOLINK Mx предлагает рациональное решение при создании экономичных и высокозащищенных сетей передачи информации.

Характеристика оборудования PASOLINK NEO:

1-это небольшие размеры и легкость;

2-это легкие и наиболее компактные радиорелейные системы;

3-это высокая надежность, и высокий системный коэффициент усиления;

4-это системы PASOLINK, и PASOLINK Mx продолжают занимать лидирующее положение в данной отрасли промышленности.

Оборудование PASOLINK Mx имеет интерфейс 10Base-T/100Base-TX с двумя портами, они предназначены для различного применения (рисунок 3.1).

Рисунок 3.1 - Применение оборудования PASOLINK Mx

Общая характеристика платформ:

- просто модернизируется из конфигурации 1+0 в 1+1;

-общая система управления сетью (NMS) и всех систем серии PASOLINK;

- выпускаются системы управления сетью (NMS) с ОС Windows и UNIX;

-универсальные по пропускной способности, блоки наружного и внутреннего монтажа (ODU/IDU);

- радио-аппаратура с программно настраиваемой конфигурацией;

- схема модуляции: QPSK и 16QAM. Переключается программной;

- пропускная способность при передаче: 2/5/10/20/40х2 Мбит/с;

- гибкость использования E1/LAN;

- комбинация E1 и LAN;

- полный сквозной тракт 10BASE-T при диапазоне 3,5 МГц (16QAM) или 7 МГц (QPSK);

- гибкая и универсальная модульная конструкция.

3.2 Преимущества оборудования PASOLINK

Радиорелейная система производителя PASOLINK это современная технология и имеет такие преимущества:

-как высокое качество, оснащеная полосовыми фильтрами Найквиста. Высокая надежность (средняя наработка на отказ (MTBF) около 400000 часов). Маленькая потребляемая мощность;

-как высокий коэффициент усиления системы, или высокая эффективность использования спектра: достигается благодаря технологии квадратичной фазовой модуляцией. МШУ - это смеситель с высокими техническими показателями, он даёт возможность использовать антенны с меленькими размерами и снизить себестоимость системы;

-как простой и быстрый монтаж. Соединение между оборудованием внутренней и наружной установки путем одного коаксиального кабеля длиной около 450 м. Автоматическая подстройка уровня сигнала связи. Малый вес и компактность. Разные варианты монтажа оборудования, и антенны;

-как простая перенастройка частоты. Изменение частоты гетеродина (синтезатора) без применения измерительного оборудования (в том числе и в полевых условиях). Использование широкого диапазона перестройки радиочастоты без перезамены полосового РЧ фильтра;

-как выходная мощность радиосигнала. Перестройка в пределах от 0 до 30 дБ с шагом 1 дБ. Переключение: 0/10/20 дБ. Из-за автоматической регулировки мощности передатчика (АТРС) понижается уровень помех, уменьшается коэффициент ошибок и облегчается решение проблемы замираний:

-как универсальная конфигурация системы. Взаимо-заменяемые блоки интерфейсов (2,4x2 Мбит). Один и тот же блок внутренней установки (IDU) используется при диапазонах 7/8/11/13/15/18/23/38 ГГц. Программная, допускающая внесение изменений, настройка скорости передачи трафика для блока внутренней установки. Большой диапазон входных напряжений питания: от±20 В до ±72 В постоянного тока.

3.3 Блок схемы системы

При использовании систем Nx2 Мб/с каждый порт ввода/вывода независим, значит сигнал 2 Мб/с может быть использован для разных приложений: например, для 2Мб/с - соединительной линии или для видеоконференции.

На рисунке 3.2 показана блок-схема наружного блока ODU, применены следующие сокращения:

- BPF -это полосовой фильтр;

- CTRL - это устройство управления;

- IDU -это комнатный блок;

- LO -это гетеродин;

- IF -это ПЧ;

- LNA -это малошумящий усилитель;

- MIX -это смеситель;

- MPX -это мультиплексер;

- PA -это импульсный усилитель;

- RF CKT -это РЧ-схема;

- RX -это приемник;

- TX -это передатчик).

По всей РЧ схеме блока ODU применяется новая технология интегральных схем: MMIC (монолитная СВЧ ИС), MIC (монолитная ИС) и пр.



Рисунок 3.2 - Блок-схема наружного блока ODU

Общая блок-схема блока IDU показана на рисунке 3.3, применены сокращения:

- DPU -это устройство цифровой обработки;

- DSC -это цифровой сервисный канал;

- FEC/DEM -это упреждающая коррекция ошибок (УКО)/демодуляция; FEC/MOD - УКО/модуляция;

- MPX -это мультиплексер;

- PDH -это плезиохронная цифровая иерархия;

- PSU -это блок питания;

- SDH -это синхронная цифровая иерархия;

- 10 Base-T(X) -это ЛВС Ethernet на коаксиальном кабеле, 10 Мб/с;

- 100 Base-T(X) -это ЛВС Ethernet на кабеле, 100 Мб/с).

Рисунок 3.3 - Общая блок-схема блока IDU

Сам комнатный блок имеет 6 функций (MPX, MODEM, DPU, INTFC, управление и блок питания). Функция мультиплексера (MPX) - это интерфейс к наружному блоку ODU. Функция модулятор/демодулятор (MODEM) - это выбор типа модуляции (QPSK или 16/32/128QAM), программным путем.

Функция MODEM это упреждающая коррекция ошибок (FEC). Функция пользовательского интерфейса обеспечивается для ИФ: PDH, SDH и Ethernet. Цифровой сервисный канал (DSC) создан для вставки битов, а инженерный заказной канал (EOW) - при помощи ИКМ кодека. Все функции цифровой обработки монтироаны на печатной плате, используя: БИС, СБИС и технологию интегральных схем.

4. Расчеты проектируемой ЦРРЛ

4.1 Определение числа пролетов и выбор трассы РРЛ

Себестоимость монтажа РРЛ и ее использование зависит от правильного выбора трассы. Из разных вариантов трассы выбирается самый дешевый и пригодный для использования вариант, с меньшим числом ретрансляторов, с наибольшей длинной пролета между ретрансляторами, с наименьшими высотами антенных опор, и расположение ретрансляторов желательно вблизи населенных пунктов.

Рассчитаем число пролетов ЦРРЛ, рассчитаем длину, составим структурную схему РРЛ.

Беря расстояние протяженности ЦРРЛ (Киевка-Изенды-около86 км, Киевка-Щербаковское около110 км), L_км=110 и длину пролета R_км=50, рассчитаем количество пролетов:

.

Получается 3 пролета (2 по 44,5 км и 1 длиной 23 км).

Трасса будет смонтирована зигзагообразной, 3 станции нельзя ставить на одной прямой. Это нам позволит избежать помех от ретрансляторов которые расположены через 3 - 4 пролетов (рисунок 4.1).

Рисунок 4.1 - Схема радиорелейной линии прямой видимости

На рисунке 4.1 видно, что на 3 Ретр возможен прием не только от соседнего ретранслятора, но и от 1-го, их частоты передачи 1-го и 3-го ретрансляторов совпадают.

Антенны типа Ретр имеют высокую направленность действия и на 4 Ретр, мешающий сигнал f₁ будет ослаблен.

Площадки для антенн Ретр выбраны на высотах вблизи от шоссейной дороги.

На ровной местности длинна между РРС чаще составляет 40-70 км, в горах и на пересеченной местности расстояние может быть увеличено за счет установки РРС на возвышенностях, и вершинах гор.

В виду того что расстояние между Киевкой и Изенды превышает предел прямой видимости, монтируем промежуточную (ретрансляционную) РРС.

Применение диапазона частот 7 Ггц позволяет из-за низкого уровня атмосферных и индустриальных помех радиоприему использовать остронаправленные (с малым углом излучения) малогабаритные антенны. наибольшая эффективность связи между двух РРС достигается в случае, если размеры антенны соизмеримы с четвертью длины волны.

4.2 Определение оптимальных высот подвеса антенн на пролетах ЦРРЛ

Оптимальную высоту подвеса рассчитывают, добиваясь наибольшей возможной при данных условиях устойчивой связи. Это связано с различным влиянием высот подвеса антенн на составляющие показатели устойчивости связи.

Выполним проектирование профиля длинны пролета, предварительно рассчитав линию условного нулевого уровня:

(4.1)

где R₀ - это длина пролета;

R_З - это геометрический радиус Земли (6370 км);

- это текущая относительная координата заданной точки;

R_i - это расстояние до текущей точки.

(4.2)

Профиль длинны пролета РРС можно рассчитать, суммируя к высоте условного нулевого уровня высотные отметки . Высотные отметки точек профиля пролета равны .

Рассчитаем величину просвета Н(0):

. (4.3)

где Н(0) - это величина просвета без учета рефракции радиоволн;

- это величина приращение просвета, обусловленное явлением

рефракции;

Н₀ - это критический просвет.

. (4.4)

где К_ТР - это относительная координата наивысшей точки профиля пролета, равна 0,4.



(4.5)

где -это среднее значение вертикального градиента диэлектрической проницаемости тропосферы, равна -10х10^-8.

Высоты подвеса антенн h1 и h2 рассчитывают графическим методом, откладывая величину вверх от наивысшей точки профиля и соединяя антенны по прямой линии. В нашем случае высоты подвеса антенн будут разные,

Имея высоты подвеса антенн, рассчитаем КПД антенно-фидерного тракта для каждой антенны по формуле:

. (4.6)

где а_общ - это общее затухание тракта.

Общее затухание тракта получается (3,05) суммированием затухания сосредоточенных элементов (принять = 3дБ), и затухания волновода. Затухание волновода рассчитывают, зная длину волновода (принять =0,05 дБ/м).

Рассчитаем общее затухание для h1и h2, в результате к.п.д. АФУ высокое.

Второй пролет РРС тоже имеет длинну 44,5 км.

Такие же проведем и для участка от Изенды-Щербаковское, при длинне 23 км.

Сделаем построение профиля пролета.

Проведем расчет профиля для Изенды-Щербаковское и результаты занесем в таблицу 4.2.

Таблица 4.2 - Высотные отметки точек профиля

	0,0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0
, м	0	14	25	33	37	39	37	33	25	14	0
,м	74	59	85	86	85	78	61	54	67	84	100
, м	74	73	110	119	122	117	98	89	92	98	100

Профиль длинны третьего пролета представлен на рисунке 4.3.

Рисунок 4.2 - Профиль третьего пролета



Высоты подвеса антенн h1 и h2 получаются графическим методом, откладывая величину на верх от наивысшей точки профиля и соединяя антенны по прямой линии. В нашем случае высоты подвеса антенн будут различны,

4.3 Проектирование трассы Киевка - Изенды - Щербаковское

Проектирование 3 ретрансляционных участков должно осуществляться в зоне прямой видимости. Большое расстояние в зоне прямой видимости достигается при использовании высоких антенных опор. Но в действительности надо учитывать механическую устойчивость опор, это ограничивает их высоту, кроме этого, для больших расстояний требуются антенны больших размеров с большой направленностью. Если антенна монтируется на крыше здания или на вершине горы, проблема механической устойчивости не стоит, и ограничивающим фактором теперь является стабильность самого тракта передачи. При некоторых атмосферных условиях возможно возникновение рефракции радиоволн, и узкий луч может полностью пройти антенну мимо. Искривление пути следования тоже может привести к периодическим сбоям при передаче сигнала, значит необходимо обеспечить достаточное расстояние между трактом передачи и близлежащими объектами. Всегда есть практические ограничения на то, что каким узким может быть луч. Природный ландшафт тоже оказывает влияние на замирания, из-за многолучевости. Рядом с водными поверхностями утром и вечером (при слабом ветре) создаются плохие условия с точки зрения многолучевости. Из-за отражений тоже сложна передача над поверхностью воды. При такой передаче обычно, требуется более высоко расположить антенны и специальные средства для компенсации отражений.

Первая антенна монтируется в пункте Киевка. В данном районном центре уже имеется мачта высотой 40 м. На этой мачте на высоте 21 м будет смонтирована антенна для РРЛ Киевка-Изенды. Расстояние между Киевка-Изенды около 89 км и при организации прямой видимости систем РРС на расстоянии 44,5 км будет смонтирована мачта в высоту 71м. в населенном пункте Изенды тоже имеется мачта в высоту 30 м. В пункте Изенды на высоте 21 м будет смонтирована вторая антенна в направлении Киевка-Изенды.

В направлении Изенды-Щербаковское на действующей мачте на высоте 27 м. будет смонтирована аппаратура РРС в направлении Щербаковское. В населенном пункте Щербаковское будет смонтирована новая мачта в высоту 53 м.

В виду того, что число стволов, доступных для магистральных СВЧ радиосистем, ограничено, одни и те же стволы будут использоваться многократно. Повторное задействование микроволнового частотного диапазона необходимо также высокой направленностью антенн и необходимостью передачи сигнала в зоне прямой видимости. Бывают отражения и преломления в атмосфере радиоволн- это может тоже приводить к их приему на удаленном участке трассы, даже при отсутствии зоны прямой видимости, для того чтобы избежать этого, используется такое зигзагообразное расположение ретрансляционных участков, где сигнал от передатчика заведомо не достигнет нежелательных приемных антенн на участке трассы. На рисунке 4.3 показана проектируемая трасса.



Рисунок 4.3 - Проектируемая трасса РРЛ Киевка-Изенды-Щербаковское

4.4 Определение устойчивости связи

При расчете устойчивости связи необходимо посчитать минимальный допустимый множитель ослабления.

Минимальный множитель ослабления сигнала зависит от многих параметров аппаратупы и коэффициента ослабления антенно-волноводного тракта (АВТ).

Рассчитаем потери в АВТ по формуле (4.7):

(4.7)

где а_ЭЛ = 3 дБ -это потери в сосредоточенных элементах;

а_n = 0,05 дБ/м - это погонное затухание;

L_ВЕР - это длинна вертикального фидера, L_ВЕР = 0, так как приемное и

передающее оборудование совмещено с антенной;

L_ГОР - это длина горизонтального фидера, L_ГОР = 0,5 м, для каждой

станции.

дБ.

Рассчитаем минимальный допустимый множитель ослабления , в дБ по формуле (4.8):

(4.8)

где = -92 дБм - это чувствительность приемника при пороговом уровне сигнала (BER = 10^-3);

где = 19 дБм - это мощность сигнала на выходе передатчика;

? = 0,043 см - это длина волны;

- это затухание в свободном пространстве;

G - это коэффициент усиления приемо-передающей антенны.

(4.9)

(4.10)

где D = 1 м - диаметр антенны.

Рассчитаем параметры сферы при оценке влияния экранирующего действия препятствия на пути.

Для этого нужно от наивысшей точки профиля интервала вертикально вниз откладывать длину, равную просвету свободного пространства H₀.

4.5 Вероятность ошибки, проскальзывание и фазовое дрожание импульсов

Вероятность ошибки р_ош вычисляется вероятностью переименования полярности информационного импульса при воздействии совокупности помех. Под воздействием совокупности помех положительные и отрицательные импульсы могут поменять свою полярность (рисунок 4.4).

Рисунок 4.4 - Изменение полярности импульсов под действием совокупности помех

Вероятность ошибки находится по формуле:

, (4.11)

где N_ош - это число переименованных импульсов за одну секунду;

N_общ - это общее количество принятых импульсов.

, (4.12)

где R - это скорость передачи информации, число информационных импульсов за 1 секунду.

Тогда, можно вывести:

. (4.13)

Проскальзывание - это означает уменьшение или увеличение числа тактовых интервалов цифрового сигнала. Проскальзывание приводит или к потере импульсов, или к появлению вставок ложных импульсов. Фазовое дрожание - это смещение информационных импульсов по времени (рисунок 4.5).

Рисунок 4.5 - Фазовое дрожание импульсов

Согласно нормам МККР в РРЛ за 10 секунд времени допускается пропадание одного импульса на скорости передачи R = 8,45 Мбит/с. И вероятность ошибки не более р_ош ? 10^-3. Вероятность ошибки, как и вероятность проскальзывания, зависит от отношения сигнал/шум при выходе из приемника.

Мощность тепловых шумов приведенных к входу приемника рассчитываем по следующему выражению:

, [Вт] (4.14)

где N_Ш - это шум-фактор входных каскадов приемника;

k -это постоянная Больцмана;

T₀ -это шумовая температура антенны;

?f -это полоса пропускания приемника в МГц.

,

, Гц

, Вт

.

Полезный сигнал (P_c) при обеспечении p_ош = 10^-3 должен быть в 20 раз больше мощности шумов на входе приемника.

4.6 Расчет коэффициента усиления цифрового СВЧ ретранслятора

Найти коэффициент усиления цифрового СВЧ ретранслятора при скорости передачи 2 Мбит/с в диапазоне частот 7 ГГц с модуляцией вида 4-ФМ и выходной мощностью 2,5 Вт. Расширение полосы приемника составляет 30%, суммарное ухудшение 3 дБ, шум-фактор приемника 7 дБ, желаемая вероятность ошибки равна 10^-6. Коэффициент усиления каждой антенны равен 30 дБ, и длина между ретрансляторами около 44,5 км. Переходные затухания и затухания при фильтрации примерно составляют 5 дБ.

По рисунку 4.6 рассчитаем требуемую величину для 4-ФМ, равную 10,7 дБ.

Применяя выражение (4.15), можно найти, что ОСШ в детекторе на 3 дБ больше, чем величина .

(4.15)

Так, искомое значение ОСШ = 13,7 дБ.



Рисунок 4.6 - Вероятности ошибок в системах с ФМ

При модуляции типа 4-ФМ плотность передачи информации равна 2 бит/с/Гц, тактовая частота равна 5 МГц, это соответствует минимальной ширине полосы. При определении коэффициента усиления системы возможно использовать выражение:

(4.16)

где SNR - это теоретическое отношение мощности сигнала к мощности шума, оно вводится при максимально допустимой вероятности ошибки;

F - это шум-фактор приемника;

B - это ширина полосы приемника;

k - это постоянная Больцмана, = 1,38х10^-23;

T_o - это эффективная шумовая температура приемника.

Для частоты несущей волны 7 ГГц, длина волны составляет 3х10⁸/7х10⁹= 0,043 м. Из выражения (3.16) можно рассчитать запас для замирания.

4.7 Разработка имитационной модели проектируемой трассы ЦРРЛ Киевка-Изенды-Щербаковское на пакете NetCracker Профессионал 4.1

В нынешнее время идет интеграция отдельных сетей: телефонной сети общего пользования (ТСОП), сети подвижной связи (СПС) и сети документальной электросвязи (СДЭ), которая называется конвергенцией. Для проектирования такой интегрированной сети встает необходимость определения законов распределения проходящего трафика, выбора устройств сети и интерфейсов между ними. Решения таких задач при проектировании еще не действующей в реальности сети, аналитически является сложным, иногда и невозможными задачами, поэтому эти задачи решают путем имитационного моделирования. Для этого при применении имитационного моделирования актуальным будет применение программы NetCracker Профессионал 4.1. На рисунке 4.7 приведена разработанная имитационная модель проектируемой трассы ЦРРЛ Киевка-Изенды-Щербаковское на основе пакета NetCracker Профессионал 4.1

Для проведения экспериментов в модели, время во всех исследованиях задавалось =10 минутам. Полученные результаты приведены на рисунках ниже: 4.8-4.12

В этой работе при моделировании технологий интегрированной сети применялись элементы управления в программе NetCracker, позволяющие выполнить моделирование разных топологий сети и определить главные характеристики интегрированной сети. При процессе настройки модели в трафике применялись разные законы распределения трафика путем выбора их и установке при выборе параметров и распределений при процессе имитации. Исследования показали, что при экспоненциальном законе распределения трафика в схеме модели отсутствуют коллизии на устройствах. Это доказывает правильность выбора параметров трафика, устройств и программных средств в модели. Чтобы модель была близка к реальности при установке серверов дополнительно к ним были установлены кроме сетевого адаптера для создания интерфейса между ними и коммутатороми программное обеспечение (Small office database server) для серверов.

Рисунок 4.7 Имитационная модель проектируемой трассы ЦРРЛ Киевка-Изенды-Щербаковское на пакете NetCracker Профессионал 4.1

Распишем полученные результаты при помощи графиков приведенных на рисунках. Рис. 4.8 показывает величину загрузки линии между PBX (3) и телефонным аппаратом (4) составляющем в среднем 73%. На рис. 4.9 величина загрузки линии между коммутатором (1) и рабочей станцией РС4 составляет 30%. Разница в загруженности между телефонной нагрузкой и передачей данных получается большая, этому могут быть причины, например, активное пользование телефонным каналом, чем создание трафика передачи данных, телефоном пользуются все сельчане.

На рис. 4.10 показан трафик данных величины загрузки линии между станцией PBX (2) и маршрутизатором составляющий 98%, рис. 4.11 показывает, что, величина средней загрузки линии между маршрутизатором (1) и коммутатором составляет 72,5%, после маршрутизатора, нагрузка уменьшилась на 28%. Это показывает, что в маршрутизаторе в следствии процессов обработки трафика проходит не вся нагрузка, за счет возникающей очереди к буферу для ее обработки. К серверу нагрузка несколько увеличивается, что видно на рис. 4.12. Увеличение трафика можно объяснить тем, что кроме потока после маршрутизатора к нему могут быть обращения от рабочих станций данной локальной сети.

Рисунок 4.8 Величина загрузки линии между PBX (3) и телефонным аппаратом (4) составляет в среднем 73%



Рисунок 4.9 Величина загрузки линии между коммутатором (1) и рабочей станцией РС4 составляет 30%

Рисунок 4.10 График величины загрузки линии между станцией PBX (2)и маршрутизатором составляет 98%

Рисунок 4.11 График величины средней загрузки линии между маршрутизатором (1), коммутатором составляет 72,5%



Рисунок 4.12 График величины средней загрузки линии между коммутатором и сервером составляет 77%

Так, приходим к выводу, что составляющая сети передача данных имеет резерв для будущего развития при увеличении уровня информатизазии в этих пунктах. Более чаще население этих пунктов используют телефонную связь. Что касаемо маршрутизатора, то он еще пока не является помехой для работы этой сети, а в дальнейшем можно заменить более быстродействующий.

телефонный сеть радиорелейный антенна

Заключение

Сейчас из-за бурного развития цифровых технологий в телекоммуникационных сетях происходит объединение каналов передачи речевых данных, и перевод их на цифровую основу. Основной современной системой связи стала цифровая сеть. Настоящая первичная сеть базируется на основе технологии цифровой передачи информации, при этом основной цифровой аппаратурой первичной сети передачи с применением в качестве среды передачи в радиоканале стали радиорелейные линии связи (РРЛ).

При выполнении дипломной работы спроектирована цифровая радиорелейная линия связи, которая отвечает требованиям качественного обслуживания по трассе Киевка-Изенды-Щербаковское при использовании оборудованием Pasolink населением данных пунктов.

При разработке этого проекта:

- была собрана общая информация о Нуринском районе, проведен анализ действующей сети в этом районе,

- проанализированы аспекты перспектив развития цифровых радиорелейных станций, кратко дано развитие радиорелейных линии связи,

- было изучено развитие и сравнение технологий радиорелейных линий и кабельных линий связи, и их классификация,

- была поставлена задача по проектированию сети, на основе изученной и проанализированной информации.

После проведенного анализа выбрано оборудование Pasolink Мх с планом распределения частот, и проведен анализ трассы Киевка-Изенды-Щербаковское на данный день.

Проведены расчетные работы:

- рассчитано количество пролетов и выбор трассы РРЛ

- по стоимости монтажа РРЛ и ее использования которое зависит от удачного выбора трассы. Из разных вариантов трассы выбирается более дешевый и удобный при эксплуатации вариант, с меньшим количеством ретрансляторов, с наибольшей длинной пролета между ретрансляторами, с наименьшими высотами антенных опор, и расположение ретрансляторов желательно около населенных пунктов. Всего получается 3 пролета (из них 2 длинной по 44,5 км и 1 длиной 23 км).

Трасса будет смонтирована зигзагообразной, так как 3 станции нельзя ставить по одной прямой. Это позволяет исключать помехи от ретрансляторов находящихся через 3 - 4 пролета.

Далее, для определения некоторых параметров для проектирования ЦРРЛ разработана имитационная модель трассы ЦРРЛ Киевка-Изенды-Щербаковское на основе пакета программ NetCracker Профессионал 4.1.

На модели проведены следующие эксперименты: определен закон распределения трафика по телефонному тракту и передачи данных. Установлено, что поток распределяется по экспоненциальному закону.

Перечень сокращений

АМТС - автоматическая междугородная телефонная станция

АТС - автоматическая телефонная станция

АТСК - автоматическая телефонная станция координатного типа

ВЛС - воздушная линия связи

ИКМ - импульсно-кодовая модуляция

ОС - оконечная станция

ОРС - оконечные радиорелейные станции

ПРС - промежуточные радиорелейные станции

ПРД - передатчик

ПРМ - приемник

РРЛ - радио-релейная линия

РРС - радио-релейная станция

РТС - радиотехнические системы

РУТ - районный узел телекоммуникаций

ССОП - сети связи общего пользования

СПД - сеть передачи данных

СПС - сети сотовой подвижной связи

ТСОП - телефонные сети общего пользования

УПИ-АОН - устройство передачи информации абонентского номера

УС - узловая станция

УРС - узловые радиорелейные станции

ЦРСЛ - цифровые радиорелейные линии связи

ЦРСС - цифровые радиорелейные системы связи

ЦС - центральная станция

SDH (Synchronous Digital Hierarchy) - синхронная дискретная иерархия

ATM (Asynchronous Transfer Mode) - асинхронный режим передачи

IP - межсетевой протокол

ISDN (Integrated Service Digital Service) - цифровая сеть с интеграцией служб

TDM (Time-Division Multiplexing) - метод временного мультиплексирования

TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) - протокол управления передачей/межсетевой протокол

Список литературы

1 Маглицкий Б.Н. Проектирование цифровых радиорелейных линий: Учебное пособие/СибГУТИ, г. Новосибирск. - 2006 г.

2 Конспект лекций по дисциплине "Спутниковые и радиорелейные системы передачи".

3 Атлас автомобильных дорог.

4 Маглицкий Б.Н. Низкочастотные цифровые радиорелейные станции/ СиБГУТИ. - Новосибирск, - 2006 г.

5 Носов В.И. Радиорелейные линии синхронной цифровой иерархии. Новосибирск, 2003. -159 стр.

6 Радиорелейные и спутниковые системы передачи: Учебник для вузов. Под ред. А.С. Немировского. - М.: Радио и связь, 1986.-392с.: ил.

7 Яманов Д.Н. Основы электродинамики и распространение радиоволн. Основы электродинамики. Тексты лекций.- М: МГТУ ГА, 2005. - 100 с.

8. Баскаков С.И. Электродинамика и распространение радиоволн: Учеб. пособие для вузов. - М: Высш. шк., 1992. - 416 с.

Размещено на Allbest.ru