Проектирование радиорелейной линии связи

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Там, где невозможно проложить кабельные линии связи, и где требуется иметь большое количество линий связи, применяют радиорелейные линии связи. РРЛС обеспечивают передачу информации на большие расстояния на территориях с самой различной пересеченностью местности. Длина одного пролета РРЛС достигает 80 км. Применяя антенны различного диаметра, и используя свойства частотных диапазонов, добиваются необходимого усиления для передачи данных на нужные расстояния.

Особые свойства, которые отличают радиорелейную связь от традиционной проводной, делают ее все более привлекательной для использования в глобальных, региональных и местных сетях передачи данных. В тех случаях, когда требуется быстрое развертывание сетей передачи данных, обслуживающих подвижных абонентов, или в районах с неразвитой связной инфраструктурой, радиорелейной связи нет альтернативы.

Многолетний опыт применения и развития радиорелейных линий связи выявил следующие достоинства: экономическая выгода, быстрота установки станций и соответственно установления связи, легкость диагностики и обнаружения неисправного оборудования, качество связи, не уступающее проводным линиям.

В данной работе необходимо произвести расчет и выбор оборудования для радио релейной линии связи, который основывается на выбранных участках местности.

1. Техническое задание

Выбрать для расчета 2 интервала линии связи разной протяженности (с протяженностью не менее заданной величины). Выбрать тип оборудования, способный работать на заданной скорости и имеющий примерно одинаковые технические параметры в этих диапазонах частот (как правило, это оборудование одной фирмы). Произвести расчет показателей качества интервалов ЦРРЛ.

Таблица 1. Исходные данные

Качество линии связи	Среднее,4 класс
Скорость работа, Мбит/с	380*8=3040
	30
Число интервалов	2

Рис.1 Блок-схема алгоритма расчета показателей качества интервала ЦРРЛ

Согласно алгоритму расчету и техническому заданию начнем производить расчёт.

2. Выбор оборудование исходя из технического задания

Из заданной скорости видно, что необходимо применить 20 стволов, выбранное оборудование позволяет это сделать.

Микран-РЛ 13Р+

Семейство ЦРРС «МИК-РЛххР+» - универсальное решение для построения как сетей плезиохронной (PDH) и синхронной (SDH) цифровых иерархий, так и сетей PDH повышенной пропускной способности (PDH+). Обеспечивает совместную передачу TDM и Ethernet трафика с возможностью гибкого перераспределения пропускной способности. Аппаратура работает в диапазонах частот от 4 до 15 ГГц, отличается высокой скоростью передачи, гибкостью конфигурирования и масштабирования.

Отличительные особенности:

· изменяемая пропускная способность 5…155 Мбит/с;

· полезная нагрузка до 48хЕ1 + Ethernet или STM-1;

· совместная передача TDM и Ethernet трафика с возможностью гибкого перераспределения пропускной способности;

· помехоустойчивое кодирование Витерби / Рида-Соломона;

· возможность программного управления шириной полосы частот радиоканала, программное переключение вида модуляции от QPSK до 256QAM, спектральная эффективность до 8 бит/с/Гц;

· адаптивная регулировка мощности передатчиков для снижения помех в сети РРС;

· модульное построение IDU с возможностью установки до 3-х сменных интерфейсных модулей;

· возможность наращивания скорости передачи в эксплуатации без замены оборудования;

· встроенный 4-х портовый коммутатор Ethernet;

· поддержка защищённых конфигураций: горячее резервирование с безобрывным переключением радиостволов и резервирование с пространственным разносом;

· повышенная грозозащищенность оборудования благодаря использованию оптоволоконного кабеля снижения;

· возможность питания приемопередатчиков от независимого источника для увеличения расстояния ODU-IDU до нескольких километров;

· универсальный протокол сетевого управления SNMP;

· компактная конструкция оборудования, простота монтажа.

Таблица 2 Технические характеристики ЦРРС МИК-РЛ1

Тип РРС МИК-РЛ	13Р+
Диапазон частот, ГГц	12,75-13,25
Рекомендация ITU-R	F.497
Дуплексный разнос, М Гц	266
Число поддиапазонов	3(н)+3(в)
Ширина поддиапазона, МГц	85
Перестройка частоты	программная в пределах поддиапазона, шаг 250 кГц
Передатчик
Тип РРС МИК-РЛ	13Р+ /
Выходная мощность, дБм, при модуляции	QPSK	+29
	16QAM	+26
	64QAM	+23
	256QAM	+21
Регулировка мощности	0…-20 дБ, с шагом 1 дБ ручная / автоматическая
Нестабильность частоты	±5 • 10 -6
Побочные излучения, дБм	-60
Приемник	13Р+
Ширина полосы спектра, МГц	28
Чувствительность приёмника, дБм, при модуляции	QPSK	-86
	16QAM	-79
	64QAM	-73
	256QAM	-67
Максимальный уровень сигнала на входе приемника, дБм, при модуляции	QPSK	-10 (КОШ ? 10-3)
	16QAM	-14 (КОШ ? 10-3)
	64QAM	-17 (КОШ ? 10-3)
	256QAM	-20 (КОШ ? 10-3)
Допустимый уровень интерференции (деградация на 3дБ), дБ по каналу, при модуляции	Канал	Совмещенный	Соседний
	QPSK	19	-3
	16QAM	26	-4
	64QAM	29	-5
	256QAM	33	-5
Остаточный коэффициент ошибок в потоке Е1	? 10-10
Динамический диапазон АРУ, дБ	? 50

Таблица 3 Функциональные возможности

Конфигурация системы	1+0, 1+1, 2+0
Автоматическое резервирование / количество частот / критерии переключения	«Горячее» / 2 пары частот / BER, Pвх, LOS, AIS, HW-alarm; «Теплое» / 1 пара частот / BER, Pвх, LOS, AIS, HW-alarm; «Пространственное разнесение» / 1 пара частот / BER, Pвх, LOS, AIS, HW-alarm
Пропускная способность, Мбит/с, при модуляции	Ширина полосы спектра, МГц	3,5	7	14	28
	QPSK	4,9	9,8	19,6	39,2
	16QAM	9,8	19,6	39,2	78,4
	64QAM	-	-	-	117,6
	256TCM	-	-	-	156,8
Полезная нагрузка	до 48хЕ1 + Ethernet / STM-1
Внешние аварии	3 входа / 3 выхода
Сетевой мониторинг и управление	ПСО «Мастер» (SNMP, Ethernet)
Кабели снижения	Кабель трафика (ППУ - модуль доступа ) - оптический одномодовый Кабель питания (ППУ - источник питания) - электрический (2х1,5 мм2 / 2х2,5 мм2 / 2х4 мм2)
Максимальное расстояниемежду МД и ППУ, м	15 000
Максимальная длина кабеляпитания ППУ, м	150 / 250 / 400 при сечении кабеля 2Ч1,5 мм2 / 2Ч2,5 мм2 / 2Ч4 мм2 и Uпит = 48 В 500 / 800 / 1200 при сечении кабеля 2Ч1,5 мм2 / 2Ч2,5 мм2 / 2Ч4 мм2 и Uпит = 60 В

Таблица 4

	Выносное оборудование (ODU)	Внутреннее оборудование (IDU)
Условия окружающей среды
Температура рабочая	-55…+50°С	+5…+45°С
Температура включения	-50...+50°С	+5...+45°С
Относительная влажность воздуха	98% при +25°С	80% при +25°С
Атмосферное давление	6х104 Па (450 мм рт.ст.)
Электропитание
Напряжение питания, В	-39…-72
Потребляемая мощность, Вт	< 60	< 25
Механические характеристики
Габариты, мм	264х370х125	480х44х240 (19", 1U)
Масса, кг	< 10	< 4

3. Расчет норм на качественный показатель и готовность ЦРРЛ

Величина нормы на коэффициент сильно пораженных секунд, % для интервала величиной 30<50 км (1.2.13)

SESRнорм=100*0.002*0.06*50/2500=0.00024%

Величина нормы на коэффициент неготовности, %, для нашего интервала (1.3.6)

Кнегнорм=100*(1.9*10^-3*50/2500+1.1*10^-4))=0.015

Вычислим К_негапп.

Таблица №5

В таблице №4 приведены данные о средней наработке на отказ блоков и устройств РРС. А также сведений о наличии резервирования и принадлежности выбранного оборудования к различным по времени восстановления группам.

Т.к. условия размещения оборудования на РРС1 и РРС2 одинаково, используем единые значения времени восстановления (с учетом подъезда). Гр1.(12ч), Гр2(5ч)

Рассчитаем общую наработку на отказ не резервируемых блоков и устройств, входящих в гр1 для РРС1.(1.4.12)

ч.

А также нерезервируемых блоков и устройств, входящих в гр2 для РРС1

Наработка на отказ резервируемых блоков и устройств. Входящих в гр1 РРС1.(1.4.13)

и средняя наработка на отказ резервируемых блоков и устройств гр.2

Значение коэффициентов неготовности для нерезервируемого и резервируемого оборудования гр1(1.4.14)

Кнегапп1(нрб)=

Кнегапп1(рб)=

Для группы блоков гр2(работающих в помещениях) (1.4.15)

Кнегапп2(нрб)=

Кнегапп2(рб)=

Результирующее значение коэффициента неготовности с учетом работы системы резервирования для РРС1 (1.4.16)

Значение коэффициента аппаратной неготовности на интервале согласно (1.4.11а)

, т.е

Т.к. устройство бесперебойного питания используется на каждой РРС, получаем:



Определим допустимое значение коэффициента неготовности, обусловленного эффектами распространения радиоволн(1.3.7)

4. Расчет потерь распространения радиосигнала в свободном пространстве

5. Расчет ослабления радиосигнала в атмосферных газах

Исходные данные:

Рассчитываем удельное ослабление радиосигнала в кислороде воздуха (7.1)



Рассчитываем удельное ослабление радиосигнала в водяном паре(7.2)

Расчет ослабления в атмосферных газах на интервале ЦРРЛ длиной 32.3км



6. Анализ и классификация трассы интервала

Выберем нашу трассу, это будет Бийск-Красный Яр-Советское.

Рис.2 трасса Бийск-Красный Яр (21 км)

рис. 3 трасса Красный Яр-Советское (11.3)

7. Профиль трассы и эквивалентный радиус Земли

Для наших интервалов нижняя и верхняя граница диапазона возможных изменений вертикального градиента определяется одной парой значений g=-10*10^-9 и у=9*10^-8

Рассчитаем эквивалентный радиус Земли(5.2)

а=637000м- радиус Земли

Таблица №6. Описание профиля трассы Бийск-Красный Яр (21км)

рельеф	застройка	лес	вода
0	178	0.071	3.735	30	3.876	6.746	20	17.58	18.13	50
0,6	185	18.307	21	30	10.7	15.38	20
1,4	195
2,3	198
3,1	195
4	187
4,8	173
5,7	170
6,6	174
7,4	192
8,3	198
9,1	204
9,6	206
10	200
10,8	193
11,7	187
12,2	195
12,5	205
13,4	215
14,2	208
15,1	185
15,9	159
16,8	129
17,6	112
18,5	123
19,3	135
20,2	138
21	145

Таблица №6. Описание профиля трассы Красный Яр-Советское (11.3км)

рельеф	застройка	лес
0	143	0.012	4,8	30	5,2	7,1	20
0,3	145	8	11,3	30
0,8	150
1,2	152
1,7	158
2,1	156
2,6	160
3	158
3,5	163
4	169
4,2	173
4,4	178
4,7	182
4,9	182
5,3	180
5,8	173
6,1	166
6,2	168
6,4	173
6,7	176
7	178
7,2	172
7,6	158
8,1	148
8,3	145
8,5	148
9	158
9,5	166
9,7	170
9,9	167
10,4	153
10,8	140
11,3	135

Анализ интервала.

Т.к. протяженность интервала составляет 32.3км, т.е. меньше 50км. Интервал попадает под действие примеч.5.5.

Т.о. верхняя граница изменений вертикального градиента диэлектрической проницаемости воздуха на данном интервале:

1/m

Видно, что интервал в условиях средней рефракции является полуоткрытым:

Т.к. , то с (5.9) определяем gг:

Найденное значение ( и определяет поддиапазоны О и ПЗ, соответственно как (и [

8. Расчет множителя ослабления

Рассчитаем множитель ослабления на открытом интервале Бийск-Красный Яр.

На интервале на высоте 50 м над уровнем моря расположен водный объект, поверхность которого может быть аппроксимирована сферой с радиусом.

Решив уравнения, получаем б1=1.89*10^-3 рад. И с помощью (6.5) определяем расстояние до предполагаемой геометрической точки отражения, м:

R1=1.89*10^-3*9347*10³=17665.83 м

Из профиля местности видно, что на данном расстоянии точка отражения будет принадлежать водному объекту и, следовательно, является геометрической точкой отражения.

Таблица №7. Характеристики точки и зоны отражения.

Параметр	Значение	Источники
k	0.84	R1/R=17665.83/21000
k(1-k)	0.1344
Hi	75	Из профиля
H0	4.659	(5.4)
r	0.32	(6.7)
X	1041	(6.18)
Y	8.571	(6.19)
Cm	-77.13	(6.20)
	0.00066	(6.12)
	0.0378

Радиус минимальной зоны Френеля, м (5.4)

Разность хода между прямым и отраженным лучами определим по 6.7

Размеры зоны, формирующей отраженную волну и имеющей форму эллипса, вдоль трассы (Х),(6.18) и в перпендикулярном ей направлении (Y) (6.19) приближенно определяются, как:



Смещение центра эллипса относительно геометрической точки отражения рассчитывается (6.20),м:

Угол скольжения (6.12)

Для количественной оценки модуля коэффициента отражения вводится понятие коэффициента расходимости (6.26):

Угол наклона нашего водного участка по отношению к плоскости отражения(6.34)



Таким образом,

Из профиля трассы определяем Х_зат=750м,

Согласно(6.35):

?Н=750+550=1300

Согласно (6.33): S=(1-1300/3850)=0.662

Т.к. зона отражения полностью попадает на водную поверхность, то согласно (6.36) p_s=1

Для левой антенны:

Для правой антенны:

Согласно (6.30),град

Т.о. Л1, Л2< Лm при этом d/л=1.6/0.023=69<100 и следовательно, для вычисления усиления антенны необходимо использовать (6.29):

Для левой антенны:

Т.е. (6.32)

Аналогично для правой антенны:

Тогда согласно (6.27) получаем:

Модуль коэффициента отражения для геометрической точки отражения, находящейся на водной поверхности, согласно (6.38) рассчитывается как

Ф=Фпл*D*S*ps*B=1*0.33*0.662*1*0.82=0.2

Множитель ослабления рассчитывается по(6.10):

При этом:

9. Расчет дифракционных потерь распространения

На трасе Бийск-Красный Яр (21км), существует 4 препятствия, причем все эти препятствия полузатеняющие, т.к. там располагается либо застройка, либо посадки (лес). Аналогичная ситуация и на трассе Красный Яр-Советское, но в этом случае 3 препятствия. Наши препятствия аппроксимируем полуплоскостью.

Таблица №8. Параметры необходимые для аппроксимирования.

Параметр	1-ое п/п	2-ое п/п	3-ое п/п	4-ое п/п	1-ое п/п(2)	2-ое п/п(2)	3-ое п/п(2)	источник
Rv	710	3876	10700	18307	120	5200	8000	Из профиля
d1	3000	2500	3100	2700	2800	3200	3000	Из профиля
d2	3000	2500	3100	2700	2800	3200	3000	Из профиля
h	3.7	-2.1	4.3	1.6	4.6	-3.5	4.5	Из профиля
v	2.812	1.652	3.215	1.28	3.619	2.832	3.42	(7.6)
LDv	21.587	16.74	22.8	14.372	23.85	21.651	23.344	(7.5)

Суммарные дифракционные потери на двух интервалах, дБ:

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

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. На диаграмме уровней видно, что сигнал излучается передатчиком с уровнем Pпд, проходит через разделительный фильтр (РФ), в котором уровень упадет за счет потерь и поступает через фидер в передающую антенну с коэффициентом усиления G1. За счет потерь в фидере Lф1 уровень сигнала еще уменьшиться, а в передающей антенне увеличится на величину G1.

При распространении сигнала по интервалу РРЛ (протяженностью R0, на рабочей частоте f) уровень сигнала упадет за счет ослабления свободного пространства, потерь в газах атмосферы и некоторых дополнительных потерь. Общее ослабление сигнала за счет этих причин может достигнуть 130-140 дБ и больше.



Рис. 4. Диаграмма уровней на интервале РРЛ

В приемной антенне уровень сигнала увеличится на величину G2, затем уменьшится в приемной фидерной линии, в разделительном фильтре и поступит на вход приемника с уровнем Pпр. Это значение получается в отсутствии замираний сигнала на пролете РРЛ.

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).

Расчет для интервала РРЛ Бийск-Красный Яр:

Уровень сигнала на входе приемника рассчитывается по формуле:

, дБм

где Рпд - уровень мощности передатчика, дБм; Lф1, Lф2- ослабление сигнала в фидерных линиях, дБ.

Аппаратура имеет моноблочную конструкцию, поэтому затухание в разделительных фильтрах (РФ) уже учтено в значениях уровней приемопередающего блока. В этом случае Lрф = 0 дБ.

Приемопередающий блок соединяется с антенной непосредственно с помощью прецизионного волноводного соединителя, поэтому в этих случаях потери в фидерах можно принять равными 0 дБ.

Lдоп - дополнительные потери, складывающиеся из потерь в антенных обтекателях Lао и потерь от перепада высот приемной и передающей антенн Lпв. (Lдоп = 1 - 2 дБ).

Потери в свободном пространстве:

дБ.

Lг рассчитывается по формуле:

Тогда уровень сигнала на входе приемника равен:

Рпр=43+34+34-141.165-0-0-2.544-0-2=-34.544дБм

В рамках курсового проекта, запас на гладкие замирания определяется при koш = 10^-3 по соотношению:

М = Pпр - Рпр пор(10^-3) = -34.544 - (-86) = 51.456дБм

где Рпр пор(10^-3) - пороговый уровень сигнала на входе приемника при коэффициенте ошибок koш = 10^-3 (определяется из параметров аппаратуры).

Расчет запаса на замирания для интервала РРЛ Красный Яр-Советское проводится в аналогичном порядке:

дБм;

Запас на замирания:

М = Pпр - Рпр пор(10^-3) = -20.152 - (-86) = 65.848 дБм.

На этом участке установим антенны диаметром 0.4 метра с коэффициентом усиления 38 дБ.

Таблица 9 Расчет показателей неготовности

Качество связи	ПНГ, %
Линии связи 4-го класса	?0.1 L = 50 км

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.

Расчет для интервала РРЛ Бийск-Красный Яр:

Погонное затухание в дождевых образованиях:

дБ/км;

J - интенсивность осадков (мм/час), и - коэффициенты, которые определяются.

Известно, что протяженность дождевых образований различная для дождей разной интенсивности. Чем сильнее дождь, тем меньшую поверхность он покрывает. Эффективная протяженность дождевого образования:

км,

где J_0.01 - интенсивность дождя, который идет в данной местности в течение 0.01% времени.

Ослабление сигнала, к которому приводит 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:

,

Расчет для интервала РРЛ Красный Яр-Советское:

км;

дБ;

.

Значения T_Д на обоих интервалах удовлетворяет нормам на ПНГ для линий связи 4-го класса.

Расчет показателей качества по ошибкам

Показатель качества по ошибкам:

Линия связи среднего качества, 4-й класс СПС?0.005%

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.

Расчет для интервала РРЛ Бийск-Красный Яр:

Вероятность появления гладких интерференционных замираний:

%,

где Kкл - климатический фактор; b, c , d - коэффициенты; Q - фактор условий земной поверхности.

Сильно-пораженные секунды:

%.

Сильно пораженные секунды представляют собой процент времени превышения величины koш = 10^-3 за 1 секунду.

Расчет для интервала РРЛ Красный Яр-Советское:

%;

%.

Заключение

Рис. 5. Результирующая диаграмма высот подвеса антенн на интервалах РРЛ

В данной расчетно-графической работе была рассчитана РРЛ среднего качества (4-й класс) «Бийск-Советское» с промежуточной станцией в Красном Яре. Результаты расчета показали, что линия связи удовлетворяет необходимым нормам: на ПНГ и на показатели качества по ошибкам (СПС).

В ходе выполнения работы мной были получены начальные навыки проектирования РРЛ. Основные моменты усвоила, такие как, построение профиля радиолинии с помощью топографической карты местности, учет всякого рода помех, климатических условий, атмосферных явлений.

Список использованной литературы

1. Построение профиля радиолинии.

2. Параметры аппаратуры.

3. ГОСТ Р 53363-2009.

радиорелейный связь атмосфера трасса

Приложение

Профиль трассы Бийск-Красный Яр (21км)

Профиль трассы Красный Яр-Советское (11.3км)

Размещено на Allbest.ru