Расчет запаса на гладкие замирания.

Спутниковые и радиорелейные системы передачи

 

 

«Расчет параметров цифровых РРЛ работающих в диапазонах частот выше 10 ГГц»

 

Выполнил:__________________

Преподаватель: Гаврилова И.И.

 

 

Санкт-Петербург

Исходные данные:

Качество линий связи	2 класс
Номер рабочего ствола
Скорость работы	16 Мбит/с
Климатический район
Длина пролета	16 км

 

Таблица высотных отметок профилей

№
k	0.0	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5	0.6	0.7	0.8	0.9	1.0
L, км		1.6	3.2	4.8	6.4		9.6	11.2	12.8	14.4
h, м

 

Таблица параметров местных предметов, располагающихся на профилях

№ МП	k1	k2	h, м	Вид МП
		0.3		Лес
	0.7	1.0		Лес

 

Выбор рабочих частот и аппаратуры.

В настоящее время освоен весьма широкий диапазон рабочих частот для целей радиосвязи. Радиорелейные линии связи строятся, как правило, в диапазонах частот, начиная с 2 ГГц. Критерием выбора диапазона РРЛ является длина пролета.

Критерием выбора аппаратуры в диапазоне является скорость работы.

Таблица 1.

Диапазон, ГГц	Диаметр антенны, м	Аппаратура
10.7 – 11.7	0.6; 1.2; 1.8	-------
12.7 – 13.2	0.6; 1.2; 1.8	-------
14.5 – 15.35	0.6; 1.2; 1.8	MINI - LINK 15MK Радиан - 15 MINI - LINK 15C MINI - LINK 15E
17.7 – 19.7	0.6; 1.2; 1.8	DMR – 18
21.2 – 23.6	0.3; 0.6; 1.2	DMR – 23 MINI – LINK 23C MINI – LINK 23E
24.5 – 26.5	0.3; 0.6	MINI – LINK 26C MINI – LINK 26E

 

Рассчитаем параметры антенно-фидерного тракта:

1) Рабочая частота:

ГГц

2) Коэффициенты усиления для приемной и передающей антенн:

, дБ,

где D – диаметр антенны, f – Рабочая частота, ГГц.

 

 

В качестве примера рассмотрим диапазон 14.2 – 15.35 ГГц и D=0.6 м:

 

ГГц

 

G = 20*lg(0.6) + 20*lg(14.925) = 36.541 дБ

 

Результат расчета для остальных диапазонов частот и диаметров антенн приведен в таблице.

Так же критерием выбора аппаратуры является коэффициент усиления, его величина должна быть не меньше 35 дБ и не больше 46 дБ. Так как при невыполнении условия сигнал либо не дойдет, либо вероятность его восприятия будет мала. Исходя из этого рассчитанные, но неподходящие коэффициенты усиления специально отмечены в таблице.

Таблица 2.

Диапазон, ГГц	f0, ГГц	Диаметр антенны, м	Аппаратура	G, дБ
14.5 – 15.35	14.925	0.6 1.2 1.8	MINI - LINK 15MK Радиан - 15 MINI - LINK 15C MINI - LINK 15E	36.54 42.5 46.08
17.7 – 19.7	18.7	0.6 1.2 1.8	DMR – 18	38.5 44.52 48.04
21.2 – 23.6	22.4	0.3 0.6 1.2	DMR – 23 MINI – LINK 23C MINI – LINK 23E	34.05 40.03 46.09

 

План распределения рабочих частот для системы РРЛ.

Приведем план распределения рабочих частот для системы РРЛ, работающих в одном из выбранных диапазонов частот. А так же расчет частоты приема и передачи для заданного ствола.

 

, рабочая частота (рассчитана ранее)

 

Для диапазона 10.7 – 11.7 ГГц:

 

f₀= 11.2 ГГц

f_пер4= f₀ + 90/2 МГц + 6*40 МГц = 11200 + 45 + 240 = 11485 МГц – частота передачи 7-го ствола

f_пр4 = f_пер4 – 530 МГц = 11485 – 530 = 10955 МГц – частота приема 7-го ствола

Рис.1 Распределение рабочих частот для системы РРЛ.

1. Расчет профиля и его построение.

Для построения продольного профиля пролета вначале строится

условный нулевой уровень Х(g)

 

,

где a - радиус Земли, a = 6.37 10⁶ м;

R_x – горизонтальная координата текущей точки относительно левого конца пролета;

R_j – длина пролета в м.

g- вертикальный градиент диэлектрической проницаемости(сопротивление среды)

- среднее значение градиента

g1- значение градиента при субрефракции.

 

После этого на профиле относительного нулевого уровня откладываются высотные отметки местности заданные в исходных данных.

 

1) Профиль в отсутствии рефракции.

- условный нулевой уровень

м

Результаты расчета нулевого уровня для остальных горизонтальных координат приведены в таблице.

 

2) Профиль при субрефракции.

Для заданного 4-го климатического района находим среднее значение и стандартные отклонения Ϭg вертикального градиента диэлектрической проницаемости g для различных сезонов из таблицы 3.1 [2].

 

Для каждого сезона определим соответствующее стандартное отклонение параметра g при субрефракции в зависимости от длины пролета R_j.

, 1/м при R_j < 50 км;

где = 0.7 (зависит от длины пролета и определяется по рис3.1 [2]).

 

Для каждого сезона вычислим величину g для области субрефракции

g ₁= + 4.6 Ϭ g (R_j), 1/м.

Затем выбираем наибольшее из полученных g (при наибольшем значении происходит наибольшее закрытии трассы, что приводит к уменьшению устойчивости связи на приеме), и на основе его рассчитывается условный нулевой уровень Х при субрефракции.

 

Пример расчета:

, 1/м

 

, 1/м

Выбрав наибольшее значение g1 (g1=70.69∙10^-8 результаты указаны в таблице), рассчитываем нулевой уровень.

м

Таблица полученных значений

	, 1/м	Ϭg, 1/м	Ϭg(Rj), 1/м	g1, 1/м
Летние месяцы	-8∙10-8	8.5∙10-8	15.32∙10-8	62.47∙10-8
Зимние месяцы	-7∙10-8	5∙10-8	10.46∙10-8	41.12∙10-8
Март, Октябрь, Ноябрь	-7∙10-8	9.5∙10-8	16.89∙10-8	70.69∙10-8

 

 

Rx, км	1.6	3.2	4.8	6.4		9.6	11.2	12.8	14.4
X (g1)	5.88	10.45	13.72	15.68	16.33	15.68	13.72	10.45	5.88
X (g=0)	1.8	3.2	4.22	4.82		4.82	4.22	3.2	1.8

 

Полученный результат построения профиля без рефракции и с субрефракцией представлен в таблице и на рисунках 2 и 3.

 

k	0.0	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5	0.6	0.7	0.8	0.9	1.0
L, км		1.6	3.2	4.8	6.4		9.6	11.2	12.8	14.4
H, м
hлес,м					-	-	-
Без рефракции
H(g=0)		31.8	43.2	54.2	44.82		24.82	24.22	23.2	31.8
H,м		51.8	63.2	79.2				54.22	53.2	61.8
С субрефракцией
H(g1)		35.88	50.45	63.72	55.68	56.33	35.68	33.72	30.45	35.88
H		60.88	75.45	88.72				63.72	60.45	65.88

 

 

Критерием высот подвеса антенн является первая зона Френеля, которая откладывается от наивысшей точки на профиле.

м

где R₀ –протяженность пролета в км, f – рабочая частота, ГГц,

k – относительная координата наивысшей точки на трассе.

 

Зная наивысшую точку (k=0.3) найдем зону Френеля для f = 14.925 ГГц:

м.

Отложим ее на графике и найдем высоты подвеса антенн (рис.2 и рис.3).

 

 

 

1. Расчет уровней сигналов на интервале РРЛ.

Качество работы линии связи, определяется уровнем сигнала на входе приемника Рпр и возможными отклонениями этого уровня при замираниях

Изобразим диаграмму уровней (рис.4), которая показывает, что сигнал излучается передатчиком с уровнем Рпд, 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 Ro, на рабочей частоте f) уровень сигнала упадет за счет ослабления свободного пространства, потерь в газах атмосферы и некоторых дополнительных потерь. 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 Рпр. Это значение получается в отсутствии зами­раний сигнала на пролете РРЛ. Запас на замирания (М) являет­ся разницей между пороговым значением уровня сигнала на входе приемникаРпр и пороговым значениемРпр пор, которое определяется из параметров конкретной аппаратуры цифровых РРЛ для заданной величины ko (10^-3).

 

 

Рпд РФ Lф1 G1-(Ro)-G2 Lф2 РФ Рпр

 

Уровень сигнала на входе приемника равен:

Рпр=Рпд+G1+G2-Lo-Lф1-Lф2-Lг-Lрф-Lдоп, дБ

где Рпд - уровень мощности передатчика,

G1, G2 - коэффициенты усиления приемной и передающей антенн (значения в табл)

Lo- ослабление сигнала в свободном пространстве,

Lф1;Lф2 -ослабление сигнала в фидерных линиях,

Lг - ослабление сигнала в атомах кислорода и молекулах воды, имеющейся в составе атмосферы,

Lрф - ослабление сигнала в разделительных фильтрах,

Lдоп - дополнительные потери, складывающиеся из потерь в антенных обтекателях Lao и потерь от перепада высот прием­ной и передающей антенн Lпв

Lдоп=Lао+Lпв,

Lo=20∙lg(4.189∙10⁴∙Ro∙f)= 20∙lg(4.189∙10⁴∙16∙14.925)=140, дБ

Результаты для остальных значений Lo от рабочей частоты представлены в таблице.

Lф₁= Lф₂=l∙α=26∙0.07=1.82 дБ

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). В этих случаях величина потерь Lрф = 0

Lг= определяется с учетом атмосферных потер, расчет которых приводится далее.

Lдоп = 1.5 дБ.

 

Пример расчета Рпр представлен в главе 6, а результаты в итоговой таблице.

Расчет запаса на гладкие замирания.

К гладким относятся интерференционные замирания, не из­меняющие частотную характеристику цифрового ствола. Запас на гладкие замирания

 

М(10^-3)=Рпр –Рпр пор(10^-3), дБ

 

где Рпор(10^-3) - пороговый уровень сигнала на входе приемника при ko = 10^-3 (определяется из параметров аппаратуры по таблице в приложении [1]).

Результат расчета в итоговой таблице параметров аппаратуры.