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
fпер4= f0 + 90/2 МГц + 6*40 МГц = 11200 + 45 + 240 = 11485 МГц – частота передачи 7-го ствола
fпр4 = fпер4 – 530 МГц = 11485 – 530 = 10955 МГц – частота приема 7-го ствола
Рис.1 Распределение рабочих частот для системы РРЛ.
- 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;
Rx – горизонтальная координата текущей точки относительно левого конца пролета;
Rj – 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 Rj.
, 1/м при Rj < 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 (Rj), 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).
- 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.