Расчет_РРЛ_2

Министерство образованияи науки Российской Федерации

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«КАЗАНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. А.Н. ТУПОЛЕВА-КАИ»

Методика расчета цифровых радиорелейных линий

(пособие по дипломному и курсовому проектированию)

Разработал: Карловский А.П.

Казань 2012

1

1Общие принципыпроектированиярадиорелейныхлиний

Проектирование радиорелейной линии начинается с определения требований заказчика к информационным потокам, оборудованию, предполагаемым точкам маршрута трассы, необходимому качеству связи и т.п.

Во время реального рабочего проектирования выполняются следующие этапы:

-предпроектные изыскательские работы, в ходе которых проводятся фиксация изображений объектов, определение координат, привязка к Генплану и выбор мест размещения оборудования.

-проработка трассы (камеральная) на основе полученных картографических материалов и предроектных работ, заключающаяся в топографической привязке размещения РРС и построении профилей местности.

-разработка оптимальной топологии сети или маршрута РРЛ

-выбор высоты подвеса антенн для каждого интервалаи расчет качественных показателей связи РРЛ

-разработка технологических чертежей на каждую РРС

Возможна проработка различных вариантов трассы с различной конфигурацией оборудования с целью нахождения наиболее эффективного решения, исходя из требований заказчика. Критериями эффективности могут служить стоимость развертывания и эксплуатации, меньшее число станций, наибольшая длина пролета, наименьшие высоты подвеса антенн, ширина используемого частотного диапазона, легкодоступность РРС(расположение вблизи населенных пунктов, линий электропередач).

После получения положительных результатов на всех этапах расчетов разрабатываются:

-заявки на выполнение работ поопределению электромагнитной совместимости

-заявки на выделение частот для каждого интервала РРЛ

-Санитарный паспорт накаждую РРС

Врамках курсового и дипломного проектирования рассматривается более упрощенная процедура.

2 Последовательность проектирования

1. Исходные данные.

В исходных данных содержатся требования к передаваемой информации, рекомендации по выбору рабочих частот и оборудования, месту размещения РРС. Обычно задаются конечные пункты радиолинии, а промежуточные пункты РРС необходимо выбрать из соображений удобства эксплуатации. При оценке качества связи необходимо, если это не указывается отдельно, руководствоваться существующими нормами.

На основе исходных данных производится выбор трассы, аппаратуры, высоты антенных опор, выполняется расчет показателей качествасвязи.

2. Выбор трассы и размещениеретрансляционных РРС.

2

Вначале определяют приблизительное направление трассы, для которого впоследствии строятся продольные профили пролетов, и производят расчет каждого пролета и качественных показателей для всей трассы. Могут быть заданы не только конечные точки трассы, но и промежуточные пункты, где необходим, например, ввод/вывод информации. При этом задание точек маршрута может быть как в плане рекомендаций наибольшего приближения к неким пунктам обработки информации (задается область размещения), так и в плане желательности использования имеющихся антенных опор или сооружений (конкретная точка). Возможно повторение расчетов для других вариантов трассы если не достигнуты необходимые качественные показатели, или для поиска более эффективного решения.

Частным случаем проектирования является реконструкция существующей РРЛ. В этом случае большинство параметров трассы уже заданы, и требуется, например, выполнить новые условия эксплуатации.

При выборе места расположения станций необходимо придерживаться следующих рекомендаций:

Совмещать, по возможности проектируемые станции РРЛ с действующимистанциями и узлами связи, использовать существующие антенные опоры.

Размещать РРС на господствующих высотах в максимальном соседстве с населенными пунктами, дорогами, линиями электропередач.

Соблюдать требования ЭМС с существующими спутниковыми и наземными системами, а также обеспечивать выполнения санитарных норм.

Стремиться использовать минимальное количество ретрансляционных станций, с минимальной высотой подвеса антенн.

Необходимо предусмотреть «зигзагообразность» трассы, для исключения возможности помех от станций, отстоящих друг от друга на три пролета. При невозможности выполнения этого условия, следует применять чередование частотного плана.

После определения трассы производят:

1.Построение профиля пролетов (интервалов)(2.1)

2.Анализ каждого пролета, оценка диапазона изменения рефракции и выбор высот подвеса антенн, соответствующих приблизительным свойствам пролета (преобладание риска дифракционных или интерференционных потерь) (2.2). Неправильный выбор высот подвеса антенн может привести к усложнению расчетов и получению неудовлетворительных результатов.

3.Расчет потерь всвободном пространствеи атмосфере(2.3,2.4)

4.Расчет неустойчивости из-за субрефракционных замираний (2.8)

5.Расчет неустойчивости из-за интерференционных замираний (2.9)

6.Расчет показателей качества, обусловленных интерференционными замираниями(2.10)

7.Расчет показателей качества, обусловленных влиянием дождей(2.11)

8.Расчет показателей качества, вызванных субрефракционными замираниями(2.12)

9.Расчет результирующих показателей качестваи сравнение их с нормами(2.13)

10.Оформление результатов расчетов с приведением сводной таблицы бюджета радиолинии и показателей качества.

3

2.1 Построение профиля интервала

Профиль интервала отображает вертикальный разрез местности между соседними РРС включая высотные отметки, подстилающую поверхность, деревья и строения. Для построения профиля интервала используются топографические карты. Для приблизительного построения профиля достаточно карт1:100 000, но желательно уточнение критических точек и прохождение трассы вблизи населенных пунктов с более высокой точностью ( карты до 1:10 000 или навигационные замеры на местности). На практике, для удовлетворительной точности расчетов необходимо определение критических точек с погрешностью не более 3м(для равнинной и равнинно-холмистой местности соответствует картам 1:50 000, для горной местности потребуются более точные карты).

Рисунок 1. Профиль пролета

Профили строят в прямоугольных координатах, используя для удобства параболический масштаб. Расстояния откладываются не по дуге окружности, а по оси абсцисс, а высоты по оси ординат, а не по радиусам, как в действительности. Для этого необходимо нулевой уровень (моря) отобразить в виде параболы и отсчет высот производить относительно его. Для удобства используется построение уже с учетом рефракции.

Для сложных пролетов с большим количеством картографической информации рекомендуется

Значения для различных районов РФ приведены в Приложении.

4

На карте местности соединяют прямой линией точки установки антенн соседних ЦРРС. Образованный отрезок прямой линии длиной R является картографической проекцией трассы радиорелейного интервала на поверхность земли.

Определяют длину отрезка R.

Описывают профиль местности, и заносят данные в таблицы:

измеряют расстояние от пункта установки левой антенны до точек пересечения проекции трассы с изолиниями высот. Для каждой i-й точки пересечения записывают значение расстояния

1( , ) h i

Ri и значение высоты , соответствующее -й изолинии, образующие множество значений

; i

измеряют расстояние от пункта установки левой антенны до точек пересечения проекции1 2 трассы с объектами застройки. Для каждого i-го объекта записывают значения и — расстояния от пункта

установки левой антенны до начала и конца объекта соответственно2( 1и, значение2, ) hi — абсолютную высоту объекта застройки, образующие множество значений ;

расстояния от пункта установки левой антенны до начала и конца объекта соответственно и

значение3( 1, 2,hi )— абсолютную высоту объекта растительности, образующие множество значений

;

для D1-D4.

Используя множество значений D1, наносят высотные отметки рельефа местности относительно построенного условного нулевого уровня. Далее, соединяют высотные отметки отрезками линий и строят профиль рельефа местности.

Профиль радиорелейного интервала строят, нанося на профиль рельефа местности объекты застройки, растительности и водные объекты, используя множества значений D2...D4.

Для дальнейших действий по анализу и расчету построенного профиля интервала необходимо задаться высотой подвеса антенн. Зная высоту подвеса антенн h1 и h2, проводят линию AB, соединяющую центры передающей A и приемной B антенн. Рекомендации по выбору высот

5

подвеса, в зависимости от параметров интервала, приведены в Приложении. На данном этапе зададимся приблизительными ограничениями, приведенными ниже.

Просветом H называется расстояние между линией AB и профилем пролета. Он находится графически, в наиболее высокой точке профиля пролета (1-й тип), или (и) в точке отражения (2-й). Необходимость использования двух просветов определяется тем, что величина просвета используется в расчетах условий прямой видимости (1-й) и интерференционных отражений (2-й). Чаще всего на интервале возможны либо интерференционные потери ( например, абсолютно ровная поверхность Земли)), либо дифракционные (отсутствие прямой видимости, рис. 1),но возможны варианты пролетов, где необходимо определять два просвета (как на рис. 2.)и более. Более двух определяют из-за вероятности трансформаций пролета в условиях изменения g, а также, если есть несколько точек отражения.

Рисунок 2. Профиль пролета с двумя критическими участками

Просвет считается положительным, если прямая AB проходит выше наиболее высокой точки пролета, отрицательным, если прямая пересекает профиль. Следует учитывать, что строения и лес являются непрозрачными препятствиями для используемых диапазонов волн. Отдельно стоящие деревья обычно не учитываются.

2.2 Классификацияи анализтрасс РРЛ.

Известно, что критерием того, что напряженность в точке приема соответствует (приблизительно) напряженности поля в свободном пространстве, является отсутствие экранировки препятствиями минимальной зоны ФренеляH0.

Взависимости от просвета H трассы подразделяются на:

1.Открытые, в которых ≥ 0;

Влияние рефракции приводит к трансформации профиля трассы и изменению просвета

(рис. 3).

гдеН(0) – просвет в отсутствии рефракции; ΔH(g) – изменение просвета из-за рефракции:

Для дальнейших расчетов потребуется использование относительного просвета

При построении= (g) профиля пролета рекомендуется использовать условия средней рефракции [1], т.е. (рис. 1). Очевидно, что при отрицательных значениях g ∆H (g) > 0 и просвет увеличивается, при положительных значениях g ∆H (g) < 0 , и просвет уменьшается. Наиболее значительно просвет изменяется в середине трассы. Соответственно, при изменении атмосферных условий, влияющих на текущее значение g тип пролета может меняться от открытого, до полуоткрытого и закрытого. Причем, если отдельные препятствия находится ближе к антенным опорам, при субрефракции (больших положительных значениях g) возможна существенная трансформация пролета, приводящая к изменению формы, размеров препятствия и координат вершины, определяющей просвет.

7

Рисунок 3. Трансформация трассы под воздействием рефракции

Под анализом трассы понимают оценку влияния значения g из диапазона его возможных изменений, на трансформацию пролета, при котором трасса переходит из открытой в полуоткрытую. При этом выделяют два поддиапазона, один из которых соответствует условиям, когда трасса будет открытой (поддиапазон О), другой — условиям, когда трасса не будет открытой, то есть либо полуоткрытой, либо закрытой (поддиапазон ПЗ). В большинстве случаев характеристика изменения g во времени определяется нормальным законом распределения, зависит от среднего значения и среднеквадратического отклонения эффективного вертикального градиента диэлектрической проницаемости воздуха g и σ ( рис. 4). Соответственно, вероятность попадания в определенный диапазон значений может быть легко определена. Прежде всего, с точки зрения открытости пролета, интересует область значений в сторону увеличения g.

Рисунок 4. Плотность вероятности нормального распределения g и процент попадания в интервалы, кратные σ.

8

Для анализа используется построенный профиль интервала для условия средней рефракции. Если H (g) < 0 , необходимо изменить трассу или увеличить высоту подвеса антенн. Недопустимо, даже для коротких интервалов, работа в условиях, когда они большую часть времени являются закрытыми (при среднем g), за исключением специального режима работы тропосферных РРЛ.

Если значение gГ принадлежит найденному диапазону (gН , gВ ) то оно определяет поддиапазоны О и ПЗ как (gН , gГ ) и (gГ , gВ ) соответственно.

Если значение gГ не принадлежит диапазону (gН , gВ) то:

при H (g) < H0 трасса небудет открытой, то есть принадлежит поддиапазону ПЗ;

приH (g) > H0 трасса будет открытой, то есть принадлежит поддиапазону О;

Если профиль трассы строится из условий нормальной рефракции, а требуется рассмотреть относительное изменение просвета H (∆g)= H (g) +∆H (∆g) в диапазоне допустимых значений

∆H (∆g) = − R ∆gk(1−k)

4

2.3 Расчетпотерьраспространениясигнала в свободномпространстве

Потери в свободном пространстве определяются выражением [1]

0 = 92,45 + 20 ( ) + 20 ( ), дБ (2.3.1)

Где –расстояние между антеннами ,км; -частота радиосигнала, ГГц

2.4 Расчет потерь в газах атмосферы

Для горизонтальной трассы или для слегка наклонных трасс, проходящих вблизи Земли, затухание на трассе, A, можно записать как[5]:

гдеR – длина трассы, км.

Для частот ниже 20-30 ГГц использование графика зависимости погонного затухания от частоты (рис. 5 [5]) приведет к незначительным погрешностям, по сравнению с использование сложных расчетов.

9

Рисунок 5. Зависимость погонного затухания в атмосфере от частоты

2.5 Расчет множителя ослабления на открытых интервалах

На открытых интервалах в точку приема могут приходить кроме прямой волны, также и отраженные волны, поэтому множитель ослабления имеет интерференционный характер.