Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Сети и системы радиосвязи. Учебно-методическое пособие
.pdf
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ
Ордена Трудового Красного Знамени федеральное государственное
бюджетное образовательное учреждение высшего образования
Московский технический университет связи и информатики
Кафедра систем и сетей радиосвязи и телерадиовещания
Скородумов А.И., Сухорукова И.Ю.
Учебно-методическое пособие
по дисциплине
Сети и системы радиосвязи
для студентов-заочников 5 курса
(направление 11.03.02 - Инфокоммуникационные технологии и системы
связи
профиль подготовки - Сети связи и системы коммутации
квалификация (степень) выпускника бакалавр)
Москва 2018
УДК 621.396.6
Скородумов А.И., Сухорукова И.Ю. Сети и системы радиосвязи:Учебно-
методическое пособие. / МТУСИ.- М., 2018.- 33 с.
Издание утверждено на заседании кафедры. Протокол №7 от 16.03.2018
Рецензент: С.С. Тарасов
© Московский технический университет
связи и информатики, 2018
ВВЕДЕНИЕ
СЛ
СЛ
Ствол (линейный тракт)
Канал передачи
Источник
сообщений
Канало
оборудование
Оконеч
но
Оконечное
ние
Получатель
сообщений
Оконечное
ние
Канало
оборудование
Как показывает опыт развития линий передачи информации,
радиорелейные, кабельные, волоконно-оптические, подвижные и спутниковые
линии связи не вытесняют друг друга, а сосуществуют на обширном рынке
телекоммуникационных средств связи.
Система связи, в которой основные задачи передачи сообщений
решаются с использованием радиоволн, называется системой радиосвязи.
Несмотря на большое разнообразие систем радиосвязи (СРС), основные
принципы их построения являются общими. На рис. В.1 приведена обобщенная
структурная схема СРС.
образующее
и групповое
оборудова-
оборудова-
образующее
и групповое
Рисунок В.1 - Обобщенная структурная схема СРС
Для формирования радиосигнала и передачи его на расстояние
посредством радиоволн используются различные радиосистемы связи.
Радиосистема связи представляет собой комплекс радиотехнического
оборудования и других технических средств, предназначенный для
организации радиосвязи в заданном диапазоне частот с использованием
определенного механизма распространения радиоволн. Вместе со средой
(трактом) распространения радиоволн радиосистема связи образует линейный
тракт или ствол. Оборудование ствола располагается на оконечных и
ретрансляционных станциях.
Подавляющее большинство СРС является многоканальным. Обычно
используют частотное, временное или кодовое разделение сигналов в
сочетании с цифровыми методами обработки сигналов.
По диапазону используемых радиочастот или радиоволн СРС
работают в метровом 1 … 10 м (соответственно 30 … 300 МГц) - очень
высокие частоты (ОВЧ), дециметровом 10 … 100 см (соответственно
300 … 3000 МГц) - ультравысокие частоты (УВЧ) и сантиметровом 1 … 10 см
(соответственно 3 … 30 ГГц) - свервысокие (СВЧ).
Распределение полос частот проводится международным союзом
электросвязи (МСЭ или ITU) на всемирных административных конференциях
по радиосвязи (ВАКР или WAKR). Основным документом ВАКР является
Регламент радиосвязи. Таблица распределения частот Регламента радиосвязи
3
содержит записи полос частот для использования определенными
участок
ПРС
УРС
ПРС
ОРС
ОРС
ПРС
. . .
. . .
. . .
пролет
ОРС
ОРС
ОРС
ОРС
ПРС
ПРС
ОРС
ПРС
ПРС - В
ОРС
Рисунок В.3 - Радиальная конфигурация РРЛ
радиослужбами в пределах от 9 кГц до 275 ГГц. В 1977г. на ВАКР приняты
ныне действующие полосы частот.
По характеру используемого физического процесса в тракте
распространения радиоволн различают:
- радиорелейные линии (РРЛ) прямой видимости - распространение
радиоволн в тропосфере в пределах прямой видимости (рис. В.2).
50 … 70 км
Рисунок В.2 - Цепочка РРЛ прямой видимости
РРЛ прямой видимости обычно образуются цепочкой ретрансляторов
обычно на расстояниях, не превышающих 50 … 70 км, причем антенны станций
находятся в прямой видимости, а вся РРЛ может состоять из 100 и более
ретрансляторов.
Для внутризоновых РРЛ возможна радиальная конфигурация,
представленная на рис. В.3.
- тропосферные радиолинии (ТРЛ) - дальнее тропосферное
распространение радиоволн за счет их рассеяния и отражения в нижней
4
области тропосферы, причем станции расположены за пределами прямой
150 …. 700 км
ИСЗ
ЗС1
ЗС2
до 15000 км
Рисунок В.5 - СЛС
видимости (рис. В.4).
Рисунок В.4 - ТРЛ
- спутниковые системы передачи (ССП) – работают по принципу прямого
распространения радиоволн в атмосфере с ретрансляцией их бортовым
ретранслятором (БР) искусственного спутника Земли (ИСЗ). Спутниковая
линия связи (СЛС), состоящая из двух участков (участка «вверх» и
участка «вниз»), приведена на рис. В.5.
Кроме перечисленных СРС большую роль в нашей жизни играют
системы сотовой мобильной связи. Организация связи по сотовому
принципу была реализована на аппаратном уровне в 70-х годах ХХ века.
Продолжает развиваться и совершенствоваться в настоящее время
технология доступа, применяются современные методы модуляции и
кодирования сигнала, но основные принципы организации сотовой связи,
в принципе, остаются такими же.
5
81оюш
81осш
1. ПОЯСНЕНИЯ К КОНТРОЛЬНОМУ ЗАДАНИЮ № 1
Среди круговых орбит в настоящее время наиболее широко используют
геостационарную орбиту (ГСО), которой называют круговую синхронную
орбиту, расположенную в плоскости экватора. При этом спутник вращается
вокруг центра Земли с угловой скоростью, равной по величине и направлению
скорости вращения Земли вокруг своей оси, для чего высоту орбиты выбирают
равной 35875 км. Период обращения такого спутника, называемого
геостационарным, примерно 24 часа. Спутник кажется неподвижным для
наблюдателя с Земли. Такой спутник позволяет обеспечить круглосуточную
связь при постоянной ориентации антенн. Большая высота ГСО позволяет
обслуживать большую территорию, равную примерно 1/3 поверхности Земли
(рис. 1.1), но из-за расположения спутника в плоскости экватора в северных
широтах он виден лишь под малыми углами места. При малых углах места
требуется повышенный энергетический потенциал линии связи, т.к. при этом,
во-первых, увеличивается длина пути сигнала, проходимого радиоволнами
через толщу атмосферы, что увеличивает затухание; во-вторых, происходит
увеличение шумовой температуры приемной установки ЗС за счет теплового
излучения Земли, принимаемого боковыми лепестками диаграммы
направленности антенны (ДНА); в-третьих, при малых углах места необходимо
считаться с экранирующим действием рельефа местности, высотой строений и
деревьев. Такое положение делает затруднительным использование
геостационарного спутника для территорий, расположенных за пределами 75о
Северной или Южной широты.
42164 км N
17,3о
S
Рисунок 1.1 - Зона видимости геостационарного ИСЗ
Диаметр антенны da оказывает решающее влияние на размеры,
коэффициент усиления и стоимость ЗС. В отличие от антенн космических
станций (КС), ДНА которых должна быть "согласована" с обслуживаемой
территорией, антенны ЗС не имеют таких ограничений. Чем больше размер
антенны ЗС, тем в большей степени она может "преодолеть" ослабление
сигналов на трассе и обеспечить большую пропускную способность системы в
целом. Для антенн КС коэффициент усиления определяется шириной главного
6
лепестка ДНА в двух взаимно перпендикулярных плоскостях θа и θв. КС может
иметь несколько антенн, работающих на прием и передачу, а также может
использовать одну приемопередающую антенну. Для расчетов в задании
выбран вариант с использованием одной приемопередающей антенны. При
определении бюджета радиолинии (в данном случае бюджета СЛС) важно
знать уровень мощности на входе приемника. Его определяют по формуле
(П1.1) и (П1.10) в зависимости от участка СЛС.
Протяженность (наклонная дальность) линии связи определяется по
формулам (П1.4) и (П1.13) с учетом координат ЗС на поверхности Земли и
положения КС на ГСО (подспутниковой точки).
На СЛС возникают суммарные потери а
основные а
дополнительные а
, зависящие от диапазона частот и наклонной дальности, а также
осн
доп
.
а
сум
= а
осн
+ а
, дБ, (1.1)
доп
, которые разделяют на
сум
где основные потери рассчитывают по формуле для расчета потерь в свободном
пространстве П1.3) и (П1.12). В контрольном задании при расчётах
учитываются только основные потери.
В диапазонах частот, выделенных для спутниковых систем связи (ССС),
дополнительные потери обусловлены влиянием атмосферы, которое
проявляется в виде ослабления (поглощения) радиоволн в тропосфере и
ионосфере, искривления траектории радиолуча из-за рефракции, изменения
формы и вращения плоскости поляризации радиоволн, появления фазовой
дисперсии сигналов и потерь из-за неточности наведения антенн ЗС на ИСЗ.
Таким образом, а
а
складываются из:
доп
доп
= а
() + ад(,t) + ап + ан + ар + аф , дБ, (1.2)
атм
где а
() - потери из-за поглощения волн в спокойной атмосфере;
атм
ад(,t) - потери из-за поглощения сигнала в осадках;
а
- потери из-за несогласованности поляризаций антенн;
п
ан - потери из-за неточности наведения антенн;
ар - потери из-за рефракции;
а
- потери из-за эффекта Фарадея.
ф
Наиболее существенны потери из-за поглощения сигнала в осадках. В
зависимости от диапазона частот и процента времени наблюдения эти потери
могут достигать значения десятков децибел.
Контрольное задание № 1 приведено в Приложении А. Исходные данные
к этому заданию приведены в Приложении Б.
7
2. ПОЯСНЕНИЯ К КОНТРОЛЬНОМУ ЗАДАНИЮ № 2
В реальных условиях распространения мощность сигнала на входе
приемника РРЛ отличается от значения, рассчитанного только для потерь в
свободном пространстве с учетом влияния земной поверхности и тропосферы.
Учитывают это влияние с помощью множителя ослабления поля свободного
пространства:
V(t) = Ep / Eo или v(t) = 20lg[V(t)] , дБ . (2.1)
Множитель ослабления показывает, во сколько раз напряженность поля в
точке приема в реальных условиях Ер меньше, чем напряженность поля в той
же точке при распространении сигнала в свободном пространстве Ео.
При реальных условиях распространения сигнала мощность сигнала на
входе приемника:
Рс.вх = Ро∙V2(t) , Вт. (2.2)
Здесь Ро - мощность сигнала на входе приемника без учета V(t).
Ро = Р
пд Gпд ηпд Gпр ηпр
λ2 / 16π2R
2
, Вт, (2.3)
где Vo2 = λ2 / 16π2R2 – ослабление радиоволн в свободном пространстве.
Обратную величину А
= 1/Vо
о
2
называют основными потерями при
распространении сигнала в свободном пространстве (в разах). В децибелах
ао = 20lg(4πR/λ), дБ.
Уровень мощности сигнала на входе приемника для реальных условий:
р
= 10lg(Рпд) – а
с.вх
+ gпд – ао + V(t) + gпр – а
ф.пд
, дБВт. (2.4)
ф.пр
Поскольку состояние тропосферы непрерывно меняется, то и значение
множителя ослабления V(t) меняется во времени. Допускается изменение
множителя ослабления в течение % времени каждого месяца (обычно худшего
по климатическим условиям), для которого допустимо превышение
среднеминутной мощности шума.
2
V
V
V
2
2
= 1 или v
(50%)
= 0,25 или v
(20%)
2
= V
(0,1%)
или v
min
(50%)
(20%)
= 0 дБ;
= -6 дБ;
= v
(0,1%)
min
дБ.
Считают, что случай глубоких замираний, при которых V(t) падает до
значения V
остальных пролетах V(t) = V
возможен только на одном пролете РРЛ. В этом случае на всех
min
2
(50%)
= 1 или v
(50%)
= 0 дБ.
8
Расчет Vmin в ТФ стволе
Минимально допустимое значение множителя ослабления v
min.тф
– это
такое значение v(t) на пролете, при котором на конце РРЛ в ТНОУ мощность
шума в ТФ канале не превышает допустимого значения.
v
= 44 – kтф +а
min.тф
, дБ , (2.5)
сум
где а
= асв + а
сум
афт.п
+ а
– gп –gпр , дБ, (2.6)
афт.пр
ао = 20lg(4πR/λ), дБ. (2.7)
Коэффициент системы ТФ ствола Ктф показывает отношение мощности
сигнала Ро = 1 мВт к мощности теплового шума в верхнем телефонном канале
Рт(1) при условии, что ослабление сигнала на пролете не учитывается:
Ктф = Ро / Рт(1) при Рс.вх = Рп и Ро = 1 мВт, (2.8)
Ктф = k To ΔF1 Pп / Ш ( Fв / Δfк )2 . (2.9)
Подставив значения постоянной Больцмана k = 1,38∙10
-23
Вт/Гц К;
температуры окружающей среды, выраженной по шкале Кельвина То = 290 …
300 К; полосы одного канала ТЧ ΔF1 = 3100 Гц и перейдя к децибелам,
получим:
kтф = 10lg(Kтф) = 175,56 +рп – nш + 20lg(Δfк /Fв), дБ. (2.10)
Максимально допустимое значение мощности шумов, вносимое пролетом РРЛ
при глубоких замираниях на нём, определяется, как:
47500 – 7500 = 40000 пВтО,
где 47500 пВтО – максимально допустимое значение мощности шумов в конце
РРЛ в верхнем канале МТС, 7500 – максимально допустимое значение
мощности тепловых шумов, допустимое на одном пролете РРЛ. Уровень этой
мощности, отнесённый к 1мВт, будет:
р
= 10lg( Рт.мах / Ро) = - 44 дБ. (2.11)
т.мах
В ТНОУ уровень мощности ТШ в верхнем ТФ канале будет:
pт(1) = - kтф + а
Если выразить из этой формулы v
,то получим расчетную формулу (П2.6).
min.тф
– 20lgV(t), дБм. (2.12)
сум
9
Расчет Vmin в ТВ стволе
Минимально допустимое значение множителя ослабления v
min.тв
– это
такое значение v(t) на пролете, при котором на конце РРЛ отношение сигналшум в канале изображения не ниже 49 дБ.
где а
v
рассчитывается по (П2.1), используя (П2.2) и (П2.3).
сум
= 49 – kтв +а
min.тв
, дБ , (2.13)
сум
Коэффициент системы ТВ ствола показывает отношение в канале
изображения сигнала изображения u
и визометрического теплового шума,
с
вносимого приёмником одного пролёта uт, при условии, что ослабление сигнала
между передатчиком и приёмником не учитывается:
kтв = 20lg (uc / uт), дБ при Рс.вх = Рп (2.14)
Ктв = 3 Рп Δfр.с2 / кв2 Ш k To Fв3. (2.15)
Вычислив 10lg(3 Δfр.с2 / кв2 k To Fв3) = 158.4, получим:
kтв = 10lg(Ктв) = 158,4 + рп – nш, дБ. (2.16)
Минимально допустимое значение множителя ослабления v
Расчет Vmin в ЦФ стволе
min.цф
– это
такое значение v(t) на пролете, при котором мощность сигнала на входе
приемника не ниже порогового значения, рассчитанного с учетом
межсимвольных искажений для заданной вероятности ошибок.
При учете приема мешающего сигнала с обратного направления, которое
имеет место в случае использования двухчастотного плана, минимально
допустимый множитель ослабления в ЦРРЛ рассчитывается, как:
v
min.цррл
= v
min.цф
+ Δv
, дБ, (2.17)
обр
где v
а
рассчитывается по (П2.1) с использованием (П2.2) и (П2.3).
сум
V
можно рассчитать:
обр
V
min.цф
= 7.5·10-3(19.3+9lgM + q)
обр
= р
– 10lg(Рп) + а
пор
, дБ, (2.18)
сум
2.5
, дБ, (2.19)
где М – число уровней манипуляции;
q = F(α)·(R1/R2)2·[(
афт2G2P2
) / (
афт1G1P1
10
)], дБ, (2.20)
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]