Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Сети и системы радиосвязи. Учебно-методическое пособие
.pdf
где индекс 1 соответствует пролету, для которого проводится расчет, а
α
РС1
РС2
РС3
2 – соседнему (мешающему) пролету.
Т.к. обычно на каждом пролете устанавливается типовая аппаратура, то
можно принять
P
– мощность передатчика в Вт; ·G
2,1
афт2
=
, ·G2= G1, P2= P1, где ·
афт1
– коэффициент усиления антенн в
2,1
– КПД АФТ в разах;
афт2,1
разах. Значение функции F(α) определяется по графикам рис. 2.2 для
гарантированных огибающих бокового излучения антенн в заданном диапазоне
и определяемому по углу α (рис. 2.1).
Рисунок 2.1 - К определению V
обр
Обычно на ЦРРЛ используются антенны с хорошим коэффициентом
защитного действия (КЗД) и углом α большим 90о, поэтому V
не более 3 дБ.
обр
Защитное действие антенны КЗД характеризует ее способность ослаблять
помеху с частотой сигнала, приходящую с направлений под углами = + 90 …
270о, т.е. с заднего полупространства. Защитное действие антенны при = 180о
оценивают по уровню заднего лепестка Кз = g – g(180о). При других значениях
- по уровням боковых лепестков Кз() = g – g(б), где б – угол,
соответствующий максимуму бокового лепестка ДНА. По значениям Кз(б)
строят гарантированную огибающую боковых лепестков ДНА (рис. 2.2).
Рисунок 2.2 - Гарантированная огибающая бокового излучения антенны
в плоскости Е – сплошная линия, в плоскости Н – пунктирная линия
11
Антенны РРЛ, работающие по двухчастотному плану, принимают с
заднего полупространства сигнал соседней станции, который может вызвать
переходные шумы в каналах. Чтобы обеспечить незначительную мощность
этих шумов необходимы антенны, у которых КЗД >= 65 дБ.
Для определения р
на входе приемника ЦРРЛ надо знать
пор
теоретическое отношение сигнал-шум или отношение энергии, приходящейся
на один бит ЦС, к спектральной плотности мощности шума и помехи [Еб/No]
на входе приемника, которое учитывает только влияние теплового шума,
соответствующее допустимой вероятности ошибки. Это значение можно
определить по [1, с. 61, табл. 3.3].
Кроме этого надо учесть влияние межсимвольных искажений (МСИ),
которые возникают, если эффективная полоса частот приемника Пш меньше
скорости передачи. В этом случае импульсы на входе регенератора
растягиваются и влияют на прием соседних импульсов. При увеличении Пш
крутизна фронта импульса растет, но также растет и мощность теплового шума
(ТШ), поступающего на регенератор. Стараются выбрать оптимальное значение
Пш, при котором влияние ТШ и МСИ минимально. Вероятность ошибок может
увеличиваться из-за неточности установки порога срабатывания или фазы
тактовых импульсов. Существенное влияние на вероятность ошибок оказывает
выбор фильтров, стоящих в приемнике до регенератора.
Учитывают МСИ введением энергетического запаса на неидеальность
аппаратуры Δqвх, который показывает, на сколько децибел надо увеличить
отношение сигнал-шум на входе реального приемника (демодулятора), чтобы с
учетом МСИ получить ту же вероятность ошибок, что и в случае аппаратуры с
идеальными параметрами.
Отношение сигнал-шум на входе реального приемника:
q
= [Еб/No] + Δqвх, дБ. (2.21)
вх.р
Тогда р
пор
= q
вх.р
+ р
, дБ. (2.22)
ш.вх
Контрольное задание № 2 приведено в Приложении А. Исходные данные
к этому заданию приведены в Приложении Б.
3. ПОЯСНЕНИЯ К КОНТРОЛЬНОМУ ЗАДАНИЮ № 3
Сотовые сухопутные подвижные системы (ССПС) электросвязи строят
на основе частотно-территориальных планов (ЧТП). При составлении ЧТП
обслуживаемую территорию разделяют между базовыми станциями (БС). Если
на БС используется ненаправленная антенна, то граница территории, которую
обслуживает одна БС, близка к окружности, в центре которой располагается
БС (рис. 3.1а). Границы трех соседних окружностей пересекаются в одной
точке. Соединив точки пересечения окружностей, получаем шестиугольник –
12
соту, которую обслуживает каждая БС. Итак, сота - это территория,
3А
3С
3В
3
3
3 2 2
2 1 1
1
БС
БС
БС
БС
БС
1А
1А
2А
3А
1В
1В
2В
3В
3С
1С
2С
1С
Соседние группы каналов
а) регулярная б) секторная
1
обслуживаемая одной БС при всенаправленных антеннах.
Каждая БС поддерживает радиосвязь с абонентскими станциями,
находящимися в своей соте. Каждой соте присваивается частотная группа и для
всей ССПС составляется частотно-территориальный план. Во избежание
взаимных помех соседние БС работают на разных группах частот. На рис. 3.1
показаны фрагменты сотовых структур, построенных на базе кластера
размерностью 3 (Nкл = 3). Цифрами на рис. 3.1 обозначены частотные группы.
Рисунок 3.1 - Фрагменты сотовых структур
В качестве направленных антенн на БС используются секторные
антенны. Получили распространение секторные антенны с шириной главного
лепестка диаграммы направленности антенны (ДНА), равной 60, 90 или 120°.
На рис. 3.1б показаны соты с секторными антеннами при ДНА = 120°. В этом
случае сота делится на три сектора А В, С. В каждом секторе устанавливается
своя БС в центре соты. Место размещения БС получило название «сайт» (от
англ. site - местоположение). Каждая БС работает на своей частотной группе.
Частотные группы обозначены цифрами 1, 2, 3, а сектора буквами А, В, С.
На начальном этапе проектирования ССПС может использоваться
однородная модель сети.
В однородной модели сети все БС имеют одинаковые значения
эквивалентной изотропно излучаемой мощности (ЭИИМ), применяются
всенаправленные антенны с круговой ДНА, антенны расположены на
одинаковой высоте. Приняты одинаковыми условия распространения на всей
13
обслуживаемой территории, а также применяется одинаковая поляризация
волн.
Сеть, построенная на базе такой регулярной сотовой структуры,
представляет собой геометрически правильную сетку, в которой БС
расположены на параллельных прямых в вершинах одинаковых
равносторонних треугольников, называемых узлами (точки а, b, с на рис. 3.2). У
каждой БС своя зона обслуживания – круг радиусом Ro. Границы трех
соседних сот пересекаются в одной точке t.
\
Рисунок 3.2 - Фрагмент однородной модели
Основные параметры модели: _
- расстояние между узлами (соседними БС) do = ас = bc = ab = Ro√3;
- расстояние между параллельными прямыми h = 1,5∙Ro.
Три соседние окружности перекрываются в такой структуре с
минимальными площадями перекрытия 21%.
Для выбора частот в сети применяют определенные правила, благодаря
которым получают минимальные интерференционные помехи на совпадающих
частотах. Эти правила рассмотрим на примере кластера с размерностью 7
(рис. 3.3). Соединив три ближайшие БС с одинаковыми частотами, получим
треугольник совмещенного канала. Два таких смежных треугольника составят
ромб совмещенного канала (РСК), внутри которого нет БС с одинаковыми
частотами. Модель однородной сети состоит из примыкающих друг к другу
РСК с одинаковым распределением частот внутри РСК. Число узлов в РСК
равно ромбическому числу, которое в модели получило название размерности
кластера: Nкл = а2 + ab + b2, где а и b – количество параллельных прямых между
сотами с одинаковыми частотами по вертикали и горизонтали соответственно.
14
LAC4
LAC2
LAC3
LAC1
Рисунок 3.3 - Модель однородной сети с параметрами РСК: а = 1 b = 2 Nкл = 7
Основой ЧТП является кластер. Кластер образован совокупностью
соседних сот, в которых используются разные частотные группы. Частотные
группы внутри кластера не повторяются. Число таких сот в кластере называется
его размерностью. Все выделенные данной СПС частотные каналы делят
между БС, входящими в один кластер (рис. 3.4).
Рисунок 3.4 - Сотовая структура на основе кластера размерностью 7
При шестиугольной соте удобно использовать кластер размерностью 7. В
этом случае выбирают разные частотные группы в одном кластере. В
остальных кластерах сети эти частотные группы повторяются. На рис. 3.5
приведен фрагмент ЧТП для однородной сети с использованием кластера
размерностью 7.
15
Рисунок 3.5 - Фрагмент сотовой структуры из кластеров размерностью 7
В контрольном задании № 3 приведены формулы для расчета значения
сигнал-интерференция (SIR) для такой структуры. Предполагается, что АС
находится на границе центральной соты с группой частот 1. Помеху ей могут
создать соты соседних кластеров с такими же группами частот. На рисунке они
обозначены, как мешающие соты М1, М2, М3, М4, М5 и М6. Поскольку для
расчетов принята однородная модель, то вместо отношения мощности
полезного сигнала к суммарной мощности мешающих сигналов, приходящих
на границу полезной соты, можно рассчитать отношения расстояний, которые
пройдут эти сигналы, т.к. остальные параметры сигналов одинаковы (по
определению однородной модели сети). Рассчитанное значение должно
превышать допустимое с небольшим запасом, тогда можно считать, что
заданный радиус соты Rо и размерность кластера Nкл выбраны правильно.
Структуры реальных сетей могут значительно отличаться от однородных.
При наложении модели кластера на карту местности идеальная структура
шестиугольной соты может измениться, и кластеры примут вид, показанный на
рис. 3.6. Каждой соте сети присваивается номер.
16
Для кластеров рассчитывают SIR по (3.11), записывая реальные значения
для каждого j-го мешающего сигнала:
m
SIR = 10lg[( Rj )/ Ro]
j=1
n
+ kj, дБ , (3.11)
где Rj – расстояние от АС до БС мешающего сигнала; Ro – расстояние между
АС и БС (полезный сигнал); m – количество мешающих сигналов; n = 3, 4 или 5
– показатель затухания радиоволн; kj – поправочный коэффициент, учитывает
условия распространения сигнала на реальной трассе. Для SIR должна
выполняться норма: SIR q
SIR доп
.
Рисунок 3.6 - ЧТП на карте города Рисунок 3.7 - Мешающие сигналы при
секторной структуре
Для повышения SIR используют секторные антенны. В случае
использования трех секторных антенн количество мешающих сигналов
уменьшается до 3 или 2, а в случае использования шести секторных антенн до
1, что показано на рис. 3.7.
Контрольное задание № 3 приведено в Приложении А. Исходные данные
к этому заданию приведены в Приложении Б.
17
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
основная
1. Основы проектирования цифровых радиорелейных линий связи: учебное
пособие для вузов / М.А. Быховский, Ю.М. Кирик, В.И. Носов и др.; Под
ред. проф. М.А. Быховского. – М.: Горячая линия – Телеком, 2014. – 332 с.
2. Григорьев В.А., Лагутенко О.И., Распаев Ю.А. Сети и системы
радиодоступа. – М.: Эко-Трендз, 2005. – 384 с.
3. Рыжков А.Е. Системы и сети радиодоступа 4G: LTE, WiMAX /
А.Е. Рыжков, М.А. Сиверс, В.О. Воробьев, А.С. Гусаров, А.С. Слышков,
Р.В. Шуньков. – СПб.: Линк, 2012. – 226 с.
4. Сухорукова И.Ю. Физические основы спутниковой связи: учебное
пособие / МТУСИ. – М., 2004.
дополнительная
5. Спутниковая связь и вещание: справочник / Под ред. Л.Я.Кантора. – М.:
Радио и связь, 1997.
6. Маковеева М.М. Радиорелейные линии связи: учебник для техникумов.
– М.: Радио и связь, 1988.
7. Маковеева М.М., Шинаков Ю.С. Системы связи с подвижными объектами:
учебное пособие для вузов. - М.: Радио и связь, 2002. – 440 с.
8. Сомов А.М., Корнев С.Ф. Спутниковые системы связи: учебное пособие
для вузов / Под ред. А.М.Сомова. – М.: Горячая линия-Телеком, 2012.
– 244 с.
9. Сухорукова И.Ю., Тарасов С.С. Проектирование цифровых систем
спутниковой связи: учебное пособие / МТУСИ. – М., 2006.
18
ПРИЛОЖЕНИЕ А
Контрольное задание № 1 по СиСРС
Рассчитать и построить диаграмму уровней без учета дополнительных
потерь для двух участков спутниковой линии связи (СЛС)
1. Участок «вверх»
р
где а
η
ф.п.зс
приведено в исходных данных к первому заданию;
п.зс
Значение Р
логарифм подставляется в ваттах;
с.вх.кс
= 10lg(Р
п.зс
) – а
ф.п.зс
+ g
п.зс
– а
св
+ g
- потери в передающем фидере ЗС, а
приведено в исходных данных к первому заданию, значение под
п.зс
пр.кс
ф.п.зс
– а
ф.кс.пр
= -10lg(η
, дБВт , (П1.1)
), дБ. Значение
п.зс
а
- потери в приемном фидере КС, дБ. Значение а
ф.кс.пр
приведено в
ф.кс.пр
исходных данных к первому заданию;
g
– коэффициент усиления передающей антенны ЗС, дБ.
п.зс
2
g
= 10lg(2К
п.зс
испda
2
/
), дБ, (П1.2)
1
где 1 = с/f1, с = 3∙108 м/сек – скорость света, f1 подставляется в герцах, da и 1 в
формулу (П.1.2) подставляются в одних единицах измерения.
Значения da , К
g
– коэффициент усиления приемной антенны КС, дБ. Значение g
пр.кс
и f1 приведены в исходных данных к первому заданию.
исп
пр.кс
рассчитывается по (П.1.9);
а
- потери при распространении сигнала в свободном пространстве на
св
участке «вверх»:
а
= 20lg(4π∙d1/λ1) , дБ , (П1.3)
св
где d1 - наклонная дальность на участке ЗС
– КС, подставляется в метрах.
пер
Протяженность (наклонная дальность) линии связи:
d1 = √r2 + R
----------------------------------------------------------------------2
- 2∙Rз∙r∙cos φ
з
зс.п рад
∙ cosδ
1рад
, км , (П1.4)
где Rз – средний географический радиус Земли (Rз = 6371 км); Н – высота
геостационарной орбиты (Н = 35794 км); r – радиус геостационарной орбиты:
r = Rз + H , км , (П1.5)
δ1 - относительная долгота подспутниковой точки:
δ1 = δ
Значения δ
зс.п
и φ
подставляются для передающей ЗС, приведены в
зс.п
исходных данных к первому заданию. В формулу (П1.4) значения δ1 и φ
- δкс , град . (П1.6)
зс.п
зс.п
подставляются в радианах:
δ
= δ1 ∙ π /180; φ
1рад
зс.п рад = φзс.п
∙ π /180, (П1.7)
19
g
– коэффициент усиления приемной антенны КС, дБ. Чтобы его рассчитать,
пр.кс
надо сначала определить значение g
g
Значение g
– коэффициент усиления передающей антенны КС, дБ.
п.кс
рассчитывается, как:
п.кс
g
= 45 – 10 lg(а) – 10 lg(b) , дБ , (П1.8)
п.кс
п.кс
.
где а и в подставляются в градусах. Значения а и в приведены в исходных
данных к первому заданию;
g
пр.кс
= g
– 20 lg(f1 / f2) , дБ , (П1.9)
п.кс
где f1, f2 – приведены в исходных данных к первому заданию.
Значение потерь в приемном фидере КС а
первому заданию.
приведено в исходных данных к
ф.кс.пр
2. Участок «вниз»
р
где а
η
ф.зс.пр
приведено в исходных данных к первому заданию;
пр.зс
Значение Р
а
ф.п.кс
= 10lg(Р
с.вх.зс
- потери в приемном фидере ЗС, а
в ваттах приведено в исходных данных к первому заданию;
п.кс
п.кс
) – а
ф.п.кс
+ g
п.кс
– а
св↓
+ g
пр.зс
ф.зс.пр
– а
, дБВт , (П1.10)
ф.зс.пр
= -10lg(η
- потери в передающем фидере КС, дБ. Значение а
исходных данных к первому заданию;
g
Значение g
где λ2= с/f2. Значения da, К
- коэффициент усиления приемной антенны ЗС, дБ.
пр.зс
рассчитывается по формуле:
пр.зс
2
g
= 10lg(2К
пр.зс
исп
испda
и f2 приведены в исходных данных к первому
2
/
), дБ, (П1.11)
2
), дБ. Значение
пр.зс
приведено в
ф.п.кс
заданию, с = 3∙108 м/сек – скорость света, f2 подставляется в герцах, da и 2
в формулу (П1.11) подставляются в одних единицах измерения.
g
– коэффициент усиления передающей антенны КС, дБ. Значение g
п.кс
п.кс
рассчитано по формуле (П1.8);
а
- потери при распространении сигнала в свободном пространстве на
св↓
участке «вниз», дБ
а
= 20lg(4π∙d2/λ2) , дБ . (П1.12)
св↓
d2 - наклонная дальность на участке КС - ЗСпр, подставляется в метрах.
Значение d2 определяется по (П1.13) для приемной ЗС:
---------------------------------------------------------------------
d2 = √r2 + R
2
- 2∙Rз∙r∙cos φ
з
зс.пр рад
∙ cosδ
, км , (П1.13)
2рад
где Rз – средний географический радиус Земли (Rз = 6371 км); Н – высота
орбиты (Н = 35794 км); r – радиус геостационарной орбиты: r = Rз + H , км;
δ2 - относительная долгота подспутниковой точки:
δ2 = δ
- δкс , град . (П1.14)
зс.пр
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]