Радиорелейная линия Мангыстау - Жармыш на аппаратуре NERA

Одним из основных видов современных средств связи является радиорелейные линии прямой видимости, которые используются для передачи сигналов многоканальных телефонных сообщений, радиовещания, телевидения, телеграфии и фототелеграфии, газетных полос. Все виды сообщений передаются по РРЛ на большие расстояния с высоким качеством и большой надёжностью.

При проектировании РРЛ необходимо выбрать оптимальный вариант трассы, где высота подвеса антенн оптимизированы и выбрана такая совокупность высот для которой затраты будут минимальными, а устойчивость связи и качественные показатели, как можно лучше.

1. Техническое задание

Рассчитать трассу РРЛ в Мангистаусской области в направлении запад – восток в диапазоне 8 ГГц на аппаратуре NL245 OC/1-PPC-183.

Диапазон частот, ГГц 7,9 – 8,4

Пороговое значение мощности полезного сигнала на входе приемника,

при котором вероятность ошибок составляет 10^-3, дБ -110

Диаметр антенны, м 1,2

Коэффициент усиления антенны, дБ 39

Вариант трафика Е1

Конфигурация системы одноствольная с холодным резервом (1+1)

Вид модуляции дифференциальная фазовая манипуляция QPSK (4PSK)

2. Выбор трассы РРЛ

При выборе трассы РРЛ необходимо выполнить следующие требования:

1. Удобство в эксплуатации (наличие дорог, источников электропитания и т.д.)

2. Трасса должна быть зигзагообразной для защиты от внутрисистемных помех

3. Окупаемость капитальных вложений за счёт экономической эффективности

4. Требования гражданской обороны

Выбираем трассу Мангыстау - Жармыш с ответвлением в Беки.

Пролет 1 Мангыстау – Баянды ОРС-1 - ПРС-2 - 18 км

Пролет 2 Баянды – Большой Эмир ПРС-2 - ПРС-4 - 25 км

Пролет 3 Большой Эмир – Разъезд №15 ПРС-3 - ПРС-4 - 25 км

Пролет 4 Разъезд №15 – Шетпе ПРС-4 - УРС-5 - 30 км

Пролет 5 Шетпе – Жармыш УРС-5 - ОРС-6 - 28 км

Пролет 6 Шетпе – Беки УРС-5 - ОРС-7 - 30 км

Общая длина трассы – 156 км

Максимальная длина пролета – 30 км

Минимальная длина пролета – 18 км

Средняя длина пролета – 26 км

Всего станций на трассе – 7 станций: 3 ОРС; 3 ПРС; 1 УРС.

2. Частотный план

Дуплексный разнос Tx – Rx = 266 МГц

Разнос между стволами Tx – Rx = 28 МГц

Рис.1 Распределение частот на трассе РРЛ

Применяем четырёхчастотный план. Поляризацию выберем после расчёта ухудшения связи из-за дождя.

2. Построение профилей пролетов

Определяем радиус кривизны Земли:

, где

Ro – длина пролёта;

a = 6370 км – Радиус Земли;

k – координата текущей точки.

k = Ri/Ro;

Ri = Ro/2;

k = 0,5

Пролет 1

Пролет 2, 3

Пролет 4,6

Пролет 5

2. Выбор высот подвеса антенн

Параметры статического распределения вертикального градиента диэлектрической проницаемости тропосферы для Прикаспийских районов Средней Азии

g = -11∙10^-8 δ = 11 ∙ 10^-8 при Ro< 50 км

δRo = (10 ∙ 10^-8 + g/3,1)( - 1) + , где y находим по рис. П. 21 (Л.2)

Ro = 18 км

δ18 = (10 ∙ 10^-8 -

δ25 = (10 ∙ 10^-8 -

δ28 = (10 ∙ 10^-8 -

δ30 = (10 ∙ 10^-8 -

Из профиля находим относительную координату препятствия для определения радиуса минимальной зоны Фринеля

K = , где Ri – расстояние до препятствия

Рассчитаем приращение просвета за счет рефракции, существующие в течении 80% времени

Рассчитаем радиус минимальной зоны Френеля

, где λ- длинна волны, м.

Рассчитаем просвет на пролете в отсутствии рефракции:

Пролет 1 к = 0,5

Ho = 7,48 – (-1,17) = 8,65м.

Пролет 2 к = 15/25 = 0,6

Ho = 8,66 – (-1,41) = 10,07 м

Пролет 4 к = 12/30 = 0,4

Ho = 9,48 – (-1,35) = 11,83 м

Пролет 3 к = 0,5

Ho = 8,83 – (-1,46) = 10,29 м

Пролет 5 к = 19/28=0,67

Ho = 8,79 – (-1,3) = 10,09 м

Пролет 6 к = 26/30=0,86

Ho = 6,7 – (-0,67) = 7,37 м

Пролет 1. Откладываем три луча и получаем:

h1 = 22,5 м; h2 = 30 м; h1 + h2 = 52,5 м

h1 = 28 м; h2 = 28 м; h1 + h2 = 56 м

h1 = 20 м; h2 = 30 м; h1 + h2 = 50 м

h1 и h2 –высоты подвеса антенн по соответственно передающей и приемлемой станцией.

Выбираем вариант h1 = 20 м; h2 = 30 м.

Пролет 2.

h1 = 60 м; h2 = 35 м; h1 + h2 = 95 м

h1 = 67,5 м; h2 = 28 м; h1 + h2 = 93,5 м

h1 = 64 м; h2 = 25 м; h1 + h2 = 25 м

Выбираем вариант h1 = 64 м; h2 = 25 м.

Пролет 3.

h1 = 23 м; h2 = 10 м; h1 + h2 = 33 м

h1 = 15 м; h2 = 15 м; h1 + h2 = 30 м

h1 = 13 м; h2 = 22 м; h1 + h2 = 35 м

Выбираем вариант h1 = h2 = 15 м.

Пролет 4.

h1 = 112 м; h2 = 40 м; h1 + h2 = 152 м

h1 = 119 м; h2 = 34 м; h1 + h2 = 153 м

h1 = 127 м; h2 = 20 м; h1 + h2 = 147 м

Выбираем вариант h1 = 127 м; h2 = 20 м.

Пролет 5.

h1 = 34 м; h2 = 30 м; h1 + h2 = 64 м

h1 = 42 м; h2 = 23 м; h1 + h2 = 65 м

h1 = 49 м; h2 = 20 м; h1 + h2 = 69 м

Выбираем вариант h1 = 34 м; h2 = 30 м.

Пролет 6.

h1 = 30 м; h2 = 20 м; h1 + h2 = 50 м

h1 = 45 м; h2 = 17 м; h1 + h2 = 62 м

h1 = 60 м; h2 = 15 м; h1 + h2 = 75 м

Выбираем вариант h1 = 30 м; h2 = 20 м.

Методом оптимизации выбираем высоты подвеса антенн. Окончательный выбор после расчёта времени ухудшения связи из-за рефракции радиоволн.

6. Расчет запаса на замирание

, где

SG - коэффициент системы;

Gпер , Gпр - коэффициенты усиления передающей и приемной антенн соответственно;

2ή ≈ 5 дБ – КПД АФТ

L0 – затухание радиоволн в свободном пространстве;

, где f (МГц), d (км)

Пролет 1.

Пролет 2,3

Пролет 4,6

Пролет 5

7. Расчет времени ухудшения связи из-за дождя.

Казахстан относится к зоне Е, для которой интенсивность осадков R0,01=22 мм/час.

Коэффициент регрессии для оценки затухания для частоты 8 ГГц в зависимости от поляризации волны:

άH = 1,327 Kн = 0,00454

άv = 1,31 Кv = 0,00395

Опорное расстояние:

do = 35(exp(-0,015 R0,01) = 35 е^-0,015∙22 = 25,16 км

Коэффициент уменьшения:

Эффективная длинна трассы dэ = r Ro

Учитывая затухания в дожде в зависимости от поляризации волны:

Затухание, которое превышает для 0,01% времени:

Время в течении которого дождь вызовет затухание больше запаса на замирание

Пролет 1 Вертикальная поляризация

Проверяем величину , заменяем на 0,155 чтобы под корнем не было мнимого числа, тогда получится:

Проверяем горизонтальную поляризацию:

По величине A0,01 определяем, что поэтому T=10^-6 %

Пролет 2,3 Вертикальная поляризация

A0,01=0,22∙12,5=2,75дБ

Пролет 4,6 Вертикальная поляризация

A0,01=0,22∙13,5=2,97дБ

Пролет 5 Вертикальная поляризация

A0,01=0,22∙13,2=2,9дБ

Т.к. при любом виде поляризации , то выбираем поляризацию следующим образом:

Пролет 4 – вертикальная

Пролет 2 – горизонтальная

Пролет 1 – горизонтальная

Пролет 3 – вертикальная

Пролет 5 – горизонтальная

Пролет 6 – вертикальная

8. Расчет времени ухудшения качества связи,

вызванное субрефракцией радиоволн

Среднее значение просвета на пролете:

Относительный просвет:

Проводим прямую АВ параллельно радиолучу на расстоянии от вершины препятствия и находим ширину препятствия r.

- относительная длина препятствия

Параметр μ, характеризующий аппроксимирующую сферу:

, где α = 0,5; 1. Возьмем α равным 1.

Значение относительного просвета P(g₀), при котором наступает глубокое замирание сигнала, вызванное экранированной препятствием минимальной зоны Френеля:

, где Vo – множитель ослабления при H(0) = 0, определяемый по рисунку 1.28 (Л.2) по значению μ; Vmin – минимальный допустимый множитель ослабления.

Vmin² = - Ft

Vmin ≈ Ft/2

Параметр ψ:

, где

По графику 1.29 (Л.2) определяем То (Vmin) по значению ψ.

Пролет 1

м; r = 27 км

;

Vo = -24 дБ; Nmin = -23,775 дБ

Т = 1 %

Увеличиваем H(g) на 10 метров

То(Vmin) = 0,00005%

Пролет 2

м

r = 8 км

Vo = -8 дБ; Vmin = - 22,375 дБ

То (Vmin) = 0,00015 %

Пролет 3

K = 0,5 r = 18 км

м

Vo = -12 дБ; Vmin = - 22,375 дБ

То(Vmin) = 0,05% > нормы, увеличиваем H(g) на 7 метров

To(Vmin)=0,00075%

Пролет 4

K = 0,4 r = 20 км

м

Vo = -13 дБ; Vmin = - 21,5 дБ

То(Vmin) = 0,6% > нормы, увеличиваем H(g) на 15 метров

To(Vmin)=0,002%

Пролет 5

K = 0,67 r = 17 км

м

Vo = -10 дБ; Vmin = - 21,8 дБ

То(Vmin) = 0,02%; увеличиваем H(g) на 5 метров

To(Vmin)=0,00075%

Пролет 6

K = 0,86 r = 24 км

м

Vo = -13 дБ; Vmin = - 21,5 дБ

То(Vmin) = 0,02%; увеличиваем H(g) на 5 метров

To(Vmin)=0,0001%

8. Проверка норм на неготовность

- норма на неготовность.

Пролет 1

%

Пролет 2

%

Пролет 3

%

Пролет 4

%

Пролет 5

%

Пролет 6

%

Нормы на неготовность связи выполняются.

8. Окончательный выбор высот подвеса антенн.

Для обеспечения норм на неготовность, вызванную субрефракцией радиоволн, на пролетах увеличиваем просвет. На эту же величину увеличиваем высоты подвеса антенн.

Пролет 1 h₁ = 20 + 10 = 30 м h₂ = 30 + 10 = 40 м

Пролет 2 h₁= 64 м h₂ = 25 м

Пролет 3 h₁= h₂ = 15 + 7 = 22 м

Пролет 4 h₁= 127 + 15 = 142 м h₂ = 20 + 15 = 35 м

Пролет 5 h₁= 34 + 5 = 39 м h₂ = 30 + 5 = 35 м

Пролет 6 h₁= 30 + 5 = 35 м h₂ = 20 + 5 = 25 м

Высота опор на станциях выбираются, исходя из максимальной высоты подвеса антенн в зависимости от конструкции антенны. Типовые секции выбираются из условия экономии металла.

Мангыстау – мачтовая опора с трубчатым стволом диаметром 1220 мм, толщиной стенок 12 мм и высотой 32,5 м из пяти секций по 6,5 м.

Большой Эмир – мачтовая опора высотой 22 м из двух секций по 11 м.

Разъезд №15 – решётчатая мачта, выполненная из уголкик с переходными площадками, расположенными через 4,5 м по высоте. Высота мачты 144 м; 32 переходных площадки.

Шетпе – трубчатая опора высотой 40,5 м из девяти секций по 4,5 м.

Беки – трубчатая опора высотой 27 м из шести секций по 4,5 м.

8. Расчет времени ухудшения качества связи из-за

многолучевого распространения.

, где

Kкp – коэффициент, учитывающий влияние климата и рельефа местности;

Q – учет других региональных факторов;

f- частота, ГГц;

Ro – длина просвета, км;

;

P_L= 5%= 0,05 - процент времени с вертикальным градиентом рефракции

ед/км

Коэффициенты для Казахстана:

C_Lon и C_LAT = 0

, где - угол наклона радиолуча

, где h₁ и h₂ – высоты подвеса антенн

d = Ro; B = 0,89; C = 3,6

Пролет 1

%

Пролет 2

%

Пролет 3

%

Пролет 4

%

Пролет 5

%

Пролет 6

%

8. Проверка норм на допустимое время ухудшения качества связи.

Норма на допустимое время ухудшения качества связи из-за многолучевого распространения радиоволн:

Пролет 1

Пролет 2

Пролет 3

Пролет 4

Пролет 5

Пролет 6

При сравнении норм с полученными результатами видно, что нормы выполнены.

8. Структурные схемы аппаратуры.

Цифровая радиорелейная станция состоит из двух блоков – базового блока (IDU) и внешнего приемо-передающего модуля (ODU). Информационный цифровой поток, сформированный в аппаратуре уплотнения или мультиплексным оборудованием, поступает на вход IDU, где происходит модуляция на 70 МГц, которая является первой промежуточной частотой. Обычно это один из видов фазовой манипуляции. В приемном тракте IDU происходит демодуляция. Кроме этого, в тракте передачи ещё осуществляется частотная модуляция аналоговым сигналом служебной связи. Суммарный сигнал поступает на вход ODU, где сигнал переносится на более высокую частоту сантиметрового диапазона, усиливается и переносится на рабочую частоту. В приемном тракте происходит обратное преобразование.

Данная цифровая станция не имеет ODU. Многоканальный цифровой сигнал поступает на МЦП, в базовом блоке цифровой поток объединяется с сигналами контроля и сигнализации и поступает в приёмопередатчик, где осуществляется модуляция, усиление СВЧ сигнала и передача в АФТ и антенну. В приёмном тракте идёт обратный процесс.

Рис. Схема ОРС

Рис. Схема ПРС

Заключение

Данный курсовой проект рассматривает возможность построения РРЛ в Мангыстаусской области в направлении запад – восток Мангыстау – Жарныш с ответвлением в Беки. РРЛ соответствует всем требованиям, предъявляемым к проектированию трассы РРЛ. Проведённый расчёт подтвердил, что связь будет устойчивой при рассчитанных высотах подвеса антенн, выбор которых осуществлялся путём оптимизации.

Список литературы

1. Международный Союз Электросвязи «Справочник по цифровым радиорелейным системам»- Бюро радиосвязи Женева, 1996г.

2. Л.Г. Мордухович А.П. Степанов «Системы радиосвязи «Курсовое проектирование» М.: Радио и связь, 1987г.

3. Л.Г. Мордухович «Радиорелейные линии связи»- М.: Радио и связь, 1989г.

4. «Справочник по радиорелейной связи» Каменский Н.Н. и др.; Под ред. С.В. Бородича - М.: Радио и связь, 1981г.

5. «Системы радиосвязи» под ред. Н.И. Калашникова- М.: Радио и связь, 1988г.