3-2. Влияния условий распространения радиоволн на качественные показатели ЦРРС. Качественные показатели цифровых РРС. Требования к качественным показателям ЦРРС. Основные принципы проектирования и расчета ЦРРС.

Рассмотрим основные физические процессы на интервале микроволновой радиорелейной системы. На рис.показан профиль пролета. Подробно о профилях пролетов можно прочитать здесь.

Рис. 3-2-1

В простейшем случае на вход приемной антенны приходит две волны - прямая волна и волна, отраженная от поверхности земли. Предположим, что коэффициент отражения (Ф) от земли равен единице, а атмосфера не влияет на уровни сигналов. Другими словами, уровни сигналов прямой и отраженной волн одинаковы и соответствуют уровням, получающимся при распространении в свободном пространстве. Таким образом, на входе приемника складываются две волны с одинаковыми амплитудами. Однако, волны проходят разными путями и, следовательно, с разной задержкой (разными фазами). При этом сдвиг фаз волн зависит от величины H (минимального просвета между поверхностью земли и траекторией прямой волны). Рассмотрим три характерных случая взаимодействия прямых и отраженных волн (рис. 3-2-2). Предположим, что эти волны приходят в фазе (рис. 3-2-2а). В этом случае уровень сигнала на входе приемника удваивается. Существует параметр, который называется множитель ослабления (V). Он представляет собой отношение напряженности поля в точке приема при распространении сигнала в реальном пространстве (Е) к напряженности поля в свободном пространстве (Ео).

Множитель ослабления для случая, показанного на рис. 3-2-2а равен 2. В другом крайнем случае взаимодействия сигналов (рис. 3-2-2б) волны приходят в противофазе и взаимно компенсируют друг друга. Суммарный сигнал равняется 0 и множитель ослабления также равен 0. В третьем случае (рис. 3-2-2в) - сдвиг фаз равен 60 градусов и при суммировании волн с одинаковыми амплитудами множитель ослабления равен 1. Величина просвета, при которой происходит это взаимодействие называется критический просвет и обозначается Но.

Рис. 3-2-2

Понятно, что при изменении высот подвеса антенн и, следовательно, величины просвета Н, фазы сигналов прямой и отраженной волн будут последовательно складываться, затем, вычитаться и т.д. Это взаимодействие называется интерференция волн, а максимумы и минимумы - зоны Френеля. . Фрагмент графика зависимости множителя ослабления от величины просвета показан на рис. 3-2-3.

Рис. 3-2-3

Такая картина наблюдается при равенстве амплитуд волн, т.е. при коэффициенте отражения равном 1. При коэффициентах отражения отличных от единицы, график может видоизмениться следующим образом (рис. 3-2-4).

Рис. 3-2-4

Теперь рассмотрим как будет меняться множитель ослабления при просветах меньших Но. В частности, обратим внимание на случай, когда просвет равен 0 (рис. 3-2-5).

Рис. 3-2-5

При этом случае, множитель ослабления не будет равен 0, т.к. часть электромагнитной энергии волны будет проходить. Ведь волна захватывает некоторую область пространства, и часть этой области перекрыта препятствием на пролете, а часть - нет. Причем, уровень прохождения волны будет зависеть от ширины препятствия. На рис. 3-2-5 показаны два препятствия разной ширины ( случаи а и б). Понятно, что в случае б сигнал будет проходить лучше, чем в случае а. Полный график зависимости множителя ослабления от величины просвета показан на рис. 3-2-6. Если просвет сделать отрицательным (т.е. закрыть трассу), то множитель ослабления будет меняться в зависимости от параметра клиновидности (мю), который характеризует ширину препятствия.

Рис. 3-2-6

Для расчетов систем радиорелейной связи данный график принято изображать в логарифмическом масштабе, как показано на рис. 3-2-7..

Рис. 3-2-7 (P(g) - относительный просвет равный Hg/Ho, где Hg - величина просвета с учетом атмосферной рефракции)

Из приведенных выше рассуждений понятно, что произвольно выбирать величину просвета (или высоты подвеса антенн) на пролетах систем радиорелейной связи нельзя. Дело осложняется еще и тем, что выбранная величина просвета в действительности непрерывно изменяется. Причина этого явления - атмосферная рефракция, которая приводит к тому, что траектории распространения электромагнитных волн в атмосфере не прямолинейны и зависят от состояния атмосферы (от климата и погоды)!

На радиорелейных пролетах существует еще ряд явлений, приводящих к изменению уровня сигнала на входах приемников. Кроме влияния волн, отраженных от поверхности земли, на входах приемников влияют и волны, отраженные от слоистых неоднородностей атмосферы, которые дополнительно усложняют интерференционные взаимодействия. Еще одним фактором, влияющим на распространение радиоволн, является ослабление сигнала в гидрометеорах (в дожде, снеге, тумане и пр.). Особенно сильно гидрометеоры влияют на системы связи, работающие в диапазонах частот выше 8 ГГц, а в неблагоприятных экологических условиях и на более низких частотах.

Важным параметром, характеризующим работу цифровой системы связи, является коэффициент ошибок

Кош = Nош/N, где Nош - число ошибочно принятых символов на N переданных.

Рассмотрим гипотетическую кривую распределения Кош, полученную при мониторинге работы радиорелейной системы. Известно, что для большинства систем цифровой связи, сбои в работе наблюдаются тогда, когда Кош превышает критерий работоспособности 10^-3. Из кривой распределения (рис. 2-3-8) видно, что присутствуют превышения этой величины двух характерных видов - быстрые (секунды и доли секунды) и медленные (минуты и десятки минут). Увеличение Кош происходит пропорционально уменьшению уровня сигнала на входе приемника Рпр. На рис.2-3-8 можно различить 4 характерные зоны распределения. Зона 1 соответствует быстрым замираниям, причина которых - интерференция прямых и отраженных волн на пролетах системы связи. Зоны 2 и 4 - медленные замирания, причинами которых могут быть влияние гидрометеоров или субрефракции. События, произошедшие в зоне 3, могут быть двух видов. Во-первых, в это время оборудование могло выходить из строя, а во-вторых, оборудование могло быть выключено специально для настройки или профилактики В первом случае это время должно суммироваться с другими событиями, при которых Кош превышает 10^-3 в течении времени работы системы связи. В зоне 4 Кош не превышает 10^-3 и не учитывается в расчетах.

Рис. 3-2-8

ПОКАЗАТЕЛИ НЕГОТОВНОСТИ (ПНГ)

Неготовность аппаратуры - такое состояние участка системы связи, при котором в течение десяти секундных интервалов, следующих подряд, имеет место хотя бы одно из событий:                                                                                                                                                                                                                                                                                                              

·  пропадание сигнала (потеря синхронизации); 
·  коэффициент ошибок Кош = Nош / N > 10^-3, где N - число переданных символов,

N ош - число ошибочно принятых символов.

Отношение времени неготовности к времени работы системы связи называется коэффициентом неготовности. Фактически, коэффициент неготовности характеризует возможность организации связи, но не показывает качество связи.

    Показатели качества по ошибкам системы связи  относятся к тем промежуткам времени, в течение которых система находится в состоянии готовности! 
    Различаются следующие параметры: 
    ·  сильно пораженные секунды (СПС); 
    ·  минуты пониженного качества (МПК); 
    ·  секунды с ошибками (СО); 
    ·  остаточный koш (ОКО). 
    Сильно пораженные секунды (SES) представляют собой процент времени превышения величины Кош  = 10^-3 за 1 секунду. Минуты пониженного качества (DM)- процент времени превышения Кош  = 10^-6  за 1 минуту. Секунды с ошибками (ES)- процент времени превышения Кош  = 10^-6  за 1 секунду (эта норма определяет качество работы системы связи при передаче данных). В некоторых источниках имеется определение параметра секунды с ошибками как процентное отношение числа бракованных секунд, в течение которых имеется одна или больше ошибок к общему времени работы системы. Параметр СО определяется любыми причинами (а не только замираниями на трассе линии связи). 
    Величины всех этих параметров зависят от интерференционных замираний сигнала на интервале ЦРРC, которые складываются из гладких ичастотно-селективных. К гладким замираниям необходимо относить такие замирания, которые не искажают частотную характеристику системы связи. 
Соответственно частотно-селективные замирания влияют на АЧХ ствола РРC, т.е. в пределах полосы пропускания линии связи вносят различные ослабления на разных частотах. Эти замирания необходимо учитывать при полосе пропускания ВЧ ствола больше 10-15 МГц.

Нормируемые значения показателей для ЦРРС (с учетом  рекомендации МСЭ-Т G.821)

Нормируемые значения показателей  для вновь проектируемых ЦРРС (с учетом  рекомендации МСЭ-Т G.826, которые отличаются от МСЭ-Т G.821 тем, что рассматриваются не биты, а блоки битов )

При расчетах линий связи необходимо учитывать, что нормы находятся в динамическом развитии и в конкретные моменты времени могут несколько отличаться от приведенных в таблицах.

На последующих рисунках показаны реальные результаты мониторинга различных радиорелейных пролетов.

Далее...

Свободное пространство -пространство, в котором отсутствуют какие либо физические структуры. Близким к свободному пространству можно считать пространство космоса.