3-3. Расчет основных параметров пролета радиорелейной системы связи

Более подробный вариант расчета приведен здесь , а рекомендации по расчету лоя специалистов, занимающихся проектированием цифровых радиорелейных.систем в [6] и [7].

Пролет цифровой радиорелейной системы - промежуток между ближайшими приемопередающими пунктами, расположенными на расстояниях прямой видимости (до нескольких десятков км). Работоспособность системы определяется величиной уросня сигнала на входе радиоприемника ( Pпр). Эта величина зависит от множества причин, ряд из которых булет рассмотрен в этом разделе.

От уровня сигнала на входе приемника (Pпр) непосредственно зависит величина коэффициента ошибок (koш = Nош / N, где N ош - число ошибочно принятых символов, N - число переданных символов,).
Важнейший параметр для расчета цифровой системы радиосвязи - запас на замирания (M). Запас на замирания представляет собой разницу между уровнями сигнала на входе приемника в отсутствии замираний и пороговым уровнем сигнала на входе приемника, при котором коэффициент ошибок составляет определенную величину.

В рамках данной работы, запас на замирания определяется при koш = 10^-3 по соотношению

М3 = Pпр - Рпр пор(10^-3),                                                                                        (1)

где Pпр – уровень сигнала на приеме в отсутствии замираний, Рпр пор(10^-3) - пороговый уровень сигнала на входе приемника при коэффициенте ошибок koш = 10^-3 (определяется из параметров аппаратуры). В дальнейших расчетах, величины, относящиеся к koш = 10^-3 будут обозначаться индексом 3 (например, M3).
Рассмотрим упрощенную структурную схему интервала радиолинии и соответствующую диаграмму уровней сигналов (рис. 3-3-1).

Диаграммы уровней строятся в уровнях, выраженных через децибеллы (дБ). Уровни мощности сигналов выражаются в децибеллах по отношению к 1 мВт и обозначаются дБм. Размерности мВт и дБ связаны следующими соотношениями:

P, дБм = 20 lg (P, мВт/1, мВт); Р, мВт = 10^(Р, дБм/10).                             (2)

К примеру, уровень мощности передатчика 20 дБм соответствует мощности 100 мВт.
На диаграмме уровней видно, что сигнал излучается передатчиком с уровнем Pпд, проходит через полосовой фильтр дуплексера (ПФ), в котором уровень упадет за счет потерь и поступает через фидерную линию (точки С' - D') в передающую антенну с коэффициентом усиления G1. В многоствольных системах сигнал пройдет еще и через устройство объединения и разделения стволов (РОС). За счет потерь в фидерной линии уровень сигнала еще уменьшиться, а в передающей антенне увеличится на величину G1.
При распространении сигнала по интервалу РРС (протяженностью R0, на рабочей частоте f) уровень сигнала упадет за счет ослабления свободного пространства Lo, потерь в газах атмосферы и некоторых дополнительных потерь. Общее ослабление сигнала за счет этих причин может достигнуть 130 -140 дБ и больше.



Рис. 1. Пример диаграммы уровней на пролете линии связи


В приемной антенне уровень сигнала увеличится на величину G2, затем уменьшится в приемной фидерной линии, в РОС и ПФ и поступит на вход приемника с уровнем Pпр0. Это значение получается в отсутствии замираний сигнала на пролете РРЛ и при распространении радиоволн в свободном пространстве. Реальная атмосфера добавит еще почти постоянные потери, возникающие при взаимодействии радиоволн с водяными парами и атомами кислорода воздуха и уровень сигнала на входе приемника будет равен Рпр. Величина Рпр пор гарантируется фирмой-производителем оборудования и приводится в технических параметрах аппаратуры.
Величина запаса на замирания (ф.1) должна находиться в пределах 37 - 43 дБ. При меньших значениях, устойчивой связи может не получиться, а при значениях, значительно превышающих эти пределы - параметры системы, а следовательно, ее стоимость будут неоправданно завышены. Поэтому, меняя коэффициенты усиления антенн, мощности передатчиков, диапазон рабочих частот, тип аппаратуры и пр. нужно добиваться, чтобы запас на замирания находился в вышеуказанных пределах. Следовательно, критерием по выбору параметров системы связи будет являться получение нужного запаса на замирания при минимальных размерах антенн!
Уровень сигнала на входе приемника (Pпр, дБм)

Рпр = Рпд + G1 + G2 - L0 - Lф1 - Lф2 - Lг - Lдуп - Lдоп,                                       (3)

где Рпд - уровень мощности передатчика, дБм;
Lф1, Lф2 - ослабление сигнала в фидерных линиях, дБ.
Lф1= L * a, где L - длина фидера, м; a - погонное затухание фидера, дБ/м,
Lф2 - определяется аналогично.
При отсутствии фидера (когда приемопередатчики объединены с антенной в виде моноблока) необходимо учитывать конструктивные особенности устройства объединения. В оборудовании Антерум 630 приемопередающий блок соединяется с антенной непосредственно с помощью прецизионного волноводного соединителя, поэтому в этих случаях потери в фидерах можно принять равными 0 дБ.
При больших диаметрах антенн соединение проводится коротким отрезком гибкого волновода, потери в котором
Lф1 = Lф2 = 0.5 дБ.
Lдуп - потери в дуплексерах, определяется из параметров аппаратуры. Но при моноблочной конструкции, данные на уровень мощности передатчика и пороговые значения уровня сигнала на входе приемника, часто относятся к точкам, соответствующим уровням на антенном волноводном соединителе (другими словами, в значения уровней уже заложены потери в дуплексерах). В этих случаях величина потерь Lдуп = 0.
Lдоп - дополнительные потери, складывающие из потерь в антенных обтекателях Lао и потерь от перепада высот приемной и передающей антенн Lпв. (Lдоп = 1 - 2 дБ).
В данном оборудовании применяется одноствольная система и, поэтому, потери в РОС не учитываются.
Потери сигнала в свободном пространстве определяются по формуле

L0 = 20 lg (4.189* 10^4 * R0* f), дБ,                                                                          (4)

где R0 - протяженность интервала РРЛ, км, f - рабочая частота, ГГц, рассчитывается по формуле  Lг = (go + gн) R0, дБ. где go, - погонные затухания в водяных парах и атомах кислорода атмосферы (дБ/км), определяемые из графика (рис. 2).

Рис. 2. График потерь радиосигнала в газах атмосферы

 

Коэффициенты усиления параболических антенн определяются приближенной формулой

G = 20 lg(D) + 20 lg(f) +17.5, дБ                                                                      (5),

где D - диаметр антенны, м, f - рабочая частота, ГГц (при расчетах используйте округленное значение средней частоты выбранного диапазона).

2.1. Порядок расчетов

Расчеты проводятся по индивидуальным заданиям, по варианту, предложенному преподавателями. Состав задания – протяженность пролета (км) и скорость цифровых потоков.

Для облегчения и ускорения работы можно воспользоваться расчетными программами по некоторым вышеприведенным формулам, которые имеются в программном продукте DigitalS.exe из пакета ЛабРаб в разделе меню "Расчеты"

По материалам, приведенным в приложении, выберите диапазон частот, пригодный для работы на заданной протяженности пролета. Из таблицы параметров оборудования выберите аппаратуру, работающую на данном диапазоне и обеспечивающей заданную конфигурацию цифровых потоков.

Номер варианта  
Протяженность пролета, км  
Скорость потока, Мб  
Диапазон частот, ГГц  
Запас на замирания, дБ  
Диаметр передающей антенны, м / G1, дБ  
Диаметр приемной антенны, м / G2, дБ  
Тип аппаратуры  
Рпд, дБм  
Рпр пор(10^-3), дБм  

 

Назад