Шошин_пособие. Е. Л. Шошин аппаратура цифровых радиорелейных станций микрл учебное пособие
 Скачать 1.57 Mb.
|
|
5. МАСШТАБИРУЕМЫЕ РРС МИК-РЛ 5.1. Компромисс при выборе технических характеристик РРС Выбор технических характеристик цифровых РРС производится с учетом требований: 1) увеличения скорости передачи бит R до максимально возможной; 2) минимизации вероятности появления битовой ошибки P BER ; 3)минимизации требуемого отношения энергии, затрачиваемой на передачу одного бита, к спектральной плотности мощности шума E b /N 0 ; 4) минимизации полосы пропускания W. Перечисленные требования находятся в противоречии друг дру- гу, что затрудняет выбор технических характеристик. Кроме этого, не- обходимо учитывать теоретические ограничения и сдерживающие фак- торы: - минимальная ширина полосы частот по Найквисту; - пропускная способность канала (теорема Шеннона-Хартли); - государственное регулирование вопросов использования радиочас- тотного спектра; - технологические ограничения элементной базы аппаратуры ра- диосвязи. Большую часть радиосистем можно классифицировать как сис- темы с ограниченной мощностью или ограниченной полосой пропуска- ния. В системах с ограниченной мощностью для экономии энергии за счет полосы пропускания применяют схемы кодирования, эффективно использующие мощность, тогда как в системах с ограниченной полосой необходимо использовать методы спектрально эффективной модуляции для экономии полосы рабочих частот за счет увеличения расхода энер- гии. В обоих случаях для экономии энергии или повышения достовер- ности передачи при расширении полосы пропускания целесообразно использовать помехоустойчивое кодирование и кодирование с коррек- цией ошибок. В аппаратуре РРС МИК-РЛ для этих целей применяется блочное кодирование Рида-Соломона, сверточное кодирование млад- шего разряда по алгоритму Витерби, каскадное кодирование. Для РРЛ открытого типа длина одного пролета ограничена расстоянием прямой видимости, поэтому для работы передатчика не требуется большая мощность. Последнее в свою очередь обуславливает эффективность использования полосы рабочих частот РСС МИК-РЛ при выборе сис- темных характеристик. В аппаратуре РРС МИК-РЛ для этого исполь- зуются следующие виды модуляции высокочастотных сигналов: QPSK, QAM-М, TCM-М, где М – основание многопозиционного кода. 101 Передача данных по радиолинии с использованием многопози- ционной системы модуляции сопровождается преобразованием k ин- формационныхбит (где M к 2 log ) в символ, который в случае квад- ратурной амплитудной модуляции представляет собой комбинацию амплитуды и абсолютной фазы формируемого высокочастотного сиг- нала. Скорость передачи бит информации R и символьная скорость R s связаны между собой соотношением: s R k R , бит/с. (5.1) Спектральная эффективность цифровой системы передачи дан- ных определяется отношением R/W,которое в случае использования многопозиционной системы модуляции равно: s b T W k T W W R 1 , бит/с/Гц, (5.2) где Т b — время передачи бита, Т s — время передачи символа. Из (5.2) видно, что в цифровой системе передачи данных эффек- тивность использования полосы частот возрастает при уменьшении произведения b T W , что используется в системах с ограниченной по- лосой пропускания. Например, в системе GSM используется гауссов- ская манипуляция с минимальным сдвигом GMSK, для которой произ- ведение b T W составляет 0,3 Гц/бит/с. Теоретическим ограничением, связанным с выбором рабочих час- тот цифровой системы связи, является ширина полосы пропускания по Найквисту, равная значению R/2 Гц, необходимая для немодулирован- ной передачи данных со скоростью передачи R s символов в секунду без межсимвольной интерференции. Однако в реальной системе связи ми- нимальная ширина полосы частот по Найквисту увеличивается на 10- 40% вследствие неидеальности АЧХ используемых фильтров. При этом, реальная пропускная способность цифровых систем связи снижа- ется с идеальных 2 символа/с/Гц до 1,4-1,8 символа/с/Гц. Согласно теореме Шеннона-Хартлипропускная способность ка- нала С с аддитивным белым гауссовым шумом определяется средней мощностью принятого сигнала S, средней мощностью шума N и шири- ной полосы пропускания W: ) 1 ( log 2 N S W С , бит/с. (5.3) Из (5.3) следует, что величины S, N и W устанавливают пределы скорости передачи данных, но не вероятность появления ошибки. Учи- тывая, что b E C S и W N N 0 , (5.3) можно преобразовать к сле- дующему виду: 102 ) 1 2 ( 0 W С b C W N E (5.4) На рис.5.1. изображена построенная по (5.4) зависимость полосы пропускания W от отношения E b /N 0 , при фиксированной скорости пере- дачи С. Приведенный на рис.5.1 график представляет собой предель- ный случай работы цифровой системы, на который можно ориентиро- ваться при выборе характеристик W, С, E b /N 0 . При выборе скорости R ≤ С, эта зависимость сместится вправо, что характеризует работу реаль- ной системы передачи данных. Рис.5.1. Зависимость нормированной полосы пропускания канала от E b /N 0 Из (5.4), следует, что, при 0 W C , отношение E b /N 0 составляет значение 0,693(-1,6 дБ), которое носит название предела Шеннона. Ре- альные системы связи не способны достигнуть предела Шеннона. Общей закономерностью процесса демодуляции принятого сиг- нала является уменьшение вероятности P BER при увеличении отноше- ния S/N. Вследствие различной помехоустойчивости, каждая из много- 103 позиционных систем модуляции имеет свои требования к отношению S/N, при выполнении которых P BER не превышает допустимого значе- ния. Так, достижение 6 10 BER p возможно для системы модуляции QPSK при дБ N S 12 10 , для системы модуляции QAM-16 при дБ N S 16 14 , для системы модуляции QAM-64 при дБ N S 19 17 Для цифровой системы связи с ограниченной полосой, предметом компромиссов могут являться значения параметров P BER , R/W и S/N. При фиксированном значении E b /N 0 , одновременно уменьшить P BER и увеличить R/W, S/N при выборе системных характеристик цифровой системы связи не представляется возможным. Выбирая схему кодиро- вания данных и модуляции сигналов, можно руководствоваться страте- гией «выигрыша одного из параметров (В) за счет второго параметра (С) при фиксированном значении третьего параметра(Ф)». Возможные варианты реализации стратегии: 1) В: P BER , S/N, С: R/W, Ф: E b /N 0 , 2) В: S/N, С: R/W, Ф: P BER , 3) В: S/N, С: P BER , Ф: R/W, 4)В: R/W, С: P BER , Ф: S/N, 5) В: R/W, С: P BER , S/N, Ф: E b /N 0 , 6) В: R/W, С: S/N, Ф: P BER , 7) В: P BER , С: S/N Ф: R/W, 8) В: P BER , С: R/W Ф: S/N. Так, стратегия №4 предполагает улучшение эффективности ис- пользования полосы рабочих частот R/W и приближение к пределу Шеннона за счет увеличения вероятности битовой ошибки P BER при фиксированном отношении S/N на входе приемника. Для цифровой системы связи с ограниченной мощностью, пред- метом компромиссов могут являться значения параметров P BER , W и S/N. Это в свою очередь, позволяет сформулировать правила стратегии по выбору системных характеристик: 1) В: P BER , S/N, С: W, Ф: E b /N 0 , 2) В: S/N, С: W, Ф: P BER , 3) В: S/N, С: P BER , Ф: W, 4)В: W, С: P BER , Ф: S/N, 5) В: W, С: P BER , S/N, Ф: E b /N 0 , 6) В: W, С: S/N, Ф: P BER , 7) В: P BER , С: S/N Ф: W, 104 8) В: P BER , С: W Ф: S/N. 5.2.Устройство РРС МИК-РЛ Р7…МИК-РЛ18Р+ Основными составными частями РРС МИК-РЛ Р7…МИК- РЛ18Р+ являются: - модуль доступа МД1-1 Р+ со сменными блоками, - приемопередающее устройство ППУ, - устройство защиты источника питания УЗИП-2 с кабелем питания ППУ, - оптический кабель. Модуль доступа МД1-1 Р+ Модуль доступа МД1-1 Р+ предназначен для осуществления свя- зи между оборудованием потребителя и ППУ с одновременным муль- типлексированием/демультиплексированием трафика, представленного на входных интерфейсах (Е1, Е3, STM-1, Ethernet) в последователь- ность, удобную для дальнейшего кодирования в ППУ. Структурная схема МД1-1 Р+ представлена на рис.5.2. В состав базового МД1-1 Р+ входят: - коммутатор Ethernet с четырьмя подключенными внешними портами «1…4»; - коммутатор Е3 и Ethernet; - мультиплексор/демультиплексор основного трафика; - схема резервирования радиостволов; - блок управления с внешними портами USB, RS-232 и CAN; - блок синхронизации и блок питания. Коммутатор Ethernet представляет собой шестипортовый Switch, при этом, один из портов подключен к радиоканалу, второй порт – к блоку управления, а четыре остальных порта представлены физическим уровнем на передней панели МД-1 Р+ в виде портов «1…4». К этим портам осуществляется подключение компьютера системы технической эксплуатации МАСТЕР 3.0, IP-телефона служебной связи, а также фи- зического порта пользователя. Один из портов может служить для расширения системы. Выход внутреннего порта коммутатора Ethernet подключается к коммутатору Ethernet и Е3, и далее - к мультиплексору/ демультиплексору. Здесь производится формирование фрейма основного трафика. Биты Ethernet и биты служебной связи распределяются среди битов потоков Е3 таким 105 образом, чтобы количество подряд идущих нулей при демультиплекси- ровании не превышало четырех. Затем добавляется байт контроля Рис.5.2. Структурная схема модуля доступа МД1-1 Р+ ошибок CRC8 и биты дополнительного канала ТУТС ППУ. В качестве синхрогруппы используется стандартная для PDH последовательность из 10 бит. Длина фрейма выбрана равной 3000 бит. Устройство резер- вирования осуществляет безобрывное переключение принятых сигна- лов с ППУ1 и ППУ2 при горячем резервировании, а также обрывное 106 переключение при холодном одночастотном резервировании. Парамет- ры перехода устанавливаются блоком управления по командам системы управления МАСТЕР либо с терминального пульта, подключаемого к порту «USB». Блок управления осуществляет передачу команд управ- ления от терминального пульта к исполнительным устройствам МД1-1 Р+ и ППУ и осуществляет сбор рабочих параметров устройств и их первичную обработку. В блоке синхронизации производится формиро- вание всей сетки частот, необходимых для работы устройств и блоков МД1-1 Р+ и их привязка к синхронизирующим сигналам. Синхронизи- рующие сигналы могут быть сформированы от внутреннего термоком- пенсированного генератора со стабильностью 6 2,5 10 , от любого потока Е1 на входе модуля, от внешнего генератора по входу «СИНХР», а также от принимаемого трафика из радиоканала. При про- падании сигнала синхронизации модуль МД1-1 Р+ автоматически пере- ходит на работу от внутреннего источника синхронизации. При переда- че сигналов STM-1 все станции являются ведомыми, и их синхрониза- ция может осуществляться от входного сигнала STM-1 либо от прини- маемого трафика, в зависимости от конфигурации системы синхрони- зации. Сменный модуль СМ1 (16Е1/Е3) представляет собой мультип- лексор ввода/вывода. При конфигурации потоков Е1 на порт Е1.1…Е1.16 выводится то количество потоков Е1, которое необходимо на данном узле. Все остальные потоки Е1 мультиплексируются в Е3 и через внешний порт передаются транзитом на следующую РРЛ. Конфи- гурация потоков Е1 осуществляется системой управления МАСТЕР по всей сети. Приемопередающее устройство Приемо-передающее устройство (ППУ) предназначено для пре- образования цифрового потока от модуля доступа в радиосигнал в оп- ределенном диапазоне частот. В состав ППУ входят следующие основные блоки: - модем; - синтезаторы частот приемника и передатчика; - передающий конвертор; - приемный конвертор; - СВЧ-диплексер; - опорный генератор; - источник вторичного напряжения. Модем выполняет следующие функции: 107 - выделение (вставку) данных телеметрии и управляющих команд из последовательного цифрового потока 179,2 Мб/с; - выделение из цифрового потока 179,2 Мб/с битов информации и пре- образование к символьной частоте передачи; - кодирование информации (блочное кодирование Рида-Соломона, сверточное кодирование младшего разряда по алгоритму Витерби, кас- кадное кодирование); - модуляцию одним из методов: QPSK, 16QAM, 64QAM, 128ТСМ; - цифровую демодуляцию сигнала ПЧ; - коррекцию амплитудно-фазовых искажений сигнала с помощью ком- плексного трансверсального эквалайзера; - декодирование; - общее управление всеми устройствами ППУ. Модем позволяет программными методами менять вид модуля- ции, ширину занимаемого спектра из набора 3,5; 7; 14; 28 МГц и, соот- ветственно, скорость передачи информации – от 2Е1 до STM-1. СВЧ-синтезаторы обеспечивают стабильность частоты и уровень фазовых шумов, необходимый для работы с сигналом 128ТСМ. Синте- заторы выполнены по сложной двухпетлевой схеме с использованием микросхем прямого синтеза частоты и обеспечивают перестройку рабо- чих частот в пределах литеры. Приемный и передающий конверторы выполнены с использованием монолитных микросхем смесителей и усилителей и имеют высокие динамические характеристики. Передаю- щий тракт оснащен системой автоматической регулировки мощности, работающей по уровню принимаемого сигнала на удаленной стороне. Требуемый уровень мощности может быть установлен также вручную в пределах 0...-20 дБ от номинальной мощности. Для проверки работо- способности ППУ и поиска неисправностей предусмотрены различные режимы шлейфования (шлейф «ЦС back», шлейф «СВЧ ППУ», шлейф «ЦС forward»). Для юстировки антенны используется сигнал АРУ приемника, который выведен на байонетный разъем Х3. Юстировка производится по максимуму напряжения АРУ с помощью вольтметра постоянного напряжения или мультиметра. Напряжение АРУ в зависимости от уровня сигнала на входе приемника линейно изменяется в пределах от 0,2 В (- 80 дБм) до 3,2 В (-20 дБм). Оптическая линия снижения и электрический кабель питания Для передачи цифрового сигнала между внешним оборудовани- ем (ППУ) и внутренним оборудованием (модуль доступа МД1-1 Р+) 108 используется оптическая линия снижения. Оптическая линия снижения (ОЛС) представляет собой кабельную сборку заводского изготовления, состоящую из одномодового оптического кабеля с установленными на заводе-изготовителе оптическими разъемами. Применение волоконно-оптического кабеля позволило улучшить целый ряд характеристик РРЛ: – из-за малого затухания оптического сигнала расстояние от модуля доступа до ППУ (при использовании удаленных источников питания) может достигать 15 000 метров; – передача по оптическому волокну высокоскоростных цифровых сиг- налов позволила исключить дополнительное преобразование сигнала для получения промежуточных частот передачи и приема, при этом, коэффициент системы увеличился более чем на 3 дБ; – подача питания по отдельному кабелю позволяет осуществлять все возможные мероприятия по грозозащите, при этом, они не влияют на возможные искажения сигналов трафика и ТУТС; – применение волоконно-оптического кабеля позволяет РРЛ ра- ботать в сложной электромагнитной обстановке из-за отсутствия наво- док от соседних радиоэлектронных устройств на кабель снижения, а также получить малый уровень индустриальных помех Устройство защиты источника питания УЗИП-2 УЗИП-2 предназначено для подключения двух источников пита- ния (основного и резервного) к приемопередатчикам (ППУ) основного и резервного стволов через питающий кабель снижения. Кроме того, УЗИП-2 осуществляет защиту источника питания от наведенных им- пульсных разрядов при помощи разрядников в первой ступени защиты и варисторов – во второй ступени. Защита от перегрузок осуществляет- ся самовосстанавливающимися тепловыми предохранителями. Для обеспечения возможности отключения каждого ППУ, последовательно между УЗИП-2 и кабелем питания ППУ устанавливается автоматиче- ский выключатель. Входы УЗИП-2 для основного и резервного источ- ников питания абсолютно равнозначны, и питание осуществляется от того источника, напряжение на котором больше. Сменный модуль «Интерфейс Ethernet 2x10/100 BASE-T» Сменный модуль «Интерфейс Ethernet 2x10/100 BASE-T» пред- назначен для передачи трафика Ethernet по отдельному каналу без про- цедуры коммутации во встроенном коммутаторе. Передача может осу- 109 ществляться с одного или двух портов 10/100 BASE-T, расположенных на панели модуля. В качестве отдельного канала используется канал передачи трафика TDM. Такой вариант передачи Ethernet предпочтите- лен при повышенных требованиях к его качеству и защищенности. В этом случае он имеет минимальную задержку, на него не влияют на- стройки встроенного коммутатора, и к нему нет доступа из сети управ- ления РРЛ. Минимальная скорость передачи трафика Ethernet составля- ет 34Мбит/с (один Е3), максимальная - 137Мбит/с (четыре Е3), дискрет изменения скорости 34Мбит/с (один Е3). Сменный модуль «Интерфейс 1GE» Сменный модуль «Интерфейс 1GE» предназначен для передачи трафика Ethernet по отдельному каналу без процедуры коммутации с трафиком телеметрии во встроенном в МД1-1Р+ коммутаторе. Переда- ча трафика Ethernet осуществляться через коммутатор сменного моду- ля. Один порт коммутатора имеет пропускную способность 1Гбит/с и может иметь физический интерфейс, определяемый сменным SFP мо- дулем (оптическим либо электрическим) и четыре порта 10/100 BASE- T. Минимальная скорость передачи трафика Ethernet составляет 34Мбит/с (один Е3), максимальная - 137Мбит/с (четыре Е3), дискрет изменения скорости 34Мбит/с (один Е3). Сменный модуль «Интерфейс РП» Сменный модуль «Интерфейс РП» предназначен для улучшения качества приема при работе ЦРРС в условиях многолучевого распро- странения радиоволн. Улучшение качества приема достигается про- странственным разнесением антенн, необходимая величина простран- ственного разнесения определяется при проектных расчетах интервала |