Практические работы по радиосвязи. методичка. Лабораторная работа 1 Построение профиля пролета. Расчет минимальнодопустимого множителя ослабления в ррл 5 стр
 Скачать 2.08 Mb.
|
|
Министерство образования и науки Кыргызской республики Кыргызско-Российский славянский университет Содержание. Введение Лабораторная работа №1 Построение профиля пролета. Расчет минимально-допустимого множителя ослабления в РРЛ ---------------------------------- 5 стр. Лабораторная работа №2 Исследование и расчет сетей сотовой связи -------- ---- 18 стр. Лабораторная работа №3 Расчет геометрических параметров ЗО. Построение ЗО в спутниковой проекции ---------------------- 35стр. Лабораторная работа №4 Расчет пропускной способности и составление плана частот ствола при МДЧР- ОКН. Расчет энергетических соотношений. Построение ДУ.---------- 45 стр. Лабораторная работа №5 Расчет сеанса связи и трассы пролета ИСЗ ---------- 58 стр. Литература ------------------- 67стр. Введение. За небольшое время устройства радиосвязи прочно вошли в быт людей, обеспечив получение и передачу информации без привязки к конкретному местонахождению, интегрировались в современные глобальные сети и системы передачи данных. При моделировании радиорелейных сетей необходимо построение профиля пролета, расчет минимально допустимого множителя ослабления. При расчете сотовых сетей радиосвязи определяется выбор конфигурации сети, распределения частот между базовыми станциями и др. Наряду с расчетами наземных сетей связи широко рассмотрены вопросы расчета сетей спутниковой связи (ССС), так как при больших расстояниях между населенными пунктами качество наземных станций оставляет желать лучшего. На сегодняшний день существует большое количество ССС, основанных на различных спутниковых системах, различных принципах и предназначенных для различных применений. Лабораторная работа №1 Построение профиля пролета. Расчет минимально допустимого множителя ослабления в радиорелейных линиях связи (РРЛ). Цель работы. Получить навыки расчета по проектированию радиорелейных линий. Построение профиля пролета и расчета минимально допустимого множителя ослабления в РРЛ. Теоретические сведения. Основной задачей, которую приходится решать при моделировании РРЛ связи, является такой выбор мест установки радиорелейных станций, который обеспечивает высокий и стабильный уровень высокочастотных сигналов на входах приемников всех станций. При этом надежность и качество связи моделируемой РРЛ полностью должны удовлетворять заданным нормам на её качественные показатели. Первым этапом процесса проектирования является выбор оптимальной трассы, числа и места расположения промежуточных станций. Трассой называется расположение РРЛ связи на местности или карте. Выбор трассы - определение места расположения узловых и промежуточных станций, следовательно, определение числа интервалов линии и их протяженности при заданных оконечных пунктах РРЛ. Процесс моделирования трасс РРЛ связи осуществляется примерно в такой последовательности. Сначала производится предварительный выбор по картам мест установки радиорелейных станций и построение профилей каждого интервала линии. Профилем интервала называется вертикальный разрез местности с указанием на нем гор, леса, высотных строений и т.д. Далее производятся расчеты: -множителя ослабления поля на каждом интервале линии; -уровня сигналов; -определяются оптимальные высоты подвеса антенных опор; -рассчитываются надежность и устойчивость связи. Выбор оптимальной трассы и мест расположения станций РРЛ. При выборе оптимальной трассы расположение на местности всех станций РРЛ должно выбираться, исходя из технико-экономических соображений, удобства эксплуатации будущей РРЛ и возможности обеспечения необходимой устойчивости связи на всех интервалах линии, пролегающих в разных климатических районах. Для выполнения этих требований необходимо, чтобы станции РРЛ располагались в пунктах, удобных для их эксплуатации. Хорошие подъездные дороги, близко расположенные линии электропередачи для питания электроэнергией аппаратуры станций; расположение станции недалеко от населенных пунктов, что позволит легко обеспечить радио и телевизионным вещанием отдельные населенные пункты, через которые проходит трасса РРЛ. Радиорелейные трассы должны располагаться зигзагообразно (т.е. трасса должна иметь вид ломаной кривой) с тем, чтобы исключить возможность приема сигналов приемниками станций, расположенными через три интервала. Площадки для строительства радиорелейных станций желательно выбирать, если это возможно, на возвышенностях. При этом антенные опоры (мачты или башни) будут невысокими, что экономически выгодно. Выбор мест расположения площадок под радиорелейные станции должен быть таким, чтобы отсутствовали неблагоприятные условия распространения радиоволн, а это значит, чтобы трасса РРЛ проходила по возможности по наиболее пересеченной местности с лесными массивами, от которых отраженные лучи хорошо рассеиваются. При выборе трасс следует избегать болотистых местностей, больших водных пространств, а также естественных и искусственных препятствий (горные вершины, высокие строения). Кроме того, для уменьшения влияния отраженных лучей желательно на участках РРЛ выбирать антенные опоры разной высоты, причем этот выбор должен производиться так, чтобы точки отражения от равнинных участков земли располагались ближе к станциям с низкими антенными опорами. Выбранные таким образом точки установки радиорелейных станций соединяют прямыми линиями, определяющими на карте трассу будущей линии связи. Высоты точек местности, на которых располагаются антенные опоры, можно принять равными высоте ближайшей горизонтали. Средними высотами местных предметов задайтесь произвольно, ориентируясь на следующие величины: · строений в сельской местности - 6-8 м, · строений в поселках городского типа - 10-20 м, · строений в городе - 20-30 м, · · леса на низких местах - 10-15 м, Ориентировочный выбор высот подвеса антенн. После вычерчивания профилей интервалов (по данным задания или по данным, полученным с карты местности) необходимо определить ориентировочные значения высот подвеса антенн. При этом нужно руководствоваться величиной просвета между линией прямой видимости и профилем трассы. Ориентировочное значение просвета для коротко- пролетных микроволновых систем связи должно быть численно равно радиусу первой зоны Френеля, которая определяется по формуле  , (1.1)Где Ro - протяженность пролета, км, f - рабочая частота, ГГц, k - относительная координата наивысшей точки на трассе.  Рис. 1.1. Выбор высот подвеса антенн. Отложите на профилях величины R1ф, как показано на рис. 1.1, проведите линии прямой видимости и определите ориентировочные значения высот подвеса антенн h1 и h2. Основная сложность расчетов РРЛ определяется тем, что траектория распространения электромагнитной волны непрямолинейна, случайна и зависит от состояния атмосферы, от величины градиента диэлектрической проницаемости атмосферы (g). Это явление называется атмосферной рефракцией. Выбор высот подвеса антенн (h) определяется высотой просвета при нулевой рефракции Н(0), которая откладывается вертикально вверх от самой высокой точки профиля (вершины препятствия) и зависит от радиуса минимальной зоны Френеля H0. Через эту точку проводят линию, соединяющую центры антенн на станциях, ограничивающих пролёт. Замирания сигнала на пролете РРЛ и их влияние на качество связи. Из-за замирания (ослабления) сигнала, имеются непрерывные колебания на входе ПРМ. Эти колебания вызывают колебания мощности сигнала на выходе ПРД. Глубокие замирания снижают качество связи и могут привести к ее срыву. Допустимое качество связи РРЛ определяется минимально допустимым отношением мощности сигнала к мощности шума на выходе канала. Рассмотрим структурную схему приемной части оконечного ретранслятора РРЛ, содержащего телефонный ствол (ТФ) с частотой f1 и телевизионный ствол (TВ) с частотой f2 (рис.1.2).  Рис.1.2. Оконечный ретранслятор. ПРМ ТФ, ПРМ ТВ - приемники телефонного и телевизионного стволов; АУ ТФ, АУ ТВ - аппаратура уплотнения (разуплотнения) телефонного и телевизионного стволов; Upс- напряжение размаха сигнала; Uш- напряжение теплового шума. На выходе телефонного и телевизионного стволов соотношение сигнал-шум должно быть не меньше определенного уровня. В соответствии с нормами ЕАСС (Единая автоматизированная система связи), для РРЛ длинной 2500 км, качество связи будет нормальным в течение 99,9% времени, если выполняется условие: Для ТФ ствола  ,Для TВ ствола  .Минимально допустимый множитель ослабления в РРЛ. Устойчивость связи на радиолиниях в значительной степени определяется замираниями сигнала на трассе. Их оценка производится при помощи множителя ослабления V, который показывает, во сколько раз реальная напряженность поля в месте приема отличается от напряженности поля в свободном пространстве Ecв  - дополнительное ослабление сигналаПри глубоких замираниях мощность сигнала на входе ПРМ оценивается как: Рс вх < Рc min доп, А минимально допустимый множитель поля V: V < Vmin доп, Критерий устойчивой связи на РРЛ. Связь на РРЛ считается устойчивой, если выполняется условие:  ,где Vmin- допустимый множитель ослабления сигнала на трассе РРЛ; ТΣ(Vmin)- суммарный расчетный процент времени ухудшения качества связи на трассе РРЛ из-за глубоких замираний; Тдоп = 0,1%- это допустимый процент времени ухудшения качества связи для любого месяца года. Причина замираний сигнала на пролете РРЛ и расчет времени с ухудшенным качеством связи Т(Vmin) При распространении сигнала от ПРД к ПРМ со скоростью света (300 тыс. км/сек), возможны отражения от местных предметов, т.е. от земли и зданий. Отраженный сигнал запаздывает, поэтому он может прийти в точку приема в противофазе с основным сигналом и ослабить его. Чтобы сигнал не ослаблялся из-за местных предметов надо достаточно высоко поднять антенны. Рассмотрим профиль пролета с минимально допустимой зоной Френеля (рис.1. 3.)  Рис 1.3. Профиль пролета РРЛ с минимальной зоной Френеля: R0 - пролет РРЛ; H - просвет; H0 - минимальная (первая) зона Френеля. Минимальную зону Френеля можно определить по формуле:  , где  (1.2.)Просвет Hдолжен быть больше радиуса минимальной зоны Френеля. Если H > H0 , то будет напряженность поля свободного пространства Есв, т.к. отражений от местных предметов не возникнет и соответственно не будет ослабления принятого сигнала. Если же H < H0, то возникают отражения от Земли, и сигнал, отраженный от земной поверхности, может прийти в противофазе с сигналом, идущим по прямой линии. При складывании этих двух сигналов происходит ослабление результирующего принятого сигнала. Также замирания сигнала происходят во время дождя. Так как сигнал может отражаться от капель дождя или от облаков. И эти сигналы могут прийти в противофазе и также ослабить принятый сигнал. Замирания могут происходить из-за разной диэлектрической проницаемости среды, в которой проходит сигнал. Расчетная часть. Профиль пролета для РРЛ. Построим профиль пролета для РРЛ, для чего рассчитаем и построим линию условного нулевого уровня, высоту текущей точки которой находят по формуле: y=  ki(1-ki) ; где  = - относительная координата текущей точки на оси абсцисс;Ro - длина интервала; Ri-расстояние до текущей точки; а = 6370 км - геометрический радиус Земли. Результаты расчета профиля интервала с учетом условного нулевого уровня занесём в таблицу 1.1. и построим профиль пролета РРЛ, как на рис. 1.4.  1.2 Высота подвеса антенн для РРЛ Выбор высот подвеса антенн (h) определяется высотой просвета при нулевой рефракции H(0), которая откладывается вертикально вверх от самой высокой точки профиля (вершины препятствия). Через эту точку проводим линию, соединяющую центры антенн на станциях, ограничивающих пролет. В лабораторной работе предусмотрен расчет пролетов первого типа. На пролетах 1 типа местность пересеченная (нет зеркального отражения от Земли). Величина Н(0) вычисляется: H (0)=H0+d−△H(g+σ ) (1.3) где H0 – радиус минимальной зоны Френеля: H0=  △H (g+σ)= − (  ) (g+σ ) k (1−k ) (м) - изменение просвета на пролете за счет атмосферной рефракции;k = kiдля наивысшей точки пролета; d- средняя ошибка топографической карты (для данной работы принять d= 9 м); λ- средняя длина волны (м). Аналитически найдем высоты подвес антенн (см. рисунок 1). Проведем через крайние точки профиля пролета линию АВ. Высоты подвеса антенн должны быть примерно одинаковыми. Построим линию CD, которая будет CD//АВ и через точку Е. Полученный четырехугольник ABCD параллелограмм, из этого следует AB=CD, AC=BD=EN. Проведем через т. В линию АВ параллельно горизонтали и найдем tgугла β. tanβ=  NM=MBtanβ( м), Координаты точки Еопределяются высотой просвета при нулевой рефракции Н(0), которая откладывается вертикально вверх от самой высокой точки профиля: т. E = (y0.з+h0.з)+H(0) (м). Найдем высоту подвеса антенн AC=BD=EN; EN = 0E - 0M - NM (м). Таким образом, находим высоту левой и правой антенн. 2.Расчет минимально допустимых множителей ослабления рабочих стволов РРЛ и запаса на замирание ЦРРЛ. 2.1. Расчет для телефонного ствола Для ТФ-ствола АРРЛ минимально допустимый множитель ослабления определяют по формуле: 20lg  =10lg / + L0 -G∑ - KТФ Р (1.4) где 10lg / Pп= 1 мВт = 109 пВт - полезная мощность на выходе каждого ТФ-канала; Ртш = 40000 пВт - максимальная допустимая мощность тепловых шумов; Ктф- коэффициент системы для ТФ-ствола (140,3дБ); L0- основные потери передачи в открытом пространстве; G ∑= G1+G2 - суммарный коэффициент усиления антенн, (44,8+44,8=89,6 дБ); b∑=b1+b2 - потери в антенно-волноводном тракте на пролете (6,23+6,23=12,46 дБ). Основные потери передачи в открытом пространстве рассчитывают по формуле: L0=20 lg (  (1.5)2.2 Расчет для телевизионного ствола Для ТВ-ствола АРРЛ минимально допустимый множитель ослабления определяют по формуле: 20 lg  = 20lg +L0+b∑-G∑-KTB 20lg =49дБUрс - размах яркостного сигнала; Uш - шумовое напряжение; Ктв - коэффициент системы для ТВ-ствола (158,7 дБ). Для ствола ЦРРЛ запас на замирание при k ош=10-3 определяют по формуле: M = Pпрм – Pс пор ; где Рс пор - пороговая мощность сигнала, при которой соблюдается вероятность ошибки Рош < 10-3 (120 дБВт) Рпрм - мощность сигнала на входе приемника при отсутствии замирания, рассчитывают по формуле: Рпрм = Рпд + G∑ - Lо - b ∑- Lдоп; где Рпд - мощность передатчика (-4,5 дБВ ); Lдоп - дополнительные потери, складываются из потерь в антенных обтекателях и потерь от перепада высот приемной и передающей антенны (1 дБ). Р [дБм] = 10 lg (Р [мВт ]/ Р [мВт]) = 100,1 Р [дБм]  Рис 1.4Расчет запаса на замирания для ЦРРЛ |