Раздел 3. Спутниковые и радиорелейные системы радиосвязи
 Скачать 1.35 Mb.
|
|
период готовности за время измерений; коэффициент секунд со значительным количеством ошибок (SESR), определяемый отношением SES к общему количеству секунд в период готовности за время измерений. Принято различать два состояния, в которых может находиться цифровой тракт: готовности и неготовности. Рекомендации МСЭ – Т F.557, G.827 и G.826 определяют критерии прохода между этими двумя состояниями: период времени неготовности начинается с интервала времени, содержащего 10 последовательных секунд со значительным количеством ошибок (SES). Эти 10 секунд включаются в период времени неготовности; период времени готовности начинается с интервала времени, содержащего 10 последовательных секунд, не имеющих SES. Тракт считается находящимся в состоянии готовности только тогда, когда оба его направления находятся в состоянии готовности. В рекомендации G.827 определены следующие параметры готовности: коэффициент готовности КГ, определяемый как отношение времени, в течение которого тракт находится в состоянии готовности, к общему времени наблюдения; к (Т1 + Т2 – Т12) оэффициент неготовности КНГ, определяемый как отношение времени, в течение которого тракт находится в состоянии неготовности, к общему времени наблюдения.  Т КНГ = , (3.2) где: Т1 – общее время неготовности для одного направления передачи; Т2 – общее время неготовности для другого направления передачи; Т12 – время неготовности одновременно для обоих направлений передачи; Т – период времени наблюдения. Коэффициент готовности и неготовности связаны соотношением: КГ + КНГ = 1. Значение КГ и КНГ определяются в течение времени наблюдения, которое должно быть не менее чем 1 год. Величина SESR соответствует проценту времени неустойчивости связи T(Pош макс) в состоянии готовности цифрового тракта, обусловленной процессом распространения радиоволн. Рекомендация G.826 основана на измерении ошибок в блоках. Показатели качества по ошибкам оцениваются за период времени в один месяц, т.е. они должны выполняться в течение любого месяца года. Далее будем использовать понятие T(Pош макс). 3.8.2 Энергетические соотношения на пролетах ЦРРЛ На рисунке 3.26 приведена диаграмма уровней для одного пролета РРЛ. Уровень мощности сигнала на входе приемника без учета влияния тропосферы и земной поверхности определяется соотношением: Рс вх = Рпд – Lпд + Gпд – Lо + Gпд – Lпр, дБВт, (3.2)  Рисунок 3.26 – Диаграмма уровней сигналов на пролете РРЛ Обозначим сумму величин Lпд (потери знергии сигнала в фидерном тракте передатчика), Lпр (потери энергии сигнала в фидерном тракте приемника), L0 (потери на трассе распространения радиоволн) как Lосн (основные потери). Тогда выражение (3.2) будет выглядеть как: Рс вх = Рпд + Gпд + Gпр – (Lпд + Lо + Lпр) = = Рпд + Gпд + Gпр – Lосн, дБВт, (3.3) Величина Lо рассчитывается по известному выражению: Lо = 10 lg((4πR)/λ)2, дБ (3.4) где R – длина пролета, λ – длина волны. Для учета влияния тропосферы и земной поверхности на уровень сигнала на входе приемника в (3.3) необходимо ввести множитель ослабления поля свободного пространства, который показывает, во сколько раз напряженность поля на входе приемника в реальной ситуации меньше напряженности поля для случая свободного пространства: V = Vр / Vсв . или в дБ : V = 20 lg (Vр / Vсв ), дБ (3.5) Таким образом: Рс вх = Рпд + Gпд + Gпр – (Lпд + Lо + Lпр) = = Рпд + Gпд + Gпр – Lосн – V, дБВт (3.6) Множитель ослабления изменяется во времени и является величиной статистической. Поэтому на практике вводится понятие минимально-допустимого множителя ослабления Vмин, который соответствует такому уровню сигнала на входе приемника, при котором обеспечивется требуемое качество передачи информации. Таким образом, на ЦРРЛ, как и на аналоговых РРЛ, требуемое качество передачи информации может быть обеспечено в течение определенного промежутка времени, в течение которого значение коэффициента ошибок не превышает определенной величины, которая зависит от назначения ЦРРЛ и вида передаваемой информации. По этой причине вводится понятие «устойчивость связи» и говорят о времени устойчивой (обеспечивается требуемое качество), либо о времени неустойчивой работы линии (требуемое качество связи не обеспечивается) работы ЦРРЛ. Связь на РРЛ считается устойчивой, если выполняется условие: Т∑ (Vмин) ≤ Тдоп , где: Т∑ (Vмин) - суммарный расчетный процент времени ухудшения качества связи на РРЛ из-за глубоких замираний; - Тдоп - допустимый процент времени ухудшения качества связи для любого месяца года. Основными причинами ухудшения качества связи на ЦРРЛ являются замирания полезного сигнала, обусловленные явлениями интерференции радиоволн, субрефракции радиоволн и поглощением энергии радиоволн в гидрометеорах. Анализу этих явлений и получению расчетных выражений посвящено достаточное количество учебной литературе. В данном разделе анализируются конечные расчетные соотношения, которые применяются на этапе проектирования ЦРРЛ. 3.8.3 Интерференционные замирания на пролете ЦРРЛ C целью рассмотрения причин появления замираний на пролетах ЦРРЛ воспользуемся рисунком 3.27, на котором изображен профиль пролета.  Рисунок 3.27 – Профиль пролета Профиль пролета представляет собой вертикальный разрез местности в плоскости, проходящей через линию АВ и центр Земли, где АВ — линия прямой видимости, соединяющая центры раскрыва антенн. Для удобства профиль строят в прямоугольных координатах. Расстояния откладывают не по дуге окружности, соответствующей поверхности гладкой Земли, а по оси абсцисс, а высоты — не по радиусам Земли, а по оси ординат. Для того, чтобы профиль в прямоугольных координатах соответствовал реальному, используют параболический масштаб. В этом масштабе все высоты отсчитываются не от оси x, а от линии условного нулевого уровня (УНУ), имеющего вид параболы. Профиль пролета строят, используя топографическую карту местности. На профиль наносят высоты, указанные для данных точек местности на топографической карте, и местные объекты: лес, населенные пункты и др. Обязательно указывают водные поверхности: реки, водохранилища и т. п. На концах профиля откладывают высоты антенн h1и h2и проводят линию прямой видимости АВ. На профиле отмечают просвет без учета рефракции радиоволн Н(0) — расстояние между линией прямой видимости и самой высокой точкой профиля. В данном случае используется упрощенная модель распространения радиоволн (так называемая однолучевая модель). В точке приема «В» возникает интерференция прямой волны (АВ) и волны, отраженной от земной поверхности (АСВ), где С –точка отражения радиоволн. Этой точкой является наивысшая точка профиля с относительной координатой: кi = Ri / R, где R – длина пролета, Ri – расстояние от левого конца профиля до наивысшей точки профиля. Очевидно, что наличие интерференции радиоволн может привести к замираниям сигнала, снижению отношения сигнал/шум на входе приемника и ухудшению качества связи. В самом худшем случае, когда прямая волна и отраженная имеют противоположные фазы, сигнал на входе приемника полностью пропадает. Соотношение фаз прямого и отраженного сигналов зависит от разности хода радиоволн: ∆r = АСВ – АВ Значение разности хода радиоволн, а значит, и глубина замираний зависит от высот подвеса антенн, которые выбираются на этапе проектирования РРЛ. Кроме рассмотренных, на пролете РРЛ существуют замирания. Обусловленные интерференцией прямой волны и волны, отраженной от неоднородностей тропосферы. В тропосфере есть слои, диэлектрическая проницаемость которых отлична на небольшую величину от диэлектрической проницаемости окружающей тропосферы, например облака. Их называют; слоистыми неоднородностями. Если электромагнитная волна, отразившись от такой неоднородности, попадет на вход приемника, то это может привести к появлению замираний. На реальной трассе высота и наклон слоя изменяется случайным образом, значит, амплитуда и фаза отраженной волны величины случайные. Возникают быстрые селективые замирания со средней длительностью доли секунд — секунды при глубине 35 ... 25 дБ. На трассах, проходящих вблизи водных массивов, где много слоистых неоднородностей, такие замирания наблюдают чаще, чем на сухопутных трассах. Отметим, что рассмотренный случай относится только к случаю зеркальных отражений от земной поверхности, которые наблюдаются на совершенно гладких площадках: аэродромы, гладкие водные поверхности и т. п. Влияние неровностей на отраженную волну состоит в том, что отражение может носить диффузный характер. В диапазоне СВЧ большинство поверхностей создает диффузное отражение (коэффициент отражения от земной поверхности Ф<1). 3.8.4 Замирания, вызываемые экранирующим действием препятствий на пролете РРЛ Рассмотренная выше модель распространения радиоволн является абстрактной и не учитывает реальных физических процессов при распространении радиоволн. В реальной ситуации необходимо рассматривать существенную область распространения радиоволн, представляющую из себя эллипсоид вращения, в фокусах которого расположены антенны (рисунок 3.28). В этой области сосредоточено около 90% энергии электромагнитных колебаний. Сечение этого эллипсоида плоскостью профиля заштриховано, а сечение его в плоскости, перпендикулярной линии АВ представляет собой круг радиусом H0 (критический просвет), который называют первой полузоной Френеля. Если в самой высокой точке пролета H (0)>H0, то условия распространения прямой волны такие же, как и в свободном пространстве. При H (0)  H0препятствие экранирует прямую волну. Теперь множитель ослабления будет падать с уменьшением H(0). Он также будет зависеть от формы и размеров препятствия, которые принято оценивать с помощью параметра препятствия μ, характеризующего радиус кривизны препятствия.  Рисунок 3.28 – Существенная область распространения радиоволн При H (0) = 0 (линия прямой видимости касается наивысшей точки профиля) поле в точке приема создает дифрагирующая (огибающая препятствие) волна. Энергия волны, дифрагирующей вокруг сферического препятствия, почти на всем пути распространяется в непосредственной близости от Земли. Такое препятствие экранирует ее в большей степени, чем клиновидное препятствие. 3.8.5 Влияние атмосферной рефракции на распространение радиоволн Тропосфера характеризуется относительной диэлектрической проницаемостью ε, которая зависит от температуры и давления сухого воздуха, а также давления и наличия водяных паров. Значение диэлектрической проницаемости изменяется с изменением высоты в зависимости от перечисленных факторов. Искривление траекторий волн, обусловленное неоднородным строением тропосферы, называется атмосферной рефракцией. Ее характеризуют градиентом диэлектрической проницаемости воздуха g= dw/ dh. В хорошо перемешанной тропосфере ε падает с ростом высоты h, т. е. g<0, и траектория имеет выпуклую форму. Такую рефракцию называют положительной. С учетом рефракции просвет на пролете: H(g)=H(0)+∆H(g) (3.7) где ∆H (g) - приращение просвета за счет рефракции радиоволн. Отметим, что знак приращения просвета определяется знаком градиента диэлектрической проницаемости тропосферы. Траектории радиоволн в при наличии рефракции радиоволн характеризует рисунок 3.29.  Рисунок 3.29 - Траектории радиоволн в отсутствие рефракции (1), при положительной рефракции (2) и субрефракции (3) Рефракцию, соответствующую среднему состоянию тропосферы, называют стандартной. Для нее g = - 8 × 10-8 1/м. Это наиболее распространенный случай. В вечерние, ночные и утренние часы летних месяцев в тропосфере иногда наблюдают температурные инверсии (рост температуры с высотой) и резкое уменьшение влажности. В этих условиях может возникать критическая рефракция, при которой траектория радиоволны концентрична земной поверхности, g = gКР = -31,4 х 10-8 1/м. При g < gКРвозникает сверхрефракция. Радиоволны в этом случае преломляются к поверхности Земли и отражаются от нее. Если в месте отражения Ф=1, то возникает тропосферный волновод. Волна из пункта А в этом случае распространяется далеко за пределы прямой видимости и может создавать помехи другим РРС, использующим такие же частоты. На участках РРЛ с низинами, где осенью или весной обычно имеют место приземные туманы, может возникнуть отрицательная рефракция или субрефракция, при этом g>0.Траектория радиоволны имеет вогнутый характер и просвет H(g) |