Расчет параметров цифровых РРЛ работающих в диапазонах частот выше 10 ГГц

Санкт-Петербургский  Государственный Университет Телекоммуникаций

им.проф.М.А.Бонч-Бруевича

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовой  проект

«Расчет параметров цифровых РРЛ работающих в диапазонах частот выше 10 ГГц»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Студент: Захаренков К.А.

Группа: МТ-35

Преподаватель: Гаврилова И.И.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург

2007

 

 

1. Исходные данные

 

Качество линий  связи	2 класс
Номер рабочего ствола	8
Скорость работы	16 Мбит/с
Климатический район	3
Длина пролета	13км

 

 

Высотные  отметки профилей

 

N точки	К	h, м
1	0	65
2	0,1	5
3	0,2	20
4	0,3	40
5	0,4	40
6	0,5	35
7	0,6	40
8	0,7	45
9	0,8	50
10	0,9	30
11	1	30

 

Параметры местных предметов  профилей

 

№ МП	К1	К2	h, м	Вид МП
1	0	0,4	20	Строения
2	0,7	0,8	6	Лес

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Введение

 

Радиорелейные линии связи прямой видимости  занимают одно из важнейших мест в  системах средств передачи информации. Быстрое развитие технологии открывает новые возможности в этой области. Потребность в недорогих надежных ЦРРЛ с относительно небольшой протяженностью и емкостью стремительно возрастает. Для частот выше 10 ГГц разработано и имеется на рынке большое количество типов аппаратуры как отечественного, так и импортного производства. Конструктивно, такая аппаратура часто выполняется в виде моноблоков, когда приемопередающее оборудование и антенна составляют единое целое. Это дает возможность строить на линиях связи простые необслуживаемые промежуточные станции с относительно недорогими антенными опорами. Многие системы полностью автоматизированы, управляются микропроцессорными или компьютерными устройствами, имеют гибкую структуру и обеспечивают реализацию различных конфигураций сетей.

Подобная аппаратура может применяться для организации:

• линий связи между населенными пунктами;

• телекоммуникационных сетей связи;

• технологических линий и сетей связи для железнодорожного транспорта,    

   энергосистем, газо и нефтепроводов;

• связи между компьютерными и офисными центрами;

• соединительных линий между базовыми станциями сотовой и подвижной связи;

• микроволновых систем распределения информации;

• временных линий и сетей связи для проведения массовых мероприятий или

   аварийно-спасательных  работ;

•линий и  сетей связи для производственных объединений;

• сетей связи для крупных сельскохозяйственных предприятий.

Высокие технические характеристики современной аппаратуры позволяют применить упрощенную практическую методику для расчетов основных параметров ЦРРЛ. Основу методики расчета составляют рекомендации МСЭ-Р и предложения ряда отечественных и зарубежных фирм. При этом определяются высоты подвеса антенн в пунктах расположения станций ЦРРЛ и выбираются основные параметры оборудования для получения качественных показателей линии связи, удовлетворяющих нормам. Кроме того, проводится расчет влияния как внешних помех (например, от спутниковых систем связи), так и коррелированных и некоррелированных помех, создаваемых различными станциями или стволами линии связи.

Методика относится к  проектированию цифровых радиорелейных систем плезиохронной иерархии средней скорости (до 34 Мбит/с), но ряд разделов можно применить при проектировании современных систем, оперирующих с синхронными транспортными потоками 8ЦВ 8ТМ-1 (51.84 Мбит/с) с многоуровневой модуляцией типа 16 КАМ, 32 КАМ, 32 ТСМ и пр.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Общие принципы построения ЦРРЛ и особенности современной апппаратуры

Радиорелейные линии связи основываются на принципах  многократной ретрансляции сигнала, что  иллюстрируется упрощенной структурной схемой, показанной на рис. 1. Различаются оконечные, промежуточные и узловые станции.

Оконечные станции  устанавливаются в крайних пунктах  линии связи и содержат модуляторы и передатчики в направлении  передачи сигналов и приемники с демодуляторами в направлении приема. Для приема и передачи применяется одна антенна, соединенная с трактами приема и передачи при помощи разделительного фильтра. Модуляция и демодуляция сигналов проводится на промежуточной частоте

70 МГц. В этих случаях передатчики предназначены для преобразования сигналов промежуточной частоты в рабочий диапазон СВЧ, а приемники - для обратного преобразования и усиления сигналов промежуточной частоты. Существуют системы РРЛ с непосредственной модуляцией сигналов СВЧ (например, аппаратура Эриком-11), но они имеют ограниченное распространение. Упрощенная структурная схема оконечной станции показана на рис. 1.

 

Рис.1.

Промежуточные станции располагаются на расстоянии прямой видимости и предназначаются для приема сигналов, усиления их и дальнейшей передаче по линии связи. Прием и передача сигналов на промежуточных станциях должна проводится на разных частотах для устранения паразитных связей в приемопередатчиках за счет влияния обратного излучения близко расположенных антенн. Разница между частотами приема и передачи называется частотой сдвига ( ). На рис. 2 показана структурная схема промежуточной станции.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.2.

 

Узловые станции (рис. 3) выполняют как функции промежуточных станций, так и функции ввода и вывода информации. Поэтому они устанавливаются в крупных населенных пунктах или в точках пересечения (ответвления) линий связи.

 

 

 

 

 

 

                             Аппаратура ввода и вывода  информации

                                                            Рис.3.

Промежуток  между ближайшими станциями называется пролетом (или интервалом) РРЛ. Протяженность пролета зависит от многих причин и, в среднем, достигает 50 - 60 км в диапазонах частот до 6 - 8 ГГц и нескольких км в диапазонах 30-50 ГГц.

Промежуток  между оконечной станцией и ближайшей  узловой или между узловыми станциями  называется секцией РРЛ.

Совокупность  приемопередающего оборудования образует так называемый ствол РРЛ. Различаются  однонаправленные стволы и двунаправленные (для дуплексной связи).

Для передачи сигналов в прямом и обратном направлениях применяются 2-частотные и 4-частотные  системы.

 

 

 

 

 

 

 

2-частотная  система (рис. 4) экономична с точки зрения использования полосы частот, выделенной для организации радиорелейной связи. Однако она требует применения антенн с хорошими защитными свойствами от приема и передачи сигналов с боковых и обратных направлений. В диапазонах частот выше 10 ГГц применяются параболические антенны с дополнительными экранами (воротниками), позволяющими достичь таких показателей.

4-частотная  система (рис. 5) допускает применение более простых и дешевых антенн и позволяет улучшить защищенность линии связи от взаимных помех, но используется достаточно редко. Как правило, четырехчастотную систему можно рекомендовать для организации линий связи при очень сложной электромагнитной обстановке.

Для повышения  экономической эффективности и  пропускной способности радиорелейные  системы часто делают многоствольными, в которых на каждой станции работают с различными частотами несколько приемопередатчиков через общие антенно-фидерные устройства. С целью увеличения надежности работы линии связи применяются различные способы резервирования. В диапазонах частот выше 10 ГГц в ЦРРЛ наибольшее распространение получают системы резервирования 1+1, когда на один рабочий ствол приходится один резервный. В сложных условиях распространения радиоволн, оба ствола могут быть использованы для организации разнесенного приема, существенно улучшающего устойчивость работы системы связи. Зачастую строятся простые одноствольные системы связи без резервирования, учитывая высокую надежность современной аппаратуры. К примеру, время наработки на отказ аппаратуры ЦРРЛ типа МINI - LINK Е шведской фирмы ERICSSON достигает (согласно рекламе) 20 - 30 лет.

Широкое развитие информационных радиосетей заставляет строго регламентировать использование  рабочих частот в выделенных диапазонах волн.

 На рис. 6 показан план распределения рабочих частот для системы РРЛ, работающей в диапазоне 11 ГГц в соответствии с Рекомендациями 387-2 МСЭ-Р.

 

 

 

 

 

 

Рис.6

 ГГц

Рабочий ствол  №8

 МГц

 МГц

В более высокочастотных  диапазонах волн применяются гибкие частотные планы. Разнос частотных каналов в таких случаях определяется пропускной способностью (скоростью работы ЦРРЛ) и видом модуляции. Чаще всего применяется шаг разноса рабочих частот равный 3,5 МГц. Тогда, к примеру, при скорости работы 4 Мбит/с и 4-уровневой модуляции разнос частот можно выбрать равным шагу разноса, а при кратном увеличении скорости разнос также кратно увеличивается и может равняться 7,14 или 28 МГц.

Современная аппаратура радиорелейных систем для диапазонов частот выше

10 ГГц имеет определенные особенности в конструктивном выполнении по сравнению с более низкочастотной аппаратурой. В диапазонах частот до 10 ГГц приемопередающая аппаратура, как правило, выполняется в виде достаточно громоздких стоек, располагающихся в аппаратных помещениях. Связь с антеннами осуществляется фидерными волноводами, имеющими значительную длину и, следовательно, вносящими существенные потери. Переход к диапазонам частот выше 10 ГГц существенно изменил конструктивное выполнение аппаратуры. Аппаратура, работающая в диапазоне выше

10 ГГц, имеет небольшие габариты и располагается на вершине антенной опоры, объединенная в единый блок с антенной.

Компактная  аппаратура с небольшими габаритами и весом, которая применяется  в диапазонах частот свыше 10 ГГц, допускается  использование облегченных антенных мачт, выполненных в виде ферм треугольного сечения или трубчатых конструкций, которые можно установить на высоких зданиях, дымовых трубах или возвышенных местах. Приемопередающие блоки соединяются коаксиальными кабелями с модемным оборудованием, располагающимся в помещении. Современное модемное оборудование – это легко трансформирующийся комплекс, функционирующий под управлением центрального или местного компьютера.

Модемное оборудование может обеспечивать формирование и  обработку цифровых потоков на скорости от 1 до 34 Мбит/с, проводить мультиплексирование потоков и функционировать в режимах организации сетей связи любой конфигурации.

 

 

 

Общая схема и сигналы

 

 

 

1. Спектр одиночного  телефонного сигнала

2. Спектр многоканального телефонного сигнала

3. Дискретизация  и квантование сигнала по уровням 

4. Кодирование  сигнала

5. Частотно-модулированный  сигнал

 

4. Нормы на качественные показатели

Полностью установившихся норм на качественные показатели цифровых РРЛ в настоящее время не существует. Разные фирмы, производящие аппаратуру РРЛ имеют различные подходы к этому вопросу. Поэтому данные на нормы необходимо согласовывать в каждом конкретном случае. В настоящей методике предлагается наиболее часто встречающийся подход, основу которого составляют рекомендации МСЭ-Т С. 821. При этом нормы состоят из двух основных компонент: показатели неготовности и показатели качества по ошибкам.

4.1. Показатели  неготовности (ПНГ)

Неготовность  аппаратуры - это такое состояние участка ЦРРЛ, при котором в течение 10 секундных интервалов, следующих подряд, имеет место хотя бы одно из событий:

• пропадание сигнала (потеря синхронизации);