Расчет параметров цифровых РРЛ работающих в диапазонах частот выше 10 ГГц

• коэффициент ошибок , где - число переданных символов, - число ошибочно принятых символов.

В нашем случае: линия связи среднего качества 2 класс 

 при  км

При км

Причины, приводящие к неготовности аппаратуры:

• экранирующее влияние препятствия при субрефракции;

• влияние гидрометеоров (учитывается при частотах выше 6 ГГц);

•  влияние   промышленных  атмосферных метеоров (экологические факторы);

• ненадежность аппаратуры;

• ошибки обслуживающего персонала.

При расчете  ПНГ участка ЦРРЛ, предназначенной  для передачи телефонных сигналов, необходимо  сравнивать расчеты на пролете с ПНГ / 2 или даже с ПНГ / 3 (с учетом запаса, потому что есть два направления линии связи).

4.2. Показатели качества по ошибкам (ПКО)

Показатели  качества по ошибкам системы связи  относятся к тем промежуткам  времени, в течение которых система  находится в состоянии готовности. Различаются следующие параметры:

• сильно пораженные секунды (СПС);

• минуты пониженного качества (МПК);

• секунды с ошибками (СО);

• остаточный коэффициент ошибок (ОКО).

Сильно пораженные секунды представляют собой процент  времени превышения величины за 1 секунду. Минуты пониженного качества - процент времени превышения за 1 минуту. Секунды с ошибками - процент времени превышения за 1 секунду (эта норма определяет качество работы системы связи при передаче данных). В некоторых источниках имеется определение параметра секунды с ошибками как процентное отношение числа бракованных секунд, в течение которых имеется 1 или больше ошибок к общему времени работы системы.

Величины всех этих параметров зависят от интерференционных замираний сигнала на интервале ЦРРЛ, которые складываются из гладких и частотно-селективных. К гладким замираниям необходимо относить такие замирания, которые не искажают частотную характеристику системы связи. Соответственно частотно-селективные замирания влияют на АЧХ ствола РРЛ, т.е. в пределах полосы пропускания линии связи вносят различные ослабления на разных частотах. Эти замирания необходимо учитывать при полосе пропускания ВЧ ствола больше 10-15 МГц.

При качестве линии 2-го класса норма  при км.

При км

 

5. Расчет  и построение профиля пролета

 

Расчет  нулевого уровня при нулевой атмосферной  рефракции (g = 0)

 

g - градиент  вертикальной диэлектрической проницаемости

g=0 при постоянных: температуре, влажности, давлении. В свободном пространстве, луч идет прямо, коэффициент преломления равен 0.

где – длина пролета, равная 13 км

        – радиус Земли, равный 6370 км

       – относительная координата

     

Расчет и построение профиля при субрефракции

g - градиент  вертикальной диэлектрической проницаемости

 при изменчивой температуре,  влажности и давление. В свободном пространстве, луч не идет прямо, коэффициент преломления не равен 0 ( ).

Климатический район №3 – Юго-запад ЕТС(Курская обл., Воронежская обл., Украина, Молдавия за исключением приморских районов)

Для каждого сезона определим соответствующее стандартное отклонение параметра при субрефракции в зависимости от длины пролета :

,

где - коэффициент, равный 0,66. А также вычислим величину для области субрефракции

.

 

В зимние месяцы     

- среднее значение градиента вертикальной диэлектрической проницаемости в зимних условиях, для данного климатического района.   

- стандартное отклонение градиента вертикальной диэлектрической проницаемости в зимних условиях, для данного климатического района.

 

,

 

где - коэффициент, равный 0,66.

Вычислим величину для области субрефракции

.

В летние месяцы

    -средние значение градиента вертикальной диэлектрической проницаемости в летних условиях, для данного климатического района.   

- стандартное отклонение градиента вертикальной диэлектрической проницаемости в летних условиях, для данного климатического района.

                   

Выбираем g наибольшую, т.к. в этом случае происходит наибольшее закрытие трассы. Худшие условия наблюдаются в зимние месяцы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчёт  высоты антенн

 

Высокие технические  характеристики современной аппаратуры цифровых РРЛ при правильном выборе профилей пролета позволяют пользоваться упрощенной методикой для определения просветов на интервалах линии связи и, следовательно, высот подвеса антенн. Основным критерием, является свободная первая зона Френеля.

Радиус первой зоны Френеля:

R₀ – длина пролета, 13км

k– относительная координата наивысшей точки на трассе,  k = 0,4

f₀=14,925 – рабочая частота, ГГц

Исходя из того, что стоимость опоры антенны  увеличивается в геометрической прогрессии с увеличением её высоты, нужно строить опоры минимально возможной высоты. Минимальной стоимости можно добиться строя антенны примерно равной высоты (h₁=h₂).

G  -коэффициент усиления (дБ)

G  = 20 lg (D) + 20 lg (f) + 17.5

D – диаметр антенны, м

f - рабочая частота, ГГц

При заданной длине пролета  R₀ = 13 км для работы радиорелейной линии могут быть выбраны следующие диапазоны рабочих частот:15 ГГц, 18 ГГц, 23 ГГц и 27 ГГц.

Произведем  расчет  Rф и G1 рабочей частоты каждого из диапазонов.

 

Пример  расчета:  Диапазон 15 (14,5-15,35)

f0 = 14,925 ГГц ;      R0 = 13 км;      k = 0.4;      D = 0,6 м

G  = 20 lg (0.6) +20 lg (14,925)+17.5 = 36,54 (дБ)

Результаты  расчетов  приведены в таблице:

Диапазон, ГГц	f0,ГГц	Rф,м	Диаметр антены D,м	Коэффициент усиления G,дБ
14,5-15,35	14,925	6,458335	0,6	36,54131
			1,2	42,56191
			1,8	46,08374
17,7-19,7	18,7	5,76975	0,6	38,49986
			1,2	44,52046
			1,8	48,04228
21,2-23,6	22,4	5,271737	0,3	34,04739
			0,6	40,06799
			1,2	46,08859
25,25-27,5	26,375	4,858269	0,3	35,46627
			0,6	41,48687
			1,2	47,50747

 

 

 

                                        

 

 

Таблица данных для построения профиля.

К	Rx, км	Xg0, М	XgЗИМА, М	Высота без  учёта МП при g=0, м	Высота без  учёта МП при g зимой, м	Высота с  учётом МП при g=0, м	Высота с  учётом МП, при   g зимой,м
0	0	0,00	0,00	65	65,00	65,00	65,00
0,1	1,3	1,19	2,46	5	7,46	6,19	7,46
0,2	2,6	2,12	4,38	20	24,38	22,12	44,38
0,3	3,9	2,79	5,75	40	45,75	42,79	65,75
0,4	5,2	3,18	6,57	40	46,57	43,18	66,57
0,5	6,5	3,32	6,84	35	41,84	38,32	41,84
0,6	7,8	3,18	6,57	40	46,57	43,18	46,57
0,7	9,1	2,79	5,75	45	50,75	47,79	56,75
0,8	10,4	2,12	4,38	50	54,38	52,12	60,38
0,9	11,7	1,19	2,46	30	32,46	31,19	32,46
1	13	0,00	0,00	30	30,00	30,00	30,00

 

6. Расчет уровней сигналов на интервале РРЛ

 

Качество работы линии связи определяется уровнем  сигнала на входе приемника  и возможными отклонениями этого уровня при замираниях. На диаграмме уровней видно, что сигнал излучается передатчиком с уровнем , проходит через разделительный фильтр (РФ), в котором уровень падает за счет потерь и поступает через фидер в передающую антенну с коэффициентом усиления . За счет потерь в фидере уровень сигнала еще уменьшится, а в передающей антенне увеличится на величину . При распространении сигнала по интервалу РРЛ (протяженностью , на рабочей частоте ) уровень сигнала упадет за счет ослабления свободного пространства, потерь в газах атмосферы и некоторых дополнительных потерь. Общее ослабление сигнала за счет этих причин может достигнуть 130-140 дБ и больше. В приемной антенне уровень сигнала увеличится на величину , затем уменьшится в приемной фидерной линии, в разделительном фильтре и поступит на вход приемника с уровнем . Это значение получается в отсутствии замираний сигнала на пролете РРЛ. Запас на замирания ( ) является разницей между пороговым значением уровня сигнала на входе приемника и пороговым значением , которое определяется из параметров конкретной аппаратуры цифровых РРЛ для заданной величины ( или ). Уровень сигнала на входе приемника ( , дБ)

где - уровень мощности передатчика,

     , - коэффициенты усиления приемной и передающей антенн,

      - ослабление сигнала в свободном пространстве,

,

       где  – рабочая частота, ГГц

             – длина пролета, км

      , - ослабление сигнала в фидерных линиях,

      - ослабление сигнала в атомах кислорода и молекулах воды, имеющейся в составе  

              атмосферы,

      - ослабление сигнала в разделительных фильтрах,

     - дополнительные потери, складывающиеся из потерь в антенных обтекателях 

                и потерь от перепада высот приемной и передающей антенн

При большом  диаметре антенн соединение производится  коротким отрезком гибкого волновода, потери в котором дБ. 

- 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 разделительных фильтрах). В этих случаях величина потерь . При разнесённой конструкции приёмопередатчиков и антенн потери в РФ составляют 4 - 5 дБ.

- определяется в разделе 8.

Пример расчета: Диапазон 15 ГГц (14.5 – 15.35 ГГц)

 ГГц;  км; ; м

 дБ

Аппаратура  Радиан-15  P_пд = 26 дБм;    P_пор = -83 дБм

 дБ

при (рассчитано далее)

-46,13 дБ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. Расчет запаса на гладкие замирания

 

К гладким относятся  интерференционные замирания, не изменяющие частотную характеристику цифрового ствола. Запас на гладкие замирания

где - пороговый уровень сигнала на входе приемника при (определяется из параметров аппаратуры). Значения , удовлетворяющие условию , отмечены в таблице цветом.

 

Пример расчета: Диапазон 15 ГГц (14.5 – 15.35 ГГц)

 

 

 

8. Расчет влияния атмосферы и гидрометеоров на работу ЦРРЛ

Известно, что гидрометеоры оказывают сильное  влияние на работу линий связи  при частотах выше 6 ГГц (без учета экологических условий, приводящих к проявлению их экранирующих свойств и на более низких частотах).

Ослабляющее действие гидрометеоров оказывает достаточно длительное влияние на качество работы систем связи, ухудшая показатель неготовности (ПНГ). Как показано в разд. 1, показатели неготовности складываются из ,

где - неготовность линии связи из-за влияния гидрометеоров (дождей),

       - неготовность линии связи из-за закрытия трассы (влияние субрефракции),

       - аппаратурная ненадежность,

       - ошибки обслуживающего персонала,

       - неготовность линии связи из-за влияния промышленных атмосферных 

                     метеоров (экологические причины).

На влияние  гидрометеоров необходимо относить 70-80 % их норм на ПНГ, так как остальная часть приходится на нарушения работоспособности линии связи при отказах аппаратуры, ошибках обслуживающего персонала и неблагоприятной экологической обстановки. Это справедливо для случаев, когда вероятность закрытия трассы РРЛ стремится к 0. В противном случае, доля влияния гидрометеоров должна быть еще меньше. Доли составляющих причин, приводящих к неготовности ЦРРЛ, нужно согласовывать с заказчиками расчетов и фирмами-производителями аппаратуры.

Основными факторами, определяющими работоспособность систем радиосвязи в диапазонах частот выше 10 ГГц, являются потери в гидрометеорах и газах атмосферы.

С увеличением  рабочих частот эти потери стремительно растут. Суммарные погонные величины ослабления сигнала могут достигать 40 дБ/км при f = 60 ГГц. Таким образом, частота 60 ГГц является естественным пределом для радиосистем связи.