Спутниковые и радиорелейные системы передачи

Некоммерческое акционерное  общество

«АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ  ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ»

Кафедра Телекоммуникационных систем

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине: Спутниковые и радиорелейные системы передачи

 

 

 

 

 

Специальность 5В0719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации

Выполнил Шивелина И. А.     Группа МТС-08-4

№ зачетной книжки 073166

Руководитель ст.пр. Барсегянц К. В.

_____________________________«____»_____________________2011 г.

 

 

 

 

 

 

 

 

Алматы 2011

Содержание

 

Введение	3
1 Задача №1	4
2 Задача №2	14
3 Задача №3	20
Заключение	28
Список литературы	27

 

Введение

 

Радиорелейная связь - радиосвязь по линии, образованной цепочкой приемо-передающих (ретрансляционных) радиостанций. Осуществляется обычно на деци- и сантиметровых волнах. Антенны станций линии радиорелейной  связи устанавливают на мачтах (башнях) высотой 70-100 м; антенны соседних станций  обычно находятся в пределах прямой видимости (на равнине 40-50 км).

Оборудование, состоящее  из передатчика, приемника и антенны  называют радиорелейной станцией (РРС). Место, где расположена РРС вместе с мачтой, источником питания и другим вспомогательным оборудованием называют площадкой (САЙТ). Пространство между двумя сайтами, между которыми организована связь, называют пролетом. Длина пролета ограничивается рельефом местности, кривизной земной поверхности, мощностью передатчика, чувствительностью приемника и диаграммой направленности антенн. Обычно это расстояние не превышает 60 км. Для передачи сигналов на большое расстояние образуются промежуточные сайты – ретрансляторы. На ретрансляторах ставится два комплекта РРС, чтобы принимать и передавать сигналы в разных направлениях.

Ретрансляторы имеют антенные системы с направленной диаграммой направленности, что позволяет более  эффективно  работать как в условиях преднамеренных помех, так и использовать мощность передатчика. Цифровые радиорелейные станции позволяют увеличить количество переприемов за счет  применения особенностей передачи цифровых сигналов. Они могут использоваться в различных сетях связи. Станции работают в дециметровом и сантиметровом диапазонах волн. При этом в уплотненном одном канале передается группа телефонных стандартных телефонных каналов.

В процессе проектирования приходится выполнять выбор типа АРРС или  ЦРРС; выбор трассы, месторасположения  РРС, площадок для установки антенн и построение профиля трассы; выбор  просветов (или высот установки  антенн) на пролетах; расчет устойчивости РРЛ и проверку выполнения нормы  на устойчивость; расчет уровней сигналов на входах приемников РРС и шумов  в каналах на конце РРЛ; проверку выполнения нормы на шумы. Кроме того, приходится принимать решения по таким общетехническим вопросам, как выбор типов антенн; разработка структурных схем станций; схем электропитания; составление комплектовочных ведомостей аппаратуры и оборудования РРС; выбор типовых зданий для РРС.

 

1 Задача №1

 

Произвести расчет пролета  радиорелейной линии (РРЛ):

- по известным высотным отметкам земли H (м) и указанным расстояниям от начала пролета R (км) построить продольный профиль пролета;

- выбрать оптимальную высоту подвеса антенн; произвести коррекцию, если необходимо;

- рассчитать запас на замирание сигнала;

- рассчитать время ухудшения сигнала из-за дождя и вследствие субрефракции радиоволн;

- проверить нормы на неготовность;

- рассчитать время ухудшения сигнала за счет многолучевого распространения радиоволн, сравнить с нормами;

- сделать выводы о проделанных расчетах.

 

Т а б л и ц а 1 – Технические параметры пролета РРЛ

Вариант	УНУ м	Отметки земли Hi/Ri, м/км					R0, км	f, ГГц	Аппара тура
		1	2	3	4	5
6	250	250/0	270/5	285/10	270/15	280/25	25	22	Pasolink

 

Т а б л и ц а 2 – Место расположения РРЛ

Вариант	Район
6	Степная полоса Казахстана

 

Т а б л и ц а 3 – Технические параметры аппаратуры Pasolink

Шифр РРС	Диапазон частот f, ГГЦ	Коэффициент системы SG, дБ	Диаметр антенны D, м
Pasolink 18G8M8	17,7 – 19,7	112,5 (Е2)	1,2

 

1.1 Построение продольного профиля пролета

Продольный профиль интервала  представляет собой вычерченный  в определенном масштабе вертикальный разрез местности по линии, соединяющей  две соседние радиорелейные станции. Продольные профили интервалов РРЛ  полно и наглядно характеризуют  рельеф местности на каждом интервале  связи и являются основными рабочими документами, позволяющими выполнить  расчет устойчивости работы радиорелейной  линии при заданных нормах на ее качественные показатели.

Построение продольных профилей производится в прямоугольной системе  координат с применением разных масштабов по горизонтали и вертикали. Высоты препятствий на поверхности  Земли измеряются в метрах, а расстояния между ними радиорелейными станциями  – в километрах. Таким образом, высоты откладываются на профиле  не по линиям, проходящим через центр  Земли (т.е. по радиусу Земли), а по вертикали (по оси ординат), и отсчет их ведется не от горизонтальной линии  профиля, а от линии кривизны земной поверхности, принимаемой за линию уровня моря или за условный нулевой уровень. Расстояния же между станциями откладываются не по криволинейной поверхности, а по горизонтали (оси абсцисс). При таком построении профиля земная поверхность изображается не окружностью, а параболой. Построение дуги земной кривизны (параболы) производится после определения расстояний между станциями и максимальной разности высот на поверхности земли, так как в зависимости от расстояния меняется масштаб по вертикали. Расстояния между станциями, а также наиболее низкие (h_min) и наиболее высокие (h_max) точки профиля интервала РРЛ связи определяются по данным топографических карт, и затем вычисляется максимальная разность высот в метрах.

После выбора масштабов производится построение дуги земной кривизны.

Линия, изображающая на профиле  уровень моря (дуга земной кривизны) или условный нулевой уровень (условный горизонт) и имеющая вид параболы, рассчитывается по формуле

 

),     (2.1)

 

где x(R) – текущая координата дуги нулевого уровня, м;

R₀ – протяженность интервала, км;

R – расстояние от левого конца интервала, км, до точки, в которой определяется величина x;

R_З=6,37·10⁶ м – радиус Земли.

Максимальная высота препятствия, создаваемого выпуклостью земной поверхности, для любой протяженности интервала  R₀ при R=R₀/2 равна

 

x_MAKC=R₀²/8R₃.     (2.2, а)

 

С достаточной для практических расчетов степенью точности при R_з=6370км можно принять

 

x_MAKC=1,96∙10^-2∙R₀²,    (2.2, б)

 

x_MAKC=1,96∙10^-2∙25²=12,25

 

где R₀ выражено в км.

Для сокращения размеров чертежа  высокие отметки отсчитываются  от линии условного горизонта, которая  выбирается в зависимости от рельефа  местности. Полученная кривая характеризует  профиль интервала данного участка  связи.

 

1.2 Выбор оптимальных высот подвеса антенн

Из-за неравномерности вертикального  градиента диэлектрической проницаемости  атмосферы радиолуч получает искривление, что приводит к ухудшению радиосвязи. Если он встречается с естественным препятствием, то связь нарушается. Поэтому необходимо правильно определить просвет трассы путем правильного выбора высот подвеса антенн.

Радиолуч перемещается внутри зоны Френеля, которая представляет собой эллипсоид вращения в точке  приема и передачи. Минимальный радиус зоны Френеля определяется по формуле

 

,     (2.3)

 

 

где – длина волны, м;

 

 – относительное расстояние до препятствия.

 

Среднее значение изменения  просвета за счет рефракции, существующее в течение 80% времени, вычисляется  по формуле

 

,   (2.4)

Где ḡ и – соответственно среднее значение и стандартное отклонение вертикального градиента проницаемости.

Для пустынных районов  Казахстана: ḡ=-7∙10^-8 м^-1, σ=9∙10^-8 м^-1.

При длине пролета меньше 50 км стандартное отклонение должно определяться по формуле

    (2.5)

 

 

где σ – значение стандартного отклонения, м^-1;

y = 0,81 при R₀ = 25 м.

Просвет в отсутствии рефракции  радиоволн (при g=0) рассчитывается по формуле

H(0)=H₀-ΔH(ḡ+σ_Ro),     (2.6)

 

H(0)=5,22+2,22=7,44 м

 

Высоты подвеса антенн определим из рисунка 1. Для этого  от критической точки профиля  откладывается расстояние Н(0) и через  данную точку проводится луч, соединяющий  антенны.

Рисунок 1 – Профиль пролета  РРЛ

 

Численно высоты подвеса  антенн можно определить по формулам

 

h₁=x_max+H(0)+MN–CD,    (2.7 а)

 

h₁= 12,25 + 7,44 + 35 – 0 = 54,7

 

h₂=x_max+H(0)+MN–YZ,    (2.7 б)

 

h₂= 12,25 + 7,44 + 35 – 30 = 24,7

 

где MN – максимальная высота профиля относительно УНУ;

CD, YZ – высота профиля  соответственно в начале и  в конце тракта в зависимости  от типа антенны – передающей  или приемной.

 

1.3 Расчет запаса на замирание

Расчет запаса на замирание  производится по формуле

 

F_t = S_G + G_ПРД + G_ПРМ - 2η-L₀,    (2.8)

 

где S_G – коэффициент системы, дБ;

G_ПРД = G_ПРМ – коэффициенты усиления передающей и приемной антенн, дБ,

==46,67 дБ

 

2η ≈ 5 дБ – коэффициент полезного действия антенно-фидерного тракта;

L₀– затухание радиоволн в свободном пространстве, дБ

 

L₀=20∙(lg(f)+lg(d))+32,45,    (2.9)

 

L₀=20∙(lg(19,7∙10³)+lg(25))+32,45=146,3 дБ,

 

где f – частота передачи, МГц;

d=R₀ – расстояние между передающей и приемной антеннами (длина пролета), км.

 

F_t = 112,5 + 46,67 + 46,67 – 5 – 146,3= 54,5 дБ.

 

4. Расчет времени ухудшения связи из-за дождя

Чем выше частота радиоизлучения, тем сильнее влияет на ослабление сигнала размер капель и интенсивность  дождя. Поэтому при расчете времени  ослабления необходимо учитывать климатическую  зону в зависимости от интенсивности  дождя в течение 0,01% времени.

Территория СНГ разделена  на 16 климатических зон. Казахстан  относится к зоне Е, для которой интенсивность осадков =22 мм/час.

Коэффициенты регрессии  для оценки затухания в зависимости  от поляризации волны представлены в таблице Б.2 Приложения Б.

Так как интенсивность  дождя неравномерно распределяется вдоль трассы, определяем эффективную  длину пролета

 

d_э=r∙R₀,     (2.10)

 

где R₀ – длина пролета, км;

 – коэффициент уменьшения;

 – опорное расстояние, км.

Удельное затухание в  дожде в зависимости от поляризации  волны (дБ)

 

. (2.11)

определяется для горизонтальной и вертикальной поляризации и  выбирается наибольшее из них

, (2.11, а)

 

, (2.11, б)

 

где k_н, k_v, α_н, α_v – коэффициенты регрессии.

Затухание на трассе, превышающее 0,01% времени, определяется по формуле