Мир Знаний

Проектирование цифровой радиорелейной линии на участке Томск-Чажемто (стр. 11 из 27)

Коэффициент неготовности линии

складывается из следующих величин.

, (5.1)

где

- общая вероятность нарушения радиосвязи, вызванная многолучевым замиранием;

- вероятность нарушения радиосвязи, вызванная дождем;

- вероятность нарушения радиосвязи, вызванная отказом оборудования.

Прежде, чем приступать к расчету вероятностей нарушения связи, разберемся с таким понятием, как запас на замирание.

5.3.2 Расчет необходимого запаса на замирание

Атмосферные возмущения оказывают влияние на условия передачи на радиорелейных линиях прямой видимости. Уровень принимаемого сигнала изменяется во времени и характеристики системы определяются вероятностью того, что уровень сигнала упадёт ниже порогового значения, или спектр принимаемого сигнала будет сильно искажён [3,11].

Рассмотрим упрощенную структурную схему интервала радиолинии и соответствующую диаграмму уровней сигнала (рисунок 5.2). Очевидно, что качество работы линии связи, определяется уровнем сигнала на входе приемника

и возможными отклонениями этого уровня при замираниях.

Рисунок 5.2 – Диаграмма уровней сигнала на пролете РРЛ

На диаграмме уровней видно, что сигнал излучается передатчиком с уровнем

, проходит через разделительный фильтр (РФ), в котором уровень упадет за счет внутренних потерь и поступает через фидерную линию в передающую антенну с коэффициентом усиления
. За счет потерь в фидерной линии
уровень сигнала еще уменьшиться, 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 уровнем сигнала на входе приемника
и его пороговым значением
, которое определяется из параметров конкретной аппаратуры цифровых РРЛ для заданной величины
(
или
).

Уровень сигнала на входе приемника можно определить по следующей формуле:

, (5.2)

где

уровень мощности передатчика, дБм;

коэффициенты усиления передающей и приемной антенн;

ослабление сигнала в фидерных линиях (Ф1, Ф2), дБ;

При отсутствии фидера (когда приемопередатчики объединены с антенной в виде моноблока) необходимо учитывать конструктивные особенности устройства объединения, как правило, в этих случаях потери в фидерах можно принять равными 0 дБ. При больших диаметрах антенн соединение проводится коротким отрезком гибкого волновода, потери в котором

;

определяется из параметров аппаратуры. Обычно значение ослабления в разделительных фильтрах соответствует сумме потерь в передающем и приемном устройствах. 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 разнесенной конструкции приемопередатчиков и антенн, потери в РФ составляют 4 - 5 дБ в зависимости от типа и длины фидера.

дополнительные потери, складывающие из потерь в антенных обтекателях
и потерь от перепада высот приемной и передающем антенн

(
);

ослабление радио волн при распространении в свободном пространстве рассчитывается по следующей формуле:

, (5.3)

где

протяженность интервала РРЛ, км;

рабочая частота, ГГц.

атмосферные потери (потери в газах) рассчитываются по формуле:

, (5.4)

где

и
погонные затухания в водяных парах и атомах кислорода атмосферы, рассчитываемые следующим образом.

5.3.3 Расчет атмосферных потерь

Атмосферные потери, в основном, складываются из потерь в атомах кислорода и в молекулах воды. Практически полная непрозрачность атмосферы для радиоволн наблюдается на частоте 118.74 ГГц (резонансное поглощение в атомах кислорода), а на частотах больше 60 ГГц погонное затухание превышает 15 дБ/км. Ослабление в водяных парах атмосферы зависит от их концентрации и весьма велико во влажном теплом климате и доминирует на частотах ниже 45 ГГц [4,18].

Погонные потери в атомах кислорода (дБ/км):

, (5.5)

где

рабочая частота, ГГц.

Эта формула справедлива для рабочих частот ниже 57 ГГц, при нормальном атмосферном давлении и при температуре воздуха +15 градусов С.

Погонные потери в водяных парах (дБ/км):

(5.6)

где

концентрация водяных паров в атмосфере, г/м3 (обычно
).

Суммарные погонные потери (дБ/км) при температуре, отличной от 15 градусов С:

, (5.7)

где t - температура воздуха в градусах С.

Таким образом, расчет запаса на замирания можно провести по следующей формуле:

, (5.8)

где

минимально-допустимый уровень мощности сигнала на входе приемника (чувствительность приемника).

5.3.4 Расчет вероятности нарушения связи из-за многолучевого распространения

Метеорологические условия в пространстве, разделяющем передатчик и приёмник, могут иногда оказывать вредное воздействие на принимаемый сигнал. Лучи, которые обычно затухают в тропосфере, могут преломляться и попадать в приёмную антенну и в приёмник, где они суммируются с полезным сигналом. Амплитудно-фазовые соотношения между этими сигналами определяют результирующий сигнал на выходе приёмника.

При этом возникают два эффекта, влияющих на качество передачи сигналов. В одних случаях все компоненты полезного сигнала уменьшаются в равной степени. Это так называемые «плоские» замирания [8].

В других случаях подавляются только некоторые компоненты спектра, вызывая его искажения. Это так называемые «селективные» замирания. Эти два эффекта проявляются раздельно.