Проект цифровой радиорелейной линии Москва - Великий Новгород

Проект цифровой радиорелейной линии Москва - Великий Новгород

Содержание

Введение

.        Разработка структурной схемы проектируемой ЦРРЛ

.1      Краткая характеристика региона проектирования

.        Выбор радиотехнического оборудования

.1      Выбор трассы ЦРРЛ

.2      Выбор аппаратуры ЦРРЛ

.        Разработка схемы организации связи

.1      Выбор мультиплексорного оборудования

.2      Схема организации связи

.        Расчет устойчивости связи на ЦРРЛ

.1      Построение профиля пролета

.2      Расчёт величины просвета Н(0)

.3      Расчет минимально - допустимого множителя ослабления

.4      Расчет устойчивости связи на пролете при одинарном приеме Тпр(Vmin)

.5      Расчет замираний из-за экранирующего действия препятствий Т0(Vмин)

.6      Расчет составляющей, обусловленной интерференцией прямой волны и волн, отраженных от земной поверхности

.7      Расчет замираний, обусловленной интерференцией прямой волны, и волн, отраженных от слоистых неоднородностей тропосферы Ттр(Vмин)

4.8    Расчет замираний, обусловленных потерями энергии в осадках

.9      Расчет ожидаемого процента времени ухудшения качества связи Tож(Vмин)

.10    Оптимизация высот подвеса антенн

.11    Расчет устойчивости работы РРЛ с учетом резерва

.        Расчет диаграммы уровней на пролетах ЦРРЛ

.        Перспективы радиорелейной связи

Заключение

Список литературы

Введение

Не секрет, что значение телекоммуникаций резко повысилось именно в последние годы, когда многие сферы деятельности человека напрямую зависят от оперативности получения актуальной информации и скорости принятия и исполнения решений. Связь стала цифровой, провода заменяются оптоволоконными линиями, телевизионное вещание использует программы, передаваемые напрямую со спутников, а область применения радиорелейной связи значительно расширилась. Безусловно, использование волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) оправданно на магистральных линиях, где необходимо передавать большие объемы информации. Однако если объем информации невелик, то применение ЦРЛС позволит значительно снизить расходы на эксплуатацию такой линии связи. Особенно актуально становится применение ЦРЛС в местах, где прокладка ВОЛС невозможна, например, в условиях городской застройки или, наоборот, значительной удаленности от магистралей связи.

Каковы же основные области применения радиорелейных линий? Прежде всего, это магистральные линии связи, дублирующие оптоволоконную линию. Хотя объем информации, передаваемой по ЦРЛС, значительно меньше, чем по ВОЛС, при повреждении оптоволокна цифровая радиорелейная линия позволяет передавать часть каналов, обеспечивая тем самым передачу информации первостепенной важности. Использование ЦРЛС в таком качестве важно для предприятий, реализующих передачу информации по всей стране, например для объединения «Ростелеком». К тому же при этом можно использовать радиомачты, оставшиеся от аналоговых радиорелейных линий. Подобные станции можно использовать и для организации связи между городскими АТС, выходов на города-спутники. Следующая область применения - инфраструктура компаний сотовой связи. Базовые станции сотовой связи стандарта GSM должны находиться друг от друга на расстоянии не более 80 км, что определяется ограниченным временем отклика аппарата сотовой связи на запрос базовой станции. В городах для связи между базовыми станциями мобильные операторы арендуют цифровые потоки на оптоволоконных линиях. Еще одна возможность

Нельзя не отметить и такую сферу применения радиорелейных линий, как организация связи в труднодоступных районах. На огромной территории России существует множество поселков, деревень, куда оптоволоконные линии связи прокладывать нецелесообразно из-за небольшого количества потенциальных пользователей. Но поскольку такая потребность все-таки существует, выходом становится построение ЦРЛС малой емкости.

1.     
Разработка структурной схемы проектируемой ЦРРЛ

1.1    Краткая характеристика региона проектирования

Новгородская область - субъект Российской Федерации <#"669239.files/image002.jpg">

Рисунок 2.1 - Трасса ЦРРЛ

ОРС 1 - г.Москва;

ПРС 1 - п. Менделеево;

ПРС 2 - д. Кузнецово;

ПРС 3 - д.Копылово;

ПРС 4 - д.Митенево;

ПРС 5 - д.Шепелево;

ПРС 6 - с. Дмитровское;

ПРС 7 - д.Федориха;

ПРС 8 - с. Сосновка;

ПРС 9 - д.Ильятино;

ПРС 10 - с.Ивантеево;

ПРС 11 - д.Кузнецовка;

ПРС 12 - д.Шеребуть;

ПРС 13 - д. Белая гора;

ОРС 2 - г. Великий Новгород.

.2 Выбор аппаратуры ЦРРЛ

Исходные данные для проектирования:

Длина РРЛ: 548 км

Объем информации: 30 КТЧ=1Е1

Максимальная длина пролета: 45 км

Число выделяемых каналов: 10 КТЧ

Тип АТС: аналоговая

Вертикальный градиент: g= - 9*10-8 ,1/м

Стандартное отклонение: σ=9*10-8, 1/м

Исходя из заданного объема передаваемой информации, длин пролетов и энергетических параметров оборудования по таблицам 2.1; 2.2 [1] выбираем для проектируемой ЦРРЛ аппаратуру «МИК-РЛ 11 Р».

Таблица 2.1 - Технические данные ЦРРС

Среднескоростные РРС МИК-РЛ7...18Р предназначены для организации внутризоновых, местных и технологических линий связи в диапазонах частот 7…18 ГГц со скоростью передачи основного потока до 37 Мбит/с.

Возможна реализация конфигураций "1+0", "1+1" и "2+0".

В конфигурации "1+1" возможна организация "горячего" (на двух парах частот) и "тёплого" (на одной паре частот) резервирования, а также работа с пространственным разнесением.

В конфигурациях "1+1" и "2+0" приёмопередатчики работают на одну антенну с разной поляризацией стволов.

При пространственном разнесении каждый приёмопередатчик работает на свою антенну.

Аппаратура среднескоростных РРС МИК-РЛ выполнена в раздельном исполнении:

·        выносное оборудование (ODU) включает в себя:

§  антенные устройства;

§  приёмопередающие устройства (ППУ).

·        внутреннее оборудование (IDU) включает в себя:

§  модули доступа;

§  мультиплексорное оборудование;

§  источники вторичного электропитания <#"669239.files/image003.jpg">

Рисунок 2.2 - Антенное устройство в сборе с установленными на нём приёмо-передающими устройствами

связь антенна волна пролет

. Разработка схемы организации связи

.1 Выбор мультиплексорного оборудования

ОГМ-30

Рисунок 3.1 - мультиплексор ОГМ-30

Назначение

Сертификат соответствия ОС-2-СП-0706 <#"669239.files/image005.gif"> , (4.1)

где RЗ = 6370 км - радиус земли,

R0=45 км - максимальная длина пролёта,

Кi - относительная координата точки пролёта.

Рассчитываем профиль интервала по формуле:

=Y1+Y2,   (4.2)

где Y1 - значения выпуклости поверхности Земли,

Y2 - значения высот по заданию.

Кi = Ri /R0,

Где Ri - расстояние до текущей точки от левого конца пролета.

Результаты расчётов заносим в таблицу 4.1.

Таблица 4.1- Результаты расчета профиля пролета.

4.2 Расчёт величины просвета Н(0)

Находим величину просвета без учёта рефракции по формуле:

Н(0)=Н0-ΔН(g),            (4.3)

где Н0 - критический просвет.

 (4.4)

где R0 - длина пролета;

λ - длина волны (0,027 м);

Ki - относительная координата точки пролета, равная 0.3.

Рассчитаем приращение просвета, обусловленное явлением рефракции:

где  - среднее значение вертикального градиента диэлектрической проницаемости топосферы.

Тогда получим:

Произведём необходимые построения и графическим методом находим высоты подвеса антенн h1 = 49.8; h2 = 50 м .

Рисунок 4.1 - Профиль пролета.

.3 Расчет минимально - допустимого множителя ослабления

Vмин = РПОР-РПД+АСВ-GПД -GПР+aпрд+aпрм, дБ     (4.5)

где:

РПОР- пороговая мощность сигнала на входе приёмника, дБВт;

Рпд - мощность сигнала на выходе передатчика, дБВт;

Асв - затухание сигнала в свободном пространстве, дБВт:

Gпд,Gпр -коэффициенты усиления передающей и приемной антенн, дБ.

Величина G рассчитывается по формуле:

где S - площадь раскрыва антенны:

Площадь раскрыва антенны рассчитаем: d2 =1 м.

К1 - коэффициент использования поверхности раскрыва антенны.

В расчетах принимаем К1 = 0,6.

Vмин2 = -116+10+146.41-39.09-39.09+1 = -36.59 дБ.

В дальнейших расчетах будем использовать Vмин2 = -36,59 дБ

Vмин2 = 100, 05*(-36,59) = 0, 014 раз.

.4 Расчет устойчивости связи на пролете при одинарном приеме Тпр(Vmin)

Причины замираний сигналов на пролетах РРЛ:

Замирания сигналов на пролетах РРЛ обусловлены изменением во времени величины g (градиента диэлектрической проницаемости воздуха). Для получения устойчивой связи необходимо, чтобы при всех возможных для данной местности изменениях g, множитель ослабления не падал ниже за исключением малого процента времени.

Суммарная устойчивость связи на пролете РРЛ характеризуется суммарным процентом времени, в течение которого множитель ослабления меньше минимально - допустимого и определяется по формуле:

         ,

где  - процент времени, в течение которого множитель ослабления меньше минимально-допустимого за счет экранирующего действия препятствий на пролете РРЛ,

 - процент времени, в течение которого множитель ослабления меньше минимально-допустимого за счет интерференции прямой волны и волн, отраженных от земной поверхности,

 - процент времени, в течение которого множитель ослабления меньше минимально-допустимого за счет интерференции прямой волны и волн, отраженных от неоднородностей тропосферы,

 - процент времени, в течение которого множитель ослабления меньше минимально-допустимого за счет деполяризационных явлений в осадках.

.5 Расчет замираний из-за экранирующего действия препятствий Т0(Vмин)

Величина Т0(Vмин) зависит от протяженности интервала, длины волны, величины просвета, рельефа местности и рассчитывается после построения профиля пролета и определения основных его характеристик. При этом Т0(Vмин) зависит от параметра Ψ.

Находим параметр Ψ:

Ψ=2,31А[P(g) - P(g0)] ,

где

σ=9 *10-81/м - стандартное отклонение вертикального градиента диэлектрической проницаемости для климатического района;

λср=0,027м - средняя длина волн;

R0=45км = 45000м - протяжность пролета;

К=0,3 - из профиля пролета.

P(g) - относительный просвет. Вычисляется по формуле:

(g0) - относительный просвет, при котором V=Vмин.

Определяем P(g0) по графику 3.1 методических указаний в зависимости от параметра μ:

,

где l=s/R - нормированная величина s

;

 получаем путем построения прямой, параллельной линии, которая соединяет центры раскрыва приемной и передающей антенн, и отстоящую от вершины препятствия на величину H0=9,22 м.

Получаем:

Зная m = 1,7 и Vмин= -36,59 дБ определяем  по графику зависимости множителя ослабления от относительного просвета:

;

Находим :

Так как , то определяем его по графику 3.2 методических указаний.

Т0(Vмин) = 0,0004%.

4.6 Расчет составляющей, обусловленной интерференцией прямой волны и волн, отраженных от земной поверхности

Вероятность того, что множитель ослабления будет меньше Vмин за счет интерференции прямой и отраженных от земной поверхности волн, определим по формуле:

,

где =0,038 определяется по графику для определения двумерной функции в методических указаниях.

Ф=1 - согласно исходным данным;

Vмин=0,014;

Тогда

.7 Расчет замираний, обусловленной интерференцией прямой волны, и волн, отраженных от слоистых неоднородностей тропосферы Ттр(Vмин)

Вероятность того, что множитель ослабления будет меньше Vмин за счет интерференции прямой и отраженной от тропосферы волны, определяем по формуле:

,

где  - параметр, учитывающий вероятность возникновения многолучевых замираний, обусловленных отражениями радиоволн от слоистых неоднородностей тропосферы с перепадом диэлектрической проницаемости воздуха .

Vмин - минимальный множитель ослабления для максимального пролета:

Vмин = 0,014раз ;

,

где , климатический коэффициент;

В расчетах полагаем Q = 2.

R0 - длина пролета в километрах;

f0 - рабочая частота, в ГГц.

 %.

.8 Расчет замираний, обусловленных потерями энергии в осадках

По рисунку 3.4 из методических указаний определим минимально-допустимую интенсивность дождей Iдоп от величины Vmin.

Iдоп = 190мм/час

По рисунку 3.5 в зависимости от этого значения определим Tд(Vmin)=0,0001%

Таким образом, суммарный процент времени замираний на пролете равен:

4.9 Расчет ожидаемого процента времени ухудшения качества связи Tож(Vмин)

Расчет производим по формуле:

где n - число пролетов на линии равное 15.

Полученное значение превышает допустимую величину замираний .

.10 Оптимизация высот подвеса антенн

Для более точного определения оптимального просвета построим зависимости T0(Vmin) и ∑Tn(Vmin). Точка пересечения этих кривых соответствует оптимальному просвету. Результаты оптимизации высот подвеса антенн приведены в таблице 4. После анализа данных таблицы, приходим к выводу, что нормы на устойчивость связи ни в одном из случаев не выполняются.

Рисунок 4.2. - Оптимизация высот подвеса антенн

Данные кривые пересекаются в точке H(0) = -0,7. Произведем расчет для данной величины и получим:

Таблица 4.3. - Результаты расчета для H(0) = -0,7

.11 Расчет устойчивости работы РРЛ с учетом резерва

В большинстве случаев в радиорелейной аппаратуре используется поучастковое резервирование. При возникновении на одном из пролетов глубоких замираний сигнала когда , а на выходе канала тч  переходит переключение с рабочего ствола на резервный, которое осуществляется на ОРС и ПРС. При этом:

,

где:

·              - поправочный коэффициент, учитывающий корреляцию разнесенных сигналов. Обычно в расчетах принимают равным единице.

.

Т. к у нас один участок резервирования, то

Рассчитаем норму:

.

 <  - норма выполняется.

Из расчетов приведенных выше видно, что при использовании частотно-разнесённого приёма норма выполняется.

. Расчет диаграммы уровней на пролетах ЦРРЛ

При проектировании ЦРРЛ рассчитывают средние мощности сигнала на входах приемников всех интервалов линии. Средние значения уровней сигналов рассчитываются (и сравниваются с измеренными значениями) для оценки качества настройки аппаратуры и антенно-волноводного тракта; для проверки правильности построения профилей пролетов; для оценки точности юстировки антенн; для определения и поддержания в заданных пределах при эксплуатации ЦРРЛ энергетического запаса аппаратуры на замирания сигнала, определяемого как:

,

где:

·              - средний уровень сигнала, дБВт;

·              - пороговый уровень сигнала, дБВт.

Средняя мощность сигнала на входе приемника: ,

где:

·              - мощность сигнала на входе приемника для случая свободного пространства, определяется как:

где:

·              - затухание радиоволн в свободном пространстве;

·              - потери мощности в антенно-волноводном тракте;

·              - уровень мощности сигнала на выходе передатчика;

·              - коэффициенты усиления передающей и приемной антенн;

·              - значение множителя ослабления при среднем значении градиента диэлектрической проницаемости тропосферы.

Величина  находиться в зависимости от относительного просвета при среднем значении градиента по графикам рисунка 5 в зависимости от параметра :

Определим  для оптимальных высот подвеса антенн:

Для полученного значения  находим: .

Таблица 5.1 - Расчет диаграммы уровней

По результатам расчета построена диаграмма уровней:

Рисунок 5.1 - Диаграмма уровней сигнала на пролете ПРС 1 - ПРС 2

Как следует из рисунка 5.3, требуемый запас на замирания равен 34,77 дБ, что не превышает величину предельно реализуемого запаса на замирания Vз.пр. равного 36,77 дБ. Таким образом, можно сделать вывод, что оптимальный просвет на пролете выбран верно.

. Перспективы радиорелейной связи

За долгую историю своего развития, насчитывающую более шести десятилетий, несмотря на масштабное разворачивание ВОЛС, радиорелейная связь по-прежнему остается важнейшей составной частью транспортных систем разного уровня. Еще лет пятнадцать назад радиорелейная связь широко использовалась для реализации международных и национальных телекоммуникационных проектов. Достаточно сказать, что большинство междугородных каналов связи организовывались с использованием таких систем: в США - до 70%, в странах Западной Европы - более 50%, в Японии - примерно 50%.

Настоящее и перспективы.

Следует признать, что прежнее значение радиорелейной связи на магистральном уровне было утеряно - ее повсеместно вытесняет волоконно-оптическая связь. Но не везде и не всегда. На относительно пустынных или неосвоенных, а также сложнорельефных территориях, в ряде случаев для дублирования отдельных участков оптики, как предтеча ВОЛС (при необходимости развернуть связь не дожидаясь завершения строительства оптических линий) и др., радиорелейная связь вполне достойно востребована на магистральном уровне и сегодня. Новый же импульс в своем развитии радиорелейная связь получила с развитием новых технологий связи, таких, как сотовая связь - мобильная и WLL, различных технологий радиодоступа для передачи данных и др. Именно эти технологии, требующие строительства огромного числа базовых станций и точек доступа, широко используют радиорелейную связь, как одно из самых эффективных (в части стоимости и скорости разворачивания) средств доставки трафика - к каждой базовой станции ВОЛС не проложишь. Экспертами здесь прогнозируется дальнейший рост значения и применений радиорелейной связи, особенно в свете развития широкополосного беспроводного доступа, происходящего в последнее время, в том числе на базе технологии WiMAX. Достаточно отметить, что сегодня, по данным исследовательского агентства «Visant Strategies», у операторов мобильной связи сосредоточено более 70% всех приемопередатчиков радиорелейной связи в мире. По данным «Эрикссон», сегодня базовые станции шести из десяти сетей GSM соединяются с помощью микроволновых систем, а релейные линии связи обеспечивают передачу трафика базовых станций магистральным сетям и узлам коммутации. Такое применение диктует и направления дальнейшего развития радиорелейной связи как беспроводного транспорта сотовых сетей, для которых с увеличением доли неголосового трафика стали весьма актуальны повышение пропускной способности, внедрение механизмов пакетной обработки, поддержки возможностей управления классом сервиса. В этом перечне приоритетной для основных категорий пользователей становится пропускная способность радиорелейных станций.

Естественно, радиорелейная связь остается незаменимой в своих традиционных областях применения, связанных либо с невозможностью использования других систем связи или нецелесообразностью по экономическим соображениям, либо по иным причинам - часто применение радиорелейной связи остается единственным средством, обеспечивающим передачу трафика. Основными типовыми задачами, решаемыми с помощью этого вида оборудования, являются организация межсайтовых соединений, абонентских выносов, привязка к транспортным магистралям, построение технологических линий связи большой протяженности. Спектр применения современной цифровой радиорелейной связи достаточно широк, что связано с особенностями разворачивания такой связи. В частности, оборудование радиорелейной связи позволяет оперативно наращивать возможности системы связи путем установки оборудования в помещениях узлов связи, используя антенно-мачтовые устройства и другие сооружения, что сокращает капитальные затраты на создание радиорелейных линий связи.

Незаменимой является радиорелейная связь для организации многоканальной связи в регионах со слаборазвитой (или с отсутствующей) инфраструктурой связи, а также на участках местности со сложным рельефом, для развертывания разветвленных цифровых сетей в регионах, больших городах и индустриальных зонах, где прокладка новых кабелей слишком дорога или невозможна. Весьма эффективна радиорелейная связь для восстановления связи в районах стихийных бедствий или при спасательных операциях и др.

Часто радиорелейная связь используются вместо широкополосных оптоволоконных линий, создаваемых в городских условиях для связи между узловыми АТС и другими объектами связи. Такие РРС могут быть встроены в телекоммуникационные сети, отвечающие стандартам SDH/SONET. В этом случае радиорелейная связь интегрируется в городские сети и служит для замыкания колец, для соединения между кольцами и для подключения удаленных узлов доступа; линия может использоваться как транспортная альтернатива оптоволокну или для его резервирования.

В последние годы радиорелейная связь широко используется для построения ведомственных и корпоративных сетей, позволяя оперативно и эффективно обеспечивать связь между удаленными офисами, создавать системы управления и контроля, например, на нефтегазовых магистралях, обеспечивать связью месторождения и др.

Сегодня практически все производители радиорелейного оборудования обеспечивают в своей продукции множество новых возможностей, обеспечивающих высокую пропускную способность, гибкость и универсальность, возможность передавать как TDM- так и IP-трафик, масштабируемость, интеграцию с PDH/SDH-проводными системами передачи, минимизацию габаритов и энергопотребления. Кроме того, современное радиорелейное оборудование имеет эффективные системы управления, позволяющие осуществлять удаленный контроль, диагностику и мониторинг, динамическое управление трафиком, кроме того, обеспечиваются возможности миграции и апгрейда оборудования только за счет замены программного обеспечения. Если говорить о перспективных направлениях в развитии радиорелейной связи, то, по мнению специалистов, они связаны, прежде всего, с потребностями пользователей, и несут в себе использование различных мультимедийных приложений. Для того чтобы доставить подобные услуги в центры обработки и коммутации, увеличивается несущая способность радиорелейных систем, осваиваются новые частотные диапазоны и более высокие порядки модуляции. Также функциональность дополняет передача и агрегация сигналов пакетной коммутации (IP, ATM) в чистом, не инкапсулированном виде.

Классификация РРЛ.

РРЛ классифицируют по следующим взаимосвязанным признакам:

·              скорость передачи данных (цифрового потока) - пропускная способность, в зависимости от которой различают РРЛ:- высокоскоростные (скорость передачи свыше 140 Мбит/с);- среднескоростные (до 52 Мбит/с);- низкоскоростные (до 8 Мбит/с);

·              емкость радиорелейной линии (количество стволов и каналов в них), в зависимости от которой различают РРЛ:- большой емкости; - средней емкости;- малоканальные.

·              количество пролетов в радиорелейной линии, по которому различаются РРЛ:- однопролетные;- многопролетные.

Высокоскоростные большой емкости радиорелейные линии применяются в глобальных сетях передачи данных и называются магистральными. Среднескоростные средней емкости радиорелейные линии - для создания региональных, зоновых сетей передачи данных, и называются зоновыми. Наконец, малоканальные широко используются для организации связи на железнодорожном транспорте, газопроводах, нефтепроводах, линиях электропередачи и т. п. Малоканальные радиорелейные линии с подвижными РРС применяются в военных целях. Полосы радиочастот РРЛ расположены в диапазоне от 2 до 50 ГГц и жестко регламентируются внутри каждой полосы рекомендациями ITU (Международного союза электросвязи).

Некоторые основные преимущества радиорелейной связи перед проводной связью

. Технологические:

·              оперативное развертывание с относительно небольшими затратами;

·              нечувствительность к пересечениям радиорелейных линий связи с водными препятствиями или транспортными магистралями;

·              рациональная организация связи в труднодоступных местах;

·              поддержка разнообразной топологии, отвечающей корпоративной инфрастуктуре: магистраль, звезда, дерево, кольцо.

. Ценовые:

·              стоимость 1 км РРЛ в десятки раз дешевле, чем ВОЛС;

·              высокая эксплутационная рентабельность;

·              низкая стоимость эксплуатации, малочисленный эксплуатационный штат.

Заключение

В данном курсовом проекте в соответствии с заданием спроектирована ЦРРЛ протяженностью 548 км. Разработана структурная схема цифровой радиорелейной линии, состоящая из 13 пролетов. Произведен выбор радиотехнического оборудования, в качестве которого предложена аппаратура «МИК - РЛ11Р». Разработана схема организации связи на проектируемой линии с выделением и вводом 10 телефонных каналов. Проведен расчет качественных показателей ЦРРЛ: выбраны оптимальные высоты подвеса антенн, рассчитана устойчивость связи для малых процентов времени. Построена диаграмма уровней сигналов на заданном пролете, из которой следует, что при выбранных высотах подвеса антенн обеспечивается требуемый запас на замирания, что свидетельствует о правильности проделанных расчетов.

Список литературы

1.       Маглицкий Б.Н. Проектирование ЦРРЛ: Учебное пособие/ СиБГУТИ, г. Новосибирск. - 2006 г. - 58 стр.

2.      <http://maps.yandex.ru>.

.        <http://www.morion.ru/products/?section=8&product=31>

.        Конспект лекций по курсу СиРРСП.