книги / Радиорелейные линии связи. Курсовое и дипломное проектирование
.pdfВ точку приема попадают также волны, отраженные от слои стых неоднородностей тропосферы (типа облаков, метеорологиче ских фронтов и пр.). При этом в точке приема происходит интер ференция (геометрическое сложение) прямой волны и отраженных волн. На рис. 2.17 показан профиль пролета РРЛ с отражением от поверхности Земли (луч АВС) и от слоя в тропосфере (луч ADC). Здесь учтено также то обстоятельство, что поле в точке приема формируется в пределах эллипсоида минимальной зоны Френеля. Эта зона показана как для прямого, так и для от раженных лучей.
Прямая и отраженные волны сложатся в противофазе (это и есть случай глубокого замирания сигнала), если разность хода окажется кратной половине длины волны, т. е. если будет выпол няться условие:
|АВС |- |
|АС \= п — |
, |
|
|
2 |
|
(2.37) |
|
|
|
|
|ADC | - | |
АС \= гп—-— , |
|
|
|
2 |
|
|
где п, /и = 1, 2, 3,... |
|
(на рис. 2.17 для |
|
Явление рефракции радиоволн в тропосфере |
|||
упрощения показана рефракция только прямой |
волны) приводит |
||
|
л |
+Ср(д),А] |
|
Рис. 2.17. К пояснению механизма возникновения интерференционных замираний сигнала
Рис. 2.18. К расчету TllllT (Vmln):
а — на |
слабопересеченных |
сухопутных |
|||
пролетах |
РРЛ; |
б — на |
слабопересеченных |
||
приморских н |
морских |
пролетах |
РРЛ |
||
к тому, что разность хода постоянно меняется во времени по слу чайному закону, поэтому вероятно наступление такого момента, когда окажутся выполненными условия (2.37). Процент времени ухудшения качества связи за счет интерференционных замираний обозначается как Гинт^тт). Продолжительность замираний та кого рода составляет доли секунды — десятки секунд.
Расчет величины ГинтСУтш) проводится по следующей ме тодике:
1. На пересеченном (или слабопересеченном лесистом пролете) интерференционные замирания определяются только отражениями от слоистых неоднородностей тропосферы.
При этом
7’„„T( ^ m in ) = ^ in7’ (Ae). |
(2.38) |
где Vmin — в относительных единицах; |
|
7’ (Де) = 4,1 W - ^ R l V T l |
(2.39) |
— выраженная в процентах вероятность интерференционных зами раний, обусловленных отражениями радиоволн от слоистых неод нородностей тропосферы со скачком диэлектрической проницаемо сти, равным Де; R0— в километрах; fu — в гигогерцах; £=1 для сухопутных трасс; £= 5 для районов с повышенной влажностью (реки, озера и т. п.).
2. Для слабопересеченных пролетов учитывают также отра жение радиоволн от поверхности Земли (если коэффициент рас
ходимости Dn> 0,8): |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 + 13,1 к*( 1— к)2 (^ |
/ 2i m |
- |
У ьпта%\ |
(2.40) |
||
A i — 1/ |
I |
l2V J w 1 |
4/с(1 — к) |
| |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
где k и I определяются выражениями |
(2.23) и |
(2.31); |
|
|
|||
/?(0) = Я (0)/Я0; |
|
|
|
|
|
(2.41) |
|
Ятах — максимально возможный номер |
интерференционного |
мини |
|||||
мума на данном пролете при изменении g в пределах |
+ 30-10-8< |
||||||
<g<gKP где Цкр=— 31,4-10~8 1/м; |
|
|
|
|
|
||
nm>x = p 4g кр)/6, |
|
|
|
|
|
(2.42) |
|
P(gKp)=ff(g«p)IH0. |
|
|
|
|
|
(2.43) |
|
3. В этом случае |
|
|
|
|
|
|
|
7;,IT(^ m, n ) = Q ^ lnr(Ae), |
|
|
|
|
(2.44) |
||
где Т(Ае) — определяют |
по выражению (2.39), |
a |
Уты |
подставля |
|||
ют в относительных единицах.
Величину Q определяют по рис. 2.18 по известному значению
функции f[p(g), А], которая при известном параметре А (выраже ние (2.36)) может быть определена по рис. 2.19.
22
Рис. 2.15. График функции f\p(g), А]
ЗАМИРАНИЯ, ВЫЗВАННЫЕ РАССЕЯНИЕМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ЭНЕРГИИ В ДОЖДЯХ
Этот вид замираний существенно проявляется в тех случаях, когда длина волны передаваемых колебаний оказывается соизме римой с размерами дождевой капли. Можно показать, что такие замирания имеют место на частотах 8 ГГц. При этом выпаде ние ливневых дождей может привести к замираниям столь глубо ким, что связь во время ливня прерывается. Процент времени ухудшения качества связи, вызванного замираниями этого вида, обозначается Гд(Ут1п).
Расчет величины 7\(l/miii) проводится по следующей методике:
1. По рис. 2.20 по известной величине Fmin определяют пре дельно допустимую интенсивность дождя / для данного пролета.
Уmin? ДБ
a)
VmLniAB
Рис. 2.20. Зависимости V от J:
а — при |
|
вертикальной |
поляриза |
|||
ции |
(в |
диапазоне |
8 ГГц): |
б — |
||
при |
горизонтальной |
поляризации |
||||
в диапазоне 8 ГГц; в — при |
вер |
|||||
тикальной |
поляризации |
(в |
диа |
|||
пазоне |
11 |
ГГц) |
|
|
|
|
Далее по рис. 2.21 по найденной интенсивности дождя определяют ^(Kmin). Кривые рис. 2.21 построены для следующих районов:
1— Карельская АССР, Кольский полуостров,
2 — Прибалтика, Белоруссия, За — средняя полоса Европейской территории СССР,
36 — Среднее Поволжье,
4 — степные районы Центра Европейской территории СССР,
Украины, Дона, Крыма, Краснодарского и Ставропольского кра ев, Молдавии, Западной Украины,
5 — район Прикаспийской низменности,
6 — Южный Урал, |
|
7 — Средний Урал, |
Кавказа (а — июнь, август; |
8а, 86 — Каспийское побережье |
|
б — май,сентябрь, октябрь), |
|
9 — горный Кавказ, |
(а — июнь, август; б — май, |
10а, 106 — район Поти — Батуми |
|
сентябрь, октябрь), |
|
Рис. 2.21. Статистическое распределение среднеминутных значений интенсивно
сти дождей: |
а — на Европейской территории СССР; |
б — на Азиатской террито |
рии СССР; |
в — на Кавказе |
25- |
11 — Сухуми,
12 — Сочи — Туапсе,
13 — Западно-Сибирская низменность,
14 — степная полоса Южной Сибири и Казахстана,
15 — пустыни и полупустыни Средней Азии,
16 — предгорья Средней Азии, |
Приморский край, Хабаровский |
край, Амурская область, |
|
17 — Саяны и Алтайский край, |
|
18 — Прибайкалье, |
|
19 — Забайкалье, |
Средне-сибирского плоскогорья, |
20 — Якутия, средняя полоса |
|
21 — Северо-Восток азиатской территории СССР, |
|
22 — Салехард, Туруханск. |
|
2.6. РАСЧЕТ УСТОЙЧИВОСТИ СВЯЗИ НА РРЛ |
|
После расчета для каждого |
пролета РРЛ величин Г 0(1Лп1п), |
Тинт(Vmin) и 7д(Vmin) рассчитывают суммарный процент времени ухудшения качества связи для всей РРЛ по формуле
т S (Vmln)= |
2 Tol (Vm\n) + |
2 Ги„т I (^mln) + 2 |
^ m,n^+ |
|
|
/=1 |
1=1 |
i = 1 |
|
4~ 2 ^вн t (l^min)» |
|
|
|
|
/-1 |
|
|
|
Гвн(У т1п)— про |
где п — число |
пролетов на |
проектируемой |
РРЛ; |
|
цент времени ухудшения качества связи на РРЛ из-за мешающего действия передатчиков радиоэлектронных средств, работающих в той же полосе частот, что и приемники проектируемой РРЛ.
Методика расчета величины Г вн(1Лтнп) приведена в гл. 5.
Для борьбы с быстрыми интерференционными замираниями на
РРЛ применяют |
разнесенный |
прием, |
при котором существенно |
||
уменьшается величина Тинт(Ут\п) . |
|
интерференцион |
|||
|
Как показано |
выше, условие |
возникновения |
||
ных замираний определяется как |
|
|
|
||
|
! D |= ла/2, |
|
|
|
(2.45) |
где |
\D\— разность хода прямой |
и отраженной |
волн. |
||
во |
Борьба с такими замираниями состоит в том, чтобы равенст |
||||
(2.45) превратить в неравенство. |
Это можно сделать тремя |
||||
способами: изменить в (2.45) или правую часть, или левую часть,
или обе части одновременно. |
(2.45) |
состоит |
в переходе |
Сущность изменения правой части |
|||
в момент наступления замираний на |
другую |
длину |
волны (дру |
гую частоту). При этом вероятность того, что и для новой часто ты также будет выполняться равенство (2.45), оказывается су щественно меньше, чем для исходной частоты. Такой метод назы вается частотно-разнесенным приемом. Организуется он на участ ке резервирования.
Изменить левую часть в (2.45) можно, применив еще одну антенну и сдвоенный при емник с блоком автовыбора для приема колебаний от со седней станции. Обычно вто рая антенна отстоит от основ ной по вертикали на рассто янии Д/г«150А,. Для второй антенны будет другая раз ность хода прямой и отражен ной волн (рис. 2.22), а веро
ятность того, что и для второй антенны будет выполняться равен ство (2.45), существенно меньше, чем для первой антенны. Такой метод называется пространственно-разнесенным приемом. Он ор ганизуется на каждой станции. В особо сложных случаях приме няют одновременно разнесенные как по частоте, так и в прост ранстве.
Частотно-разнесенный прием реализуется использованием ре зервного ствола РРЛ (для работы которого выделена отдельная несущая частота). Суммарный процент времени ухудшения качест
ва связи на РРЛ |
для |
этого случая |
определится |
по формуле |
|||||
г , |
( l/ m,n) = |
г |
( 1 / т , „ ) + |
|
|
|
|
|
|
|
N + S |
|
|
г-' |
|
|
|
|
(2.46) |
|
-< г 10" 2 |
2 |
(1 ~ |
? } |
2 |
7’" " « ('Лп,п) |
|||
|
|
||||||||
где |
|
|
|
z=\ |
|
|
/=1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Г |
(Vmln) = |
2 |
T0l (У min) + |
2 |
Tat ( Vmln) + д%ТшП (^m in);(2 .47) |
||||
|
|
/=1 |
|
|
1=1 |
|
1=1 |
||
z — номер участка резервирования; |
р — число |
участков резерви |
|||||||
рования; пг — число пролетов на участке резервирования; q — учи тывает часть времени, в течение которого ствол горячего резерва не используется для резервирования при замираниях (ремонт ап паратуры, профилактические измерения без перерыва связи ипр.); на пересеченных пролетах q= 0,08; на слабоперечисленных проле тах 9= 0,15; N — число рабочих стволов; Cf — эмпирический коэф фициент; 5 — число резервных стволов.
Величина cf может быть определена по формуле: cf=(cbf + m— 1)lmy
где приближенно для пересеченных пролетов
|
580 |
для диапазона |
2 ГГц, |
|
К 100 |
- и- |
4 ГГц, |
д/ |
1700 |
|
6 ГГц, |
|
2500 |
— |
8 ГГц; |
100 для |
диапазона |
2 |
ГГц, |
200 |
|
4 |
ГГц, |
400 |
— “ — |
6 |
ГГц, |
500 |
— и — |
8 |
ГГц. |
Для пространственно-разнесенного приема
7\(l/mm)= |
2 |
7"P‘' (l/min)’ |
|
|
|
|
(2-48) |
||||
|
|
|
1=1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
где Тпр{Vm\n)— процент времени |
ухудшения качества связи |
для |
|||||||||
одного пролета; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Гпр( Vmin) = |
Т0 (Vmin) + |
Тд ( l/ min) + |
|
|
|
||||||
+ Ch Тант( |
|
r, IHT( l/mIn)D•10-2, |
|
|
(2.49) |
||||||
(индексы «н» |
и «в» — для |
нижней и верхней |
антенны |
соответст |
|||||||
венно); |
Си— эмпирический |
коэффициент, определяемый |
как |
|
|||||||
|
П |
при |
\/m,n с |
— 32 дБ, |
|
|
|
||||
ch = |
|2 |
при |
l/mln < |
— 30 |
дБ, |
|
|
|
|||
|
[З |
при |
1/щщ < |
— 28 |
дБ. |
|
|
|
|||
Для |
борьбы |
с замираниями, |
вызванными |
дождями, |
на |
РРЛ, |
|||||
работающих в диапазоне выше 10 ГГц, применяют разнесение в пространстве рабочих и резервных стволов на несколько километ ров. При этом учитывается пространственная неравномерность выпадения дождей.
Глава 3 РАСЧЕТ И ИЗМЕРЕНИЕ КАЧЕСТВЕННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАНАЛОВ РРЛ ПРЯМОЙ ВИДИМОСТИ
С помощью РРЛ прямой видимости передают: сигналы многока нальных телефонных сообщений в аналоговой и цифровой форме (МТС) и телевизионные (ТВ) сигналы совместно с сигналами звукового сопровождения (ЗС).
Радиорелейная аппаратура состоит из трех основных частей (рис. 3.1); аппаратуры уплотнения (АУ), в передающей части ко торой сигналы отдельных каналов объединяются в общий группо вой сигнал (сигнал МТС), а в приемной части происходит выде ление из группового сигнала отдельных каналов (в большинстве случаев при передаче МТС АУ не входит в комплект РРЛ аппара туры); оконечной аппаратуры (ОА), в передающей части которой осуществляется частотная модуляция несущей промежуточной ча стоты (ПЧ) групповым сигналом и последующее усиление сигна ла ПЧ, а в приемной части осуществляется демодуляция сигнала
Рис. 3.1. Упрощенная структурная схема многопролетной РРЛ
ПЧ; высокочастотной аппаратуры (ВЧ), состоящей из передатчи ка (П) и приемника (ПР); в передатчике осуществляется преоб разование сигнала ПЧ в СВЧ сигнал соответствующего диапазо на и усиление СВЧ сигнала, в приемнике — обратное преобразо вание сигнала СВЧ в сигнал ПЧ и его усиление.
На пути от передатчика одной оконечной станции к приемнику другой оконечной станции сигнал претерпевает изменения, основ ная причина которых в неидеальности характеристик аппаратуры. Эти изменения приводят к искажениям сигнала на выходе канала, которые принципиально неустранимы, но могут быть сделаны до статочно малыми, а следовательно, неощутимыми для абонента.
Для |
каждого вида сообщений существуют |
нормы на допусти |
мые |
искажения в канале. Система связи |
считается правильно |
спроектированной, если искажения в канале не превышают допу стимых значений. Эти допустимые значения определяют по ре зультатам исследований и эксплуатации РРЛ как в СССР, так и за рубежом. При этом учитываются последние достижения в тех нике радиорелейной связи.
Для внутренних линий СССР допустимые искажения в каналах РРЛ определяют по нормам ЕАСС, на международных линиях — рекомендациями Международного Консультативного Комитета по Радио (МККР), созданного в 1927 г. и являющегося одним из важнейших органов Международного союза электросвязи [14]. Нормы ЕАСС и рекомендации МККР на допустимые искажения сигналов в каналах РРЛ прямой видимости в основном совпа дают.
3.1. ПЕРЕДАЧА МНОГОКАНАЛЬНЫХ ТЕЛЕФОННЫХ СООБЩЕНИЙ ПО РРЛ
СРЕДНЯЯ и п и к о в а я м о щ н о с т и МНОГОКАНАЛЬНОГО ТЕЛЕФОННОГО СООБЩЕНИЯ
Многоканальное телефонное сообщение (групповой сигнал), являющееся суммой случайных транспонированных по частоте сигналов отдельных ТФ каналов, представляет собой также слу чайный электрический сигнал, параметры которого могут быть оценены только статистически, т. е. путем усреднения за опреде ленный промежуток времени.
Основные параметры, характеризующие МТС, — средняя и пи ковая мощности. Средняя мощность МТС определяется как сумма средних мощностей отдельных ТФ каналов. При этом полагают
29
сигналы отдельных ТФ каналов независимыми, а их средние мощ ности одинаковыми:
Лр -- Рц.Ср№, |
(3.1) |
где N — число ТФ каналов в групповом сигнале; |
PK.cp = PikX— |
средняя мощность одного ТФ канала в час наибольшей загрузки; Pi — собственно средняя мощность одного ТФ канала; k — коэф фициент активности канала, показывающий, какая часть каналов в групповом сигнале является в данный момент активной; при 600, ^= 0,25... 0,3; X — коэффициент, показывающий увеличе ние средней мощности одного канала за счет неполного подавле ния поднесущих колебаний в АУ, а также передачи по линии свя
зи сигналов вызова.
Указанные величины определяют экспериментально на основа
нии большого числа измерений. |
мкВт, а по |
Для N>-240 по рекомендациям МККР Рк.ср= 31,4 |
|
нормам ЕАСС Рк.ср=50 мкВт. |
тем, что в |
Повышение значения Р к.Ср в ЕАСС объясняется |
СССР по ТФ каналам передают также сигналы телеграфа, фото телеграфа, вещания. Используют также вторичное уплотнение ТФ каналов.
Обычно оценивают не среднюю мощность МТС, а его средний
уровень в децибелах по отношению к 1 мВт: |
|
||
Рср = |
10 lg Рср = Рк.ср + |
10 IgA, |
(3.2) |
где |
| — 15 дБм по рекомендациям МККР, |
|
|
|
|
||
Рк.ср -- Ю lg Рц.ср -- |
|
|
|
|
1 — 13 дБм по нормам ЕАСС. |
|
|
Для |
малоканальных |
РРЛ с числом ТФ каналов от |
12 до |
240 средний уровень МТС определяют по эмпирической формуле
Рср = — 1 -f- 4 lg АЛ |
(3.3). |
В табл. 3.1 приведены средние |
мощности МТС и их уровни |
для различного числа ТФ каналов. |
Т а б л и ц а 3.1 |
|
Ч и сл о ТФ ка налов N
Р к .ср — |
Рк. с р - |
Р к .ср ,” |
Р к .с р ,— |
||||
= — 15 дБ м |
— 13 |
дБ м |
= — 15 |
дБ м |
= — 13 |
дБ м |
|
|
|
|
Ч и сл о |
ТФ |
|
|
|
р ср г |
-Рср, |
^ с р , |
каналов |
N |
Р ср , |
Я ср , |
Р ср, |
Р ср , |
^ сР , |
||||||
м В т |
дБ м |
м В т |
дБ м |
м В т |
дБ м |
м В т |
дБ м |
12 |
2,14 |
3,3 |
3,0 |
4,8 |
960 |
30,7 |
14,8 |
48,0 |
16,8 |
24 |
2,82 |
4,5 |
— |
— |
1 0 2 0 |
32,6 |
15,1 |
51,0 |
17,1 |
60 |
4,07 |
6,1 |
8 ,0 |
9,0 |
1260 |
40,3 |
16,0 |
63,0 |
18,0 |
120 |
5,35 |
7,3 |
10 |
10 |
1320 |
42,2 |
16,2 |
66,0 |
18,2 |
300 |
9,6 |
9,8 |
15,0 |
11,8 |
1800 |
57,6 |
17,5 |
90,0 |
19,5 |
600 |
19,2 |
12,8 |
30,0 |
14,8 |
1920 |
61,4 |
17,8 |
96,0 |
19,8 |
720 |
23,0 |
13,6 |
36,0 |
15,6 |
Для К— 1920 |
86,4 |
19,3 |
76,8 |
18,5 |
|
|
|
|
|
2700 |
|
|
Многоканальное телефонное сообщение нельзя достаточно пол но характеризовать только с помощью средней мощности (и соот-