Радиорелейные и спутниковые системы передачи информации

Тип работы:
Курсовая
Предмет:
Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

КУРСОВАЯ РАБОТА

РАДИОРЕЛЕЙНЫЕ И СПУТНИКОВЫЕ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ

Содержание

Техническое задание

Реферат

Перечень условных сокращений

Введение

1. Принцип работы РРЛС

2. Расчет профиля трассы РРЛ

3. Расчет множителя ослабления

4. Расчет потерь сигнала на трассе

5. Выбор поляризации сигнала и основные характеристики антенн РРЛС

6. Определение чувствительности приёмника

7. Энергетический расчет РРЛ

8. Основные характеристики РРЛС

9. Выбор аппаратуры РРС

Заключение

Список литературы

Техническое задание

Спроектировать однопролетную цифровую радиорелейную линию связи.

Исходными данными для проектирования являются:

1) Две точки на топографической карте Запорожской области с приметными высотами 74,2 м и 22,7 м;

2) Диапазон рабочих частот 7,125 — 8,5 ГГц, длина волны см;

3) Скорость передачи информации R: 2,048 Мбит/с;

4) Рекомендуемый вид сигнала (вид модуляции): O-QPSK;

5) Рекомендуемый способ приёма: некогерентный;

6) Вероятность ошибочного приёма (на один бит): Р = 10−5.

РЕФЕРАТ

ПЗ: стр. 38, рис. 9, табл. 1, 8 источников.

Объект исследование — радиорелейные линии связи.

Цель работы — рассчитать трассу радиорелейной линии связи.

В настоящее время очень широко применяются радиорелейные станции (РРС). Они служат для создания магистральных каналов связи, межсотовых соединений (в сетях мобильной связи) и абонентских выносов; используются они и при построении корпоративных телекоммуникационных систем.

Большинство станций РРЛ составляют промежуточные радиостанции (ПРС), играющие роль активных ретрансляторов. На всех станциях РРЛ целесообразно иметь однотипную, унифицированную приемопередающую аппаратуру (ППА), удовлетворяющую требованиям заданного частотного плана.

Расчет РРЛ производится при их проектировании, реконструкции и, иногда, в условиях эксплуатации. Общей задачей расчета является определение качественных показателей работы линии.

ПРОФИЛЬ ТРАССЫ, РЕФРАКЦИЯ РАДИОВОЛН, МНОЖИТЕЛЬ ОСЛАБЛЕНИЯ, ПРОСВЕТ НА ТРАССЕ, ЗАТУХАНИЕ СИГНАЛОВ, ПОЛЯРИЗАЦИЯ СИГНАЛА, ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ПРИЕМНИКА

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ

ОВЧ — очень высокие частоты

СВЧ — сверх высокие частоты

РРЛ — радиорелейные линии

РРС — радиорелейная станция

ПРС — промежуточные радиостанции

ППА — приемопередающая аппаратура

ОРС — оконечные радиостанции

УРС — узловые радиостанции

МТС — междугородняя телефонная станция

МТА — междугородние телевизионные аппаратные

МВА — междугородние вещательные аппаратные

ЧРК — частотное разделение каналов

ВРК — временное разделение каналов

ТЧ — тональная частота

ВВЕДЕНИЕ

Радиосистема передачи, в которой сигналы электросвязи передаются с помощью наземных ретрансляционных станций, называется радиорелейной системой передачи.

На частотах ОВЧ- и СВЧ-диапазона надежная связь с низким уровнем помех может быть получена только в условиях прямой видимости между антеннами, излучающими радиоволны. Расстояние между антеннами радиорелейных систем зависит от структуры земной поверхности и высоты антенн над ней. Типичные расстояния составляют 40 — 50 км при высотах башен и мачт, на которых устанавливаются антенны, около 100 м. Ограниченность расстояния прямой видимости не следует рассматривать как недостаток. Именно за счет невозможности свободного распространения радиоволн на большие расстояния устраняются взаимные помехи между радиорелейными системами передачи внутри одной страны и разных стран. Кроме того, в указанных диапазонах практически отсутствуют атмосферные и промышленные помехи.

Антенны могут работать в режиме передачи и приема для одновременной передачи в противоположных направлениях с использованием двух частот: f1 и f2. При этом, если станция передает сигнал на частоте f1 и принимает на частоте f2, то соседние с ней станции передают на частоте f2, а принимают на частоте f1. Эта пара частот, соответствующая двухчастотному плану частот МСЭ-Т, образует радиочастотный ствол.

Рис. 1 Двухчастотный режим работы

Радиорелейные линии (РРЛ) занимают диапазоны ОВЧ и СВЧ, причем граница между аналоговыми и цифровыми радиорелейными системами (РРС) лежит вблизи частоты 11 ГГц.

Аналоговые РРС предназначены в основном для передачи многоканальных телефонных сигналов в аналоговой форме и сигналов данных с низкой и средней скоростью по каналам ТЧ, а также сигналов телевидения. Цифровые РРС используются для организации цифровых трактов со скоростями от 2 до 140 Мбит/с.

Большинство станций РРЛ составляют промежуточные радиостанции (ПРС), играющие роль активных ретрансляторов. На всех станциях РРЛ целесообразно иметь однотипную, унифицированную приемопередающую аппаратуру (ППА), удовлетворяющую требованиям заданного частотного плана.

Расчет РРЛ производится при их проектировании, реконструкции и, иногда, в условиях эксплуатации. Общей задачей расчета является определение качественных показателей работы линии. В зависимости от исходных данных расчет может производиться двумя методами:

1. Если трасса линии известна (задана), известны профили интервалов и высоты антенных опор, то производится поверочный расчет качественных показателей.

При этом определяются:

а) средние уровни сигнала на интервалах РРЛ;

б) мощность шума в верхнем телефонном канале или отношение Uш/Uс в телевизионном канале на конце линии, превышаемые в течение 20% времени;

в) устойчивость работы линии.

Полученные результаты сравниваются с рекомендациями МККТТ, после чего принимаются те или иные решения.

2. Если при проектировании РРЛ заданы лишь конечные и не которые промежуточные пункты, то производятся:

а) выбор трассы РРЛ и построение профиля трассы;

б) определение высот антенных опор;

в) поверочный расчет мощности шума в верхнем телефонном канале или отношения Uш/Uс в телевизионном канале, превышаемые в течение 50% или 20% времени, или поверочный расчет устойчивости;

г) поверочный расчет средних уровней сигнала.

1. Принципы работы РРСЛ

Радиорелейная линия представляет собой цепочку приемо-передающих станций, антенны которых стоят друг от друга на расстояние R прямой видимости. Для передачи сигналов на значительные расстояния используется принцип ретрансляции -- каждая станция, входящая в РРЛ, принимает, усиливает и излучает сигнал в направлении соседней станции. Современные РРЛ позволяют осуществить высококачественную передачу различных сообщений на расстояния в несколько тысяч километров, т. е. значительно превышающие R. Расстояние R, км, в случае гладкой поверхности Земли (равнина без леса или водная поверхность) может быть определено по приближенной формуле:

где -- высоты установки соответственно передающей и приемной антенн соседних станций, м.

В зависимости от рельефа местности и особенности условий распространения радиоволн высота установки антенн изменяется от 10--20 до 70--100 м, а величина R --от 30--35 до 70 км.

Все станции РРЛ в зависимости от их мест расположения, назначения и комплектации подразделяются на:

— промежуточные (ПРС);

— оконечные (ОРС);

— узловые (УРС).

Рис. 1.1 Упрощенное изображение радиорелейной линии

Промежуточные радиорелейные станции предназначаются для приема от предыдущей станции модулированных СВЧ сигналов, усиления их и передачи на последующую станцию. Эти станции оборудуются автоматизированной аппаратурой и являются в основном необслуживаемыми. Управление и наблюдение за работой аппаратуры необслуживаемых ПРС производятся с ОРС или УРС автоматически или дистанционно с помощью специальной системы телеобслуживания.

Оконечные радиорелейные станции расположены на концах магистральной линии или на концах линий, ответвляемых от магистральной. На ОРС производятся введение и выделение сообщений, передаваемых по РРЛ. С помощью соединительных линий ОРС связываются с междугородными телефонными станциями (МТС), междугородными телевизионными аппаратными (МТА) и междугородными вещательными аппаратными (МВА), которые являются источниками сообщений, передаваемых по РРЛ. На ОРС всегда имеется обслуживающий технический персонал, обеспечивающий исправность аппаратуры не только данной ОРС, но и подчиненных ей нескольких ПРС на участке резервирования.

УРС устанавливается в тех пунктах трассы РРЛ, где требуется производить выделение и ввод телефонных сообщений, выделение или замену программ телевидения. Выделенные телефонные, телевизионные или другие сообщения далее подаются к соответствующим потребителям.

Сегодня РРЛ стали важной составной частью сетей электросвязи — ведомственных, корпоративных, региональных, национальных и даже международных, поскольку имеют ряд важных достоинств, в том числе:

· возможность быстрой установки оборудования при небольших капитальных затратах;

· экономически выгодная, а иногда и единственная, возможность организации многоканальной связи на участках местности со сложным рельефом;

· возможность применения для аварийного восстановления связи в случае бедствий, при спасательных операциях и в других случаях;

· эффективность развертывания разветвленных цифровых сетей в больших городах и индустриальных зонах, где прокладка новых кабелей слишком дорога или невозможна;

· высокое качество передачи информации по РРЛ, практически не уступающие ВОЛС и другим кабельным линиям.

Современные радиорелейные линии связи позволяют передавать телевизионные программы и одновременно сотни и тысячи телефонных сообщений. Для таких потоков информации требуются полосы частот до нескольких десятков, а иногда и сотен мегагерц и соответственно несущие не менее нескольких гигагерц. Известно, что радиосигналы на этих частотах эффективно передаются лишь в пределах прямой видимости. Поэтому для связи на большие расстояния в земных условиях приходится использовать ретрансляцию радиосигналов. На радиорелейных линиях прямой видимости в основном применяют активную ретрансляцию, в процессе которой сигналы усиливаются.

С помощью РРЛ решают следующие задачи:

1. Создание стационарных магистральных линий для передачи больших потоков информации на расстояния в несколько тысяч километров. В этих случаях применяются системы большой емкости.

2. Использование стационарных РРЛ для организации внутризоновой связи. Здесь применяют РРС средней емкости, которые в большинстве случаев рассчитаны на передачу телевизионных сигналов и сигналов радиовещания. Часто эти линии являются многоствольными и ответвляются от магистральных РРЛ.

3. Использование РРЛ в местной (районной и городской) сети связи. Здесь в основном применяют РРЛ малой емкости.

4. Обеспечение с помощью многоканальных РРЛ служебной связью железнодорожного транспорта, газопроводов, нефтепроводов, линий энергоснабжения и других систем, охватывающих большую территорию.

5. Обеспечение подвижной связи, используемой в случае ремонта или модернизации стационарных РРЛ и кабельных линий связи (КЛС), а также для других целей.

6. Соединение базовых станций и центров коммутации в составе системы подвижной связи.

2. Расчет профиля трассы РРЛ

Учет рельефа местности при расчете и проектировании РРЛ производится с помощью профилей интервалов линии.

Профиль трассы отображает вертикальный разрез местности со всеми высотными отметками, включая строения, лес и т. д. Вычерчивание профиля трассы первоначально производится с помощью топографических карт масштаба 1: 50 000 или 1: 100 000. В дальнейшем отдельные участки уточняются по картам масштаба 1: 25 000 или непосредственно на местности. Для удовлетворительных расчетов точность построения профилей в критических точках должна быть ±3м.

Данные высотные отметки и расстояния между ними занесены в таблицу 2. 1:

Табл. 2.1 -Исходные и рассчитанные данные для профиля трассы

Номер точки

R, (мм)

R, (км)

h, (м)

k

y

y+h

1

0

0

74,2

0,0000

0,00

74,20

2

56

5,6

70

0,1186

18,28

88,28

3

69

6,9

70

0,1462

21,83

91,23

4

79

7,9

70

0,1674

24,37

94,37

5

85

8,5

70

0,1801

25,82

95,82

6

102

10,2

70

0,2161

29,62

99,62

7

125

12,5

60

0,2648

34,04

94,04

8

140

14

50

0,2966

36,48

86,48

9

146

14,6

40

0,3093

37,36

77,36

10

158

15,8

50

0,3347

38,94

88,94

11

162

16,2

50

0,3432

39,42

89,42

12

173

17,3

40

0,3665

40,6

80,6

13

188

18,8

30

0,3983

41,91

71,91

14

222

22,2

20

0,4703

43,56

63,56

15

228

22,8

20

0,4831

43,67

63,67

16

250

25

20

0,5297

43,56

63,56

17

272

27,2

20

0,5763

42,7

62,7

18

275

27,5

30

0,5826

42,52

72,52

19

288

28,8

30

0,6102

41,59

71,59

20

306

30,6

30

0,6483

39,87

69,87

21

342

34,2

20

0,7246

34,9

54,9

22

344

34,4

20

0,7288

34,56

54,56

23

389

38,9

10

0,8242

25,34

35,34

24

425

42,5

20

0,9004

15,68

35,68

25

431

43,1

10

0,9131

13,88

23,88

26

439

43,9

20

0,9301

11,37

31,37

27

472

47,2

22,7

1,0000

0,00

22,70

Для удобства при построении профилей используется параболический масштаб, в котором все высоты откладываются не по радиусам, как в действительности, а по оси ординат, а расстояния — не по дуге окружности, а по оси абсцисс. При таком построении линия, изображающая на профиле уровень моря или условный нулевой уровень, от которого отсчитываются все высоты, имеет вид параболы:

, (2. 1)

где

, (2. 2)

к — относительная координата заданной точки,

Ri — расстояние до текущей точки.

Результаты расчета относительных координат высотных отметок проектируемой трассы приведены в таблице 2.1.

По полученным значениям из таблицы 2.1 строим профиль трассы. Профиль трассы проектируемой РРЛ изображен на рисунке 1. 1:

Рис. 2.1 — Профиль трассы РРЛ

Обычно профили трасс РРЛ строят для геометрического радиуса земли. Построение профиля производят в следующей последовательности:

1) строим линию, изображающую уровень моря (или условный нулевой уровень), при этом точки определяют по формуле (2. 1) или по графикам;

2) пользуясь топографическими картами, определяем и наносим высотные отметки точек профиля относительно условного уровня на различных расстояниях и соединяем их плавной линией;

3) на профиле наносим местные предметы;

4) зная высоты подъема передающей и приемной антенн h1 и h2, проводят линию АВ, соединяющую точки расположения передающей антенны, А и приемной антенны В. Расстояние между линией АВ и профилем трассы называют просветом Н. Просвет определяют графически в наиболее высокой точке профиля трассы или в точке отражения на достаточно ровных трассах. Просвет считается:

а) положительным, когда линия АВ проходит выше наиболее высокой точки;

б) отрицательным, когда эта линия пересекает профиль трассы.

Если наиболее высокая часть профиля трассы покрыта лесом, то величина просвета Н определяется относительно верхушек деревьев, т.к. лес для ультракоротких волн является непрозрачным препятствием.

При отсутствии рефракции (g = 0) на открытых трассах (Н? Н0,)

, (2. 3)

где H0 — просвет на трассе, при котором поле в точке приема равно полю в свободном пространстве:

Рассчитаем значение просвета H0 для данной РРЛ. Исходные данные для этого расчета:

R0 = 47,2 км — общая протяженность трассы;

= 4 см — длина волны;

R = 10,2 км — расстояние до те кущей точки.

Найдем относительную координату k по формуле (2. 2):

По формуле (2. 3) вычислим значение просвета на трассе, при котором поле в точке приема равно полю в свободном пространстве (H0):

С учетом рефракции трансформируется профиль трассы РРЛ и меняется величина просвета Н. Изменения просвета учитывается величиной? Н (g):

, (2. 4)

, (2. 5)

где Н — значение просвета при отсутствии рефракции, определяемое из профиля трассы;

?H (g) — приращение просвета при изменении g.

При g<0 приращение просвета? H (g)> 0, т. е. просвет на трассе увеличивается.

При g>0 величина? H (g)< 0, т. е. просвет на трассе уменьшается.

Для Украины принято.

Найдем приращение просвета при изменении g:

При высоте передающей антенны и приемной антенны определим величину просвета:.

Таким образом, с учетом рефракции величина просвета по формуле (2. 4) будет равна:

Получили. Делаем вывод, что высоты антенн можно уменьшить.

H (g)-Ho=15,47−10,4=5,07 м. Но так как мы используем реальную трассу, учтем, что из-за метеорологических условий просвет Н может изменятся. Поэтому лучше взять высоты антенн с запасом.

3. Расчет множителя ослабления

На открытых интервалах РРЛ множитель ослабления имеет интерференционный характер, так как в точку приема, кроме прямой волны, могут приходить одна или несколько волн, отраженных от земной поверхности (рис. 3. 1). Точки отражения определяются из условия равенства углов скольжения и между касательными к профилю в данной точке и прямыми, проведенными из этой точки в пункты передачи и приема. На практике можно встретить трассы с одной и с несколькими точками отражения. Наиболее часты первые случаи.

Рис. 3.1 — Профиль трассы с одной точкой отражения

Множитель ослабления рассчитывается по интерференционным формулам. При наличии одной отраженной волны:

, (3. 1)

где Ф — модуль коэффициента отражения от земной поверхности, зависящий от характера рельефа местности и от угла скольжения;

, (3. 2)

где H (g) — просвет на трассе с учетом рефракции;

к — относительная координата точки отражения;

г — сдвиг фаз между интерферирующими волнами.

.

Сдвиг фаз между интерферирующими волнами найдем по формуле (при малых углах и значение в? р):

, (3. 3)

где ?r — разность хода между интерферирующими волнами:

, (3. 4)

в — фаза коэффициента отражения, при малых углах и значение в? р.

Подставим полученные значения в формулу (3. 3) и рассчитаем сдвиг фаз между интерферирующими волнами:

При малых углах и значение в? р,

, (3. 5)

где p (g) — относительный просвет на трассе при заданном g:

, (3. 6)

.

При р (g) = l V = 1, если Ф = 0 или Ф = 1; V? l, если 0< Ф<1;

V = 1 ± (0,12ч0,15), если Ф = 0, Зч0,7 {(максимальное отличие).

При p (g)>1 наблюдается интерференционная картина поля. График зависимости V от p (g) приведен на рис. 3.2. Интерференционные максимумы имеют место, если:

, (3. 7)

1,7; 3; 4…

где т = 1, 2, 3, … --номер максимума.

/

Рис 3.2 — Зависимость V от p (g)

Множитель ослабления в т-м интерференционном максимуме

Vт = 1 + Фт, (3. 8)

где Фт — модуль коэффициента отражения для т-го максимума. Интерференционные минимумы имеют место при

, (3. 9)

2,5; 3,5;

где п = 1, 2, 3, … — номер минимума.

Значение множителя ослабления в п-м минимуме

Vт = 1 — Фn

где Фп — модуль коэффициента отражения для п-го минимума.

Величина Vn резко зависит от Фп, особенно при Фп> 1

Ввиду сложности описанной выше методики определения множителя ослабления примем его равным V=1.

4. Расчет потерь сигнала на трассе

На трассе распространения в атмосфере сигнал испытывает поглощение в парах воды и в кислороде атмосферы (рис. 4. 1).

Существенное ослабления сигнала на трассе вызывают также осадки (дождь, снег) (рис. 4. 2). Ослабление электромагнитной энергии происходит вследствие рассеяния (переизлучения) и поглощения (нагревания). Каждая отдельная капля дождя вносит ослабление сигнала. Величина сигнала зависит от частоты сигнала и размера капель. Особенно подвергаются влиянию от гидрометеоров сигналы с частотой более 10 ГГц.

Таким образом, общее послабление сигнала на пролете будет:

L = (Ь1+Ь2) R0 + Ь3? КД R0,, (4. 1)

где Ь1, Ь2,Ь3 — затухание сигнала в парах воды, кислороде атмосферы (рис. 4. 1) и вследствие осадков (рис. 4. 2).

Рис. 4.1 — Затухание сигнала в парах воды и кислороде атмосферы.

Рис. 4.2 — Зависимость ослабления сигнала от интенсивности дождя и частоты.

Вычислим частоту сигнала как отношение скорости света к длине волны:

ГГц

Максимальную интенсивность осадков выберем равной I = 25 мм/ч.

Тогда из графиков 4.1 и 4.2 определим значения Ь1, Ь2,Ь3:

Ь1? 0,0009 дБ/км,

Ь2 = 0,011 дБ/км,

Ь3 = 0,3 дБ/км.

КД — коэффициент, учитывающий пространственную неравномерность дождя на трассе (КД < 1).

R0 — длина трассы,

КД · R0 — часть трассы.

Протяженность участка трассы с дождём полагаем равным 47,2 км и коэффициентом КД =0,5 тогда общее затухание сигнала на трассе вследствие метеоусловий составит по формуле (4. 1) равно:

L = (0,0009 +0,011) • 47,2 + 0,3? 0,5? 47,2 = 7,64 дБ.

Из-за изменения со временем условий распространения радиоволн и послабления сигнала уровень сигнала будет постоянно изменятся от минимального до максимального значения.

Атмосферные возбуждения имеют воздействие на условия передачи радиолиниями прямой видимости. Принятый сигнал изменяется во времени и характеристики системы определяются вероятностью того, уровень сигнала упадет ниже порогового уровня или спектр приёмного сигнала будет сильно искажен. Известно, что входной уровень сигнала снижается ниже порогового значения только в короткие промежутки времени. В эти интервалы времени наблюдается ухудшение характеристик системы и возможные нарушения связи. Появление замираний главным образом связано, как сказано выше, с двумя причинами: многолучевым распространением и осадками.

Чем больше запас на замирания, тем меньше вероятность того, что уровень сигнала упадет ниже порога. Таким образом, чем больше запас на замирания, тем лучше характеристики системы. Это достигается увеличением уровня входного сигнала, использованием больших антенн, снижением порогового уровня, уменьшением протяженности пролета и т. д.

5. Выбор поляризации сигнала и антенн РРС

радиорелейный спутниковый передача информация

На радиоволне диапазона СВЧ существенное влияние имеют атмосферные осадки — дождь и снег, а также отражение радиоволн от подстилающей земной поверхности.

Когда дождевые капли увеличиваются в размере, они приобретают форму, которая отличается от сферической. Это отклонение вызывает их растяжение в горизонтальном направлении, поэтому эти капли будут ослаблять горизонтально поляризованную волну за счет поглощения энергии больше, чем вертикально поляризованной.

Коэффициент отражения, как известно, уменьшается с частотой, с другой стороны, для отражения сигнала с низкой частотой нужна большая поверхность. Эффективный коэффициент отражения является функцией угла прикосновения к Земле и кривизны Земли. В общем случае вертикальная поляризация сигнала дает более слабое отражение. Беря во внимание вышеизложенное, было решено использовать вертикальную поляризацию сигнала в радиорелейной линии связи.

Антенна РРС определяет вид поляризации сигнала, а также в значительной степени энергетические характеристики радиорелейной линии и влияние помех от работы других радиорелейных комплексов.

Основное применение в РРС имеют однозеркальные антенны с диаметром раскрыва DA не больше 1,2 метра.

Коэффициент усиления G и ширина диаграммы направленности по уровню 0,5Дш такой антенны определяются по формулам:

G = 6 (DA/л)2, (5. 1)

Возьмем антенну диаметром равным DA = 1,2 м, тогда:

G = 6 (1,2/0,04)2 = 5400,

тогда по формуле:

Дш=80л/DA, (5. 2)

Дш = 800,04/1,2 = 2,66°

В антеннах используются рупорные облучатели, которые задают вид поляризации сигнала.

Возможно также использование микрополосковых фазированных антенных решеток (ФАР) в диапазоне частот 1 -14 ГГЦ.

6. Определение чувствительности приемника

Чувствительность реального приемника принято выражать через пороговую мощность оптимального (идеального) приемника Рпр. ид:

Pпр min = Кп? Кш?Рпр. ид, (6. 1)

где Кш = 1,5…3 — коэффициент, называемый коэффициентом шума реального приемника,

Кп = 3…5 — коэффициент потерь реального приемника при его аппаратной (схемной) реализации.

Чувствительность идеального приемника определяется выражением

Pnp. ид = q? Pш. ид = q? N0?Fэф = q? k?Tш?Fэф, (6. 2)

где q — необходимое отношение сигнал/шум (по мощности) в приемнике для заданного качества работы (обозначается также как г, h2),

Рш. ид — мощность шумов идеального приемника,

Fэф — эффективная шумовая полоса (полоса пропускания) приемника определяемая скоростью передачи информации и выбранной системой сигналов,

No — спектральная плотность мощности собственных шумов приемника.

No = k? Тш [Вт/Гц], (6. 3)

выраженная через постоянную Больцмана k = 1. 38?10−23 и шумовую температуру приемника (с антенной) Тш (по Кельвину).

Таким образом:

Pnp. min=Kш?Kn?q?k?Tш?Fэф (6. 4)

Необходимое значение q (20… 1000) в зависимости от условий распространения радиоволн, требуемого качества и вида сигналов рассчитывается по формулам или определяется по так называемым кривым помехоустойчивости.

Для оптимального (идеального) приемника полосу пропускания при простых сигналах определяют по формуле:

, (6. 6)

где фu — длительность импульса (единичного сигнала).

По условию скорость передачи: Мбит/с. Т.к. рекомендуемый вид сигнала (вид модуляции) O-QPSK, тогда длительность импульса найдем из соотношения:

, (6. 7)

с.

Тогда по формуле (6. 6):

МГц

Рис. 6.1 — Зависимости Pпом для разных видов манипуляции от отношения сигнал/шум на входе демодулятора: 1 — ВФМ; 2 — некогерентная ВФМ; 3 — AM; 4 — ВФМ-8; 5 — АФМ-16; б — ФМ-8; 7 — КАМ-16; 8 -- ФМ-16; 9 -- ЧМ

Сигнал O-QPSK, способ приема — некогерентный, вероятность ошибки.

Из графика на рисунке 6.1 следует, что отношение сигнал/шум.

Выберем такие значения для:

Кш = 2 — коэффициента, называемого коэффициентом шума реального приемника,

Кп = 4 — коэффициента потерь реального приемника при его аппаратной (схемной) реализации,

Tш=280 К — шумовую температуру приемника (с антенной) Тш (по Кельвину).

По формуле (6. 4) определим чувствительность приемника:

Pnp. min=2·4·20·1,38·10−23·280·1,024·106 = 0,63 пВт

7. Энергетический расчет РРЛ

Распространением радиоволн в свободном пространстве называют такой идеальный случай распространения, когда влияние земля и тропосферы отсутствует. Условия, близкие к свободному пространству, наблюдаются при космических связях, в отдельные периоды времени на интервалах PPЛ.

Энергетические соотношения, полученные в условиях свободного пространства, являются исходными для расчета линий во всех случаях распространения УКВ.

Излучаемая передатчиком в пространство мощность

(7. 1)

где Рпер — мощность передатчика, Вт,

Gnep — коэффициент усиления (пo мощности) передающей антенны относительно ненаправленной антенны,

зпер — коэффициент полезного действия передающего антенно-фидерного тракта.

Коэффициент усиления антенны связан с ее действующей площадью S соотношением:

, (7. 2)

Мощность сигнала на входе приёмника:

(7. 3)

или

(7. 4)

где Gпр — коэффициент усиления (по мощности) приемной антенны по отношению к ненаправленной антенне,

зпр — коэффициент полезного действия приемного антенно-фидерного тракта,

л — длина волны.

Ослабление при передаче энергии в свободном пространстве

(7. 5)

где последнее слагаемое определяет ослабление в свободном пространстве при ненаправленных антеннах.

Из формулы (7. 3) найдем необходимую мощность передатчика:

(7. 6)

Вт.

Выберем для данного проектирования:

— коэффициент усиления (пo мощности) передающей антенны относительно ненаправленной антенны Gnep = 5400;

— коэффициент полезного действия передающего антенно-фидерного тракта зпер = 0,8;

— коэффициент усиления (по мощности) приемной антенны по отношению к ненаправленной антенне Gпр =5400;

— коэффициент полезного действия приемного антенно-фидерного тракта зпр =0,8.

Заданные величины:

— длина трассы R0 = 47,2 км;

— длина волны = 4 см.

Вычислим мощность передатчика по формуле (7. 6):

Выбираем запас мощности передатчика для компенсации замираний 103 (30 дБ). Тогда окончательно необходимая мощность передатчика будет равна:

мВт

Ослабление при передаче энергии в свободном пространстве по формуле (7. 5) равно:

8. Основные характеристики антенн ррлс

В системах радиосвязи применяют приемопередающие направленные антенны. Направление максимального излучения называют главным. Поле излучения антенны формируется в пространстве на некотором расстоянии от антенны, в так называемой дальней зоне. В этой зоне амплитуды векторов электрического Е и магнитного Н полей убывают пропорционально расстоянию от антенны.

Коэффициент направленного действия (КНД) антенны, равен отношению квадрата напряженности поля, создаваемого антенной в данном направлении, к среднему квадрату напряженности поля по всем направлениям. Обычно антенну характеризуют значением КНД в главном направлении D. Если приводят значения КНД в других направлениях, то их записывают вместе с указанием угла и, т. е. в виде D (и). Угол и отсчитывают относительно главного направления. Нормированный КНД:

F (и) = 10lg[D (и)/D] (8. 1)

Квадрат напряженности поля антенны пропорционален мощности излучения, следовательно, F (и) характеризует угловое распределение этой мощности.

Диаграмма направленности (ДН) антенны — это графическое представление F (и) в заданной плоскости (рис. 8. 1). Для антенн измеряют ДН в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, одна из которых совпадает с плоскостью вектора Е поля излучения, а другая — с плоскостью вектора Н.

При повороте антенны в ту или другую сторону от нулевого направления на диаграмме откладываются величины, соответствующие отношению Е/Е max. Если возвести в квадрат относительные значения ЭДС, соответствующие различным направлениям прихода сигнала, то можно построить диаграмму направленности по мощности.

Лепесток, соответствующий максимальному сигналу или нулевому направлению, называют основным или главным, остальные -- боковыми или задними (в зависимости от расположения по отношению к главному лепестку).

Рис. 8.1 — Диаграмма направленности антенны в полярной системе координат

Для удобства сравнения диаграмм направленности разных антенн их обычно нормируют, для чего максимальную величину ЭДС принимают за единицу.

Основным параметром диаграммы направленности является угол раствора (ширина) главного лепестка, в пределах которого ЭДС, наведенная в антенне электромагнитным полем, спадает до уровня 0,707, или мощность, спадающая до уровня 0,5 от максимальной. По ширине главного лепестка судят о направленных свойствах антенны. Чем эта ширина меньше, тем больше направленность антенны.

Форма диаграммы направленности зависит от типа и конструкции антенны.

Коэффициент полезного действия антенны зA равен отношению мощности излучения к мощности радиочастотного сигнала, подводимого к антенне. Для антенн СВЧ диапазона зA 1.

Коэффициент усиления антенны G показывает, во сколько раз придется увеличить подводимую мощность, если данную направленную передающую антенну заменить ненаправленной, при условии, что напряженность поля в точке приема не изменится.

Коэффициент усиления характеризует способность передающей антенны сконцентрировать основную часть излучаемой мощности в главном направлении, которая получила название эквивалентной изотропно-излучаемой мощности (ЭИИМ):

Pи = PпдзпдGпд (8. 2)

где Pпд — мощность передатчика;

зпд — КПД передающего фидера.

Принято указывать коэффициент усиления в децибелах, т. е. g=101 дБ. Коэффициент усиления антенны в любом направлении, отличном от главного, приводят вместе с указанием угла ДН, т. е. в виде g (и).

Эффективная площадь приемной антенны SЭ равна отношению максимальной мощности, которая может быть отдана приемной антенной в согласованную нагрузку, PA к плотности потока мощности сигнала у антенны w, т. е. SЭ = PA/w. Эффективная площадь характеризует способность антенны принять основную часть приходящей мощности, в то время как коэффициент усиления характеризует аналогичное качество передающей антенны. Эти величины связаны между собой соотношением:

(8. 3)

где л — длина волны.

В диапазоне СВЧ применяют антенны, в которых поле излучения формирует отражающая поверхность (например, параболическое зеркало). Для таких антенн:

SЭ = Skи,

где S — площадь раскрыва (апертуры);

kи — коэффициент использования поверхности (КИП); у лучших антенн КИП около 0,7.

Защитное действие антенны kз характеризует ее способность ослаблять помеху с частотой сигнала, приходящую с направлений под углами и = 90… 270°, т. е. с заднего полупространства. Защитное действие антенны при и = 180° оценивают по уровню заднего лепестка kз = g-g (180°). При других значениях и — по уровням боковых лепестков kз (и).

Полоса пропускания (прозрачности) -- диапазон частот, в пределах которого амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) акустического, радиотехнического, оптического или механического устройства достаточно равномерна для того, чтобы обеспечить передачу сигнала без существенного искажения его формы.

Коэффициент стоячей волны (КСВ) -- отношение наибольшего значения амплитуды напряженности электрического или магнитного поля стоячей волны в линии передачи к наименьшему.

9. Выбор аппаратуры РРС

Для реализации радиорелейной связи в данном курсовом проекте была выбрана система QUADRALINK 7/8OC/1-PPC-109 фирмы HARRIS, которая работает в диапазоне частот 7,125- 8,5 ГГц.

Диапазон частот, ГГц — 7,125- 8,5 ГГц;

Варианты трафика-Е1; 2Е1; 4Е1; Е2; 2Е2; 8Е1; 16Е1; Е3+2Е1;

Коэффициент системы, Кс, дБ при BER=10−3 -119,4(Е2) без учета потерь в волноводе;

Мощность ПРД, дБм,(пределы регулирования, дБ) — 27,4;

Соединитель между ODU и IDU -- волновод эллиптический;

Напряжение сети постоянного тока, В; (потребление, Вт) — (21+60) 5070 Вт (1+0), 85 120 Вт (1+1);

Диаметр антенны, м; усиление антенны, дБ -- антенны фирмы Andrew: 1. 2; 1. 8;

Вид модуляции — O-QPSK.

Заключение

Курсовой проект состоит из девяти частей.

В курсовом проекте в соотсветствии с исходными значениями длинны волны, скорости передачи, вида модуляции и вероятности ошибки раскрыты принципы работы РРС, рассчитан и построен профиль трассы, выбраны высоты передающей h1=35м и приемной антенн h2=40м, приведена методика для расчета множителя ослабления. Определены потери сигнала на трассе, обоснован выбор поляризации сигнала. Рассчитана чувствительность приемника, приведены и рассчитаны основные энергетические соотношения. Исходя из полученных данных, была выбрана аппаратура РРС.

Список литературы

1. Справочник по радиорелейной связи / Под ред. Бородича. — М.: 1981.

2. Маковеева М. М. Радиорелейные линии связи. Учебник для техникмов. — М.: 2008.

3. Нарытник Т. Н. Радиорелейные и тропосферные системы передачи.

4. Методические указания по курсовому проектированию по дисциплине РРЛС /Сост. Бондарев Б. Н., Запорожье, ЗНТУ: 2007.

5. Проектування радіорелейних ліній /Навч. посібник під ред. Семенко А. І., К. :2009.

6. Мордухович Л. Г. Радиорелейные линии связи. Курсовое и дипломное проектирование. — М.: 2009.

7. Справочник по радиорелейной связи. Н. Н. Каменский, А. Н. Модель, Б. С. Надененко и др./ Под ред. С. В. Бородича. — М.: Радио и связь, 1981.

8. Системы связи и радиорелейные линии. Н. И. Калашников, Л. П. Меркадер, М. Г. Тимищенко, А. И. Юдин. / Под ред.Н. И. Калашникова. — М.: Связь, 1977. — 392 с.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой