Общие замечания

ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ И ТРАССЫ РРЛ

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Каждый студент (курсант) получает индивидуальное задание на курсовой проект в соответствии (или по аналогии) с данными таблиц 3.1 и 3. 2.

Задание оформляется на стандартном бланке с указанием исходных данных, содержания проекта по разделам и календарного графика его выполнения. Задание подписывается студентом, руководителем и заведующим кафедрой.

В зависимости от назначения РРЛ и подготовленности студентов содержание курсового проекта может корректироваться и усложняться преподавателем. Например, преподаватель предлагает произвести оптимальный выбор просветов на интервалах трассы РРЛ, обеспечить минимальную сумму высот антенных опор, организовать устойчивую радиосвязь в условиях действия помех или в сложных условиях распространения сигналов. Использовать в ЦРРСП многочастный метод модуляций с помехоустойчивым кодированием, который принят в цифровом наземном ТВ-вещании для повышения надежности приема. Выполнить компьютерную оптимизацию РРЛ по критерию ее эффективности при обеспечении заданных характеристик за счет снижения затрат на антенные сооружения, фидерные тракты, эксплуатацию и др.

Таблица 3.1 – Направление РРЛ и номер рассчитываемого интервала

Направление РРЛ	Номер рассчитываемого интервала РРЛ	Тип участка РРЛ
1 Минск – Гродно		ПУ-1 тип
2 Минск – Барановичи		ПУ-2 тип
3 Минск – Брест		ПУ-1 тип
4 Минск – Слуцк		ПУ-2 тип
5 Минск – Колодищи		УД
6 Минск – Молодечно		КП
7 Полоцк – Орша		КП
8 Гродно – Брест		ПУ-2 тип
9 Орша – Колядичи		ПУ-2 тип
10 Мозырь – Орша		КП
11 Полоцк – Мозырь		ПУ-1 тип
12 Пинск – Брест		ПУ-2 тип
13 Гродно – Лида		КП
14 Витебск – Минск		ПУ-1 тип
15 Березино – Минск		КП
16 Могилев – Минск		ПУ-2 тип
17 Гомель – Пинск		КП
18 Гомель – Могилев		ПУ-2 тип
19 Гомель – Барановичи		ПУ-2 тип
20 Гомель– Брест		ПУ-2 тип

Примечание – ПУ – протяженный участок; КП – короткопролетный участок;
УД – участок доступа.

Таблица 3.2 – Технические характеристики ЦРРСП

Пропускная способность	Вид модуляции	Диапазон частот, ГГц	Уровень мощности передатчика, дБм	Коэф. шума приемника, дБ	Схема резервирования	Тип и скорость кода
1 2Е1	QPSK				1+0	R СК =2/3
2 3Е1	QPSK				1+0	R СК =3/4
3 4Е1	4-ФМ			3,5	1+0	R СК =7/8
4 Е2	4-ФМ			3,5	1+1	R РС =0,8
5 2Е2	8-ФМ				1+0	R СК =5/6
6 3Е2	QPSK				1+0	R СК =3/4
7 4Е2	16-QАМ			3,5	1+0	R СК =7/8
8 Е3	16-QАМ			3,5	1+1	R К =1
9 2Е3	16-QАМ				1+0	R РС =0,82
10 3Е3	32-QАМ			4,5	1+0	R СК =2/3
11 4Е3	32-QАМ			4,5	1+0	R СК =3/4
12 Е4	64-QАМ				1+1	R СК =5/6

Продолжение таблицы 3.2

13 Е4	128-QАМ			2,5	1+0	R РС =0,84
14 STM-0	64-QАМ			2,5	1+1	R СК =2/3; R СК=0,92
15 STM-0	32-QАМ				1+0	R СК =3/4
16 STM-1	32-QАМ				1+0	R СК =5/6; R СК=0,92
17 STM-1	64-QАМ				1+0	R СК =7/8
18 STM-1	128-QАМ				1+1	R РС =0,8
19 8Е1	8-ФМ			3,5	1+0	R СК =2/3
20 16Е1	8-ФМ				1+0	R СК =3/4

Примечания – 1 Скорость информационных данных: E1 – 2,048 Мбит/c;

E2 – 8,448 Мбит/c; E3 – 34,368 Мбит/c; E4 – 139,264 Мбит/c;

STM-0 – 51,84 Мбит/c; STM-1 – 155,52 Мбит/c.

2 R _СК, R _РС – относительная скорость сверточного и блочного кодов соответственно.

Несмотря на то, что курсовой проект имеет статус учебного, при его выполнении следует придерживаться принципов инженерного проектирования. В частности, необходимо провести обоснованный выбор оборудования станций, их мест установки и высот антенных опор. Выполнить расчет базовых параметров. Продуманно построить трассу заданного направления с учётом её «зигзагообразности» и альтернативных решений [1 – 4].

4.2 Выбор аппаратуры ЦРРСП и определение её параметров

На основании исходных данных производится предварительный выбор аппаратуры и дается ее краткое описание (назначение, особенности построения, базовая комплектация и др.). По техническим характеристикам на аппаратуру формируется таблица с указанием следующих параметров: рабочий диапазон частот; средняя длина интервалов ; частотный разнос между соседними каналами плана частот; вид модуляции; ширина полосы ВЧ радиотракта ∆ F _ВЧ; спектральная эффективность γ_С; мощность передатчика ; коэффициент шума приёмника ; тип, диаметр и усиление антенн ; пороговая чувствительность приёмника ; коэффициент системы ; способы и параметры помехоустойчивого кодирования; допустимый уровень помехи на совпадающей частоте .

Если отсутствует необходимая информация о параметрах аппаратуры, то недостающие значения выбирают или рассчитывают на основании следующих рекомендаций.

Средняя длина интервалов принимается равной: 45…55 км для частот до 6 ГГц; 35…45 км для 8 ГГц; 30…35 км для 11 ГГц; 20...22 км для 18 ГГц; 12…15 км для 30 ГГц и 6…8 км для 40 ГГц.

Разнос между частотами приема и передачи устанавливается на основании плана распределения частот, рекомендованного МСЭ-Р (например F.746) в соответствии с диапазоном частот системы. В диапазонах частот около 11, 15, 18, 23, 26, 38 ГГц разнос составляет: 530; 728/420; 1008/1010; 1008/1232; 1008 и 1260 МГц соответственно.

Ширина полосы радиотракта при известных значениях общей скорости сигнала на выходе мультиплексора, порядка модуляции (многопозиционной QАМ или ФМ)и относительной скорости кодирования определяется по формуле [5]

Гц, (4.1)

где – информационная скорость передаваемых данных, бит/с;

– скорость передачивспомогательных данных по служебным и дополнительным каналам, примерно равная (3…5)% от бит/с;

b _Р – коэффициент расширения полосы радиотракта относительно теоретически необходимой и равный 1,15…1,35;

– кратность модуляции;

В _С – символьная скорость, характеризующая число переданных радиосимволов в единицу времени, симв/с.

Частотный разнос F _р между соседними каналами плана частот устанавливается в соответствии с полученным значением Δ F _вч. Величина , кратна 3,5 МГц и может составлять 7, 14, 28 или 56 МГц. Например, при скорости данных Мбит/с и модуляции 128-QАМ F _Р = 28 МГц, при модуляции 32-QАМ и наличии помехоустойчивого кодирования F _Р = 56 МГц.

Спектральная эффективность характеризует меру использования полосы частот радиотракта ЦРРСП для передачи требуемого объема данных и определяется по формуле

, (бит/с)/Гц. (4.2)

Максимальное усиление антенн в зависимости от протяженности интервалов РРЛ выбирается в диапазоне значений 35…45 дБ и рассчитывается по формуле

, дБ, (4.3)

где – диаметр параболической антенны, м;

– рабочая частота, ГГц;

– коэффициент использования поверхности зеркала антенны, равный

0,55…0,6 для прямофокусных, 0,6…0,7 для офсетных однозеркальных и 0,7…0,75 для двухзеркальных антенн с модифицированным профилем.

При заданном усилении антенны ее диаметр составляет:

, м. (4.4)

Выбирая тип и размеры антенн, следует учитывать, что большеразмерные антенны обладают высокой пространственной избирательностью, существенным ослаблением помех с боковых направлений и позволяют повысить энергетический потенциал радиолинии. Однако они подвержены ветровым нагрузкам и требуют устойчивых антенных опор. Обычно составляет 0,3…1,8 м.

Мощность передатчика в точке соединения с фидером (антенный порт) обычно составляет 0,1…1,0 Вт (20…30 дБм) и в процессе эксплуатации системы может программно изменяться в диапазоне значений 20…30 дБ с шагом 1,0…3,0 дБ. Из-за роста потерь в полосовых фильтрах и устройстве объединения сигналов значение Р _ПД с ростом рабочей частоты уменьшается.

Коэффициент шума приемника, измеренный в точке соединения с фидером антенны, на частотах до 10 ГГц составляет 3,5…5 дБ. С ростом частоты из-за увеличения потерь в пассивных устройствах, расположенных до малошумящего усилителя (МШУ), его значение возрастает до 6,5…8 дБ (на частоте 38 ГГц). Рассчитывается по формуле

дБ, (4.5)

где – потери входной мощности в пассивных высокочастотных устройствах приемника, дБ;

– коэффициент шума МШУ, дБ.

В зависимости от конструктивной реализации ЦРРСП и ее диапазона частот дБ, дБ [17].

Пороговая чувствительность приемника характеризует минимальный уровень входного сигнала, при котором на его выходе обеспечивается допустимая вероятность битовых ошибок , где – число ошибочных бит за время . Величина зависит от вида модуляции, пропускной способности радиоствола, допустимого значения , параметров кодирования и определяется (в точке соединения с фидером антенны) по формуле

(4.6)

где – требуемое отношение мощности сигнала на частоте несущей к мощности шума (ОНШ), при котором реализуется заданное значение дБ;

m – кратность модуляции или число бит, переносимых радиопосылкой (радиосимволом) модулированного сигнала.

Величина требуемого ОНШ складывается из минимального значения ρ₀, необходимого для обеспечения в благоприятных условиях приема, и запаса ∆ρ на отклонение реальных параметров радиотракта от теоретических:

, дБ, (4.7)

где – значение ОНШ, равное при отсутствии кодирования и при его наличии;

f _Р – рабочая частота, ГГц.

Минимально необходимое значение ОНШ на входе приемника при когерентной демодуляции М-QАМ сигнала и отсутствии помехоустойчивого кодирования (R _К = 1) определяется по формуле [5]

, дБ; (4.8)

, для m – четных (2, 4, 6…);

для m – нечетных (3, 5…).

Типовые значения ошибок, для которых оцениваются качественные показатели ЦРРСП, принимаются равными 10^–3 и 10^–6.

Для систем с многопозиционной фазовой модуляцией М-ФМ, когерентной демодуляцией и R _К = 1

, дБ, (4.9)

m =1, 2, 3....

При использовании в радиорелейных системах помехоустойчивого кодирования сверточным кодом, квадратурной модуляции М-QАМ и декодирования по алгоритму Витерби

, дБ; (4.10)

, для m – четных (2, 4, 6…),

где R _СК – относительная скорость сверточного кода, равная 1/2, 2/3, 3/4 и др.;

– длина кодового ограничения или характеристика конструктивной сложности кодера. Для большинства ЦРРСП равняется 7.

При использовании кодирования сверточным кодом и многопозиционной фазовой модуляции М-ФМ

, дБ. (4.11)

Если в системах с модуляцией М-КАМ и М-ФМ принято кодирование блочным кодом Рида – Соломона (РС), то величина ОНШ рассчитывается по (4.10) или (4.11) при допущении, что R _СК = 0,8· R _РС, где R _РС – относительная скорость кода РС.

Для протяженных радиотрасс с тяжелыми условиями приема разработаны ЦРРСП с повышенной эффективностью за счет применения каскадного помехоустойчивого кодирования. При последовательном включении кодеров внешний из них использует код Рида – Соломона, а внутренний – сверточный код (СК).

Требуемое значение ОНШ при двухступенчатом (РС + СК) последовательном декодировании M-QAM сигналов, длине кодового ограничения =7 и известной вероятности ошибки на выходе второй ступени декодирования (декодер РС) определяется по формуле

, дБ; (4.12)

,

где R _К= R _СК· R _РС – относительная скорость каскадного кода;

P _ОШ.РС – вероятность ошибки на выходе декодера РС.

Часто внешний код РС имеет вид (204, 188, t = 8) и значение R _РС=188/204. Здесь t – исправляющая способность кода.

Различие между требуемыми значениями ОНШ при допустимых ошибках 10^–6 и 10^–3 в отсутствие помехоустойчивого кодирования составляет 3,7...4,0 дБ, при одной ступени кодирования 2,0…2,3 дБ и при каскадном кодировании (блочный код РС + сверточный) 0,5…0,6 дБ.

При требуемые значения ОНШ в системах с квадратурной и фазовой модуляцией совпадают (см. выражения (4.8), (4.9) и (4.10), (4.11)), при предпочтение имеет QAM.

Коэффициент системы К _сис (или коэффициент её усиления) характеризует энергетический потенциал приемопередающего оборудования по компенсации потерь на интервале радиолинии при условии обеспечения заданных значений Р _ОШ ( или ) и определяется по формуле

, дБ, (4.13)

где p _ПД – уровень мощности радиосигнала на выходе передатчика, дБм.

В зависимости от параметров аппаратуры К _сис находится в пределах от 80 до 120 дБ. При горячем резервировании К _сис ниже на сумму потерь в устройствах объединения и разделения сигналов трактов передачи и приема (на 6…7 дБ при использовании 3-дБ разветвителей).

Допустимый уровень одиночной помехи на входе приемника при условии обеспечения требуемого значения (обычно 10^–6) определяется по формуле

, дБ, (4.14)

где – защитное отношение, дБ.

Для помехи, действующей на частоте полезного сигнала,

дБ, (4.15)

где – допустимый уровень снижения ОНШ под действием помехи, дБ.

Согласно выражению (4.15), при допущении снижения ОНШ на 1дБ дБ, при снижении ОНШ на 3 дБ .

Одна из причин присутствия помех на совпадающей частоте – дальнее распространение сигналов вследствие сверхрефракции.

Для помех, попадающих в соседние каналы приема, значение ниже, чем это требуется при расчете по (4.15), и объясняется частотной избирательностью приемника. Если под действием помехи допускается снижение ОНШ на 1 дБ, то может составлять от 6 до минус 6 дБ. Если допускается снижение ОНШ на 3 дБ, то на 6 дБ меньше, т. е. составляет от 0 до минус 12 дБ.

Энергетический выигрыш от кодирования характеризует меру снижения требуемого ОНШ за счет коррекции ошибок при обеспечении заданной достоверности приема:

(4.16)

Для типовых режимов и видов помехоустойчивого кодирования с кодом Рида – Соломона или сверточным кодом выигрыш может составлять около 4…5 дБ. Его величина зависит от алгоритма декодирования и тем выше, чем выше избыточность кода (меньше ) и меньше требуемое значение . В системах ЦРРСП, предназначенных для протяженных интервалов с каскадным кодированием (РС + СК), 6..8 дБ. Благодаря кодированию представляется возможным уменьшить на величину мощность передатчика, усиление антенн или допустить большие потери на интервале.

Таблица 4.1 – Технические характеристики двух моделей ЦРРСП

Параметр	Значение
1 Диапазон рабочих частот, ГГц	14,5..15,35	17,7..19,7
2 Пропускная способность или скорость передачи данных, Мбит/с	8Е1 (8×2,048 Мбит/с)	STM-0 (51,84 Мбит/с)
3 Частотный разнос между соседними каналами, МГц	14,0	14,0
4 Вид модуляции	4 ФМ (QPSK)	32-QАМ
5 Ширина полосы ВЧ-тракта, МГц	10,65	13,97
6 Спектральная эффективность, (бит/с)/Гц	1,23	3,9
7 Уровень выходной мощности передатчика, дБм	23,0	18,0
8 Коэффициент шума приемника, дБ	4,0	5,0
9 Диаметр используемых антенн, м	0,8 /1.2	0,6/0,8
10 Усиление антенн, дБ	38,9/42,5	38,6/41,0
11 Пороговая чувствительность приемника, дБм для для	– 85,5   – 89,0	– 76,0   – 78,0
12 Коэффициент системы, дБ для для	108,5   112,0	94,0   96,0
13 Коррекция ошибок	–—	Код Рида – Соломона, R РС = 0,92
14 Допустимый уровень помехи на совпадающей частоте (дБм) при снижении ОНШ на 1 дБ 3дБ	– 107,0 – 101,0	– 103,0 – 97,0
15 Конфигурация системы	1+0; 1+1	1+0; 1+1

Продолжение таблицы 4.1

16 Диапазон регулировки выходной мощности передатчика, дБ	30,0	25,0
17 Средняя длина интервалов, км	25,0	20,0
18 Порог срабатывания сигнала аварии по величине вероятности ошибки, Р ОШ	Устанавливается для значений 10^–^3,10^–^4,10^–^5,10^–^6
19 Среднее время наработки на отказ, ч при отсутствии резерва при наличии резерва	5·10^4 1,4·10^5	7·10^4 1,5·10^5

Дата добавления: 2014-11-29