Построение и расчет профиля пролета

Построение профиля пролета начинается с определения высотных отметок земли на пролете, используя топографические карты местности. В данном примере высотные отметки земли у₂ на пролете заданы в таблице 1.3.

После этого рассчитывается линия условного нулевого уровня у₁ по формуле:

где R₀ – длина пролета, км;

 R_З – геометрический радиус Земли (6370 км);

  K_i – текущая относительная координата заданной точки:

где R_i – расстояние от начала пролета до текущей точки.

Расчет y_i (k_i) производится для тех же относительных координат, для которых даны высотные отметки у₂. Точки профиля интервала у получаются путем прибавления к высотам условного нулевого уровня высотные отметки Земли из таблицы 1.3. Таким образом у = у₁ + у₂. Полученные результаты расчета необходимо свести в таблицу (таблица 1.5).

На основании данных этой таблицы строится профиль пролета, применяя стандартные масштабы (для расстояний М 1:100000, для высот М 1: 1000), путем соединения высотных отметок прямыми линиями (в примере рисунок 1.4).

 

Таблица 1.5

На профиле пролета определяется наивысшая точка (критическая точка), определяются ее координаты и обозначается как k_mp (относительная координата наивысшей точки трассы).

Затем определяется радиус минимальной зоны Френеля в критической точке пролета по формуле:

 

 

 

Далее для заданного климатического района проектируемой ЦРРЛ определяется среднее значение вертикального градиента ^¯ρ и его стандартного отклонения σ (по таблице 1.2 при курсовом проектировании и по справочным данным

при дипломном проектировании).

                                Рисунок 1.4 Профиль пролета

После этого определяется среднее приращение просвета за счет рефракции ΔH(ρ + σ) по формуле:

 

Затем определяется просвет без учета рефракции Н₀ по формуле:

Далее на профиле пролета от наивысшей точки препятствия вверх откладывается в масштабе величина Н(0) и через нее проводится линия, соединяющая предполагаемые точки установки антенн на пролете. Наиболее часто высоты антенн на обоих концах профиля принимаются равными (в данном примере 40 м). если для подвески антенн на одном или обоих концах пролета используются существующие сооружения, то линия, соединяющая предполагаемые места установки антенн должна пройти через точку на вершине Н(0) или выше нее. После этого от вершины препятствия вниз на расстоянии Δу= Н₀от наивысшей точки препятствия проводится прямая, параллельная линии, соединяющей антенны, которая отсекает часть препятствия шириной r  и высотой Δу= Н₀. Это делается для аппроксимации препятствия сферой и нахождения параметра «μ», характеризующего вид препятствия, от которого зависит множитель ослабления на интервале. Для определения относительной величины ширины препятствия (r) – l сносится длина отрезка r ( как показано на рисунке 1.4 – параллельными прямыми) в начало оси абсцисс и по масштабу определяются величины r и l (в данном примере r = 8,5 км и l = 0,185).

При дипломном проектировании расчет высот подвеса антенн выполняется с учетом особенностей, изложенных в [3].

 

Расчет устойчивости связи

Коэффициент полезного действия антенно-фидерного тракта (АФТ) зависит от вида и длины АФТ и в общем случае может быть определен по формуле:

где α_общ – общее затухание АФТ, складывающееся из затухания сосредоточенных элементов (различного рода фильтров, циркуляторов, гермовставок и т.д.) и непосредственного затухания в фидере, зависящего от его вида и длины.

Расчет к.п.д. АФТ в данном примере осуществляется из предположения, что затухание в сосредоточенных элементах равно α_с = 3 дБ, затухание в горизонтальных волноводах длиной 10 м принято равным α_г = 0,05 дБ/м, затухание в вертикальном волноводе α_в = 0,02 дБ/м.

Потери мощности в АФТ равны:

 

 

где: ℓ _г – длина горизонтального волновода;

   h_прд, h_прм – высоты подвеса приемной и передающей антенн.

 

При этом потери в АФТ передающей части и приемной части одинаковые α_прд = α_прм = 5,1 дБ, а к.п.д.:

 

В случае если в ЦРРЛ приемопередатчик конструктивно совмещен с антенной, то потерями в АФТ принимаются только потери в сосредоточенных элементах (порядка 2 – 3 дБ).

Минимальный множитель ослабления для рассчитываемого пролета определяется по формуле:

Откуда:

 

Для ЦРРЛ эта величина обычно находится в пределах от – 20 до – 40 дБ.

Далее определяется тип пролета. Для этого находится коэффициент расходимости D, при величине D > 0,8 – пролет считается слабопересеченным, а если D < 0,8 – пролет считается пересеченным. На слабопересеченном пролете необходимо учитывать отражение от Земли.

Коэффициент расходимости D рассчитывается в следующем порядке. Сначала определяется приращение просвета за счет рефракции при ρ = ρ_кр по формуле:

 

   

Далее определяется просвет на пролете с учетом рефракции при  ρ_кр по формуле:

       H(ρ_кр) = H(0) + ∆H(ρ_кр) = 7,38 +26,577 = 33,96 м;

 

Определяется относительный просвет на пролете при  ρ = ρ_кр по формуле:

Определяется номер интерференционного максимума при  ρ = ρ_кр по формуле:

  

Определяется относительный просвет на пролете в отсутствии рефракции:

                                 

                   

После этого рассчитывается коэффициент расходимости D по формуле:

 

Получилось, что D < 0,8, что свидетельствует о пересеченном типе пролета и отражениями от Земли можно пренебречь и нет необходимости опре-

делять оптимальную высоту подвеса антенн на данном пролете.

Расчет суммарного процента времени, в течение которого множитель ослабления меньше минимально допустимого, производится в следующем порядке.

1.Определение Т_о(V_min) – процента  времени, в течение которого множитель ослабления меньше допустимого за счет экранирующего действия препятствия.

Сначала определяется параметр А по формуле:

       Параметр μ определяется по формуле:

где                

Из графика рисунка 1.5 при  μ = 1,83 и V_min= - 31 дБ определяется Р(ρ₀) = - 2,1.

Относительный просвет с учетом средней рефракции равен 1 и тогда параметр ψ определяется по формуле:

Рисунок 1.5.

                                 

И тогда с учетом ψ = 4,08 по графику рисунка 1.6 определяется Т_о(V_min) = 3·10^-3%.

Рисунок 1.6.

 

2.Расчет Т_тр – процента времени, в течение5 которого множитель ослабления меньше минимально допустимого за счет интерференции прямой и отраженных от слоистых неоднородностей тропосферы волн выполняется  по формуле:

где Q = 1 – параметр, учитывающий климатические особенности района,

f_ср = 8,15 ГГц – средняя рабочая частота проектируемой ЦРРЛ.

 

Тогда: Т_тр(V_min) = (2,068·10^-3)²·0,20193·10² = 8,64·10^-5%.

 

Рисунок 1.7

 

3.Расчет  Т_д(V_min)  –  процента  времени,  в течение которого множитель

 

Таблица 1.6

ослабления меньше минимально допустимого за счет деполяризационных явлений в тропосфере (дождя) производится следующим образом. 

По диаграмме, изображенной на рисунке 1.7 определяется допустимая интенсивность дождя для данного пролета  I_доп=130 мм/час. Затем по номограмме, изображенной на рисунке 1.8 по полученному значению  I_доп и заданному климатическому району, например – 1, определяется искомая величина Т_д(V_min) = 4·10^-4.

4.Ожидаемая величина процента времени Т_ож(V_min), в течение которого не выполняется норма на устойчивость связи по всей ЦРРЛ рассчитывается по формуле:

где n = 4 – число пролетов.

Поскольку загрузка проектируемой ЦРРЛ составляет > 120 ТФ каналов, норму на устойчивость необходимо определить по таблице 1.6, согласно которой в данном случае Т_доп(V_min) = 0,01%. Так как  Т_ож(V_min) > Т_доп(V_min), то есть норма на устойчивость не выполняется, на проектируемой ЦРРЛ необходимо применить резервирование, которое позволяет увеличить устойчивость связи. Так как рабочие и резервные стволы работают на разных частотах и замирания в стволах наблюдается не одновременно.

Рисунок 1.8.

 

5.Ожидаемая величина процента времени Т_уч(V_min), в течение которого не выполняется норма на устойчивость связи на участке при резервировании, определяется по формуле:

 

Таким образом, даже с учетом резервирования устойчивость связи на проектируемой ЦРРЛ не удовлетворяет норме. Анализ результатов расчетов показывает, что основной составляющей замираний на проектируемой ЦРРЛ является величина  Т₀(V_min) = 3·10^-3, поэтому необходимо принять меры по ее уменьшению. Такой мерой может быть увеличение Р_пор, G или уменьшение затухания на пролете или в АВТ. Достичь этого можно или путем замены оборудования с лучшими  Р_пор, G и ли изменением длины и профиля пролета.                     

 

1.7. Расчет качественных показателей ЦРРЛ

Основным показателем качества тракта ЦРРЛ является вероятность ошибок Р_ош, которая определяется как вероятность неправильного приема символа:

 

где N_ош – число ошибок, возникающих за промежуток времени t₀;

      B – скорость передачи информации (бит/с).

Вероятность ошибок существенно зависит от отношения сигнал-шум на входе приемника. В соответствии с рекомендациями МККР устанавливаются две допустимые величины вероятности ошибок:

- для случая наличия глубоких замираний сигнала на пролете ЦРРЛ (усреднение за малый промежуток времени) допустима вероятность ошибок усредненных за 1 сек. составляет Р_ош = 10^-3. Превышение ошибок 10^-3 соответствует срыву связи на ЦРРЛ;

- для случая отсутствия глубоких замираний (усреднение за большой промежуток времени) допустима вероятность ошибок, усредненная за 1 мин и превышаемая в течение 0,4% времени любого месяца, составляет величину Р_{ош доп} = 10^-6.

Допустимые проценты времени Т_цррл(V_min), в течение которого вероятность ошибок на выходе ЦРРЛ не должна превышать величину Р_{ош max} = 10^-3 или 10^-6 приведены в таблице 1.7.

Для реальных цифровых радиорелейных трактов длиной «ℓ», отличающихся от гипотетических эталонных цифровых трактов длиной L (приведенных в таблице 1.7) процент времени, указанный в таблице следует умножать на следующие коэффициенты:

 

          

Вероятность появления ошибок на интервале также может быть расчитана по эмпирической формуле:

 

    

где R₀ – длина пролета, км;

       f – частота диапазона, ГГц;

       А₀ – необходимый запас на замирания:

 

           А₀ = Р_{с пор} – Р_{вх 0},

         

   где Р_{с пор} - пороговая мощность сигнала на входе приемника, огова-

                      ривается в технических данных на оборудование;

          Р_{вх 0} - мощность сигнала на входе приемника при его распрост-

                     ранении в свободном пространстве.

 

Суммарная вероятность ошибки определяется по формуле:

 

  где n_i – номер пролета.