Радиорелейная линия связи прямой видимости – совокупность станций, расположенных на расстоянии прямой видимости. Различают следующие виды станций РРЛ прямой видимости: оконечная радиорелейная станция (ОРС); промежуточная радиорелейная станция (ПРС); узловая радиорелейная станция (УРС). ОРС располагаются на концах РРЛ прямой видимости, являются обслуживаемыми и служат для ввода и вывода информации (многоканальной телефонии, телевизионных сигналов, сигналов данных и звукового вещания). ПРС служат для ретрансляции сигналов (приема, преобразования и передачи на новой частоте), чаще являются необслуживаемыми. УРС предназначены для частичного ввода и вывода информации, являются обслуживаемыми.
Рисунок 1.1.1 – Радиорелейная линия связи прямой видимости
Устройства и среда распространения между двумя ближними станциями называется пролет (интервал). Расстояние между двумя ближними станциями R0=40…50(5) км. Часть РРЛ прямой видимости между ОРС и УРС образует участок, расстоянием L км.
- гипотетическое расстояние. Количество ПРС на участке составляет 5-6. При передаче сигналов телефонии используется дуплексная связь. При передаче телевизионных сигналов используется симплексная связь. Радиоствол – совокупность устройств от источника информации до получателя.
1.2 Виды атмосферной рефракции. Продольный профиль интервала
Продольный профиль – вертикальный разрез местностимежду пунктами установки станций (Рисунок 1.2.1). Строится в декартовой системе координат. Нулевой уровень представляется в виде параболы.
Рисунок 1.2.1 – Продольный профиль интервала
- длина интервала; - высоты подвеса передающей и приемной антенны соответственно;
- относительная координата рассматриваемой точки. - физический просвет между линией прямой видимости и наивысшей точкой препятствия для нулевой рефракции. - критический просвет, характеризует сечение эллипсоида вращения и равен радиусу зоны Френеля:
, - высоты подвеса антенн в [м]
Рефракция – искривление траектории распространяемого сигнала на радиолинии. Различают следующие виды рефракции: 1. Положительная рефракция (когда градиент диэлектрической проницаемости с изменением высоты имеет отрицательное значение).
- градиент; - диэлектрическая проницаемость. Частные случаи положительной рефракции: а) Нормальная (стандартная) рефракция, при которой g = -8•10-8 1/м; б) Критическая рефракция, при которой g = -31,4•10-8 1/м; в) Сверхрефракция, при которой g < -31,4•10-8.
2. Отрицательная рефракция (субрефракция) (когда градиент диэлектрической проницаемости с изменением высоты имеет положительное значение).
При критической рефракции (g = -31,4•10-8 1/м) искривление распространяющегося сигнала идет вдоль искривления поверхности Земли. При сверхрефракции наблюдается волноводный принцип распространения сигналов, то есть имеют место отражения от поверхности Земли и тропосферы. В результате имеет место дальнее распространение сигнала. Это явление возникает в утренние часы летом. При положительной рефракции траектория распространяющегося сигнала искривляется выпуклостью вверх и увеличивается просвет на интервале (Рисунок 1.2.2).
Рисунок 1.2.2 - приращение просвета.
В зависимости от величины просвета 0 H+ ΔH(g) на интервале принято различать следующие типы интервалов: открытый, полузакрытый (полуоткрытый) и закрытый. Для установления типа интервала вводится понятие относительный просвет:
Если - открытый интервал; - полуоткрытый интервал; - закрытый интервал.
На полуоткрытом интервале на распространение сигналов оказывает влияние подстилающая поверхность Земли. Закрытый интервал может привести к существенному ослаблению сигналов на входе приемника и нарушении устойчивости на радиолинии. При положительной рефракции длина интервала при оценке прямой видимости на интервале увеличивается и равна:
- при нормальной рефракции
1.3 План распределения частот и схема организации связи
Для организации радиорелейных систем выделяется определенный участок диапазона частот. Пусть используется диапазон частот 4 ГГц. На Рисунке 1.3.1 представлен частотный план.
Рисунок 1.3.1 – План частот
Обычно в магистральном направлении используются частоты с нечетными или четными индексами, что представлено на рисунке 1.3.2.
Рисунок 1.3.2
Передача и прием нескольких несущих с размещением несколько приемных и передающих систем на станции соответствует случаю многоствольного построения радиорелейной системы передачи. При организации связи используется двухчастотный, четырехчастотный и даже шестиичастотный план. Двухчастотный план предполагает использование двух частот на всю радиорелейную линию связи (Рисунок 1.3.3).
Рисунок 1.3.3 – Двухчастотный план
Этот план наиболее эффективный по использованию выделенных частот, но для его реализации необходимо, чтобы антенны обладали высоким коэффициентом защитного действия (КЗД).
- мощность с прямого направления; - мощность с обратного направления.
Требуется, чтобы . Поляризационная развязка (степень ослабления уровней сигнала, принятых с различной поляризацией) на РРЛ обычно составляет 20 дБ. При двухчастотном плане организации связи возможен прием сигнала через 3 интервала из-за сверхрефракции (прием нежелателен). Для борьбы с явлением взаимодействия основоного сигнала и сигнала, получаемого в результате сверхрефракции, используется зигзагообразное построение трассы РРЛ. Отклонение трассы от прямой линии должно составлять 3-5 градуса. Засчет зигзагообразного построения нежелательный сигнал, возникающий засчет сверхрефракции, ослабляется на 34 дБ по отношению к полезному сигналу. Часто приходится строить прямолинейные трассы и использовать четырех- и шестичастотный план организации связи (это необходимо при организации РРЛ вдоль газонефтепроводов и других технологических линий). При четырехчастотном плане (Рисунок 1.3.4) прием сигнала, возникающего из-за сверхрефракции возможен через 5 интервалов, а при шестичастотном – через 7 интервалов. Однако, использование четырех- и шестичастотного плана неэффективно по использованию полосы частот, выделенной для радиорелейной системы передачи.
2 РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ СТАНЦИИ И ИНТЕРВАЛОВ
В Таблице 2.1 приведены исходные данные для дальнейшего расчета требуемых параметров.
Таблица 2.1 – Исходные данные для расчета Вариант , ГГц , м , м , м , 1/м , Вт , дБ , дБ 11 11,2 1,4 0,6 30 22 -5 0,6 0,3 1,3 -34 - рабочая частота; – диаметр антенны; – коэффициент использования поверхности; – высота подвеса передающей антенны; – высота подвеса приемной антенны; – градиент диэлектрической проницаемости атмосферы; – относительная координата ; – мощность передатчика; – потери в антенно-фидерном тракте; – множитель ослабления.
2.1 Определение усиления антенны ( , дБ) и ширины диаграммы направленности ( )
Коэффициент усиления антенны найдем в соответствии с формулой:
, [дБ]
- рабочая длина волны ( ) Проведем расчет, подставив исходные данные в формулы.
Ширина главного лепестка диаграммы направленности в горизонтальной и вертикальной плоскости найдем в соответствии с формулами:
Для проверки рассчитаем коэффициент усиления антенны по следующей формуле:
2.2 Определение длины интервала прямой видимости ( , км) при наличии рефракции
По заданию градиент диэлектрической проницаемости атмосферы , соответственно имеет место положительная рефракция. При положительной рефракции длина интервала прямой видимости определяется в соответствии с формулой:
Проведем расчет:
С учетом этого,
2.3 Определение относительного просвета на интервале (Р(g))
Относительный просвет определяется в соответствии с формулой:
Критический просвет:
Приращение засчет рефракции:
Проведем расчет:
Зададим H(0)=2м.
Соответственно, интервал является открытым.
2.4 Определение потерь мощности радиосигнала ( , дБ) на интервале ( )
Потери мощности радиосигнала рассчитаем в соответствии с формулой:
в ГГц, в км. Проведем расчет:
2.5 Определение уровня мощности сигнала ( , дБВт) на входе станции
Уровень мощности сигнала на входе станции определим в соответствии с формулой:
2.6 Диаграмма уровней на интервале
Для построения диаграммы уровней на интервале необходимо определить уровень сигнала в каждой точке схемы (Рисунок 2.6.1).
Рисунок 2.6.1
В точке 1 уровень сигнала равен мощности передатчика и равен -3 дБВт. В точке 2 уровень сигнала равен -3-0,6=-3,6 дБВт. В точке 3 уровень сигнала равен -3,6+42=38,4 дБВт. В точке 4 уровень сигнала равен 38,4-141,53=-103,13 дБВт. В точке 5 уровень сигнала равен -103,13+42=-61,13 дБВт. В точке 6 уровень сигнала равен -61,13-0,6=-61,73 дБВт. Кроме потерь в свободном пространстве присутствуют дополнительные потери на интервалах. Они обусловлены экранированием, субрефракцией, интерференцией, дождями. Обобщающим показателем дополнительных потерь является множитель ослабления сигналов на интервале (определен в исходных данных). Если обратиться к диаграмме уровней, то можно показать, что уровень сигнала на входе приемника меняется в пределах множителя ослабления.
