Дипломный проект - Цифровая радиорелейная линия связи

Подождите немного. Документ загружается.

приемных полосовых фильтров. При этом каждая антенна может быть ис-

пользована одновременно как для передачи, так и приема сигналов.

Существует второй план распределения частот – при этом плане преду-

сматривается чередование частот приема и передачи отдельных стволов (ри-

сунок 2.10).

Рисунок 2.10 – План с чередованием частот приема и передачи

2.4 Особенности проектирования РРЛС в современных условиях

За шесть десятилетий развития радиорелейные линии как эффективное

средство передачи сотен и тысяч телефонных сигналов на расстояние в тыся-

чи километров стали важной составной частью цифровых систем электросвя-

зи: ведомственных, корпоративных, региональных, национальных и даже

международных. Они успешно конкурируют с другими средствами связи, в

том числе кабельными и спутниковыми, и удачно дополняют их.

Большинство магистральных РРЛС, проходящих по территории РФ и

стран СНГ, построены по проектам ГСПИ РТВ, ведущего проектного инсти-

тута России по комплексному проектированию РРЛС. Почти четверть века

все они работают надежно и качественно. В последние годы им выполнены

ряд проектов магистральных цифровых РРЛС пропускной способностью от

34 до 155 Мбит/с, воссоздана сеть РРЛ в Чеченской Республике. Проектиро-

вались новые магистрали в основном для нужд нефтяных транспортных ком-

паний и операторов сотовой связи. К сожалению, большинство проектов вы-

полнялось по-прежнему с использованием импортного оборудования.

Начиная проектирование и строительство РРЛС, потенциальный поль-

зователь должен помнить, что в соответствии с Законом «О связи», дейст-

вующими положениями и другими нормативными документами, строитель-

ство и регистрация радиообъекта производится после получения в Россвязи

положительного решения о присвоении (назначении) радиочастот или радио-

частотных каналов для радиоэлектронных средств. Срок прохождения радио-

частотной заявки – два года и более, а срок оформления введения в строй

объекта радиосвязи от первого обращения в регулирующий частотный орган

(ГКРЧ) составляет от двух с половиной до трех лет.

В настоящее время выбор трассы РРЛС и основных параметров ли-

нии – основополагающая задача не только проектирования, но и получения

разрешений на эксплуатацию объектов радиосвязи. В таких условиях от про-

ектной организации требуется поистине ювелирная работа. На ранней стадии

проектирования, еще до подачи «Заявки» в радиочастотную службу, необхо-

димо выбрать трассу РРЛС и тип оборудования, точно определить места рас-

положения опор и высоту подвеса антенн, разработать основные технические

решения. При этом следует учитывать, что в процессе прохождения радио-

частотной заявки многие параметры могут измениться. Кроме того, при раз-

работке рабочих чертежей нужно предусмотреть возможность корректировки

проекта за счет изменения параметров оборудования.

Оборудование РРЛС, которое сейчас доступно в России, очень разнооб-

разно – сертифицировано около 200 типов РРС. В этих условиях потребите-

лю довольно сложно сделать оптимальный выбор. При этом, как правило,

руководствуются следующими критериями:

- надежность, обеспечение возможности гарантийного и послегаран-

тийного ремонта, ремонтопригодность в условиях эксплуатации;

- возможности аппаратуры в части дистанционного контроля и управ-

ления РРЛС, наличие дополнительных служебных и сервисных каналов;

- соответствие аппаратуры условиям эксплуатации по температурному

диапазону, ветровым нагрузкам и др.

Следует отметить, что часто отдается предпочтение импортному оборудова-

нию как наиболее полно отвечающему перечисленным требованиям.

Одним из основных элементов проработки трассы РРЛС является рас-

чет качественных показателей, который осуществляется по методикам, изло-

женным в ГОСТ Р 53363-2009 ("Цифровые радиорелейные линии. Показате-

ли качества. Методы расчета"), распространяющемся на трассы цифровых

РРЛ прямой видимости в диапазонах частот 3.4–40.5 ГГц [1].

Методика позволяет производить расчет трасс РРЛС в диапазонах час-

тот выше 3.4 ГГц. Ее достоинством является учет реальных радиоклиматиче-

ских характеристик России и стран СНГ, что позволяет осуществлять выбор

высот подвеса антенн на значительно меньших отметках, чем при расчетах по

рекомендациям, которые изложены в методиках, издаваемых за рубежом и

трудах МСЭ. Впервые в мировой практике в методике предложены решения

по разделению интерференционных замираний на составляющие SESR и ко-

эффициент неготовности за счет распространения радиоволн.

Расчеты производятся, как правило,

с помощью программных комплек-

сов, разработанных и сертифицированных различными организациями под

контролем разработчиков ГОСТа. В данных комплексах нашли отражение

самые последние статистические данные по распространению радиоволн.

Более подробно речь о них пойдет ниже.

При расчете цифровой РРЛС одним из основных показателей качества

связи является коэффициент неготовности (К

НГ

), обусловленный процессом

распространения радиоволн. Для данного показателя рекомендована величи-

на, равная 1/3 общей нормы коэффициента неготовности цифрового тракта;

2/3 общей нормы оставляется на надежность оборудования и его обслужива-

ние. На сложных протяженных трассах К

НГ

часто превышает нормируемое

значение, за которое, по согласованию с потребителями, подтвержденному

поставщиком оборудования, принимают величину, превышающую 1/3 общей

нормы для РРЛС, за счет высокой надежности аппаратуры. Суммарная со-

ставляющая коэффициента неготовности, за счет надежности оборудования и

мероприятий по его обслуживанию, не должна превышать 15-30

% (вместо

предполагаемых в среднем 65

% общей нормы).

Опоры в комплексе с антеннами – неотъемлемая часть линии связи, на

них, как и на все оборудование РРЛС, распространяются общие положения по

надежности системы связи в целом. При проектировании антенных опор

большое значение имеет выполнение требований по их деформативности;

при этом нельзя ограничиваться рассмотрением только вопросов прочности,

определяя деформативность по нормативным нагрузкам. Использование на

радиорелейных линиях высокоэффективных антенн, имеющих узкую диа-

грамму направленности (1-1.5), накладывает дополнительные ограничения

по деформативности опор. Соблюдение этого требования без анализа вероят-

ности его обеспеченности приводит к неоправданному утяжелению конст-

рукций и завышению стоимости строительства.

С другой стороны, невыполнение указанных технологических требова-

ний может привести к нарушению устойчивости связи на РРЛ. При расчете

опор необходимо учитывать допустимый угол отклонения радиолуча и веро-

ятность его превышения. Вероятность отклонения радиолуча определяется

вероятностью эксплуатационного отказа опоры РРЛ, под которым понимается

нарушение устойчивости связи на линии. При реконструкции и дооборудова-

нии существующих антенных опор, которые строились под установку менее

эффективного оборудования, важно производить поверочный расчет, в том

числе обеспечения технологических требований на деформативность, и при

необходимости осуществлять их усиление.

2.5 Программные комплексы для анализа трасс и оценки

показателей РРЛС

Проектирование наземных, и в частности, радиорелейных линий связа-

но с определенной сложностью как подготовки исходных данных (особенно

получение профиля интервала), так и учета целого ряда факторов, влияющих

на конечный результат расчета (например, данные о геоклиматических пара-

метрах в местах развертывания станций; возможность анализа вариантов

различного вида разнесения и т.д.).

Оперативное решение данной задачи возможно при использовании

специализированных программных комплексов.

Поиск в Интернет показал, что в настоящее время рекламируются сле-

дующие специализированные программные комплексы [10,11,13,17,18]:

1) "Территория" (ЗАО "Информационный космический центр "Север-

ная Корона", г. Санкт-Петербург);

2) "Эксперт РРЛ" (ООО "Научно-производственная компания "Связь-

Сервис", г. Санкт-Петербург);

3) "DRRL 4.2" ("Центр телекоммуникационных технологий", г. Ново-

сибирск);

4) "RAPAN" (Kedah Electronics Engineering);

5) "Контур 2.0.1" (АНО "Радиочастотный центр МО", г Москва);

6) "Проектирование и анализ радиосетей - ПИАР" (НПФ "ЯР", г. Яро-

славль) и др.

Функциональные возможности комплексов во многом совпадают, по-

этому опишем более подробно лишь некоторые из них.

Программный комплекс (ПК) «Территория» предназначен для расчета

радиорелейных линий прямой видимости в диапазоне частот 450 МГц - 37

ГГц с учетом геоклиматических факторов по показателям качества и неготов-

ности (рисунок 2.11). Комплекс обеспечивает расчет как линий прямой види-

мости (открытых), так и линий с дифракционными потерями (полуоткрытых

и закрытых). Учитываются условия возникновения замираний (гладких и

частотно-селективных) вследствие многолучевого распространения радио-

волн и субрефракции, поглощения и рассеяния в осадках. Учет частотно-

селективных замираний (на основе метода сигнатуры) позволяет производить

расчеты для линий со скоростями до 155 Мбит/с. Расчет потерь на полуот-

крытых и закрытых трассах может осуществляться как в автоматическом ре-

жиме, так и в режиме ручной настройки модели рельефа. Для линий прямой

видимости в ручном режиме предусмотрен детальный анализ условий воз-

никновения отражений от подстилающей поверхности с учетом ее проводи-

мости, проницаемости, неровности и пространственного положения участка

отражения. Возможен как ручной ввод, так и автоматическое определение

проводимости и диэлектрической проницаемости по типу подстилающей по-

верхности, а также геоклиматических параметров для заданных координат

мест размещения станций (используются встроенные цифровые карты).

Реализовано множество вариантов ввода данных по рельефу: импорт

профиля с цифровых карт SRTM; построение профиля с использованием

встроенной электронной линейки, позволяющей вводить данные по рельефу с

отсканированных листов обычных топографических карт, отсчет расстояний

при этом выполняется автоматически; ручной ввод в табличном виде.

Рисунок 2.11 – Панель ПК «Территория» с результатами решения задачи

Основные результаты расчета:

- показатель качества по ошибкам в периоды готовности линии (SESR,

%) и его составляющие (гладкие и частотно-селективные замирания) для уг-

лового, пространственного, частотного разнесения;

- показатель неготовности (Кнг, %) и др.

Функциональные возможности программного комплекса "Эксперт

РРЛ" (рисунок 2.12) следующие:

- ввод данных для построения профиля интервала;

- ввод, редактирование и сохранение исходных данных для расчётов;

- расчёт энергетических характеристик и статистических показателей;

- расчёт неустойчивости связи на интервале;

- расчёт коэффициента SESR;

- расчёт коэффициента неготовности, обусловленного средой распро-

странения;

- расчёт коэффициента неготовности, обусловленного надежностью ап-

паратуры;

- формирование отчёта и вывод его на печать.

Рисунок 2.12 – Окна ПК "Эксперт РРЛ"

Программное обеспечение (ПО) "DRRL" версии 4.2 предназначено для

автоматизации деятельности по расчетам качественных показателей цифро-

вых радиорелейных линий и позволяет проводить расчеты в соответствии с

рекомендациями Международного союза электросвязи. Программное обес-

печение предназначено для специалистов, занимающихся проектированием

цифровых РРЛ. Принимая во внимание относительную сложность предмета,

при создании данного программного обеспечения особое внимание уделя-

лось простоте интерфейса пользователя, максимальной автоматизации вы-

числений, а также возможности получать отчеты о результатах вычислений в

виде чертежей в соответствии с ГОСТ.

В программе вводятся все исходные данные для расчета интервала ра-

диорелейной линии (рисунок 2.13), производится выбор параметров стати-

стических распределений эффективных градиентов диэлектрической прони-

цаемости воздуха, устанавливается значение абсолютной влажности водяно-

го пара, зависящее от климатических условий района расположения трассы

РРЛ, номер района по карте районирования РФ по интенсивности дождей, а

также номер района для пересчета месячной статистики дождей к годовой. В

Рисунок 2.13 – Панель ПК "DRRL"

результате потребитель получает чертеж точно отмасштабированного про-

дольного профиля интервала со всеми необходимыми надписями, поясне-

ниями и готовым штампом согласно ГОСТ.

Основные возможности системы "RAPAN" (рисунок 2.14):

- цифровая топографическая карта (ЦТК);

- размещение станций на ЦТК;

- расчеты профиля рельефа местности, прямой видимости, уровня при-

нятого сигнала.

Пользователь имеет возможность строить профиль рельефа местности между

любыми двумя точками и получить значение относительного просвета пря-

мого луча в любой точке радиотрассы. На основе расчета зоны прямой види-

мости определяется уровень принятого сигнала. Данные об уровне сигнала

отображаются цветными зонами.

Рисунок 2.14 – Окна ПК "RAPAN"

Программный комплекс "Контур 2.0.1" предназначен для проектирова-

ния линий и систем радиосвязи. Созданная с использованием новейших тех-

нологий, многофункциональная геоинформационная система "Контур 2.0.1"

моделирует радиоэлектронную обстановку и формирует прогноз работы ра-

диосредств в реальных условиях. "Контур 2.0.1" позволяет эффективно ре-

шать задачи проектирования радиорелейных линий связи:

- построение рельефа местности с учетом существующей и пла-

нируемой застройки;

- расчет параметров надежности и энергетических показателей линии;

- расчет бюджета линии (рисунок 2.15).

Рисунок 2.15 – Расчет бюджета линии в ПК "Контур 2.0.1"

Общий вид интерфейса пользователя географической информационной

системы "ПИАР" показан на рисунке 2.16. В отдельном окне представлена

диаграмма направленности антенны из справочника антенн. В другом окне

представлено сечение рельефа местности на заданной трассе с учетом сфе-

ричности Земли и линия визирования между антеннами. На рисунке 2.17

представлена рассчитанная пакетом "ПИАР" подробная цифровая карта рас-

пределения напряженности поля выбранной РРС. На этой карте можно опре-

делить зоны затенения, отражающие структуру рельефа местности.

Достаточно известна специалистам «Диалоговая система автоматизи-

рованного проектирования цифровых радиорелейных линий связи (ДИСАП-

ЦРРЛ)», разработанная ЗАО «Инженерный центр» в г. Санкт-Петербурге. На

рисунке 2.18 представлены результаты расчета в системе "ДИСАП-ЦРРЛ", в