Теоретический расчет основных параметров пролета линии связи, оборудованного аппаратурой «anterum 630»

Ослабление сигнала в фидерных линиях передатчика L_фпрд и приемника L_фпрм в оборудовании «Anterum 630» практически равно 0 дБ, поскольку приемопередающий блок соединяется с антенной с помощью короткого отрезка волновода. При больших диаметрах раскрыва параболических антенн их присоединение производится короткими отрезками гибкого волновода, потери в которых L_фпрд = L_фпрм не превышают 0,5 дБ.

Потери в дуплексерах L_дуп определяется параметрами аппаратуры. При моноблочной конструкции, данные на уровень мощности передатчика и пороговые значения уровня сигнала на входе приемника, часто относят к точкам, соответствующим уровням на антенном волноводном соединителе. В этих случаях величина потерь L_дуп = 0. Дополнительные потери L_доп складываются из потерь в антенных обтекателях L_ао и потерь от перепада высот подвеса приемной и передающей антенн L_пв (L_доп = 1..2 дБ).

Потери сигнала в свободном пространстве L₀ обуславливаются сферическим расхождением фронта волны. Помимо этого ослабления наблюдаются потери в газах и осадках. Эти ослабления можно смоделировать с помощью ослаблением сигнала в аттенюаторах 1 и 2лабораторного макета (рис.8).

Потери сигнала в свободном пространстве определяются по приведенной формуле

L₀ = 20lg(4,189∙10⁴ ∙R₀∙f), дБ, (1)

где R₀ - протяженность интервала РРЛ, км, f - рабочая частота, ГГц.

Затухание в газах атмосферы L_газ рассчитывается по формуле

L_газ = (γ_н2o + γ_о2)∙R₀, дБ, (2)

где γ_н2o, γ_о2 - погонные затухания в водяных парах и атомах кислорода атмосферы (дБ/км). Для частот лабораторного макета γ_н2o ≈ γ_о2 ≈ 0,005 дБ/км.

Интенсивность дождя J_д1 можно рассчитать по формуле

J_д1 = 2,5∙10⁵∙Ш^-2ξ(Д + 25)^-0,3, мм/ч, (3)

где Д – долгота середины интервала, определяемая как среднее значение долготы оконечных ЦРРЛ интервала, град;

Ш - широта середины интервала, определяемая как среднее значение широты оконечных ЦРРЛ интервала, град;

ξ - значения коэффициента интенсивности дождя.

Значения Ш и Д необходимо выбрать в пределах заданной дождевой зоны.

Произведение погонного затухания γ на длину пролета R₀ и на коэффициент интенсивности дождя ξ даст величину ослабление в дожде L_д.

Для интенсивности дождя с учетом коэффициента пространственной неравномерности дождя К_н(J_д1) рассчитывают погонное затухание сигнала γ

γ = k J_д1^α∙К_н(J_д1), дБ/км, (4)

где К_н(J_д1) - коэффициент пространственной неравномерности дождя (рис.5); коэффициенты k и α определяются путем расчета или из графиков.

Погонное затухание сигнала γ для частот лабораторного макета ориентировочно равно

γ ≈ 0,004 J_д1^1,4 ∙К_н(J_д1), дБ/км. (4а)

Рис.5. Экспериментальные зависимости К_н(J_д1) от длины трассы

Как известно, работа цифровых систем связи характеризуется коэффициентом ошибок k_oш = N_ош / N, где N - число переданных символов, N_ош - число ошибочно принятых символов.

Важнейшим параметром для расчета цифровой системы радиосвязи является запас на замирания М(k_oш). Запас на замирания представляет собой разницу между уровнями сигнала на входе приемника в отсутствии замираний и пороговым уровнем сигнала на входе приемника (рис.6), при котором коэффициент ошибок k_oш = 10^-3.

В разработанном действующем макете не используются антенны, но для теоретического расчета P_прм необходимо рассчитать коэффициенты усиления параболических антенн передатчика и приемника G_прд , G_прм, считая, что их диаметр составляет 0,3 м.

Коэффициент усиления однозеркальной параболической антенны определяется приближенной формулой

G = 20lgD + 20lgf +17,5 , дБ, (5)

где D - диаметр раскрыва зеркала, м;

f- рабочая частота, ГГц .

Уровень сигнала на входе приемника

Р_прм = Р_прд + G_прд + G_прм - L₀ - L_фпрд - L_фпрм - L_г - L_д - L_дуп - L_доп, дБм, (6)

где Р_прд - уровень мощности передатчика, дБм;

L_ф.прд, L_ф.прм- ослабление сигнала в фидерных линиях, дБ, которые определяются произведением длины фидера l в метрах на погонное затухание фидераα в дБ/м.

Запас на замирания определяется по формуле

М(k_oш) = P_прм - Р_{прм.пор}, (7)

где P_прм - уровень сигнала на приеме в отсутствии замираний, Р_{прм.пор} - пороговый уровень сигнала на входе приемника при коэффициенте ошибокk_oш = 10^-3 (определяется из параметров аппаратуры).

Из диаграммы уровней видно, что сигнал с выхода передатчика P_прд, проходит через полосовой фильтр дуплексера (ПФ), в котором уровень сигнала уменьшится за счет потерь и поступает через фидерную линию к передающей антенне с коэффициентом усиления G_прд. В случае многоствольных систем сигнал пройдет еще и через устройство объединения и разделения стволов (РОС). В фидерной линииуровень сигнала еще уменьшится, а в передающей антенне увеличится на величину G_прд.

При прохождении пролета длиной R₀ уровень сигнала падает за счет сферического расхождения фронта волны в свободном пространстве L₀, потерь в газах атмосферы L_газ, потерь в дожде L_ди некоторых дополнительных потерь. Общее ослабление сигнала за счет указанных причин может достигать 130…140 дБ и более.

В приемной антенне уровень сигнала увеличится на величину G_прм, затем уменьшится в фидерной линии приемника, в РОС и ПФ и поступит на вход приемника с уровнем P_прм.о. Это значение получается при отсутствии замираний сигнала на пролете радиорелейной линии и при распространении радиоволн в свободном пространстве. В реальной атмосфере добавятся потери L_газ и L_д. Величина Р_{прм.пор} приводится в технических параметрах аппаратуры.

Запас на замиранияМ(k_oш) должен находиться в пределах 37…43дБ. При меньших значениях М(k_oш), устойчивой связи может не быть, а при значениях, превышающих эти пределы - параметры системы, и следовательно, ее стоимость будут завышены. Поэтому, изменяя значения коэффициентов усиления антенн, величину выходной мощности передатчика, значения рабочих частот и др. необходимо добиться, чтобы величина запаса на замирания находилась в заданных пределах при минимальных размерах антенн.

Пользуясь соотношениями (1) - (7) студентам необходимо рассчитать запас на замирания для данного пролета.

На рис.6 приведена упрощенная структурная схема интервала радиолинии с соответствующей диаграммой уровней сигналов. Диаграмма уровней строится в уровнях, выраженных через децибелы (дБ). Уровни мощности сигналов выражаются в децибелах по отношению к 1 мВт и обозначаются дБм.

Далее следует по заданному значению BER и виду модуляции определить с помощью графика на рис.7 значение отношения сигнал/шум.

Результаты расчета необходимо свести в таблицу – (табл.4).

Рис. 6. Пример диаграммы уровней на пролете линии связи

Рис.7.Зависимость величины отношения сигнал/шум от коэффициента битовых ошибок и вида модуляции