Выбор высот антенн на участке. В условиях большой территории Российской Федерации, природно-географических и

Введение

В условиях большой территории Российской Федерации, природно-географических и демографических особенностей территории, а также слабо развитой инфраструктуры связи в большинстве регионов РРЛ являются важной частью существующей сети связи РФ.

ЦРРЛ имеют ряд достоинств в сравнении с кабельными, в том числе волоконно-оптическими линиями связи:

1. более высокая надежность линейного тракта;

2. слабая зависимость от местных природно-географических условий;

3. значительно меньшие проблемы с выделением земельных угодий;

4. существенно меньшие капитальные затраты при новом строительстве;

5. возможности постепенного увеличения капитальных вложений по мере увеличения трафика и использования антенных опор для организации подвижной связи вдоль трассы РРЛ.

Курсовой проект состоит из двух логических частей. На первом этапе выбираются оптимальные высоты подвесов антенн на 8-интервальном участке. На втором этапе рассчитываются показатели качества на одном из интервалов.

Выбор высот подвеса антенн на интервалах является важным этапом проектирования новых цифровых РРЛ. От выбора высот антенн зависят как показатели качества передачи, так и необходимые высоты антенных опор и соответствующие затраты на их сооружение. Таким образом, при выборе высот антенн следует учитывать два аспекта: технический, основанный на существующих требованиях к показателям качества передачи, и экономический, связанный с затратами на антенно-мачтовые сооружения и фидерные тракты.

Современные высокие требования к показателям качества передачи информации не зависят от используемой физической среды передачи. В виду этого расчет показателей качества ЦРРЛ имеет особую важность, если учесть сложный характер зависимостей указанных показателей от условий распространения радиоволн, характеристик и конфигурации используемого радиорелейного оборудования.

В данном курсовом проекте рассчитываются два основных показателя качества: показатель сильно пораженных секунд SESR и показатель неготовности UR. Оба показателя сравниваются со своими нормами (для магистральной линии в данном случае) и делается вывод о пригодности ЦРРЛ с данными показателями качества.

В табл. 1 – 5 приводятся топографические исходные данные и технические характеристики оборудования антенн, а также статистические данные по рефракции в данном регионе.

Топографические исходные данные профиля интервала ПРС-23М – ПРС-24М

Высотные отметки рельефа местности Таблица 1

№	R[км]	H[м]	№	R[км]	H[м]
	0.00	61.1		19.60	30.0
	1.00	40.0		19.80	15.8
	1.20	25.0		20.20	30.0
	1.40	28.8		21.00	14.8
	1.60	25.5		22.20	47.3
	1.90	40.0		22.60	51.2
	2.20	50.3		23.60	51.0
	3.10	49.5		24.80	40.8
	4.00	42.5		25.20	40.0
	4.90	61.0		25.40	40.5
	5.40	60.4		25.90	42.0
	6.30	63.5		26.80	30.0
	7.10	60.4		27.10	18.8
	8.70	58.5		27.70	40.5
	9.00	59.8		28.80	36.6
	10.20	39.0		29.20	54.4
	11.80	50.2		31.30	50.5
	13.10	40.5		33.00	56.8
	14.50	20.5		33.40	59.4
	15.00	12.6		35.10	50.5
	16.80	20.0		35.30	37.8
	17.10	20.0		35.60	50.2
	17.90	36.5		36.60	65.1

Данные местных предметов Таблица 2

№	R1[км]	R2[км]	Тип МП	HH[м]
	0.01	1.00	лес	10.0
	1.90	4.90	лес	10.0
	6.30	8.70	лес	10.0
	9.00	15.49	лес	10.0
	15.50	17.10	лес	10.0
	20.20	22.20	лес	12.0
	24.80	25.20	лес	12.0
	25.40	26.80	лес	12.0
	27.70	31.30	лес	12.0
	33.40	35.10	лес	12.0
	35.60	36.59	лес	12.0

Данные подстилающей поверхности Таблица 3

№	R1[км]	Тип ПП
	0.00	суша

Погрешности топографической информации Таблица 4

№	R1[км]	dH[м]
	0.00	0.0
	0.01	6.0
	36.59	0.0

Технические характеристики оборудования антенн и статистические характеристики рефракции

Таблица 5

Технические характеристики оборудования антенн
Средняя частота диапазона частот	f = 7,4 ГГц
Мощность передатчика	Pпд = 25 дБм
Пороговый уровень приема	Pпор = – 67 дБм
Потери в антенных разветвителях	Lар = 2,5 дБ
Погонное затухание волновода	gф = 0,045 дБ/м
Длины горизонтальных участков волноводов	lгор1/lгор2 = 10/10 м
Ширина сигнатуры	WS = 28 МГц
Глубина сигнатуры	BS= 26 дБ
Коэффициент усиления антенны	Ga1/Ga2/Ga3 = 37,5/40,5/43 дБ
Статистические характеристики рефракции
Среднее отклонение	= – 9 * 10-8 1/м	= – 7 * 10-8 1/м
Стандартное отклонение	sg = 6 * 10-8 1/м	sg = 4,5 * 10-8 1/м

Выбор высот антенн на участке

1.1. Выбор пар высот антенн на интервале

1.1.1. Выбор ПВА, допустимых в условиях нормальной рефракции радиоволн

Построение профиля интервала в условиях нормальной рефракции:

Условный нулевой уровень вычисляется по формуле:

(1.1)

(1.2)

(1.3)

где R – длина интервала, м;

k – относительная координата точки, для которой вычисляется условный нулевой уровень (1.2);

r – расстояние указанной точки до левого конца интервала, м;

a_э – эквивалентный радиус Земли, м (1.3);

- геометрический радиус Земли;

– среднее значение градиента диэлектрической проницаемости для худшего сезона.

От условного нулевого уровня откладываются высотные отметки заданные табл. 1. Погрешность топографической информации учитывается добавлением ко всем точкам кроме начальной и конечной на интервале значения погрешности (табл. 4). Данные местных предметов наносятся в соответствии с табл. 2. Результат см. рис. 1.2.

Выбор четырех нехудших ПВА в условиях нормальной рефракции:

По критерию допустимости в условиях нормальной рефракции (1.4) выбираются четыре нехудшие ПВА.

(1.4)

(1.5)

(1.6)

где P₁( ) – относительный просвет при средней рефракции для худшего сезона, нормированный относительно радиуса первой зоны Френеля (1.5);

H( ) – абсолютный просвет на интервале при g = , м;

F₁ – радиус первой зоны Френеля в точке определения просвета, м (1.6);

R – длина интервала, м;

r – расстояние указанной точки от левого конца интервала, м.

Результаты выбора ПВА представлены в табл. 6 и отмечены на рис. 1.2.

Таблица 6

№, п/п	h1, м	h2, м	H( ), м	F1, м	P1( )
			17,1	16,6	1,03
			16,9	16,6	1,02
			19,4	18,8	1,03
			15,8	15,5	1,02

1.1.2. Проверка допустимости ПВА в условиях субрефракции радиоволн

Критерий допустимости в условиях субрефракции:

(1.7)

(1.8)

(1.9)

(1.10)

где - относительный просвет при g = , нормированный относительно радиуса первой зоны Френеля (1.8);

H( ) – абсолютный просвет на интервале при g = ;

F₁ – радиус первой зоны Френеля в точке определения просвета, м (1.6);

- значение градиента диэлектрической проницаемости, превышаемое в 0,1% времени, 1/м;

- значение коэффициента рефракции, превышаемое примерно в 99,9% времени худшего сезона для континентального умеренного климата (см. рис. 1.1). Для R = 36,6 км K_P(99,9%) = 0,73.

Рис.1.1. Зависимость KP(99,9%) от длины интервала R

В условиях субрефракции профиль интервала с выбранными ПВА будет иметь вид, представленный на рис. 1.3.

Проверка выбранных в разделе 1.1.1. ПВА в условиях субрефракции сведена в табл. 7.

Таблица 7

№, п/п	h1, м	h2, м	H[ ], м	F1, м	P1[ ]
			5,5	16,6	0,33
			5,3	16,6	0,32
			4,6	18,8	0,25
			5,8	15,5	0,37

Критерий допустимости в условиях субрефракции выполняется для всех четырех нехудших ПВА на интервале.

R, км

H, м

Условный нулевой уровень

Рис.1.2. Четыре нeхудших ПВА на интервале при нормальной рефракции

Рис.1.3. Четыре нeхудших ПВА на интервале при субрефракции

R, км

H, м

Условный нулевой уровень

1.2. Выбор оптимальной совокупности высот антенн на участке

Задача выбора оптимальной совокупности высот антенн на 8-интервальном участке решается с помощью принципа минимума затрат. Совокупность ПВА на интервалах должна быть выбрана так, что суммарные затраты на опоры антенн были бы минимальны. Предположим, что все опоры-мачты на интервалах однотипные секционные, зависимость стоимости от высоты определяется табл. 8.

Таблица 8

Высота опоры, м
Стоимость опоры, тыс. у.е.	11,06	13,76	15,11	16,48	18,42	20,58	23,82	26,04	33,06	35,94	37,75	41,92

В соответствии с номером варианта, вычисляется номер интервала из восьми, на котором были выбраны 4 нехудшие ПВА: 2 mod 8 = 2. Интервал № 2.

В качестве имитации на других интервалах задаются ПВА того же порядка, что и на интервале №2.

Задача оптимизации выбора высот антенн решается методом динамического программирования. В табл. 9 представлены нехудшие допустимые пары высот антенн на интервалах, м.

Таблица 9

34 – 65	41 – 61	35 – 65	47 – 72	43 – 64	30 – 53	27 – 52	27 – 50
42 – 57	46 – 45	43 – 55	59 – 64	50 – 55	37 – 43	35 – 47	34 – 42
49 – 43	51 – 34	51 – 47	69 – 55	59 – 46	48 – 38	44 – 40	41 – 35
59 – 35	69 – 29	57 – 40	77 – 47	67 – 39	58 – 31	55 – 33	47 – 21

Процесс пошаговой оптимизации поясняется табл. 10 – 16, которые содержат стоимости отдельных опор и суммарные стоимости опор для участков РРЛ (жирным шрифтом выделены условно минимальные суммарные стоимости опор на участках).

Шаг 1 Таблица 10

7 8	27 – 50	34 – 42	41 – 35	47 – 21
27 – 52	18,42 + 18,42 = 36,84	18,42 + 15,11 = 33,53	18,42 + 13,76 = 32,18	18,42 + 11,06 = 29,48
35 – 47	16,48 + 18,42 = 34,9	16,48 + 15,11 = 31,59	16,48 + 13,76 = 30,24	16,48 + 11,06 = 27,54
44 – 40	15,11 + 18,42 = 33,53	15,11 + 15,11 = 30,22	15,11 + 13,76 = 28,87	16,48 + 11,06 = 27,54
55 – 33	13,76 + 18,42 = 32,18	13,76 + 15,11 = 28,87	15,11 + 13,76 = 28,87	16,48 + 11,06 = 27,54

Шаг 2 Таблица 11

6 7	27 – 52	35 – 47	44 – 40	55 – 33
30 – 53	18,42 + 29,48 = 47,9	18,42 + 27,54 = 45,96	18,42 + 27,54 = 45,96	20,58 + 27,54 = 48,12
37 – 43	16,48 + 29,48 = 45,96	16,48 + 27,54 = 44,02	16,48 + 27,54 = 44,02	20,58 + 27,54 = 48,12
48 – 38	15,11 + 29,48 = 44,59	15,11 + 27,54 = 42,65	16,48 + 27,54 = 44,02	20,58 + 27,54 = 48,12
58 – 31	13,76 + 29,48 = 43,24	13,76 + 27,54 = 41,3	16,48 + 27,54 = 44,02	20,58 + 27,54 = 48,12

Шаг 3 Таблица 12

5 6	30 – 53	37 – 43	48 – 38	58 – 31
43 – 64	23,82 + 45,96 = 69,78	23,82 + 44,02 = 67,84	23,82 + 42,65 = 66,47	23,82 + 41,3 = 65,12
50 – 55	20,58 + 45,96 = 66,54	20,58 + 44,02 = 64,6	20,58 + 42,65 = 63,23	20,58 + 41,3 = 61,88
59 – 46	16,48 + 45,96 = 62,44	16,48 + 44,02 = 60,5	16,48 + 42,65 = 59,13	20,58 + 41,3 = 61,88
67 – 39	15,11 + 45,96 = 61,07	15,11 + 44,02 = 59,13	16,48 + 42,65 = 59,13	20,58 + 41,3 = 61,88

Шаг 4 Таблица 13

4 5	43 – 64	50 – 55	59 – 46	67 – 39
47 – 72	23,82 + 65,12 = 88,94	23,82 + 61,88 = 85,7	23,82 + 59,13 = 82,96	23,82 + 59,13 = 82,96
59 – 64	23,82 + 65,12 = 88,94	23,82 + 61,88 = 85,7	23,82 + 59,13 = 82,96	23,82 + 59,13 = 82,96
69 – 55	20,58 + 65,12 = 85,7	20,58 + 61,88 = 82,46	20,58 + 59,13 = 79,71	23,82 + 59,13 = 82,96
77 – 47	16,48 + 65,12 = 81,6	18,42 + 61,88 = 80,3	20,58 + 59,13 = 79,71	23,82 + 59,13 = 82,96

Шаг 5 Таблица 14

3 4	47 – 72	59 – 64	69 – 55	77 – 47
35 – 65	23,82 + 82,96 = 106,78	23,82 + 82,96 = 106,78	23,82 + 79,71 = 103,53	26,04 + 79,71 = 105,75
43 – 55	20,58 + 82,96 = 103,54	20,58 + 82,96 = 103,54	23,82 + 79,71 = 103,53	26,04 + 79,71 = 105,75
51 – 47	16,48 + 82,96 = 99,44	20,58 + 82,96 = 103,54	23,82 + 79,71 = 103,53	26,04 + 79,71 = 105,75
57 – 40	16,48 + 82,96 = 99,44	20,58 + 82,96 = 103,54	23,82 + 79,71 = 103,53	26,04 + 79,71 = 105,75

Шаг 6 Таблица 15

2 3	35 – 65	43 – 55	51 – 47	57 – 40
41 – 61	23,82 + 103,53 = 127,35	23,82 + 103,53 = 127,35	23,82 + 99,44 = 123,26	23,82 + 99,44 = 123,26
46 – 45	16,48 + 103,53 = 120,01	16,48 + 103,53 = 120,01	18,42 + 99,44 = 117,86	20,58 + 99,44 = 120,02
51 – 34	13,76 + 103,53 = 117,29	16,48 + 103,53 = 120,01	18,42 + 99,44 = 117,86	20,58 + 99,44 = 120,02
69 – 29	13,76 + 103,53 = 117,29	16,48 + 103,53 = 120,01	18,42 + 99,44 = 117,86	20,58 + 99,44 = 120,02

Шаг 7 Таблица 16

1 2	41 – 61	46 – 45	51 – 34	69 – 29
34 – 65	23,82 + 123,26 = 147,08	23,82 + 117,86 = 141,68	23,82 + 117,29 = 141,11	23,82 + 117,29 = 141,11
42 – 57	20,58 + 123,26 = 143,84	20,58 + 117,86 = 138,44	20,58 + 117,29 = 137,87	23,82 + 117,29 = 141,11
49 – 43	16,48 + 123,26 = 139,74	16,48 + 117,86 = 134,34	18,42 + 117,29 = 135,71	23,82 + 117,29 = 141,11
59 – 35	15,11 + 123,26 = 138,37	16,48 + 117,86 = 134,34	18,42 + 117,29 = 135,71	23,82 + 117,29 = 141,11

Шаг 8: 18,42 + 134,34 = 152,76тыс. у.е. – суммарная минимальная стоимость опор антенн на участке.

Результат выбора высот на интервалах отмечен жирным шрифтом в табл. 9 и приведен на рис. 1.4.

Рис.1.4. Выбор оптимальных ПВА на 8-интервальной РРЛ

Опоры

Интервалы