Расчет минимально-допустимого множителя ослабления

2.4.1 Для учета влияния рельефа местности и метеорологических условий на распространение сигнала вводится понятие множителя ослабления поля свободного пространства.

, (23)

т.е. отношение напряженности поля в реальных условиях к напряженности поля в этой же точке в условиях свободного пространства.

Каждый тип РРЛ допускает строго определенную величину минимального множителя ослабления на интервалах, который на одном интервале полностью определяется параметрами аппаратуры РРС и протяженностью интервала. Эта величина называется минимально допустимым множителем ослабления V_min _доп.

V_min _доп – это такое значение множителя ослабления, при котором мощность шумов Р_ш или отношение в канале на конце линии равны максимально допустимым значениям Р_ш_max и определяемым рекомендациями МСЭ-Т для малых процентов времени.

Если множители ослабления на интервалах больше V_min_доп, то интервалы выбраны правильно, устойчивость связи соответствует нормам. Поэтому для определения устойчивости связи необходимо рассчитать V_min_доп и сравнить с ним реальный множитель ослабления на интервале, который в зависимости от условий может быть больше V или меньше.

2.4.2 Для определения минимально допустимого множителя ослабления нужно знать КПД антенно-фидерного тракта:

h_АФТ= а_АФТ, дБ (24)

где а_АФТ – потери в АФТ в дБ

а_АФТ = 2(а_эл+а_в*l_АФТ) (25)

где

а_эл – потери в элементах антенно-фидерного тракта, дБ (см. таблицу 2 в приложении) ≈ 2.5дБ;

а_в – погонные потери волновода, м (см. табл.1 в приложении) ≈ 0.02…0.08 дБ/м;

l_АФТ – длина приемного и передающего волноводов, м.

Длину волноводов принимаем равной высоте подвеса антенн в аналоговых РРЛ, если высота подвеса антенн не более 25 метров и 0,5 м в цифровых. В случае подвеса антенн в аналоговых РРЛ на высоту более 25 метров, применяем перископические антенны, длину волновода принимаем равной 5 метрам.

КПД антенно-фидерного тракта в относительных единицах определяется по формуле:

, раз (26)

2.4.3 Если проектируемая линия аналоговая и предназначена для передачи сигналов многоканальной телефонии и телевидения, то определяются V_min_ТФ и V_min_ТВ. Дальнейший расчет ведется для большего значения V_min, т.е. для наихудших условий распространения. В КП рассчитываете V_min_ТФ и V_min_ТВ, сравниваете их и дальнейший расчет ведете для наибольшего V_min.

Как правило, для систем емкостью меньше 600 каналов ТЧ определяющим является V_min _доп для телевидения. Для систем емкостью меньше 600 каналов ТЧ значения V_min _доп для сигналов телевидения и телефонии примерно совпадают. Для систем, имеющих емкость 1020 и более каналов ТЧ, определяющим является V_min _доп для телефонии.

2.4.4 Определяем минимально допустимый множитель ослабления при передачи телефонии (аналоговый вариант):

(27)

где

- в км,

М_ТФ – коэффициент, зависящий от электрических параметров аппаратуры, пВт/км² (таблица 1 в п.1)

Р_шм_max – максимально-допустимая величина шумов в канале в точке с нулевым относительным уровнем.

По нормам МККР Р_шм_max = 40000 пВт.

Данные для определения коэффициента М для некоторых типов аппаратуры даны в таблицах 2а и 2б раздела 5.

Коэффициент М можно определить по формуле:

(28)

где:

n_ш – коэффициент шума приемника, отн. ед.;

Р_пд – мощность передатчика, Вт;

G – коэффициент усиления антенн, отн. ед.;

l - длина волны, м;

F – максимальная групповая частота, кГц;

Df_к – эффективная девиация частоты на канал, кГц;

a_m – коэффициент предискажения для верхнего по групповому спектру канала. a_m =0,4.

Для расчета V_min можно также воспользоваться формулой:

(29)

где К_ТФ – коэффициент системы, дБ

2.4.5 Определяем минимально-допустимый множитель ослабления при передаче телевидения:

(30)

где:

Т – коэффициент, зависящий от электрических параметров аппаратуры, 1/км²;

R₀ – длина интервала, км;

h_АФТ – КПД, отн. ед.;

(U_ш/U_РС)² – максимально допустимое значение напряжения шума к напряжению размаха телевизионного сигнала.

По нормам МККР (U_ш/U_РС)²Т_max=1.18*10^-5 (-49.28 дБ).

Коэффициент Т можно определить по формуле:

(31)

где:

F_max – верхняя граница полосы пропускания видеотракта, кГц, F_max=6МГц или 8МГц с учетом двух поднесущих.

Df_с – девиация частоты передатчика, соответствующая размаху сигнала изображения, МГц, Df_с =5,6МГц;

b_взв – визометрический коэффициент (коэффициент взвешивания), учитывающий особенности восприятия глазом помех, вызванных тепловыми шумами.

b_взв=1.56*10^-2.

Дальнейший расчет ведете для наихудшего варианта.

2.4.5a Пункты 2.4.4 и 2.4.5 рассчитываются для АРРЛ (варианты с 1 по 5 и 16 по 20). Для цифровых ЦРРЛ расчет минимально допустимого множителя ослабления V_min производят по формуле:

, дБ (32)

где

- пороговая мощность сигнала на входе приемника, дБВт при BER 10^-3;

- мощность сигнала на выходе передатчика, дБВт;

W₀ – затухание сигнала в свободном пространстве дБ.

, дБ (33)

где - коэффициенты усиления передающей и приемной антенн в дБ.

Если G неизвестно, то это значение можно рассчитать по формуле:

, т.к. , то (34)

где:

S - площадь раскрыва антенны (м²);

- длина волны (м);

К₁- коэффициент использования поверхности, раскрыва (апертуры), антенны.

В КП принять К₁=0,6.

2.5 Расчет устойчивости связи на пролете при одинарном приеме T(V_min)

2.5.1 Устойчивость работы РРЛ определяется процентом времени любого месяца, в течении которого значения Р_ш и (U_ш/U_pc) в канале на конце линии не превышает предельно допустимых значений. По рекомендациям МККР определяется процент времени наихудшего (любого) месяца в течении которого:

Р_ш≥Р_ш_max и (U_ш/U_pc)²≥(U_ш²/U_pc)²_max, т.е. V<V_min

(35)

Расчетное значение S<S_max можно считать временем перерывов в связи:

где S – суммарный процент времени, в течении которого достигается допустимое значение мощности шума.

T_j(V_imin) – процент времени, в течении которого на j-интервале V≤V_min. Все параметры, входящие в формулу, расшифрованы ниже:

(36)

2.5.2 Определяем процент времени, в течении которого множитель ослабления на интервале меньше минимально допустимого (V<V_min) за счет экранирующего действия препятствий. Из построенного профиля интервала определяем параметры сферы, отражающие влияние препятствий на трассе:

(37)

где

, т.к. при построении Dy=Н₀;

l – определяется следующим образом:

1) от наиболее высокой точки вершины профиля интервала по вертикали в направлении к земле откладывается в соответствующем масштабе отрезок Dy’=Н₀;

2) через нижнюю точку отложенного отрезка проводится прямая, параллельная линии, соединяющей концы антенны;

3) значение ширины препятствия r определяем как длину отрезка между точками пересечения горизонтальной прямой с линией профиля:

(38)

По графику (приложение 6 рисунок 3) считая m=m₀ определяем относительный просвет, P(g₀) при котором V=V_min _доп.

2.5.3 Определяем вспомогательный параметр А, необходимый для дальнейшего расчета устойчивости связи:

(39)

где

- в метрах.

d - стандартное отклонение, 1/м (см. исходные данные);

R₀ – длина интервала в метрах.

2.5.4 Определяем параметр Y (для определения процента времени, в течение которого V<V_min за счет экранирующего действия препятствий).

(40)

где относительный просвет на интервале:

(41)

Т₀(V_min) определяем по графикам (раздел 6 рисунок 1).

Если Y > 5,2, то Т₀(V_min) ≈ 0, т.е. экранирующее действие препятствия срыва связи не вызывает.

2.5.5 Определяем процент времени, в течении которого V<V_min за счет интерференции прямой и отраженной волн:

(42)

где:

двумерную функцию f[P(g),A] определяем по графикам (раздел 6 рисунок 5).

Для дальнейшего расчета устойчивости связи нужно знать коэффициент отражения, т.е. тип интервала. Из-за сложности и многообразия природных условий на трассе невозможно определить коэффициент отражения Ф, используйте данные из справочников.

При точных расчетах, если отражающая поверхность выпуклая и гладкая, то

Ф=Д

где Д – коэффициент расходимости радиоволн, учитывающий уменьшение модуля коэффициента отражения из-за расхождения пучка волн при отражении от сферической поверхности земли.

Если Ф =1, то

Если Ф =0, то

Величина åT_n(V_min) учитывается лишь для тех значений V_min, при котором величина подкоренного выражения (см. формулу14) положительна.

2.5.6 Определяем процент времени, в течении которого V<V_min за счет влияния тропосферы:

(43)

где:

De - величина скачки диэлектрической проницаемости воздуха;

T(De) – вероятность появления в тропосфере слоистых неоднородностей со значением De<-l/R₀.

Величину T (De) определяем по графикам.

V²_min _доп в относительных единицах можно определить по графикам или по формуле:

где:

R₀ в км, f в ГГц,

для сухопутных районов (для севера ), для приморья, рек, болот .

2.5.7 Определяем процент времени, в течении которого V<V_min за счет влияния осадков.

Замирания радиоволн за счет деполяризации и ослабления в дожде сказываются на частотах от 8 ГГц и выше. Для определения длительности замираний по известному V_min по рисунку 1 определим минимально допустимую интенсивность дождей I_допдля нашего пролета.

После этого по найденному I_допдля заданного климатического района определяем процент времени, в течении которого I> I_доп, т.е. искомую величину по графикам на рисунке 4 раздела 5.

2.4.8 Определяем суммарный процент времени, в течении которого V<V_min.

(44)

2.5.9 Все расчеты для нескольких значений просвета сводим в таблицу. Выбираем величину оптимального просвета, при котором S минимально и интервал открытый, т.е. Н_опт>Н₀

2.5.10 При выбранном значении оптимального просвета определяем устойчивость связи

y=100%-S% (45)

2.5.11 Определяем допустимое время перерывов в связи S_max для линии длиной L. Для магистральных линий протяженностью L>280км и зоновых линий протяженностью L >200км, при Р_ш_max =47500пВт:

(46)

где L_r – длина эталонной гипотетической линии, км.

2.5.12. При реальном проектировании вычисляется время перерывов S для каждого интервала и суммарное время, значение сравнивается с S_max. Должно выполняться условие S<S_max. В КП считаем все интервалы идентичными и определяем S_max для одного интервала:

(47)

где

m – число интервалов на участке;

n – число участков.

При правильном выборе интервала и высот подвеса антенн расчетный процент времени перерывов и связи не должен быть больше нормы:

S_{расч инт} < S_max _инт.

Если это условие не выполняется, то сделайте анализ полученных результатов и дайте рекомендации по повышению устойчивости связи.

Весь расчет вели для одинарного приема, т.е. не учитывали резервирование аппаратуры. В реальном проектировании время перерывов рассчитывается с учетом резервирования, а затем сравнивается с нормами.

В КП из-за сложности эти расчеты не производите, а только даете рекомендации по повышению устойчивости связи.

y=100%-S% (48)