Теоретические расчеты спутниковых систем связи

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АППАРАТУРЫ

1. Цифровая радиорелейная система NERA

2. Вариант трафика E3

3. Диапазон частот 7,9 - 8,4 ГГц

4. Коэффициент системы, Кс 110 дБ

5. Мощность ПРД 17 дБм

6. Диаметр антенны 2 м

7. Усиление антенны 41,6 дБ

f - 8 ГГц

Вар	УНУ	1	2	3	4	5	,км
3	180	220/0	250/15	200/25	220/30	230/35	35

Район: Степная полоса Казахстана

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Задание №15

1 Построение продольного профиля пролета

2 Расчет времени ухудшения связи

Задание №216

1. Расчет спутниковой линии «вниз»

2. Расчет спутниковой линии «вверх»

Задание №323

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Радиорелейная связь осуществляется путем последовательной многократной ретрансляцией сигнала от одной станцией к другой. На станциях осуществляется процесс приема, получения и переизлучения сигнала. Расстояние прямой видимости между сигналами зависит от высоты подвеса антенн, от рельефа местности также от диапазона радиоволн. Горы, возвышенности, большие водные пространства, резко изменяют условия распространения.

В зависимости от места в первичной сети ЕАСС радиорелейные линии (РРЛ) подразделяют на местные, зоновые, магистральные и технологические.

Местные РРЛ соединяют две АТС в пределах большого города, райцентр с селом или село с селом. Зоновые (внутриобластные) РРЛ - линии средней емкости. Магистральные РРЛ, соединяющие между собой тракты и каналы передачи различных зоновых сетей, являются линиями большой емкости (тысячи телефонных каналов) и используют до восьми высокочастотных радиостволов. Технологические РРЛ служат для организации технологической связи при эксплуатации нефтепроводов, газопроводов, линий электропередачи, железнодорожного транспорта.

Современные РРЛ работают в различных диапазонах частот от 0,1 до 15 ГГц. По способу обработки информации РРЛ могут быть подразделены на аналоговые и цифровые.

Аналоговые РРЛ используют для передачи многоканальных телефонных (ТФ) сообщений и телевизионных (ТВ) сигналов совместно с сигналами звукового сопровождения (ЗС) в аналоговой форме. Цифровые РРЛ служат для передачи в цифровой форме телефонных сообщений (со скоростью 2-140 Мбит/с), сигналов данных с большой скоростью, а также сигналов ТВ и видеотелефонных сигналов.

Радиорелейные станции (РРС) по функциональному признаку классифицируются на узловые, оконечные и промежуточные.

На узловой радиорелейной станции (УРС) передаваемая информация перепринимается с возможностью ввода и выделения информации потребителю. На оконечной радиорелейной станции (ОРС) осуществляются ввод и выделение передаваемой информации и обеспечивается распределение информации потребителям. На промежуточной радиорелейной станции (ПРС) передаваемые сигналы ретранслируются по промежуточной частоте, а также при необходимости выделяются сигналы ТВ ствола или часть телефонного группового спектра.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Задание №1

Произвести расчет пролета радиорелейной линии (РРЛ):

? по известным высотным отметкам земли H (м) и указанным расстояниям от начала пролета R (км) построить продольный профиль пролета;

? выбрать оптимальную высоту подвеса антенн; произвести коррекцию, если необходимо;

? рассчитать запас на замирание сигнала;

? рассчитать время ухудшения сигнала из-за дождя и вследствие субрефракции радиоволн;

? проверить нормы на неготовность;

? рассчитать время ухудшения сигнала за счет многолучевого распространения радиоволн, сравнить с нормами;

? сделать выводы о проделанных расчетах.

1 Построение продольного профиля пролета

1.1 Определение радиуса кривизны Земли

,

где -км, х-м

м

1.2 Определение критической точки пролета

,

где , - км,

R1 - расстояние до препятствия,

R0 - протяженность интервала,

.

1.3 Определение минимального радиуса зоны Френеля

Радиолуч перемещается внутри зоны Френеля, которая представляет собой элепсоид вращения в точке приема и передачи.

,

где

1.4 Приращение просвета из-за рефракции

Среднее значение изменения просвета за счет рефракции, существующее в течение 80% времени, вычисляется по формуле:

.10-8 1/м среднее

.10-8 1/м стандартное

среднее и стандартное отклонение вертикального градиента диэлектрической проницаемости атмосферы.

=35 км

1/м

.

1.5 Просвет при отсутствии рефракции

,

.

1.6 Определение высот подвеса антенн

Высоты подвеса антенн выбираются методом оптимизации. Для этого от критической точки профиля откладываем расстояние Н(0) и через данную точку проводим три произвольных луча. Выбираем тот луч, у которого h1+h2=min, где h1- высота подвеса передающей антенны,h2- высота подвеса приемной антенны.

м

м

Высота передающей антенны 34,41 м.

Высота приемной антенны 27,41 м.

2 Расчет времени ухудшения связи

2.1 Расчет запаса на замирание

дБ,

где SG - коэффициент системы, дБ;

2з?5 дБ - коэффициент полезного действия антенно-фидерного тракта;

L0 - ослабление сигнала на пролете:

,

.

Для заданного типа аппаратуры, работающей на заданной частоте, определяем технические параметры:

SG=110 дБ,

дБ.

2.2 Расчет времени ухудшения связи из-за дождя

Чем выше частота радиоизлучения, тем сильнее влияет на ослабление сигнала размер капель и интенсивность дождя. Поэтому при расчете времени ослабления необходимо учитывать климатическую зону в зависимости от интенсивности дождя в течении 0.01% времени.

Территория СНГ разделена на 16 климатических зон. Казахстан относится к зоне Е, для которой интенсивность осадков .

Так как интенсивность дождя неравномерно распределяется вдоль трассы, определяем эффективную длину пролета:

км,

R0 - длина пролета, км;

- коэффициент уменьшения,

- опорное расстояние, км,

км,

,

.

Удельное затухание в дожде в зависимости от поляризации волны:

дБ.

Коэффициенты регрессии для оценки затухания в зависимости от поляризации волны определяются по таблице.

Для горизонтальной и вертикальной поляризации:

Затухание на трассе, превышающее 0.01% времени, определяется по формуле:

, дБ,

Время, в течении которого ослабление сигнала больше, чем запас на замирание:

, %

%.

2.3 Расчет времени ухудшения связи, вызванного субрефракцией радиоволн

Стандартная атмосфера имеет наибольшую плотность у поверхности земли, поэтому радиолучи изгибаются книзу. В результате просвет на пролете, определяемый по минимальному радиусу зоны Френеля, не имеет постоянной величины, т. к. плотность атмосферы изменяется и зависит от времени суток и состояния атмосферы.

Среднее значение просвета на пролете:

,

Относительный просвет:

,

.

На чертеже профиля пролета проводим прямую параллельно радиолучу на расстоянии ?y=H0 от вершины препятствия и находим ширину препятствия (Приложение А).

Относительная длина препятствия:

Параметр µ, характеризующий аппроксимирующую среду:

,

где .

Принимаем .

Значение относительного просвета , при котором наступает глубокое замирание сигнала, вызванное экранировкой, препятствием минимальной зоны Френеля:

где V0 - множитель ослабления при H(0), определяемый по графику в зависимости от полученного значения µ. Для µ=5,742 , V0=-6,2дБ.

Vmin - минимальный допустимый множитель ослабления;

,

Параметр ,

,

По графику определяем T(Vmin) в зависимости от ш.

Для ш =4,2 - > T(0) = 0,0015 %.

2.4 Проверка норм на неготовность и окончательный выбор оптимальных высот подвеса антенн и опор

Характеристики неготовности для ГЭЦТ (гипотетический эталонный тракт) установлены в рекомендации 557МСЭ-Р.

ГЭЦТ считается неготовой, если в течении 10 последующих секунд возникли следующие условия или одно из них:

Передача цифрового сигнала прервана;

В каждой секунде BER хуже 10-3.

Неготовность аппаратуры уплотнения исключается. Характеристики неготовности делятся на неготовности оборудования и неготовность, вызванную условиями распространения радиоволн, например, величина неготовности, вызванной дождем, составляет 30-50%.

Характеристики готовности ГЭЦТ протяженностью 2500 км определяются величиной 99.7%, причем эти проценты определяются в течение достаточно большого интервала времени. Этот интервал должен составлять более года, характеристики готовности определяются, таким образом, величиной 0.3%.

Норма на неготовность:

,

Должно выполняться условие:

,

где

2.5 Расчет времени ухудшения радиосвязи из-за многолучевого распространения

При моделировании радиолиний, протяженностью более чем несколько километров, должны учитываться четыре механизма замираний в чистой атмосфере, обусловленные чрезвычайно преломляющимся слоями:

расширение луча (расфокусировка луча);

развязка в антенне;

поверхностное многолучевое распространение;

атмосферное многолучевое распространение.

Большинство этих механизмов возникают сами по себе или в комбинации с другими механизмами. Сильные частотно-избирательные затухания возникают, когда расфокусировка прямого луча сочетается с отражением сигнала от поверхности, что вызывает замирание вследствие многолучевого распространения. Мерцающие замирания, вызванные небольшими турбулентными возмущениями в атмосфере, всегда имеют место при этих механизмах, но на частотах ниже 40 ГГц их влияние на общее распределение замираний не существенно. На больших глубинах замирания процент времени ТИНТ, в течение которого в узкополосных системах не превышается уровень принимаемого сигнала в средний худший месяц, может быть определен с помощью следующего асимптотического выражения:

,%,

где Ft - запас на замирание, дБ;

R0 - длина пролета, км;

f - частота, ГГц;

K - коэффициент, учитывающий влияние климата и рельефа местности;

Q - коэффициент, учитывающий другие параметры трассы;

B, C - коэффициенты, учитывающие региональные эффекты.

,

где - процент времени с вертикальным градиентом рефракции.

Коэффициенты CLAT и CLON для Казахстана равны 0.

.

,

где - наклон радиотрассы, мрад,

здесь H1, H2 - м;

R0 - км;

B=0.89; C=3.6;

мрад,

,

%.

2.6 Проверка норм на допустимое время ухудшения связи из-за многолучевого распространения волн

Норма на допустимое время ухудшения связи для высшего качества связи:

,

Где R0 - длина пролета, км;

2500 - длина эталонной гипотетической линии,

.

Должно выполняться условие:

,

,

то есть условие выполняется.

3 Вывод об устойчивости связи на пролете

Так как условие T(Vmin) 0.003 % выполняется, то оптимизация высот подвеса антенн не проводится.

Расчеты показывают, что условие также выполняются, это говорит о том, что связь на пролете устойчива.

Так же выполняется условие, поставленное в пункте 2.6, то есть .

Учитывая условие T(Vmin) 0.003 %, указываем оптимальные высоты. Опоры в основном предоставляют трубчатую мачту с основанием диаметра 2,5 м, которая может состоять из секций длиной 6,5 м и 11 м.

В нашем случае. Для h1=37,41 м - две секций по 11 м и две секции 6,5 м; для h2=47,41 м: 3 секции - 11 м и 2 секции - 6,5 м.

Задание №2

Произвести энергетический расчет линий «вниз» и «вверх» для спутниковой системы связи:

? определить значения мощностей передатчика и приемника на линиях «вниз» и «вверх», при которых спутниковый канал надежно работает в условиях помех и не содержит излишних энергетических запасов;

? построить диаграмму уровней сигнала на линиях «вверх» и «вниз» для заданной спутниковой системы.

 В расчетах необходимо учесть дополнительное ослабление энергии радиоволн на участках: поглощение в осадках - 0,8 дБ, поляризационные потери - 0,9 дБ, потери за счет рефракции - 0,2 дБ.

Коэффициент запаса для линии «вверх» а=6 дБ.

Коэффициент запаса для линии «вниз» b=1,2 дБ.

1. Расчет спутниковой линии «вниз»

Таблица 1 - Параметры бортовых ретрансляторов КС

Система	B
Координаты	101°в.д.
Диапазон f, ГГц	14/11
Коэффициент усиления антенны G, дБ	Прием	35
	Передача	30
Спектральная плотность мощности S, дБВт/Гц	-53
Коэффициент шума приемника КШ	7,5
Шумовая температура антенны ТА, К	50
КПД АФТ	0,90
Шумовая температура СЛ ТУЛ, К	95

Таблица 2 - Параметры приемных ЗС

Система	B
Координаты	85° в.д. 45° с.ш.
Диапазон f, ГГц	14/11
Диаметр антенныDA, м	8
Эффективная полоса частот ?fш, МГц	72
Коэффициент шума приемника КШ	8
Шумовая температура антенны ТА, К	58
КПД АФТ	0,80

1 Участок: передающая ИСЗ (КС) > ЗС

1.1 Наклонная дальность между КС и ЗС

где ;

- широта ЗС;

- разность по долготе между КС и ЗС.

1.2 Суммарная шумовая температура

где ТА - шумовая температура антенны КС;

з - КПД АФТ КС;

TПР=T0 . (KШ-1)

где Т0=290°К

KШ - коэффициент шума приёмника КС;

TПР=290(8-1)= 2030 К.

К.

1.3 Коэффициент усиления земной станции

где D - диаметр антенны ЗС, м;

л - длина волны для участка «вниз», м;

м.

g=0,6…0,8 - коэффициент использования поверхности антенны.

.

GЗС=10•lg 7,02•105=10(5+lg 7,02)=10(5+1,04)= 58.46 дБ

1.4 Мощность передатчика КС

где d=м, Lдоп=1.9 дБ (1,55);

k=1,38•10-23 - постоянная Больцмана;

ДfШ - эффективная полоса частот ЗС;

b=1,2 дБ (1,318);

дБ (44.668);

GКС = 30 дБ (1000).

Вт

Рпер= 21.47дБ.

1.5 Ослабление сигнала на участке КС>ЗС

.

дБ.

1.6 Суммарная мощность шумов на входе приемника

(- 116.1дБ)

Расчет спутниковой линии «вверх»

Таблица 3 - Параметры передающих ЗС

Система	B
Координаты	52° в.д. 47° с.ш.
Диапазон f, ГГц	14/11
Диаметр антенны DA, м	10
Эффективная полоса частот ?fш, МГц	33
Спектральная плотность мощности S, дБВт/Гц	-33
Отношение сигнал/шум Рс/Рш, дБ	16,5
КПД АФТ	0,90

Таблица 4 - Параметры бортовых ретрансляторов КС

Система	B
Координаты	101°в.д.
Диапазон f, ГГц	14/11
Коэффициент усиления антенны, прием G, дБ	35
Спектральная плотность мощности S, дБВт/Гц	-53
Коэффициент шума приемника КШ	7,5
Шумовая температура антенны ТА, К	50
КПД АФТ	0,90
Шумовая температура СЛ ТУЛ, К	95

2 Участок: передающая ЗС > ИЗС(КС)\

2.1 Наклонная дальность между КС и ЗС

где ;

- широта ЗС;

- разность по долготе между КС и ЗС.

2.2 л - длина волны для участка «вверх», м;

м.

2.3 Ослабление сигнала

.

дБ.

2.4 Суммарная шумовая температура

где ТА - шумовая температура антенны КС;

з - КПД АФТ КС;

TПР=T0 . (KШ-1)

где Т0=290°К

KШ - коэффициент шума приёмника;

TПР=290(7,5-1)= 1885 К.

К.

2.5 Коэффициент усиления земной станции

( 62.586дБ)

2.6 Мощность передатчика земной станции

Lдоп=1.9 дБ (1,55);

k=1,38•10-23 - постоянная Больцмана;

ДfШ - эффективная полоса частот ЗС;

а=6 дБ (3.981);

дБ (44.668);

GКС = 30 дБ (1000).

Вт

Рпер= 20.727 дБ.

2.7 Суммарная мощность шумов на входе приемника

(- 120.038дБ)

Диаграмма уровней сигнала на линиях «вверх» и «вниз» для заданной спутниковой системы приведена в Приложении Б.

Задание №3

Рассчитать мешающее влияние одной спутниковой системы на другую, сравнить степень влияния с допустимым значением.

Для оценки мешающего влияния использовать методику, согласно которой относительное приращение эффективной шумовой температуры приемного тракта системы, подверженной влиянию, не должно превышать 6% значения шумовой температуры при отсутствии влияния.

При расчетах полагать, что антенна космической станции проектируемой системы имеет широкий луч; коэффициент передачи спутниковой линии г=-15дБ (0,032).

B>E

Таблица 1 - Параметры передающих ЗС

Система	B	E
Координаты	52° в.д. 47° с.ш.	55° в.д. 50° с.ш.
Диапазон f, ГГц	14/11	14/11
Диаметр антенны DA, м	10	3
Эффективная полоса частот ?fш, МГц	33	36
Спектральная плотность мощности S, дБВт/Гц	-33	-34
Отношение сигнал/шум Рс/Рш, дБ	16,5	17
КПД АФТ	0,90	0,80

Таблица 2 - Параметры бортовых ретрансляторов КС

Система	B	E
Координаты	101°в.д.	66° в.д.
Диапазон f, ГГц	14/11	14/11
Коэффициент усиления антенны G, дБ	Прием	35	29
	Передача	30	26
Спектральная плотность мощности S, дБВт/Гц	-53	-50
Коэффициент шума приемника КШ	7,5	7
Шумовая температура антенны ТА, К	50	45
КПД АФТ	0,90	0,80
Шумовая температура СЛ ТУЛ, К	95	110

Таблица 3 - Параметры приемных ЗС

Система	B	E
Координаты	85° в.д. 45° с.ш.	78° в.д. 42° с.ш.
Диапазон f, ГГц	14/11	14/11
Диаметр антенныDA, м	8	6
Эффективная полоса частот ?fш, МГц	72	36
Коэффициент шума приемника КШ	8	7.5
Шумовая температура антенны ТА, К	58	90
КПД АФТ	0,80	0,85

Рисунок 1

2.1 Наклонная дальность между ЗС и КС:

Наклонная дальность между ПдЗC B и КС B

км;

Наклонная дальность между ПдЗC B и КС E

км;

Наклонная дальность между КС E и ПЗС E

км.

Наклонная дальность между КС B и ПЗС E

км;

2.2 Топоцентрический угловой разнос

линия радиорелейный связь спутниковый

Топоцентрический угловой разнос между двумя КС в точке расположения ПдЗС В:

- разность по долготе между спутниками

.

.

Топоцентрический угловой разнос между двумя КС в точке расположения ПЗС D:

- разность по долготе между спутниками

.

.

2.3 Коэффициент усиления антенны земной станции в заданном направлении

Для антенн больших размеров при  (максимальное усиление ):

G(ц)M=32 - 25lgц,

где - угол между осью антенны и заданным направлением, град.

Для антенн малых размеров при :

G(ц)M=52-10lg - 25lgц,

где D - диаметр антенны;

л - длина волны.

Для ПдЗС В параметр >100, угол ц - угол между направлением на КС В и КС E, т.е ц=, тогда коэффициент усиления

G(ц)B=32 - 25lgц=32 - 25lg17.1°=1.175

Для ПЗС E параметр , угол ц - угол между направлением на КС E и КС B, т.е ц=, тогда коэффициент усиления

G(ц)E=32 - 25lgц=32 - 25lg14.9°=2.670

2.5 Увеличение шумовой температуры приёмной системы бортового ретранслятора, подверженного влиянию

где S - спектральная плотность мощности, подводимая к передающей антенне мешающей станции;

- коэффициент усиления антенны мешающей передающей ЗС, дБ;

- коэффициент усиления антенны спутника, подверженной влиянию (на приём), дБ;

- ослабление сигнала на линии мешающая передающая земная станция - спутник, подверженный влиянию, дБ;

Для определения увеличение шумовой температуры на выходе приемной антенны КС E: спектральная плотность мощности мешающей ПдЗС B равна -33 дБВт/Гц; коэффициент усиления антенны ПдЗС B в направлении на КС E равен 2.670 дБ; коэффициент усиления КС E равен 26 дБ:

, дБ.

, дБ.

К

2.6 Для определения увеличения шумовой температуры на выходе приемной антенны ЗС E: спектральная плотность мощности мешающей КС B равна -53 дБВт/Гц; коэффициент усиления антенны КС B равен 35 дБ; коэффициент усиления ПЗС E в направлении на мешающую КС B равен 1.175 дБ:

, дБ.

, дБ.

,К.

2.7 Приращение эквивалентной шумовой температуры линии

где г= - 15 дБ (0,032) - коэффициент передачи спутниковой линии, если поляризация на двух системах одинаковая;

, К,

2.8 Относительное приращение эффективной шумовой температуры приёмного тракта системы, подверженной влиянию

где Т - шумовая температура спутниковой линии связи системы, подверженной влиянию

.

Условие выполняется, соответственно между системами коррекция не требуется.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В этой курсовой работе были произведены теоретические расчеты трех различных видов: расчет пролета радиорелейной линии, энергетический расчет линий «вниз» и «вверх» для спутниковой системы связи и расчёт мешающего влияния одной спутниковой системы на другую. Была построена энергетическая диаграмму уровней сигнала на линиях «вверх» и «вниз».

А также были сделаны соответствующие выводы после проведения расчетов, а именно удовлетворяют ли данные в заданиях параметры и системы под необходимые условия для оптимальной работы системы, стоит ли проводить оптимизацию высот подвеса антенн или необходимо ли провести коррекцию расположения земных станций проектируемой спутниковой системы.

Как показали расчеты никаких оптимизаций и коррекций по выбранным параметрам не требуется.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Л.Г. Мордухович, А.П.Степанов. Системы Радиосвязи. Курсовое проектирование. Учебное пособие. Москва «Радио и связь» 1987 г.

А.С. Немировский, Е.В. Рыжков. Системы связи и радиорелейные линии. Москва «Связь» 1980 г.

В.В. Марков. Радиорелейная связь, М.: Связь,1979.

М.М. Маковеева, Ю.С. Шинаков, Системы связи с подвижными объектами, М.: «Р и С» 2002.

Размещено на Allbest.ru

...