Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 65
|
Федеральное агентство по образованию ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ ТУСУР) Кафедра радиотехнических систем (РТС) К ЗАЩИТЕ ДОПУСТИТЬ Заведующий кафедрой РТС ____________ Г.С. Шарыгин «____» ____________2006 г. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЦИФРОВОЙ РАДИОРЕЛЕЙНОЙ ЛИНИИ НА УЧАСТКЕ «ТОМСК-ЧАЖЕМТО» Пояснительная записка к дипломному проекту Согласовано: Консультант по экономике Доцент кафедры РТС __________ А.М. Голиков «___» ___________200__ г. Выполнил:Студент гр. 101 _________ А.В. Майков «___» ___________200__ г. Консультант по безопасности жизнедеятельности: Старший преподаватель кафедры РЭТЭМ __________ Л.И. Кодолова «___» ___________200__ г. Руководитель: Зам. начальника лаборатории связи ООО «Томсктрансгаз»__________Г.И. Степанов «___» ___________200__ г. 2006г. Дипломный проект с., 36 рис., 33 табл., 22 источников, 4 прил., 7 л. графического материала. ЦИФРОВАЯ РАДИОРЕЛЕЙНАЯ ЛИНИЯ (ЦРРЛ), АППАРАТУРА МИК-РЛ7С, КОНВЕНЦИОНАЛЬНАЯ СВЯЗЬ, КОНФИГУРАЦИЯ ОБОРУДОВАНИЯ 1+1, ПРОСТРАНСТВЕННОЕ РАЗНЕСЕНИЕ, КОЭФФИЦИЕНТ НЕГОТОВНОСТИ (Кнг
), КОЭФФИЦИЕНТ СЕКУНД СО ЗНАЧИТЕЛЬНЫМ КОЛИЧЕСТВОМ ОШИБОК (SESR), САНИТАРНАЯ ЗОНА. Объектом проектирования является ЦРРЛ «Томск-Чажемто», в настоящее время работающая в составе сети ведомственной связи ООО «Томсктрансгаз на аппаратуре «Трал 400\24». Цель данного проекта – реконструкция ЦРРЛ «Томск-Чажемто» на более современную аппаратуру, работающей по технологии PDH или SDH, а также технико-экономическая оценка эффективности выбора. Проектирование проводится по методике NeraNetworks, для расчета санзоны использовалась программа SanZone 2.0. Качественные показатели РРЛ были посчитаны двумя способами: при помощи программы Mathcad 2001 по методики Nera и с помощью программы Territories. Дипломный проект выполнен в текстовом редакторе Microsoft Word 2002 и представлен на диске CD-R (в конверте на обороте обложки). Федеральное агентство по образованию РФ ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ Радиотехнический факультет УТВЕРЖДАЮ Заведующий кафедрой __________ Г.С.Шарыгин «___»____________200_г. ЗАДАНИЕ на дипломный проект студенту гр.101 Майкову Александру Васильевичу в оканчивающему университет по специальности «Защищенные системы связи». 1. Тема дипломного проекта 2. Проектирование цифровой радиорелейной линии на участке «Томск-Чажемто». 3. Срок сдачи проекта на кафедру « 13 » декабря 2006 г. 4. Назначение и область применения системы (устройства) Проектируемая радиорелейная линия предназначена для организации технологической связи на участке газопровода «Нижневартовск-Парабель-Томск» и передачи данных ООО «Томсктрансгаз». 5. Источники разработки: 4.1 Евсеенко Г. Н. Цифровые системы передачи: Учебное пособие. — Ростов-на-Дону: РКСИ, 2005. — 100 с.; 4.2 Методика расчета трасс аналоговых и цифровых РРЛ прямой видимости, Москва, 1987 г., 243 с.; 4.3 Проектирование радиорелейных линий прямой видимости: Ингвар Хенне, Пер Торвальдсен – Берген: NeraTelecommunications, 1994г. 153с.; 5. Стадии разработки по ЕСКД: эскизный проект (ГОСТ 2.119-73) 6. Состав проектируемой системы (устройства) и уровень разработки входящих в нее блоков: 6.1. В состав проектируемой системы входят: радиорелейная аппаратура, аппаратура конвенциональной связи, мультиплексорное оборудование; 6.2. Разработке на уровне структурных схем подлежат: схема организации связи; 6.3. Разработке на уровне функциональных схем подлежит: распределение потоков E1; 6.4. Разработке на уровне принципиальных схем подлежит: схема построения сети связи. 7. Технические требования 7.1 Основные показатели назначения (тактико-технические требования к системе, требования к входным и выходным электрическим параметрам устройств, источникам электропитания и т.д.): 7.1.1 Выбор фирм-производителей оборудования; 7.1.2 Определение первичных и вторичных источников питания; 7.1.3 Выбор и обоснование пропускной способности РРЛ. Соответствие пропускной способности РРЛ европейской плезиохронной цифровой иерархии или синхронной цифровой иерархией в зависимости от выбора пропускной способности проектируемой РРЛ; 7.1.4 Соответствие рассчитанного коэффициента неготовности и коэффициента секунд со значительным количеством ошибок нормам в соответствии с рекомендациями G.821 и G.826 МСЭ и Т; 7.1.5 Количество пролетов не должно превышать 8, при этом предпочтительно расположение оборудования на уже существующих зданиях, башнях, мачтах и в непосредственной близости от населенных пунктов и трассы газопровода. Высота башен не более 120 м. Длительность пролета не должна превышать 50 км. 7.1.6 Проработка возможности взаиморезервирования трактов, линий и каналов связи с другими операторами связи; 7.1.7 Выбор и обоснование частотного диапазона; 7.1.8 Соответствие всей системы связи телекоммуникационным протоколам G.703, G. 704, протоколам передачи данных V.35, Ethernet 10/100 Base-T; 7.1.9 Выбор и обоснование типа оборудования (базовая, носимая, мобильная и стационарная радиостанция) для конвенциональной радиосвязи. Все применяемое оборудование должно быть сертифицировано для применения в РФ. 7.2 Требования к конструктивному исполнению 7.2.1. Общие требования: не предъявляются; 7.3. Условия эксплуатации 7.3.1. Общие требования: в соответствии с ГОСТ 16692-71 7.3.2. Проработке в проекте подлежат: При внешнем расположении высокочастотного блока его работоспособность должна обеспечиваться при следующих условиях: абсолютная минимальная температура воздуха составляет минус 55°С; средняя температура воздуха наиболее холодных суток составляет минус 44°С; среднегодовое количество осадков составляет 590-600 мм; 7.4. Требования к надежности 7.4.1. Общие требования: круглосуточная работа всего оборудования связи; коэффициент готовности: не менее 99,9%; средняя наработка оборудования на отказ не менее 70000 часов; 8. Требования эргономики, технической эстетики, техники безопасности и производственной санитарии 8.1. Общие требования: в соответствии с ГОСТ 22261-82; 8.2 Разработке в проекте подлежит: 8.2.1 Анализ объективных факторов производственной опасности; 8.2.2 Разработка рекомендаций, мероприятий, устройств и систем безопасности жизнедеятельности; 8.2.3 Разработка инструкции по охране труда, пожарной безопасности, промсанитарии, промышленной безопасности; 9. Требования к организационно-экономической части проекта 9.1. Разработке в проекте подлежит: 9.1.1 Поиск и обоснованный выбор оборудования для организации РРЛ среди отечественных и зарубежных производителей; 9.1.2 Оценка экономической выгоды при сдаче части каналов проектируемой РРЛ в аренду; 9.1.3 Расчет затрат на разработку и реализацию проекта. 10. Требования к патентной чистоте и конкурентоспособности 10.1. Общие требования: не предъявляются 11. Требования к макетированию, моделированию 11.1 Общие требования: не предъявляются 12. Подлежит разработке в проекте следующая документация А. Чертежи 1. Схема организации связи ЦРРЛ на участке «Томск-Чажемто». Схема электрическая структурная – 1 лист. 2. Распределение потоков E1. Схема электрическая функциональная – 1 лист. 3. Блок-схема построения сети связи.– 1 лист. 4. Ленточный график проведения работ – 1 лист. Б. Демонстрационные иллюстрации: 1. Организация и построение оборудования МИК-РЛ7С – 1 лист. 2. Схема трассы проектируемой ЦРРЛ – 1 лист. 3. Профиль пролета Томск-Кисловка – 1 лист. 4. Характеристики оборудования МИК-РЛ4…40С – 1 лист. 5. Санитарно-защитная зона – 1 лист. В. Пояснительная записка В пояснительной записке должны быть приведены все материалы проектирования в соответствии с заданием и методическими указаниями, в том числе Задание согласовано: Консультант по вопросам охраны труда и техники безопасности: ст. преп. кафедры РЭТЭМ Кодолова Л. И. «__»___________200_г. Консультант по организационно-экономической части проекта доцент кафедры РТС Голиков А. М. «__»___________200_г. Руководитель дипломного проектирования зам. начальника Лаборатории связи ООО «Томсктрансгаз» Степанов Г. И. «__»___________200_г. Задание принято к исполнению «__»___________200_г.студент гр.101 А. В. Майков БС – базовая станция; ГЭС – гипотетическое эталонное соединение; ГЭЦЛ - гипотетическая эталонная цифровая линия; ГЭЦТ - гипотетический эталонный цифровой тракт; ИБЭП – источник бесперебойного электропитания; ЗОЗ – зона ограничения застройки; МСЭ – международный союз электросвязи; ОЦК – основной цифровой канал; ПЦИ – плезиохронная цифровая иерархия; ПЦК – первичный цифровой канал; СанПиН – санитарные нормы и правила; СЗЗ – санитарно-защитная зона; СЦИ – синхронная цифровая иерархия; ТфОП – телефонная сеть общего пользования; УАТС – учрежденческая автоматическая телефонная станция; ЦРРЛ – цифровая радиорелейная линия; SESR – коэффициент секунд со значительным количеством ошибок; SINAD – отношение сигнал/шум. В России наиболее широкое распространение получили две технологии построения транспортной инфраструктуры оператора связи: на основе волоконно-оптических систем и на основе систем радиосвязи. Первые характеризуются очень высокой пропускной способностью, но при этом требуют серьезных изыскательских работ и времени на реализацию проекта. В связи с этим волоконная оптика нашла применение прежде всего у операторов междугородной и международной связи. Системы радиосвязи позволяют гибко и оперативно охватывать большие территории, но при этом имеют ограниченную пропускную способность, что во многом обусловлено количеством частотных назначений, выданных тому или иному оператору. На протяжении уже многих лет одним из наиболее экономичных и быстрых способов организации радиопередачи информационно-транспортных потоков на большие расстояния остается радиорелейная связь. Причем, если раньше в основной своей массе магистральные линии, обеспечивающие такую связь, были аналоговыми, то сейчас им на смену пришли современные цифровые радиорелейные станции (ЦРРС), обладающие высокой пропускной способностью. Работают такие станции, как правило, в диапазоне частот 3,4-11,7 ГГц. Их пропускная способность составляет 155 Мбит/с и более, а передача сигналов ведется с использованием многопозиционных видов модуляции. Для ЦРРС магистральных и внутризоновых линий характерно наличие системы телеобслуживания, программно поддерживающей уровень управления сетевыми элементами и сетью, а также обеспечивающей контроль, управление и техническое обслуживание оборудования. Со строительством высокоскоростных ЦРРС связано ведущееся в настоящее время интенсивное освоение районов Крайнего Севера, которое требует серьезных инвестиций не только в создание технологических объектов, но и в построение телекоммуникационной составляющей. Выбор технологии построения транспортной инфраструктуры этого региона во многом предопределили его климатические и природные особенности. В частности, низкие температуры в зимний период, требующие специальных технологий защиты волоконно-оптических кабелей при их подвешивании на опоры (например, линий электропередач), наличие огромного количества водных преград (особенно в Ямало-Ненецком округе) и вечная мерзлота грунта серьезно затрудняют использование волоконной оптики в северных округах Тюменской области. В сети связи Томской области доля радиорелейной связи составляет 60-70%. Преобладание радиорелейных систем над проводными и спутниковыми основывается на следующих факторах: · большая площадь территории области - 314,4 тыс. км2
; · особенности рельефа: степень заболоченности Томской области достигает 40%, на долю речных долин приходится 1/5 всей территории области, лесные массивы занимают 63% территории; · большие расстояния между населёнными пунктами, · развитая нефте- и газодобывающая отрасль, требующая обеспечения связи на больших расстояниях и в труднодоступных районах, а также на протяжении всей трассы трубопроводов. Наиболее крупными владельцами радиорелейных систем передачи информации на территории Томской области являются следующие организации: · ООО «СибПТУС», обеспечивающая технологическую связь вдоль нефтепроводов, проходящих через Томскую область; · ООО «Томсктрансгаз», обеспечивающая технологическую связь вдоль газопроводов, проходящих через Томскую область; · ОАО «Сибирьтелеком», являющаяся оператором дальней связи на территории Томской области; · операторы сотовой связи ОАО «Вымпелком» и ОАО «МТС». Перед разработкой любого проекта следует рассмотреть все возможные альтернативные варианты. В качестве таковых в нашем случае возможен только один – аренда потоков у других операторов, поскольку заболоченность местности, большие расстояния и тяжелые климатические условия не позволяют даже рассматривать построение оптоволоконной системы связи. Вариант с арендой каналов для организации ООО «Томсктрансгаз» является неприемлемым по следующим причинам: во-первых, точки доступа к другим операторам в некоторых местах расположены на значительном расстоянии от мест расположения аппаратуры «Томсктрансгаз», что приведет к необходимости проведения дополнительных строительных работ; во-вторых, не во всех пунктах доступа имеется достаточная пропускная способность, необходимая для «Томсктрансгаз»; в-третьих, аренда каналов в долгосрочной перспективе оказывается слишком дорогой по сравнению с модернизацией используемого сейчас оборудования «Трал 400/24. Последним и наиболее важным условием необходимости проектирования собственной цифровой РРЛ становится независимость обеспечения технологической связи от внешних факторов. В состав любой радиорелейной станции входит следующее оборудование: 1) аппаратура уплотнения каналов; 2) аппаратура служебной связи, 3) телесигнализации и телеуправления; 4) приемопередающая аппаратура; 5) аппаратура систем автоматического резервирования стволов; 6) антенно-фидерные устройства; 7) оборудование систем гарантированного электропитания Современный приемопередающий комплекс способен передавать от нескольких каналов тональной частоты до 34 Мбит/с при плезиохронной цифровой иерархии (ПЦИ), и от потока STM-0 до STM-16 при синхронной цифровой иерархии (СЦИ) [18]. В тех случаях, когда радиорелейная система передачи (РРСП) предназначена для передачи большего числа сигналов, она образуется несколькими приемопередающими комплексами, работающими в одном направлении на различных частотах. Каждый из таких комплексов сверхвысокочастотных приемопередатчиков принято называть стволом. По пропускной способности различают следующие РРЛ: а) многоканальные, с числом каналов ТЧ свыше 300; б) средней емкости – от 60 до 300 каналов ТЧ в) малоканальные – меньше 60 каналов ТЧ. По области применения РРЛС делятся на магистральные, протяженностью более 2,5 тысяч км, внутризоновые – республиканского и областного значения протяженностью 250-1400 км, местные 50-200 км. По способу разделения каналов РРЛС могут быть с частотным и временным разделением каналов, а по диапазону используемых частот – дециметрового, сантиметрового и миллиметрового диапазонов. Чтобы обеспечить радиорелейную связь в пределах прямой видимости, необходимо поднять антенны над уровнем земли на башнях или мачтах. Высоты антенных опор в зависимости от длины и профиля каждого пролета между соседними станциями могут достигать 120 м, строительство более высоких антенных башен становится экономически невыгодным. Длина пролета между соседними РРС обычно от 30 до 55 км. В диапазонах частот выше 11 ГГц это значение может уменьшаться с повышением частоты. В отдельных случаях длина может быть уменьшена до 20 или 30 км из-за необходимости размещения РРС в заданном пункте, а также когда на трассе РРЛ имеются препятствия. Ограниченность расстояния прямой видимости не следует рассматривать как сугубо отрицательный фактор. Именно за счет невозможности свободного распространения радиоволн на большие расстояния устраняются взаимные помехи между РРСП, а также возможно повторное использование частотного диапазона. Физические процессы, происходящие в канале связи, определяют изменения, которые претерпевает сигнал на пути от передатчика к приемнику. Во-первых, на сигнал действуют аддитивные помехи. Для НЧ и СЧ систем такими помехами являются сигналы соседних по частоте радиостанций, атмосферные и индустриальные шумы. Для УВЧ и СВЧ радиорелейных систем решающее значение приобретают собственные внутренние шумы приемных устройств, а для систем космической радиосвязи к ним добавляются шумы космического происхождения (при нарушении правил электромагнитной совместимости возможно также влияние других радиосредств, работающих в совмещенном диапазоне частот). Во-вторых, на сигнал в канале действуют мультипликативные помехи, обусловленные изменениями параметров канала как четырехполюсника. Совместное воздействие аддитивных и мультипликативных помех определяет искажения сигнала. Величина искажений зависит от интенсивности помех и помехоустойчивых свойств системы связи. Любой канал связи вносит те или иные искажения. Вместе с тем передача считается неискажённой, если вносимые системой связи искажения не превышают установленных норм. Электрические характеристики систем связи, определяющие искажения передаваемой информации, определяются на внутренних линиях РФ нормами ЕАСС, на международных линиях - рекомендациями МСЭ и Т. Немаловажна ещё одна проблема. Загрузка диапазона радиочастот до 11 ГГц в настоящее время такова, что средства самой радиосвязи вынуждены работать в совмещенных диапазонах частот, а ведь в этом диапазоне работают еще и средства радиолокации, радионавигации, радиотелеметрии. Возникает серьезная и сложная проблема электромагнитной совместимости различных радиосредств, требующая решения не только в национальном, но и в глобальном масштабе. Плезиохронная цифровая иерархия была разработана в начале 80-х годов. Она делится на три различные иерархические цифровые наборы, или цифровые иерархии. В первой из них, принятой в США и Канаде, в качестве скорости сигнала первичного цифрового канала (ПЦК) -DS1 была выбрана скорость 1544 кбит/с (т.е. двадцать четыре цифровых телефонных канала 64 кбит/с). Во второй, принятой в Японии, использовалась та же скорость для DS1. В третьей, принятой в Европе и Южной Америке, в качестве первичной была выбрана скорость 2048 кбит/с (формально количество каналов - 32, но два канала используются для сигнализации и управления) [2]. Первая иерархия, порожденная скоростью 1544 кбит/с, давала последовательность: DS1 -DS2 - DS3 - DS4 или последовательность вида: 1544 - 6312 - 44736 - 274176 кбит/с, что, с учетом скорости DS0, соответствует ряду коэффициентов мультиплексирования n=24, m=4, 1=7, k=6. Указанная иерархия позволяет передавать соответственно 24, 96, 672 и 4032 канала DS0. Вторая иерархия, порожденная скоростью 1544 кбит/с, давала последовательность DS1 - DS2 - DS3 - DS4 или последовательность 1544 - 6312 - 32064 - 97728 кбит/с, что, с учетом скорости DS0, соответствует ряду коэффициентов мультиплексирования n=24, m=4, l=5, k=3. Указанная иерархия позволяет передавать соответственно 24, 96, 480 и 1440 каналов DSO. Третья иерархия, порожденная скоростью 2048 кбит/с, давала последовательность Е1 - E2 -ЕЗ - Е4 - Е5 или последовательность 2048 - 8448 34368 - 139264 - 564992 - кбит/с, что соответствует ряду коэффициентов n=30 (32), m=4, l=4, k=4, i=4, (т.е. коэффициент мультиплексирования в этой иерархии выбирался постоянным и кратным 2). Указанная иерархия позволяет передавать соответственно 30, 120, 480, 1920 и 7680 каналов DS0, что отражается и в названии ИКМ систем: ИКМ-30, ИКМ-120, ИКМ-480 и т.д.. Указанные иерархии, известные под общим названием плезиохронная цифровая иерархия PDH, или ПЦИ, сведены в таблицу 2.1 [3, 21]. Таблица 2.1 - Схемы цифровых иерархий: американская (АС), японская (ЯС) и европейская (ЕС) Параллельное развитие трех различных иерархий не могло способствовать развитию глобальных телекоммуникаций в мире в целом, поэтому комитетом по стандартизации ITU-T или МСЭ-Т были сделаны шаги по их унификации и возможному объединению. В результате был разработан стандарт, согласно которому были стандартизованы три первых уровня первой иерархии (DS1-DS2-DS3), четыре уровня второй иерархии (DS1-DS2-DSJ3-DSJ4) и четыре уровня третьей иерархии (Е1-Е2-ЕЗ-Е4) в качестве основных. Также были указаны схемы кросс-мультиплексирования иерархий, например, из третьей в первую и обратно. На рисунке 2.1 схематично представлен результат, полученный после стандартизации. Рисунок 2.1 - Схема мультиплексирования и кроссмультиплексирования в американской, японской и европейской цифровых иерархиях Наличие стандартных скоростей передачи и фиксированных коэффициентов мультиплексирования позволило говорить о трех схемах мультиплексирования - американской, японской и европейской. При использовании жесткой синхронизации при приеме/передаче можно было бы применить метод мультиплексирования с чередованием октетов или байтов, как это делалось при формировании цифровых сигналов первого уровня, для того, чтобы иметь принципиальную возможность идентификации байтов или групп байтов каждого канала в общем потоке. Однако учитывая, что синхронизация входных последовательностей, подаваемых на мультиплексор от разных абонентов/пользователей, отсутствует, в схемах второго и более высокого уровней мультиплексирования был использован метод мультиплексирования с чередованием бит (а не байт) [2]. В этом методе мультиплексор, например, второго уровня формирует выходную цифровую последовательность скоростью 6 Мбит/с - АС, ЯС (или 8 Мбит/с - ЕС) путем чередования бит входных последовательностей от разных каналов (для АС и ЯС это каналы Т1, а для ЕС - каналы Е1). Так как мультиплексор не формирует структуры, которая могла бы быть использована для определения позиции бита каждого канала, а входные скорости разных каналов могут не совпадать, то используется внутренняя побитовая синхронизация, при которой мультиплексор сам выравнивает скорости входных потоков путем добавления или удаления нужного числа выравнивающих бит в каналы с относительно меньшими скоростями передачи. Благодаря этому на выходе мультиплексора формируется синхронизированная цифровая последовательность. Информация о вставленных/изъятых битах передается по служебным каналам, формируемым отдельными битами в структуре фрейма. На последующих уровнях мультиплексирования эта схема повторяется, добавляя новые выравнивающие биты. Эти биты затем удаляются/добавляются при демультиплексировании на приемной стороне для восстановления исходной цифровой последовательности. Такой процесс передачи получил название плезиохронного (т.е. почти синхронного), а цифровые иерархии АС, ЯС и ЕС соответственно название плезиохронных цифровых иерархий - PDH. Кроме синхронизации, на уровне мультиплексора второго порядка также происходит формирование фреймов и мультифреймов, которые позволяют структурировать последовательность в целом. Формирование фреймов и мультифреймов и их выравнивание особенно важно для локализации на приемной стороне каждого фрейма, что позволяет в свою очередь получить информацию о сигнализации и кодовых группах контролирующих избыточных кодов CRC и информацию служебного канала данных. Общая схема канала передачи с использованием технологии PDH даже в самом простом варианте топологии сети "точка - точка" на скорости 140 Мбит/с должна включать три уровня мультиплексирования на передающей стороне (для ЕС, например, 2→8, 8→34 и 34→140) и три уровня демультиплексирования на приемной стороне, что приводит к достаточно сложной аппаратурной реализации таких систем. Еще одним недостатком систем передачи плезиохронной цифровой иерархии является также то, что при нарушении синхронизации группового сигнала восстановление синхронизации первичных цифровых потоков происходит многоступенчатым путем, а это занимает довольно много времени. Но самое главное, что заставило уже в середине 80-х годов XX в. искать новые походы к построению цифровых иерархий систем передачи, это почти полное отсутствие возможностей автоматически контролировать состояние сети связи и управлять ею. А без этого создать надежную сеть с высоким качеством обслуживания практически невозможно. Все эти факторы и побудили разработать еще одну цифровую иерархию. Новая цифровая иерархия была задумана как скоростная информационная автострада для транспортирования цифровых потоков с разными скоростями. В этой иерархии объединяются и разъединяются потоки со скоростями 155,520 Мбит/с и выше. Поскольку способ объединения потоков был выбран синхронный, то данная иерархия получила название синхронной цифровой иерархии (SynchronousDigitalHierarchy — SDH) [3,6]. Для транспортирования цифрового потока со скоростью 155 Мбит/с создается синхронный транспортный модуль (SynchronousTransportModule) STM-1. Его упрощенная структура дана на рисунок 2.1.. Модуль представляет собой фрейм (рамку) 9•270 = 2430 байт. Кроме передаваемой информации (называемой в литературе полезной нагрузкой), он содержит в 4-й строке указатель (Pointer, PTR), определяющий начало записи полезной нагрузки. Рисунок 2.2 – Структура модуля STM-1 Чтобы определить маршрут транспортного модуля, в левой части рамки записывается секционный заголовок (SectionOverHead, SOH). Нижние 5•9 = 45 байтов (после указателя) отвечают за доставку информации в то место сети, к тому мультиплексору, где этот транспортный модуль будет переформировываться. Данная часть заголовка так и называется: секционный заголовок мультиплексора (MSOH). Верхние 3•9 = 27 байтов (до указателя) представляют собой секционный заголовок регенератора (RSOH), где будут осуществляться восстановление потока, "поврежденного" помехами, и исправление ошибок в нем. Один цикл передачи включает в себя считывание в линию такой прямоугольной таблицы. Порядок передачи байтов — слева направо, сверху вниз (так же, как при чтении текста на странице). Продолжительность цикла передачи STM-1 составляет 125 мкс, т.е. он повторяется с частотой 8 кГц. Каждая клеточка соответствует скорости передачи 8 бит•8 кГц = 64 кбит/с. Значит, если тратить на передачу в линию каждой прямоугольной рамки 125 мкс, то за секунду в линию будет передано 9•270•64 Кбит/с = 155 520 Кбит/с, т.е. 155 Мбит/с. Для создания более мощных цифровых потоков в SDH-системах формируется следующая скоростная иерархия: четыре модуля STM-1 объединяются путем побайтового мультиплексирования в модуль STM-4, передаваемый со скоростью 622,080 Мбит/с; затем четыре модуля STM-4 объединяются в модуль STM-16 со скоростью передачи 2488,320 Мбит/с; наконец четыре модуля STM-16 могут быть объединены в высокоскоростной модуль STM-64 (9953, 280 Мбит/с) [2]. В сети SDH применены принципы контейнерных перевозок. Подлежащие транспортировке сигналы предварительно размещаются в стандартных контейнерах (Container — С). Все операции с контейнерами производятся независимо от их содержания, чем и достигается прозрачность сети SDH, т.е. способность транспортировать различные сигналы, в частности сигналы PDH. Наиболее близким по скорости к первому уровню иерархии SDH (155, 520 Мбит/с) является цифровой поток со скоростью 139,264 Мбит/с, образуемый на выходе аппаратуры плезиохронной цифровой иерархии ИКМ-1920. Его проще всего разместить в модуле STM-1. Для этого поступающий цифровой сигнал сначала "упаковывают" в контейнер (т.е. размещают на определенных позициях его цикла), который обозначается С-4. Рамка контейнера С-4 содержит 9 строк и 260 однобайтовых столбов. Добавлением слева еще одного столбца — маршрутного или трактового заголовка (PathOverHead, POH) — этот контейнер преобразуется в виртуальный контейнер VC-4. Наконец, чтобы поместить виртуальный контейнер VC-4 в модуль STM-1, его снабжают указателем (PTR), образуя таким способом административный блок AU-4 (AdministrativeUnit), a последний помещают непосредственно в модуль STM-1 вместе с секционным заголовком SOH (Рисунок 2.3). Синхронный транспортный модуль STM-1 можно загрузить и плезиохронными потоками со скоростями 2,048 Мбит/с. Такие потоки формируются аппаратурой ИКМ-30, они широко распространены в современных сетях. Для первоначальной "упаковки" используется контейнер С12. Цифровой сигнал размещается на определенных позициях этого контейнера. Путем добавления маршрутного, или транспортного, заголовка (РОН) образуется виртуальный контейнер VC-12. Виртуальные контейнеры формируются и расформировываются в точках окончаний трактов [6]. В модуле STM-1 можно разместить 63 виртуальных контейнера VC-12. При этом поступают следующим образом. Виртуальный контейнер VC-12 снабжают указателем (PTR) и образуют тем самым транспортный блок TU-12 (TributaryUnit) Теперь цифровые потоки разных транспортных блоков можно объединять в цифровой поток 155,520 Мбит/с. Сначала три транспортных блока TU-12 путем мультиплексирования объединяют в группу транспортных блоков TUG-2 (TributaryUnitGroup), затем семь групп TUG-2 мультиплексируют в группы транспортных блоков TUG-3, а три группы TUG-3 объединяют вместе и помещают в виртуальный контейнер VC-4. Далее путь преобразования известен (Рисунок 2.3). Рисунок 2.3 - Упрощенная схема преобразования в SDH Плезиохронные цифровые потоки всех уровней размещаются в контейнерах С с использованием процедуры выравнивания скоростей (положительного, отрицательного и двухстороннего) [20]. К особенностям SDH можно отнести: · синхронную передачу и мультиплексирование. Элементы сети используют один задающий генератор, поэтому вопросы построения системы синхронизации становятся особо важными; · предусматривает прямой ввод/вывод потока Е1; · надёжность и самовосстанавливаемость сети, обусловленные тем, что, во-первых, сеть использует волоконно – оптические кабели, передача по которым не подвержена действию электромагнитных помех, во-вторых, архитектура и гибкое управление сетями позволяет использовать защищенный режим работы, допускающий два альтернативных пути распространения сигнала с почти мгновенным переключением в случае повреждения одного из них, а также обход поврежденного узла сети, что делает эти сети самовосстанавливающимися; · выделение полосы пропускания по требованию – услуга, которая раньше могла быть осуществлена только по заранее спланированной договоренности, теперь может быть предоставлена в считанные секунды путем переключения на другой канал; · прозрачность для передачи любого трафика, что обусловлено использованием виртуальных контейнеров для передачи трафика, сформированного другими технологиями (АТМ, ISDN, Frame Relay); · гибкость управления сетью, обусловленная наличием большого числа широкополосных каналов управления. Подведем итоги рассмотренных нами систем цифровой иерархии [20]: Отличия SDH от PDH: 1. Единый для всех высокостабильный тактовый генератор; 2. Большое количество служебной информации, т.е. заголовков и указателей; 3. Универсальный интерфейс (имеется в виду взаимодействие) для всех национальных систем: США, Япония, Европа. Достоинства SDH: 1. Упрощенный процесс мультиплексирования и демультиплексирования. Здесь не надо много распаковывать, как в ПЦИ, так как есть много заголовков. 2. Простота ввода компонентных сигналов - Заголовки + плавающий режим 3. Качественное управление сложными сетями: · управление конфигурацией; · управление неисправностями: выявление дистационной неисправности и исправление ее; · управление качеством; · управление безопасностью. Недостатки SDH: 1. Система очень дорогая; 2. Должна быть высочайшая стабильность частоты. А это сделать сложно. 3. Большое время вхождения в синхронизм; 4. Система чрезвычайно избыточна, т.к. много заголовков и пустых мест на будущее. Но это окупается высокой пропускной способностью. Диапазон 7 ГГц (7.25-7.55 ГГц) Диапазон 7 ГГц освоен в настоящее время достаточно хорошо [4]. В нем работает большое количество радиорелейных систем средней емкости (порядка 300-700 ТЛФ каналов в стволе для аналоговых систем и до 55 Мбит/с - для цифровых). Существует и аппаратура большой емкости, предназначенная для передачи потоков STM-1. В этом диапазоне на распространение сигнала начинают оказывать влияние гидрометеоры (дождь, снег, туман и пр.). Кроме того, влияет атмосферная рефракция, приводящая к закрытию трассы или к интерференции волн. Средняя протяженность пролета РРЛ составляет 30-40 км. Антенны имеют высокий коэффициент усиления при диаметрах порядка 1.5 - 2.5 м. Число радиосредств в России, использующих этот диапазон, пока относительно невелико, и, следовательно, электромагнитная обстановка благополучна. Однако необходимо учитывать помехи от соседних радиорелейных линий, работающих в данном диапазоне частот. Диапазоны 11 и 13 ГГц (10.7-11.7, 12.7-13.2 ГГц) Эти диапазоны перспективны с точки зрения эффективности систем РРЛ [18]. При протяженности пролета 15-30 км, высокоэффективные антенны имеют небольшие габариты и вес, что обеспечивает относительную дешевизну антенных опор. Доля влияния атмосферной рефракции на устойчивость работы систем уменьшается, но увеличивается влияние гидрометеоров. В этих диапазонах, в основном, строятся цифровые радиорелейные системы связи на скорости до 55 Мбит/с, хотя, есть примеры передачи цифровых потоков со скоростями до 155 Мбит/с. Но эти диапазоны используют большое количество радиосредств. Спутниковые системы связи, различные радиолокаторы и пеленгаторы, охранные системы создают неблагоприятную электромагнитную обстановку, что затрудняет работу в данных диапазонах. Диапазоны 15 и 18 ГГц (14.5-15.35, 17.7-19.7 ГГц) Интенсивное развитие систем связи привело к бурному освоению этих диапазонов частот [18]. Средняя протяженность пролетов достигает 20 км для зон с умеренным климатом. Аппаратура выполняется в виде моноблока. Типовые параболические антенны имеют диаметры 0.6, 1.2 или 1.8 м при коэффициентах усиления от 38 до 46 дБ. В ряде регионов России диапазон 15 ГГц уже перегружен радиосредствами. Диапазон 18 ГГц пока более свободен. На распространение сигналов сильное влияние оказывают гидрометеоры и интерференция прямых и отраженных волн. Ослабление в дожде может составлять 1-12 дБ/км (при интенсивности дождей 20-160 мм/час). Некоторое влияние оказывает и сама атмосфера (атомы кислорода и молекулы воды), ослабление в которой достигает 0.1 дБ/км. Диапазон 23 ГГц (21.2-23.6 ГГц) Согласно рекомендациям МСЭ-Р в этом диапазоне разрешено строить системы аналоговой и цифровой связи любой емкости. Средняя протяженность пролетов меньше 20 км, так как на распространение сигналов сильное влияние оказывают гидрометеоры и ослабления в атмосфере. Желательно использовать вертикальную поляризацию радиоволн, хотя разрешено использование любой поляризации. Типовые параболические антенны имеют диаметры 0.3, 0.6 и 1.2 м. Ослабление в дождях может быть от 2 до 18 дБ/км, а в атмосфере достигает 0.2 дБ/км. Диапазон разрешено использовать в спутниковых системах связи. Поэтому при расчетах необходимо учитывать возможность помех. Таким образом, в соответствии с вышесказанным в нашем случае более предпочтительным является диапазон 7 ГГц, поскольку у ООО «Томсктрансгаз» используемая аналоговая РРЛ уже работает на этих частотах, следовательно получать разрешение ГРЧК не требуется, а нужно просто подать заявление на регистрацию нового оборудования и частотного плана. Кроме того, оборудование фирм, рассчитанное на пропускную способность в STM-1 для данного диапазона, значительно дешевле своих аналогов, работающих на более высоких частотах. На РРЛ имеется несколько видов станций [11,13]: 1. Оконечная станция (OC), предназначаются для ввода в РРЛ многоканального и ТВ сигнала на стороне передачи и для выделения этих сигналов на стороне приема. ОС РРЛ связана соединительными линиями с МТС и ТЦ. Часто ОС совмещаются с ТЦ. Структурная схема ОС приведена на рисунке 2.4. Рисунок 2.4 – Структурная схема ОС 2. Промежуточная станция (ПС), предназначена для приема сигналов от предыдущей станции, их усиления и передачи в направлении следующей станции. Соединение на ПС между передатчиком и приемником осуществляется по промежуточной частоте, т.е. без демодуляции сигналов в приемнике и без модуляции в передатчике. При необходимости может быть осуществлено выделение ТВ программы - для этого демодуляция сигнала промежуточной частоты осуществляется путем его снятия с дополнительного выхода приемника, что не оказывает влияние на качественные показатели сквозных каналов. В малоканальных РРЛ и особенно в РРЛ с временным разделением применяется построение аппаратуры ПС, при котором демодуляция и модуляция производится на каждой ПС. Это позволяет вводить и выводить ТЛФ каналы на любой ПС. Структурная схема станции приведена на рисунке 2.5. Рисунок 2.5-Структурная схема ПС 3. Узловые станции (УС) предназначаются для выделения части ТЛФ каналов и введения соответствующего количества новых каналов. От УС часто берут начало новые РРЛ (линии ответвления). В ТЛФ стволах на УС производится демодуляция сигналов со стороны приема и модуляция со стороны передачи. При необходимости эти преобразования производятся и в ТВ стволах. Структурная схема станции приведена на рисунке 2.6. Рисунок 2.6-Структурная схема УС В настоящее время на РРЛ прямой видимости применяются передатчики мощностью 2 ÷ 10 Вт и в последнее время даже 0,5 Вт. Расстояние между промежуточными пунктами составляет 40 ÷ 60 км и высота мачт 50 ÷ 100 м. При этом для устойчивой связи необходимо, чтобы коэффициент усиления антенны составляет 1000 ÷ 40000 (30 ÷ 46 дБ). Обычно антенны дециметровых волн обладают коэффициентом усиления примерно 30 дБ и антенны сантиметровых волн 40 ÷ 46 дБ. На магистральных РРЛ большой емкости применяют, как правило, двухчастотную схему, которая, как известно, требует защитного действия антенн не менее 65 ÷ 70 дБ. Для увеличения переходного затухания между трактами приема и передачи, излучаемое и принимаемое антенной поля должны иметь взаимно перпендикулярные поляризации. Для этого линии питания и облучатель антенны должны быть выполнены так, чтобы было можно одновременно передавать и принимать волны с различными поляризациями, и диаграмма направленности антенны должна быть асимметричной. Отраженные волны в тракте питания приводят к нелинейности фазовой характеристики последнего, что вызывает нелинейные искажения в сигнале. Допустимая величина коэффициента отражения, вызванного рассогласованием линии с антенной, для многоканальных систем не должна превышать 2 % во всей рабочей полосе частот. Для этих систем полоса частот, удовлетворяющая данному требованию, должна составлять 10 ÷ 15 % от несущей частоты высокочастотного сигнала. Конструкция антенны должна быть жесткой, чтобы при порывах ветра упругая деформация антенны не превышала допустимую величину. Атмосферные осадки не должны попадать в тракт питания антенны, т.к. это приводит к увеличению затухания в тракте и к рассогласованию. Антенна должна иметь возможность поворота в небольших пределах с целью точной установки направления максимального излучения на корреспондента. Под частотным планом системы РРЛ связи понимают распределение частот приема и передачи между стволами системы, а также распределение частот гетеродинов, т.е. распределение частот передачи и приема на одном стволе. Так как особенностью построения аппаратуры РРЛ связи является то, что на ПС приемные и передающие антенны одного направления связи практически расположены рядом, то возникающие в этом случае взаимосвязи между антеннами не позволяют использовать одни и те же рабочие частоты при приеме и передачи сигналов в данном направлении. Поэтому на ПС возникает необходимость в изменении рабочих частот приема и передачи как при организации односторонней, так и двусторонней связи. Изменение частот производится на каждой станции в соответствии с принятой схемой построения аппаратуры. Следовательно, ПС выполняет две функции: 1. Усиление сигнала; 2. Преобразование частоты СВЧ сигнала с целью устранения возможной связи между передатчиком и приемником данной станции. Существуют три плана распределения частот в РРЛ прямой видимости, для ствола[13]: · двухчастотный план (рисунок 2.7 ); · четырехчастотный план (рисунок 2.8 ); · шестичастотный план (рисунок 2.9). Рисунок 2.7-Схема двухчастотного плана Рисунок 2.8-Схема четырехчастотного плана Рисунок 2.9-Схема шестичастотного плана Двухчастотная система экономична с точки зрения использования диапазона частот, но требует высоких защитных свойств антенн от приема сигналов с обратного направления. При двухчастотной системе используются РПА, параболические или другие антенны, имеющие защиту от приема сигналов с обратного направления порядка 60 ÷ 70 дБ. Такая система применяется обычно на РРЛ большой и средней емкости. Четырехчастотная система допускает использование более простых дешевых конструкций антенных систем, например перископических. Однако количество дуплексных радиостволов, которое может быть образовано в данной полосе частот при четырехчастотной системе в два раза меньше, чем при двухчастотной системе. Четырехчастотная система с более простыми антенными системами применяется на РРЛ средней и малой пропускной способности, предназначенных для внутризоновых и низовых связей. Частоты приема и передачи в одном стволе РРЛ чередуются от станции к станции. Станции, на которых прием осуществляется на более низкой частоте (f1
), а передача на более высокой (f2
), обозначаются индексом “НВ”, а станции, на которых прием производится на более высокой частоте (f2
), передача на более низкой (f1
) обозначается индексом «ВН» Рисунок 2.10 - Расположение станций РРЛ Повторение через интервал одних и тех же частот допустимо потому, что в диапазонах дециметровых и сантиметровых волн при отсутствии прямой видимости между антеннами ослабление сигнала достаточно велико. Однако при некоторых условиях распространения радиоволн, например при повышенной рефракции, возможен прием сигнала от станции, отстоящей на 3 интервала (минус 2 станции), что и приводит к значительным искажениям передаваемых сигналов. Во избежание этого станции РРЛ располагают на ломаной линии с тем, чтобы паразитный сигнал дополнительно сильно ослаблялся за счет направленных свойств антенн (рисунок 2.10). Для того чтобы свести к минимуму интерференционные помехи в многоствольных РРЛ, возникающие при одновременной работе нескольких приемников и передатчиков на общий антенно-фидерный тракт, существуют определенные планы распределения частот [3, 20]. Во всех современных РРЛ системах применяются планы с разнесенными частотами приема и передачи, т.е. частоты приема размещены в одной половине диапазона, а частоты передач – в другой половине диапазона. Такой план распределения частот приведен на рисунке 2.11 Рисунок 2.11 - План с разнесенными частотами приема и передачи При таком плане распределения частот разность между частотами передачи и приема одного ствола значительно и это облегчает требования к характеристикам приемных полосовых фильтров. При этом плане каждая антенна может быть использована одновременно как для передачи, так и приема сигналов. Существует второй план распределения частот – при этом плане предусматривается чередование частот приема и передачи отдельных стволов (рисунок 2.12). Рисунок 2.12 – План с чередованием частот приема и передачи В нашем случае выберем четырехчастотный план, поскольку двухчастотного будет недостаточно из-за почти прямолинейного расположения РРС. С другой стороны, использование шестичастотного плана неоправданно с точки зрения частотного ресурса, получение разрешения на использование которого в диапазоне 7 ГГц может быть проблематично из-за его занятости. Выбор частот приема и передачи осуществим по предоставленной производителем оборудования формуле: Формула 2.1 позволяет рассчитать нижнюю рабочую частоту приемо-передатчика, а формула 2.2 – верхнюю, при условии, что шаг сетки частот составляет 28 МГц, а дуплексный разнос – 160 МГц. Полный частотный план проектируемой РРЛ приведен на структурной схеме РТФ ДП.464543.001 Э3. Размещение оборудования радиорелейных систем производится по следующим принципам: 1. Антенны размещаются на мачте и с оборудованием их соединяют волноводы. Герметичность антенно-волноводного тракта (АВТ) обеспечивается установкой дегидраторов – устройств, обеспечивающих избыточное давление в волноводах. Оборудование находится на земле в помещении, где поддерживается необходимый микроклимат. 2. Размещение приемопередающего высокочастотного (ВЧ) оборудования возле антенны и остальное оборудование внизу в помещении. Соединение между модулятором и ВЧ трактом выполняется коаксиальным кабелем, по которому также подается питание на передатчики и приемники. При использовании разнесенного приема дополнительное оборудование также размещается на мачте возле приемной антенны. Система электропитания ЦРРС обеспечивается соединением нескольких источников энергии – внешних источников электроснабжения, солнечных батарей, ветроэлектрогенераторов и аккумуляторных батарей, обеспечивающих работу оборудования при перерывах подачи электроэнергии от других источников. Все оборудование разделяется на классы энергопотребителей, в зависимости от этого обеспечивается та или иная система резервирования источников электропитания. Существует и тенденция в размещении оборудования: если в недавнем прошлом все оборудование ЦРРС размещалось на земле, то в настоящее время с ростом миниатюризации элементов производители при производстве радиорелейных станций все больше проектируют радиооборудование с размещением возле антенны, как более дешевое. Номенклатура цифровых радиорелейных станций с размещением всего оборудования на земле становится все меньше, а то и вообще отсутствует. Как правило, современные производители стараются обеспечить возможность размещения оборудования как на земле, так и возле антенны, а заказчик уже сам выбирает, как ему удобно. Исполнение с размещением оборудования возле антенны имеет свои достоинства и недостатки. К достоинствам следует отнести следующее: · Отсутствует затухание в волноводном тракте, которое на высоких частотах достигает довольно больших величин. Например, на частоте 7 ГГц затухание в стандартном волноводе марки Е65 – 0,06дб/м, что на 100метров длины волновода дает затухание на прием и на передачу на 6дб. На более высоких частотах затухание будет еще больше. Компенсация потерь на затухание требует увеличения мощности передатчика и применения антенн большего диаметра для увеличения уровня принимаемого сигнала, что значительно удорожает систему. · Стоимость соединительного коаксиального кабеля значительно ниже стоимости волновода. · Отпадает проблема поддержания герметичности волноводного тракта. Существуют и недостатки: · При размещении СВЧ оборудования на мачте часто затруднен доступ к нему для настройки, обслуживания, профилактики или при неисправностях, что значительно замедляет устранение повреждений – важное условие при эксплуатации магистральных линий связи. · Оборудование должно работать в большом диапазоне температур наружного воздуха – от максимальной – летом до минимальной – в сильный мороз. При этом надо учитывать, что радиочастотный блок размещен в открытом пространстве, где солнце может дополнительно разогреть его. · Необходимо применять дополнительны меры грозозащиты, предотвращающие выход из строя ВЧ оборудования в радиочастотном блоке. · Затруднено, а то и невозможно наращивание количества стволов при использовании одной антенны. При проектировании данной радиорелейной линии связи основными недостатками размещения оборудования возле антенны стали следующие факторы: 1. не все фирмы дают гарантии работы оборудования при крайне отрицательных температурах, таких как -50 и ниже, при этом зима 2006 года показала важность данного показателя; 2. подобное размещение затрудняет проведение профилактических работ, которые проводятся достаточно часто, так как деятельность ООО «Томсктрансгаз» связано с особо опасным производством. Использование аппаратуры в благоприятных условиях аппаратной, позволяет увеличить срок ее эксплуатации, что немаловажно при необходимости обеспечения беспрерывности технологической связи. Главными факторами, которые следует учитывать при выборе поставщика радиорелейного оборудования, являются: - положительные отзывы ведущих операторов связи; - опыт эксплуатации в неблагоприятных климатических условиях; - наличие сервисных центров; - перспективы производства оборудования на ближайшее десятилетие; - экономическая целесообразность внедрения; - стоимостные характеристики. Анализ возможностей использования оборудования отечественных производителей показывает, что, несмотря на растущее число производителей отечественного оборудования ЦРРС уровня STM-1 (M-Link, «Пламя», Nateks Microlink SDH), оно не соответствует первым двум критериям. Кроме того, в большинстве случаев данное оборудование собрано из отдельных узлов производства зарубежных производителей, в том числе малоизвестных на телекоммуникационном рынке, а используемое программное обеспечение часто конфликтует со старыми версиями. Опыта их использования на магистральных линиях практически нет. Из зарубежного оборудования внимания заслуживает прежде всего продукция, имеющая положительные отзывы российских операторов и удовлетворяющая перечисленным ниже требованиям (таблица 3.1) [13,18]. Таблица 3.1 – Радиорелейное оборудование зарубежных производителей Среди них выделяются три производителя - NEC (ЦРРС DMR 3000S), Nera (Interlink) и Harris (MegaStar) на их оборудовании остановили свой выбор наиболее крупные телекоммуникационные операторы, и это оборудование имеет длительный и положительный срок эксплуатации. Произведя поиск в Internet, было обнаружено, что фирма Harris не имеет в России своего представительства и, соответственно, сервисного центра. В дополнении можно отметить, что в России очень малое количество дилеров работает с их продукцией. Таким образом, наш выбор останавливается на фирмах Nec и Nera, имеющих свои представительства как в России, так и в странах СНГ [16,17]. В этом можно убедиться, посетив их сайты по следующим адресам: www.nera.com.ru и www.nec.ru. Кроме того, оборудование этих фирм более дешевое. Для DMR 3000S и MegaStar характерно нижнее расположение радиомодулей с эффективной и надежной системой дегидрации волноводных трактов. По оценкам операторов связи, оборудование хорошо себя зарекомендовало в эксплуатации. В обеих станциях применены специальные схемы коррекции дисперсионных искажений, а также эквалайзеры для компенсации потерь и борьбы с замираниями сигналов. ЦРРС DMR 3000S обеспечивает увеличение пропускной способности до 16 потоков по 155,52 Мбит/с, MegaStar - до 7 потоков уровня STM-1. Поскольку мы проектируем внутризоновую радиорелейную линию (ее протяженность – 275.5 км), то нам не нужно оборудование, способное передавать до нескольких потоков STM-1. Для применения на внутризоновых ЦРРЛ и линиях относительно небольшой протяженности представляют интерес ЦРРС Pasolink+ (NEC), TRuepoint (Harris), InterLink и CityLink(NERA). Пропускная способность каналообразующей аппаратуры составляет 155 Мбит/с синхронной цифровой иерархии уровня STM-1 с возможностью увеличения до 4 потоков 155,52 Мбит/с. Наличие встроенного мультиплексора и единой системы управления позволяет минимизировать затраты на создание транспортной инфраструктуры. Кроме того, оборудование допускает как нижнее, так и верхнее расположение радиомодулей. Для компенсации дисперсионных искажений, возникающих вследствие замираний в волноводной части, используются высокоэффективные корректоры. Возможно пространственное разнесение антенн и радиомодулей на расстояние до 200 м. В ходе поиска характеристик радиорелейного оборудования вышеуказанных фирм-производителей, столкнулся с основной проблемой. Ни один из официальных дилеров или представительств фирм не дает полную и подробную информацию о своем оборудовании и его применении в конкретных случаях.. В связи с этим фактом, дальнейшее проектирование было решено производить на оборудовании фирмы «Микран», хотя, по имеющимся сведениям, ни один из комплектов еще не был установлен, поэтому опыта эксплуатации данного радиорелейного оборудование нет. Кроме того, оборудования фирмы «Микран» не позволяет нижнее размещения высокочастотного оборудования, что также является большим минусом при его эксплуатации. Тем не менее, определившись с производителями оборудования и представляемыми ими линейками, проведем сравнительный анализ и представим результаты в таблице 3.2. Таблица 3.2 – Сравнительный анализ радиорелейного оборудования МИКРАН МИК-РЛ7…15С Nera Interlink Nec DMR 3000S Nec Pasolink+ Диапазон частот, ГГц Пропускная способность От STM-1 до 16STM-1 От STM-1 до 16STM-1 16 QAM, 64 QAM, 128 QAM 64 QAM, 128 QAM 64 QAM, 128 QAM 32 QAM, 128 QAM Порог приемника, BER 10-6
, дБм 1+0; 1+1; 2+0; 2+1; 3+0; 3+1 1+0; 1+1; 2+0 Верхнее и нижнее Верхнее и нижнее Верхнее и нижнее Аппаратура цифровых радиорелейных станций SDH иерархии «МИК-РЛххС» работает в диапазоне частот от 4 до 40 ГГц со скоростью передачи информации 155.52 Мбит/с и позволяет в пределах пропускной способности передавать 1 поток STM-1 или 63 потока Е1 или 42 потока Е1 + трафик Ethernet (50 Мбит/с) или 21 поток Е1 + трафик Ethernet (100 Мбит/с) [14]. Высокоскоростные ЦРРС «МИК-РЛ4…6С» предназначены для организации магистральных линий связи в диапазонах частот 4; 5 и 6 ГГц; Высокоскоростные ЦРРС «МИК-РЛ7…15С» предназначены для организации внутризоновых, местных и технологических линий связи в диапазонах частот 7…15 ГГц; Высокоскоростные ЦРРС «МИК-РЛ18…40С» предназначены для организации мест и технологических линий связи в диапазонах частот 18…40 ГГц; Рисунок 3.1 – Общий вид радиорелейной аппаратуры SDH иерархии «Микран» Исполнение системы Станции МИК-РЛ4…40С представляют собой функционально законченные системы передачи, позволяющие строить синхронные сети связи произвольной топологии. В состав РРС входят: приёмопередающая аппаратура, мультиплексоры уровня STM-1 (терминальные и ввода-вывода), источники гарантированного электропитания и система управления сетью. В традиционном для систем МИК-РЛ раздельном исполнении возможна реализация конфигураций 1+0; 1+1 и 2+0. Станция в конфигурации 1+1 состоит из двух выносных приемопередатчиков и приемников канала пространственного разнесения, устанавливаемых непосредственно на антеннах, и оборудования внутреннего исполнения – модуля доступа МД1-6. При нижнем расположении приёмопередатчиков возможна реализация конфигураций 2+1, 3+0 или 3+1, в этом случае используется два модуля доступа МД1-6. Особенности аппаратной реализации. Архитектура модуля доступа МД1-6 позволяет в составе одного модуля простым добавлением необходимого количества блоков реализовать следующие варианты станций: · терминальная станция 63хЕ1, одно направление по СВЧ, конфигурация 1+0 или 1+1; · станция ввода/вывода 21хЕ1 или 42хЕ1, два направления по СВЧ, конфигурация 1+0 или 1+1; · регенераторная станция без выделения потоков Е1, два направления по СВЧ, конфигурация 1+0 или 1+1; · регенераторная станция без выделения потоков Е1, конфигурация 1+0 или 1+1, одно направление по СВЧ и одно направление по STM-1 (для работы с SDH-мультиплексорами других производителей). Рисунок 3.2 – Модуль доступа МД1-6 Модуль доступа МД1-6 имеет в своём составе мультиплексор STM-1 который обеспечивает мультиплексирование трибутарных цифровых потоков и сервисных каналов, вместо передачи потоков Е1 возможна организация передачи трафика Ethernet (n х 21Е1). Модемы формируют спектр радиосигнала на промежуточной частоте и имеют встроенную аппаратную поддержку пространственного разнесения, для реализации которого требуется только установка антенн и приёмников пространственного разнесения. В модуле доступа МД1-6 используется распределенная система электропитания, благодаря чему достигается общая надежность и независимость питания каждого блока от остальных. Модуль доступа МД1-6 выполнен в корпусе Евромеханика 19’ высотой 6U. В системе предусмотрены дополнительный канал передачи данных с программно выбираемым типом интерфейса RS-232/422/485 (скорость передачи от 110 до 57 600 бит/с ) и 2 цифровых канала служебной связи PCM-64 c двухпроводными окончаниями FXO/FXS с возможностью выхода в ТфОП. Для более эффективного использования каналов служебной связи на каждой станции предусмотрен встроенный коммутатор каналов. На всех промежуточных станциях возможен ввод/вывод сервисных каналов. Контроль и управление сетью РРС Система управления состоит из сетевых агентов, размещаемых на каждой станции и программного обеспечения верхнего уровня. На уровне сетевых агентов, размещаемых на каждой станции, решаются задачи как локального управления при помощи подключаемого терминала на базе Pocket-PC, так и сетевого управления при помощи менеджера сети - компьютера с установленным ПО «Магистраль». Система управления взаимодействует с сетью радиорелейных линий (РРЛ) посредством соединения ТCP/IP (интерфейс - Ethernet 10Base-T) на основе протокола SNMP. Особенностью аппаратного исполнения агента сети является наличие подсистемы хранения «firmware» всех блоков, входящих в состав станции, предусмотрена процедура обновления «firmware». Ядром сетевого агента является операционная система реального времени (RTOS). В аппаратуре реализована возможность удаленного конфигурирования рабочих параметров всех устройств, входящих в состав РРС. Из центра управления осуществляется необходимая оперативная поддержка по обслуживанию сети при ее эксплуатации, вносятся своевременные коррективы в работу устройств. Обновляемая библиотека файлов-описаний позволяет изменять методы представления/анализа данных и способы управления устройствами, что обеспечивает независимость ПО от оборудования. Возможно создание нескольких центров управления сетью, благодаря чему нагрузка на канал управления распределяется более равномерно. При необходимости реализуется резервирование управления. ПО системы управления защищено от несанкционированного доступа. Используемый механизм предоставления привилегий позволяет вводить несколько уровней взаимодействия с системой, ограничивая или расширяя права операторов. Выбранное ниже оборудование для организации диспетчерской и конвенциональной связи можно объяснить следующими причинами: пульты Zetron уже активно применяются ООО «Томсктрансгазом» и неплохо себя зарекомендовали, оборудование фирмы Motorola также нашло широкое применение в обеспечении технологической связи на газопроводе. В то же время, оно нисколько не уступает по ценовым характеристикам своим аналогам, таким как OMI, KENWOOD, ICOM и др. Zetron 4010 - комплексная многофункциональная диспетчерская консоль, обеспечивающая оперативное управление и коммутацию радиосетей различного типа, взаимодействие с телефонной сетью. Удобное управление, наглядная идентификация и оригинальная система звукового контроля ZETRON 4010 обеспечат эффективное управление большим количеством абонентов работающих в рамках одной или нескольких оперативных групп: · Панель управления адаптированная для использования в диспетчерских центрах позволяет подключить до 12 каналов с различной сигнализацией. · Широкий выбор интерфейсов позволяет подключить различные радиосистемы и внешние телефонные линии. Есть порт для подключения записывающих устройств. · Свободно программируемые универсальные кнопки управления, обеспечивающие выполнение любых команд "в одно касание": - управление громкостью отдельных каналов; · Оперативное переключение на каналы в режиме селекторного совещания. Рисунок 3.3 – Общий вид настольной модели диспетчерского пульта Zetron Большое количество вспомогательных функций диспетчерской консоли ZETRON 4010: 1. панель расширения для консоли с дополнительными 60 кнопками; 2. дополнительный интерфейс для подключения телефонной трубки или фурнитуры оператора; 3. настольные микрофоны, гарнитуры, педаль управления передачей и пр.; 4. дисплей для индикации ANI кода радио абонента; 5. групповые сообщения, режим 'тишина', передача сигналов тревоги, внутренняя связь; 6. переключение между каналами, коммутация радио каналов и внешних телефонных каналов Диспетчерский комплекс представлен в виде рабочего места для одного оператора, собранное в едином корпусе и легко перемещаемое. Выпускается в двух вариантах: настольной модели, исполненной в офисном стиле или расширяемой панели, монтируемой в стойке, которой подключается до 12 каналов из них до 2 телефонных. Питание консоли ZETRON 4010 может осуществляться как от сети переменного тока, так и от источника постоянного тока с напряжением 12 В. Одна из уникальных функций консоли это возможность программирования режимов работы с IBM совместимого компьютера. Простая и удобная программа, которая входит в состав консоли, позволяет оперативно изменять текущую конфигурацию, сохранять ее на диск, за несколько секунд загружать в консоль конфигурации ранее сохраненные на диске. Для подключения компьютера используется стандартный серийный порт с интерфейсом RS-232. Диспетчерские комплексы предназначены для оперативного управления и координации работ всех служб и ведомств в городском и региональном масштабе. Это становится особенно актуально для тех регионов, предприятий и хозяйств, чьи интересы простираются на значительные расстояния и требуют больших усилий по контролю и управлению персоналом и материально-техническими ресурсами. Предлагаемая нами Диспетчерская консоль ZETRON 4010 радиосетей позволяет обеспечить оперативное управление, коммутацию радиосетей различного типа, взаимодействие с абонентами телефонной сети общего пользования, а также осуществлять прямой контроль за состоянием систем связи. Основные задачи, которые призван решать диспетчерский комплекс ZETRON 4010: · Координация деятельности подразделений, служб, при совместном взаимодействии. · Оперативное управление работой служб МВД, Администрации, ГОЧС, Скорой помощи, Транспортных компаний, Коммунального хозяйства Муниципальных и ведомственных аварийно-ремонтных служб, войсковых подразделений и др. - Обеспечение оперативной связи между радиоабонентами различных систем и диапазонов связи, принадлежащих различным службам и ведомствам. Многофункциональность Диспетчерского пульта, на основе которого построена вся система, позволяет диспетчеру производить коммутацию абонентов вне зависимости от вида связи. Консоль может быть подключена к телефонной сети, что дает возможность руководству любых структур региона или города оперативно получать достоверную информацию с места событий, а также давать указания руководителям служб принимающим участие в проведении работ любой сложности, ликвидации последствий стихийного бедствия и прочее. Консоль может быть подключена к громкоговорящей аппаратуре для своевременного оповещения жителей прилегающих районов о надвигающейся опасности. Следует ещё раз отметить, что применение консоли радиосистем позволяет резко повысить эффективность системы управления. Носимая радиостанция СР180 имеет полную клавиатуру DTMF и алфавитно-цифровой дисплей, включающий индикацию состояния аккумуляторной батареи. Это обеспечивает легкий контроль и управление функциями, создает гибкость при организации связи, позволяет производить и принимать вызова телефонной сети. Уникальная технология компании Моторола X-Pand гарантирует всегда чистую и разборчивую речь, даже при работе в шумной окружающей среде. Сканирование каналов с приоритетным просмотром одного канала поможет более эффективно управлять связями, контролируя все требуемые каналы и канал вашей группы как приоритетный. Возможность использовать тоны PL/DPL позволяет доставлять сообщение только требуемому пользователю без привлечения сторонних наблюдателей. В окружающей среде, критичной к различным шумам, применение функции "шепота" (Whisper) позволяет пользователям говорить спокойным ровным голосом. Рисунок 3.4 – Внешний вид радиостанции CP 180 Применение Li-Ion аккумуляторов позволяет увеличить время работы радиостанции до 19 часов. Радиостанция спроектирована таким образом, что может легко противостоять возможным нежелательным воздействиям окружающей среды. Радиостанции СР-серии идеально подходят для использования при строительстве зданий и сооружений, на промышленных складах, в госпиталях, в образовательных учреждениях. Возможности использования СP180 могут быть расширены за счет установки функциональных дополнительных плат. Таблица 3.3 - Основные характеристики радиостанции CP180 Мобильная радиостанция Motorola CM360 является универсальным и экономичным решением для организаций, где используют в работе автотранспорт. Пользователям сетей связи CM360 предлагает большой набор функциональных возможностей, которые могут быть легко адаптированы к потребностям организации. Рисунок 3.5 – Внешний вид радиостанции CM360 Радиостанция реализует все возможности CM340 и дополнительно обладает алфавитно-цифровым дисплеем. Он используется для доступа к меню управления радиостанцией, для отображения номера вызывающего пользователя, записной книжки и напоминаний о пропущенных вызовах. Три программируемые кнопки могут быть настроены на быстрый вызов наиболее часто используемых функций. Например, кнопка экстренного вызова помогает защищать уязвимых работников - единственным нажатием формирует аварийный вызов, предназначенный определенному человеку или группе людей. Также в радиостанции поддерживается работа DTMF микрофона. Это позволяет отправлять и принимать телефонные звонки, когда система связи содержит необходимое для этого оборудование. Возможности использования CM360 могут быть расширены за счет установки функциональных дополнительных плат. Радиостанции коммерческой серии CM идеально подходят для грузовых и пассажирских перевозок, такси, лечебных учреждений, образовательных учреждений, а также любых пользователей, заинтересованных в качественной связи. Таблица 3.4 - Основные характеристики радиостанции CM360 В ретрансляторе MTR2000 использованы новейшие технологии разработки и производства аппаратуры радиосвязи. Твердотельный усилитель развивает мощность 40 Ватт (100 Ватт опционально), а 100%-цикл работы на передачу позволяет использовать ретранслятор в системах с любой интенсивностью переговоров. Большая гибкость в настройках позволяет одинаково эффективно использовать ретранслятор системах связи любого назначения. Программирование и диагностические испытания выполняются пользователем с помощью персонального компьютера, а для упрощения диагностики имеются встроенные механизмы самотестирования и проверки. Профессиональный, высоконадежный ретранслятор MTR2000 идеально подходит для построения многоканальных/многосайтовых транкинговых систем, в том числе работающих в условиях со сложной электромагнитной обстановкой [19]. Таблица 3.5 - Основные характеристики ретранслятора MTR2000 Для электропитания проектируемого оборудования требуется обеспечить: · постоянный ток напряжением –(48-70) В для питания радиорелейного оборудования; · постоянный ток напряжением – 14.2 В для питания базовой станции MotorolaMTR-2000 требуется. В соответствии с ВСН-332-93 «ИНСТРУКЦИЯ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК ПРЕДПРИЯТИЙ И СООРУЖЕНИЙ ЭЛЕКТРОСВЯЗИ, ПРОВОДНОГО ВЕЩАНИЯ, РАДИОВЕЩАНИЯ И ТЕЛЕВИДЕНИЯ» оборудование проектируемой РРЛ относится к источникам первой категории питания, следовательно, должно обеспечиваться электропитанием от трех независимых источников. В качестве таковых, мной были взяты две независимые линии переменного напряжения 220 В, идущие от ближайших подстанций, а также дизельная электростанция. Мощность и марка дизельной электростанции были выбраны, исходя из мощности проектируемого оборудования, расхода топлива электростанции и возможности ее автоматического перехода на резервное электроснабжение. С учетом вышеперечисленного выбор был остановлен на дизельной электростанции «Вепрь» Российского производства, характеристики которой приведены ниже в таблице. Таблица 3.6 – Характеристики дизельной электростанции АДП 5-230 ВЯ-БС «Вепрь» При выборе аккумуляторных батарей следует учесть потребляемый ток всего оборудования. Так основным потребителем электроэнергии является базовая станция (около 5 А), и примерно столько же на оборудование РРС, с учетом запаса, а также длительности работы (около 5 ч) от аккумуляторных батарей будет целесообразным выбирать их емкость в пределах 100-120 А/ч. Мной были выбраны герметичные необслуживаемые свинцово-кислотные аккумуляторы серии FLB-HIGHLITE (AGM) 12 В фирмы FIAMM емкостью 25 А/ч в количестве четырех штук (100 А/ч). В качестве источника электропитания был взят ИБЭП-220/48-12 фирмы «Микран», способный работать в комплекте с аккумуляторными батареями до 100 А/ч каждая, а также отдавать в нагрузку до 12 А. Размещение ИБЭП и аккумуляторных батарей предусмотрено в 19 дюймовых шкафах вместе с другим оборудованием связи, а дизельной электростанции в отдельном техническом помещении вместе с запасом дизельного топлива. Прежде, чем приступать к расчету параметров радиорелейной линии необходимо определить: по какой методики производить расчеты, а также каким нормам эти расчеты должны соответствовать. Выбор и обоснование методики расчета приведен ниже. А сейчас разберемся с нормами на качественные показатели радиорелейной сети [11]. Показатели качества и готовности для различных СВЧ систем тесно связаны с характеристиками сетей связи. Эти характеристики рекомендованы МСЭ-Р и МСЭ-Т. Основными рекомендациями являются рекомендации МСЭ-Т G.801, G.821 и G.826. Характеристики в G.82I рекомендованы для цифровых сетей с интегрированными услугами (ISDN) и относятся к каналам со скоростью передачи 64 кбит/с в обоих направлениях. При измерениях на каналах с более высокой скоростью передачи можно воспользоваться рекомендацией G.821 МСЭ-Т, приложение D. Для проектирования систем со скоростью передачи STM-1 и выше используют рекомендацию G.826 МСЭ-Т «Параметры и нормы показателей качества по ошибкам для международных цифровых трактов с постоянной скоростью передачи, равной или выше первичной скорости». В Рекомендации G.801 МСЭ-Т определяются модели цифровой сети как совокупности гипотетических объектов определенной длины и состава. Цифровое ГЭС — это модель, на основе которой могут проводиться исследования применительно к общим показателям качества, что облегчает формирование соответствующих стандартов и норм. Применительно к показателям качества сети ЦСИС принято рассматривать чисто цифровое соединение со скоростью передачи 64 кбит/с. Поскольку показатели качества полной сети и каждый ее параметр в отдельности должны соответствовать требованиям пользователя, то такие показатели в основном должны быть связаны с моделью сети, представляющей очень длинные соединения. На рисунке 4.1 показано удовлетворяющее этому требованию гипотетическое эталонное соединение протяженностью 27 500 км. Рисунок 4.1 – Гипотетическое эталонное соединение Примечание 1.— Невозможно определить, где проходит граница между участками среднего и высокого качества гипотетического эталонного соединения. Примечание 2.— LE обозначает "местную станцию" или эквивалентную точку схемы. Для облегчения исследования ухудшений цифровой передачи (например, ошибки в битах, дрожание и дрейф фазы, проскальзывания, время передачи) модель сети должна включать сочетание различных типов элементов передачи (например, системы передачи, мультиплексоры, демультиплексоры, цифровые тракты, транскодеры). Такая модель определяется как ГЭЦЛ. В Рекомендациях МСЭ-Р обычно используется термин ГЭЦТ. Его длина принимается равной 2500 км. Гипотетический эталонный цифровой тракт протяженностью 2500 км для радиорелейных систем состоит из девяти радиоучастков, каждый из которых имеет длину примерно 280 км. Для того чтобы при расчетах на основе модели могли быть использованы качественные параметры, взятые непосредственно из технических описаний систем передачи, в составе модели используется понятие гипотетический эталонный цифровой участок (ГЭЦУ). Входной и выходной порты указанного участка — рекомендуемые интерфейсы, соответствующие Рекомендациям G.703 МСЭ-Т и F.556 МСЭ-Р для различных скоростей цифровой иерархии. Протяженность участков выбрана типичной для цифровых участков, встречающихся в реальных сетях, и достаточно большой, чтобы соответствовать реальным показателям качества цифровых радиосистем. Модель является однородной, то есть она не включает другого цифрового оборудования, такого как мультиплексоры и демультиплексоры. Это позволяет ей быть основой для построения гипотетического эталонного цифрового тракта (ГЭЦТ). В Рекомендации G.921 МСЭ-Т для ГЭЦУ предусмотрена протяженность 50 и 280 км [20]. МСЭ-Т не устанавливает характеристики готовности для ГЭС. Характеристики готовности для ГЭЦГ установлены в рекомендации 557 МСЭ-Р [18]. ГЭЦТ считается неготовой, если в течение 10 последовательных секунд возникли следующие условия или одно из них: · передача цифрового сигнала прервана; · в каждой секунде ВЕR хуже 10-3
. Неготовность аппаратуры уплотнения исключается. Ее характеристики будут установлены МСЭ-Т позже. Характеристики неготовности делятся на неготовность оборудования и неготовность, вызванную условиями распространения радиоволн. Величина этих долей определяется администрациями или проектировщиками линий, но большинство администраций приняло величину неготовности, вызванную дождем, между 30% - 50% . ГЭС, ГЭЦТ и ГЭЦУ служат основой для определения параметров качества по ошибкам и готовности [11, 22]. Рекомендация G.821 МСЭ-Т была разработана 15 лет назад; она была первой Рекомендацией, посвященной показателям качества по ошибкам для международного цифрового соединения. В ней определялись параметры и нормы на показатели качества по ошибкам для канала 64 кбит/с, а в Приложении D содержалась специальная процедура пересчета норм для того случая, если измерения проводились на скорости передачи битов в системе. На рисунке 4.1 приведена конфигурация полностью цифрового ГЭС с показателями качества по ошибкам соединения по коммутируемому каналу 64 кбит/с и распределением показателей качества по элементам соединения. Показатели качества по ошибкам должны оцениваться только тогда, когда соединение находится в состоянии готовности. Параметры показателей качества по ошибкам получаются на основе следующих событий: · Секунда с ошибками (ES): период в 1 секунду, в течение которого наблюдаются ошибки в одном или нескольких битах. · Секунда, пораженная ошибками (SES): период в 1 секунду, в течение которого коэффициент ошибок по битам ³ 1 х 10-3
. Параметрами являются: ·Коэффициент секунд с ошибками (ESR): отношение числа ES к общему числу секунд в период готовности в течение фиксированного интервала измерений; ·Коэффициент секунд, пораженных ошибками (SESR): отношение числа SES к общему числу секунд в период готовности в течение фиксированного интервала измерений. В таблице 4.2 представлены показатели качества по ошибкам для международного соединения сети ЦСИС и его участков в соответствии с Рекомендацией G.821 МСЭ-Т и Рекомендациями F.594, F.634 и F.696 МСЭ-Р. Таблица 4.2 - Показатели качества по ошибкам для международного соединения сети ЦСИС и его участков 0,012 Рек. F.697 МСЭ-Р 0,00015 Рек. F.697 МСЭ-Р 0,012 Рек. F.696 МСЭ-Р 0,0004 Рек. F.696 МСЭ-Р Высокое качество 25 000 км, 2500км 0,032 0,0032 0,0004 0,00004 0,0032 Рек. F.594, F.634 МСЭ-Р 0,00054 Рек. F.594, F.634 МСЭ-Р < 0,002 (0,001+0,001) Примечание 1. — К значениям SESR для участков среднего и высокого качества прибавляется поправочная величина 0,001 для учета возникающих время от времени неблагоприятных условий распространения сигнала в сети (имеется в виду худший месяц года). Ввиду случайного характера эффектов, возникающих в худший месяц года в соединениях, которые могут находиться в любой точке земного шара, принято следующее распределение общей поправочной величины SESR 0,001: · 0,0005 SESR для ГЭЦТ протяженностью 2500 км радиорелейных систем при использовании в соединении на участке высокого качества; · 0,0005 SESR для ГЭЦТ протяженностью 2500 км радиорелейных систем при использовании в соединении на участке среднего качества. Рекомендация G.826 МСЭ-Т применяется к международным трактам с постоянной скоростью передачи битов, равной или превышающей первичную скорость [23]. Эти тракты могут быть основаны на плезиохронной цифровой иерархии, синхронной цифровой иерархии или быть частью какой-либо другой передающей сети, например, сотовой. Рекомендация является общей в том смысле, что определяет параметры и нормы для трактов независимо от типа сети, частью которой эти тракты являются. Если соединение 64 кбит/с удовлетворяет требованиям этой Рекомендации, можно быть уверенным в том, что оно в большинстве случаев будет удовлетворять и требованиям, содержащимся в Рекомендации G.821 МСЭ-Т. Таким образом, Рекомендация G.826 является единственной Рекомендацией, необходимой для расчетов показателей качества по ошибкам при проектировании сетей с первичной скоростью передачи или выше. Рекомендация G.826 МСЭ-Т составлена на основе измерения показателей качества по ошибкам в блоках. Блоком называется набор последовательно передаваемых по данному каналу битов; каждый бит принадлежит одному и только одному блоку. Последовательность битов может не быть непрерывной во времени. В Рекомендации G.826 МСЭ-Т указываются нормы на показатели качества и готовности, которые сведены в таблицу 4.3. Таблица 4.3 – Нормы на показатели качества и готовности в соответствии с рекомендацией G.826 Пропорционально Независимо от длины для Таким образом, в нашем случае будем рассчитывать коэффициент неготовности В настоящее время существует достаточно большое количество методик расчета радиорелейных трасс. Выбор той или иной методики зависит, как правило, от следующих двух факторов: 1. доступности методики; 2. соответствие методики техническим требованиям на расчет радиорелейной линии. Мной были найдены следующие методики: · Методика расчета трасс аналоговых и цифровых РРЛ прямой видимости, Москва, 1987 г., 243 с.; · Мордухович Л.Г., Степанов А.П. Системы радиосвязи. Курсовое проектирование: Учеб. Пособие для вузов. – М.: Радио и связь, 1987.-192 с.; · Проектирование радиорелейных линий прямой видимости: Ингвар Хенне, Пер Торвальдсен – Берген: NeraTelecommunications, 1994г. 153с.; · Справочник по цифровым радиорелейным системам, Международный союз электросвязи, Бюро радиосвязи, г. Женева, 1996 г. Первые две методики не были взяты для проектирования по следующим причинам: · методики были составлены в 1987 году и уже морально устарели; · нет полного представления о методах расчета цифровых РРЛ, хотя относительно аналоговых РРЛ дается вполне достаточно информации; · в большинстве случаев приводится слишком полный расчет, отсутствие моделей упрощённого расчёта; · отсутствие экспериментальных данных. Среди двух оставшихся наиболее приемлемая методика фирмы NERANETWORKSAS, Норвегия. Автор - Ингвар Хенне, Пер Торвальдсен. Работа довольно подробная, содержащая предварительную и детальную часть расчётов. Учитывает возможность проектирования во всех возможных частотных диапазонах, практически на любой аппаратуре. Последний из перечисленных документов нельзя полностью использовать в расчетах, поскольку, прежде всего, – это справочная литература, хотя некоторые расчеты приводятся достаточно подробно и обоснованно. Среди частных методик можно выделить две, распространяемые в виде компьютерных вычислительных комплексов: 1. DRRL 4.0; 2. Territories фирмы «Золотая корона». Обе эти методики используют фирмы, занимающиеся расчетами радиорелейных трасс. Кроме того, Territories имеет хорошую техническую поддержку в виде предоставления цифровых карт при расчете профиля трассы, а также более правильные расчеты в диапазоне меньше 1 ГГц и при передаче потока STM-1. Таким образом, в качестве основной методики расчетов мной была выбрана методика фирмы NERANETWORKS, как общедоступная и отвечающая критерию достоверности расчетов. В качестве дополнительной справочной информации было решено использовать Справочник по цифровым радиорелейным системам международного союза электросвязи. Расчет любой радиорелейной линии в первую очередь сводится к выбору трассы и места расположения станций проектируемой сети. Как правило, любой проект по строительству РРЛ подразумевает конкретные места расположения станций. В нашем случае все радиорелейные станции располагаются вблизи газопроводов (основная их задача – обеспечение технологической связи), а также, по возможности, как можно ближе к населенным пунктам и проходящим дорогам, что облегчает обслуживание РРЛ и подвод необходимых коммуникаций. Все внешнее оборудование размещается либо на существующих антенных башнях и опорах, либо на проектируемых. Внутренне оборудование располагается либо в уже существующих старых зданиях на месте демонтируемого оборудования системы «Трал 400/24», либо в специально устанавливаемых контейнерах типа «Север». Все мультиплексорное оборудование и внутренне оборудование радиорелейной связи, а также источники питания устанавливаются в проектируемые 19 дюймовые шкафы связи. Общая протяженность ЦРРЛ составляет 275.48 км. Средняя длина интервала – 35,435 км. Минимальная длина интервала – 14,75 км. Максимальная длина интервала – 46,15 км. Большая часть площадок проектируемой ЦРРЛ совпадают со станциями существующей РРЛ «Трал-400/24» Нижневартовск – Парабель – Томск. Размещение новых станций будет произведено рядом с н.п. Тунгусово и н.п. Кривошеино, ввиду производственной необходимости ООО «Томсктрансгаз». Нумерация радиорелейных станций ведется от п. Чажемто до г. Томска. Стоит отметить, что в случае превышения норм на качественные параметры связи РРЛ, применяют следующие технические решения: 1. поднимают антенны станций на большую высоту, что сопряжено с рядом трудностей: как с ограниченностью самой башни (мачты), так и возможной сложной э/м обстановкой с уже имеющимся оборудованием; 2. выбор другого места положения радиорелейной станции; 3. применение другого оборудования (более чувствительный приемник, более мощный передатчик, антенны с большим диаметром); 4. еще один очень часто используемый способ – применение разнесенного приема, который бывает двух видов – пространственный (разнос антенн) и частотный (передача на двух частотах), также может использоваться комбинация этих методов. Частотный метод в терминологии радиорелейной связи более известен как метод выбора «систем резервирования». Поскольку систем резервирования известно несколько, а не все радиорелейное оборудование поддерживает все из них, то наша задача также будет заключаться в выборе наиболее оптимального из этих способов для применения в нашем случае. Для работы при различных условиях эксплуатации и окружающей среды все активное оборудование может быть использовано в одном из перечисленных ниже режимах: · 1 + 0 – передача радиосигнала без резервирования; · 1 + 1 горячий резерв – передача радиосигнала с полным резервированием оборудования. · 1 + 1 резервирование линии – передача STM – 1 канала через основной и резервный радиоканал, используя два номинала частот с помощью одной антенны. Режим «горячего резервирования» 1 + 1 представляет собой резервирование оборудования, при котором передается один STM – 1 поток с использованием одного радиочастотного канала. При выходе из строя оборудования, система автоматически переключается на резервный комплект. При этом время переключение настолько мало, что такое пропадание сигнала не превышает нормы по качественным показателям радиорелейной линии, а на практике составляет менее 10 нс. При горячем резервировании необходимо наличие двух комплектов ППУ, которые работают на одну антенну (рисунок 5.1). Существуют еще два режима резервирования «теплый» и «холодный», их основное отличие от «горячего» заключается во времени переключения на резервный канал. При этом, при «холодном» и «теплом» резервировании можно работать на той же частоте, что и основной канал. Как правило, в последнее время производители современного радиорелейного оборудования стараются использовать только «горячий», и лишь в редких случаях - «теплый». В некоторых случаях обеспечивают постоянную передачу одной и той же информации по двум независимым каналам, при этом каждый канал имеет свое ППУ и свою антенну. Устройство на приеме производит сравнение сигналов, поступающих на вход приемников и, в зависимости от уровня сигнала, выбирает наилучший. Такой способ позволяет свести потерю информации в связи с замираниями сигнала в атмосфере на нет, но за это надо платить как большим занимаемым частотным ресурсом, так и большей стоимостью оборудования. Рисунок 5.1 - Принцип частотного разнесения каналов Трасса проектируемой ЦРРЛ проходит по климатической зоне Западно-Сибирской низменности через Томский, Шегарский, Кожевниковский, Кривошеинский, Молчановский и Колпашевский район Томской области. Величина интенсивности дождей составляет 70 мм/ч. Параметром аппаратуры цифровых РРЛ, характеризующим помехоустойчивость является пороговый уровень сигнала на входе приемника Для расчета статистики глубины сравнительно медленных рефракционных замираний с учетом нелинейного изменения диэлектрической проницаемости воздуха замирания В качестве качественных показателей пролета любой радиорелейной линии используют два параметра, которые мы и будем рассчитывать: 1. Коэффициент неготовности; 2. Коэффициент секунд со значительным количеством ошибок. Коэффициент неготовности линии где Прежде, чем приступать к расчету вероятностей нарушения связи, разберемся с таким понятием, как запас на замирание. Атмосферные возмущения оказывают влияние на условия передачи на радиорелейных линиях прямой видимости. Уровень принимаемого сигнала изменяется во времени и характеристики системы определяются вероятностью того, что уровень сигнала упадёт ниже порогового значения, или спектр принимаемого сигнала будет сильно искажён [3,11]. Рассмотрим упрощенную структурную схему интервала радиолинии и соответствующую диаграмму уровней сигнала (рисунок 5.2). Очевидно, что качество работы линии связи, определяется уровнем сигнала на входе приемника Рисунок 5.2 – Диаграмма уровней сигнала на пролете РРЛ На диаграмме уровней видно, что сигнал излучается передатчиком с уровнем При распространении сигнала по интервалу РРЛ (протяженностью В приемной антенне уровень сигнала увеличится на величину Запас на замирания Уровень сигнала на входе приемника можно определить по следующей формуле: где При отсутствии фидера (когда приемопередатчики объединены с антенной в виде моноблока) необходимо учитывать конструктивные особенности устройства объединения, как правило, в этих случаях потери в фидерах можно принять равными 0 дБ. При больших диаметрах антенн соединение проводится коротким отрезком гибкого волновода, потери в котором где где Атмосферные потери, в основном, складываются из потерь в атомах кислорода и в молекулах воды. Практически полная непрозрачность атмосферы для радиоволн наблюдается на частоте 118.74 ГГц (резонансное поглощение в атомах кислорода), а на частотах больше 60 ГГц погонное затухание превышает 15 дБ/км. Ослабление в водяных парах атмосферы зависит от их концентрации и весьма велико во влажном теплом климате и доминирует на частотах ниже 45 ГГц [4,18]. Погонные потери в атомах кислорода (дБ/км): где Эта формула справедлива для рабочих частот ниже 57 ГГц,
при нормальном атмосферном давлении и при температуре воздуха +15 градусов С. Погонные потери в водяных парах (дБ/км): где Суммарные погонные потери (дБ/км) при температуре, отличной от 15 градусов С: где t - температура воздуха в градусах С. Таким образом, расчет запаса на замирания можно провести по следующей формуле: где Метеорологические условия в пространстве, разделяющем передатчик и приёмник, могут иногда оказывать вредное воздействие на принимаемый сигнал. Лучи, которые обычно затухают в тропосфере, могут преломляться и попадать в приёмную антенну и в приёмник, где они суммируются с полезным сигналом. Амплитудно-фазовые соотношения между этими сигналами определяют результирующий сигнал на выходе приёмника. При этом возникают два эффекта, влияющих на качество передачи сигналов. В одних случаях все компоненты полезного сигнала уменьшаются в равной степени. Это так называемые «плоские» замирания [8]. В других случаях подавляются только некоторые компоненты спектра, вызывая его искажения. Это так называемые «селективные» замирания. Эти два эффекта проявляются раздельно. Плоские замирания В отчёте 338-6 МСЭ-Р и в рекомендации 530 даются два различных метода для расчёта вероятности появления замираний для худшего месяца. Эти методы называются метод 1 и метод 2. Метод 1 используется для проектирования на начальном этапе, метод 2 - для более детального проектирования. Несмотря на то, что профиль нам известен, для пролёта Чажемто -Леботер проведём расчёт первым методом. Измерения проведённые в различных частях мира (отчёт 336-8 МСЭ-Р и рекомендация 530), показали, что вероятность снижения уровня принимаемого сигнала на где где где При отсутствии таких данных можно использовать следующие эмпирические соотношения для сухопутных трасс: где PL
– это процент времени, в течении которого средний коэффициент преломления в самых нижних 100 м атмосферы меньше, чем – 100 N/км. В методике Neraприведены значения PL
для четырёх различных месяцев. Выбирается месяц, имеющий наибольшее значение PL
. По рисункам в находим значение PL
= 5. М=10-0,2
этот коэффициент используется при сильно изрезанных профилях пролётов, когда не имеет смысла определять среднее значение угла касания. В нашем случае М=1. Селективные замирания Характеристики радиорелейных линий прямой видимости могут быть серьёзно ухудшены селективными замираниями из-за амплитудных и фазовых искажений в полосе сигнала. Эти многолучевые (или селективные) замирания могут появиться в результате отражений от поверхности или аномалий в атмосфере, например, большого градиента в атмосферном волноводе [8]. При неизменной во времени горизонтально расслоенной атмосфере вертикальный градиент преломления в атмосфере вызывает появление нескольких лучей распространения между передатчиком и приёмником на линии прямой видимости, как показано на рисунке 5.3. Но это лишь упрощенная модель, на самом деле в приемник приходит множество отраженных сигналов на один переданный. Рисунок 5.3 - Упрощённая двулучевая модель селективных замираний Если через Влияние селективного замирания на цифровую радиорелейную линию можно кратко описать следующим образом [18]: · уменьшается отношение сигнал/шум и, следовательно, увеличивается вероятность ошибки (BER); · искажается форма импульса, увеличивая межсимвольную интерференцию и вероятность ошибки; · увеличиваются взаимные помехи между ортогональными несущими, потоками I и Q и, следовательно, увеличивается BER. Имеется целый ряд различных методов прогноза нарушений связи, вызванных селективными замираниями. Фирма “Nera” выбрала использование метода сигнатур, описанных в отчёте 784-3 МСЭ-Р. Этот метод достаточно хорошо согласуется с результатами измерений и ясно показывает способность радиоаппаратуры противостоять селективным замираниям. Вероятность появления селективного замирания равна: Где Общая вероятность нарушения радиосвязи, вызванная многолучевым замиранием, равна сумме вероятностей нарушений, вызванных плоским и селективным замиранием: В методике Nera нет детального расчета параметра SESR. Его значение будем брать из программы Territories. Упрощенно этот расчет можно отобразить следующей формулой: где выходе ЦРРЛ превосходит максимально допустимый коэффициент ошибок из- за многолучевых (интерференционных) замираний на интервале; выходе цифровой РРЛ превосходит максимально допустимый коэффициент ошибок из-за субрефракционных замираний, происходящих по причине экрани- рующего влияния препятствий при субрефракции; Передача СВЧ-сигнала подвержена влиянию осадков. Дождь, снег, частички льда и град ослабляют и рассеивают СВЧ-сигнал, что определяет готовность системы с точки зрения качества передачи. Энергия ослабляется из-за переизлучения (рассеяние) и поглощения (нагревания). Так как радиоволны представляют собой переменное во времени электромагнитное поле, оно наводит в дождевой капле дипольный момент. Диполь дождевой капли изменяется во времени так же, как и радиоволна и поэтому действует как антенна, переизлучающая энергию. Дождевая капля представляет собой антенну с очень небольшой направленностью и какая-то доля энергии переизлучается по различным направлениям, что приводит к частым потерям энергии. Когда длинна волны меньше размера дождевых капель, большая часть энергии уходит на нагревание капель. Напряжённость поля радиоволны сильно меняется из-за наведения дипольного момента [18]. Увеличение дождевых капель приводит к изменению их формы, они приобретают форму отличную от сферической. Это отклонение от сферической формы вызывает их растяжение в горизонтальном направлении. Следовательно, капли будут ослаблять горизонтально поляризованную волну больше, чем вертикально поляризованную. Это значит, что вертикальная поляризация предпочтительней на высоких частотах, где доминирует «простой» радиолинии, вызванный дождём. Поскольку дождь имеет тенденцию идти зарядами (особенно дожди с высокой скоростью), только часть пролёта радиолинии будет подвержена влиянию дождя. Эффективная длина пролёта, содержащего дождевые заряды, определяется выражением: где Затухание на пролёте, вызванное дождём, может быть найдено по формуле: где k = 0.00454, α = 1.327 – коэффициенты регрессии для данного частотного диапазона, как функции частоты и поляризации (взяты из методики фирмы Nera). Расчёт неготовности, вызванной дождём, будет вестись для горизонтальной поляризации, т.к. в этом случае затухание в осадках электромагнитной волны выше. Неготовность, вызванная дождём, может быть найдена по формуле: Чтобы избежать мнимых значений, необходимо использовать округленное значение Рефракцией называется искривление траектории волн, обусловленное неоднородным строением тропосферы. Коэффициент преломления в тропосфере где где Коэффициент преломления Так как где Под величиной Для определения кривизны луча на практике используется понятие коэффициента рефракции: Для нормальной атмосферы Это значение и будем использовать при моделировании распространения радиоволн в дальнейших расчетах. Исходные данные этого пролета представлены в таблице 5.1, основные параметры аппаратуры взяты из приложения А. Расчет произведен в программе MathCad 2001 Professional. Таблица 5.1 – Исходные данные пролета Чажемто - Леботер 58o
03'92”c.ш. 82o
50’40”в.д. 57o
52'58”c.ш. 83o
08’16”в.д. Ниже представлен профиль пролета РРС-1 – РРС-2. Данный профиль, как и все последующие, составлен при помощи контурных карт Томской области, электронных карт, а также данных, предоставленных ООО «Томсктрансгаз». Рисунок 5.4 – Профиль пролета Чажемто-Леботер Расчет атмосферных потерь по п.5.3.3: Погонные потери в атомах кислорода составляют (формула 5.5) при Погонные потери в водяных парах (формула 5.6): Найдем суммарные потери при температуре, отличной от 15 градусов С в худшем случае (при Суммарные атмосферные потери с учетом длительности интервала составят (формула 5.4): Расчет запаса на замирание: С учетом таблицы 5.1 и параметров аппаратуры фирмы «Микран» имеем: Ослабление радиоволн при распространении в свободном пространстве составляет (формула 5.3): Найдем уровень сигнала на входе приемника по формуле 5.2: Необходимый запас на замирания находим по формуле 5.8, с учетом чувствительности приемника фирмы «Микран» равной Расчет вероятности нарушения связи из-за многолучевого распространения Плоские замирания Найдем вероятность появления плоских замираний, но перед этим определим: · геоклиматический коэффициент находим по формуле 5.12: · с учетом исходных данных таблицы 5.1 находим наклон пролета (5.11): Подставим полученные значения в формулу 5.10: Теперь найдем значение вероятности плоских замираний по формуле 5.9: Селективные замирания Найдем коэффициент активности замирания по формуле 5.14: Типовое время задержки отражённого сигнала на пролёте: Подставим полученные значения в формулу (5.13) для расчета вероятности селективного замирания: С помощью формулы 5.15 находим общую вероятность нарушения связи из-за многолучевого распространения: Расчет вероятности нарушения связи, вызванного дождем Определим эффективную длину пролета по формуле 5.17: Определяем затухание на пролете, используя формулу 5.18 Таким образом, неготовность, вызванная дождем, составляет (формула 5.19): Найдем коэффициент неготовности линии по формуле 5.1, с использованием формул 5.26е и 5.26ж: а норма - Согласно Рекомендации МСЭ-Т G.821 события SES регистрируются при По рекомендации G.826 одним из условий регистрации события SES является наличие более 30% блоков с ошибками. Расчет в программе Territories дает следующее значение SESR: При условии, что норма составляет 0.003 для внутризоновой сети протяженностью 50 км и менее. Таким образом, никакое разнесение не требуется. Исходные данные этого пролета представлены в таблице 5.2. Таблица 5.2 – Исходные данные пролета Леботер-Тунгусово 57o
52'58”c.ш. 83o
08’16”в.д. 57o
37'10”c.ш. 83o
29’40”в.д. Ниже представлен профиль пролета РРС-2 – РРС-3. Рисунок 5.5 – Профиль пролета Леботер-Тунгусово Расчет атмосферных потерь по п.5.3.3: Суммарные удельные атмосферные потери возьмем из формулы 5.20а и найдем потери в атмосфере с учетом длительности пролета: Расчет запаса на замирание: Ослабление радиоволн при распространении в свободном пространстве: Уровень сигнала на входе приемника по формуле 5.2: Необходимый запас на замирания находим по формуле 5.8, с учетом чувствительности приемника фирмы «Микран» равной Расчет вероятности нарушения связи из-за многолучевого распространения Плоские замирания Найдем вероятность появления плоских замираний. · геоклиматический коэффициент: · наклон пролета (таблица 5.2): Подставим полученные значения в формулу 5.10: Вероятность плоских замираний: Селективные замирания Найдем коэффициент активности замирания по формуле 5.14: Типовое время задержки отражённого сигнала на пролёте: Подставим полученные значения в формулу (5.13) для расчета вероятности селективного замирания: С помощью формулы 5.15 находим общую вероятность нарушения связи из-за многолучевого распространения: Расчет вероятности нарушения связи, вызванного дождем Определим эффективную длину пролета по формуле 5.17: Определяем затухание на пролете Таким образом, неготовность, вызванная дождем, составляет (формула 5.19): Таким образом, никакое разнесение не требуется. Исходные данные этого пролета представлены в таблице 5.3. Таблица 5.3 – Исходные данные пролета Тунгусово-Кривошеино 57o
37'10”c.ш. 83o
29’40”в.д. 57o
20'25”c.ш. 83o
53’20”в.д. Ниже представлен профиль пролета РРС-3 – РРС-4. Рисунок 5.6 – Профиль пролета Тунгусово-Кривошеино Расчет атмосферных потерь по п.5.3.3: Суммарные удельные атмосферные потери возьмем из формулы 5.26а и найдем потери в атмосфере с учетом длительности пролета: Расчет запаса на замирание: Ослабление радиоволн при распространении в свободном пространстве: Уровень сигнала на входе приемника по формуле 5.2: Необходимый запас на замирания находим по формуле 5.8, с учетом чувствительности приемника фирмы «Микран» равной Расчет вероятности нарушения связи из-за многолучевого распространения Плоские замирания Найдем вероятность появления плоских замираний. · геоклиматический коэффициент: · наклон пролета (таблица 5.2): Подставим полученные значения в формулу 5.10: Вероятность плоских замираний: Селективные замирания Найдем коэффициент активности замирания по формуле 5.14: Типовое время задержки отражённого сигнала на пролёте: Подставим полученные значения в формулу (5.13) для расчета вероятности селективного замирания: С помощью формулы 5.15 находим общую вероятность нарушения связи из-за многолучевого распространения: Расчет вероятности нарушения связи, вызванного дождем Определим эффективную длину пролета по формуле 5.17: Определяем затухание на пролете Таким образом, неготовность, вызванная дождем, составляет (формула 5.19): Согласно Рекомендации МСЭ-Т G.821 события SES регистрируются при По рекомендации G.826 одним из условий регистрации события SES является наличие более 30% блоков с ошибками. Расчет в программе Territories дает следующее значение SESR: Поскольку рассчитанный SESR превышает норму почти в 6 раз, то будем использовать пространственное разнесение. На обеих станциях установим дополнительные антенны с коэффициентом усиления где В нашем случае разносим антенны на 10 м, а диаметр оставляет таким же, как и у основных антенн. В соответствии с формулой 5.29 определяем коэффициент выигрыша: Таким образом Применение пространственного разнесения оказывается достаточным для соблюдения качественных показателей системы. Исходные данные этого пролета представлены в таблице 5.4, основные параметры аппаратуры взяты из приложения А. Таблица 5.4 – Исходные данные пролета Кривошеино-Володино Кривошеино: РРС-4 Володино: РРС-5 57o
20'25”c.ш. 83o
53’20”в.д. 57o
07'24”c.ш. 83o
56’71”в.д. Ниже представлен профиль пролета РРС-4 – РРС-5. Рисунок 5.7 – Профиль пролета Кривошеино-Володино
Расчет атмосферных потерь: Суммарные удельные атмосферные потери возьмем из формулы 5.26а и найдем потери в атмосфере с учетом длительности пролета: Расчет запаса на замирание: Ослабление радиоволн при распространении в свободном пространстве: Уровень сигнала на входе приемника по формуле 5.2: Необходимый запас на замирания: Расчет вероятности нарушения связи из-за многолучевого распространения Плоские замирания Найдем вероятность появления плоских замираний. · геоклиматический коэффициент: · наклон пролета (таблица 5.2): Подставим полученные значения в формулу 5.10: Вероятность плоских замираний: Селективные замирания Найдем коэффициент активности замирания по формуле 5.14: Типовое время задержки отражённого сигнала на пролёте: Подставим полученные значения в формулу (5.13) для расчета вероятности селективного замирания: С помощью формулы 5.15 находим общую вероятность нарушения связи из-за многолучевого распространения: Расчет вероятности нарушения связи, вызванного дождем Определим эффективную длину пролета по формуле 5.17: Определяем затухание на пролете Таким образом, неготовность, вызванная дождем, составляет (формула 5.19): Таким образом, никакое разнесение не требуется. Исходные данные этого пролета представлены в таблице 5.5. Таблица 5.5 – Исходные данные пролета Володино-Вознесенка Володино: РРС-5 Вознесенка: РРС-6 57o
07'24”c.ш. 83o
56’71”в.д. 56o
43'05”c.ш. 83o
56’76”в.д. Ниже представлен профиль пролета РРС-5 – РРС-6. Рисунок 5.8 – Профиль пролета Володино-Вознесенка Расчет атмосферных потерь: Суммарные удельные атмосферные потери возьмем из формулы 5.26а и найдем потери в атмосфере с учетом длительности пролета: Расчет запаса на замирание: Ослабление радиоволн при распространении в свободном пространстве: Уровень сигнала на входе приемника по формуле 5.2: Необходимый запас на замирания: Расчет вероятности нарушения связи из-за многолучевого распространения Плоские замирания Найдем вероятность появления плоских замираний. · геоклиматический коэффициент: · наклон пролета (таблица 5.2): Подставим полученные значения в формулу 5.10: Вероятность плоских замираний: Селективные замирания Найдем коэффициент активности замирания по формуле 5.14: Типовое время задержки отражённого сигнала на пролёте: Подставим полученные значения в формулу (5.13) для расчета вероятности селективного замирания: С помощью формулы 5.15 находим общую вероятность нарушения связи из-за многолучевого распространения: Расчет вероятности нарушения связи, вызванного дождем Определим эффективную длину пролета по формуле 5.17: Определяем затухание на пролете Таким образом, неготовность, вызванная дождем, составляет (формула 5.19): Поскольку рассчитанный SESR превышает норму почти в 17 раз, то будем использовать пространственное разнесение. На обеих станциях установим дополнительные антенны с коэффициентом усиления Таким образом Применение пространственного разнесения оказывается достаточным для соблюдения норм на качественные показатели системы. Исходные данные этого пролета представлены в таблице 5.6. Таблица 5.6 – Исходные данные пролета Вознесенка-Киреевск Вознесенка: РРС-6 Киреевск: РРС-7 56o
43'05”c.ш. 83o
56’76”в.д. 56o
21'67”c.ш. 84o
05’32”в.д. Ниже представлен профиль пролета РРС-6 – РРС-7 Рисунок 5.9 – Профиль пролета Вознесенка-Киреевск Расчет атмосферных потерь: Суммарные удельные атмосферные потери возьмем из формулы 5.26а и найдем потери в атмосфере с учетом длительности пролета: Расчет запаса на замирание: Ослабление радиоволн при распространении в свободном пространстве: Уровень сигнала на входе приемника по формуле 5.2: Необходимый запас на замирания: Расчет вероятности нарушения связи из-за многолучевого распространения Плоские замирания Найдем вероятность появления плоских замираний. · геоклиматический коэффициент: · наклон пролета (таблица 5.2): Подставим полученные значения в формулу 5.10: Вероятность плоских замираний: Селективные замирания Найдем коэффициент активности замирания по формуле 5.14: Типовое время задержки отражённого сигнала на пролёте: Подставим полученные значения в формулу (5.13) для расчета вероятности селективного замирания: С помощью формулы 5.15 находим общую вероятность нарушения связи из-за многолучевого распространения: Расчет вероятности нарушения связи, вызванного дождем Определим эффективную длину пролета по формуле 5.17: Определяем затухание на пролете Таким образом, неготовность, вызванная дождем, составляет (формула 5.19): с учетом погрешности расчетов количество SES находится в пределах нормы. Таким образом, никакое разнесение не требуется. Исходные данные этого пролета представлены в таблице 5.7. Таблица 5.7 – Исходные данные пролета Киреевск-Кисловка Киреевск: РРС-7 Кисловка: РРС-8 56o
21'67”c.ш. 84o
05’32”в.д. 56o
23'50”c.ш. 84o
49’90”в.д. Ниже представлен профиль пролета РРС-7 – РРС-8 Рисунок 5.10 – Профиль пролета Киреевск-Кисловка Расчет атмосферных потерь: Суммарные удельные атмосферные потери возьмем из формулы 5.26а и найдем потери в атмосфере с учетом длительности пролета: Расчет запаса на замирание: Ослабление радиоволн при распространении в свободном пространстве: Уровень сигнала на входе приемника по формуле 5.2: Необходимый запас на замирания: Расчет вероятности нарушения связи из-за многолучевого распространения Плоские замирания Найдем вероятность появления плоских замираний. · геоклиматический коэффициент: · наклон пролета (таблица 5.2): Подставим полученные значения в формулу 5.10: Вероятность плоских замираний: Селективные замирания Найдем коэффициент активности замирания по формуле 5.14: Типовое время задержки отражённого сигнала на пролёте: Подставим полученные значения в формулу (5.13) для расчета вероятности селективного замирания: С помощью формулы 5.15 находим общую вероятность нарушения связи из-за многолучевого распространения: Расчет вероятности нарушения связи, вызванного дождем Определим эффективную длину пролета по формуле 5.17: Определяем затухание на пролете Таким образом, неготовность, вызванная дождем, составляет (формула 5.19): Поскольку рассчитанный SESR превышает норму, то будем использовать пространственное разнесение. На обеих станциях установим дополнительные антенны с коэффициентом усиления Таким образом Применение пространственного разнесения оказывается достаточным для соблюдения норм на качественные показатели системы. Исходные данные этого пролета представлены в таблице 5.8. Таблица 5.8 – Исходные данные пролета Кисловка-Томск Кисловка: РРС-8 Томск: РРС-9 56o
23'50”c.ш. 84o
49’90”в.д. 56о
30’00”c.ш. 85o
00’31”в.д. Ниже представлен профиль пролета РРС-8 – РРС-9. Рисунок 5.11 – Профиль пролета Кисловка-Томск Расчет атмосферных потерь: Суммарные удельные атмосферные потери возьмем из формулы 5.26а и найдем потери в атмосфере с учетом длительности пролета: Расчет запаса на замирание: Ослабление радиоволн при распространении в свободном пространстве: Уровень сигнала на входе приемника по формуле 5.2: Необходимый запас на замирания: Расчет вероятности нарушения связи из-за многолучевого распространения Плоские замирания Найдем вероятность появления плоских замираний. · геоклиматический коэффициент: · наклон пролета (таблица 5.2): Подставим полученные значения в формулу 5.10: Вероятность плоских замираний: Селективные замирания Найдем коэффициент активности замирания по формуле 5.14: Типовое время задержки отражённого сигнала на пролёте: Подставим полученные значения в формулу (5.13) для расчета вероятности селективного замирания: С помощью формулы 5.15 находим общую вероятность нарушения связи из-за многолучевого распространения: Расчет вероятности нарушения связи, вызванного дождем Определим эффективную длину пролета по формуле 5.17: Определяем затухание на пролете Таким образом, неготовность, вызванная дождем, составляет (формула 5.19): при условии, что норма составляет 0.003 для внутризоновой сети протяженностью 50 км и менее. Таким образом, никакое разнесение не требуется. Проведенные расчеты по методике Nera, а также при помощи программы Territories в приближенном сравнении совпадают, что доказывает возможность использования рассмотренной методики при расчетах реальных трасс. Ниже в таблице представлены рассчитанные качественные показатели всех пролетов проектируемой РРЛ. Таблица 5.9 –Качественные показатели пролетов РРЛ
Эта таблица, а также некоторые дополнительные параметры представлены на демонстрационном материале.
При проектировании любой беспроводной системы передачи необходимо для каждого источника ЭМИ рассчитать санитарно-защитную зону и зону ограничения застройки (ЗОЗ), исходя из вредного воздействия ЭМИ при превышении нормы на биологические организмы. В целях защиты рабочего персонала от воздействия ЭМИ РЧ, создаваемых передающими радиотехническими объектами (ПРТО), устанавливаются санитарно-защитные зоны и зоны ограничения застройки. Санитарно-защитной зоной (СЗЗ) является площадь, примыкающая к территории ПРТО. Внешняя граница СЗЗ определяется на высоте 2 м от поверхности земли. Зоной ограничения застройки (ЗОЗ) является территория, где на высоте более двух метров от поверхности земли интенсивность ЭМИ РЧ превышает предельно-допустимый уровень (ПДУ). Нормы на уровень электромагнитного излучения определяются научно-исследовательскими методами и представлены в своде норм и правил, объединенных общим названием. Мы будем пользоваться СанПиН 2.1.8/2.2.4.1383-03, некоторые его нормы рассмотрены в пункте 8.5. Предельно допустимые уровни (ПДУ) э/м излучения РЭС составляют 10мкВт/см2
. Рассчитаем СЗЗ и ЗОЗ для двух антенн: 1. в Томске; 2. в Кисловке. Высоты точек излучения и технические характеристики антенны указаны в паспорте ПРТО, представленном ниже в таблице 6.1. Таблица 6.1 - Основные сведения о передающих средствах Ниже представлены расчеты распределения плотности потока излучения э/м поля для обоих источников. Высота исследуемого участка:
2 м. Рисунок 6.1 – График распределения плотности потока излучения э/м поля Как видно из рисунка 6.1 и ниже представленной таблице интенсивность плотности потока э/м поля на людей не превышает нормы. Таблица 6.1 - Распределение электромагнитного поля для одного источника ЭМИ Ниже на рисунках приведена горизонтальная и вертикальная плоскость источника излучения, темным цветом показаны биологически опасные зоны. Рисунок 6.2 – Горизонтальная плоскость сечения интенсивности излучения э/м поля Рисунок 6.3 – Вертикальная плоскость сечения интенсивности излучения э/м поля Высота исследуемого участка: 2 м Азимут исследования: 41° 85‘ Рисунок 6.4 – График распределения плотности потока излучения э/м поля Таблица 6.2 - Распределение электромагнитного поля для одного источника ЭМИ Ниже на рисунках приведена горизонтальная и вертикальная плоскость источника излучения, темным цветом показаны биологически опасные зоны. Рисунок 6.5 – Горизонтальная плоскость сечения интенсивности излучения э/м поля Рисунок 6.6 – Вертикальная плоскость сечения интенсивности излучения э/м поля Как видно из рисунка 6.4 и таблице 6.2 интенсивность излучения э/м поля источника не превышает допустимые уровни, поэтому ни в Томске, ни в Кисловке санитарно-защитные зоны не устанавливаются. При проведении продолжительных работ на антенной опоре следует отключать передающее оборудование. Одна из задач проектирования состоит в технико-экономическом обосновании реконструкции радиорелейной линии технологической связи «Трал 400/24» на современное цифровое радиорелейное оборудование. Основными причинами переоборудования являются необходимость передачи больших потоков информации, что не позволяет выполнить существующее оборудование, а также моральное и техническое старение оборудования. В соответствии с предъявленными требованиями к проектированию было решено установить современное оборудование отечественной фирмы «Микран» на основе технологии SDH. Принятие решения использования именно этой технологии сводится к следующим важным фактам: · во-первых, поток данных в 34 Мбит/с был бы недостаточным, а использование конфигурации «2+0» и выше не просто из-за ряда технологических сложностей и экономической нецелесообразности; · во-вторых, ООО «Томсктрансгаз» и ОАО «Газпром» считает необходимым создание информационного «кольца» системы передачи данных на основе технологии SDH; · в-третьих, не исключается возможность сдачи в аренду части каналов местным операторам с целью более быстрой окупаемости проекта; · в-четвертых, использование схем взаимного резервирования с СвязьПТУС, Томсктелекомом и операторами сотовой связи, что дополнительно увеличивает кратковременную загруженность проектируемой линии. Эксплуатационно-технический уровень (ЭТУ) научно-технического продукта – это обобщающая характеристика его эксплуатационных свойств, возможностей, степени новизны, являющихся основой качества продукта. Основная цель оценки эксплуатационно-технического уровня – ответить на вопрос о соответствии параметров вновь создаваемого продукта поставленной цели. ЭТУ разрабатываемого продукта определяется после выбора аналога на основе анализа системы показателей. В качестве аналога мной выбраны две системы – существующая связь, представленная в виде РРЛ «Трал 400/24», а также система вновь проектируемой РРЛ только на ПЦИ, рассчитанная на скорость передачи 34 Мбит/с. Для учета значимости отдельных параметров воспользуемся следующим методом [9]: где JЭТУ
– комплексный показатель качества разрабатываемого программного продукта по группе показателей, n – число рассматриваемых показателей, Bi
– коэффициент весомости i-го показателя в долях единицы (сумма весов всех рассматриваемых показателей должна составлять единицу), Xi
– относительный показатель качества, устанавливаемый экспертным путем по выбранной шкале оценивания (в нашем случае- 10-ти балльная шкала). Результаты сравнения трех проектов представлены в таблице 7.1. Таблица 7.1 – Определение ЭТУ проектов Из представленной выше таблице хорошо видно преимущество проектирование системы радиорелейной связи на оборудовании SDH по сравнению с PDH. Любой бизнес-проект разрабатывается с единственной конечной целью получение прибыли. При этом на стадии планирования будущего проекта следует оценить все расходы, связанные с его реализацией. В данном пункте будем рассчитывать временные и экономические затраты, которые пошли на разработку проекта. Прежде чем приступить к разработке бизнес-проекта, следует уделить внимание составлению плана организационных работ. С точки зрения последовательности и рациональности использования времени работы должны проводиться в следующем порядке: 1. Стадия предпроектных работ: · ознакомление с основными положениями будущего проекта; · исследование существующей технологической системы связи вдоль газопровода; · составление ТЗ совместно с заказчиком (отделом УА и СТ ООО «Томсктрансгаз»); · проведение полевых работ: составление протоколов измерения сопротивления суглинка для осуществления заземления оборудования; рекогносцировка местности; определение координат РРС и азимутов между ними; осмотр размещения оборудования; · корректировка и доработка ТЗ в соответствии с полученными результатами; 2. Стадия проектирования: · Выбор оборудования в соответствии с ТЗ; · составление общей проектной документации: технологической карты, схемы организации связи, структурной схемы и т.д.; · расчет качественных показателей пролетов радиорелейной линии; · составление планов размещения оборудования РРС, а также схем расположения антенно-фидерных устройств; · расчет санзоны для каждого радиоэлектронного источника излучения; · составление пояснительной записки; · составление спецификации на оборудование и материалы, используемые в проекте; · разработка вопросов охраны труда, экономической части проекта; · составление сметной документации на проект; 3. Стадия доработки: · Исправление допущенных ошибок и устранение замечаний заказчика; 4. Стадия реализации проекта · Проведение строительных работ; · Монтаж оборудования; · Осуществление пусконаладочных работ. Все четыре стадии разработки и реализации проекта делятся на две стадии: в нашем случае с 1 по 3 – проектирование, которое осуществляет специальная фирма, имеющая на это все соответствующие лицензии; 4-я стадия является равносильной первым трем по объему работ. Как правило, реализацию проекта осуществляет генподрядчик, который определяется на конкурсной основе и может никаким образом не быть связан с разработчиком проекта. Таким образом, моя не будет рассматривать фазу реализации проекта, следовательно, бизнес-план будет составлен для определения экономической целесообразности проведения проектных работ по реконструкции «Трал 400/24»., Необходимость реконструкции РРЛ в действительных проектах определяет организация-заказчик проекта, т.е. ООО «Томсктрансгаз». Для определения затраченного времени определим трудоемкость проводимых работ, в разработке проекта принимали участие: · руководитель проектирования; · ведущий инженер; · инженер; · инженер-конструктор; · инженер-сметчик. Трудоемкость работ будем рассчитывать в трудовых днях продолжительностью 8 часов. Для каждого вида работ определяется ожидаемое время. Определим ожидаемую продолжительность работ по проектированию системы, для этого применим метод вероятностных оценок ожидаемых работ: где Оценка трудоемкости отдельных этапов работ приведена в таблице 7.2. Все расчеты сделаны согласно формуле 7.2. Таблица 7.2 – Временные затраты на проектирование Ниже таблица представлена в более понятной форме – графика поэтапного выполнения работ. Рисунок 7.1 – График поэтапной оценки работ Рисунок 7.2 – Ленточный график работ Смета затрат на проектирование включает в себя: · материалы и комплектующие; · амортизационные отчисления; · основная и дополнительная заработанная плата; · отчисления во внебюджетные фонды; · прочие прямые расходы; · накладные расходы; · услуги сторонних организаций. Произведем расчет затрат в соответствии с вышеизложенным порядком. Все материальные затраты сведены таблицу 7.3. Таблица 7.3 – Расчет потребности в материальных ресурсах Произведем расчет амортизационных отчислений для специализированного оборудования. Амортизация - процесс перенесения стоимости используемых приборов и оборудования на затраты, расходуемые на разработку технического проекта.
где Стоимость специализированного оборудования и расчет амортизационных отчислений сведем в таблицу 7.4. Таблица 7.4 – Сумма амортизационных отчислений Проведем расчет основной заработанной платы исходя из численности исполнителей, трудоемкости и средней з/платы за один рабочий день. Будем считать, что в месяце 21 рабочих дня, а в неделю 5 дней рабочих по 8 часов в день. Получение премий в расчетный период не предусмотрено. Среднедневная зарплата определяется по формуле: где Расчет заработанной платы приведен ниже в таблице 7.5. В дополнительную заработанную плату в нашем случае входит районный коэффициент, составляющий 30% от основного оклада. Таблица 7.5 – Расчет заработанной платы
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
