Курсовая работа: Конструирование радиорелейной линии
– полная прозрачность взаимоотношений между поставщиком услуг и пользователями.
Мультисервисная сеть, используя единый канал для передачи данных разных типов, дает возможность уменьшить разнообразие типов оборудования, применять единые стандарты и технологии, централизованно управлять коммуникационной средой. Мультисервисные сети поддерживают такие виды услуг, как телефонная и факсимильная связь; выделенные цифровые каналы с постоянной скоростью передачи; пакетная передача данных (FR) с требуемым качеством сервиса; передача изображений, видеоконференцсвязь; телевидение; услуги по требованию (On-Demand); IP-телефония; широкополосный доступ в Интернет; сопряжение удаленных ЛВС, в том числе работающих в различных стандартах; создание виртуальных корпоративных сетей, коммутируемых и управляемых пользователем.
Надо отметить, что мультисервисные сети – это скорее технологическая доктрина или новый подход к осознанию сегодняшней роли телекоммуникаций, основанный на понимании того, что компьютер и данные сегодня выходят на первое место по сравнению с речевой связью. Основные отличия таких сетей состоят в следующем:
– возможность передачи большому количеству пользователей в реальном времени очень больших объемов информации с необходимой синхронизацией и с использованием сложных конфигураций соединений;
– интеллектуальность (управление услугой, вызовом и соединением со стороны пользователя или поставщика сервиса, раздельная тарификация и управление условным доступом);
– инвариантность доступа (организация доступа к услугам независимо от используемой технологии);
– комплексность услуги (возможность участия нескольких провайдеров в предоставлении услуги и разделение их ответственности и дохода сообразно с видом деятельности каждого).
Основные проблемы, ограничивающие сегодня распространение широкополосного доступа, а значит, и внедрение мультисервисных сетей, заключаются в том, что это требует значительных инвестиций в отрасль. Кроме того, в нашей стране отсутствует мощная многогигабитная магистральная инфраструктура и слабо развиты абонентские сети.
Круг потенциальных пользователей мультисервисных сетей весьма широк. Это, во-первых, бизнес-центры, фирмы, расположенные в одном здании. Корпоративным клиентам необходимо множество телефонных линий, высокоскоростной доступ в Интернет, системы аудио- и видеоконференцсвязи, сигнализации и телеметрии. Это также крупные холдинги, имеющие территориально удаленные филиалы и подразделения, это компании, использующие удаленные автоматические терминалы (банкоматы, торговые автоматы). Это системы телемедицины разного уровня и компании мобильной связи, распределенные офисы, коммутационные центры и базовые станции которых также могут подключаться к единой мультисервисной сети.
Согласно экспертным оценкам, линии связи на основе радиорелейного оборудования во многих случаях могут быть альтернативой волоконно-оптическим линиям. И дело не только в том, что за долгую историю развития радиорелейной связи оборудование постоянно совершенствовалось и достигло высокого технического уровня, но и в дешевизне радиорелейных линий. Кроме того, использование радиорелейных технологий позволяет оперативно развертывать сети связи различной топологии («звезда», «кольцо» и т.д.).
Рис. 15 Модель мультисервисной сети на базе РРС
3.2.2 Организация опорных узлов РСПД
Успешное развитие радиосвязи сопровождается увеличением скоростей и объемов передаваемой информации. Для передачи возрастающих потоков информации с малыми потерями используют сигналы с более широкой полосой, что требует расширения диапазона частот, занимаемого системой связи. В свою очередь, передача сигналов с более широкой полосой требует перехода на более высокие несущие частоты. Тем более, что расширять полосу рабочих частот систем связи в уже освоенных диапазонах волн становится невозможным из-за тесноты в эфире.
В результате, современные системы связи осваивают диапазоны все более коротких волн. К достоинствам диапазонов ультракоротких волн относится также несущественный уровень атмосферных и индустриальных помех. Кроме того, широкополосные сигналы позволяют использовать прогрессивные виды модуляции и другие приемы обработки сигналов, обеспечивающие лучшие характеристики помехоустойчивости приема. В то же время нужно помнить, что радиоволны с длиной волны короче 10 метров можно эффективно использовать лишь в пределах границ прямой видимости.
Компромиссным решением при построении широкополосных систем связи, предназначенных для работы на больших дальностях, является применение радиорелейных линий связи (РРЛ). Радиорелейные линии представляют собой цепочку ретрансляторов, обеспечивающих поочередную передачу радиосигналов между оконечными станциями. Различают два вида радиорелейных систем передачи (РРСП) – РРСП прямой видимости, станции которых размещаются на расстоянии прямой видимости, и тропосферные РРСП, использующие рассеяние и отражение радиоволн в нижних областях атмосферы при взаимном расположении станций далеко за пределами прямой видимости.
В РРСП прямой видимости для увеличения расстояния между станциями радиорелейных линий антенны ретрансляторов подвешивают на высокие сооружения (мачты, опоры, высотные строения и т.д.). В условиях равнинной местности высота поднятия антенн 60… 100 метров позволяют организовать уверенную связь на расстояниях 40… 60 километров.
Цепочку радиорелейной линии составляют радиорелейные станции трех типов: оконечные радиорелейные станции (ОРС), промежуточные радиорелейные станции (ПРС), узловые радиорелейные станции (УРС). Условная радиорелейная линия связи схематично представлена на рисунке 16.
Рис. 16 Радиорелейная линия связи
На оконечной радиорелейной станции начинается и заканчивается тракт передачи. Аппаратура ОРС осуществляет преобразование сигналов, поступающих от разных источников информации (телефонные сигналы от междугородней телефонной станции, телевизионные сигналы от междугородней телевизионной аппаратной и т.д.) в сигналы, передаваемые по радиорелейной линии, а также обратное преобразование сигналов, приходящих по РРЛ, в сигналы телерадиовещания или телефонии. Радиосигналы ОРС с помощью передающего устройства и антенны излучаются в направлении следующей, обычно промежуточной, радиорелейной станции.
Промежуточные радиорелейные станции предназначены для приема сигналов от предыдущей станции радиорелейной линии, усиления этих сигналов и излучения в направлении последующей станции РРЛ.
На каждой промежуточной радиорелейной станции установлены по две антенны, ориентированные на соседние РРСП. Каждая из антенн является приемопередающей, то есть используется и для приема, и для передачи сигналов. Одним из преимуществ работы радиорелейной линии связи в сверхвысокочастотном (СВЧ) диапазоне является возможность применения высоконаправленных антенн с малыми габаритами. Небольшие размеры антенн упрощают их установку на высоких сооружениях. Хорошие направленные свойства антенн СВЧ диапазона позволяют облегчить требования к характеристикам приемопередающего тракта.
Одна цепочка приемопередатчиков РРЛ образует СВЧ симплексный (т.е. предназначенный для передачи сигналов в одном направлении) ствол. Структура симплексного ствола с учетом плана распределения частот приведена на рисунке 17
Рис. 17 Распределение частот в символьном стволе радиорелейной линии
Два симплексных ствола, работающие во встречных направлениях, образуют дуплексный СВЧ ствол. Для передачи сигналов в обратном направлении может быть использована та же пара частот, что и в прямом направлении (двухчастотная система), либо другая пара частот (четырехчастотная система). Структурная схема одноствольной дуплексной промежуточной радиорелейной станции приведена на рисунке 18.
Рис. 18 Структурная схема дуплексной ПРС
Для увеличения пропускной способности радиорелейной линии на каждой радиорелейной станции устанавливают несколько комплектов приемопередающей аппаратуры, подключенных к общей антенне. Магистральные радиорелейные линии связи могут иметь до восьми дуплексных СВЧ стволов (из них 6…7 рабочих и 1…2 резервных).
Кроме ОРС и ПРС для ввода в радиорелейную линию дополнительных потоков информации и вывода из РРЛ части передаваемой информации используют узловые радиорелейные станции. В узловых радиорелейных станциях, как и в ОРС, имеется аппаратура преобразования телефонных, радио и телевизионных сигналов в сигналы, передаваемые по РРЛ, и аппаратура обратного преобразования. Кроме того, от узловых радиорелейных станций могут начинаться новые радиорелейные линии (ответвления).
При проектировании радиорелейных линий следует учитывать и возможные изменения условий распространения радиоволн. Так, при повышенной рефракции (искривление направления распространения радиоволн) сигналы могут распространяться далеко за горизонтом. Поэтому колебания, излучаемые радиорелейной станцией с частотой, например, f1, могут быть приняты не только соседней станцией, но и станцией, отстоящей от нее через три пролета. Но для последней станции это будет паразитным сигналом, так как она должна принимать сигналы только от ближайшей станции. Нежелательные сигналы от всех других станций будут вызывать ухудшение качества приема.
Для устранения подобных явлений ретрансляторы радиорелейной линии связи располагают не по прямой линии, а зигзагом, так, чтобы не совпадали главные направления соседних участков трассы, использующих одинаковые частоты. При этом используют направленные свойства антенн. Радиорелейные станции разносят от генерального направления радиорелейной линии связи таким образом, чтобы направлению на станцию, отстоящую через три пролета, соответствовали минимальные уровни диаграммы направленности антенны. На рисунке 19 показаны три пролета участка трассы РРЛ. На крайних пролетах используются одинаковые частоты. На такой трассе даже при сильной рефракции радиоволн сигналы от станций с номерами ПРСi и ПРСi+2 практически не влияют друг на друга. На рисунке заметно, что антенны практически не воспринимают радиоволны, приходящие с направления, лежащего на прямой, связывающей эти станции.
Рис. 19 Схема расположения ретрансляторов на трассе радиорелейной линии связи
Тропосферные радиорелейные системы передачи используют локальные объемные неоднородности атмосферы, вызываемыми различными физическими процессами, происходящими в околоземном пространстве. Эти неоднородности способны отражать и рассеивать электромагнитные колебания при их распространении в атмосфере. Поскольку неоднородности располагаются на значительной высоте, то и рассеиваемые ими радиоволны могут распространяться на большие расстояния, значительно превышающие расстояние прямой видимости.
В силу нерегулярной структуры неоднородностей тропосферы сигналы тропосферных линий подвержены глубоким замираниям. Это затрудняет передачу больших объемов информации с хорошим качеством. С учетом изложенных обстоятельств тропосферные радиорелейные линии связи оказывается выгодным строить в труднодоступных и удаленных районах при не слишком больших объемах передаваемой информации. На рисунке 20 показан участок трассы радиорелейной линии связи. При этом расстояния между станциями можно выбирать до нескольких сотен километров, а емкость систем связи может составлять десятки телефонных каналов.
Рис. 20 Участок трассы радиорелейной линии связи
3.3 Спецификация
Ниже описано оборудование применяемое при постороении РРЛ на участке Бузулук-Бугуруслан.
3.3.1 Антенна направленная параболическая ПАР-2
Антенна предназначена для приема и передачи широкополосных радиосигналов диапазона 2400–2500 МГц. Применяется для построения беспроводных радиосетей передачи данных на оборудовании Cisco Aironet, Revolution, Avaya Wireless и других стандарта IEEE802.11 и IEEE802.11b.
Особенно эффективна при построении ретрансляторов и дальних линков. Обеспечивает дальность связи без усилителей до 40 км.
Рис. 21 Антена ПАР2. Диаграмма направленности
Особое внимание при производстве антенн ПАР уделяется качеству применяемых материалов и изготовлению. Применение сетчатой конструкции отражателя с преимущественным ориентированием элементов излучения в одной плоскости позволило существенно ослабить кросполяризацию.
Технические характеристики
Коэффициент усиления 30 dBi
Соотношение мощности излучения в передней и задней полусферах 32 dBi
Ширина диаграммы направленности на уровне -3 dB 6 град.
Максимальная мощность До 25 Вт
Разъем N-типа, Male
Поляризация Линейная
Подавление кросполяризации 32 dB
Вес антенны с креплением 5,5 кг
Размер антенны 120х120 см
Атмосферо-устойчивое покрытие Порошковая эмаль
Максимальная скорость ветра 35 м/сек
Диаметр мачты для установки 28–45 мм.
3.3.2 Модем
Рис. 22 Модем МД-8
МД-8 – Цифровой модем производства Радиан.
Функциональные характеристики:
Модем МД-8 стыкуется по ПЧ 70 МГц с любым типом радиорелейного оборудования (КУРС, КОМПЛЕКС, ГТТ, ФМ и др.)
Технические характеристики:
Скорость цифрового потока – 8448 кбит/с.
Для передачи входного и выходного цифрового потока используется код НDВ-3. Вход и выход потока несимметричный (75 Ом). Стык соответствует рекомендации G703 МСЭ-Т. Вид модуляции ЧМ.
Напряжение сигнала ПЧ на выходе аппаратуры: 500± 50 мВ
Спектр занимаемых частот по уровню минус 30 дБ: (70 ± 8,5) МГц
Номинальное напряжение сигнала ПЧ на входе аппаратуры: 75…750 мВ
Номинальная частота сигнала ПЧ на выходе аппаратуры: 70± 3 МГц
Электропитание осуществляется от источника постоянного тока напряжением: 20…29 В или 54…72В
Потребляемая мощность не более: 20 Вт
Аппаратура должна эксплуатироваться в отапливаемом помещении:
– при температуре окружающей среды: от +5 до +40 °С
– относительной влажности: до 80% при температуре +25 °С
Конструктив: приемо / передающая секция типа «ЕВРОМЕХАНИКА» (Стандарт 19»)
Габаритные размеры: 483х44х250 мм
Масса не более: 3 кг./25/
3.3.3 Коаксиальный СВЧ кабель RG-402
Высококачественный гибкий коаксиальный СВЧ кабель 50 Ом, диаметром 0.141 дюйма (3.58 мм) (по внешнему экрану) с фторопластовым диэлектриком, наиболее часто применяющийся в различной СВЧ аппаратуре аэрокосмического назначения. Сплошной посеребренный центральный проводник обеспечивает высокую амплитудную стабильность передаваемого сигнала при изгибах. Внутренний экран из спирально намотанной посеребренной медной ленты с 40% перекрытием между слоями, позволяет добиться отличной гибкости кабеля и практически 100%-ного экранирования. Специальная прецизионная технология намотки ленты с учетом параметров эластичности диэлектрика позволяет получить однородное волновое сопротивление по длине кабеля и безупречный контакт между отдельными витками ленточного экрана. Наружный экран в виде оплетки из посеребренного медного провода выполняет, главным образом, функции защитного элемента. Учитывая высокую температурную стойкость и химическую инертность внешней оболочки из FEP (фторированного этиленпропилена, экструдируемого тефлона) кабель допускает применение в агрессивных средах. Данный СВЧ кабель рекомендуется использовать в особо ответственных случаях, где требуются высокая точность передачи сигнала в сочетании с высокой гибкостью. Позволяет проводить большую мощность.
Рис. 22 СВЧ кабель RG 402
Подробная спецификация
Таблица 1 – Конструктив СВЧ кабель RG-402
| Наименование | Материал | Диаметр | Описание |
| Центральный проводник | Омедненная сталь покрытая серебром | 0.92 мм | Сплошной |
| Диэлектрик | Фторопласт | 2.97 мм | Сплошной |
| Основной экран | Посеребренная медь | 3.25 мм | 100% покрытие |
| Оплетка | Посеребренная медь | 3.58 мм | Плотность оплетки – 97% |
| Оболочка | Экструдируемый тефлон | 4.14 мм | Цвет – синий |
Таблица 2 – Характеристики СВЧ кабель RG-402
