Horyzontalne linie radiowe

Transkrypt

1 Horyzontalne linie radiowe Projekt Robert Taciak Ziemowit Walczak Michał Welc prowadzący: dr inż. Jarosław Szóstka

2 1. Założenia projektu Celem projektu jest połączenie cyfrową linią radiową punktów 51º 18 N, 15º 27 E i 52º 26 N, 15º 14 E. Łączność ma być prowadzona na częstotliwości 3,5 GHz, przy czym powinna być ona dostępna przez 99,99% czasu. 2. Analiza profilu hipsometrycznego trasy i wyznaczenie wysokości zawieszenia anten Projektowane łącze będzie działało na terenie, który można z dużą dokładnością określić, jako płaski. Korzystając z narzędzi dostępnych w Internecie ([1], [2]) otrzymaliśmy wykres przedstawiający profil hipsometryczny interesującego nas odcinka, przedstawiony na Rys. 1. Rys. 1. Profil hipsometryczny projektowanego odcinka linii radiowej [2] Widać, że poza niewielkimi nierównościami i poza ponaddwudziestometrowym spadkiem wyznaczanym przez koryto rzeki Pliszki, ma tylko kilka niewielkich pofałdowań terenu. Korzystaliśmy z algorytmu wyznaczania wysokości zawieszenia anten pokazanego na Rys. 2, opartego na metodzie wyznaczania efektywnej wysokości przeszkód [3] i w związku z tym obraliśmy 3 punkty, które cechują się największymi wysokościami terenu. Rys. 2. Graficzna ilustracja algorytmu wyznaczania wysokości zawieszenia anten [3] Na tej podstawie wykonaliśmy obliczenia, których wyniki zawarte są w tabeli 1. Założyliśmy, że w środkowym punkcie może występować las, chociaż nie jesteśmy w stanie stwierdzić tego z całą pewnością, gdyż korzystamy tylko ze zdjęć satelitarnych. Przyjęliśmy wartość współczynnika refrakcji.

3 Odległość od początku toru d 1 [km] Tabela 1. Wyniki obliczeń algorytmu wyznaczania wysokości zawieszenia anten Odległość od początku toru d 2 [km] Wysokość n. p. m. h [m] Rzeczywista wysokość przeszkody T [m] 60% promienia pierwszej strefy Fresnela 0,6R [m] Względna krzywizna Ziemi EC [m] Efektywna wysokość przeszkody EOH [m] 1, ,94 1,04 15,98 3,1 9, ,15 1,73 30,88 11,5 1, ,28 0,74 15,02 Rys. 3 pokazuje, że bezpośrednie zastosowanie wyników algorytmu spowodowałoby, że antena na końcu linii byłaby zawieszona na wysokości kilku metrów, podczas gdy maszt na początku toru radiowego (punkt z lewej strony rys. 3) byłby prawie 40 m wyższy. Ponieważ wydaje nam się, że tak niskie zawieszenie anteny byłoby błędem, zdecydowaliśmy się na umieszczenie nadajników na masztach o wysokości 35 m i 20 m. Jest to również zaznaczone na rys. 3. Rys. 3. Graficzne przedstawienie wyników algorytmu wyznaczania wysokości zawieszenia anten 3. Analiza tłumienia linii radiowej System opisywany w niniejszym opracowaniu ma działać na częstotliwości 3,5 GHz, zatem analiza tłumienia linii radiowej sprowadza się do obliczenia dwóch głównych jego czynników: tłumienia wolnej przestrzeni oraz tłumienia wywołanego przez zaniki interferencyjne. Tłumienie wywołane przez opady można zaniedbać, gdyż krople wody nie wprowadzają zauważalnego tłumienia dla fal o długości zastosowanej w projektowanym przez nas systemie.

4 a) tłumienie wolnej przestrzeni L FSL = 92, logL + 20logf = 125,34 db b) tłumienie zanikowe (wywołane przez zaniki interferencyjne) Aby system był przygotowany na najgorszy przypadek, za tłumienie wynikające z zaników interferencyjnych przyjęliśmy wartość dla przypadku najgorszego miesiąca. L F = 10log 6 10 a b f d q = 16,23 db Za a tk oraz b tk w powyższym wzorze podstawiliśmy wartość 1, zaś q in wynika z założonej wartości czasu niedostępności i ma wartość 0,01%. Przy okazji należy stwierdzić, że projektowany przez nas system będzie wymagał dwóch kompletów sprzętu nadawczo-odbiorczego, aby zapewnić założoną dostępność łącza. Zakładając, że minimalny czas bezawaryjnej pracy sprzętu MTBF wynosi ok. 5 lat, zaś czas jego naprawy w przypadku awarii MTBR to 10 h, można obliczyć, że dostępność łącza w takim przypadku wyniosłaby: A = MTBF MTBF + MTBR = 99,96% Wartość ta nie jest zadowalająca i w związku z tym wymaga zastosowania dwóch zestawów sprzętu pracujących w trybie z rezerwowaniem. 4. Parametry urządzeń Do zestawienia łącza radiowego zgodnego z założeniami wybraliśmy sprzęt firm Andrew i Nera. Parametry nadajnika i odbiornika firmy (Nera NetLink I) oraz anten (Andrew HP2F- 34), ważne z punktu widzenia budżetu energetycznego trasy zostały podane w tabelach 2 i 3. Tabela 2. Najważniejsze parametry nadajnika i odbiornika Nera NetLink I w paśmie 3,5 GHz Moc nadajnika - TSL Wartość progowa poziomu mocy w odbiorniku dla BER RSL 27 dbm 1 Mbps -93 dbm 2 Mbps -86 dbm 3 Mbps -77 dbm Projektowany system będzie działał na dość krótkim odcinku trasy, dlatego zakładamy, że nawet mała antena paraboliczna, jak Andrew P2F-34, zapewni wystarczająco dobre parametry pracy. Zysk anteny - AG Rodzaj gniazda przyłączeniowego Średnica Tabela 3. Najważniejsze parametry anteny Andrew P2F-34 24,5 dbi 7/8 cala 0,6 m Szerokość wiązki w kierunku największej mocy 9º 5. Budżet energetyczny trasy W celu obliczenia budżetu założyliśmy kilka dodatkowych wartości tłumienności na odcinku stacja nadawcza stacja odbiorcza, opisanych w tabeli 4.

5 Tabela 4. Pozostałe tłumienności występujące w linii radiowej tłumienność kabla łączącego nadajnik z anteną długość kabla w stacji A tłumienność kabla w stacji A - L A długość kabla w stacji B tłumienność kabla w stacji B - L B dodatkowe straty na połączeniach, dzielnikach mocy itp. - SL 0,1 db/m 45 m 4,5 db 30 m 3 db 1 db poziom mocy zastępczej sygnału promieniowanej izotropowo przez antenę nadawczą dany jest wzorem: EIRP = TSL L SL + AG = 46,0 dbm poziom mocy sygnału wejściu odbiornika: RSL = EIRP L L + AG SL L = 75 dbm Ponieważ minimalny poziom, jaka jest wymagana na wejściu odbiornika dla najwyższej przepływności jest o 2 db wyższa, niż wyliczona powyżej, można przyjąć, że zaprojektowany w ten sposób system spełni w całości przyjęte na początku założenia. 6. Literatura [1] Serwis Google Maps, [2] Topocoding API, [3] J. Szóstka, Projektowanie cyfrowych linii radiowych, Polska Telefonia Cyfrowa, Poznań 2003 r.