автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Исследование эффективности методов учета статистических характеристик рефракции радиоволн при автоматизированном проектировании цифровых РРЛ

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ ВЫБОРА ВАРИАНТОВ ИНТЕРВАЛОВ И ОЦЕНКИ ВЕРОЯТНОСТИ ПОЯВЛЕНИЯ МНОГОЛУЧЕВЫХ ЗАМИРАНИЙ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ЦИФРОВЫХ РРЛ

1 . 1 Методы выбора допустимых вариантов пересеченных интервалов при проектировании ЦРРЛ сантиметрового диапазона.

1.2. Методы выбора допустимых вариантов пересеченных интервалов при проектировании ЦРРЛ дециметрового диапазона.

1.3. Методы выбора допустимых вариантов слабопересеченных интервалов.

1.4. Методы оценки вероятности появления многолучевых замираний на интервалах ЦРРЛ.

1.5. Выводы и формулировка основных задач исследования.

2. МЕТОДЫ ВЫБОРА ДОПУСТИМЫХ ВАРИАНТОВ ИНТЕРВАЛОВ ЦРРЛ, ОСНОВАННЫЕ НА ОЦЕНКЕ ДИФРАКЦИОННЫХ ПОТЕРЬ И УЧЕТЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК РАДИОРЕЛЕЙНОГО

2.1. Выбор допустимых вариантов интервалов с оценкой дифракционных потерь в условиях субрефрак

2.2. Выбор допустимых вариантов интервалов с оценкой дифракционных потерь в условиях субрефрак

ОБОРУДОВАНИЯ. ции и средней рефракции.

2.3. Особенности выбора вариантов интервалов на интервалах ЦРРЛ квазимиллиметрового и миллиметрового диапазонов.

2.4. Особенности выбора вариантов интервалов на слабопересеченных интервалах.

2.4.1. Выбор оптимального просвета на слабопересеченном интервале при одинарном приеме сигна лов.

2.4.2. Выбор оптимального разнесения антенн при использовании пространственно-разнесенного приема на слабопересеченном интервале.

Одним из основных факторов, определяющих техническое и экономическое развитие страны в настоящее время, является наличие технически совершенной и разветвленной системы передачи информации. Развитие техники и технологий увеличивает нагрузку на коммуникации и средства связи. Рост объемов передаваемой информации, увеличение требований к качеству ее передачи заставляют искать резервы на старых и строить новые линии связи. С целью повышения сервисных возможностей и для обеспечения различных служб обмена информацией едиными каналами связи создана единая глобальная сеть связи - взаимоувязанная сеть связи (ВСС), которая включает в себя как составляющие существующие линии связи и коммуникации, сети передачи данных, банки данных и др. ВСС не является законченной структурой и постоянно расширяется за счет вновь строящихся и реконструируемых линий связи, создаваемых банков данных, библиотек, сервисных центров.

Радиорелейные линии связи прямой видимости (PPJ1) являются важной составной частью ВСС. Современные РРЛ используются на магистральных, зоновых линиях и линиях доступа для организации передачи цифровых потоков различной емкости в сетях передачи данных плезиохронной(PDH) и синхронной (SDH) иерархии. РРЛ представляют собой достаточно дешевый и надежный по сравнению с другими способ передачи информации, кроме того из-за своей простоты и неприхотливости РРЛ строят там, где технически трудноосуществимо или экономически нецелесообразно использовать другие виды передачи [1.9] .

Развитие промышленности и промышленных технологий требует создания развитых технологических сетей связи. Радиорелейные линии играют большую роль при строительстве технологических сетей связи, особенно на критических с точки зрения аварий участках. PPJI широко используются для обеспечения связи и систем горячего резервирования на газопроводах, нефтепроводах, системах оповещения и управления аэропортов, портов, железных дорог.

Преимущества цифровой передачи перед аналоговой привели к всеобщей цифровизации. Практически все проектируемые на сегодня РРЛ - цифровые. Это относится не только к вновь строящимся, но и к реконструируемым. Данное обстоятельство заставляет искать новые, более современные методы расчета, так как методы расчета аналоговых линий непригодны для цифровых PPJI по причине разных нормируемых показателей.

Качество передачи сообщений и экономичность РРЛ в значительной степени определяются качеством их проектирования [1, 10, 18] . Так как при проектировании РРЛ приходится учитывать большое число взаимосвязанных и противоречивых требований, то возрастает важность оптимального проведения расчета на этапе проектирования, которое позволяет снизить затраты на коммуникации (подъездные пути к радиорелейным станциям и линии электропередач) при условии обеспечения необходимого качества передачи. Важность и актуальность этих задач особенно возрастают в условиях начавшейся реконструкции сетей связи России, строительства новых ЦРРЛ, а также с разработкой систем автоматизированного проектирования [2,7].

При проектировании РРЛ решайтся задачи определения мест расположения радиорелейных станций, высот антенн на отдельных интервалах, выбор аппаратуры, обеспечивающей выполнение заданных требований, и многие другие. Качество решения всей задачи проектирования зависит от качества решения отдельных составляющих и от качества их взаимной увязки путем поиска оптимального решения. Задачу нахождения оптимального решения на участке или на всей линии в целом можно решить с помощью использования методов оптимизации [ 14 , 15 ] .

В настоящее время при проверке допустимости вариантов интервалов используются различные подходы, которые в основном относятся к разработкам 80-х и начала 90-х годов . Данные подходы были ориентированы на упрощение расчетов с целью облегчения и ускорения получения конечного результата, что иногда на практике приводит к снижению качественных показателей или к неоправданным затратам. Ввиду широкого распространения вычислительной техники представляется возможным пойти на некоторое усложнение вычислений с целью получения более адекватных решений.

Кроме того, существующие зарубежные методы недостаточно четко учитывают такой важный параметр, как радиоклиматические характеристики рассматриваемой местности. Они используют либо усредненные значения, либо ориентированы на использование в определенных климатических условиях. Учет радиоклиматики важен, поскольку климатические характеристики местности оказывают сильное влияние на распространение радиоволн. На территории бывшего СССР имеется 18 климатических районов, каждый из которых определяется сезонными радиоклиматическими характеристиками [11,16]. Поскольку указанные характеристики достаточно подробны, то при проектировании целесообразно их учитывать с целью получения наиболее достоверных результатов.

Для организации производственно-технологических линий связи, а также для организации соединительных линий между сельскими АТС широко используются радиорелейные линии связи, работающие в диапазоне частот менее 2 ГГц. Если для аналоговых РРЛ этого диапазона существует отечественная методика выбора (проверки допустимости) интервалов и высот антенн [11], то для цифровых РРЛ подобная методика отсутствует. Отсутствуют и соответствующие международные рекомендации для цифровых РРЛ указанного диапазона частот .

В области частот выше 12 ГГц международные рекомендации довольно расплывчаты и не дают четких критериев по выбору допустимых высот антенн.

Выбор допустимых вариантов слабопересеченных интервалов имеет свою специфику и поэтому отличается от выбора на пересеченных интервалах. Существующие рекомендации для расчета слабопересеченных интервалов недостаточно четки и плохо увязаны с выполнением требований к качественным показателям ЦРРЛ.

Расчет качественных показателей неоднозначен, а методы, позволяющие производить расчет, не учитывают некоторые факторы, влияющие на эти качественные показатели.

Указанные выше обстоятельства обуславливают важность разработки формализованных критериев проверки допустимости вариантов интервалов и методов оценки качественных показателей, которые могут быть положены в основу при разработке современных автоматизированных систем проектирования ЦРРЛ.

Целью данной диссертационной работы является изучение различных подходов, применяемых при выборе допустимых вариантов интервалов и выработка рекомендаций, позволяющих более гибко учитывать радиоклиматические и рельефные особенности местности, энергетические характеристики используемого оборудования с целью получения наилучшего решения на отдельном интервале.

Основными рассматриваемыми задачами являются:

- сравнительный анализ существующих методов выбора и проверки допустимости вариантов построения интервалов РРЛ;

- разработка математического обеспечения и алгоритмов автоматизированного выбора допустимых вариантов пересеченных интервалов ЦРРЛ;

- разработка математического обеспечения и алгоритмов автоматизированного выбора высот антенн на слабопересеченных интервалах;

- анализ эффективности предлагаемых критериев выбора допустимых вариантов построения интервалов ЦРРЛ;

- разработка алгоритма, обеспечивающего возможность адекватного учета статистических характеристик рефракции радиоволн при автоматизированном расчете показателей качества по ошибкам для ЦРРЛ.

Основные положения выносимые на защиту:

1. Методы и алгоритмы выбора допустимых вариантов пересеченных интервалов ЦРРЛ, основанные на оценке дифракционных потерь;

2. Результаты анализа эффективности предлагаемых методов выбора допустимых вариантов интервалов ЦРРЛ;

3. Метод и алгоритм выбора оптимального просвета на интервалах цифровых РРЛ при наличии отражений радиоволн от земной поверхности;

4 . Метод и алгоритм выбора оптимальной величины разнесения антенн при использовании пространственно-разнесенного приема на слабопересеченных интервалах с учетом статистических характеристик рефракции радиоволн;

5. Метод оценки вероятности возникновения многолучевых замираний с учетом радиоклиматических характеристик местности.

Основные результаты диссертационной работы докладывались автором на ежегодных конференциях профессорско-преподавательского состава СПбГУТ в 1997-1999 гг. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ.

Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка литературы, приложения.

Основные результаты теоретических исследований диссертационной работы сводятся к следующему:

1. Разработаны эффективные методы выбора допустимых вариантов интервалов ЦРРЛ во всех используемых частотных диапазонах;

2. Разработана метод и алгоритм его реализации, позволяющие решать задачу оптимального выбора высот антенн на слабопересеченных интервалах при одинарном приеме;

3. Разработана математическая модель и алгоритм решения задачи выбора оптимальной величины пространственного разнесения для борьбы с интерференционными замираниями на слабопересеченных интервалах;

4. Предложен метод учета радиоклиматических характеристик местности при расчетах вероятности возникновения многолучевых замираний на интервалах ЦРРЛ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований в полном объеме решены все поставленные задачи диссертационной работы:

- разработан метод выбора допустимых вариантов пересеченных интервалов ЦРРЛ сантиметрового диапазона на основе оценки дифракционных потерь при субрефракции и учета энергетических характеристик радиорелейного оборудования;

- разработан метод выбора допустимых вариантов пересеченных интервалов ЦРРЛ дециметрового диапазона на основе оценки дифракционных потерь в условиях средней рефракции и субрефракции радиоволн;

- проведен сравнительный анализ и представлена оценка эффективности применения предлагаемых методов выбора допустимых вариантов пересеченных интервалов ЦРРЛ;

- разработан метод выбора оптимальных вариантов высот антенн и величины пространственного разнесения антенн на слабопересеченных интервалах ЦРРЛ с учетом требований к качественным показателям;

- разработан метод учета региональных радиоклиматических характеристик при расчетах вероятности возникновения многолучевых замираний и представлена оценка эффективности учета радиоклиматических характеристик при расчетах.

- частично, в части выбора допустимых вариантов интервалов предлагаемые методы использовались при создании системы автоматизированного проектирования ДИСАП ЦРРЛ 2.0

- при проведении анализа все предлагаемые методы были реализованы на ЭВМ на языках программирования Turbo Pascal, Visual Basic, Delphi и могут быть использованы в системах автоматизированного проектирования ЦРРЛ.

Научная новизна диссертационной работы заключается в том, что в ней впервые: сформулирована и решена задача разработки формализованных критериев выбора допустимых вариантов интервалов ЦРРЛ на основе выполнения требований к качественным показателям при учете энергетических параметров аппаратуры, рельефа местности и радиоклиматических характеристик; предложен метод учета радиоклиматических характеристик местности при оценке влияния многолучевого распространения радиоволн и расчете качественных показателей ЦРРЛ; предложен метод выбора оптимальной величины пространственного разнесения антенн на слабопересеченных интервалах с учетом региональной статистики радиоклиматических характеристик.

1. Справочник по радиорелейной связи /Н.Н.Каменский, A.M.Модель, Б.С.Надененко и др.; Под ред. С.В.Бородича. -М.: Радио и связь, 1981. -416 с.

2. Радиорелейные и спутниковые системы передачи: Учебник для вузов /А.С.Немировский, О.С.Данилович, Ю.И.Маримонт и др.; Под ред. А.С.Немировского.- М.: Радио и связь, 1986.- 392 с.

3. Немировский А.С. , Рыжков Е.В. Системы связи и радиорелейные линии. М.: Связь, 1980. - 432 с.

4. Беллами Д. Цифровая телефония. М.: Радио и связь, 1986.

5. Долуханов М.П. Распространение радиоволн: Учебник для вузов. М.: Связь, 1972. -336 с.

6. Матье М. Радиорелейные'системы передачи: Пер. с франц. /Под ред. В.В.Маркова. М.: Радио и связь, 1982. - 280 с.

7. Системы радиосвязи: Учебник для вузов. Под ред. Н.И.Калашникова. М.: Радио и связь, 1988.-352 с.

8. Тимищенко М.Г. Радиорелейные системы передачи прямой видимости. М.: Радио и связь, 1982. -208 с.

9. Бородич С.В. Место спутниковой связи в ЕАСС //Электросвязь.-1992.-№2.- С. 19-22.

10. Ю.Галлиулин Ш.Г., Гольдберг JI.M., Овсянников А.И. и др. Основы проектирования сооружения связи. М.: Радио и связь, 1981.- 168 с.

11. Методика расчета трасс аналоговых и цифровых PPJI прямой видимости. Т.1,2/Гос.НИИР.- М.,1987.

12. Немировский А.С. Борьба с замираниями при передаче аналоговых сигналов. М.: Радио и связь, 1984.-208 с.

13. Рыжков Е.В. Данилович О. С. Разнесенный прием сигналов на линиях радиосвязи: Учебное пособие /ЛЭИС.-Л., 1977 .

14. Данилович О.С. Оптимизация радиорелейных линий связи прямой видимости: Учебное пособие /ЛЭИС.- Л., 1988.

15. Данилович О.С. Теория и методы оптимизации радиорелейных линий связи: Докторская диссертация. Л., ЛЭИС, 1990.- 395 с.

16. Калинин А.И. Распространение радиоволн на трассах наземных и космических радиолиний. М.: Связь, 1979. -293 с.

17. Калинин А.И. Надененко Л.И. Исследования распространения УКВ до расстояний порядка прямой видимости. // Распространение радиоволн. М.: Наука, 1975. С. 66-127.

18. Калашников Н.И. Проектирование радиорелейных и спутниковых систем в тропических странах с учетом электромагнитной совместимости: Учебное пособие /МИС.- М., 1990.

19. Унифицированная методика расчета и выбора трасс для аналоговых РРЛ прямой видимости в различных полосах частот / Науч. редакторы: Л.В.Надененко, А.Н.Сманцер.-М.: СЭВ, 1985. 224 с.

20. CCIR XVIIth Plenary Assembly Dusseldorf, 1990, Report 338-5 (MOD F).

21. Recommendation ITU-R PN.530-5.

22. CCIR. XlV-th Plenary Assembly Kyoto, 1978, Report 338-3

23. Хенриксон Ю. Расчеты трассы цифровой радиорелейной линии//Бумажная промышленность (спец. выпуск). 1989.

24. Mojoli L.F. and U. Mengali Propagation in Line-of-Sight Radio Links; Part I,II Supplement to Telettra Review No. 37, Special edition, Milano, 1983.

25. ETSI Technical Sub-Committee TM4 Thessaloniki, 1989, Document TM4 (89)/67

26. ETSI Technical Sub-Committee TM4 Paris, 1990, Document TM4 (90)/2 9

27. CCIR XVIIth Plenary Assembly Dusseldorf, 1990, Report 718-3

28. Данилович О.С., Воронин В.P. Расчет малоканальных аналоговых РРЛ дециметрового и метрового диапазонов: Учебное пособие/ ЭИС.- СПб., 1993. 31 с.2 9. Калинин А.И., Черенкова Е.Л. Распространение радиоволн и работа радиолиний.- М.: Связь, 1971.- 439 с.

29. Фейнберг Е.Л. Распространение радиоволн вдоль земной поверхности.-2-е изд.-М.: Наука; Физматлит, 1999.-496 с.

30. Никитин В.Н. Применение функции Райса для описания многолучевых замираний на интервалах РРЛ. // Труды НИИР.-1978.- №4.- С. 7-12.

31. Калинин А.А. Оценка селективности замираний на пролетах РРЛ, вызванных отражениями от слоистых неодно-родностей тропосфере. // Электросвязь.-1985.-№3.- С. 4 8-51.

32. Калинин А.И. Статистические распределения глубины замирания на интервалах РРЛ с гладкими профилями //Труды НИИР.-1992.

33. Калинин А.И. Влияние частотной селективности интерференционных замираний на трассах с пересеченными про

34. Филями на устойчивость работы цифровых РРЛ // Электросвязь.- 1996.- №10.- С. 36-40.

35. Калинин А.И. Влияние частотной селективности интерференционных замираний на трассах с гладкими профилями на устойчивость работы цифровых РРЛ // Электросвязь.-1998.- №3.- С. 25-29.

36. Каплунов П.Г., Черный В.Э. Оценка влияния двух лучевого распространения радиоволн на работу ЦРРЛ // Электросвязь.-1990.-№11.-С. 42-44 .

37. Калашников Н.И., Каплунов П.Г. Оценка устойчивости работы цифровых РРЛ в условиях частотно-селективных замираний // Электросвязь.- 1985.- №11.- С. 47-50.

38. CCIR XVIIth Plenary Assembly Dusseldorf, 1990, Report 563-4.

39. ITU-R Recommendation F. 557 1997, Document 9/63

40. CCIR. Rec. 557-1. XVIIth Plenary Assembly.-Dusseldorf. 1990.

41. Минкин B.M. Нормирование качественных показателей цифровых радиорелейных систем (по материалам МККР) // Труды НИИР.- 1987.- №1.

42. Ларин Е.А. Расчет дифракционного ослабления радиоволн на приземных трассах над пересеченной и горной местностью // Электросвязь.- 1997.- №1.- С. 17-20.

43. Сергиенко Э.К. Расчет ослабления ультракоротких волн при дифракции на горных трассах // Электросвязь.-1988.- №12.4 4.Двайт Б.Г. Таблицы интегралов и другие математические формулы. -М.: Наука, 1964,- 228с.

44. CCIR XVIth Plenary Assembly Dubrovnik, 1986, Report 784.

45. CCITT. Rec. G. 821. VHI-th Plenary Assembly.-Malaga Torremalinos, 1984.

46. ITU-T Recommendation G. 826, 1996.

47. ITU-R Recommendation F.1189, 1997.

48. ITU-R Recommendation F.1092-1, 1997.

49. Косонен. Ю., Малила. P. Применение микроволновых РРЛ с короткими пролетами в ведомственных сетях // Электросвязь.- 1994.- №3.- С. 44-45.

50. Данилович О.С., Кичигин В.Н., Жемчугов В.Н. Диалоговая система автоматизированного проектирования радиорелейных линий прямой видимости ДИСАП-РРЛ-0010: Учеб. пособие / ЛЭИС.- Л., 1989.-61 с.

51. Методические указания к использованию диалоговой системы автоматизированного проектирования РРЛ ДИСАП-РРЛ-0010/ О.С.Данилович, В.Н.Кичигин, В.Н.Жемчугов и др. / ЛЭИС.- Л., 1989.- 131 с.

52. Кичигин В.Н. Разработка диалоговой системы автоматизированного проектирования РРЛ прямой видимости: Кандидатская диссертация. Л., ЛЭИС, 1989.

53. Антонов JI.А., Данилович О.С. Повышение эффективности проектирования цифровых радиорелейных линий для сетей доступа // Международный форум по Информатизации. Пятая Международная конференция по информационным сетям и системам: Тр./ЛОНИИС. СПб., 1998.

54. Антонов Л.А. Оценка влияния величины дифракционных потерь при проверке допустимости высот антенн на пролетах ЦРРЛ в условиях средней рефракции // 52-я НТК: Тез. докл. / СПбГУТ.- СПб., 1999.

55. Henriksson J. Route planning guide for digital radio links.-Nokia Research Center, 1988.

56. Регламент радиосвязи Российской Федерации.-M. ГКРЧ.-1999.-340 с.

57. Надененко Л.В., Святогор В.В., Брикман Г.А. Влияние ширины диаграммы направленности антенны на устойчивость работы интервалов РРЛ прямой видимости // Электросвязь.- 1983.- №11.- С. 36-40.

58. Калашников Н.И., Калинин А.А., Калинин А.И. Пределы повышения плотности сети РРЛ // Электросвязь.-1983.- №12.- С. 21-25.