«Проектированиеинформационной телекоммуникационной системы парома на трассе Калининград –Санкт-Петербург»
Калининград 2010
Введение
Стремительноеразвитие телекоммуникаций вызвало в жизни Российского общества явление,названное мобильной и беспроводной революцией. Необходимость глубокого изученияи разработки инновационных технологий мобильного и беспроводногоширокополосного доступа в сети связи требует объединения научных сил ипотенциала ученых различных отраслей и технологической направленности. Стоящиезадачи конвергенции различных видов сетей и услуг связи могут быть решены наоснове взаимного обогащения двух важнейших научных направлений: развитиясовременных телекоммуникаций сетей беспроводного широкополосного доступа исетей мобильной связи.
Калининградскаяобласть занимает особое географическое местоположение, она находится в центреЕвропы и является связующим звеном между Россией и странами запада.Следовательно, должна соответствовать статусу европейских стран и иметьразвитую телекоммуникационную инфраструктуру. Поэтому модернизация, развитие ивнедрение современных систем связи является актуальнейшей задачей для нашегорегиона.
Такимобразом, дипломный проект ставит основной задачей развитие систем связи натранспорте, а именно оснащение мобильной связью посредством спутниковой линии паромасообщением Калининград – Санкт-Петербург. В задачу проекта входитэнергетический расчет системы, выбор необходимых параметров, таких какколичество каналов, скорость передачи данных, размер и форма антенны, выборцифровой системы.
Цельюдипломного проекта является обоснование параметров многоканальнойтелекоммуникационной системы, предназначенной для обеспечения пассажиров паромамобильной связью, а также доступом к сети Internet.
Актуальностьпроекта заключается в том, что паром несколько дней плывет в нейтральных водахи находится вне зоны досягаемости базовых станций мобильной связи, вследствиечего пассажиры не могут обмениваться какой либо информацией с материком. Данныйпроект позволит открыть доступ не только к мобильной связи, но и к «всемирнойпаутине».
Перваяглава освещает проблемы покрытия сотовой сети на пассажирском судне,представляет архитектуру мобильной связи на пароме и приводит количественныйанализ необходимого трафика.
Во второй главе произведен обзор спутниковых систем, выбрана орбита, частотный диапазон, технология передачи данных.
Третья глава посвящена энергетическому расчету спутниковой линии восходящего и нисходящего участков. Рассчитана наклонная дальность на участках радиолинии, затухание сигнала, шумовая температура, коэффициент усиления антенн земной станции и ретранслятора на приём и передачу, мощности передатчиков земной станции и ретранслятора связи на ИСЗ.
В четвертой главе произведен расчет приемной антенны по схеме Кассегрена: геометрических параметров антенны, параметров облучателя и питающей линии.
В пятой главеописываются системы для организации покрытия сети на пароме. Обосновываетсявыбор предпочтительного оборудования. Показана система построения сети дляпарома, где пространство каюты экранировано. Разработаны предложения по сетисвязи в каютах.
1.Анализ планового трафикасети
Трасса паромасообщением Калининград-Санкт-Петербург протяженностью 700 км, пролегает внейтральных водах Балтийского моря. На таком расстоянии радиус покрытия базовыхстанций мобильной связи, находящихся на берегу, конструктивно не достигаеттрассы прохождения судна и, следовательно, связь на пароме не может бытьорганизована обычным способом. Корабль находитсяв плавании двое судок, при этом деловые люди, а также отдыхающие могут испытыватьдискомфорт, связанный с потребностью в связи, управлением своими делами наматерике, а также с невозможностью получения новостей. Задачей данного проекта ставится обеспечение судна сотовойсвязью, а также возможностью подключения к сети Internet, через спутниковую линию связи.
1.1Архитектура мобильной связи парома
Сотоваясвязь на пароме организуется так. Сигнал из наземной сотовой сети «поднимается»на спутник связи, откуда принимается антенной, установленной на корпусе судна ипередается на фемто или пикосоту, установленную внутри салона. Сотовые телефоныпассажиров салона связываются с этой внутренней сотой для приема сигнала,поступившего через спутник с земли и передачи сигнала на землю по той же «цепочке».
/>
Рис. 1.1. Архитектура сотовойсвязи парома
1.2 Расчетпланового трафика сети.
Опытэксплуатации систем связи за последнее время показал возможности и параметры,необходимые для расчета трафика при использовании различных приложений.
Таблица 1. Общие характеристики трафика разных приложенийПриложение / Характеристика трафика Терпимость к задержкам Время ответа
Пропускная способность, Мбит/с Электронная почта Высокая Регламентируется 0,004…0,20 Голос Низкая Реальное время 0,004…0,064 Передача файлов Высокая Регламентируется 0,01…600 Обработка транзакций Низкая Близко к реальному 0,016…2,048 Связь локальных сетей Высокая Реальное время 10…100 Доступ к серверу Высокая Реальное время 10…100 Высококачественное аудио Низкая Реальное время 0,128…1
/>Исходя из данных таблицы 1, можем оценитьтрафик сети. С учетом передачи файлов, использования приложений, обработкитранзакций и голосовой связи найдем необходимую пропускную способность.1.3 Количественный анализ трафика
Необходимую общую пропускную способность вычислим как:
/>
где i=1..n;
P – общая пропускнаяспособность;
/> – необходимая пропускнаяспособность для i-ой услуги.
Необходимую пропускную способность в целом рассчитаем какпроизведение количества пользователей и нагрузка на каждого пользователя:
/>
Общееколичество пользователей примем равным 200, отсюда необходимая пропускнаяспособность />.
Возьмем сзапасом Р = 20 Мбит/с.
Стандартныйствол имеет полосу пропускания 36 МГц, что соответствует максимальнойпропускной способности около 40 Мбит/с, что удовлетворяет требованиям проекта.
Требования кпроектируемой сети:
· необходимаяполоса пропускания;
· расширяемостьи способность к масштабированию сети;
· управляемостьсети;
· интеграцияразных видов трафика;
· соответствиетребованиям по задержке пакетов в линии (не больше 250 мс);
· высочайшаянадежность и готовность сети.
В первойглаве произведена оценка необходимой пропускной способности сети, дляреализации планового трафика. Для удовлетворения нужд абонентов в сотовойсвязи, а также доступу к сети интернет. Необходима скорость порядка 20 Мбит/с,что соответствует максимальной пропускной способности 40 Мбит/с.
2.Анализ параметровспутниковой системы
Взависимости от вида предоставляемых услуг спутниковые системы связи можноразделить на три основных класса:
1. Системыпакетной передачи данных (доставки циркулярных сообщений, автоматизированногосбора данных о состоянии различных объектов, в том числе транспортных средств ит.д.)
2. Системыречевой (радиотелефонной) связи.
3. Системыдля определения местоположения (координат) потребителей.
Системыпакетной передачи данных предназначены для передачи в цифровом виде любыхданных (телексных, факсимильных сообщений, компьютерных данных и др.) Скоростьпакетной передачи данных в космических системах связи составляет от единиц досотен килобайт в секунду. В этих системах, как правило, отказываются отнепрерывности обслуживания и не предъявляют жестких требований к оперативностидоставки сообщений. В таком режиме работает «электронная почта» (поступившаяинформация опоминается бортовым компьютером и доставляется корреспонденту втечение некоторого времени).
Прирадиотелефонной связи в спутниковых системах используют цифровую передачусообщений, при этом обязательно должны выполняться общепринятые международныестандарты. В таких системах задержка сигнала на трассе распространения недолжна превышать 0,25 с и переговоры абонентов не должны прерываться вовремя сеанса связи. Обслуживание абонентов должно быть непрерывным и проходитьв реальном масштабе времени. В этом случае при построении радиотелефоннойспутниковой сети необходимо учитывать, что:
· Спутникидолжны оснащаться высокоточной системой ориентации для удержания луча ихантенны в заданном направлении
· Количествоспутников в системе должно быть достаточным для обеспечения сплошного инепрерывного покрытия зоны обслуживания.
Дляобеспечения достаточного количества каналов связи должны применятьсямноголучевые антенные системы, работающие на высоких частотах (более 1,5 ГГц).
Значительныйпрогресс в развитии спутниковых систем персональной связи достигнут благодарявнедрению новых технических решений, ключевыми из которых можно считать:обработку сигнала на борту спутника-ретранслятора, создание перспективныхсетевых протоколов обмена информацией и применение недорогих портативныхпользовательских терминалов с малым энергопотреблением.
Развитиюсистем персональной спутниковой связи способствуют большие успехи, достигнутыев микроминиатюризации функциональных узлов коммуникационного оборудования.Применение арсенида галлия и фосфида индия позволило создать мощные солнечныебатареи небольших размеров, а внедрение различных композиционных материалов – уменьшитьмассу спутников. Значительный прогресс ожидается и в области разработкибортовых ЭВМ на специализированных БИС (больших интегральных схемах),обеспечивающих высокоскоростную коммутацию при ретрансляции информационныхпотоков. Применение методов многостанционного доступа с кодовым разделениемканалов (CDMA), который основан на использовании широкополосных сложныхсигналов, несомненно, способствует успешному развитию спутниковых систем связи.
2.1Классификация орбит ИСЗ
Вкосмических системах, решающих задачи персональной связи, используютсяспутники, которые могут находиться на различных орбитах.
Орбитыкосмических аппаратов (КА) классифицируются: по форме, периодичности прохождениянад точками земной поверхности и по наклонению.
Поформе различают следующие типы орбит:
1. Круговые– трудно реализуемые на практике и требующие частой коррекции помощью бортовыхкорректирующих двигателей КА.
2. Близкиек круговым. Это наиболее распространенный тип орбит в системах спутниковойсвязи. На таких орбитах высоты апогея и перигея. различаются на несколькодесятков километров.
3. Эллиптические.Высоты Н (апогея) и Н (перигея) могут значительно различаться(например, На = 38000–40000 км, Нп = 400–500 км),Данные орбиты также широко применяются в системах спутниковой связи.
4. Геостационарные.Это круговые экваториальные орбиты с периодом обращения спутника, равнымпериоду обращения Земли (Р = 23 ч 56 мин). Натакой орбите спутник располагается на высоте 36000 км и находитсяпостоянно над определенной точкой экватора Земли. Космические аппараты,находящиеся на геостационарной орбите, имеют большую площадь обзора Земли, чтопозволяет с успехом использовать их в системах спутниковой связи.
5. Параболическиеи гиперболические. Применяются, как правило, при изучении планет Солнечнойсистемы.
Попериодичности прохождения КА над точками земной поверхности различают следующиетипы орбит:
1. Синхронные.Они, в свою очередь, подразделяются на синхронные изомаршрутные и синхронныеквазимаршрутные. Изомаршрутные орбиты характеризуются тем, что проекции орбитыискусственных спутников Земли (ИСЗ) на земную поверхность (трассы) совпадаютежесуточно. Квазимаршрутные орбиты характеризуются тем, что проекции орбиты наземную поверхность совпадают один раз в несколько суток.
2. Несинхронныехарактеризуются тем, что трассы, соответствующие любым двум оборотам КА вокругЗемли, не совпадают.
Поднаклонением орбиты понимается угол между плоскостями экватора Земли и орбитыКА. Наклонение отсчитывается от плоскости экватора до плоскости орбиты противчасовой стрелки. Оно может изменяться от 0 до 180°.
Понаклонению различают следующие типы орбит:
· Прямые(наклонение орбиты
· Обратные(наклонение орбиты > 90°)
· Полярные(наклонение орбиты = 90°)
· Экваториальные(наклонение орбиты равно 0 или 180°)
Прецессияорбиты
Несферичность Земли и неравномерность распределения ее массы приводят к изменению(прецессии) плоскости орбиты КА что влечет за собой прецессию линии апсид (т.е.линии соединяющей апогей и перигей) орбиты. При этом скорость названныхпрецессий зависит от формы орбиты, высоты апогея и перигея, а также отнаклонения. Прецессия плоскости орбиты приводит к смещению восходящего инисходящего углов относительно первоначального положения (в момент вывода КА наорбиту).
Величинапрецессии плоскости орбиты космического аппарата зависит от напряженностигравитационного поля Земли. Увеличение напряженности приводит к «спрямлению»орбиты вблизи экватора за счет увеличения скорости движения ИСЗ в направленииэкватора. При этом спутник движущийся по прямой орбите начинает отклонятьсявлево по ходу движения, а движущийся по обратной орбите – наоборот, вправо походу движения.
Такимобразом, в первом случае плоскость орбиты прецессирует в западном направлении,а во втором – в восточном. Плоскости полярных орбит (имеющих наклонение = 90°)не прецессируют.
Высотаорбит связных ИСЗ
Внастоящее время в космических системах для решения задач персональнойрадиосвязи применяют спутники, которые могут находиться на следующих орбитах:низких (круговых или близких к круговым), средневысотных (круговых илиэллиптических) и геостационарных.
Высотаорбит КА выбирается на основании анализа многих факторов, включаяэнергетические характеристики радиолиний задержку при распространениирадиоволн, близость к орбите радиационных поясов Ван Аллена, размеры ирасположение обслуживаемых территорий. Кроме того на высоту орбиты влияютспособ организации связи и требования по обеспечению необходимого значения угламеста КА.
Анализируянизкоорбитальные группировки различных космических систем, можно заметить, чтовысоты круговых орбит КА большинства из этих группировок находятся в диапазонеот 700 до 1500 км. Это обусловлено следующими факторами:
· Наорбитах, расположенных ниже 700 км, плотность атмосферы достаточновысока что вызывает уменьшение эксцентриситета и постепенное снижение высотыапогея. Дальнейшее уменьшение высоты орбиты приводит к повышенному расходутоплива увеличению частоты маневров для поддержания заданной орбиты.
· Навысотах выше 1500 км располагается первый радиационный пояс ВанАллена, в котором невозможна работа электронной бортовой аппаратуры.
Средневысотныеорбиты (5000 – 15000 км над поверхностью Земли) находятсямежду первым и вторым радиационными поясами Ван Аллена. В системах,использующих КА, расположенные на таких орбитах, задержка распространениясигналов через спутник-ретранслятор составляет примерно 130 мс, чтопрактически неуловимо для человеческого слуха и, следовательно, позволяетиспользовать такие спутники для радиотелефонной связи.
Системы,использующие спутники с высотой орбиты 700 – 1500 км, имеют лучшиеэнергетические характеристики радиолиний, чем системы с высотой орбитспутников, равной примерно 10000 км, но уступают им впродолжительности активного существования КА. Дело в том, что при периодеобращения КА около 100 мин (для низких орбит) в среднем 30 миниз них приходится на теневую сторону Земли. Поэтому бортовые аккумуляторныебатареи испытывают от солнечных батарей приблизительно 5000 циклов заряда /разряда в год. Для круговых орбит с высотой 10000 км периодобращения составляет около 6 ч, из которых лишь несколько минут КАпроводит в тени Земли.
Следуеттакже отметить, что спутник, находящийся на низкой орбите, попадает в зонупрямой видимости абонента лишь на 8–12 мин. Значит, для обеспечениянепрерывной связи любого абонента потребуется много КА, которые последовательно(при помощи шлюзовых станций или межспутниковой связи) должны обеспечивать непрерывнуюсвязь. С увеличением высоты орбиты КА зона прямой видимостиспутника-ретранслятора и абонента увеличивается, что приводит к уменьшениюколичества спутников, необходимого для обеспечения непрерывной связи. Такимобразом, с увеличением высоты орбиты увеличиваются время и размеры зоныобслуживания и, следовательно, требуется меньшее число спутников для охватаодной и той же территории.
Геостационарныекосмические системы с высотой орбит спутников примерно 36000 км обладаютдвумя важными преимуществами:
· Система,состоящая из трех геостационарных спутников, практически обеспечиваетглобальный обзор земной поверхности.
· Спутникивсегда находятся над определенной точкой Земли, что позволяет сэкономить наоборудовании слежения за КА.
Длянашей системы связи актуальнее использовать спутник на геостационарной орбите,что позволит охватить нужную площадь земной поверхности и избавиться отиспользования сложной аппаратуры слежения за ИСЗ.
2.2Выбор частотного диапазона
Любаясеть спутниковой связи включает в себя один или несколькоспутников-ретрансляторов, через которые и осуществляется взаимодействие земныхстанций (ЗС). В настоящее время наиболее широкое распространение получилиспутники, работающие в диапазонах частот C (4/6 ГГц) и Ku(11/14 ГГц).
/>
Рис. 1.2
Какправило, спутники диапазона С обслуживают довольно большую территорию, аспутники диапазона Ku – территорию меньше, но обладают более высокойэнергетикой, что дает возможность для работы с ними применять ЗС с антеннамималого диаметра и маломощными передатчиками.
Длянашей системы выберем частотный диапазон Ku, с частотой передачирадиосигнала /> (на линиивверх), /> (на линиивниз).
2.3 Выбортехнологии передачи данных
Всостав любой ЗС входит радиочастотное и каналообразующее оборудование. Первое –это антенна и приемопередатчик, которые должны соответствовать типу выбранногоспутника и обеспечивать работу каналообразующего оборудования. Как правило, этидва компонента ЗС поставляются в комплекте.
Каналообразующееоборудование определяет принцип работы ЗС и всей сети. В настоящее времясуществуют четыре основные технологии для сетей спутниковой связи. Все ониимеют свои достоинства и недостатки, и ни одна из них не являетсяуниверсальной. Для повышения эффективности работы во многих современных сетяхуспешно сочетаются несколько технологий одновременно. Основное различие междуними – способ использования ресурса спутникового ретранслятора. Рассмотрим этитехнологии:
· SCPC (Single Channel PerCarrier) активно применяют для построения небольших сетей с интенсивнымтрафиком. Каждая ЗС, реализующая SCPC, имеет выделенный постоянный сегментемкости спутникового ретранслятора и поддерживает постоянное соединение.Основное достоинство данной технологии состоит в том, что она гарантируетнеобходимую пропускную способность канала спутниковой связи, а основнойнедостаток – отсутствие в ней возможности динамического перераспределенияресурса ретранслятора между узлами сети.
· DAMA(Demand Assigned Multiple Access) предоставляет ресурс спутникового ретрансляторапо требованию. В сетях с технологией DAMA канал связи выделяетсяпользователю только на время проведения сеанса связи, что значительно экономитресурсы спутникового ретранслятора. Структура канала в этой сети аналогичнаструктуре канала SCPC. В некоторых реализациях технологии DAMA предусмотренавозможность установления соединений с разной пропускной способностью для разныхсеансов связи. DAMA оптимальна для создания телефонных сетей сполносвязной топологией. Ресурс ретранслятора распределяется центральнойстанцией сети, что можно считать основным недостатком технологии, так какфункционирование всей сети зависит от состояния одной этой станции.
· TDMA(Time Division Multiple Access) предоставляет множеству станций динамическийдоступ к общему каналу с временным разделением. В отличие от технологии DAMAс ее достаточно большим временем установления соединения такой доступпредоставляется значительно быстрее. Однако ЗС сети TDMA стоят довольнодорого, поскольку любая из этих станций – даже с самым минимальным трафиком – должнапередавать данные со скоростью, равной общей пропускной способностиразделяемого по времени канала. В сетях TDMA центральная управляющаястанция, как правило, отсутствует.
· TDM/TDMA (Time Division Multiplexing/Time Division MultipleAccess) – комбинированная технология сетей с топологией типа «звезда». В сети TDM/TDMAцентральная ЗС связывается со станциями пользователей при помощи одного илинескольких закрепленных каналов TDM (с временным мультиплексированием),а станции пользователей осуществляют доступ к центральной ЗС через каналы TDMA.Поскольку все станции пользователей напрямую взаимодействуют только сцентральной ЗС, появляется возможность применять довольно маломощные станции,скомпенсировав недостаток их энергетики использованием антенны большогодиаметра и мощного передатчика на центральной ЗС. За счет такого дисбалансапараметров станций удается существенно снизить стоимость проектов с большимчислом станций пользователей. Обязательное наличие центральной ЗС (котораявыполняет функцию концентратора сети) обусловливает высокие требования к ееготовности – ведь от состояния этой станции зависит функционирование всей сети.
Всети TDM/TDMA данные, передаваемые между двумя любыми станциямипользователей, дважды проходят через спутник-ретранслятор («двойной скачок»).При этом возникает существенная (1–2 с) задержка сигнала, которая делаетданную сеть малопригодной для использования телекоммуникационных приложений,чувствительных к таким задержкам.
Поддержкарассмотренных выше основных технологий реализована во многих современныхаппаратных средствах спутниковой связи. Очень часто имеет смысл применять водной сети несколько технологий одновременно. Так, например, для построениякрупномасштабной корпоративной телекоммуникационной инфраструктуры можнорекомендовать сочетание технологий TDM/TDMA и DAMA. Последняя из нихобеспечит телефонную и факсимильную связь, сделает возможной организацию аудио-и видеоконференций, в то время как с помощью подсети TDM/TDMA можнобудет осуществлять передачу данных.
Вторая главапосвящена выбору параметров спутника: формы и высоты орбиты, частотногодиапазона, в котором будет транслироваться сигнал и технологии передачи данных.
Длянашего проекта предпочтение отдано ИСЗ на геостационарной орбите, что позволитохватить нужную площадь земной поверхности и избавиться от использованиясложной аппаратуры слежения за траекторией спутника.
Передачасигнала будет осуществляться в Ku-диапазоне (11/14 ГГц), что даетвозможность для работы с антеннами малого диаметра и маломощными передатчиками.
Дляпередачи информации можно рекомендовать сочетание технологий TDM/TDMA и DAMA.Последняя из них обеспечит телефонную и факсимильную связь, сделает возможнойорганизацию аудио- и видеоконференций, в то время как с помощью подсети TDM/TDMAможно будет осуществлять передачу данных.
3.Энергетический расчетспутниковой линии
Основнаяособенность спутниковых линий связи – большое затухание радиосигнала научастках линии. Так при высоте орбиты ИСЗ в 36000 км затуханиерадиосигнала на участке достигает 200 дБ. Кроме этого, радиосигнал претерпеваетслучайные изменения вследствие поглощения радиоволн в атмосфере (дождь, снег,туман), их рефракции и деполяризации, Фарадеевского вращения плоскости поляризации.На приёмные устройства воздействуют помехи в виде излучений космоса, Солнца,Земли и др. планет.
Правильный и точный учет всех особенностейспутниковой связи позволяет выполнить оптимальное проектирование системы связи,обеспечить её надежную работу в наиболее сложных условиях и в то же времяисключить излишние энергетические затраты, приводящие к неоправданномуусложнению наземной и бортовой аппаратуры.
Вэнергетическом смысле для линии «ЗС-СР-ЗС» (земная станция – спутник-ретранслятор– земная станция) оба участка напряженные и неравнозначные: первый – из-застремления уменьшить мощность передатчика земной станции и относительно низкойчувствительности приемника ретранслятора, второй – из-за ограничений на массу,габариты и энергетику ретранслятора, т.е. ограничения на мощность бортовогопередатчика.
Для участка ЗС-СР мощность сигнала на входебортового приёмника можно определить из первого уравнения передачи
/>, [дБ]. (3.1)
Аналогично для участка СР-ЗС
/>, [дБ], (3.2)
где /> –потери в антенно-волноводном тракте передачи (приёма) земной станции илибортового ретранслятора;
/> – коэффициентпередачи по мощности антенно-волноводного тракта передачи или приёма;
/> – дополнительноезатухание радиосигнала на участке ЗС-СР (СР-ЗС).
Потери в антенно-волноводном тракте зависят отего конструкции и диапазона рабочих частот. Обычно при расчетах принимают />, />, />.3.1 Расчёт затухания радиосигнала на участках линии спутниковой связи
Полноезатухание радиосигналов в линиях спутниковой связи определяется потерями всвободном пространстве /> и дополнительными потерями />, обусловленнымиособенностями функционирования систем спутниковой связи:
/>,[дБ]. (3.3)
Потериэнергии радиоволн при распространении в свободном пространстве определяются всоответствии с выражением
/>, [дБ], (3.4)
где /> – наклонная дальностьна участках радиолинии КС, определяемая как
/>, (3.5)
где />=6371 км –радиус Земли (при её аппроксимации сферой);
H– высота орбиты ИСЗ (длягеостационарной орбиты Н = 35875 км, для высокоэллиптическихорбит Н – высота апогея);
/> – топоцентрическийпараметр, который может быть определен из выражения
/> (3.6)
где, /> – географическаяширота подспутниковой «точки»;
/> – географическаяширота земной станции;
/>; (3.7)
/> – географическаядолгота ЗС;
/> – географическаядолгота подспутниковой «точки».
При расчетеэнергетических параметров сети спутниковой связи /> следуетвыбрать максимальным для заданной зоны обслуживания. Для выполнения этогоусловия из исходных данных выберем географические координаты ЗС и СР такимобразом, чтобы ЗС находилась на максимальном расстоянии от подспутниковой «точки»для заданной зоны обслуживания.
Имеем: />/>,/>, />, />
Отсюда, />
/>
Дополнительноезатухание радиосигнала на участках радиолинии КС /> зависит от многихфакторов, проявляющихся независимо друг от друга, и может быть представлено ввиде суммы:
/>, (3.8)
где /> – затухание ватмосфере без осадков;
/> – затухание восадках;
/> – затухание,учитывающее неточность наведения антенн;
/> – затухание за счетдеполяризации сигнала в среде распространения.
Затухание в атмосферебез осадков /> определяется главным образом поглощением втропосфере и имеет ярко выраженный частотно-зависимый характер с резонансными пикамина частотах 22 и 165 ГГц (для водяных паров) и 60 и 120 ГГц (для кислорода).
Потериэнергии радиосигнала в атмосфере без осадков не зависят от времени (имеют местов течение 100% времени работы радиолинии) и определяются по графикам (рис. 3.1)в зависимости от частоты радиосигнала /> Найдём налинии вверх /> (/>) и вниз /> (/>).
Такимобразом, /> и />. Затухание сигнала восадках зависит от вида гидрометеоров (дождь, снег, туман), размеров зоныих выпадения, интенсивности осадков в зоне и т.д. В диапазонах частот /> величиназатухания радиосигнала в осадках составляет />. Поэтому примем />.
/>
Рис. 3.1. Графикидля определения затухания радиосигнала в атмосфере без осадков
Дополнительноезатухание сигнала за счет неточного наведения антенн ЗС и СР друг от друга /> обусловленорефракцией радиоволн, что приводит к образованию угла между истинным икажущимся направлениями ИСЗ. Угловое отклонение, вызванное рефракцией,составляет несколько десятых долей градуса и может быть скомпенсировано приавтоматическом наведении антенн по максимуму сигнала. При других методахнаведения с учетом погрешностей конструкции устройства наведения можно принять />.
Поляризационные потери на участках линии КС складываются изпотерь, вызванных несогласованностью поляризации, потерь, связанных с эффектомФарадея, и потерь из-за деполяризации радиоволн в осадках.
Потери, вызванные несогласованностью поляризации,имеют существенное значение при использовании на ЗС и СР узконаправленныхантенн и применении линейной поляризации. Использование круговой поляризациипозволяет эти потери сделать пренебрежимо малыми. Потери, обусловленныеэффектом Фарадея, проявляются при использовании сигналов с линейнойполяризацией, зависят от частоты и пренебрежимо малы. Потери из-задеполяризации радиоволн при осадках больше характерны для сигналов с круговойполяризацией, носят статистический характер, связанный со статистикой выпадениядождей, и могут оказывать заметное влияние на энергетику систем спутниковой связина частотах выше 12 ГГц.
Прииспользовании на линиях КС круговой поляризации сигналов результирующиеполяризационные потери принимают />.
Такимобразом, получаем ослабление радиосигнала на участке вниз
/>
и на участкевверх
/>.
Хорошо видно,что ослабление на участке вниз меньше, чем на участке вверх на 2 дБ.Такое отличие связано с тем, что радиосигнал на более высоких частотах претерпеваетбольшее затухание, чем на частотах ниже. Именно этим обусловлен тот факт, чтодля значения частоты радиосигнала на участке СР-ЗС всегда выбирается меньшеезначение, чем на участке ЗС-СР. Ведь на борту ИСЗ энергетика жёстко ограничена,что сильно оказывает влияние на максимальную выходную мощность передатчикаретранслятора связи.3.2 Расчёт энергетических параметров приёмных устройств
Приемноеустройство СВЧ может характеризоваться некоторыми энергетическими параметрами:реальной чувствительностью, пороговой чувствительностью, коэффициентом шума,шумовой температурой и эффективной температурой. Все эти параметры, какизвестно, имеют определенную связь между собой. Три последних из ниххарактеризуют линейную часть приемного устройства от антенны до детектора. Всистемах спутниковой (космической) связи наибольшее распространение получилидва последних параметра.3.3 Расчётполной эффективной температуры приёмных устройств, пересчитанной к облучателюприёмной антенны
Шумовая температура /> оцениваетвнутренние шумы линейной части приемника, пересчитанные на его вход. Она можетбыть выражена через коэффициент шума /> следующимобразом
/>, (3.9)
где /> – абсолютнаятемпература среды, в которой работает приемник (обычно />).
Чем ниже шумовая температура приемника, тем вышеего чувствительность. Для идеального четырёхполюсника />, поэтому />.
Для приёмника ЗС коэффициент шума составляет /> или />, т.е. />.
Т.к. основной вклад в шум приёмного устройствавносит первый каскад, т.е. МШУ, то коэффициент шума МШУ будет ненамного меньшекоэффициента шума всего приёмного устройства. А таким МШУ может служитьпараметрический усилитель на полупроводниковых диодах (/>).
Для приёмника СР коэффициент шума составляет /> или />, т.е. />.
Такие значения позволяют первый каскад усилителятакого приёмника реализовать на ЛБВ (Лампа бегущей волны).
Эффективная температура (/>) характеризует полнуюмощность шумов, действующих на входе приемника, т.е. поступающих изантенно-волноводного тракта и собственных, пересчитанных на вход. Полнаяэффективная температура приемного устройства, пересчитанная на вход приемника
/>, (3.10)
то же – к облучателю приёмной антенны:
/>, (3.11)
где /> – эквивалентнаяшумовая температура антенны;
/> – эквивалентнаяшумовая температура антенно-волноводного тракта.
Эквивалентная шумовая температура антенны можетбыть представлена в виде составляющих [10, 13]:
/>
/>, (3.12)
где /> – составляющая,обусловленная приемом космического радиоизлучения, зависящая от угла местаантенны;
/> – составляющая,обусловленная излучением атмосферы и зависящая от угла места антенны;
/> – составляющая,учитывающая излучение Земли;
/> – составляющая, учитывающаясобственные шумы антенны из-за наличия потерь в её элементах;
/>– коэффициент, учитывающийусредненный уровень боковых и задних лепестков диаграммы направленности антенны(для антенн ЗС />, для антенн СР />).
Эквивалентнаяшумовая температура волноводного тракта, работающего при абсолютной температуре/>.
/>. (3.13)
Шумы космического происхождения определяются в основномизлучениями Галактики, Солнца и Луны. При этом усреднённая температура шумовГалактики на частотах до 11 ГГц не превышает 10°К. Шумовое излучениеСолнца может полностью нарушить связь при попадании в главный лепестокдиаграммы направленности антенны. Однако влияние Солнца можно, свести кминимуму при конкретном расчете трассы участка. Излучение Луны оказывает ещёменьшее влияние, т. к. её шумовая температура на несколько порядков нижешумовой температуры Солнца. Таким образом, в большинстве практических случаевсоставляющая /> может приниматься равной нулю.
Шумоваятемпература атмосферы определяется излучением спокойной атмосферы и влияниемосадков, зависит от частот сигнала и угла места антенны. При известномзатухании радиосигнала в атмосфере (с учётом осадков) /> шумоваятемпература атмосферы быть определена как:
/>, [/>].(3.14)
Шумоваятемпература Земли при расчетах принимается равной />
Составляющая /> как показываетпрактика, зависит от угла места антенны. Приведено выражение для расчета этойсоставляющей с учётом />.
/>, [/>].(3.15)
Собственнаяшумовая температура антенны обусловлена потерями анергии в облучателе. Она можетбыть определена по аналогии с (3.13)
Посколькукоэффициент полезного действия облучателя близок к 1, то собственной шумовойтемпературой антенны можно пренебречь.
Подставив всесоставляющие в (3.3), имеем
/> и />.3.4 Расчёт коэффициента усиления антенн земной станции иретранслятора на приём и на передачу
Усиление антенны /> земнойстанции на передачу или на приём можно определить по диаметру зеркала(рефлектора) и длине рабочей волны на участке ЗС-СР (/>) или на участке СР-ЗС(/>):
/>, [дБ], (3.16)
где /> – коэффициентиспользования поверхности зеркала (КИП) (для двухзеркальных />).
Примем КИП /> Изисходных данных />,следовательно /> и />.
Для бортовой антенны обычно задается уголглавного лепестка диаграммы направленности />.В этом случае усиление антенны можно определить как
/>, [дБ]. (3.17)
Дляобеспечения связи в пределах заданной зоны на ретрансляторе будем использоватьантенну с ШДН />. Ретрансляторс такой антенной будет освещать зону диаметром />, что достаточно дляосвещения трассы парома. Еёкоэффициент усиления составит />.3.5 Расчётреальной чувствительности приёмников
Реальнаячувствительность радиоприемника /> характеризуетсяминимальной мощностью сигнала на его входе, при которой обеспечивается заданноекачество связи на интервале и в линии в целом. Поэтому расчёт реальнойчувствительности приемников проводится с учётом нормирования качества связи наинтервалах (участках), механизма накопления искажений в линии в условияхзамираний, режимов работы станций в линии и т.д.
Реальная чувствительность приемников КС в режимепередачи цифровых сообщений методом непосредственной манипуляции несущегоколебания определяется скоростью передачи сообщений, методом манипуляциинесущей (АМн, ЧМн, ФМн, ОФМн), способом обработки сигнала в приемнике(когерентный, некогерентный), требованием к достоверности и т.д. Для когерентногои некогерентного приема
/>, [дБ], (3.18)
/> — шумовая полосапропускания приемника,
/> – соотношение сигнал/шумна входе решающей схемы приемника для обеспечения заданной вероятности ошибок />.
В реальныхусловиях обычно принимается в расчёт поправка на потери при техническойреализации когерентного приёма />. Сучётом этой поправки
/>, [дБ]. (3.19)
Имеем /> и />(/>Вт).
Такоеразличие значений реальной чувствительности приёмников на Земле и на борту ИСЗобусловлено тем, что на земных станциях большое распространение получилипараметрические МШУ с коэффициентом шума 6…7 дБ, в то время как наретрансляторе применяются транзисторные МШУ коэффициент шума которых ~10 дБ.3.6 Расчёт энергетических параметров передающих устройств
Расчет и обоснование энергетических параметровстанций: мощности передатчика, затухания в АФТ, коэффициента усиления антенны,реальной (пороговой) чувствительности приемника или его шумовых параметров,требуемого запаса уровня СВЧ-радиосигнала на интервале является основной целью энергетическогопроектирования линии связи. Расчет производится на основе решения первого ивторого уравнений передачи. При этом отдельные составляющие этих уравненийдолжны быть предварительно рассчитаны или обоснованно выбраны.
Решение уравнений передачи не может бытьоднозначным вследствие некоторого разброса значений параметров, входящих вуравнения. Поэтому величина рассчитываемого параметра может оказатьсянеприемлемой. В этом случае следует внести коррективы в значения тех или иныхпараметров и решать уравнение заново.3.7Расчёт выходных мощностей передатчиков земной станции и ретранслятора связи наИСЗ
Мощностипередатчиков ЗС и СР определяются в соответствии с первым уравнением передачи:
/> (3.20)
/>, [дБ],
где /> – мощности сигналовна входах приемников ЗС (СР)
/> – эквивалентноезатухание на участке вверх (вниз), которые находятся из выражения:
/>, [дБ],
где /> – затухание волноводных (фидерных)трактов соответствующих передающих и приемных устройств участков;
/> – эксплуатационный запас мощностипередатчика.
/>
/>
Мощностипередатчиков земной станции и спутника-ретранслятра:
/>
/>
Третья глава посвящена энергетическому расчету спутниковой линий: наклонной дальности, затухания сигнала, шумовой температуры, коэффициента усиления антенн земной станции и ретранслятора на приём и передачу, мощности передатчиков земной станции и ретранслятора связи на ИСЗ.
Опираясь на эти показатели можно выбрать приемно-передающую аппаратуру, и рассчитать параметры антенны.
4.Расчет приемо-передающейантенны спутниковой связи
4.1 Общийанализ и сравнительная характеристика антенн
В последнеедесятилетие в области космической и радиорелейной связи, радиоастрономии идругих областях широкое распространение получили двухзеркальные антенны (ДЗА).
Основнымидостоинствами анесимметричныхДЗА по сравнению с однозеркальными являются:
1. Улучшениеэлектрических характеристик, в частности повышение коэффициента использованияповерхности раскрыва антенны, так как наличие второго зеркала облегчаетоптимизацию распределения амплитуд по поверхности основного зеркала.
2. Конструктивныеудобства, в частности упрощение подводки системы фидерного питания кизлучателю.
3. Уменьшениедлины волноводных трактов между приемо-передающим устройством и облучателем,например, путем размещения приемного устройства, вблизи вершины основногозеркала.
Вместе с тем ДЗА свойственны следующиенедостатки:
1. высокаястепень затенения излучающего раскрыва, особенно для антенн с малымэлектрическим размером раскрыва, то есть характеризуемым сравнительно малымзначением D/λ;
2. высокийуровень боковых лепестков по угловым направлениям, примыкающим к направлениюглавного излучения;
3. значительноболее серьезные трудности в конструировании квазичастотно независимыхоблучателей антенны по сравнению с однозеркальной схемой;
4. большиефизические размеры облучателя;
5. высокаястоимость.
Принцип действия ДЗА заключается в преобразованиисферического волнового фронта электромагнитной волны, излучаемой источником, вплоский волновой фронт в раскрыве антенны в результате последовательногопереотражения от двух зеркал: вспомогательного и основного с соответствующимипрофилями.
Одним из наиболее распространенных вариантовисполнения двузеркальной антенны является антенна типа Кассегрена, содержащаяпараболоидное основное зеркало, облучатель и вспомогательное зеркало(контррефлектор), представляющее собой часть поверхности в виде гиперболоидавращения.
Трансформацияволновых фронтов в указанной схеме такова: сферический фронт волны, излученныйоблучателем, после отражения от конррефлектра трансформируется вновь всферический расходящийся фронт, виртуальный источник которого расположен на осисистемы за гиперболоидным контррефлектором в точке фокуса основного рефлектора,а после второго отражения от параболоида трансформируется в плоский волновойфронт.
/>
Рисунок 4.1 –антенна типа Кассегрена
4.2 Расчет энергетических характеристик антенны
К основнымэнергетическим характеристикам антенны относят коэффициент усиления икоэффициент направленного действия.
Коэффициентусиления передатчика:
/>
Для того,чтобы выразить Gпер в разах необходимо использовать известное соотношение:
/> (4.1)
/>
Коэффициентнаправленного действия (КНД) определяется как отношение коэффициентаусиления к КПД (для двузеркальных антенн КПД примем равным 0,8).При этих значениях, КНД определиться как:
/>; (4.2)
КНД=18448,854
4.3 Расчетрадиуса раскрыва большого зеркала
Впредварительных расчетах радиус раскрыва вычисляется без учета площадизатенения. Для определения предварительного радиуса раскрыва (R/0) используем следующеесоотношение:
/> (4.3)
где КИПпримем равным 0,6;
/> (4.4)
Выразим изданного соотношения площадь раскрыва и затем определим R/0:
/> (4.5)
/>
Площадьокружности определяется по формуле:
/> (4.6)
В результатеполучим, что предварительный радиус равен:
/>
Теперь мыможем получить диаметр как большого, так и малого зеркал:
/> (4.7)
/>
При этомдиаметр малого зеркала определяется в соответствии с рекомендациями:
/>
/>
В дальнейшемнам необходимо учитывать площадь затенения, иными словами определить площадьмалого зеркала, и соответственно вычислить радиус раскрыва с учетом этойплощади. Площадь тени можно определить как:
/>, (4.8)
где />
/>
Теперь намнеобходимо проверить соотношение R/0 R0. Анализируя полученныерезультаты, можно сделать вывод, что условие удовлетворено. Дальнейший расчетоснован на выборе угла раскрыва (Ψ0) и угла облучения (φ2):
Ψ0= 1000…1050,примем Ψ0=1030;
φ2= 400…410,примем φ2=410;
4.4 Расчетэксцентриситета малого зеркала гиперболы, фокусных расстояний зеркал и диаметраоблучателя
/>; (4.9)
/>
Длядальнейшего расчета нам необходимо определить фокусное расстояние большого (F) и малого (f) зеркал. Это можносделать, используя следующее соотношение:
/>; (4.10)
/>
Изприведенного выше соотношения видно, что Fэ определится как:
/>; (4.11)
/>
Теперьрассчитаем фокусное расстояние малого зеркала, при этом формула для егоопределения выглядит следующим образом:
/>; (4.12)
/>
Разностьрасстояний от фокусов до произвольной точки на поверхности гиперболоидапостоянна, т.е. />, где 2а –это расстояние между его вершинами. Расстояние между фокусами гиперболоида />. При этом эксцентриситетобразующей гиперболы равен />.
/>
Рисунок4.2 – графическое представление расстояний 2С и 2а
Теперь можноотыскать численные значения расстояний 2С и 2а. Для этогоиспользуем выражение:
/>; (4.13)
/>
/>;
/>
Выполнимпроверку на условие />, условие /> удовлетворено,следовательно, расстояния найдены, верно.
Необходимоопределить диаметр облучателя:
/>; (4.14)
Такимобразом, диаметр облучателя можно определить как:
/>;
/>
При этомусловие />выполняется.
4.5 Расчетпитающей линии
В качествеоблучателя используется конический рупор, питание таких рупоров осуществляетсяот круглого волновода или через плавный переход от прямоугольного.
Применимкруглый волновод с основной волной />. Волновод должен подводить коблучателю только волну /> и пропускать заданную мощность.
Соотношениерадиуса волновода и критической длины волны /> в волноводе:
/>
Отсюда r, учитывая, что />
/>
Нижняяграница работы волновода на основной частоте /> определим:
/>
/>=7,7 мм
Такимобразом, радиус волновода надлежит выбирать из полученного неравенства:
/>
Выбираем />
/>
/>
/> из-за возможных неоднородностей, качестваповерхности внутренних стенок волновода, чистоты заполняющего волновод воздухабольшее значение />брать не рекомендуется.
Определиммаксимальную мощность, которая может быть передана через волновод:
/>
В четвертой главе произведена сравнительная характеристика антенн спутниковой связи. Наиболее актуальной для использования в проекте является двухзеркальная антенна по схеме Кассегрена. Произведен методический расчет:
– диаметров большого и малого зеркал:
/>
/>
– радиуса раскрыва;
– фокусных расстояний зеркал и диаметра облучателя;
– волноводной линии.
Следует отметить, что на судне приемно-передающаяантенна устанавливается на гиростабилизирующую платформу, которая нейтрализуетотклонение направления сигнала при качке, за счет специальной конструкции.
5.Предложения по антеннойсистеме для организации сотовой связи на пароме
Наиболеераспространенным вариантом при организации покрытия в небольших помещенияхявляется установка ретранслятора, к которому по коаксиальным кабелямподключаются удаленные антенны, образуя распределенную антенную систему. Длясоздания нужной топологии сети используются делители мощности и направленныеответвители.5.1 Предложения по организации покрытия с помощью микробазовыхстанций (фемтосот)
Фемтосота – маломощнаяи миниатюрная станция сотовой связи, предназначенная для обслуживания небольшойтерритории. Предоставляет все те же функции, что и «большая» сотовая ячейка, нов одном удобном для установки контейнере.
В случае еслитребуется дополнительная емкость, вместо ретрансляторов ставят базовые станции.Возможна также организация indoor-покрытия с использованием системы микро- илифемтобазовых станций, устанавливаемых в местах неуверенного приема.
Каждый изуказанных способов имеет свои преимущества и недостатки, рассмотрим их болееподробно:
Преимуществаорганизации indoor-покрытия с использованием микро / пико-БС:
· Быстротаинсталляции, отсутствие необходимости дорогостоящей прокладки кабельных трасс.
· Возможностьиспользования уже имеющейся в здании инфраструктуры Ethernet дляпередачи к БС как данных, так и питания.
· Легкостьинтеграции в существующую сотовую сеть.
· Возможностьреализации сервиса GSM-over-IP.
· Простоечастотное планирование.
· Возможностьдистанционного мониторинга частотных планов с предоставлением реальных уровнейсигналов в различных точках покрытия.
Недостаткиорганизации indoor-покрытия с использованием микро / пико-БС
Приорганизации покрытия с помощью микро / пикобазовых станций возникаютследующие сложности:
· сложностьконфигурации системы: требуется тщательная настройка системы для обеспечениямаксимально возможного коэффициента повторного использования каналов иминимизации интерференции между сотами;
· сложностьмасштабирования системы: в случае добавления или удаления пикосоты вся системаподлежит реконфигурированию;
· возможныепроблемы с хендовером: при обеспечении покрытия больших площадей возникаютсложности с организацией трафика между пикосотами, поскольку список соседнихпикосот ограничен;
· ограниченнаяплотность обслуживания: в местах с большим трафиком приходится устанавливатьдополнительные пикосоты, что ведет удорожанию системы;
· общаянеэффективность использования пикосот: их приходится конфигурировать с учетомобеспечения наиболее интенсивного трафика, поэтому остальную часть дня онихронически недогружены. Другими словами, оператору приходится тратиться наустановку оборудования, которое будет бездействовать 80% времени;
· невозможностьподдержки нескольких операторов: если владельцу здания требуется поддержканескольких операторов, каждый оператор будет устанавливать свои БС.
5.2 Предложения поорганизации покрытия с помощью распределенных антенных систем
Распределеннаяантенная система, в зависимости от площади покрытия, может быть активной илипассивной. Основным преимуществом DAS перед системами на базе микро /пикосот является возможность передачи широкополосных сигналов (работа вдиапазоне частот от 300 МГц до 2,5 ГГц). Это позволяетиспользовать DAS для обслуживания нескольких операторов, работающих вразных стандартах и частотных диапазонах (многодиапазонный, мультиоператорскийрежим, обеспечивающий работу в стандартах GSM900/1800, 3G, Wi-Fi, WLAN),и избежать необходимости параллельного развертывания каждым оператором своихсобственных DAS.
ПреимуществапассивныхDAS
· Отсутствиенеобходимости в техническом обслуживании и регулировке компонентов сети.
· Отсутствиедополнительных шумов или интермодуляционных помех в системе позволяетреализовывать многоканальный режим работы без какой-либо деградации услуг засчет возможной интерференции. Таким образом, пассивные DAS можно суспехом использовать и в сетях 3G.
Недостаткипассивных DAS
· Существенныезатраты на прокладку коаксиальных кабелей большого диаметра.
· Небольшиеразмеры обеспечиваемого покрытия вследствие затухания в коаксиальных кабелях.Максимальное удаление антенны от источника сигнала не может превышатьнескольких сотен метров.
· Проблемыс масштабированием системы, обусловленные зависимостью качества покрытия отдлины кабельных линий связи. При больших длинах кабелей затухание сигнала ведетк возникновению зон неуверенного приема.
· Отсутствиесредств мониторинга работы: если какая-либо антенна начинает работать неправильно,оператор узнает об этом только после жалоб абонентов.
Преимуществаактивных DAS
· Большаяреализуемая площадь indoor-покрытия за счет большей протяженностиволоконно-оптических линий связи.
· Гарантированныйуровень сигнала на входе каждой антенны независимо от ее удаления от точкивхода.
· Возможностьдистанционного мониторинга и управления каждой конкретной антенной позволяетлокализовать возникающие проблемы с качеством связи.
· Отсутствиеинтерференции между антеннами.
· Простоемасштабирование – легкость увеличения площади покрытия и его емкости.
· Отсутствиеограничения на количество устанавливаемых антенн – поскольку каждая антеннаявляется расширением только одного источника сигналов, нет необходимости вконфигурации каждой антенны под конкретное место инсталляции.
Следуетотметить, что активные DAS с использованием ретрансляторов в рядеслучаев оказываются предпочтительнее DAS с использованием БС даже принеобходимости обеспечения дополнительной емкости.
Наиболееперспективными видами indoor-систем являются активные распределенные антенныесистемы, позволяющие организовать единую широкополосную среду для реализациилюбых видов беспроводного доступа, включая GSM/UMTS/WLAN/Wi-Fi. Такимобразом, удается избежать необходимости организации каждым оператором своейсобственной инфраструктуры. Отличием от стандартных решений являетсяиспользование в таких системах в составе удаленных блоков универсальныхмодулей, позволяющих осуществить масштабируемую интеграцию всех существующихбеспроводных сервисов.
Принеобходимости добавления к распределенной сети, например, сервиса WLAN вудаленный блок просто встраивается соответствующий модуль. Если нужно внедритьсервис Wi-Fi, в систему добавляется модуль Wi-Fi. Прииспользование таких универсальных модулей Wi-Fi-точки доступаразмещаются только в вместе с удаленным блоком в специальных стойках,устанавливаемых в подсобных помещениях.
Дляуправления столь сложными сетями используются специальные системы управления,обеспечивающие удаленный мониторинг, диагностику и управление сетью в режимереального времени. Параллельно проводится мониторинг внешнего окружения (уровнисигналов от базовых станций и ретрансляторов), что позволяет оперативнолокализовать возникающие проблемы в сети еще до того, как они начинаютоказывать влияние на предоставляемые услуги. Системы управления работают под Unixили Windows.
5.3 Выборпараметров оборудования для сотовой связи парома
Дляразвертывания сети GSM на пароме следует интегрировать на бортумикробазовые станции / фемтосоты. Необходимым требованиям соответствуетоборудование компании Huawei Technologies.
Базоваяприемопередающая станция BTS3900B относится к типу оборудования pico BTSкомнатного исполнения и обладает очень высокой производительностью. BTS3900Bобладает достаточно широкими возможностями. Характеризуясь высоким уровнеминтеграции и поддержкой IP-передачи, BTS3900B позволяетоператорам предоставлять качественные услуги в местах со слабым приемом навысокой скорости и с наименьшими затратами.
BTS3900B относится к четвертомупоколению BTS, линейке BTS3900, разработанному компанией Huawei.
Имеянебольшие габариты и вес, BTS3900B поддерживает различные частотныедиапазоны и легко устанавливается. Также она поддерживает GPRS/EDGE иэволюционный переход на EDGE+.
Быстроеразвертывание сети в сочетании с низкими затратами
· ГабаритыBTS3900B составляют 230 мм x 52,5 мм x 165 мм.По сравнению с традиционными станциями BTS, BTS3900B позволяетоператорам урезать инвестиционные расходы на приобретение сайта и строительствоавтозала.
· BTS3900B может установить одинчеловек с помощью нескольких обычных инструментов.
· СтанцияBTS3900B весит всего лишь 1,5 кг, поэтому для ее перевозки нетребуется особое вспомогательное оборудование, и расходы на ее установкузначительно сокращаются.
· BTS3900B имеет компактноемодульное строение. Она легко собирается и разбирается, что являетсяпреимуществом при быстром развертывании сети.
Покрытиевнутри помещений высокого качества BTS3900B обеспечивает покрытие зонслабого приема на участках с наиболее интенсивным трафиком.
· можетфункционировать на следующих частотных диапазонах: 850 MГц, 900 MГц,1800 MГц и 2900 MГц.
· поддерживаеттехнологию питания через Ethernet (сокр. PoE).
· СтанцияBTS3900B имеет вход электропитания AC. Питание – 110 В ACили 220 В AC через адаптер питания AC/DC.
Экологичныйдизайн
· BTS3900B применяет новейшиетехнологии в части усиления мощности и потребления питания, что позволяетуменьшить использование ресурсов. При использовании одного приемопередатчикаиспользуется питание мощностью 13 Вт, при использовании двух – 18 Вт.Потребление питания каждого приемопередатчика BTS3900B в сравнении сприемопередатчиками традиционных BTS намного экономичнее.
ПоддержкаGPRS и возможности эволюционного перехода на EDGE+
· BTS3900B поддерживает услуги GPRS/EDGE.
· BTS3900B поддерживаетэволюционный формат EDGE+.
Заключение
Всоответствии с заданием в дипломной работе обоснована телекоммуникационнаясистема и выполнены практические расчеты элементов системы, обеспечивающейсвязью пассажиров парома сообщением Калининград-Санкт-Петербург, черезспутниковую линию связи.
В процессевыполнения дипломного проекта получены следующие практические результаты:
1. Разработанамодель информационной телекоммуникационной системы связи и обоснованы еепараметры.
2. Выполненаоценка планового трафика сети и рассчитана необходимая пропускная способность.
3. Обоснованаспутниковая система, её частотный диапазон и технология передачи данных.
4. Рассчитанозатухание сигнала на линии радиосвязи, энергетические параметры приемных ипередающих устройств, коэффициент усиления антенн земной станции иретранслятора на приём и на передачу выходная мощность передатчиков земнойстанции и ретранслятора связи на ИСЗ.
Коэффициент усиленияантенны земной станции />;
ретранслятора– />.
Рассчитаннаявыходная мощность передатчиков земной станции />;
спутника – />.
5. Обоснованаконструкция приемно-передающей антенны.
6. Выполнен расчет диаметров большого и малого зеркал, радиуса раскрыва, фокусных расстояний зеркал и диаметра облучателя, питающей линии.
Диаметр большого зеркала />;
малого – />.
7. Рассмотренытехнологии антенных систем для организации сотовой связи на пароме.
8. Предложеныпараметры необходимого оборудования.
Таким образом, задачи, разработанные в проекте, выполнены, поставленная цель достигнута. Задание на дипломный проект выполнено в полном объеме.
Список литературы
1. Левин Б.Р. Теоретическиеосновы статистической радиотехники. – М.: Радио и связь
2. Зюко А.Г., Кловский Д.Д.,Назаров М.В., Финк Л.М. Теория передачи сигналов. Учебник дляВУЗов. – М.: Радио и связь
3. Варакин Л.Е. Системысвязи с шумоподобными сигналами. – М.: Радио и связь
4. Иванов В.И., Гордиенко В.Н.,Попов Г.Н. и др. Цифровые и аналоговые системы передачи. Учебник дляВУЗов. – М.: Радио и связь
5. Баева Н.Н., Гордиенко В.Н.,Курицын С.А. Многоканальные системы передачи. Учебник для ВУЗов. – М.:Радио и связь
6. Беллами Дж. Цифроваятелефония. Пер. с англ. – М.: Радио и связь, 1986, – 544 с.
7. Слепов Н.Н. Синхронныецифровые сети SDH. М.: Эко – Тредз
8. Волоконно-оптическиесистемы передачи и кабели. Справочник / И.И. Гроднев, А.Г. Мурадян, P.M. Шарафутдинов и др.
9. Шварц М. Сети связи:протоколы, моделирование и анализ: в 2-х ч. Пер. с англ. – М.: Наука
10. Автоматическаякоммутация. Под ред. Ивановой О.Н.
11. Боккер П. ISDN. Цифровая сеть синтеграцией служб. Понятия, методы, системы.
12. Гроднев И.И., Верник С.М. Линиисвязи.
13. Проектирование итехническая эксплуатация сетей передачи дискретных сообщений. / Под ред. Г.П. Захарова– М.: Радио и связь
14. Надежность иживучесть систем связи. / Под ред. Б.Я. Дудника
15. Филин Б.П. Методыанализа структурной надежности сетей связи.
16. Теория сетей связи. /Под ред. В.Н. Рогинского – М.: Радио и связь
17. Корнышев Ю.Н., Пшеничников А.П.,Харкевич А.Д. Теория телетрафика.