РАСЧЕТ ЛИНИИ СВЯЗИ ДЛЯ ОБЪЕДИНЕНИЯ ЛОКАЛЬНЫХ СЕТЕЙ КАФЕДРЫ «ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА» ТОГУ И КАФЕДРЫ «АВТОМАТИКИ ТЕЛЕМЕХАНИКИ И СВЯЗЬ» ДВГУПС

CALCULATION OF A RADIO RELAY COMMUNICATION LINE FOR THE UNIFICATION OF LOCAL NETWORKS OF THE DEPARTMENT OF COMPUTER ENGINEERING OF PACIFIC NATIONAL UNIVERSITY AND THE DEPARTMENT OF AUTOMATION, TELEMECHANICS AND COMMUNICATIONS OF FAR EASTERN STATE TRANSPORT UNIVERSITY

Danil Blagorazumov

student, Department of Computer Engineering, Pacific National University,

Russia, Khabarovsk

Sergei Yermolov

student, Department of Computer Engineering, Pacific National University,

Russia, Khabarovsk

Denis Vegeraл

Senior Lecturer, Pacific National University,

Russia, Khabarovsk

Nikolay Sorokin

scientific supervisor, candidate of technical sciences, assistant professor, Pacific National University,

Russia, Khabarovsk

Vladimir Vlasov

scientific supervisor, Senior Lecturer, Pacific National University,

Russia, Khabarovsk

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассматривается процесс расчета пролета для построения радиорелейного канала связи между Тихоокеанским государственным университетом и Дальневосточным государственным университетом путей сообщения.

ABSTRACT

This article discusses the process of calculating the span for building a radio relay communication channel between the Pacific State University and the Far Eastern State University of Railways.

Ключевые слова: радиорелейная связь, NEC Pasolink NEO, Хабаровск.

Keywords: radio relay communication, NEC Pasolink NEO, Khabarovsk.

Между Министерством цифрового развития и связи Хабаровского края, Тихоокеанским государственным университетом и Дальневосточным государственным университетом путей сообщения существует «Соглашение о намерениях между министерством информационных технологий и связи Хабаровского края, министерством образования и науки Хабаровского края, предприятиями отрасли связи и образовательными организациями высшего образования» б/н от 9 декабря 2020 г., в рамках которого планируется организация проведения совместных лабораторных и практических работ.

В качестве задания для выпускной квалификационной работы было выбрано создание радиорелейного канала между Тихоокеанским государственным университетом и Дальневосточным государственным университетом путей сообщения. Запуск данного канала является первым и основным этапом. В планах разработка системы удаленного управления лабораторными стендами для выполнения работ в режиме дистанционного обучения, а также для расширения спектра доступных к выполнению лабораторных и практических работ.

Оснащение кафедры автоматики телемеханики и связи (ДВГУПС) организовано таким образом, чтобы максимально глубоко охватить основы подвижной связи, оборудование кафедры вычислительной техники (ТОГУ) же, напротив, нацелено на освоение всех видов связи. Создание данного канала связи позволит двум кафедрам расширить спектр доступных к выполнению лабораторных и практических работ путем совместного использования оборудования университетов. Также данную радиорелейную трассу можно использовать в качестве стенда для обучения студентов основам построения радиорелейных линий связи в условиях городской застройки. Таким образом практическая подготовка студентов будет выведена на качественно новый уровень при использовании данной технологии.

Основная проблема данной работы – получить надежный радиоканал, способный работать на высокой скорости. Существует несколько аспектов, которые могут повлиять на качество прохождения радиосигнала при использовании в городе:

• высотные здания;
• зеленые насаждения;
• высоковольтные линии электропередачи;
• естественные неровности рельефа;
• погодные явления.

 Зелеными насаждениями и высоковольтными линиями передач можно пренебречь. Деревья на протяженности всей трассы встречаются редко, а также не достигают такой высоты, чтобы повлиять на прохождение сигнала. Трасса пересекает высоковольтные ЛЭП на небольшом участке в районе железнодорожных путей, ситуация аналогична предыдущей, так как пути располагаются в низине.

При использовании ODU на 23 ГГц также следует рассмотреть влияние осадков при передаче. В диапазоне от 5 до 50 ГГц только капли дождя вызывают затухание и мешают стабильной работе РРЛ оборудования, остальными видами осадков при расчете можно пренебречь.

Согласно таблице 1 с мая по август в Хабаровске происходит резкое возрастание количества дождливых дней. Немалую часть осадков составляют ливневые дожди. При усилении осадков объем капли также увеличивается, что в свою очередь приводит к изменению ее формы, благодаря чему капля начинает работать как электромагнитный диполь. Таким образом возрастает способность поглощать горизонтально поляризованный радиосигнал. Из этого следует, что при пуско-наладке оборудования требуется выбрать вертикальную поляризацию, чтобы снизить влияние осадков на прохождение сигнала.

Также следует учитывать, что из-за отсутствия занятий у студентов обоих вузов данный канал не будет использоваться в сезон дождей – с начала июля по конец августа (рисунок 1).

Рисунок 1. График количества дождливых дней

Рисунок 2. График объема выпавших осадков

Таблица 1.

Сводные данные о климате

Также при установке антенны следует обратить внимание на средние значения скорости и направления ветра (рисунок 3). Оба здания (ТОГУ и ДВГУПС) расположены вблизи реки Амур, на сопках, что также влияет на силу потоков воздуха. Таким образом, учитывая парусность антенн диаметром 60 см в наихудших условиях, следует обратить внимание на жесткость конструкции, к которой будет крепиться антенна. Наилучшим вариантом при данных условиях является мачта треугольного сечения, за счет меньшего веса и высокого сопротивления скручиванию по сравнению с мачтами четырехугольного сечения.

Рисунок 3. Роза ветров города Хабаровска

Город Хабаровск имеет сложный рельеф. На протяжении трассы имеются две возвышенности, которые потенциально могли бы повлиять на передачу радиосигнала. Радиорелейное оборудование установлено на мачтах высотой 5 метров, расположенных в строго определенных точках на зданиях университетов (ТОГУ – 122 метра, ДВГУПС – 132 метра относительно уровня моря), благодаря чему в первом случае возвышенность остается значительно ниже зоны Френеля, а во втором  находится поодаль от трассы. Таким образом, рельеф не влияет на распространение сигнала (рисунок 4).

Рисунок 4. Схема профиля радиотрассы ТОГУ – ДВГУПС

Рассмотрим влияние высотных сооружений на затухание сигнала. Радиотрасса расположена таким образом, что проходит в нескольких метрах от жилого дома, который ограничивает прохождение сигнала в горизонтальной плоскости. Вторым препятствием является ранее рассмотренная возвышенность, которая также ограничивает обзор, что приводит к возникновению коридора шириной приблизительно 10 метров. Исходя из расчетов зоны Френеля, влияния на качество сигнала нет.

Зона Френеля

Согласно техническому описанию аппаратуры Pasolink NEO рабочий диапазон частот при использовании ODU TRP-23G-1B занимает 21,2–23,6 ГГц. Произведем расчет зоны Френеля на граничных частотах:

      (1)

        (2)

– длина радиотрассы, км;

– частота, ГГц.

Рассчитаем радиус зоны Френеля в точках, где присутствуют препятствия на минимальной и максимальной частоте.

        (3)

         (4)

           (5)

         (6)

d – длина трассы, км;

f – частота, ГГц;

d1 и d2 – расстояние от терминалов до препятствия на трассе, км.

По результатам формул следует вывод, что вне зависимости от выбранной частоты текущего диапазона нет препятствий, которые повлияют на качество передаваемого сигнала.

Вблизи от места установки рассматриваемым РРЛ трактом расположены следующие антенные сооружения (рисунок 5). В таблице 2 представлены перечень оборудования и его технические характеристики. Объединив используемые частоты в один диапазон, все они, кроме оборудования ДЗЗ (дистанционное зондирование земли), работают в промежутке от 142 до 2600 МГц. Таким образом, рабочие частоты РРЛ и других антенн разнесены на 18 800 МГц. У ДЗЗ есть два рабочих участка частот, расположенных в гигагерцовом диапазоне. Но они не накладываются на частоты используемой аппаратуры Pasolink NEO TRP-23G-1B. Из этого следует, что ни одно из установленного поблизости оборудования влияния на сигнал не оказывает.

Таблица 2.

Сводные данные о радиосредствах ТОГУ

Рисунок 5. Расположение антенно-мачтовых сооружений на крыше ТОГУ

На рисунке 5 цифрами обозначены антенны. Под цифрой 1 – место расположения оборудования сотового оператора, 2 – предполагаемое место установки ODU РРЛ, 3 – расположение антенн радиоклуба ТОГУ, 4 – антенна ДЗЗ.

Pasolink NEO TRP-23G-1B (ODU)

• Полоса пропускания – 21,2–23,6 ГГц;
• пропускная способность – от 155 Мбит/с до 1 Гбит/с;
• поляризация (вертикальная);
• поток сигнала – 32E1;
• программный выбор модуляции 16QAM (синхронный транспортный модуль);
• потребление – 23 Вт 48 В 0,5 А;
• вес – 3,5 кг;
• фланец PBR 220.

По заданию требуется получить стабильный канал, с помощью которого будут передаваться текстовая информация, а также статичные изображения. Высокая пропускная способность в таком случае не так важна, в отличии от надежности канала. Увеличить ее можно снизив кратность метода модуляции. Таким образом, выбрав способ модуляции 16QAM и поток 32E1, получим максимальную пропускную способность равную 80 Мб/с (таблица 3). Канал с выбранными характеристиками полностью удовлетворяет потребность в передаче данных. В случае если канал требуется расширить способ модуляции и поток можно изменить программно, в настройках IDU. Дополнительные затраты при этом не возникнут.

Таблица 3.

Соответствие типа модуляции пропускной способности

Список литературы:

1. ГОСТ Р 53363-2009. Цифровые радиорелейные линии. Показатели качества. Методы расчета. Введ. 01.01.2010. – М. : Стандартинформ, 2010. – 35 с.
2. Цифровая радиорелейная система NEC Pasolink NEO / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://nec-pasolink.narod.ru /PASOLINK_Neo_RUS.pdf.
3. Информационный портал 365 по Цельсию O / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://pogoda.365c.ru/russia/khabarovsk/po_mesyacam.
4. URL: http://wikimapia.org/#lang=ru&lat=48.530887&lon=135.053451&z=16&m=w&tag=46270.
5. Погода Хабаровск / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.meteoblue.com/ru/%D0%BF%D0%BE%D0%B3%D0%BE%D0%B4%D0%B0/archive/windrose/%D0%A5%D0%B0%D0%B1%D0%B0%D1%80%D0%BE%D0%B2%D1%81%D0%BA_%D0%A0%D0%BE%D1%81%D1%81%D0%B8%D1%8F_2022890.