Návrh rádioreléovej trasy pomocou programu RadioLab

DIPLOMOVÁ PRÁCA Textová časť

Martin ČERMÁK

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINE Elektrotechnická fakulta Katedra telekomunikácií

Študijný odbor: TELEKOMUNIKÁCIE

Vedúci diplomovej práce: doc. Ing. Vladimír Wieser, PhD.

Stupeň kvalifikácie: inžinier (Ing.)

Dátum odovzdania diplomovej práce: 19.5.2006

ŽILINA 2006

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINE, ELEKTROTECHNICKÁ FAKULTA,

KATEDRA TELEKOMUNIKÁCIÍ

ANOTAČNÝ ZÁZNAM Priezvisko a meno: Čermák Martin rok: 2006

Názov diplomovej práce: Návrh rádioreléovej trasy pomocou programu RadioLab

ELEKTROTECHNICKÁ FAKULTA KATEDRA TELEKOMUNIKÁCIÍ Počet strán: 43 Počet obrázkov: 11 Počet tabuliek: 52 Počet grafov: 0 Počet príloh: 3 Použitá lit.: 6 Anotácia v slovenskom jazyku: V diplomovej práci sa zaoberám problematikou návrhu rádioreléovej trasy za pomoci

softvérového produktu RadioLab. Jadro je riešené ako súbor úloh pre praktické cvičenia

v predmete Mobilné rádiové siete.

Anotácia v anglickom jazyku: In my diploma work I deals with problemacy of design radio-relay trace with the help of

software product RadioLab. The core is solution like task set for object-lessons in subject

Mobile radio network.

Kľúčové slová: Fresnelova zóna, kvalita spojenia, koeficienty efektívneho zakrivenia zeme, RadioLab

Vedúci diplomovej práce: doc. Ing. Vladimír Wieser, PhD. Recenzent : Ing. Peter Čepel Dátum odovzdania práce: 19.5.2006

Poďakovanie

Touto cestou by som chcel na samotný úvod poďakovať môjmu vedúcemu

diplomovej práce pánovi doc. Ing. Vladimírovi Wieserovi, PhD. za cenné rady a

usmernenia pri riešení zadania.

Samozrejme moje ďakujem taktiež patrí mojim rodičom, ktorý mi boli veľkou

oporou pri štúdiu.

Martin Čermák

OBSAH

ZOZNAM POUŽITÝCH SKARATIEK

ZOZNAM POUŽITÝCH SYMBOLOV 1.ÚVOD ...........................................................................................1

2. PROBLEMATIKA NÁVRHU ..................................................2

3. ÚLOHA. 1 – DEMONŠTRÁCIA VPLYVU VOĽNOSTI FZ

NA PARAMETRE SPOJA........................................3 3.1. ZADANIE ....................................................................................3

3.2. TEORETICKÝ ÚVOD ................................................................3

3.3. RIEŠENIE ....................................................................................4

3.4. ZHODNOTENIE ..........................................................................5

4. ÚLOHA. 2 – NÁVRH RRL TRASY POMOCOU

PROGRAMU RADIOLAB ......................................7 4.1 ZADANIE .....................................................................................7

4.2 STANOVENIE POŽIADAVIEK PLÁNOVANIA .......................8

4.3 POČIATOČNÉ PLÁNOVANIE A CESTNÉ PROFILY .............8

4.4 VÝBER MODULÁCIE A ŠÍRKY KANÁLA ..............................9

4.5 VÝPOČET PRAHOVEJ HODNOTY VÝKONU

PRIJÍMANÉHO SIGNÁLU ................................................10

4.6 VÝPOČET HG – ZISK SKOKU ................................................10

4.7 TLMENIE ATMOSFÉRICKÝMI PLYNMI ..............................11

4.8 TLMENIE VO VOĽNOM PRIESTORE ....................................12

4.9 TLMENIE ZRÁŽKAMI ..............................................................12

4.10 VÝPOČET HA – TLMENIE SKOKU .....................................13

4.11 POROVNANIE HG A HA PRE JEDNOTLIVÉ SKOKY ........14

4.12 NEDOSTUPNOSŤ ZLYHANÍM ZARIADENIA ....................14

4.13 ENERGETICKÁ BILANCIA SYSTÉMU ................................16

4.14 METÓDA CFM (CELKOVÉ ROZPÄTIE ÚNIKU) ................17

4.15 VÝPOČET GEOKLIMATICKÉHO FAKTORA K. ...................18

4.16 PREDIKCIA VÝPADKU ZRÁŽKAMI. ..................................19

4.17 PREDIKČNÁ METÓDA ITU 530-7 (PLOCHÝ ÚNIK). .........19

4.18 PREDIKCIA NESELEKTÍVNEHO VÝPADKU .....................20

4.19 REDUKCIA XPD .....................................................................21

4.20 VÝPADOK SELEKTÍVNYM ÚNIKOM .................................23

4.21 CELKOVÝ VÝPADOK SELEKTÍVNYM AJ

NESELEKTÍVNYM ÚNIKOM ............................................24

4.22 METÓDA CFM (CELKOVÉ ROZPÄTIE ÚNIKU) ................24

4.23 CHYBOVOSŤ V ZARIADENÍ. ...............................................25

4.24 VIETOR .....................................................................................25

4.25 SPRÁVANIE SA RRL SPOJOV AKO KASKÁDOVÉHO

ZAPOJENIA JEDNOTLIVÝCH SKOKOV .........................25

4.26 FREKVENČNÉ PLÁNOVANIE ..............................................26

4.27 ZHODNOTENIE .......................................................................28

5. ÚLOHA .3 – KVALITA PRENOSU DIGITÁLNYM

RRL SPOJOM ..........................................................29 5.1 ZADANIE ....................................................................................29

5.2 TEORETICKÝ ÚVOD ................................................................29

5.3 PLOCHÝ INTERFERENČNÝ ÚNIK (FLAT FADE) ................29

5.4 SELEKTÍVNY ÚNIK (SELECTIVE DISPERSIVE FADE) .....29

5.4.1 SIGNATÚRA ZARIADENIA .........................................................30

5.5 ABSORPČNÝ ÚNIK ..................................................................31

5.6 KVALITA RRL SKOKU ............................................................32

5.6.1 NEDOSTUPNOSŤ (K) ...................................................................33

5.6.2 SILNE CHYBOVÉ SEKUNDY (SES)...........................................33

5.6.3 CHYBOVÉ MINÚTY (DM)..........................................................33

5.7 KVALITA RRL SPOJA (CELKOVEJ TRASY) .......................33

5.8 RIEŠENIE ...................................................................................35

5.9 POČIATOČNÉ PLÁNOVANIE .................................................35

5.10 ZHODNOTENIE .......................................................................38

6. ZÁVER .....................................................................................40

ZOZNAM POUŽITEJ LITERATÚRY

PRÍLOHOVÁ ČASŤ

Zoznam použitých skratiek Skratka Anglický význam Slovenský význam

BER Bit Error Ratio Bitová chybovosť

CCI Co-Channel interference Interferencia zo súhlasného kanála

CFM Composite Fade Margin Celkové rozpätie úniku

CIR Carrier Interference Ratio Pomer nosná / interferencia

DFM Dispersive Fade Margin Rozpätie disperzného úniku

DM Degraded Minute Perióda 60-ich sekúnd, okrem SES, v ktorých BER prekročí 610−

F/B Front/Back Pomer medzi ziskom antény v priamom smere, k zisku v opačnom smere (v chrbte antény)

FEC Forward Error Correction Dopredná korekcia chýb

FFM Flat Fade Margin Rozpätie plochého úniku

FM Fade Margin Rozpätie úniku

FZ Fresnel Zone Fresnelova zóna

HA Hop Attenuation Tlmenie skoku

HG Hop Gain Zisk skoku

HSB Hotstanby Konfigurácia s horúcou rezervou

IFM Interferenc Fade Margin Rozpätie interferenčného úniku

ITU-R International Telecommunication Union Medzinárodná telekomunikačná únia pre rádiokomunikácie

K Unavailability Nedostupnosť

LOS Line of Sight Priama viditeľnosť medzi stanicami

MF Minimal Phase Minimálna fáza plochy signatúry

MTBF Mean Time Between Failure Stredná doba medzi poruchami

MTTR Mean Time To Repair Stredná doba do opravenia poruchy

NF Non-Minimal Phase Neminimálna fáza plochy signatúry

RRL Radio Relay Link Rádioreléové systémy

SES Severely Errored Second Sekunda, počas ktorej BER prekročí 310−

SNR Signal to Noice Ratio Normalizovaný pomer signál / šum

XPD Cross Polar Discrimination Tlmenie krížovo polarizovaného signálu

XPIC Cross Polar Interference Canceler Zariadenie pre rušenie krížovej polarizačnej väzby

XPIF Cross Polarization Improvement Factor Laboratórne meraný faktor zlepšenia krížovej polarizácie pre referenčnú BER pri použití zariadenia XPIC

Zoznam použitých symbolov

0A Základné prenosové tlmenie vo voľnom priestore

CA Tlmenie v konektoroch stanice

gA Tlmenie atmosférickými plynmi

idAPr Prídavné tlmenie

RpA Tlmenie na ceste korešpondujúce intenzite zrážok, ktorá je prekročená práve počas percenta času %p

VA Tlmenie vo vetvení

B Šírka pásma

xB Hĺbka obrysovej krivky

( )ifB Hodnota odčítaná zo signatúry pre danú frekvenciu

IC / Hodnota pomeru nosná / interferencia

min/ IC Minimálny pomer nosná / interferencia

ICO / Pomer nosná / interferencia pre referenčnú BER

d Dĺžka trasy

D Dostupnosť

antD Priemer antény

hd Priemerná nadmorská výška

f Frekvencia

F Šumové číslo prijímača

if Frekvencia v rozsahu až minf maxf

0f Frekvencia nosnej

iG Izotropický anténny zisk

Rγ Špecifické tlmenie

h Nadmorská výška alebo výška nad zemským povrchom alebo výška antény

η Parameter viaccestnej aktivity (multipath activity parameter)

k Boltzmanova konštanta

K Modifikačný faktor, ktorý zahŕňa celkový vplyv korelácie

K Geoklimatický faktor podnebia a terénu

HHk α, Frekvenčne závislé koeficienty pre horizontálnu polarizáciu

L Skutočná dĺžka reálneho spoja

xL Dĺžka hypotetického úseku daného kvalitatívneho stupňa

λ Vlnová dĺžka

XPDM Ekvivalentná hranica XPD pre referenčnú BER

N Nedostupnosť

chrN Nedostupnosť v chránených systémoch

nechrN Nedostupnosť v nechránených systémoch

rN Nedostupnosť redundantných zariadení zaradených do systému HSB

p Atmosférický tlak

iP Pravdepodobnosť úniku i-teho z celkových n skokov tandeme

nsP Pravdepodobnosť výpadku spôsobeného neselektívnym únikom

rP Nominálna úroveň výkonu prijímaného signálu

sP Pravdepodobnosť výpadku spôsobeného selektívnym únikom

tP Nominálna úroveň výkonu vysielaného signálu

Tp Celková pravdepodobnosť úniku lineárnu sériu skokov v tandeme

ThP Prahová hodnota výkonu prijímaného signálu pre danú bitovú rýchlosť

totalP Celková pravdepodobnosť výpadku pri čistom počasí

( )%wp Percenta času, kedy je prekročená hĺbka úniku F

xpP Pravdepodobnosť výpadku z dôvodu krížovej polarizácie pre čisté podnebie

r Faktor vzdialenosti

pR Množstvo zrážok prekračujúce p% času (s integračným časom 1 min)

S Plocha signatúry pre danú obrysovú krivku

t Požiadavka na hodnotu časového percenta pre reálny spoj a vypočítaný kvalitatívny ukazovateľ

at Celková hodnota časového percenta vyvolanú absorpčnými únikmi

ct Celková hodnota časového percenta na skoku pre vypočítaný kvalitatívny ukazovateľ

cit Celková hodnota časového percenta í-teho skoku

DMt Celková hodnota časového percenta na skoku pre chybové minúty

Ft Hodnota časového percenta na skoku vyvolaná plochými interferenčnými únikmi

Kt Celková hodnota časového percenta na skoku pre nedostupnosť

St Hodnota časového percenta na skoku vyvolaná selektívnymi interferenčnými únikmi

SESt Celková hodnota časového percenta na skoku pre silne chybové minúty

tt Celková hodnota časového percenta na spoji pre vypočítavaný kvalitatívny ukazovateľ

T Absolútna teplota

t Celziova teplota

x Premenná je platná s minimálnou fázou – MF (Minimum Phase), alebo neminimálnou fázou – NM(NF) (Non-Minimum Phase

SXPD Výrobcom garantovaná minimálna XPD pre vysielaciu a prijímaciu anténu

Lo p,β Percento času, kedy Δ N klesá viac ako -100/km

0γ Špecifické tlmenie kyslíkom

wγ Špecifické tlmenie vodnými parami

xfΔ Šírka obrysovej krivky

ρ Hustota rozloženia vodných pár

oρ Základná hodnota hustoty rozloženia vodných pár

mτ Stredná doba oneskorenia

xr ,τ Referenčné oneskorenie používané k získaniu obrysovej krivky

1.Úvod Rádioreléové spoje sú neoddeliteľnou súčasťou jednotnej telekomunikačnej siete

(JTS) pre prenos všetkých typov informácií – telefónnych, televíznych, zvukových

i dátových. Rastúca, zrejme v dnešnej dobe prevažujúca potreba prenosu dát a možnosť

hospodárnejšieho a dokonalejšieho prenosu i ostatných informácií vyvolala nutnosť

k prechodu JTS na digitálnu techniku. Táto technika je zavedená ako v spojovacích, tak

i v prenosových systémoch.

Hlavnými výhodami digitálnej RRL prenosovej technike oproti analógovej sú:

- pri riadení jednotlivých skokov za sebou sa neuplatňujú aditívne zákony šumu,

pretože signál je na každom skoku regenerovaný a kvalita prenosu je preto

v bezúnikovom stave na počte skokov nezávislá;

- lepšia odolnosť digitálnych systémov pri zhoršujúcich sa prenosových

podmienkach vyvolaných únikmi pri šírení;

- možnosť potlačenia chýb prenosu rozsiahlym použitím adaptívnych korektorov

v amplitúdovej i časovej oblasti a korekčných obvodov i kódov.

Ako z témy tejto práce vyplýva, zaoberá sa vytvorením výučbovej pomôcky pre

návrh rádioreléovej trasy pomocou softvérového produktu RadioLab. Objasnenie

jednotlivých parametrov programu za pomoci príručky od výrobcu, bolo nedostačujúce.

Dôležitým zdrojom pri riešení bola metodika [1], ktorá mi pomohla zistiť jednotlivé

parametre a potrebné nastavenia.

Problematiku riešim pomocou troch konkrétnych príkladov. Pri prvej úlohe sa

zaoberám vplyvom voľnosti Fresnelovej zóny na parametre spoja, vplyvu prekážok

a výšok antén.

Pri druhej z úloh, ktorá vychádza z celkového návrhu tejto trasy som použil časť

metodiky, ktorá sa používa na katedre. Úlohou bolo, do tejto metodiky implementovať

softvérový produkt RadioLab 3.0, určiť jeho výhody pri riešení problémov a ich

následného flexibilného riešenia. Neoddeliteľnou súčasťou tejto práce je manuál, ktorý

pojednáva o konkrétnych nastaveniach potrebných pre študenta na pochopenie funkčnosti

tohto programu. Zadanie úlohy som čerpal zo semestrálnych prác, ktoré navrhol Ing.

Jozef Čepel vo svojej diplomovej práci [6].

Pri poslednej úlohe poukazujem na výpočet kvality pre celkovú trasu, popisovanú

troma kvalitatívnymi parametrami, RadioLab Addins.

- 1 -

2. Problematika návrhu Návrh rádioreléovej trasy. Takýto návrh spočíva v metodickom postupe, pri

ktorom si na úvod treba stanoviť jednotlivé kroky plánovania a to napr. frekvenčné pásmo

na ktorom bude systém pracovať. Od tohto parametra sa odvíja aj celková dĺžka jedného

skoku resp. vzdialenosti medzi jednotlivými rádioreléovými (retranslačnými) stanicami.

Na to potrebujeme výškopisné mapy daných oblastí, pomocou ktorých sa snažíme

zabezpečiť nie len priamu viditeľnosť tzn. aby sa v cestnom profile nenachádzala žiadna

prekážka, či už kopce, alebo husto obývané oblasti, ktoré by nepriaznivo ovplyvnili

celkový návrh, ale musíme brať ohľad aj na to či sa pri danej stanici nachádza zdroj

elektrickej energie a prístupové cesty.

V ďalších krokoch postupujeme čisto matematickými vzťahmi, pri ktorých sa

zohľadňujú rôzne parametre ako napr. klimatická zóna, hustota zrážok v danom teréne,

a napr. výstupom týchto výpočtov je rozpätie plochého úniku (FFM), ktorý má určité

adekvátne hodnoty na dĺžku skoku. Ak sa už len táto podmienka nesplní, tak sa musíme

vrátiť späť na začiatok tzn. určenie nových polôh staníc a celkového priebehu trasy. Ako

sami vidíte, už len počiatočný návrh je časovo náročný a prácny.

Z jednou možností, ako si celkový návrh zjednodušiť, je použitie softvérového

produktu RadioLab. Tento softvérový produkt slúži pre analýzu a vizualizáciu rádiových

signálov. Hlavnú výhodu tohto programu vidím, vo využití mapového serveru a

výškopisnej mapy, ktorá nám pomôže k rýchlemu určeniu polôh jednotlivých staníc,

zistenie voľnosti FZ a výpočte niektorých dôležitých parametrov pre návrh, ktoré

vstupujú do celkového metodického výpočtu.

- 2 -

3. Úloha. 1 – Demonštrácia vplyvu voľnosti FZ na parametre

spoja 3.1. Zadanie

Pomocou vlastne zvolenej prekážky demonštrujte vplyv zatlmenia Fresnelovej

zóny (ďalej FZ) pre rôzne koeficienty efektívneho zakrivenia zeme.

3.2. Teoretický úvod Pri návrh RRL spoja sa snažíme zabezpečiť priamu viditeľnosť jednotlivých

retranslačných staníc resp. zabezpečiť podmienku LOS.( Tzn. že nie len optickú

viditeľnosť ale aj rádiovú viditeľnosť). Bolo dokázané, že energia elektromagnetických

vĺn šíriaca sa od vysielacej antény k prijímacej, sa šíri priestorom, ktorý má tvar

rotačného elipsoidu (obr.3.1). Osou rotácie je spojnica antén, ohniská elipsoidu sú

v mieste antén.

obr. 3.1 – Fresnelova zóna

Aby rádiové prepojenie nebolo na svojej ceste ovplyvňované prekážkami, nesmie

žiadny objekt ani zem (morfológia) zasahovať do 55 % prvej FZ. Toto tvrdenie platí pri

frekvenciách < 2 GHz. Pri frekvenciách > 2 GHz, sa snažíme zabezpečiť úplnú

svetlosť prvej FZ resp. nezasahuje do nej žiadna prekážka. Na ostatné FZ už nekladieme

taký dôraz. Ak do ostatných FZ (tretej a viac) zasahujú prekážky, zatienenie viac ako 55

%, neuvažujeme tlmenie difrakciou.

0f 0f

Poznámka:

Vzhľadom k tomu, že “otvorené” skoky (s veľkou svetlosťou profilu) sú

z hľadiska interferenčného úniku menej stabilné, doporučuje sa umiestňovať antény

pokiaľ možno tak, aby boli na skoku práve splnené kritéria voľného profilu.

- 3 -

3.3. Riešenie Pri tejto úlohe sa z RadioLabu používa prostredie Profil. Pomocou formulára (viď.

obr. 3.2) sa pri frekvencii f = 38 GHz na skoku Bratislava – Zlaté klasy, použili dva typy

prekážok (ihlan a kváder)(viď. Príloha č. 3 – kap. 1.3.) na ktorých sa ukáže ako vplýva

tvar prekážky na zatlmenie FZ pri rôznych koeficientoch zakrivenia zeme (K).

Počiatočným stanovením relatívnej výšky prekážky a postupným zvyšovaním, sa

sledovalo, koľko percent daná prekážka zasahuje do FZ a aké tlmenie vzniká na danom

skoku (tab. 3.1). Popri zvyšovaniu výšky prekážky sa menili aj výšky antén v závislosti

na zakrytí FZ viď. tab. 3.1.

obr. 3.2 – demonštrácia prekážky

Ihlan K Kváder K Výška prekážky

[m] FZ [%] 4/3 3

Výška prekážky

[m] FZ [%] 4/3 3

17 0 0 0 17 0 0 0 18 15 0 0 18 15 0 0 19 35 0 0 19 35 0 0 20 45 0,31 0 20 45 0,57 0 20 55 1,37 0 20 55 1,6 0 20 65 2,43 0 20 65 2,63 0 21 75 3,46 0,75 21 75 3,69 0,98 20 85 4,45 1,74 20 85 4,78 2,07 22 95 5,54 2,83 22 95 5,78 3,07 23 100 7,63 4,92 23 100 19,94 5,15

– pri tejto výške prekážky sa menila výška antén.

tab. 3.1 – Jednotlivé zatlmenia prekážkami

- 4 -

Ihlan

0

2

4

6

8

10

0 15 35 45 55 65 75 85 95 100

FZ [%]

Tlm

enie

[dB

]

4/33

obr. 3.3 – Tlmenie ihlanom

Kváder

0

5

10

15

20

25

0 15 35 45 55 65 75 85 95 100

FZ [%]

Tlm

enie

[dB

]

4/33

obr. 3.4 – Tlmenie kvádrom

3.4. Zhodnotenie Ako je možno vidieť v obrázkoch 3.3 a 3.4, pri prekážke typu ihlan tlmenie

úmerne narastá so zatienením FZ. Kdežto pri prekážke kváder tlmenie, pri 95 % zatienení

FZ, prudko narastá, tzn. že nielen výška má vplyv na tlmenie ale aj celkový objem

prekážky.

Pri riešení konkrétnej úlohy sa postupuje nasledovne podľa vývojového diagramu

v tejto kapitole obr. 3.5.

- 5 -

RadioLAB->Profil

Načítanie súradníc

Vykreslenie profilu terénu

voľná 1.FZ

Tlmenie prekážkou

Zmena výšok antén

Tlmenie pretrváva

Zmena polohy antén

Optimalizácia

+

–

+

–

obr. 3.5 – Vývojový diagram

- 6 -

4. Úloha. 2 – Návrh RRL trasy pomocou programu RadioLab

Poznámka: V zátvorkách je uvedené číslo strany v zdrojovom texte diplomovej práce Ing.

Jozefa Čepela [6], na ktorej sa uvedená problematika nachádza. Pri tejto úlohe za využíva

prostredie Profil, Trasy a Úrovňová rozvaha skoku. Pri samotnom návrhu RRL trasy sa

vychádzalo z metodického postupu, ktorý sa používa na katedre. Snahou tejto úlohy je

implementovať RadioLab do tohto postupu, tzn. zjednodušiť celkový návrh. Bohužiaľ

celkový návrh pozostáva z viacerých

bodov, ale len niektoré RadioLab rieši. Časti riešené RadioLabom

Potrebné pre RadioLab

4.1 Zadanie Riešenie tohto zadania spočíva v návrhu RRL spojenia medzi dvomi presne

definovanými (zemepisnou šírkou a zemepisnou dĺžkou) bodmi. Spojenie má mať

parametre uvedené v tab. 4.1.

Použité frekvenčné pásmo 18 GHz Výška stožiara 6-60 m Systém Stredno-kapacitný SDH Prenosový rýchlosť 48 Mbit/s Kvalitatívne parametre Stredný stupeň (trieda 3) Dovolená hodnota nedostupnosti N 0,05 % Konfigurácia systému Vnútorná jednotka Parameter MTTR 6 h MTBF VF – časť 64 000 h MTBF IF a dátová časť 120 500 h MTBF Zdroj napätia 148 000 h MTBF Ochrana pred bleskom 150 400 h MTBF Spojovacia skriňa pre HSB +60V 260 500 h MTBF kontrolná jednotka pre HSB 215 000 h Šumové číslo prijímača F 4 dB Vysielaný výkon PT 20-30 dBm Tlmenie v jednom konektore Ac 1 dB Tlmenie vo vetvení – diverzita Av 4 dB Tlmenie vo vetvení – HSB Av 5 dB Minimálny pomer nosná / interferencia C /Imin

15 dB

XPIF 20 dB Koncové body spojenia

Chopok (2020 m.n.m) 19°35'20''/48°56'35'' Martinské hoľe 18°48'50’’/49°05'25''

tab. 4.1 – Zadané parametre

Pri realizácii spojenia sa presne definoval typ antén z databáze RadioLabu

(tab. 4.2). Avšak táto databáza neobsahuje všetky parametre potrebné pre neskorší

- 7 -

výpočet a to XPD a F/B. Tieto chýbajúce parametre si je nutné získať zo stránky výrobcu

[2].

Typ antény Priemer D [m]

Zisk antény G [dB]

Šírka hlavného laloku [°]

XPD [dB]

F/B [dB]

ANDREW VHLP4-180 1,2 44,7 0,9 30 73

tab. 4.2 – Anténa z databázy RadioLabu

4.2 Stanovenie požiadaviek plánovania (str.68) Vstupné parametre zadania sú v tab. 4.3. Potrebné parametre boli stanovené podľa

poskytovaných služieb, teda podľa potrebnej šírky pásma a potrebných kvalitatívnych

parametrov. Použité frekvenčné pásmo 17,7 –19,7 GHz Nosná frekvencia fo = 18 700 MHz Systém Stredno-kapacitný

Prenosový mód SDH Bitová rýchlosť 34 Mbit/s Kvalitatívne parametre Stredný stupeň (trieda 3) Dovolená nedostupnosť celej trasy 0,05 % SES 0,015 % DM 1,5 % Konfigurácia systému Vnútorná jednotka

tab. 4.3 – Vstupné parametre 4.3 Počiatočné plánovanie a cestné profily Pre maximálnu dĺžku jedného skoku sa orientačne uvažovala hodnotu z tab.4.4

Frekvenčné pásmo dmax < 14 GHz ~ 50 km 14 GHz 40 km 18 GHz od 15 km do 40 km 23/26 GHz od 5 km do 20 km 38 GHz do 15 km 55 GHz do 5 km

tab. 4.4. (str.7)

Neexistuje univerzálna charakteristika závislosti dĺžky skoku od frekvencie.

Parametre, ktoré však prispievajú k dostupnosti na dĺžke trasy, je možné rozdeliť do

dvoch blokov: do HG (kap. 4.6) a HA (kap. 4.10).

Pomocou mapového servera vo formulári Profil (viď. Príloha č. 3 – kap. 1.2.), sa

určili jednotlivé polohy koncových a retranslačných staníc. Bral sa pritom ohľad na

dostupnosť bodu k elektrickej energii, či existuje prístupová cesta a či rádiový spoj

neprechádza cez husto obývanú oblasť, kde by mohli prekážať výškové stavby. Dôležité

- 8 -

údaje o skokoch a jednotlivých polohách staníc sú v tab. 4.5. Vykreslenie celkovej trasy

pomocou RadioLab Addins => Trasy na obr. 4.1.

Číslo stanice

Názov miesta stanice

Zemepisné hodnoty Nadmorská výška

Prístupová cesta

Energetické zabezpečenie

1. Martinské hole 18°48'50''/49°05'25'' 1444 mnm Áno Áno 2. Pod chlebom 19°03'00'' / 49°10'53'' 1414 mnm Áno Áno 3. Malinné 19°15'00'' / 49°02'58'' 1201 mnm Áno Áno 4. Chopok 19°35'20''/48°56'35'' 1976 mnm Áno Áno

tab. 4.5 – Polohy jednotlivých staníc

obr. 4.1 – Celková trasa

4.4 Výber modulácie a šírky kanála (str.82)

Pri výbere vhodnej modulácie sa berie hlavne ohľad na požadovaný pomer S/I,

aby pri zvolenej dĺžke spoja a jednotlivých hodnotách tlmeniach bola zabezpečená

požadovaná kvalita prenosu.

Zvolila sa QPSK modulácia. Jej charakteristiky sú uvedené v tabuľke č.6.

Typ modulácie

(S/I)min [dB]

Minimálne oddelenie kanálov [MHz]

Kapacita

QPSK 13,5 40 1xSTM-RR tab. 4.6 – Vlastnosti zvolenej modulácie

Jednoduchými výpočtami sme určili šírku potrebného pásma na kanál. Činiteľ

zošikmenia sme zvolili α = 0,26.

Šírka pásma:

- 9 -

α+=

1sR

B pre QPSK moduláciu platí: 2bR

sR =

symbolová rýchlosť sMsymboluRs /24248

==

šírka potrebného pásma MHzB 76,1726,01

38,22=

+=

4.5 Výpočet prahovej hodnoty výkonu prijímaného signálu (str.27) V tab. 4.7 sú uvedené prahové hodnoty výkonu prijímaného signálu – Pth.

⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛++=

001,0..log.10 BTkF

NSPth [dBm]

kde: F je šumové číslo prijímača [dB]

k je Boltzmanova konštanta (1,38.10-23 J/K)

Túto hodnotu je potrebné zadať do formulára Úrovňová rozvaha skoku pre BER-3

(viď. Príloha č. 3 – kap. 1.4.1.)

Číslo stanice

Nadmorská výška stanice

h [m]

dh [m]

Teplota T(h) [K]

S/N [dB]

Šírka pásma B [MHz]

Pth [dBm]

Číslo skoku

1. 1479 1459,5 278,66325 13,5 18 -84,098 1. 2. 1444 1340,5 279,43675 13,5 18 -84,086 2. 3. 1241 1628,5 277,56475 13,5 18 -84,115 3. 4. 2016

tab. 4.7 – Výpočet prahovej hodnoty výkonu prijímaného signálu kde: dh je priemerná nadmorská výška skoku [km]

1000/2

1tantan ++= icesices

hhh

d

T(h) je teplota závislá od nadmorskej výšky [K]

( ) hhT .5,615,288 −=

4.6 Výpočet HG (Hop Gain) – zisk skoku (str.22) Zisk skoku sa určuje nasledovne: vysthi PPGHG ++= .2 [dB]

kde: Gi je izotropický anténny zisk [dBi] Pvys je vysielací výkon [dBm] Pth je prahová hodnota výkonu prijímaného signálu [dBm]

- 10 -

Číslo skoku

G [dB] Pth [dBm] Pvys

[dBm] HG [dB]

1. 44,7 -84,0977 24 197,49769 2. 44,7 -84,0856 24 197,48565 3. 44,7 -84,1148 24 197,51484

tab. 4.8 - Zisk skoku

4.7 Tlmenie atmosférickými plynmi (str.51)

Celkové tlmenie atmosférickými plynmi Ag sa vypočíta pomocou (tab. 4.9):

( )dA wg .0 γγ += [dB]

kde: d je vzdialenosť [km]

γ0 je špecifické tlmenie kyslíkom

22'00 .. tp rrγγ =

γw je špecifické tlmenie vodnými parami

0

' ...ρ

ργγ tpw

w

rr=

parametre rp a rt určíme zo vzťahov: 1013

Prp =

t

rt +=

273288

kde: P je atmosférický tlak v danej oblasti [hPa] (str.25)

( ) ( )

256,515,28825,1013

−

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡=

hThP

T(h) je teplota závislá od nadmorskej výšky [K] (str.25)

( ) hhT .5,615,288 −=

h je nadmorská výška skoku

t je teplota v danej oblasti [°C]

ρ je hustota vodných pár [g/m3]

ρ0 je základná hustota vodných pár [g/m3]

γ0‘ je špecifické tlmenie kyslíkom pre t=15°C, P=1013 hPa

a ρ=7,5 g/m3

- 11 -

γw‘ je špecifické tlmenie vodnými parami pre t=15°C, P=1013 hPa

a ρ=7,5 g/m3

Číslo skoku d [km] T [K] P(H) rp rt γ0' γw' γ0 γw Ag [dB]

1. 19,934 278,66 849,76730,838861,034060,0090,070,006772 0,060720 1,3453952. 20,636 279,43 862,23830,851171,031200,0090,070,006934 0,061441 1,4109793. 27,395 277,56 832,30780,821631,038160,0090,070,006548 0,059708 1,815098

tab. 4.9 – Tlmenie atmosférickými plynmi

4.8 Tlmenie vo voľnom priestore (str.51)

Táto premenná je jedna z hodnôt, ktoré vypočítava RadioLab obr. 4.2. Je to šírenie

vo voľnom priestore a je závislé na použitom frekvenčnom pásme a dĺžke skoku

(tab. 4.10)

A0 [dB] 144,7 145,1 147,9

tab. 4.10

obr. 4.2 – Tlmenie šírením vo voľnom priestore

4.9 Tlmenie zrážkami (str.32) Tlmenie zrážkami AR určíme podľa vzťahu (tab. 4.11): rdA RR ..% γ= [dB] kde: d je vzdialenosť [km]

r faktor vzdialenosti

- 12 -

01,0.015,0.351

1

Red

r

−+=

γR je špecifické tlmenie (dB/km)

αγ RkR .=

kde: R je objem zrážok (mm/h). Hodnotu sa určila pre 0,01

percent času kedy intenzita zrážok prekročí hodnotu

32 mm/h. (str.32)

α,k sú frekvenčne závislé koeficienty. Určili sa

z tabuľky (str.32) pre príslušnú zvolenú polarizáciu.

Číslo

skoku d

[km] kH αH R0.01

[mm/h]r γR

[dB/km] AR0.01%

[dB]

1. 19,934 0,0751 1,099 32 0,52072 3,38688 35,15582

2. 20,636 0,0751 1,099 32 0,51208 3,38688 35,789793. 27,395 0,0751 1,099 32 0,44152 3,38688 40,96541

tab. 4.11. AR0,01% pre horizontálnu polarizáciu

4.10 Výpočet HA (Hop Attenuation) – tlmenie skoku (str.23) Celkové tlmenie skoku pre frekvencie nad 17 GHz je závislé od intenzity dažďa

a frekvencie pre dané percento času a od dĺžky trasy d [km] (tab. 4.13).

( ) ( ) ( ) ( )dAdAdAdAHA idgRp Pr0%% +++= [dB]

kde: ARp% je tlmenie zrážkami [dB]

Ag je tlmenie atmosférickými plynmi [dB]

A0 je tlmenie voľným priestorom [dB]

APrid je prídavné tlmenie [dB]. Je uvažované štandartne pre každý skok

(tlmenie v napájači, tlmenie v konektoroch – podľa konfigurácie)

d je vzdialenosť [km]

Poznámka: ARp% je tlmenie prepočítané vzhľadom na parameter nedostupnosti pre daný

skok. Výpočet viď. nižšie.

- 13 -

Číslo skoku

ARp% [dB]

Ag [dB]

A0 [dB]

APrid [dB]

HAp% [dB]

1. 35,08960 1,345395 144,7 3,0 184,13499552. 35,72238 1,410979 145,1 3,0 185,23336243. 40,88826 1,815098 147,9 3,0 193,6033532

tab. 4.13 – Tlmenie skoku 4.11 Porovnanie HG a HA pre jednotlivé skoky

Aby boli splnené podmienky pre prenos signálu medzi jednotlivými stanicami,

musí byť na každom rádiovom skoku zabezpečená platnosť nerovnosti (tab. 4.14):

%HAHG ≥

Uvažovali sme maximálny možný vysielací výkon Pvys.

Číslo skoku d [km] HG

[dB] HAp% [dB] HG ≥ HAp%

1. 19,934 197,49769 184,1349955 platí 2. 20,636 197,48565 185,2333624 platí 3. 27,395 197,51484 193,6033532 platí

tab. 4.14 – Nerovnosť %HAHG ≥

Na základe platnosti nerovnice pre všetky skoky ostávajú všetky pozície

rádioreleových staníc nezmenené. Ak by nebola splnená podmienka nerovnosti, muselo

by sa použiť napr. skrátenie dĺžky skoku. A práve tu by program RadioLab flexibilne

riešil daný problém.

4.12 Nedostupnosť zlyhaním zariadenia (str.36)

Pre dostupnosť D platí:

100.MTTRMTBF

MTBFD+

= [%]

kde: MTBF je stredná doba prevádzky [h] MTTR je stredná doba opravy poruchy [h]

Nedostupnosť je potom definovaná: DN −= 100 [%]

Nedostupnosť nechránených systémov:

anechr NNNN +++= ...21

kde: a je počet rádiových skokov

- 14 -

Výpočet nedostupnosti v systéme chránenom HSB (horúca rezerva):

( )2.. 2nechrrchr NANN +=

kde: Nr je nedostupnosť pomocných zariadení

A je parameter konfigurácie. Ak konfigurácia 1+1,

potom A=1.

MTTR [h]

MTBF [h] D N N [%]

6 64 000 0,999906259 9,374121E-05 0,00937412IF a dátová 6 120 500 0,999950210 4,979005E-05 0,00497901Zdroj napätia 6 148 000 0,999959461 4,053890E-05 0,00405389Ochrana pred bleskom 6 150 400 0,999960108 3,989203E-05 0,00398920Spojovacia skriňa pre 6 260 500 0,999976968 2,303210E-05 0,00230321Kontrolná jednotka pre 6 215 000 0,999972094 2,790620E-05 0,00279062

Nnechr (1 skok) 0,000223962 0,022396219 % Nnechr (3 skoky) 0,000671887 0,067188656 % Nchr (3 skoky) 0,000102779 0,010277946 %

tab. 4.15 – Nedostupnosť zlyhaním zariadenia

Do kategórie iných dôvodov vzniku nedostupnosti patria výpadky:

• plánované

• vplyvom katastrôf

• napájania

• nepredpokladateľné zhluky šumu vzniknuté interferenciou z vonkajších

zdrojov

• ľudský faktor.

Pre ostatné dôvody nedostupnosti uvažujeme Nost = 0,01 %.

Povolená nedostupnosť podľa zadania je N = 0,05 %. Ak by sme uvažovali so

systémom nechráneným, na nedostupnosť systému vplyvom šírenia pre všetky skoky by

bola len 0,006403953, čo je príliš málo. Preto dopĺňame HSB. Potom:

Nedostupnosť poruchou Nchr 0,010277946 % Nedostupnosť šírením Nšírenie 0,029722054 % Ostatné dôvody nedostupnosti 0,01 % Spolu nedostupnosť 0,05 %

- 15 -

4.13 Energetická bilancia systému (str.58)

Ak chceme rozhodnúť o správaní sa spoja, je nutné vypočítať percento času, počas

ktorého je výkon prijatého signálu pod prahovou hodnotou výkonu prijímača , relatívne k

celkovému času. Preto je nutné rozhodnúť o rozdiele medzi nominálnou hodnotou signálu

a prahovou hodnotou. Tento parameter je známy ako rozpätie úniku – FM (tab. 4.16). Je

potrebné zistiť či existuje adekvátna hodnota FM v systémovom návrhu

FM je rozdiel medzi nominálnou hodnotou výkonu prijímaného signálu a

prahovou hodnotou prijímaného signálu (kap. 4.5). Nominálnu hodnotu výkonu

prijímaného signálu nám vypočítava RadioLab (obr. 4.3) Je to vlastne ochranná rezerva

proti úniku. Každý skok môže byť dimenzovaný pre digitálne systémy na inú hodnotu

FM. Na rozdiel od digitálnych, analógové systémy pracujú so špecifickým FM (zvyčajne

40 dB). Zvolený FM by mal spĺňať parametre určené odporúčaniami pre zvolenú kvalitu

spojenia (tab. 4.17) . (dostupnosť a chybovosť)

obr. 4.3 – Nominálna hodnota výkonu prijímaného signálu

Rozpätie plochého úniku FFM vypočítame: thr PPFFM −= [dB] kde: Pth je prahová hodnota výkonu prijímaného signálu [dBm]

Pr je nominálna úroveň výkonu prijímaného signálu - bez úniku [dBm]

Číslo skoku

Pr [dBm] Pth FFM

1. -47,1 -84,098 36,998 2. -47,5 -84,086 36,586 3. -50,3 -84,115 33,815

tab. 4.16 – Rozpätie plochého úniku

- 16 -

Minimálny FFMDĺžka skoku 0 km – 10 km 15 dB 10 km -20 km 20 dB 20 km - 30 km 25 dB 30 km - 40 km 30 dB 40 km - 50 km 35 – 40 dB

tab. 4.17 - Minimálna potrebná hodnota plochého úniku

4.14 Metóda CFM (celkové rozpätie úniku) (str.44) Hodnotu rozpätia disperzného úniku DFM je možné získať z obrysovej krivky

pomocou vzťahu (tab. 4.18 a 4.19):

[ ])4,158/ln(106,17 SwDFM −= [dB] kde:

feSw xB Δ⋅= − 8,3/ [MHz]

kde: je šírka obrysovej krivky [GHz] (str.91) xfΔ

BBx je hĺbka obrysovej krivky [dB]

τr,x je referenčné oneskorenie používané na získanie obrysovej krivky

x je premenná - platná s minimálnu fázou – MF (Minimum Phase)

alebo neminimálnou fázu – NF (Non-Minimum Phase).

V praxi sa najčastejšie používajú hodnoty:

τr,M = 6,3 ns τr,NM = - 6,3 ns

Potom je hodnota CFM rovná:

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛++−=

−−−101010 101010log10IFMDFMFFM

CFM [dB]

kde: FFM je rozpätie plochého úniku [dB]

DFM je rozpätie disperzného úniku [dB]

IFM Rozpätie interferenčného úniku. Zvyčajne je hodnota o 6 dB väčšia

ako FFM.

Číslo skoku

BBNM [dB]

ΔfNM [GHz]

SW-NM [MHz]

DFMNM [dB]

FFM [dB]

IFM [dB]

CFMNM [dB]

1. 7 0,029 4,596019 52,99933 36,998 42,998 35,938 2. 7 0,029 4,596019 52,99933 36,586 42,586 35,534 3. 7 0,029 4,596019 52,99933 33,815 39,815 32,800

tab. 4.18. - CFM - Neminimálna fáza.

- 17 -

Číslo skoku

BBM [dB]

ΔfM [GHZ]

SW-M [MHz]

DFMM [dB]

FFM [dB]

IFM [dB]

CFMM [dB]

1. 14 0,05 1,255849805 65,97311 36,998 42,998 36,020 2. 14 0,05 1,255849805 65,97311 36,586 42,586 35,608 3. 14 0,05 1,255849805 65,97311 33,815 39,815 32,840

tab. 4.19. - CFM - Minimálna fáza. 4.15 Výpočet geoklimatického faktora K (str.26) Vzťah pre výpočet geoklimatického faktora K:

( ) 5,13.1,07 .10.10.5 0L

C pK −−−= kde: pL je percento času, kedy gradient rádiovej refraktivity

ΔN klesá viac ako – 100 /km (tab. 4.20). Do

úvahy berieme najväčšiu hodnotu.

C0 je parameter závislý od terénu (tab. 4.21) [dB]

Tento vzťah platí pre vnútrozemské spoje a zemepisnú šírku Slovenskej republiky.

Obdobie pL [%] Február 1 Máj 2,5 August 1 November 1,5 tab. 4.20 – V ročnom období

Nadmorská výška antény a typ terénu C0 [dB] (0-400) m – roviny, pláne 0 (0-400) m – hornatá krajina 3,5 (400-700)m – roviny, pláne 2,5 (400-700) m – hornatá krajina 6 >700 m – roviny, pláne 5,5 >700 m – hornatá krajina 8 >700 – hory 10,5

tab. 4.21 – Podľa terénu V tab. 4.21 sú vypočítané jednotlivé hodnoty geoklimatického faktora pre všetky

skoky.

Číslo skoku

C0 [dB]

pL [%] K

1. 10,5 2,5 3,514633E-072. 10,5 2,5 3,514633E-073. 10,5 2,5 3,514633E-07

tab. 4.22 – Hodnoty geoklimatického faktora

- 18 -

4.16 Predikcia výpadku zrážkami (str.34)

Vzťah pre pravdepodobnosť Pzr , kedy tlmenie zrážkami prekročí hodnotu rozpätia

plochého úniku F [dB], pre špecifikovanú BER:

100pPzr =

Hodnota F je zhodná s hodnotou používanou pri predikcií výpadku viaccestným

šírením a p [%] je percento času, pre ktoré platí, že tlmenie zrážkami prekročilo hodnotu

F [dB], vyriešením rovnice:

( )p

RRp pAA log.043,0546,001,0 .12,0. +−= [dB]

Určenie K modifikačného faktora : - priemerná dĺžka skoku = 22,655 - priemerná hodnota pravdepodobnosti výpadku pre 1skok = 0,009907351 - podľa grafu pre 0,01% a 4,3 km K = 0,87 - celková dĺžka trasy = 67,965- nedostupnosť šírením = 0,029722054- nedostupnosť šírením/K = 0,03416328

Číslo skoku Pzr Ni% AR0.01% ARNi%

1. 0,0001002 0,010020 35,1558 35,0634 2. 0,0001037 0,010373 35,7898 35,2357 3. 0,0001377 0,013770 40,9654 36,2079

tab. 4.23 - Prepočet nedostupnosti šírením pre jednotlivé skoky

Teda ∑ je vypočítaná nedostupnosť šírením. = 40,02972205iN 4.17 Predikčná metóda ITU 530-7 (Plochý únik) (str.43)

Vzťah pre výpočet percenta času pw , kedy je prekročená v najhoršom mesiaci

hĺbka úniku F [dB]:

- 19 -

10/4,189,06,3 10)1( Fpw fdKp −−+⋅= ε [%]

kde: f je frekvencia [GHz]

K je geoklimatický faktor

d je dĺžka skoku [km]

|ε p| je magnitúda naklonenia trasy [mrad].

dhh er

p

−=ε [mrad]

kde: he je nadmorská výška prijímacej antény [m]

hr je nadmorská výška vysielacej antény [m]

Číslo skoku K d [km] f

[GHz]ε

[mrad]CFMM

[dB] pw-M [%]

1. 3,514633E-07 19,934 18 1,95646 36,020 1,20372E-05 2. 3,514633E-07 20,636 18 9,64334 35,608 2,49444E-06 3. 3,514633E-07 27,395 18 28,28983 32,840 3,17202E-06

tab. 4.24 - Hodnoty pw-M ak uvažujeme CFMM

Číslo skoku K d [km] f

[GHz]ε

[mrad]CFMNM

[dB] pw-NM

[%] 1. 3,514633E-07 19,934 18 1,95646 35,938 1,22664E-05 2. 3,514633E-07 20,636 18 9,64334 35,534 2,53763E-06 3. 3,514633E-07 27,395 18 28,28983 32,800 3,20105E-06

tab. 4.25 - Hodnoty pw-NM ak uvažujeme CFMNM

4.18 Predikcia neselektívneho výpadku (str.43)

V návrhu digitálnej trasy je nutné predchádzajúce percentuálne hodnoty prepočítať

na pravdepodobnosť výpadku Pns spôsobenú neselektívnou komponentou úniku (tab. 4.26

a 4.27):

100w

nsp

P =

kde pw je percento času, kedy je prekročená hĺbka, F [dB],

pre špecifikovanú BER

Číslo skoku

pw-M [%] Pns-M

1. 1,20372E-05 1,20372E-07 2. 2,49444E-06 2,49444E-08 3. 3,17202E-06 3,17202E-08

tab. 4.26 - Hodnoty Pns-M ak uvažujeme pw-M.

- 20 -

Číslo skoku

pw-NM [%] Pns-NM

1. 1,22664E-05 1,22664E-07 2. 2,53763E-06 2,53763E-08 3. 3,20105E-06 3,20105E-08

tab. 4.27. Hodnoty Pns-NM ak uvažujeme pw-NM.

4.19 Redukcia XPD (str.34)

XPD môže spôsobovať CCI (interferencia zo súhlasného kanála) a čiastočne aj

ACI (interferencia zo susedného kanála). Preto musí byť braná do úvahy redukcia XPD

(tab. 4.28, 4.29 a 4.30), ktorá sa prejavuje buď pri čistom vzduchu (clear-air) alebo pri

zrážkach.

A. Predikcia výpadku pri čistom vzduchu

Hodnota XPD závisí od kombinácie vplyvov viaccestného šírenia a charakteristík

vzájomnej polarizácie antén. Vplyv tejto redukcie sa počíta podľa:

⎩⎨⎧

>≤+

=)35(40)35(5

0g

gg

XPDXPDXPD

XPD

kde: XPDg je výrobcom garantovaná minimálna XPD pre vysielaciu aj

prijímaciu anténu

Zistíme parameter viaccestnej aktivity (multipath activity parameter):

)2,0exp(1 4/3nsp⋅−−=η

kde: Pns je pravdepodobnosť neselektívneho úniku

Vypočítame:

)log(10ns

XP

pkQ η

−=

kde: ⎪⎩

⎪⎨

⎧

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛⋅−−= −

26104exp3,01

7,0

λtxp sk

- platí ak používame 1 vysielaciu anténu

- platí ak používame 2

vysielacie antény Druhá časť platí v prípade, ak sú použité pre vysielanie dve ortogonálne

polarizované antény, ktorých vertikálne oddelenie je St [m] a vlnová dĺžka nosnej je λ

[m].

- 21 -

Odvodíme parameter C zo vzťahu:

QXPDC += 0

Vypočítame pravdepodobnosť výpadku Pxp z dôvodu krížovej polarizácie pre čisté

podnebie (clear-air cross-polarization) z:

10/10 XPDMnsxp PP −⋅=

kde: MXPD je ekvivalentná hranica XPD pre referenčnú BER danú:

- bez XPIC - s XPIC ⎩

⎨⎧

−−−

XPIFICCICC

M XPD //

0

0

kde: C0/I je pomer nosná/interferencia pre referenčnú BER a môže byť

zistená buď zo simulácií alebo merania.

XPIF (Cross Polarization Improvement Factor) je laboratórne

meraný faktor zlepšenia krížovej polarizácie pre dostatočne veľký

pomer nosná/šum - C/N a pre špecifickú BER pre systémy s použitím a bez použitia

XPIC. Typická hodnota XPIF je okolo 20 dB.

B. Predikcia výpadku zrážkami zmenou XPD

Tento typ výpadku neuvažujeme.

Číslo skoku Pns-M XPD0 η-M kXP Q-M C-M C0/I XPIF MXPD-M

s XPIC PXP-M

1. 1,203E-07 35 1,292E-06 0,7 -8,759 26,240 15 20 -8,7599 9,047E-072. 2,494E-08 35 3,969E-07 0,7 -10,468 24,531 15 20 -10,4688 2,778E-073. 3,172E-08 35 4,753E-07 0,7 -10,207 24,792 15 20 -10,2079 3,327E-07

tab. 4.28. - pxp-M s obvodom XPIC Číslo skoku Pns-NM XPD0 η-NM kXP Q-NM C-NM C0/I XPIF MXPD-NM

s XPIC PXP-NM

1. 1,226E-07 35 1,310E-06 0,7 -8,739 26,260 15 20 -8,7394 9,176E-072. 2,537E-08 35 4,021E-07 0,7 -10,450 24,549 15 20 -10,4502 2,814E-073. 3,201E-08 35 4,786E-07 0,7 -10,198 24,802 15 20 -10,1980 3,350E-07

tab. 4.29 - pxp-NM s obvodom XPIC

- 22 -

Číslo skoku

MXPD-M bez XPIC

MXPD-NM bez XPIC PXP-M PXP-NM

1. 11,240037 11,260512 9,00481E-09 1,22664E-07 2. 9,531152 9,549791 2,7669E-09 2,53763E-08 3. 9,792059 9,801951 3,32002E-09 3,20105E-08

tab. 4.30 - pxp bez obvodu XPIC

4.20 Výpadok selektívnym únikom (str.44)

Použili sme metóda predikcie výpadku selektívnym únikom v nechránených

digitálnych systémoch. Výpadok je tu definovaný ako pravdepodobnosť, že BER je

väčšia ako daná prahová hodnota.

Vypočítali sme strednú dobu oneskorenia τ [ns]:

3,1

50.7,0 ⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛=

dmτ

Vypočítal sme pravdepodobnosť selektívneho úniku:

)1010(15,2,

220/

,

220/

NMr

mBNM

Mr

mBMs

NMM ffpττ

ττ

η −− ⋅Δ+⋅Δ⋅⋅=

kde: η je parameter viaccestnej aktivity (multipath activity parameter)

ostatné parametre sú uvedené v tab. 4.28

Šírka obrysovej krivky ΔfM 0,05 GHz

Šírka obrysovej krivky ΔfNM 0,029 GHz

Hĺbka obrysovej krivky BM 14 dB

Hĺbka obrysovej krivky BNM 7 dB

Referenčné oneskorenie τr,M 6,3 ns

Referenčné oneskorenie τr,NM -6,3 ns tab. 4.31 – Parametre obrisovej krivky

Číslo skoku ηM ΔfM

ΔfNM [GHz]

BBM [dB]

BBNM [dB]

d [km]

τM [ns]

τr,M a abs(τr,NM)

[ns] ps

1. 1,292E-06 0,05 0,029 14 7 19,934 0,2117 6,3 4,536E-102. 3,969E-07 0,05 0,029 14 7 20,636 0,2215 6,3 1,524E-103. 4,753E-07 0,05 0,029 14 7 27,395 0,3201 6,3 3,813E-10

tab. 4.32 – Pravdepodobnosť selektívneho úniku

- 23 -

4.21 Celkový výpadok selektívnym aj neselektívnym únikom (str.45) Výpočet celkovej pravdepodobnosti výpadku pri čistom počasí:

⎩⎨⎧

+++

=XPfdsd

XPsnstotal pp

pppP

)(

Druhý riadok je platný pre diverzitný systém.

Číslo skoku Pns-M ps PXP-M Ptotal-M

1. 1,20372E-07 4,53679E-10 9,00481E-09 1,298306E-07 2. 2,49444E-08 1,52463E-10 2,7669E-09 2,786374E-08 3. 3,17202E-08 3,81378E-10 3,32002E-09 3,542156E-08

tab. 4.33- Celkový výpadok pre minimálnu fázu Číslo skoku Pns-NM ps PXP-NM Ptotal-NM

1. 1,22664E-07 4,53679E-10 9,17624E-07 1,04074E-06 2. 2,53763E-08 1,52463E-10 2,81481E-07 3,0701E-07 3. 3,20105E-08 3,81378E-10 3,3504E-07 3,67432E-07

tab. 4.34 – Celkový výpadok pre neminimálnu fázu

4.22 Metóda CFM (celkové rozpätie úniku) (str.45) Aby bolo možné rozhodnúť o celkovom výpadku, je nutné zlúčiť

pravdepodobnosť výpadku spôsobenú selektívnym a plochým únikom. Najbežnejším

spôsobom, ako je to možné urobiť je, že sa použije hodnota CFM a táto sa vloží do

vzťahu pre úzkopásmový únik. Potom môže byť vyjadrená pravdepodobnosť výpadku

(alebo všeobecnejšie, prekročenia určitej prahovej hodnoty BER) ako:

10/10)10( CFMns

n pBERp −− ⋅=>

kde: CFM je celkové rozpätie úniku [dB]. Nepredpokladá sa

prítomnosť interferencie.

pns je pravdepodobnosť neselektívneho úniku

Číslo skoku Pns-M

CFMM [dB] pM(BER>10-3)

1. 1,20372E-07 35,938 3,06697E-11 2. 2,49444E-08 35,534 6,97567E-12 3. 3,17202E-08 32,800 1,66472E-11

tab. 4.35 – Celkové rozpätie pre minimálnu fázu

- 24 -

Číslo skoku Pns-NM

CFMNM [dB] pNM(BER>10-3)

1. 1,22664E-07 36,020 3,06697E-11 2. 2,53763E-08 35,608 6,97567E-12 3. 3,20105E-08 32,840 1,66472E-11

tab. 4.36 – Celkové rozpätie úniku pre neminimálnu fázu

4.23 Chybovosť v zariadení (str.45)

Tepelný šum v rádiovom prijímači vedie k chybovosti. V optických systémoch sa

požaduje BER až 10-13. Aby bolo možné toto dosiahnuť aj v rádiových systémoch, je

nutné použiť FEC.

4.24 Vietor (str.45)

Mechanizmus výpadku, ktorý je často prehliadaný predstavuje vietor. Ak nie je

stožiar dostatočne silný, môže sa vplyvom vetra rozkývať a keďže šírka lúča je veľakrát

len zlomok stĺpa, môže nastať výpadok.

4.25 Správanie sa RRL spojov ako kaskádového zapojenia jednotlivých

skokov (str.34)

∑= it pKp

kde: pi je pravdepodobnosť úniku i-teho z celkových n skokov

K je modifikačný faktor, ktorý zahŕňa celkový vplyv korelácie

dažďových zrážok.

Číslo skoku Ptotal-M Ptotal-NM K

1. 1,29831E-07 1,04074E-06 2. 2,78637E-08 3,0701E-07 3. 3,54216E-08 3,67432E-07

0,87

M NMpt 1,68011E-07 1,49221E-06

tab. 4.37 - Celková pravdepodobnosť úniku pre lineárnu sériu skokov

- 25 -

4.26 Frekvenčné plánovanie (str.62) Pri tomto výpočte sa využíva hodnota nominálnej úrovne prijatého signálu

(kap. 4.13). Túto hodnotu nám vypočítava RadioLab.

Všetky výpočty C/I sú uvažované počas existencie úniku v kanáli, ktorý je rovný

hodnote FM. V konkrétnom návrhu záleží len na projektantovi, či bude frekvenčné

plánovanie realizovať pre všetky skoky, alebo len pre vizuálne najkritickejší skok z

hľadiska overshoot (najmenšia vzdialenosť bez prekážok a s najmenším uhlom natočenia)

a interferencie v opakovači (stret relatívne dlhého a krátkeho skoku s najnekvalitnejšími

anténami v ponuke).

Pri použití popísaného zjednodušenia bude cena výslednej trasy väčšia nanajvýš

rovná cene bez zjednodušenia.

Použili sme dvojfrekvenčný plán, z odporučania ITU-R F 0746-3 vyplýva:

• Pásmo: 18 GHz

• Rozsah frekvencií: 17,7 –19,7 GHz

• Oddelenie kanálov: 220/110/27,5 MHz

Typ antény PriemerD [m]

Zisk antény G [dB]

Šírka hlavného laloku [°]

XPD [dB]

F/B [dB]

VHLP4-180 1,2 44,7 0,9 30 73 tab. 4.38 – Anténa z databázy RadioLabu

fo = 18,7GHz = 18 700 MHz

ak použijeme odstup 27,5 MHz tak moze byt 18 kanálov pre A stanicu a 18

kanálov pre B stanicu

kde: A: f1 =17 0275 MHz f2 =18 0375 MHz

. . . B: f1’= 17 055 MHz

f2’= 18 065 MHz . . . Uvažujeme so šírkou kanála B = 18 MHz

- 26 -

A. Interferencia v opakovači

Stanica n Stanica n-1 Stanica n+1 Počas najväčšieho uvažovaného úniku, ktorého veľkosť je rovná hodnote FM, je

výkon prijatého signálu v stanici n:

( )( ) ( ) ( )( ) ( ) CFMnormalPúnikP nnRnnR −= −− 11 [dBm]

kde: PR(n-1)(n) je nominálna úroveň výkonu signálu [dBm] prijatého v

stanici n. Signál v smere n-1 → n.

FM je rozpätie úniku [dB]

Pre interferenčný signál I v stanici n zo stanice n+1 platí:

( )( ) ( )( ) ( ) ( )111 / −→++ −= nnnnRnn BFPI [dBm]

kde: PR(n+1)(n) je nominálna úroveň výkonu signálu [dBm] prijatého v

stanici n. Signál v smere n+1 → n.

F/B(n)→(n-1) je pomer medzi ziskom antény v priamom smere, k zisku v

opačnom smere [dB]

Potom pre pomer nosná/interferencia platí:

( ) ( )( ) ( )( )nnynR IPúnikIC 11/ +− −= [dB] Musí platiť nerovnosť:

( ) ( )únikICpožadovanéIC // ≥ Rovnaký postup opakujeme pre všetky stanice a pre oba smery príjmu signálu.

Číslo stanice

Pvys (n)→(n-1) [dBm]

G1 [dBi]

HA0,01% [dB]

F/B1 [dB] CFM [dB]

1. N/A N/A N/A N/A N/A 2. 24 44,7 182,9323347 73 36,020 3. 24 44,7 183,9313229 73 35,608 4. 24 44,7 191,9622294 73 32,840

tab. 4.39 – Vstupné parametre v jednom smere

- 27 -

Číslo stanice

Pvys (n)→(n+1) [dBm]

G2 [dBi]

HA0,01% [dB]

F/B2 [dB] CFM [dB]

1. 24 44,7 182,9323347 73 36,020 2. 24 44,7 183,9313229 73 35,608 3. 24 44,7 191,9622294 73 32,840 4. N/A N/A N/A N/A N/A

tab. 4.40 – Vstupné parametre v druhom smere

Číslo stanice

PR(n-1)(n) [dBm]

PR(n+1)(n) [dBm]

PR(n-1)(n) (únik) [dBm]

I(n+1)(n) [dB]

C/I(n-1)(n)(únik) [dB]

PR(n+1)(n) (únik) [dBm]

I(n-1)(n) [dB]

C/I(n+1)(n) (únik) [dB]

1 0 -84,098 0 0 0 -120,1178 0 0 2 -84,098 -84,086 -120,117 -157,085 36,9679 -119,6941 -157,0977 37,403 3 -84,086 -84,115 -119,694 -157,114 37,4208 -116,9543 -157,0856 40,131 4 -84,115 0 -116,954 0 0 0 0

tab. 4.41

Číslo stanice

C/I(n-1)(n) (únik) [dB]

C/I(n+1)(n) (únik) [dB]

C/I(požadované) [dB]

1 N/A N/A N/A 2 36,9679 37,4036 15 3 37,4208 40,1313 15 4 N/A N/A N/A

tab. 4.42 – Pomer B. Overshoot

Overshoot sa zanedbá, pretože je veľké tlmenie na vzdialenosti staníc s rovnakými

frekvenciami a okrem toho sú antény prirodzene vychýlené – je to dané smerom RRL

trasy.

4.27 Zhodnotenie

Cieľom tejto úlohy, je oboznámenie sa s návrhom rádioreléovej trasy s využitím

programu RadioLab. Ako je možno vidieť, hlavnou výhodou tohto programu je využitie

detailnej geografickej a výškopisnej mapy, čo podstatne uľahčuje hľadanie vhodnej trasy

pre RRL spoj. Týmto programom sa navrhli jednotlivé skoky RRL spoja s príslušnými

parametrami spojenia.

- 28 -

5. Úloha .3 – Kvalita prenosu digitálnym RRL spojom

5.1 Zadanie Na základe pevne stanovených koncových bodoch, realizujte celkové čerpanie

jednotlivých kvalitatívnych ukazovateľov pre stredný stupeň hypotetického referenčného

spoja za pomoci programu RadioLab.

5.2 Teoretický úvod

Základné kvalitatívne ukazovatele, ktoré je možné návrhom a projektovaním trasy

ovplyvniť je chybovosť (BER) a spoľahlivosť prenosu v kanále. Okrem toho existuje rada

ďalších parametrov (tvar a skreslenie signálu, stabilita, spoľahlivosť), ktoré sú skôr

určené výhradne vlastnosťami použitého zariadenia.

Digitálne RRL spoje sa navrhujú tak, aby pri normálnych podmienkach šírenia

elektromagnetických vĺn (bez úniku) bola chybovosť prenosu prakticky nulová a aby

chyby nastávali iba v období hlbokého úniku. Z hľadiska fyzikálneho mechanizmu vzniku

sa uvažujú ďalej tri typy únikov:

Plochý interferenčný únik

Selektívny únik

Absorpčný únik v pásmach na 10 GHz

Vplyv absorpčného úniku sa zanedbáva na spojoch, ktoré pracujú na kmitočtoch

nižších ako 10 GHz. Vplyv selektívneho úniku sa zanedbáva na spojoch s prenosovou

rýchlosťou do 8 Mbit/s.

5.3 Plochý interferenčný únik (flat fade) Plochým sa nazýva únik, ktorý spôsobuje pokles úrovne signálu na vstupe

prijímača, ale nemení tvar spektra signálu, t.j. pokles signálu nie je závislý na kmitočte

( rozsahu šírky pásma prijímača ).

5.4 Selektívny únik (selective dispersive fade) Selektívne úniky vznikajú vektorovým súčtom koherentných signálov, ktoré sa

šíria medzi vysielacou a prijímacou anténou po dvoch a viac dráhach vplyvom

nerovnomernosti gradientu indexu lomu v troposfére. Líši sa od absorpcií, plochých a

- 29 -

širokopásmových únikov práve frekvenčnou selektivitou, ktorá sa prejavuje

nerovnomernosťou amplitúdy a skupinového oneskorenia v prenášanom pásme,

respektíve až potlačením niektorých zložiek prenášaného spektra a tým spôsobuje značné

zvýšenie chybovosti.

5.4.1 Signatúra zariadenia Vlastnosti rôznych digitálnych zariadení z hľadiska ich odolnosti proti

selektívnemu úniku je možné porovnávať podľa tzv. signatúry zariadenia

Signatúra je definovaná ako krivka (vyjadrená buď graficky alebo tabuľkovo), ktorá

udáva závislosť parametru B selektívneho úniku na frekvencii, pričom tento únik

spôsobuje na danom zariadení chybovosť BER-3 resp. BER-6. Časové oneskorenie

oτ vedľajšej oproti hlavnej je pritom konštantný 6,3 ns. Signatúra sa meria statickým

spôsobom vždy zvlášť pre úniky s minimálnou a neminimálnou fázou.

Signatúra pre úniky s minimálnou a neminimálnou fázou výrobca zariadenia spravidla

uvádza v grafickej forme, preto je v praxi potrebná sumácia:

∑ Δ⋅⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡ +−= +

i

ii ffBfBS6,7

)()(exp 1 (5.1)

)( ifB [dB] - hodnota odčítaná zo signatúry pre danú frekvenciu

if [MHz] - frekvencia v rozsahu až minf maxf

Ak je signatúra udávaná radou diskrétnych bodov, postačí urobiť odčítania

v týchto bodoch, ak tomu tak nie je, je nutné voliť krok odčítania ( - ) čo

najmenší, 1 ÷ 2 MHz. Príklad priebehu signatúry a výpočtu plochy je uvedený na obr. 5.1.

Plocha signatúry pre BER-6 je 1,7 krát väčšia ako BER-3. Krivka signatúry pre rôzne

druhy ekvalizácie viď. Príloha č. 2.

1+if if

- 30 -

obr. 5.1 - Príklad priebehu signatúry a výpočtu jej plochy

5.5 Absorpčný únik Absorpčný únik, spôsobený absorpciou (hmla, dážď, krúpy, sneh) je náhodný jav

a závisí na použitom kmitočte, polarizácii, dĺžke RRL skoku a klimatických

podmienkach. V kmitočtových pásmach pod 10 GHz nie je nutné s absorpčným únikom

uvažovať. V kmitočtových pásmach nad 10 GHz sa berie do úvahy absorpčný únik

spôsobený dažďom a krúpami, prípadne mokrým snehom.

- 31 -

5.6 Kvalita RRL skoku Kvalitu RRL skoku určujú časové percentá najhoršieho mesiaca v prípade

nedostupnosti (K) časového percenta priemerného roku, po ktorých sú na RRL skoku

prekročené limity kvalitatívnych parametrov v tab. 5.1. Časové údaje sa v RadioLabe

vypočítavajú pre každý kvalitatívny ukazovateľ separovane. Celková hodnota časového percenta jednotlivého kvalitatívneho ukazovateľa

skoku je určená súčtom časových percent vyvolaných plochým únikom (F), selektívnym

únikom (S) a v prípade kmitočtov vyšších ako 10 GHz i vplyvom absorpcie ( A ).

Stredný stupeň (MG) Vysoký stupeň (HG)

X1 280km X2 280km X3 50km X4 50km Lokálny

stupeň (LG)SES 0,54 0,006 0,0075 0,003 0,006 0,015 DM 0,4 0,0448 0,2 0,2 0,5 1,5 K 0,1 0,0112 0,0167 0,01665 0,0333 0,3333

tab. 5.1 – Prípustné hodnoty chybovosti a poruchovosti

ASFC tttt ++= (5.2)

Ct [%] - celková hodnota časového percenta na skoku pre vypočítaný kvalitatívny ukazovateľ (K, DM, SES).

Ft [%] - hodnota časového percenta na skoku vyvolaná plochými interferenčnými únikmi (K, DM, SES).

St [%] - hodnota časového percenta na skoku vyvolaná selektívnymi interferenčnými únikmi (K, DM, SES). Pre prenosové rýchlosti 2, prípadne 8 Mbit/s. Pre vyššej prenosovej rýchlosti =0. St

At [%] - hodnota časového percenta na skoku vyvolaná absorpčnými únikmi (K, DM, SES). Pre kmitočty nižšie ako 10 GHz =0. At Celková hodnota časového percenta na skoku sa vypočítava separovane pre: Ct

Nedostupnosť ( ) Kt Silne chybové sekundy ( ) SESt Chybové minúty ( ) DMt

- 32 -

5.6.1 Nedostupnosť (K) Nedostupnosť je určená dobou, v ktorej je v priemernom roku prekročená

chybovosť BER-3 desať a viacej po sebe idúcich sekúnd a dobou, v ktorej je vplyvom

vysokej chybovosti spoj celkom mimo prevádzku

5.6.2 Silne chybové sekundy (SES) Silno chybové sekundy sú určené percentom času najhoršieho mesiaca, v ktorom

je prekročená chybovosť BER-3, pokiaľ táto chybovosť trvá menej ako desať sekúnd. 5.6.3 Chybové minúty (DM) Chybové minúty sú určené percentom času najhoršieho mesiaca, v ktorom počas

jednej minúty prekročí chybovosť BER-6. Do chybových minút sa nezapočítava doba,

v ktorej chybovosť prenosu prekročila hodnotu BER-3.

5.7 Kvalita RRL spoja (celkovej trasy) Kvalitu RRL spoja určujú časové percentá, v ktorých na spoji vzniká zhoršená

kvalita podľa jednotlivých kritérií.

Celková hodnota časového percenta jednotlivých kvalitatívnych ukazovateľov

spoja je určená súčtom časových percent jednotlivých skokov.

∑=

=n

icit tt

1 (5.3)

tt [%] - celková hodnota časového percenta na spoji pre vypočítavaný kvalitatívny

ukazovateľ (K, DM, SES )

cit [%] - celková hodnota časového percenta í-teho skoku podľa výrazu (5.2)

(K, DM, SES)

n - počet skokov

- 33 -

Podobne ako na skoku sa časové percentá na celom spoji vypočítavajú separovane

pre:

Silne chybové sekundy (SES)

Chybové minúty (DM)

Nedostupnosť (K)

Výsledná hodnota časových percent podľa jednotlivých ukazovateľov sa

porovnáva s požiadavkou na kvalitu v súlade s kvalitatívnym stupňom, v ktorom spoj

pracuje. Požiadavky sú uvedené v tab. 5.1.

Avšak požiadavka na hodnotu časového percenta je úmerná dĺžke spoja, stanoví sa

požiadavka na reálny spoj z výrazu

LLtt

X

X ⋅= (5.4)

Za podmienky

L ≤ (5.5) XLt [%] – požiadavka na hodnotu časového percenta pre reálny spoj a vypočítaný

kvalitatívny ukazovateľ

Xt [%] - požiadavka na hodnotu časového percenta pre daný kvalitatívny stupeň

(X1 až X4) (K, DM, SES)

XL [km] - dĺžka hypotetického úseku daného kvalitatívneho stupňa

L [km] - skutočná dĺžka reálneho spoja [km]

Spojenie vyhovuje požiadavkám, ak platí

tt ≤ (5.6) t

Podľa rovnakej zásady je možné stanoviť požiadavky a porovnať s nimi výsledky

výpočtu pre jeden skok. Je tak možné v priebehu výpočtu jednotlivých skokov sa

presvedčiť či nie sú požiadavky hrubo prekročené. Na niektorých skokoch môžu byť

požiadavky prekročené v prípade, že spoj vyhovuje ako celok.

Ak podmienka (5.6) nie je splnená, je nutné spraviť také projekčné úpravy

jednotlivých skokov, aby sa zväčšila rezerva na únik, alebo aby sa vplyv úniku na

chybovosť znížil napr.:

- 34 -

Zmena antén za antény s väčším ziskom

Zvýšenie výkonu vysielača

Použitie plochy krivky signatúry

5.8 Riešenie Cieľom riešenia je navrhnúť spojenie medzi vysielačom pri Bratislave a

vysielačom pri Galante s frekvenčným pásmom 23 GHz. Týmto sa snažím poukázať na

celkové čerpanie triedy kvality pre X4, pomocou programu RadioLab. Pri nastavovaní

RadioLabu, sa volí horizontálna polarizácia, ktorá je náročnejšia na chybovosť, ako

vertikálna. Ostatné potrebné a upresňujúce parametre sú v tab. 5.2b za pomoci legendy

tab. 5.2a.

Legenda Vstuopné parametre

Projektantom volené parametre Je nutné upraviť hodnoty

tab. 5.2a – Legenda pre výpočet kvality

Výsledok

Vstupné parametre

Použitá frekvencia 23 GHz Prenosová rýchlosť 48 Mbit/s

Vstupný šum -100 dB Trieda kvality X4 ( K, SES, DM )

tab. 5.2b – Vstupné parametre pre kvalitu 5.9 Počiatočné plánovanie Pomocou programu RadioLab => Profil (Úloha č.1) sa snažíme navrhnúť

jednotlivé skoky, určenie výšok antén a zabezpečiť voľnosť terénu tzn. svetlosť 1. FZ.

Ako náhle máme určené cieľové body jednotlivých staníc, môžeme nechať vykresliť

celkovú trasu, RadioLab Addins => Trasy. obr. 5.2

Obr. 5.2 – Celková trasa

- 35 -

Pozície jednotlivých retranslačných staníc tab. 5.3

1. Bratislava Ba 17°14‘36,34‘‘ / 48°08‘19,39‘‘ 2. Zlaté klasy Zk 17°24‘45,7‘‘ / 48°08‘00,33‘‘

3. Sládkovičovo Sl 17°34‘17,39‘‘ / 48°11‘28,44‘‘

4. Galanta Ga 17°43‘58,37‘‘ / 48°10‘19,7‘‘

tab. 5.3 – Jednotlivé polohy staníc Do jednotlivých polí (viď. Príloha č. 3 – kap.1.4.2) zadávame nami požadované

hodnoty tab. 5.4

Anténa (kap. 4.4.1)

ANDREW VHLP1-240 – 36 dB

tab. 5.4 – Projektantom volené parametre

Výkon vysielača 25 dBm

Útlm napájača 3 dB

Útlm združovača 2 dB

Rezerva na únik (kap. 4.5) 3dB

Vypočítané hodnoty programom RadioLab Addins => Kvalita tab. 5.5

Počiatočný stav Ba => Zk

Zk => Sl

Sl => Ga

Dĺžka skoku [km] 12,563 13,407 12,141

SES [%č] 0,030173 0,043073 0,025051DM [%č] 0,483095 0,661087 0,411168K [%č] 0,031234 0,037342 0,028423

Limit SES [%č] 0,001508 0,001609 0,001457Limit DM [%č] 0,125630 0,134071 0,121408Limit K [%č] 0,008367 0,008929 0,008086

Čerpanie SES [%] 2001,5 2677,3 1719,5 Čerpanie DM [%] 384,5 493,1 338,7 Čerpanie K [%] 373,3 418,2 351,5

tab. 5.5

Z uvedeného je vidieť v tab. 5.5, že RadioLabom vypočítané kvalitatívne

ukazovatele skoku nespĺňajú limity (podľa vzorca 5.4) pre danú triedu X4. Jedno z riešení

ako vylepšiť celkovú kvalitu je možné využitie tzv. krivky signatúry kap. 5.4.1.

Zadávanie plochy minimálnej (MF) a neminimálnej (NF) fázy, do prostredia RadioLabu

pre BER-3 a BER-6 sú v viď. Príloha č. 3 – kap 1.4.1. Hodnoty pre zadanie plochy

signatúry sú v tab. 5.6.

BER-3 MF BER-3 NF BER-6 MF BER-6 NF0,03 0,14 0,06 0,23 tab. 5.6 – hodnoty plochy signatúry

- 36 -

So signatúrou

Ba => Zk

Zk => Sl

Sl => Ga Dĺžka skoku [km] 12,563 13,407 12,141

SES [%č] 0,030175 0,043076 0,025053DM [%č] 0,483102 0,661097 0,411174

K [%č] 0,031234 0,037342 0,028423Limit SES [%č] 0,001508 0,001609 0,001457Limit DM [%č] 0,125630 0,134071 0,121408Limit K [%č] 0,008367 0,008929 0,008086

Čerpanie SES [%] 2001,6 2677,4 1719,6

Čerpanie DM [%] 384,5 493,1 338,7

Čerpanie K [%] 373,3 418,2 351,5

tab. 5.7 – Eliminácia pomocou plochy signatúry

Ako je možné vidieť v tab. 5.7, s použitím plochy signatúry tab. 5.6 sa nepodarilo

eliminovať čerpanie kvalitatívnych ukazovateľov skoku resp. treba použiť inú krivku

signatúry.

Ako ďalším spôsobom pre skvalitnenie spojenia je buď použitie kvalitnejších

(drahších) antén resp. použiť antény s väčším ziskom alebo aj zvýšenie vysielacieho

výkonu. V ďalšom prípade sa bude pojednávať o zvýšenie výkonu z 25 dBm na 30 dBm,

tab. 5.8. Viď. Príloha. č. 3 kap. 1.4.2. Toto je maximálna hodnota výkonu stanovená

Slovenským Telekomunikačným Úradom.

Zvýšenie výkonu vysielača

Ba => Zk

Zk => Sl

Sl => Ga Dĺžka skoku [km] 12,563 13,407 12,141

SES [%č] 0,009847 0,014013 0,008193 DM [%č] 0,188439 0,250096 0,163115 K [%č] 0,018809 0,022299 0,017183

Limit SES [%č] 0,001508 0,001609 0,001457 Limit DM [%č] 0,125630 0,134071 0,121408 Limit K [%č] 0,008367 0,008929 0,008086

Čerpanie SES [%] 653,2 871,0 562,4 Čerpanie DM [%] 150,0 186,5 134,4 Čerpanie K [%] 224,8 249,7 212,5

tab. 5.8 – Eliminácia pomocou vyššieho výkonu Ako je možné vidieť v tab. 5.8, zvýšenie výkonu zlepšilo celkovú kvalitu, avšak

celkové čerpanie je stále nevyhovujúce. Ďalšou možnosťou je zmena antény resp. anténu

- 37 -

z vyšším ziskom pri zachovaní pôvodného vysielacieho výkonu 25 dBm. Viď. Príloha č.

3 kap. 1.4.1.

Použitie inej antény Ba => Zk

Zk => Sl

Sl => Ga

Σi

Dĺžka skoku [km] 12,563 13,407 12,141 38,11

SES [%č] 0,000352 0,000461 0,000306 0,001119 DM [%č] 0,023831 0,028140 0,021852 0,073823 K [%č] 0,005124 0,006033 0,004694 0,015851

Limit SES [% 1457 č] 0,001508 0,001609 0,00Limit DM [% 1408 č] 0,125630 0,134071 0,12Limit K [%č 8086 ] 0,008367 0,008929 0,00

Čerpanie SES [% 23,3 28,7 21,0 ] Čerpanie DM [% 19,0 21,0 18,0 ] Čerpanie K [%] 61,2 67,6 58,1

tab. 5.9 – Eliminácia kvalitnejšou anténou Pri výpočte sa zamenila pôvodná anténa za anténu ANDREW VHLP4-240,

z databázy RadioLabu, so ziskom 46,9 dB, a ako je vidieť, tá má najväčší vplyv na

celkovú kvalitu skoku.

V praxi pri návrhu RRL trasy nie je cieľom dosiahnuť referenčnú dĺžku spoja tzn.

280 km alebo 50 km, preto sa uvedená referenčná dĺžka prepočíta lineárne podľa

skutočnej dĺžky pomocou vzorca 5.4.

0045732,011,3850006,0

=⋅=⋅= LLtxt

xSES podmienka podľa 5.6, platí

Pomocou nastavovania hodnôt Prídavné útlmy (viď. Príloha č. 3 – kap. 1.4.2.) je

možné pridávať útlmy pre prijímač a vysielač jednej antény tak ako aj druhej antény.

Tieto útlmy potláčajú nežiaduce vyžarovanie a zabezpečujú kvalitu signálu.

Posledným možným spôsobom ako zväčšiť rezervu na únik, alebo aby sa vplyv

úniku na chybovosť znížil je skrátenie dĺžky skoku a voliť iný priebeh trasy.

5.10 Zhodnotenie Výpočet kvality sa realizuje len pre jednotlivé skoky, pretože samotný RadioLab

nedokáže uskutočniť výpočet pre celkový spoj. Preto je potom potrebné ďalej postupovať

pomocou príslušných matematických vzorcov.

- 38 -

Ako možno vidieť, vplyv vysielacieho výkonu a typ použitej antény najviac

ovplyvňuje výslednú kvalitu spojenia. Pri riešení konkrétnej úlohy sa postupuje

nasledovne podľa vývojového diagramu v tejto kapitole obr. 5.3.

RadioLab -> Profil (Úloha č.1) Cestné profily

RadioLab Addins -> Kvalita

Pozície staníc, výšky antén, PATA (kap 4.2)

f, Útlm napájača Útlm združovača

Rezerva na rušení (kap. 4.5)

Zisk antény G

obr. 5.3 – Vývojový diagram pre kvalitu

Výkon vysielača

Čerpanie (SES,DM,K)

Hodnota v červenom ?

Plocha signatúry (kap. 3.2.1)

Pretrváva ?

Prídavné tlmenie

Hodnota v červenom ?

Optimalizácia

+

+

+

-

-

-

- 39 -

6. Záver Podstatou tejto diplomovej práce bolo vytvorenie výučbovej pomôcky pre návrh

rádioreléovej trasy pomocou softvérového produktu RadioLab v predmete Mobilné

rádiové siete. Súčasťou pomôcky je aj vytvorenie manuálu, ktorý obsahuje podrobnejšie

vysvetlenia a nastavenia potrebné pre obsluhu, pretože manuál od výrobcu je pri samotnej

realizácii nepostačujúci. Výučbová pomôcka je realizovaná prostredníctvom troch úloh,

ktoré objasňujú jednotlivé problémy návrhu rádioreléovej trasy.

Samotný návrh bez použitia akejkoľvek softvérovej pomôcky je prácny a časovo

náročný. Tento program nám značne uľahčuje počiatočné plánovanie a pomáha flexibilne

reagovať na vyskytnuté problémy pri riešení. Tieto poznatky by mali poslucháčovi

značne uľahčiť celkový návrh rádioreléovej trasy, pri riešení semestrálnych prác [6],

avšak celkové konkrétne výsledky sa dosiahnu len matematickými výpočtami.

- 40 -

ZOZNAM POUŽITEJ LITERATÚRY [1] Výzkumný ústav spojú Praha: Metodika plánování a návrhu digitálních rr spojú.

Praha, 1990.

[2] Katalóg antén Andrew: www.antennasystems.com/andrew.html

[3] Příručka uživatele: RadioLab 3.0, CRC Data, 2002.

[4] Příručka uživatele: Úrovňová rozvaha skoku, výpočet kvality , CRC Data, 2002.

[5] Klima J.,Klimeš J: Výpočet intenzity elektro-magnetického poľa v pásmach

VKV a UKV, Praha , 1988.

[6] Čepel J.: Systémový návrh rádioreléovej trasy. Diplomová práca, ŽU, 2003.

ČESTNÉ PREHLÁSENIE

Prehlasujem, že som zadanú diplomovú prácu vypracoval samostatne pod odborným vedením vedúceho diplomovej práce doc. Ing. Vladimíra Wiesera, PhD. a použil som len literatúru uvedenú v práci.

Súhlasím so zapožičiavaním diplomovej práce.

V Žiline dňa 19. 05. 2006

Martin ČERMÁK

Návrh rádioreléovej trasy pomocou programu RadioLab

DIPLOMOVÁ PRÁCA Prílohová časť

Martin ČERMÁK

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINE Elektrotechnická fakulta Katedra telekomunikácií

Študijný odbor: TELEKOMUNIKÁCIE

Vedúci diplomovej práce: doc. Ing. Vladimír Wieser, PhD.

Stupeň kvalifikácie: inžinier (Ing.)

Dátum odovzdania diplomovej práce: 19.5.2006

ŽILINA 2006

ZOZNAM PRÍLOH

Príloha č. 1: Porovnanie modulačných metód

Príloha č. 2: Krivka signatúry

Príloha č. 3: RadioLab - Manuál

Systém Variácie SNR (dB) Nyquistova šírka

pásma ( ) nb

Degradácia(dB)

Základné modulačné schémy 2-stavová FSK 13,4 B 3-stavová FSK 15,9 B

FSK

4-stavová FSK 23,1 B/2 2-stavová PSK s koherentnou detekciou 10,5 B 2 4-stavová PSK s koherentnou detekciou 13,5 B/2 2,5 8-stavová PSK s koherentnou detekciou 18,8 B/3 3

PSK

16-stavová PSK s koherentnou detekciou

24,4 B/4 4,5

16-QAM s koherentnou detekciou 20,5 B/4 4 32-QAM s koherentnou detekciou 23,5 B/5 4,5 64-QAM s koherentnou detekciou 26,5 B/6 5 128-QAM s koherentnou detekciou 29,5 B/7 5,5 256-QAM s koherentnou detekciou 32,6 B/8 6

QAM

512-QAM s koherentnou detekciou 35,5 B/9 6,5

Príloha č. 1 Vlastnosti modulačných metód

Príloha č. 2 Príklady a porovnanie rôznych obrysových kriviek, pre výpočet plochy signatúry

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINE Elektrotechnická fakulta

Katedra telekomunikácií

RadioLab Manuál Prílohova č. 3

Obsah

1. RADIOLAB – MANUÁL...........................................................1 1.1 PROFIL .........................................................................................1

1.1.1 POPIS STAVOVÉHO RIADKU .....................................................2 1.2 NASTAVENIE PROFILU ............................................................3

1.2.1 ZÁKLADNÉ NASTAVENIA ..........................................................4 1.2.2 PARAMETRE PROFILU A TLMENIA ..........................................5

1.3 PREKÁŽKY ...................................................................................6 1.3.1 ANALÝZA ODRAZOV ...................................................................8

1.4 ÚROVŇOVÁ ROZVAHA SKOKU A KVALITA ....................10 1.4.1 ÚROVŇOVÁ ROZVAHA SKOKU ...............................................10 1.4.2 KVALITA .......................................................................................12

1.5 ZOBRAZOVAČ TRÁS ..............................................................14

1. RadioLab

RadioLab je systém pre analýzu a vizualizáciu šírenia rádiových signálov na skok

(pre modul Profil a pre Úrovňovú rozvahu skoku a Kvalitu). Ide o inžiniersky systém pre

riešenie základných úloh pri analýze a návrhu rádiokomunikačných systémov pre služby

plošného pokrytia (mobilné služby, analógová a digitálna televízia a rozhlas), systémov

point to multipoint a mikrovlnných smerových spojov. (obr. 1.1)

obr. 1.1 - RadioLab

1.1 Profil

Profil je systém – serverový komponent – pre vizualizáciu šírenia

rádiového signálu nad terénnym profilom. Umožňuje zobrazenie

terénneho profilu, umiestnenie vysielača a prijímača (staníc) a lúča signálu

s Fresnelovou zónou [3]. Do profilu je možné pridávať prekážky pre prezentáciu

objektov, ktoré nie sú zahrnuté v dátach digitálneho modelu terénu ani morfológie.

Typická situácia je zobrazená na obr. 1.2.

Tento serverový komponent je prepojený s dvoma mapovými systémami : Výškopisnou

mapou a Mapovým serverom s možnosťou zobrazenia profilu – skoku – na mape.

- 1 -

obr. 1.2 - formulár Profil

1.1.1 Popis stavového riadku Dopĺňajúce informácie o profile sa nachádzajú v stavovom riadku spodnej časti

formulára. Stavový riadok sa skladá z niekoľkých blokov (panelov), z ktorých niektoré

nemusia byť vždy zobrazené.

1 M Pozícia kurzora myši: blok je vždy viditeľný. Prvý údaj je

relatívna pozícia kurzora myši v profile. Druhý údaj je výška

odpovedajúca pozícii myši nad profilom.

2 M Súradnice kurzora myši: blok je vždy viditeľný. Obsahuje

súradnice kurzora myši v profile. Voľbu súradnicového systému je možné

nastaviť v dialógu Nastavení.

3 S Označený blok: blok je viditeľný iba počas akcie vyberania časti

profilu (pohyb myši so stlačeným ľavým tlačidlom) a po dobu existencie

vyberanej časti profilu. Takto vybranú časť profilu je možné zobraziť

v detailu – viď. menu Zobrazit/Deatail.

4 C Pozícia kurzora: blok je viditeľný, pokiaľ je aktivovaný kurzor

profilu. Prvý údaj je relatívna pozícia kurzora v profile, druhý výška

profilu v mieste kurzora, tretí údaj v zátvorkách udáva výšku profilu

zmenenú o výšku morfologickej kategórie alebo výšky prekážky.

5 C Súradnice kurzora: blok je viditeľný, pokiaľ je aktivovaný kurzor

profilu. Obsahuje súradnice kurzora v profile.

- 2 -

6 PF priestor voľnosti pod Fresnelovou zónou: blok je viditeľný,

pokiaľ je viditeľný kurzor a Fresnelova zóna. Udáva vzdialenosť medzi

hranicou vrcholu Fresnelovej zóny (resp. od stredu Fresnelovej zóny,

zobrazuje RadioLAB) do DTM. Údaj v zátvorke je obohatený výškami

morfologických dát a prekážok.

7 F Zakrytie Fresnelovej zóny: blok je viditeľný, pokiaľ je viditeľný

kurzor a Fresnelova zóna. Udáva zakrytie Fresnelovej zóny v mieste

kurzora v % a v metroch. Ďalší údaj predstavuje vzdialenosť Fresnelovej

zóny od profilu zvýšeného o morfológiu alebo modifikovanou prekážkou.

Nasledujúci údaj v zátvorkách predstavuje túto vzdialenosť od profilu

z DTM dát.

8 Morfologické kategórie: blok je viditeľný, pokiaľ sú viditeľné

morfologické dáta a ak je aktivovaný kurzor. Udáva skratku morfologickej

kategórie v mieste kurzora.

9 Popis prekážky: blok je aktivovaný, pokiaľ je kurzor umiestnený nad

prekážkou a zobrazuje jeho popis. 1.2 Nastavenie profilu

Definovanie skoku

Formulár ide vyvolať z položky menu Profil/Nový alebo pomocou toolbaru. Formulár

slúži k zobrazovaniu (editovaniu) parametrov skoku alebo k definovaniu nového skoku

(obr. 1.3).  

obr. 1.3 – formulár Definovania skoku

- 3 -

1.2.1 Základné nastavenia

• Zadanie polohy stanice A alebo B

Polohu stanice je možné okrem manuálneho špecifikovania súradníc zamerať

i z Mapového servera pomocou tlačidla s označením Zaměřit.

• Súradnicový systém vstupných dát

Prirodzený (vnútorný) súradnicový systém Profilu, výškopisnej mapy

a serveru dát a morfológie je WGS 84. Pre zadávanie zemepisnej polohy na

území Českej republiky a Slovenskej republiky a v blízkom okolí systém

obsahuje konverziu dát z/do najčastejšie používaného súradnicového systému

S42 (Lon/Lat, XY a XY pre 3. a 4. pás) a JTSK. Pre prácu s profilmi na veľké

vzdialenosti od územia SR je pre zachovanie presnosti nutné zadávať

zemepisnú polohu v systéme WGS 84.

• Formát Lon/Lat súradníc

Lon/Lat súradnice je možné zadávať v rôznych formátoch. Napr. 15 50 40,24

alebo 155040,24 alebo 15E5040,24 alebo v desatinnom tvare (napr.

15,5514235).

• Elevace: je uhol (elevačný) medzi stredom apertúry druhej stanice a tangentou

(dotyčnica so zemským povrchom v bode umiestnenia antény)

• Azimut: je uhol, meraný od lúča, ktorý smeruje zo stredu jej apertúry k severu.

• Anténa: výška antény

• Pata: Nadmorská výška päty stožiara nami udanými súradnicami za predpokladu

výskytu morfologických dát

• DTM: Nadmorská výška digitálneho modelu terénu nami udanými súradnicami

• Kmit. MHz: pracovná frekvencia systému

f > 10 Ghz – viac cestné šírenie (BER)

10 GHz < f < 17 GHz – Plochý únik , Frekvenčne selektívny únik

17 GHz > f – Tlmenie zrážkami (nedostupnoť)

• Krok: po akej vzdialenosti sa bude analyzovať terén

• Vzdálenost: vzdialenosť medzi danými stanicami

• Pol. Země: štandardne..optické zakrivenie . ZR

• Koef. K:

k = 3 - pri výpočte útlmu prekážkou rušivých vf signálov pôsobením difrakcie

k = 4/3 - pri výpočte útlmu prekážkou užitočných vf signálov pôsobením difrakcie

- 4 -

- pri overovaní zásad rádioelektrickej viditeľnosti

k = 1 - pri kreslení terénneho profilu

- skutočný fyzikálny polomer zeme

- pri konštrukcii ochranných pásiem

- pri výpočte tlmenia skoku rušivého vf signálu pôsobením troposférického

šírenia

1.2.2 Parametre profilu a tlmenia Formulár je možné vyvolať pomocou menu Zobrazit/Výpočty alebo pomocou

príslušného tlačidla toolbaru. Príslušné výpočty sú ovplyvňované prípadnými prekážkami

v profile. Pri zmene ľubovoľného parametra (výšky staníc, ...) ovplyvňujúce výpočty sa

prevedie automaticky prepočet príslušných údajov. Formulár obsahuje niekoľko záložiek

(obr. 1.4).

Záložka Parametre Obsahuje tabuľku s nasledujúcimi údajmi:

• Drsnosť terénu (kap. 1.4.1)

• Tlmenie šírením vo voľnom priestore (kap. 1.4.1)

• Tlmenie prekážkou

• Tlmenie prekážkou na profile zvýšeným o morfologické kategórie

• Efektívna výška (zo stanice A a B) – je definovaná ako rozdiel nadmorskej výšky

ťažiska antény a priemernej nadmorskej výšky terénu [5]

• Zvlnenie (Δh) (zo stanice A a B) – je to faktor charakterizujúci stupeň

nepravidelnosti terénnej plochy [5]

Obr. 1.4 – Výpočty – záložka Parametre profilu

- 5 -

1.3 Prekážky Formulár je možné vyvolať pomocou menu Profil/Překážky , alebo pomocou

príslušného tlačidla nástrojovej lišty (obr. 1.5). K dispozícii máme tri typy prekážok:

Kvádr, Jehlan a DTM offset. Prekážky typu Kvádr a Jehlan sú určené svojim stredom,

polomerom (polovicou dĺžky hrany) a nadmorskou výškou vrcholu prekážky. Definícia

týchto prekážok je teda nezávislá na použitom modelu DTM dát.

Prekážky typu DTM offset sú určené svojim stredom, polomerom (polovicou

celkovej dĺžky) a relatívnym zvýšením alebo znížením DTM dát. Prekážka je úzko spätá

s použitým modelom DTM dát.

Prekážka typu Kvádr je vodorovný útvar s hranou vo výške špecifikovanou

nadmorskou výškou prekážky a dĺžkou určenou dvojnásobkom hodnoty z pola Poloměr.

Priemer vrcholu prekážky typu Jehlan na profil určuje výšku a stred základne

ihlanu. Dĺžka tejto základne je dvojnásobok hodnoty polomeru prekážky – viď. pole

Poloměr. Okraje základne predstavuje ľavý a pravý okraj prekážky typu Jehlan.

Polomer prekážky môže byť aj nulový. Pred moduláciou takejto prekážky na

DTM dáta sa najskôr zväčší polomer prekážky na dĺžku použitého kroku profilu.

Prekážku teda vždy ovplyvňuje minimálne 3 body profilu. Rovnaký mechanizmus sa

uplatní i u prekážok ktorých polomer je menší ako použitý krok profilu. Ak dôjde

k vzájomnému krytiu niekoľkých prekážok, je nutné tieto prekážky zložiť. Skladanie

prekážok vychádza z princípu bodového maxima, teda vyššia prekážka prekrýva

prekážku nižšiu.

Popis ovládania

V hornej časti formulára je prehľadová tabuľka všetkých definovaných prekážok

profilu. V spodnej časti formulára je aktuálna prekážka (zvýraznený riadok) súčasne

s detailnými informáciami. Tu je možné prekážku editovať, pridávať alebo mazať.

U prekážky typu DTM offset je nutné zadať hodnotu do pola Offset. U ostatných prekážok

sa zadáva výška prekážky pomocou pola Výška a Relativní výška sa pri editácii

automaticky dopočítavajú. Pokiaľ nie je špecifikovaná výška päty prekážky, nahradí sa

pri prepočte výškou príslušného bodu z aktuálnej DTM databáze.

- 6 -

obr. 1.5 – formulár Překážky

Pri otvorenom formulári Překážky je možné vo formulári Profil pohybovať

kurzorom. Takto sa dá ľahko špecifikovať poloha prekážky. Polohu kurzora ľahko

načítame do formulára Překážky pomocou tlačidiel Kurzor. Na záložke Překážka je takto

možné určiť stred prekážky, zatiaľ čo na záložke Okraje (obr. 1.6) je možné špecifikovať

ľavý a pravý okraj prekážky.

obr. 1.6 – záložka Okraje

- 7 -

1.3.1 Analýza odrazov Nástroj je možné vyvolať pomocou menu Zobrazit / Parametry odrazú alebo

príslušného tlačítka toolbaru (obr. 1.7).

obr. 1.7 – analýza odrazov

Vo formulári Analýza odrazov je možné nastaviť radu parametrov ovplyvňujúcich

výpočet. Po vykonaní výpočtu, ktorý je indikovaný v spodnej časti formulára, sa

významné odrazy zobrazia vo vlastnom profile (obr. 1.8). Pri zmene ktoréhokoľvek

parametra ovplyvňujúcu analýzu (výška antény, kmitočet,...) sa odrazy automaticky

odstránia. Je nutné opakovať analýzu. Odrazy je možné vypnúť a zapnúť pomocou

tlačidla toolbaru Odrazy.

obr. 1.8 – analyzované odrazy

- 8 -

Princíp hľadania odrazov

Na to aby sa podarilo sprevádzkovať odrazy, musíme nastaviť RadioLab =>

Nastavení => Výpočťy => Konfigurace => Křivky šíření ITU 370-7 (TESTCOM RDK).

Analýza je vždy obmedzená na časť profilu obmedzená uhlom otvorenia antén. Analýza

sa vždy robí na body vstupných dát profilu, veľkosť kroku profilu má na výsledky

analýzy zásadný vplyv. V prípade veľmi malého kroku vstupných dát profilu narastá

počet analyzovaných bodov, čo zvyšuje náročnosť a dobu výpočtu. Naopak pri väčšom

kroku vstupných dát ( napr. 100m ) negarantuje prevedenie dostatočne jemnú analýzu,

takže niektoré potencionálne odrazy nemusia byť nájdené. Pri načítaní dát s krokom

menším ako je prirodzený krok DTM dát je vhodné aktivovať v konfigurácii DTM

serveru nejaký typ interpolácie – viď. nástroj Nastanie systému Radiolab.

Korelačný koeficient – popisuje, ako dobre odrazná rovina modeluje skutočný

terén. V ideálnom prípade, kedy odrazná rovina priamo splýva s profilom, je jeho hodnota

1. Naopak hodnoty korelačného koeficientu blízke 0, predstavujú opačný prípad – napr.

úsek profilu s veľkou drsnosťou. Pri vlastnej analýze je často vhodné nájdené odrazy

kritériom minimálneho korelačného koeficientu. Odrazy s horším ( nižším ) korelačným

koeficientom sa potom neberú do úvahy. Pri nastavení minimálneho požadovaného

korelačného koeficientu na 0 sa toto kritérium neaplikuje.

V ďalších krokoch výpočtu je analýza obmedzená iba na lúče, ktoré dopadnú do

prijímacej antény. Odrazené lúče nikdy presne nesmerujú do bodu prijímacej antény. Je

nutné pripustiť istú toleranciu pomocou RX tolerance.

Celá geometria problémov je výrazným spôsobom ovplyvnená koeficientom

zakrivenia Zeme. Nástroj umožňuje naraz uskutočniť radu analýz odrazov pre koeficienty

zakrivenia Zeme z intervalu, ktorého stred je určený koeficientom zakrivenia Zeme

zobrazeného profilu, a jeho polomer je daný parametrom Rozsah K. Skúmaný rozsah sa

rozdelí na počet daný parametrom Počet analýz.

Vlastná analýza vždy ignoruje zvýšenie terénu danými morfologickými dátami. Je

však možné zahrnúť vplyv prekážok ( Kváder, DTM offset ) pomocou príslušnej voľby.

- 9 -

1.4 Úrovňová rozvaha skoku a kvalita Na katedre máme dve verzie RadioLabu, a to RadioLab len pre výpočet úrovňovej

rozvahy skoku (viac licencií) a druhý RadioLab, ktorý ešte navyše obsahuje výpočet

kvality (len jedna licencia).

1.4.1 Úrovňová rozvaha skoku Nástroj je určený pre návrh digitálneho mikrovlnného skoku so

zameraním na výpočet úrovňovej rozvahy signálu. Využíva zdieľaných

komponentov systému RadioLab (Profil, databáze stanovišť) a obsahuje vlastnú databázu

pre dáta antén a zariadení (nadefinované výrobcom). V záložke Skok , obr. 1.10, je

nastavenie podobné ako pri formulári Profil, navyše obsahuje kolónky:

Anténa (Zisk): výber antény z databázy (Andrew antény), alebo si

vlastnoručne nadefinujeme zisk antény zo stránky výrobcu

Útl. napaj.: zadáva sa podľa druhu napájača (jeho výrobných parametrov)

V záložke Zařízení ,obr. 1.10 a 1.11, je potrebné nastaviť tieto kolónky:

Výkon vysílača: vysielací výkon na ktorom bude daný skok pracovať

Útl. združovače: je to útlm medzi prijímačom a vysielačom na anténe.

Táto hodnota je väčšinou udávaná výrobcom antény, ale v praxi sa táto

hodnota pohybuje okolo 1 ÷ 4 dB

Přídavné útlumy: podľa hodnoty použitého útlmového článku

Degradace: je to zníženie hodnoty Rezervy na úniku pre BER-3

-vyplýva z použitej modulácie (vid. Príloha č.2)

Prahová úr. BER -3: hodnota sa zadáva z výpočtu v Úlohe č.2 – kap. 4.5

Prahová úr. BER -6 = ( Prahová úr. BER -3 + 5dBm ) “väčšinou”

Vstupné a výstupné hodnoty programu sú popísané pomocou legendy obr.1.9

Legenda

Zadávané parametre Projektantom volené parametre

Medzi – výsledkyDôležité výsledky

VýsledokPotrebné pre výpočet

obr. 1.9 – Legenda hodnôt

- 10 -

obr. 1.10 – záložka skok

obr. 1.11 – záložka Zařízení

- 11 -

V pravej časti formulára, Rozvaha , máme vypočítané a nami zadané hodnoty.

Délka skoku: vzdialenosť medzi stanicou A a B

Drsnost: je to (vertikálna členitosť) terénneho profilu v rozmedzí 6 – 43 m. Pri

hodnotách drsnosti nižších alebo vyšších sa počíta s dolnou alebo hornou

hraničnou hodnotou. Je definovaná ako stredná kvadratická odchýlka

nadmorských výšok, odčítaných z terénneho profilu v pravidelných

vzdialenostiach (≤ 1 km). Koncové body skoky sa pri výpočte neuvažujú.

Azimut a Elevace: vid. (1.2 Nastavenie profilu)

Výkon: výkon na ktorom bude daný skok pracovať

Útlum šířením: tlmenie vo voľnom priestore (viď. Úloha. 2 – kap. 4.8)

Útlum překážkou: tlmenie vznikajúce na prekážke (len morfologickej prekážke)

Vstup přijímače (A a B): nominálna úroveň signálu na vstupe prijímača za

za bezúnikového stavu (viď. Úloha. 2 – kap. 4.13)

Prah. úroveň (BER-3 a BER-6): viď. záložka Zařízení

Degradace: je to zníženie hodnoty Rezervy na úniku pre BER-3

-vyplýva z použitej modulácie

1.4.2 Kvalita

Kvalita [4] je “akousi“ nadstavbou Úrovňovej rozvahy skoku. Po

prevedení úrovňovej rozvahy skoku a splnenie podmienok pre výpočet

kvality sa tabuľka na záložke kvalita naplní výslednou sadou údajov (obr.

1.12). Je možné požadovať tri stupne podrobnosti zobrazených údajov.

Na tejto záložke je možné špecifikovať požadovanú triedu kvality (X1 – X4). X1 - 280

km a X3 - 50 km, pre medzinárodné spoje. X2 – 280 km a X4 – 50 km, pre miestne spoje.

Pokiaľ niektoré výstupné parametre nespĺňajú podmienky pre zadanú triedu kvality, je

zobrazená červene.

Pre výpočet kvality je možné pomocou voľby Morfologie zahrnúť vplyv morfologických

dát.

- 12 -

obr. 1.12 – Záložka Zařízení – Kvalita

Útl. združovače: je to útlm medzi prijímačom a vysielačom na anténe. Táto

hodnota je väčšinou udávaná výrobcom antény, ale v praxi sa táto hodnota

pohybuje okolo 1 ÷ 4 dB

Rezerva na rušení: predstavuje hodnotu zvýšenia vstupného šumu prijímača,

typická hodnota 3 dB vytvára rezervu pre budúci výskyt rušiaceho signálu

s úrovňou zhodnou so vstupným šumom prijímača

Vlastní hodnota drsnosti: umožňuje zadať vlastnú hodnotu drsnosti namiesto

hodnoty vypočítanú z dát digitálneho modelu terénu .Slúži viac menej na

experimentálnu činnosť. (vid. kap. 1.4.1)

Rušení na vstupu přijímače: môžme zadať hodnotu rušiaceho signálu spôsobenú

napr. overshot . Ak je zadané rušenie na vstupe väčšie než je prijatá úroveň

signálu, sa výpočet kvality nevykoná.

Přídavné útlumy: je možné pridávať útlmy pre prijímač a vysielač jednej antény

tak ako aj druhej antény. Tieto útlmy potláčajú nežiaduce vyžarovanie

zabezpečujú kvalitu signálu

Signatury: zadávanie plochy signatúry pre chybovosti BER-3 a BER-6

s minimálnou a neminimálnou fázou (vid. kap.5.4.1)

- 13 -

V pravej časti formulára, Kvalita , máme vypočítané a nami zadané hodnoty.

• Kvalitatívne parametre (K, DM, SES)

• Limity kvalitatívnych parametrov (K, DM, SES) – hodnota časového

percenta pre výslednú dĺžku skoku, prepočítaná z referenčnej dĺžky danej

triedy

• Čerpanie z kvalitatívnych parametrov (K, DM, SES) – koľko percent

sa využíva Limit danej triedy

• Degradace = Rezerva na rušení (len pre kvalitu)

• Medzivýsledky

1.5 Zobrazovač trás RadioLab AddIn => Zobrazovač (obr. 1.13) trás slúži pre

vizualizáciu jednotlivých skokov, reprezentované súbormi definované v

Profile, na Rastrovej a Výškopisnej mape. Jednotlivé skoky sa načítajú do

poľa zoznamu, z ktorého je možné individuálne alebo naraz zobraziť v oboch mapových

systémoch RadioLabu. Pre zvolený skok je možné zobraziť profil.

obr. 1.13 – Výber skokov pre zobrazenie

- 14 -