Расчет дальности ПРС в радиосетях диапазона метровых волн 160 МГц

2. Расчет дальности ПРС в радиосетях диапазона метровых волн 160 МГц

 

Базовые кривые распространения радиоволн

Расчет выполняется по базовым кривым распространения (рис.2.1), представляющим собой зависимости медианного значения напряженности поля Е¢2 от расстояния r между точкой приема и источником излучения по прямой линии.

Рис.2.1 Базовые кривые распространения.

Кривая 1 соответствует случаю, когда направление распространения радиоволн совпадает с направлением трассы железной дороги, а кривая 2- когда не совпадает, кривая 3 используется для расчета связи с локомотивами.

2.1 Типы трасс радиосвязи

Трасса типа 3-легкая горная.

Коэффициентом аm учитывает отличие условий распространения радиоволн на конкретной трассе радиосвязи от условий, при которых снимались базовые кривые. am = -3,4.

Уровень сигнала, дБ, на входе приемника подвижного объекта:

U2 = Е¢2 +аm +Bm +G1 +G2 - a ф1l1- Кэ - aф2l2 -ааф1 Ккc-g2 - Ки - Кв – Км. (7)

где: Е¢2- уровень напряженности поля, отсчитываемый по соответствующей базовой кривой для заданного расстояния; (Е¢2=24 дБ.)

Вм - коэффициент, учитывающий отличие мощности передатчика от мощности 1 Вт;

Вм = l0∙lgP1

Вм = l0∙lg10=10 Вт.

G1 =3; G2 =0- коэффициенты усиления передающей и приемной антенн;

a ф1l1 = 4,2 и aф2l2 = 0,6 - погонные затухания и длины антенных фидеров соответственно передатчика и приемника, дБ;

Кэ - коэффициент экранирования, учитывает ослабление напряженности поля крышевым оборудованием подвижного объекта; Кэ. зависит от типа локомотива и места установки антенны на крыше; для электроподвижного состава Кэ = 2,0 дБ;

М - высотный коэффициент, который учитывает отличие произведения высот установки антенн от 100 м2 ,дБ: M=20∙lg(h1h2/100)

M=20∙lg(75/100) = -2,49 дБ.

Ккс - коэффициент ослабления напряженности поля контактной сетью, для однопутного участка Ккс = 1 дБ;

g2 -коэффициент, учитывающий трансформацию напряженности поля в пространстве к напряжению на разъеме приемной антенны, g2 = 0,12 дБ для антенно-фидерных систем с волновым сопротивлением 50 Ом;

Ки, Км и Кв-вероятностные коэффициенты, которые учитывают флуктуации полезного сигнала вследствие явлений интерференции (Kи), изменения рельефа местности (Км) и изменения рефракции в тропосфере (Кв). При этом Кв = 1,8 дБ; Ки = 5 дБ.

Коэффициент Км зависит от типа трассы. Км = 4 дБ.

U2 =24 - 3,4 +10 + 3 + 0 – 2,49 - 4,2 - 0,6 – 2 – 1 - 0,12 – 1,8 – 5 - 4 = 12,38 Дб.

Дальность связи рассчитывается исходя из условия U2³U2min (где U2min-минимально допустимый уровень полезного сигнала, который необходимо обеспечить на входе приемника радиостанции в конкретных условиях эксплуатации радиосредств, с тем чтобы получить требуемое качество связи).

Минимально допустимый уровень полезного сигнала

Условия эксплуатации радиосредств	У1П1,2
Участок, электрифицированный на постоянном токе при скорости движения до 120 км/ч:	8

2.2 Поправочные коэффициенты

Коэффициент экранирования Кэ учитывает ослабление напряженности поля, вызванное влиянием металлической крыши и наличием в месте расположения возимой антенны различного оборудования. Значения Кэ для дискоконусных антенн АЛ/2,3, расположенных на крыше тепловоза составляет 2 Дб.

Поправочные коэффициенты учитывают отличие параметров антенно-фидерных трактов, мощности передатчика и рельефа местности от условий.

Коэффициент мощности, дБ:

ВM=10∙lg(P/P1), (8)

Учитывается отличие мощности передатчика P от мощности P1=1 Вт,

RM=10∙lg(10/1)=10

Высотный коэффициент М, дБ:

M=20lg(h1h2/100), (9)

Учитывает отличие произведения высот установки антенн от 100 м2 и используется при расчетах по кривым 1 и 2 (см. рис. 2.1).

M=20lg(75/100)=-2,49 дБ   2.3 Расчет дальности связи между стационарной и возимой радиостанциями

При расчете радиоканала ПРС дальность связи определяется в направлении от стационарной радиостанции к радиостанции подвижного объекта, поскольку условия приема сигналов на подвижном объекте значительно хуже, чем на стационаре из-за более высокого уровня помех.

Уровень сигнала, дБ, на входе приемника возимой радиостанции

u2= E2 + aт + ВМ +G1 + G2 + M - a1l1 - a2l2 – KЭ – KКС – g2 - KИ – KВ – KМ, (10)

Дальность связи «Стационар – локомотив» рассчитывается исходя из условия u2 > u2 мин в такой последовательности:

1)  задается минимально допустимое напряжение полезного сигнала на входе приемника возимой радиостанции;

2) определяется значение напряженности поля E2 , считая u2 = u2 мин:

E2= u2 - aт - ВМ - G1 - G2 - M + a1l1 + a2l2 + KЭ + KКС + g2 + KИ + KВ + KМ, (11)

E2=8 - 3,4 – 10 - 3 + 2,49 + 4,2 + 0,6 + 2 + 0,12 + 1 + 5 + 1,8 + 4 = 19,62 Дб.

3) по найденному значению E2 базовой кривой 1 (см. рис. 2.1) определяем дальность связи r .

Дальность связи между стационарной и возимой радиостанциями составляет около 23 км.

2.4 Расчет высоты установки стационарной антенны

Высота стационарной антенны определяется в таком порядке:

1) задается u2 мин на входе приемника возимой радиостанции; u2 мин = 8 Дб;

2) E2=19,62 Дб.

3) Из формулы (10) вычислим значение коэффициента М при заданном u2 = u2 мин;

М = 19,62 – 8 + 10 + 3 – 4,2 – 0,6 – 2 – 1 - 0,12 - 5 - 1,8 - 4 = -2,49

Из формулы (9) при заданной высоте h2 установки возимой антенны вычислим высоту установки стационарной антенны.

; h1= 15,01 м.

По результатам вычислений, высота установки стационарной антенны составила h1=15,01 м.

 
2.5 Расчет дальности связи между локомотивами Для расчета дальности связи между локомотивами используется базовая кривая 3 (см. рис. 2. 1) для высот установки возимых антенн 5 м.

u2= E2 + ВМ + 2 G2 + M - 2 a2l2 – 2KЭ – KКС – g2 - KИ – KВ – KМ, (12)

Коэффициент М = 0, так как высоты установки антенн в реальных условиях не отличаются от высот, для которых построена базовая кривая 3 (см. рис. 2.1). Коэффициент KКС исключен, поскольку антенны располагаются ниже уровня контактной сети.

При u2 мин = 8 получаем Е2=9,32 дБ и по графику 3 рис (2.1) определяем дальность связи между локомотивами.

Дальность связи между локомотивами составила около 13 км.

2.6 Расчет координационного расстояния

Для определения координационного расстояния rкрд (минимально необходимого расстояния между стационарными радиостанциями, при котором исключается их взаимное влияние друг на друга в случае работы на одной частоте) вычисляется напряженность электромагнитного поля мешающего сигнала

Е2 = uпор – ВМ –M - G1 – G2 + a1l1 + a2l2 – KИ –КВ + g2, (13)

где uпор – максимально допустимый уровень мешающего сигнала, дБ (принимается равным минус 10 дБ, т.е. 0,3 мкВ).

Значение KИ принимается равным 0,6 дБ, а KВ = 2 дБ.

Е2 = -18,19 дБ.

По найденному значению напряженности поля Е2 и кривой распространения (рис.2.2) определяется координационное расстояние rкрд между радиостанциями.

Рис.2. 2. Базовая кривая распространения для больших расстояний

Координационное расстояние между радиостанциями по рис. 2.2 составило около 65 км.

2.7 Расчет дальности связи в радиосетях ЛБК

Расчет дальности связи в радиосетях ЛБК сводится к расчету дальности между радиостанцией РВ-2 начальника пассажирского поезда и станционной радиостанцией РС-4, подключенной к проводному каналу ЛБК. При этом значение u2 мин принимается равным 5 дБ на участках с электротягой постоянного тока .

E2= u2 - aт - ВМ - G1 - G2 - M + a1l1 + a2l2 + KЭ + KКС + g2 + KИ + KВ + KМ,

E2= 16,61 Дб.

В этом случае выбираем антенно-фидерный тракт: стационарную антенну типа АС-2/2, с высотой её установки порядка 16 метров и типом коаксиального кабеля РК-50.

Для локомотива выбираем, низко расположенную антенну АЛ/2, с коэффициентом экранирования КЭ = 2 дБ; высота установки антенн h2 = 5 м.

3. Расчёт дальности связи в радиосетях поездной радиосвязи диапазона дециметровых волн (330 МГц)

 

3.1 Базовые кривые распространения радиоволн

Дальность связи между радиостанциями рассчитывается на основе базовых кривых распространения сигналов в диапазоне 330 МГц (рис.10.1).

3.2 Расчетные коэффициенты

Поправочные коэффициенты. Поправочные коэффициенты учитывают отличие параметров антенно-фидерных трактов, мощности передатчика и высот установки антенн от условий, для которых приведены кривые.

Коэффициент Вм =11,14.

g2 = 0,12 дБ для фидера сопротивлением 50 Ом.

Коэффициенты КЭ и ККС для диапазона 330 МГц равны нулю и не учитываются.

3.3 Вероятностные коэффициенты.

КИ= 4 дБ – для электрифицированных участков; КМ= 3 дБ – для типа 3 трассы;

3.4 Расчет дальности поездной радиосвязи

При расчете радиоканала ПРС дальность связи определяется в направлении от стационарной радиостанции к радиостанции подвижного объекта, поскольку условия приема на подвижном объекте, значительно хуже, чем на стационаре из-за более высокого уровня радиопомех. При этом уровень сигнала на входе приемника возимой радиостанции

u2= E2 + aт +ВМ +G1 + G2 + M - a1l1 - a2l2 – g2 - KИ – KВ – KМ. (14)

Расчет дальности связи «Стационар – локомотив» производится исходя из условий u2 > u2 мин. Расчет производится в следующем порядке:

1) задается u2 мин на входе приемника возимой радиостанции; u2 мин=6 дБ;

2)по формуле определяется значение уровня напряженности поля E2 при u2 = u2 мин;

E2= u2 - aт - ВМ - G1 - G2 - M + a1l1 + a2l2 + g2 + KИ + KВ + KМ,

E2 = 2,03 Дб.

3)по базовым кривым (см. рис. 10.1) определяется дальность связи r.

Дальность поездной радиосвязи составляет около 30 км.

3.5 Расчет высоты установки стационарной антенны

Методика расчета высоты установки стационарной антенны для обеспечения заданной дальности связи заключается в следующем:

1) задается минимально допустимый уровень напряжения (u2 мин) на входе приемника возимой радиостанции;

2)исходя из заданной дальности связи определяется необходимая напряженность поля E2 по базовым кривым; Е2=6 дБ;

3)вычисляется значение высотного коэффициента М при заданном u2 = u2 мин; М= 6,72 .

4)при заданной высоте h2 установки возимой антенны (h2 = 5 м) вычисляется высота установки стационарной антенны h1.

; h1= 43,35 м.

Высота установки стационарной антенны составила 43,35 метров.

Литература

1.  П. И. Художитков, О. В. Золотых. Системы железнодорожной связи. МПС РФ, Уральский электромеханический институт инженеров железнодорожного транспорта. Екатеринбург, 1993. -15 с.

2.  Ваванов В.В. и др. Радиотехнические средства ж. д. транспорта.. М.: Транспорт, 1991.

303 с.

3.  Волков В.М., Головин ЭЛ., Кудряшов В.А. Электрическая связь и радио на ж.д. транспорте. -М.: Транспорт, 1991. - 311 с. (главы 24 и 25).

4.  Телекоммуникационные технологии на ж.д. транспорте. Под ред. Г.В. Горелова /М.: Транспорт, 1999.-576 с. (глава 15).

5.  Долуханов Н.П. Распространение радиоволн. М.: «Связь», 1972, 336 с.

6. Правила организации и расчета сетей поездной радиосвязи. – ЦШ -4818. -М.: Транспорт, 1991.-94 с.

7. Методические указания по расчету системы станционной радиосвязи /М.: Транспорт, 1991.- 46 с.