Расчет трассы цифровой радиорелейной связи
Введение
РРЛ-22 — аналоговая радиорелейная линия связи вдоль газопровода Ямбург — Западная граница с отводами на КС.
Из истории сооружения корпоративной радиосвязи РРЛ газопровода Ямбург — Западная граница видно, что эксплуатируемое более 30 лет аналоговое оборудование Tomson TFH-250 страшно устарело морально и физически, а ремонт и покупка запасных импортных частей практически невозможны. Из-за продолжительной эксплуатации и старения радиоэлементов значительно ухудшились технические характеристики применяемой аппаратуры, что приводит к снижению показателей надежности технологической связи. Ориентируясь на современные технологии, мы видим в применении цифрового радиорелейного оборудования гораздо более широкие возможности. Так, основными преимуществами цифрового сигнала перед аналоговым являются:
- более высокий уровень защиты;
- безопасность передачи цифрового сигнала основана на том, что «цифра» передается в зашифрованном виде;
- цифровая передача данных способна обеспечить огромное количество каналов с минимальным уровнем шума (помех), качество передачи находится на несколько порядков выше, чем при аналоговом вещании;
- цифровой сигнал обеспечивает фильтрацию принимаемых данных, а также имеется возможность восстанавливать исходную информацию.
Методика расчета пролета регламентируется в ГОСТ Р 53363-2009 «Цифровые радиорелейные линии». На ее основе происходит анализ общих показателей качества и стандартизация. В виде показателя качества системы связи рассматривают исключительно цифровую передачу сигнала со скоростью соединения 64 кбит/с.
Сутью своей работы мы считаем замену аналогового оборудования на ЦРРС «Протон-ССС» W6000, с сохранением существующих опор. Рассмотрим процесс на примере трассы ПРС56–57, изображенной на рис. 1.
Результаты исследований
С технической точки зрения необходимо установить комплект ЦРРС на трассе от РРС54 до РРС58, с дальнейшим согласованием их по границам с соседними. Основной задумкой является расчет возможности цифровизации трассы, изображенной на рис. 2, на участке РРС56–57, с дальнейшей ее аппроксимацией на всю линию связи.
При использовании одной пары рабочих частот предлагаемое решение предусматривает в составе каждого полукомплекта РРС два УПП верхнего расположения и БД нижнего расположения, которые соединяются между собой радиочастотным кабелем.
Два УПП обеспечивают работу двух стволов в режиме 2+0 Multilink без пространственно-разнесенного приема и с общим бюджетом пропускной способности каждого ствола до 250 Мбит/с. Передаваемый информационный поток — Ethernet. Предусмотрено использование адаптивной модуляции в диапазоне 4–256 QAM, что обеспечивает пропускную способность 96–400 Мбит/с.
Согласно ГОСТ Р 53363-2009 был выполнен расчет (рис. 3–6), построение трассы TFH-250 (рис. 7) и «Протон-ССС» W6000 (рис. 8) соответственно сделаны в программе MathCAD. Слева — на ПРС56 Красноармейское, справа — ПРС57 Шумерля.
На рис. 7 при построении профиля видно частичное перекрытие первой зоны Френеля. С этим можно связать нередкое появление замирания сигнала при дождливой погоде, возникновение интерференции принимаемого сигнала, а также практически недостижение максимальной скорости передачи.
Как видно из приведенного рис. 8, перекрытия первой зоны Френеля не происходит. Из этого можно сделать вывод, что новое смонтированное цифровое оборудование будет работать на максимальной скорости и с максимальной для данного расстояния отдачей.
Для построения линии первой зоны Френеля воспользовались следующей формулой:
В формуле: L — коэффициент кривизны Земли; R — длина пролета в км; FH — нижняя частота приема передачи.
Необходимо составить таблицу полученных технологических параметров проектируемой линии связи.
В таблице приведены рассчитанные качественные показатели работы РРС на участке ПРС56–ПРС57 при двух значениях модуляции (128 и 1024 QAM). В диапазоне 4–128 QAM коэффициент доступности гарантированно находится в пределах нормы (99,9957%), обеспечивая пропускную способность до 314 Мбит/с. Однако большую часть времени в году работа будет происходить с пропускной способностью до 400 и более Мбит/с благодаря применению адаптивной модуляции.
Интервал |
ПРС56–ПРС57 |
|
Длина интервала, км |
54 |
|
Антенна, диаметр/усиление, м/дБи |
1,8/41,08 |
|
Модуляция, QAM |
128 |
2048 |
Пропускная способность, Мбит/с |
314 |
470 |
Запас на замирания, дБ |
35,7 |
– |
Коэффициент недоступности, % |
0,0008 |
0,05 |
Перерыв связи, мин/год |
4 |
286 |
Необходимо отметить, что, меняя существующее оборудование, работающее в интервале 3,4–3,9 ГГц, на более высокочастотное 7,9–8,4 ГГц, мы добиваемся снижения радиуса зоны Френеля, а применяя цифровую модуляцию, увеличиваем скорость и помехозащищенность связи. Исходя из диаграммы на рис. 8 модернизация оборудования рентабельна и возможна.
Выводы
Линия связи является частью вдольтрассовых коммуникаций магистрального трубопровода, из-за чего при выборе оборудования акцент сделан на возможность получения и передачи большого объема сигналов. На момент написания статьи радиосвязь на участке выполняется при помощи устаревшей аналоговой станции, поэтому необходимость модернизации системы радиокоммуникации стоит особенно остро. Следовательно, данные результаты могут быть применены на практике для последующей модернизации всей системы связи. Руководствуясь данной статьей, можно утверждать, что модернизация оборудования на базе ЦРРС «Протон-ССС» W6000 возможна, причем без больших финансовых затрат.
- Сергиенко А. Б. Цифровая связь. Издательство «ЛЭТИ», 2012.
- Муравьев В. В., Липкович Э. Б. Спутниковые и радиорелейные системы передачи. Минск, БГУИР, 2007.
- Каменский Н. Н., Модель А. М., Надененко Б. С. Справочник по радиорелейной связи. М.: Радио и связь, 1981.
- Немировский А. С., Данилович О. С., Маримонт Ю. И. и др. Радиорелейные и спутниковые системы передачи. М.: Радио и связь, 1986.
- Быховский М. А., Кирик Ю. М., Носов В. И., Сахаров О. Ю., Сорокин А. С., Сорокин Н. Б. Основы проектирования цифровых радиорелейных линий связи. М.: Горячая линия — Телеком, 2014.
- Теоретические основы многоканальной связи. Под ред. Гитлиц М. В., Лев А. Ю. М.: Радио и связь, 1985.
- Слюсар В. И. Цифровые антенные решетки. Решения задач GPS //Электроника: наука, технология, бизнес. 2009. № 1.
- Игнатьев Д. А., Михайлов А. Л. Реализация удаленного доступа по радиоканалу с цифровым блоком РЗА реклоузера. Проблемы и перспективы развития энергетики, электротехники и энергоэффективности. Материалы VI межд. науч.-техн. конф. Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 2020.
- Игнатьев Д. А., Михайлов А. Л., Охоткин Г. П. Эксплуатация РРЛ-22 и интеграция каналов связи с системой ТМ СТН-3000 САПР и моделирование в современной электронике. Сборник науч. тр. VI межд. науч.-практ. конф. Брянск: Изд-во Брянского гос. техн. ун-та.
- Григорьев В. А., Лагутенко О. И., Распаев Ю. А., Харин В. Н., Хворов И. А. Особенности частотного обеспечения, проектирования и строительства радиорелейных систем связи. Учебн. пособие. СПб.: ИТМО, 2013.
- Зачем нужна радиорелейная связь URL.
- Приказ Минкомсвязи России от 10.07.2014 № 200 «Об утверждении Правил применения систем радиорелейной связи. Часть VI. Правила применения цифровых радиорелейных систем связи, передающих пакетные данные».
- ГОСТ Р 53363-2009 «Цифровые радиорелейные линии».
- ГОСТ Р 50933-96 «Каналы и тракты внутризоновых радиорелейных линий. Основные параметры и методы измерений».
- Приказ Госкомсвязи России № 187 «Правила технической эксплуатации первичных сетей взаимоувязанной сети связи Российской Федерации».
- Беляковский И. Е. Патент № 191499. Блок контроля для проверки и ремонта синтезаторов частот радиорелейного оборудования. № 2019110415. заявл. 09.04.2019. опубл. 08.08.2019. Патентообладатель «Газпром трансгаз», Ухта.