Расчет поездной радиосвязи, дальности связи в гектометровом, метровом и дециметровом диапазонах

МПС РФ

Иркутский Государственный Университет Путей Сообщения

Кафедра: Телекоммуникационные системы

Курсовая работа

Расчет поездной радиосвязи, дальности связи в гектометровом,

метровом и дециметровом диапазонах

Выполнил: студент группы АТС

Проверил: преподаватель

Иркутск 2009 г.

Содержание

Введение

1. Поездная радиосвязь

1.1 Исходные данные

1.2 Проектирование поездной радиосвязи

1.3 Расчет дальности связи в гектометровом диапазоне при использовании антенн

1.4 Расчет дальности связи в гектометровом диапазоне при использовании направляющих линий

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

2.1 Типы трасс радиосвязи

2.2 Поправочные коэффициенты

1.2 Проектирование поездной радиосвязи

Дальность уверенной радиосвязи между локомотивными и стационарными радиостанциями должна обеспечиваться на расстоянии не менее 10 км на участках со скоростным движением и не менее 6 км на остальных участках. Кроме этого, должно выполняться условие

, (1)

где lур1 и lур2 дальность уверенной связи между локомотивом и ближайшими стационарными радиостанциями, находящимися с противоположных сторон от локомотива, км;

lп - расстояние между соседними стационарными радиостанциями, км.

1.3 Расчет дальности связи в гектометровом диапазоне при использовании антенн

При использовании гектометрового диапазона волн обеспечить передачу информации можно обеспечить излучением и приемом электромагнитных волн при помощи антенн. В этом случае рассчитать напряженность поля в точке приема по формулам Шулейкина -Ван-дер-Поля;

мВ/м (2)

; (3)

Здесь РА -мощность, подводимая к антенне в Вт; - к.п.д. антенны; для стационарных Г-образных антенн =0,38 для 20 м; D=1,5 - коэффициент направленного действия антенны; l - расстояние в км до точки приёма; W- множитель ослабления, зависящий от расстояния и параметров почвы; - длина волны, м (= 140,7 м для 2,13 МГц, = 139,4 м для 2,15 МГц); - проводимость почвы в См/м; - относительная диэлектрическая проницаемость почвы. Для случая, когда токи проводимости много больше токов смещения, т.е. 60 >> , то .(Последнее выражение для расстояния в км).

Подводимая мощность зависит от длины фидера lф и затухания в устройстве согласования су : .

Р - выходная мощность радиостанции, заданная в таблице,

ф - погонное затухание в фидере на 1 м его длины равно (0,7-0,8),10-2 дБ/м,

су= 1,5 дБ.

;

Подставляя в формулу (2) полученные значения получим: Е=0,964 мВ/м;

Для обеспечения уверенной связи необходимо, чтобы обеспечивалось нормальное функционирование систем ПPC и отношение сигнал/помеха не менее 2. Из этих соображений и необходимо рассчитывать дальность радиосвязи на перегоне в гектометровом диапазоне.

Соотношение сигнал/помеха:

0,964/1,6 = 0,60

Так как данное соотношение не выполняется, то следует рассчитать дальность диапазона с помощью направляющих линий.

1.4 Расчет дальности связи в гектометровом диапазоне при использовании направляющих линий

Дальность уверенной радиосвязи, км, между стационарными и локомотивными радиостанциями при применении направляющих линий

; (4)

где Адоп - максимально допустимое затухание сигнала в радиотракте, дБ , (при одновременной работе на антенну и запитку волноводной линии затухание равно 145 дБ[6]) ;

- суммарные затухания соответственно в станционных, линейных и локомотивных устройствах поездной радиосвязи, дБ;

Апер -переходное затухание между направляющими проводами и локомотивной антенной, дБ;

бнп -постоянная затухания направляющих проводов на перегоне, дБ/км (Затухание сигнала в локомотивных устройствах определяется в основном к. п. д. согласующего устройства и составляет = 2 дБ.

Суммарное затухание, дБ, на станционных устройствах радиосвязи в общем случае

; (5)

где ф- погонное затухание фидера, дБ/м;

lф- длина фидера, соединяющего радиостанцию с согласующим устройством, м;

асу - затухание, вносимое согласующим устройством, равно 1,5 дБ;

з -к. п. д. индуктивного способа возбуждения направляющих (для расчёта использовать значение 0,6).

a0 - концевое затухание (a0=5 дБ).

Таблица 1.4. Переходное затухание и километрическое затухание

Суммарное затухание зависит линии от типа и количества линейных устройств на участке длиной lур:

; (6)

где затухания, вносимые соответственно схемами высоко частотного обхода тяговой подстанции и нормально разомкнутого разъединителя, дБ (равны по 1 дБ)

н -затухание, вызываемое нарушением однородности длины направляющих проводов, дБ; учитывается только при использовании линии ДПР, когда один из них переходит на противоположную сторону пути (н = 2,6 дБ);

п - затухание, вносимое изменением сторонности подвески направляющих проводов, дБ; при воздушном переходе провод п = 0,7 дБ, а при кабельном переходе с использованием согласующих контуров п = 2,2 дБ;

п - количество переходов направляющих проводов в пределах длины линии;

тр - затухание, вносимое силовым трансформатором в тракт передачи (тр=0.9дБ) (при использовании высокочастотных заградителей в месте отпая не должно превышать 0,1 дБ.);

т- число трансформаторов в пределах lур.

= 2 дБ.

км.

Таким образом, дальность уверенной радиосвязи между стационарными и локомотивными радиостанциями при применении направляющих линий составила 43,67 км.

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 Е2 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 = Е2 +аm +Bm +G1 +G2 - ф1l1- Кэ - ф2l2 -ааф1 Ккc-g2 - Ки - Кв - Км. (7)

где: Е2- уровень напряженности поля, отсчитываемый по соответствующей базовой кривой для заданного расстояния; (Е2=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;

ф1l1 = 4,2 и ф2l2 = 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 U2U2min (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

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).

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 - 1l1 - 2l2 - 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 + 1l1 + 2l2 + 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.

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.

u2= E2 + ВМ + 2 G2 + M - 2 2l2 - 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.

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

303 с.

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).

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

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.