Архитектура мобильной связи парома
Поможем в ✍️ написании учебной работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Введение

 

Стремительное развитие телекоммуникаций вызвало в жизни Российского общества явление, названное мобильной и беспроводной революцией. Необходимость глубокого изучения и разработки инновационных технологий мобильного и беспроводного широкополосного доступа в сети связи требует объединения научных сил и потенциала ученых различных отраслей и технологической направленности. Стоящие задачи конвергенции различных видов сетей и услуг связи могут быть решены на основе взаимного обогащения двух важнейших научных направлений: развития современных телекоммуникаций сетей беспроводного широкополосного доступа и сетей мобильной связи.

Калининградская область занимает особое географическое местоположение, она находится в центре Европы и является связующим звеном между Россией и странами запада. Следовательно, должна соответствовать статусу европейских стран и иметь развитую телекоммуникационную инфраструктуру. Поэтому модернизация, развитие и внедрение современных систем связи является актуальнейшей задачей для нашего региона.

Таким образом, дипломный проект ставит основной задачей развитие систем связи на транспорте, а именно оснащение мобильной связью посредством спутниковой линии парома сообщением Калининград – Санкт-Петербург. В задачу проекта входит энергетический расчет системы, выбор необходимых параметров, таких как количество каналов, скорость передачи данных, размер и форма антенны, выбор цифровой системы.

Целью дипломного проекта является обоснование параметров многоканальной телекоммуникационной системы, предназначенной для обеспечения пассажиров парома мобильной связью, а также доступом к сети Internet.

Актуальность проекта заключается в том, что паром несколько дней плывет в нейтральных водах и находится вне зоны досягаемости базовых станций мобильной связи, вследствие чего пассажиры не могут обмениваться какой либо информацией с материком. Данный проект позволит открыть доступ не только к мобильной связи, но и к «всемирной паутине».

Первая глава освещает проблемы покрытия сотовой сети на пассажирском судне, представляет архитектуру мобильной связи на пароме и приводит количественный анализ необходимого трафика.

Во второй главе произведен обзор спутниковых систем, выбрана орбита, частотный диапазон, технология передачи данных.Третья глава посвящена энергетическому расчету спутниковой линии восходящего и нисходящего участков. Рассчитана наклонная дальность на участках радиолинии, затухание сигнала, шумовая температура, коэффициент усиления антенн земной станции и ретранслятора на приём и передачу, мощности передатчиков земной станции и ретранслятора связи на ИСЗ.В четвертой главе произведен расчет приемной антенны по схеме Кассегрена: геометрических параметров антенны, параметров облучателя и питающей линии.

В пятой главе описываются системы для организации покрытия сети на пароме. Обосновывается выбор предпочтительного оборудования. Показана система построения сети для парома, где пространство каюты экранировано. Разработаны предложения по сети связи в каютах.


1 . Анализ планового трафика сети

 

Трасса парома сообщением Калининград-Санкт-Петербург протяженностью 700 км, пролегает в нейтральных водах Балтийского моря. На таком расстоянии радиус покрытия базовых станций мобильной связи, находящихся на берегу, конструктивно не достигает трассы прохождения судна и, следовательно, связь на пароме не может быть организована обычным способом. Корабль находится в плавании двое судок, при этом деловые люди, а также отдыхающие могут испытывать дискомфорт, связанный с потребностью в связи, управлением своими делами на материке, а также с невозможностью получения новостей. Задачей данного проекта ставится обеспечение судна сотовой связью, а также возможностью подключения к сети Internet, через спутниковую линию связи.

 


Классификация орбит ИСЗ

 

В космических системах, решающих задачи персональной связи, используются спутники, которые могут находиться на различных орбитах.

Орбиты космических аппаратов (КА) классифицируются: по форме, периодичности прохождения над точками земной поверхности и по наклонению.

По форме различают следующие типы орбит:

1. Круговые – трудно реализуемые на практике и требующие частой коррекции помощью бортовых корректирующих двигателей КА.

2. Близкие к круговым. Это наиболее распространенный тип орбит в системах спутниковой связи. На таких орбитах высоты апогея и перигея. различаются на несколько десятков километров.

3. Эллиптические. Высоты Н (апогея) и Н (перигея) могут значительно различаться (например, На = 3800040000 км, Нп = 400500 км), Данные орбиты также широко применяются в системах спутниковой связи.

4. Геостационарные. Это круговые экваториальные орбиты с периодом обращения спутника, равным периоду обращения Земли (Р = 23 ч 56 мин). На такой орбите спутник располагается на высоте 36000 км и находится постоянно над определенной точкой экватора Земли. Космические аппараты, находящиеся на геостационарной орбите, имеют большую площадь обзора Земли, что позволяет с успехом использовать их в системах спутниковой связи.

5. Параболические и гиперболические. Применяются, как правило, при изучении планет Солнечной системы.

По периодичности прохождения КА над точками земной поверхности различают следующие типы орбит:

1. Синхронные. Они, в свою очередь, подразделяются на синхронные изомаршрутные и синхронные квазимаршрутные. Изомаршрутные орбиты характеризуются тем, что проекции орбиты искусственных спутников Земли (ИСЗ) на земную поверхность (трассы) совпадают ежесуточно. Квазимаршрутные орбиты характеризуются тем, что проекции орбиты на земную поверхность совпадают один раз в несколько суток.

2. Несинхронные характеризуются тем, что трассы, соответствующие любым двум оборотам КА вокруг Земли, не совпадают.

Под наклонением орбиты понимается угол между плоскостями экватора Земли и орбиты КА. Наклонение отсчитывается от плоскости экватора до плоскости орбиты против часовой стрелки. Оно может изменяться от 0 до 180°.

По наклонению различают следующие типы орбит:

· Прямые (наклонение орбиты < 90°)

· Обратные (наклонение орбиты > 90°)

· Полярные (наклонение орбиты = 90°)

· Экваториальные (наклонение орбиты равно 0 или 180°)

Прецессия орбиты

Не сферичность Земли и неравномерность распределения ее массы приводят к изменению (прецессии) плоскости орбиты КА что влечет за собой прецессию линии апсид (т.е. линии соединяющей апогей и перигей) орбиты. При этом скорость названных прецессий зависит от формы орбиты, высоты апогея и перигея, а также от наклонения. Прецессия плоскости орбиты приводит к смещению восходящего и нисходящего углов относительно первоначального положения (в момент вывода КА на орбиту).

Величина прецессии плоскости орбиты космического аппарата зависит от напряженности гравитационного поля Земли. Увеличение напряженности приводит к «спрямлению» орбиты вблизи экватора за счет увеличения скорости движения ИСЗ в направлении экватора. При этом спутник движущийся по прямой орбите начинает отклоняться влево по ходу движения, а движущийся по обратной орбите – наоборот, вправо по ходу движения.

Таким образом, в первом случае плоскость орбиты прецессирует в западном направлении, а во втором – в восточном. Плоскости полярных орбит (имеющих наклонение = 90°) не прецессируют.

Высота орбит связных ИСЗ

В настоящее время в космических системах для решения задач персональной радиосвязи применяют спутники, которые могут находиться на следующих орбитах: низких (круговых или близких к круговым), средневысотных (круговых или эллиптических) и геостационарных.

Высота орбит КА выбирается на основании анализа многих факторов, включая энергетические характеристики радиолиний задержку при распространении радиоволн, близость к орбите радиационных поясов Ван Аллена, размеры и расположение обслуживаемых территорий. Кроме того на высоту орбиты влияют способ организации связи и требования по обеспечению необходимого значения угла места КА.

Анализируя низкоорбитальные группировки различных космических систем, можно заметить, что высоты круговых орбит КА большинства из этих группировок находятся в диапазоне от 700 до 1500 км. Это обусловлено следующими факторами:

· На орбитах, расположенных ниже 700 км, плотность атмосферы достаточно высока что вызывает уменьшение эксцентриситета и постепенное снижение высоты апогея. Дальнейшее уменьшение высоты орбиты приводит к повышенному расходу топлива увеличению частоты маневров для поддержания заданной орбиты.

· На высотах выше 1500 км располагается первый радиационный пояс Ван Аллена, в котором невозможна работа электронной бортовой аппаратуры.

Средневысотные орбиты (5000 15000 км над поверхностью Земли) находятся между первым и вторым радиационными поясами Ван Аллена. В системах, использующих КА, расположенные на таких орбитах, задержка распространения сигналов через спутник-ретранслятор составляет примерно 130 мс, что практически неуловимо для человеческого слуха и, следовательно, позволяет использовать такие спутники для радиотелефонной связи.

Системы, использующие спутники с высотой орбиты 700 – 1500 км, имеют лучшие энергетические характеристики радиолиний, чем системы с высотой орбит спутников, равной примерно 10000 км, но уступают им в продолжительности активного существования КА. Дело в том, что при периоде обращения КА около 100 мин (для низких орбит) в среднем 30 мин из них приходится на теневую сторону Земли. Поэтому бортовые аккумуляторные батареи испытывают от солнечных батарей приблизительно 5000 циклов заряда / разряда в год. Для круговых орбит с высотой 10000 км период обращения составляет около 6 ч, из которых лишь несколько минут КА проводит в тени Земли.

Следует также отметить, что спутник, находящийся на низкой орбите, попадает в зону прямой видимости абонента лишь на 8–12 мин. Значит, для обеспечения непрерывной связи любого абонента потребуется много КА, которые последовательно (при помощи шлюзовых станций или межспутниковой связи) должны обеспечивать непрерывную связь. С увеличением высоты орбиты КА зона прямой видимости спутника-ретранслятора и абонента увеличивается, что приводит к уменьшению количества спутников, необходимого для обеспечения непрерывной связи. Таким образом, с увеличением высоты орбиты увеличиваются время и размеры зоны обслуживания и, следовательно, требуется меньшее число спутников для охвата одной и той же территории.

Геостационарные космические системы с высотой орбит спутников примерно 36000 км обладают двумя важными преимуществами:

· Система, состоящая из трех геостационарных спутников, практически обеспечивает глобальный обзор земной поверхности.

· Спутники всегда находятся над определенной точкой Земли, что позволяет сэкономить на оборудовании слежения за КА.

Для нашей системы связи актуальнее использовать спутник на геостационарной орбите, что позволит охватить нужную площадь земной поверхности и избавиться от использования сложной аппаратуры слежения за ИСЗ.

 

Выбор частотного диапазона

 

Любая сеть спутниковой связи включает в себя один или несколько спутников-ретрансляторов, через которые и осуществляется взаимодействие земных станций (ЗС). В настоящее время наиболее широкое распространение получили спутники, работающие в диапазонах частот C (4/6 ГГц) и Ku (11/14 ГГц).

 

Рис. 1.2

 

Как правило, спутники диапазона С обслуживают довольно большую территорию, а спутники диапазона Ku – территорию меньше, но обладают более высокой энергетикой, что дает возможность для работы с ними применять ЗС с антеннами малого диаметра и маломощными передатчиками.

Для нашей системы выберем частотный диапазон Ku, с частотой передачи радиосигнала  (на линии вверх),  (на линии вниз).

 

Расчет питающей линии

 

В качестве облучателя используется конический рупор, питание таких рупоров осуществляется от круглого волновода или через плавный переход от прямоугольного.

Применим круглый волновод с основной волной . Волновод должен подводить к облучателю только волну  и пропускать заданную мощность.

Соотношение радиуса волновода и критической длины волны  в волноводе:

 

 


Отсюда r, учитывая, что

Нижняя граница работы волновода на основной частоте  определим:

=7,7 мм

Таким образом, радиус волновода надлежит выбирать из полученного неравенства:

Выбираем

 из-за возможных неоднородностей, качества поверхности внутренних стенок волновода, чистоты заполняющего волновод воздуха большее значение брать не рекомендуется.

Определим максимальную мощность, которая может быть передана через волновод:

 

 

В четвертой главе произведена сравнительная характеристика антенн спутниковой связи. Наиболее актуальной для использования в проекте является двухзеркальная антенна по схеме Кассегрена. Произведен методический расчет:– диаметров большого и малого зеркал: – радиуса раскрыва;– фокусных расстояний зеркал и диаметра облучателя;– волноводной линии.

Следует отметить, что на судне приемно-передающая антенна устанавливается на гиростабилизирующую платформу, которая нейтрализует отклонение направления сигнала при качке, за счет специальной конструкции.

 

 




Заключение

 

В соответствии с заданием в дипломной работе обоснована телекоммуникационная система и выполнены практические расчеты элементов системы, обеспечивающей связью пассажиров парома сообщением Калининград-Санкт-Петербург, через спутниковую линию связи.

В процессе выполнения дипломного проекта получены следующие практические результаты:

1. Разработана модель информационной телекоммуникационной системы связи и обоснованы ее параметры.

2. Выполнена оценка планового трафика сети и рассчитана необходимая пропускная способность.

3. Обоснована спутниковая система, её частотный диапазон и технология передачи данных.

4. Рассчитано затухание сигнала на линии радиосвязи, энергетические параметры приемных и передающих устройств, коэффициент усиления антенн земной станции и ретранслятора на приём и на передачу выходная мощность передатчиков земной станции и ретранслятора связи на ИСЗ.

Коэффициент усиления антенны земной станции ;

ретранслятора – .

Рассчитанная выходная мощность передатчиков земной станции ;

спутника – .

5. Обоснована конструкция приемно-передающей антенны.

6. Выполнен расчет диаметров большого и малого зеркал, радиуса раскрыва, фокусных расстояний зеркал и диаметра облучателя, питающей линии.Диаметр большого зеркала ;малого – .

7. Рассмотрены технологии антенных систем для организации сотовой связи на пароме.

8. Предложены параметры необходимого оборудования.

Таким образом, задачи, разработанные в проекте, выполнены, поставленная цель достигнута. Задание на дипломный проект выполнено в полном объеме.

Список литературы

 

1. Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. – М.: Радио и связь

2. Зюко А.Г., Кловский Д.Д., Назаров М.В., Финк Л.М. Теория передачи сигналов. Учебник для ВУЗов. – М.: Радио и связь

3. Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. – М.: Радио и связь

4. Иванов В.И., Гордиенко В.Н., Попов Г.Н. и др. Цифровые и аналоговые системы передачи. Учебник для ВУЗов. – М.: Радио и связь

5. Баева Н.Н., Гордиенко В.Н., Курицын С.А. Многоканальные системы передачи. Учебник для ВУЗов. – М.: Радио и связь

6. Беллами Дж. Цифровая телефония. Пер. с англ. – М.: Радио и связь, 1986, – 544 с.

7. Слепов Н.Н. Синхронные цифровые сети SDH. М.: Эко – Тредз

8. Волоконно-оптические системы передачи и кабели. Справочник / И.И. Гроднев, А.Г. Мурадян, P.M. Шарафутдинов и др.

9. Шварц М. Сети связи: протоколы, моделирование и анализ: в 2-х ч. Пер. с англ. – М.: Наука

10. Автоматическая коммутация. Под ред. Ивановой О.Н.

11. Боккер П. ISDN. Цифровая сеть с интеграцией служб. Понятия, методы, системы.

12. Гроднев И.И., Верник С.М. Линии связи.

13. Проектирование и техническая эксплуатация сетей передачи дискретных сообщений. / Под ред. Г.П. Захарова – М.: Радио и связь

14. Надежность и живучесть систем связи. / Под ред. Б.Я. Дудника

15. Филин Б.П. Методы анализа структурной надежности сетей связи.

16. Теория сетей связи. / Под ред. В.Н. Рогинского – М.: Радио и связь

17. Корнышев Ю.Н., Пшеничников А.П., Харкевич А.Д. Теория телетрафика.

Введение

 

Стремительное развитие телекоммуникаций вызвало в жизни Российского общества явление, названное мобильной и беспроводной революцией. Необходимость глубокого изучения и разработки инновационных технологий мобильного и беспроводного широкополосного доступа в сети связи требует объединения научных сил и потенциала ученых различных отраслей и технологической направленности. Стоящие задачи конвергенции различных видов сетей и услуг связи могут быть решены на основе взаимного обогащения двух важнейших научных направлений: развития современных телекоммуникаций сетей беспроводного широкополосного доступа и сетей мобильной связи.

Калининградская область занимает особое географическое местоположение, она находится в центре Европы и является связующим звеном между Россией и странами запада. Следовательно, должна соответствовать статусу европейских стран и иметь развитую телекоммуникационную инфраструктуру. Поэтому модернизация, развитие и внедрение современных систем связи является актуальнейшей задачей для нашего региона.

Таким образом, дипломный проект ставит основной задачей развитие систем связи на транспорте, а именно оснащение мобильной связью посредством спутниковой линии парома сообщением Калининград – Санкт-Петербург. В задачу проекта входит энергетический расчет системы, выбор необходимых параметров, таких как количество каналов, скорость передачи данных, размер и форма антенны, выбор цифровой системы.

Целью дипломного проекта является обоснование параметров многоканальной телекоммуникационной системы, предназначенной для обеспечения пассажиров парома мобильной связью, а также доступом к сети Internet.

Актуальность проекта заключается в том, что паром несколько дней плывет в нейтральных водах и находится вне зоны досягаемости базовых станций мобильной связи, вследствие чего пассажиры не могут обмениваться какой либо информацией с материком. Данный проект позволит открыть доступ не только к мобильной связи, но и к «всемирной паутине».

Первая глава освещает проблемы покрытия сотовой сети на пассажирском судне, представляет архитектуру мобильной связи на пароме и приводит количественный анализ необходимого трафика.

Во второй главе произведен обзор спутниковых систем, выбрана орбита, частотный диапазон, технология передачи данных.Третья глава посвящена энергетическому расчету спутниковой линии восходящего и нисходящего участков. Рассчитана наклонная дальность на участках радиолинии, затухание сигнала, шумовая температура, коэффициент усиления антенн земной станции и ретранслятора на приём и передачу, мощности передатчиков земной станции и ретранслятора связи на ИСЗ.В четвертой главе произведен расчет приемной антенны по схеме Кассегрена: геометрических параметров антенны, параметров облучателя и питающей линии.

В пятой главе описываются системы для организации покрытия сети на пароме. Обосновывается выбор предпочтительного оборудования. Показана система построения сети для парома, где пространство каюты экранировано. Разработаны предложения по сети связи в каютах.


1 . Анализ планового трафика сети

 

Трасса парома сообщением Калининград-Санкт-Петербург протяженностью 700 км, пролегает в нейтральных водах Балтийского моря. На таком расстоянии радиус покрытия базовых станций мобильной связи, находящихся на берегу, конструктивно не достигает трассы прохождения судна и, следовательно, связь на пароме не может быть организована обычным способом. Корабль находится в плавании двое судок, при этом деловые люди, а также отдыхающие могут испытывать дискомфорт, связанный с потребностью в связи, управлением своими делами на материке, а также с невозможностью получения новостей. Задачей данного проекта ставится обеспечение судна сотовой связью, а также возможностью подключения к сети Internet, через спутниковую линию связи.

 


Архитектура мобильной связи парома

 

Сотовая связь на пароме организуется так. Сигнал из наземной сотовой сети «поднимается» на спутник связи, откуда принимается антенной, установленной на корпусе судна и передается на фемто или пикосоту, установленную внутри салона. Сотовые телефоны пассажиров салона связываются с этой внутренней сотой для приема сигнала, поступившего через спутник с земли и передачи сигнала на землю по той же «цепочке».

 

Рис. 1.1. Архитектура сотовой связи парома


1.2 Расчет планового трафика сети.

 

Опыт эксплуатации систем связи за последнее время показал возможности и параметры, необходимые для расчета трафика при использовании различных приложений.

 

Таблица 1. Общие характеристики трафика разных приложений

Приложение / Характеристика трафика Терпимость к задержкам Время ответа Пропускная способность, Мбит/с
Электронная почта Высокая Регламентируется 0,004…0,20
Голос Низкая Реальное время 0,004…0,064
Передача файлов Высокая Регламентируется 0,01…600
Обработка транзакций Низкая Близко к реальному 0,016…2,048
Связь локальных сетей Высокая Реальное время 10…100
Доступ к серверу Высокая Реальное время 10…100
Высококачественное аудио Низкая Реальное время 0,128…1

Исходя из данных таблицы 1, можем оценить трафик сети. С учетом передачи файлов, использования приложений, обработки транзакций и голосовой связи найдем необходимую пропускную способность.

 


Дата: 2019-07-31, просмотров: 151.