etl600 - pbworksromvchvlcomm.pbworks.com/w/file/fetch/61026721/project_2008_4_… · 0 7 ь. -6...

© 2

007

АБ

Б Э

нерго

связь

. -

1ETL600. Обзор Надежно, безопасно,

быстро, удобно,

дешево

ETL600Аппаратура ВЧ связи

какой она должна быть

АББ

Системы связи в энергетике

Power Technology Systems

© 2

007

АБ

Б Э

нерго

связь

. -



дешевоСеть

ВЛ 330 кВ,

Hmax=1650, S12=840, HprX=800, n=2, Ar=40, L=80

AC 240/39: Dpr=21.6, kskr=1.897

T=40, Rz=100, H=0, Press=760, tG=-2, RG=10, LeG=30

Kotr=0.02, Acpl=6

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 10000

5

10

15

20

25

30

35

4040

0

al Rz L T f( )0

al Rz L T f( )1

al Rz L T f( )2

al Rz L T f( )3

al Rz L T f( )4

1 1031 f

Рис. 1 Затухание ВЧ каналов на горизонтальной ВЛ 330 кВ без учета ГИО

© 2

007

АБ

Б Э

нерго

связь

. -




P Rz L T f( )

P1 Rz L T f( )0

P1 Rz L T f( )1

P1 Rz L T f( )0

P1 Rz L T f( )1

P12 Rz L T f( )

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 100035

30

25

20

15

1012.753

34.259

P Rz L T f( )0

P Rz L T f( )1

P Rz L T f( )2

P Rz L T f( )3

P Rz L T f( )4

1 1031 f

Рис. 1 Шум ВЧ каналов на горизонтальной ВЛ 330 кВ без учета ГИО

© 2

007

АБ

Б Э

нерго

связь

. -




Полный запас по перекрываемому затуханию

Gap PL al P (0.1)

Где PL - мощность ЦВЧ сигнала в линии, дБм

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 100025

30.83

36.67

42.5

48.33

54.17

6060

25

Gap Rz L T f( )0

Gap Rz L T f( )1

Gap Rz L T f( )2

Gap Rz L T f( )3

Gap Rz L T f( )4

PL al Rz L T f( )1 P Rz L T f( )0

1 1031 f

Рис. 1 Полный запас по перекрываемому затуханию ВЧ каналов на горизонтальной ВЛ 330 кВ без учета ГИО

© 2

007

АБ

Б Э

нерго

связь

. -




Например, ниже приведены Запасы различных схем присоединения в

зависимости от длины ВЛ 20 … 250 км при заданной температуре.

0 200 400 600 800 100025

30

35

40

45

50

55

6060

25

Gap Rz 20 T f( )0

Gap Rz 35 T f( )0

Gap Rz 79 T f( )0

Gap Rz 150 T f( )0

Gap Rz 250 T f( )0

1 1031 f

0 200 400 600 800 100025

30

35

40

45

50

55

60

Gap Rz L 30 f( )0

Gap Rz L 20 f( )0

Gap Rz L 10 f( )0

Gap Rz L 0 f( )0

Gap Rz L 10 f( )0

Gap Rz L 20 f( )0

Gap Rz L 30 f( )0

Gap Rz L 40 f( )0

f

Рис. 1 «1-0/1-0»

0 200 400 600 800 100025

30

35

40

45

50

55

6060

25

Gap Rz 20 T f( )1

Gap Rz 35 T f( )1

Gap Rz 79 T f( )1

Gap Rz 150 T f( )1

Gap Rz 250 T f( )1

1 1031 f

Рис. 2 «1-0/2-0»

0 200 400 600 800 100025

30

35

40

45

50

55

6060

25

Gap Rz 20 T f( )2

Gap Rz 35 T f( )2

Gap Rz 79 T f( )2

Gap Rz 150 T f( )2

Gap Rz 250 T f( )2

1 1031 f

0 200 400 600 800 100025

30

35

40

45

50

55

60

Gap Rz L 30 f( )2

Gap Rz L 20 f( )2

Gap Rz L 10 f( )2

Gap Rz L 0 f( )2

Gap Rz L 10 f( )2

Gap Rz L 20 f( )2

Gap Rz L 30 f( )2

Gap Rz L 40 f( )2

f

Рис. 3 «1-0/3-0»

0 200 400 600 800 100020

25

30

35

40

45

50

55

6058.106

22.261

Gap Rz 20 T f( )3

Gap Rz 35 T f( )3

Gap Rz 79 T f( )3

Gap Rz 150 T f( )3

Gap Rz 250 T f( )3

1 1031 f

Рис. 4 «2-0/2-0»

0 200 400 600 800 100025

30

35

40

45

50

55

6060

25

Gap Rz 20 T f( )4

Gap Rz 35 T f( )4

Gap Rz 79 T f( )4

Gap Rz 150 T f( )4

Gap Rz 250 T f( )4

1 1031 f

Рис. 5 «1-2/1-2»

Например, ниже приведены Запасы различных схем присоединения в

зависимости от длины ВЛ 20 … 250 км при заданной температуре.

0 200 400 600 800 100025

30

35

40

45

50

55

6060

25

Gap Rz 20 T f( )0

Gap Rz 35 T f( )0

Gap Rz 79 T f( )0

Gap Rz 150 T f( )0

Gap Rz 250 T f( )0

1 1031 f

0 200 400 600 800 100025

30

35

40

45

50

55

60

Gap Rz L 30 f( )0

Gap Rz L 20 f( )0

Gap Rz L 10 f( )0

Gap Rz L 0 f( )0

Gap Rz L 10 f( )0

Gap Rz L 20 f( )0

Gap Rz L 30 f( )0

Gap Rz L 40 f( )0

f

Рис. 1 «1-0/1-0»

0 200 400 600 800 100025

30

35

40

45

50

55

6060

25

Gap Rz 20 T f( )1

Gap Rz 35 T f( )1

Gap Rz 79 T f( )1

Gap Rz 150 T f( )1

Gap Rz 250 T f( )1

1 1031 f

Рис. 2 «1-0/2-0»

0 200 400 600 800 100025

30

35

40

45

50

55

6060

25

Gap Rz 20 T f( )2

Gap Rz 35 T f( )2

Gap Rz 79 T f( )2

Gap Rz 150 T f( )2

Gap Rz 250 T f( )2

1 1031 f

0 200 400 600 800 100025

30

35

40

45

50

55

60

Gap Rz L 30 f( )2

Gap Rz L 20 f( )2

Gap Rz L 10 f( )2

Gap Rz L 0 f( )2

Gap Rz L 10 f( )2

Gap Rz L 20 f( )2

Gap Rz L 30 f( )2

Gap Rz L 40 f( )2

f

Рис. 3 «1-0/3-0»

0 200 400 600 800 100020

25

30

35

40

45

50

55

6058.106

22.261

Gap Rz 20 T f( )3

Gap Rz 35 T f( )3

Gap Rz 79 T f( )3

Gap Rz 150 T f( )3

Gap Rz 250 T f( )3

1 1031 f

Рис. 4 «2-0/2-0»

0 200 400 600 800 100025

30

35

40

45

50

55

6060

25

Gap Rz 20 T f( )4

Gap Rz 35 T f( )4

Gap Rz 79 T f( )4

Gap Rz 150 T f( )4

Gap Rz 250 T f( )4

1 1031 f

Рис. 5 «1-2/1-2»

© 2

007

АБ

Б Э

нерго

связь

. -




Или в зависимости от температуры -30 … +40оЦ при заданной длине ВЛ.

0 200 400 600 800 100025

30

35

40

45

50

55

6060

25

Gap 100 L 40 760 0 2 f( )Z

Gap 100 L 30 760 0 2 f( )Z

Gap 100 L 20 760 0 2 f( )Z

Gap 100 L 10 760 0 2 f( )Z

Gap 100 L 0 760 0 2 f( )Z

Gap 100 L 10 760 0 2 f( )Z

Gap 100 L 20 760 0 2 f( )Z

Gap 100 L 30 760 0 2 f( )Z

997.6671 f

Рис. 1 «1-0/1-0»

0 200 400 600 800 100025

30

35

40

45

50

55

6060

25

Gap 100 L 40 760 0 2 f( )Z

Gap 100 L 30 760 0 2 f( )Z

Gap 100 L 20 760 0 2 f( )Z

Gap 100 L 10 760 0 2 f( )Z

Gap 100 L 0 760 0 2 f( )Z

Gap 100 L 10 760 0 2 f( )Z

Gap 100 L 20 760 0 2 f( )Z

Gap 100 L 30 760 0 2 f( )Z

997.6671 f

Рис. 2 «1-0/2-0»

0 200 400 600 800 100025

30

35

40

45

50

55

6060

25

Gap 100 L 40 760 0 2 f( )Z

Gap 100 L 30 760 0 2 f( )Z

Gap 100 L 20 760 0 2 f( )Z

Gap 100 L 10 760 0 2 f( )Z

Gap 100 L 0 760 0 2 f( )Z

Gap 100 L 10 760 0 2 f( )Z

Gap 100 L 20 760 0 2 f( )Z

Gap 100 L 30 760 0 2 f( )Z

997.6671 f

Рис. 3 «1-0/3-0»

0 200 400 600 800 100025

30

35

40

45

50

55

6060

25

Gap 100 L 40 760 0 2 f( )Z

Gap 100 L 30 760 0 2 f( )Z

Gap 100 L 20 760 0 2 f( )Z

Gap 100 L 10 760 0 2 f( )Z

Gap 100 L 0 760 0 2 f( )Z

Gap 100 L 10 760 0 2 f( )Z

Gap 100 L 20 760 0 2 f( )Z

Gap 100 L 30 760 0 2 f( )Z

997.6671 f

Рис. 4 «2-0/2-0»

© 2

007

АБ

Б Э

нерго

связь

. -




Или оценить, какие факторы влияют на Запас.

0 200 400 600 800 100045

40

35

30

25

2020

45

P Rz L 40 Press f( )Z








997.6671 f

Рис. 1 Шум «1-0/1-0» -> Т

0 200 400 600 800 10000

5

10

15

20

25

30

35

4040

0

al Rz L 30 f( )3

al Rz L 20 f( )3

al Rz L 10 f( )3

al Rz L 0 f( )3

al Rz L 10 f( )3

al Rz L 20 f( )3

al Rz L 30 f( )3

al Rz L 40 f( )3

1 1031 f

Рис. 2 Затухание «2-0/2-0» -> Т

0 200 400 600 800 10000

5

10

15

20

25

30

35

4040

0

al Rz L 30 f( )2

al Rz L 20 f( )2

al Rz L 10 f( )2

al Rz L 0 f( )2

al Rz L 10 f( )2

al Rz L 20 f( )2

al Rz L 30 f( )2

al Rz L 40 f( )2

1 1031 f


0 200 400 600 800 10000

5

10

15

20

25

30

35

4040

0

al Rz L 30 f( )0

al Rz L 20 f( )0

al Rz L 10 f( )0

al Rz L 0 f( )0

al Rz L 10 f( )0

al Rz L 20 f( )0

al Rz L 30 f( )0

al Rz L 40 f( )0

1 1031 f


© 2

007

АБ

Б Э

нерго

связь

. -




0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 100025

30.83

36.67

42.5

48.33

54.17

6060

25

Gap 100 L 20 760 0 2 f( )0

Gap 100 L 20 700 0 2 f( )0

Gap 100 L 40 760 0 2 f( )0

Gap 100 L 40 700 0 2 f( )0

Gap 100 L 20 760 0 2 f( )0

Gap 100 L 20 700 0 2 f( )0

Gap 100 L 2 760 10 2 f( )0

Gap 100 L 2 700 10 2 f( )0

Gap 100 L 40 760 10 2 f( )0

999.9061 f Рис. 1 Запас по перекрываемому затуханию присоединения «1-0/1-0» -> Т, давление,

толщина стенки гололеда, и температура гололедообразования

© 2

007

АБ

Б Э

нерго

связь

. -



дешево

Хорошая

Повышенная

влажностьСухой снег

Туман

Дождь и мокрый

снегИзморозь

0

5

10

15

20

25

Хорош

ая

Повы

шенная

влаж

ность

Сухой с

нег

Тум

ан

Дож

дь и

мокр

ый

снег

Изм

орозь

ВЛ 500кВ 3*400/32

ВЛ 750кВ 4*400/64

ВЛ 1150/500кВ 8*300

Мурманск

Среднее по России

Астрахань

© 2

007

АБ

Б Э

нерго

связь

. -

10

ETL600. Обзор Надежно, безопасно,



Рис. 1 Изменение температуры и атмосферного давления в г. Балашиха летом 2006 г. Схема «лето – антициклон – жара – антициклон – осень – зима, гололед –морозы», используемая при расчетах

© 2

007

АБ

Б Э

нерго

связь

. -

11




0 1 2 3 4 5 6 7 8 925

30

35

40

45

50

55

6060

25

ZZ Z Rz L T Press RG tG 40( )x





90 x Рис. 1 «Карта» изменения Запаса по перекрываемому затуханию присоединения «1-

0/1-0» -> Т, давление, толщина стенки гололеда, и температура гололедообразования по схеме «лето – циклон – жара – антициклон – осень – зима, гололед – морозы» при разных частотах ВЧ канала. Крайняя правая точка (9) на всех подобных графиках соответствует расчетам, выполненным при условиях, используемых в стандартных методиках

© 2

007

АБ

Б Э

нерго

связь

. -

12




0 1 2 3 4 5 6 7 8 925

30

35

40

45

50

55

6060

25






90 x Рис. 1 «Карта» изменения Запаса по перекрываемому затуханию присоединения «1-

0/2-0» -> Т, давление, толщина стенки гололеда, и температура гололедообразования по схеме «лето – циклон – жара – антициклон – осень – зима, гололед – морозы» при разных частотах ВЧ канала

© 2

007

АБ

Б Э

нерго

связь

. -

13




Из приведенных рисунков можно сделать следующие выводы (действующие по-

крайней мере для рассматриваемой ВЛ):

Наибольшие запасы по перекрываемому затуханию наблюдаются при

отрицательных температурах и нормальном атмосферном давлении

Рассматриваемый при упрощенных расчетах случай максимального провиса

проводов и выпадения ГИО не является случаем минимально возможного

Запаса, особенно на частотах ниже 500 кГц, тем более что сама ситуация

является искусственной

Минимальный Запас при совершенно естественных условиях бывает при

выпадении ГИО и пониженном атмосферном давлении

Из рассмотрения исключены случаи выпадения атмосферных осадков,

особенно снега, что связано с отсутствием устойчивой количественной

теории их влияния на затухание и шумы ВЛ. Экспертные и

экспериментальные оценки можно найти в указанной выше литературе

Минимальный Запас является функцией частоты, и на частотах ниже 150

кГц наступает при повышенной температуре и пониженном атмосферном

давлении. На этих частотах минимальный нормируемый запас по

перекрываемому затуханию составляет 6 .. 7 дБ, вместо используемых при

расчетах 9 дБ

Запас является функцией схемы присоединения. Максимальный запас имеют

схемы присоединения: 2-0/2-0 и 1-2/1-2 и 1-0/1-0 на частотах ниже 80 кГц.

Минимальный: схемы 1-0/1-0, 1-0/2-0 и 1-0/3-0 на частотах выше 500 кГц.

Наименьшее изменение Запаса имеет схема присоединения 1-0/1-3 на частотах

ниже 150 кГц.

© 2

007

АБ

Б Э

нерго

связь

. -

14




0 1 2 3 4 5 6 7 8 925

30

35

40

45

50

55

6060

25

ZZ 0 Rz L T Press RG tG 40( )x








90 x

Рис. 1 Минимальные, максимальные и с наименьшим изменением запасы по перекрываемому затуханию горизонтальной ВЛ 330 кВ.

© 2

007

АБ

Б Э

нерго

связь

. -

15




0 1 2 3 4 5 6 7 8 95 10

4

1 105

1.5 105

2 105

2.5 105

3 105

3.5 105

4 105

4.5 105

5 105

4.525 105

5.091 104

ZZ Rz L T Press RG tG Nf0 4 0 40( )x








90 x

Рис. 1 Абсолютные максимумы скоростей передачи на горизонтальной ВЛ 330 кВ без транспозиций, в зависимости от полосы модуляции, при вероятности превышения уровнем шума используемого значения 50%, все условия эксплуатации

Рис. 2 Абсолютные максимумы скоростей передачи на горизонтальной ВЛ 330 кВ без транспозиций, в зависимости от полосы модуляции, при вероятности превышения уровнем шума используемого значения 5%, все условия эксплуатации

© 2

007

АБ

Б Э

нерго

связь

. -

16




4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 325 10

4

1 105

1.5 105

2 105

2.5 105

3 105

3.5 105

4 105

4.5 105

5 105

4.525 105

5.394 104

C Rz L T Press RG tG 0 BW 0 40( )x



324 BW

Рис. 1 Абсолютные максимумы скоростей передачи на горизонтальной ВЛ 330 кВ без транспозиций, в зависимости от полосы модуляции, при вероятности превышения уровнем шума используемого значения 50%, 5% и 0.5%

© 2

007

АБ

Б Э

нерго

связь

. -

17




0 1 2 3 4 5 6 7 8 90

5 104

1 105

1.5 105

2 105

2.5 105

3 105

3.5 105

3.185 105

3.546 104

CC Rz L T Press RG tG 0 4 0 40( )x








90 x

Рис. 1 Абсолютные максимумы скоростей передачи на горизонтальной ВЛ 330 кВ без транспозиций, в зависимости от полосы модуляции реальной OFDM системы, при вероятности превышения уровнем шума используемого значения 50%, все условия эксплуатации

Сравнивая два рисунка, можно заметить, что реальная система имеет меньшие

скорости передачи (снижение около 1.5 дБ по мощности), что объясняется:

Потерями на реализацию системы – ЦПР, пилот-сигналы и т.п.

Ограничением на величину максимального коэффициента модуляции,

определяемым технической реализацией системы

© 2

007

АБ

Б Э

нерго

связь

. -

18




100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 3001 10

4

1.5 104

2 104

2.5 104

3 104

3.5 104

4 104

4.5 104

5 104

4.917 104

1.307 104

Sh_ANIg Rz L T Press 0 tG 0 4 0 f( )

Sh_ANIa Rz L T Press 0 tG 0 4 0 f( )

Sh_ANIgcod Rz L T Press 0 tG 0 4 0 f( )

300100 f

Рис. 1 Абсолютные максимумы скоростей передачи на горизонтальной ВЛ 330 кВ без транспозиций, для присоединения «1-0/1-0», в зависимости от полосы модуляции реальной OFDM системы с FEC (Sh_ANIgcod), при вероятности превышения уровнем шума используемого значения 50%, полоса модуляции 4 кГц

© 2

007

АБ

Б Э

нерго

связь

. -

19



дешевоСеть, T

60 50 40 30 20 10 0 10 20 30 40 502.5 10

4

3 104

3.5 104

4 104

4.5 104

5 104

5.5 104

6 104

5.754 104

2.56 104

Sh_ANIg 100 L T 760 0 2 11 4 0 F0( )

Sh_ANIa 100 L T 760 0 2 11 4 0 F0( )

Sh_ANIgcod 100 L T 760 0 2 11 4 0 F0( )

5060 T

60 50 40 30 20 10 0 10 20 30 40 502.8 10

4

3 104

3.2 104

3.4 104

3.6 104

3.8 104

4 104

4.2 104

4.011 104

2.979 104

Sh_ANIg 100 L T 760 0 2 11 4 0 250( )

Sh_ANIa 100 L T 760 0 2 11 4 0 250( )

Sh_ANIgcod 100 L T 760 0 2 11 4 0 250( )

5060 T

60 50 40 30 20 10 0 10 20 30 40 502.5 10

4

3 104

3.5 104

4 104

4.5 104

5 104

4.825 104

2.803 104

Sh_ANIg 100 L T 760 0 2 11 4 0 F0( )

Sh_ANIa 100 L T 760 0 2 11 4 0 F0( )

Sh_ANIgcod 100 L T 760 0 2 11 4 0 F0( )

5060 T

Рис. 1 Скорости передачи на горизонтальной ВЛ 330 кВ без транспозиций, при вероятности превышения уровнем шума используемого значения 0.5%, в зависимости от температуры, частота измерения 100, 250 и 1000 кГц

Существует целый ряд ВЧ присоединений (включая само присоединение +

диапазон несущих ВЧ частот), при которых основным фактором

ограничивающим скорость передачи являются параметры OFDM системы.

Параметры ВЧ канала на функционировании таких каналов сказываются

мало. При этом для построения ЦВЧ каналов можно использовать

простейшие без каких-либо механизмов защиты и повышения устойчивости

OFDM системы.

© 2

007

АБ

Б Э

нерго

связь

. -

20



дешевоСеть, Press

700 705 710 715 720 725 730 735 740 745 750 755 760 765 770 775 7802.6 10

4

2.8 104

3 104

3.2 104

3.4 104

3.6 104

3.8 104

3.639 104

2.651 104

Sh_ANIg 100 L 25 Press 0 2 11 4 0 F0( )

Sh_ANIa 100 L 25 Press 0 2 11 4 0 F0( )

Sh_ANIgcod 100 L 25 Press 0 2 11 4 0 F0( )

780700 Press

700 705 710 715 720 725 730 735 740 745 750 755 760 765 770 775 7802.6 10

4

2.8 104

3 104

3.2 104

3.4 104

3.6 104

3.8 104

3.749 104

2.753 104

Sh_ANIg 100 L 25 Press 0 2 11 4 0 250( )

Sh_ANIa 100 L 25 Press 0 2 11 4 0 250( )

Sh_ANIgcod 100 L 25 Press 0 2 11 4 0 250( )

780700 Press

700 705 710 715 720 725 730 735 740 745 750 755 760 765 770 775 7802.6 10

4

2.8 104

3 104

3.2 104

3.4 104

3.6 104

3.594 104

2.607 104

Sh_ANIg 100 L 25 Press 0 2 11 4 0 F0( )

Sh_ANIa 100 L 25 Press 0 2 11 4 0 F0( )

Sh_ANIgcod 100 L 25 Press 0 2 11 4 0 F0( )

780700 Press

Рис. 1 … в зависимости от давления, частота измерения 100, 250 и 1000 кГц

При использовании основных типов ВЧ присоединений (само присоединение

+ диапазон несущих ВЧ частот), играют роль параметры и ВЧ тракта, и

OFDM системы. При этом для построения ЦВЧ каналов необходимо

использовать OFDM системы с механизмами защиты и повышения

устойчивости. Использование коррекции ошибок не обязательно.

© 2

007

АБ

Б Э

нерго

связь

. -

21




В большом количестве ВЧ присоединений (само присоединение + диапазон

несущих ВЧ частот), решающую роль играют параметры ВЧ тракта. При этом

для построения ЦВЧ каналов необходимо использовать OFDM системы с

механизмами защиты и повышения устойчивости. Использование коррекции

ошибок обязательно.

60 50 40 30 20 10 0 10 20 30 40 502.5 10

4

3 104

3.5 104

4 104

4.5 104

5 104

5.5 104

6 104

5.754 104

2.56 104

Sh_ANIg 100 L T 760 RG T( ) T 11 4 0 F0( )

Sh_ANIa 100 L T 760 RG T( ) T 11 4 0 F0( )

Sh_ANIgcod 100 L T 760 RG T( ) T 11 4 0 F0( )

5060 T

60 50 40 30 20 10 0 10 20 30 40 501 10

4

1.5 104

2 104

2.5 104

3 104

3.5 104

4 104

4.5 104

4.011 104

1.268 104

Sh_ANIg 100 L T 760 RG T( ) T 11 4 0 F0( )

Sh_ANIa 100 L T 760 RG T( ) T 11 4 0 F0( )


5060 T

60 50 40 30 20 10 0 10 20 30 40 500

1 104

2 104

3 104

4 104

5 104

4.825 104

4.356 103

Sh_ANIg 100 L T 760 RG T( ) T 11 4 0 F0( )

Sh_ANIa 100 L T 760 RG T( ) T 11 4 0 F0( )


5060 T

Рис. 1 … в зависимости от температуры и уровня гололедообразования

© 2

007

АБ

Б Э

нерго

связь

. -

22




Оценить правильность использования той или иной ЦВЧ системы, пользуясь,

упрощенными расчетами, невозможно. При проектировании необходимо

составлять «эксплуатационные карты» ЦВЧ каналов, позволяющие

прогнозировать все основные характеристики ЦВЧ систем.

60 50 40 30 20 10 0 10 20 30 40 501.5 10

4

2 104

2.5 104

3 104

3.5 104

4 104

4.5 104

5 104

5.5 104

5.205 104

1.756 104

Sh_ANIg 100 L T 700 RG T( ) T 11 4 0 F0( )

Sh_ANIa 100 L T 700 RG T( ) T 11 4 0 F0( )


5060 T

60 50 40 30 20 10 0 10 20 30 40 505000

1 104

1.5 104

2 104

2.5 104

3 104

3.5 104

3.463 104

7.029 103

Sh_ANIg 100 L T 700 RG T( ) T 11 4 0 F0( )

Sh_ANIa 100 L T 700 RG T( ) T 11 4 0 F0( )


5060 T

60 50 40 30 20 10 0 10 20 30 40 500

5000

1 104

1.5 104

2 104

2.5 104

3 104

3.5 104

4 104

4.5 104

4.276 104

1.666 103

Sh_ANIg 100 L T 700 RG T( ) T 11 4 0 F0( )

Sh_ANIa 100 L T 700 RG T( ) T 11 4 0 F0( )


5060 T

Рис. 1 … в зависимости от температуры и уровня гололедообразования при пониженном давлении, частота измерения 100, 250 и 1000 кГц

© 2

007

АБ

Б Э

нерго

связь

. -

23




Анализ характеристик ВЧ трактов при различных климатических условиях

показывает, что в зависимости от используемого диапазона частот наибольшую

стабильность параметров имеют присоединения:

во всем диапазоне частот не транспонированных ВЛ присоединения фаза-

земля 2-0/2-0, 1-0/2-0, 2-0/1-0, 2-0/3-0, 3-0/2-0 и фаза-фаза 1-2/1-2, 2-

3/2-3.

Характеристики каналов 1-0/2-0, 2-0/1-0, 2-0/3-0, 3-0/2-0 идентичны.

© 2

007

АБ

Б Э

нерго

связь

. -

24




В нижнем диапазоне частот возможно использование косого включения

крайних фаз 1-0/3-0 и 3-0/1-0.

Не трансп. ВЛ 330 кВ (79 км) Лето Не трансп. ВЛ 330 кВ (79 км)

Зима

© 2

007

АБ

Б Э

нерго

связь

. -

25




в низком диапазоне частот транспонированных ВЛ присоединения фаза-

земля 2-0/2-0, 2-0/1-0, 3-0/1-0 и 3-0/2-0 (подключения без первой фазы с

левой стороны и третьей фазы – справа)

Причем характеристики каналов 2-0/1-0 и 3-0/2-0 абсолютно идентичны.

© 2

007

АБ

Б Э

нерго

связь

. -

26




Если необходимо, может использоваться присоединение 1-0/3-0.

Трансп. ВЛ 330 кВ (3*79 км) Лето Трансп. ВЛ 330 кВ (3*79 км)

Зима

© 2

007

АБ

Б Э

нерго

связь

. -

27




во всем диапазоне частот транспонированных ВЛ присоединения фаза-

земля 2-0/2-0 и фаза-фаза 1-2/1-2, 2-3/1-2 и 2-3/2-3 (подключения без

одновременного наличия первой фазы с левой стороны и третьей фазы – с

правой стороны, а так же без подключения фаза-фаза крайние)

Температурное изменение характеристик всех каналов практически

совпадает.

Таким образом:

для транспонированных и не транспонированных ВЛ существуют схемы

присоединения, обеспечивающие наиболее гладкие и стабильные характеристики

каналов ВЧ связи, обладающие приемлемыми запасами по перекрываемому

затуханию, и, соответственно, пригодные для построения конвергированных ВЧ

систем.

© 2

007

АБ

Б Э

нерго

связь

. -

28




На рисунке условно

показаны два периода

неравномерности частотной

характеристики ВЧ тракта

( 150 / _Tнер L vl ) при

разной степени рассогласо-

вания по концам ВЛ и

разных фазах

неравномерности (например, при разных режимах работы ВЛ), а так же возможное

расположение на них ВЧ каналов различной ширины (ширина прямоугольника). При

этом высота прямоугольника отображает неравномерность характеристики в пределах

конкретного ВЧ канала.

Очевидно, что:

чем меньше ширина ВЧ канала, тем меньше абсолютное значение его

неравномерности

чем меньше ширина ВЧ канала, тем в больших пределах может изменяться

его относительная неравномерность при изменении режимов работы ВЛ

Соответственно, чем шире ВЧ канал, тем больше его абсолютная

неравномерность, но меньше изменение неравномерности при изменении

режимов работы ВЛ

Эти случаи (полоса канала 75

_kf

L vl) хорошо описываются, приведенным

Ю.П. Шкариным поправочным коэффициентом к величине отражений

* * _sin

150

kf L vl.

© 2

007

АБ

Б Э

нерго

связь

. -

29




Поскольку фаза неравномерности никогда неизвестна, а главное может

меняться на противоположную при изменении режима ВЛ (см. Рис. 1), то «среднюю»

неравномерность затухания ВЧ канала необходимо брать равной максимальной

интегральной величине затухания

578,134

*_*4

*_*013,0101,1;742,0minBW

vlLLNBW

vlLLNKф (0.1)

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,5

15,5

30,5

45,5

60,5

75,5

90,5

106

121

136

151

166

181

196

211

226

241

256

271

286

301

L vl, km

aver (Phi=0,0368435309781839)

aver (Phi=3,86)

Klev

Рис. 1 Минимальное и максимальное интегральное среднее

Длина ВЛ, при которой интегральное среднее имеет максимальное значение

приблизительно равна 2*

75max__

BWvlL . (0.2)

Длина ВЛ, до которой интегральное среднее следует принимать равным

Kф_max=0.742 равна BW

kvlL ф

50__ max_ . (0.3)

© 2

007

АБ

Б Э

нерго

связь

. -

30




при расчете запасов по перекрываемому затуханию ВЧ каналов,

организованных на таких ВЛ, необходимо учитывать, что характер и

величины неравномерностей с разных концов ВЛ различны, и должны

учитываться индивидуально (по направлениям).

Рис. 1

Уровни шумов с

разных сторон ВЛ 330

кВ со множеством

неоднородностей

различаются как по

уровню, так и по

характеру

неравномерности

© 2

007

АБ

Б Э

нерго

связь

. -

31




шум ВЛ не является в чистом виде шумом короны. Реально он состоит из

нескольких шумовых компонент: короны, частичных пробоев, утечек и т.д. Для ВЛ 110

кВ при нормальных условиях эксплуатации доля шума короны в общем уровне шума

мала. Для ВЛ 500 кВ и выше корона преобладает (именно поэтому на этих ВЛ есть

«звуковая» корона) [Error! Reference source not found. - Error! Reference source

not found.].

Данное обстоятельство является причиной, по которой в 2000 году в [Error!

Reference source not found.] было предложено использовать для расчета Рпом ЦВЧ

каналов выражение

110*1

UвлКспРпомРпом , где Ксп1=2 (0.1)

Зависимость выведена полуэмпирически в результате анализа

функционирования нескольких установленных в России ЦВЧ каналов. При этом

предполагалось, что уровень шумов не короны для ВЛ 110/220/330 и 500 кВ

соответственно равен (-55 … -38)/(-38.5 … -38)/(-35 … -34.5) и (-33.2 … -32) дБм.

Точные данные о компонентах шума различных ВЛ в открытой литературе

отсутствуют.

© 2

007

АБ

Б Э

нерго

связь

. -

32




Другая, связанная с

современными ЦВЧ системами

проблема, состоит в том, что до

недавних пор все ВЧ каналы были

узкополосными. Соответственно,

возникающий на их выходе шум,

рассматривался как узкополосный

флуктуационный процесс.

Современные ЦВЧ системы могут иметь большие полосы модуляции 12 … 32 кГц. При

этом действующий на выходе приемника шум остается флуктуационным, но его

спектральный состав меняется. На рисунке показаны формы нормированных по макси-

мумам среднеквадратичных напряжений помех ВЛ 500 кВ (присоединение 1-0) с 4 кГц

приемником, и приемником 32 кГц. При равных максимальных напряжениях эти

кривые имеют различные интегральные характеристики

Umax1 Umax2 Umax3 Urms Uaverage Ксп, дБ Ксп1, дБ 500 кВ, 4 кГц 1,000 ,789 4,148 2,06

500 кВ, 32 кГц

1,65 2,05 1,052

1,015 ,711 4,597 3,09

Из чего следует, что широкополосные системы модуляции более чувствительны

к шумам короны, чем узкополосные. Выражение Error! Reference source not found.

при этом имеет вид

110*1

UвлКспРпомРпом , где 1

52

28

fmКсп (0.1)

© 2

007

АБ

Б Э

нерго

связь

. -

33




Применяемое в России значение уровня шумов с 50% вероятностью

превышения по всем погодным условиям, включает в себя оценки CIGRE, но примерно

на 1 … 2 дБ ниже принятого CIGRE уровня шумов при плохой погоде. При 5%

вероятности превышения указанного значения - значительно выше их (плюс 7 дБ).

Равенство оценок наступает при 20% вероятности превышения.

Сравнение этих данных с данными предыдущего раздела показывает, что использование коэффициента Ксп вносит в расчет Рпом ту же поправку, что и учет уровня шумов при (20 … 15)% вероятности его превышения по всем погодным условиям. Это вполне объяснимо, так как величина Ксп рассчитывается при доминирующем воздействии шума короны (естественно для плохой погоды). В принципе,

© 2

007

АБ

Б Э

нерго

связь

. -

34




Ниже приведены два графика отношений сигнал/шум, измеренных на ВЛ 330 кВ

в Июле и Феврале, а так же графики скорости передачи 5-ти ступенчатой адаптивной

ЦВЧа системы, оптимизированной по числу переходов или по максимальной средней

скорости передачи.

15000

20000

25000

30000

35000

40000

45000

50000

55000

60000

65000

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 67 70 73 76 79 82 85 88

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50VR1 7.1 min.step

VR1 7.1 speed

SNR VL

15000

20000

25000

30000

35000

40000

45000

50000

55000

60000

65000

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 67 70 73 76 79 82 85 88

0

10

20

30

40

50

60VR1 7.1 speed

VR1 7.1 min.step

SNR VL

Июль Февраль

Ниже приведены те же графики, но с 2-х ступенчатой ЦВЧа системой


© 2

007

АБ

Б Э

нерго

связь

. -

35




Полученные скорости передачи каналов сведены в таблицу


скорость переходы 2 ступени скорость переходы 2 ступени

64000 64000 49600 64000 64000 62400

57600 54400 24000 49600 56000 17600

51200 43200 41600 46400

41600 33600 30400 35200

Ступень адаптации

24000 24000 17600 17600

Ср.скорость 49369 47449 43059 51236 49244 40996

Измеренные максимальные и минимальные ОСШ на этой ВЛ в Июле: 43,8 и

21,92 дБ; в Феврале: 50,7 и 18,8 дБ. Минимальное значение ОСШ в Июле месяце

получено в период грозовой активности, в Феврале – в период мощного антициклона

(густой мокрый снег).

© 2

007

АБ

Б Э

нерго

связь

. -

36




Если же 5-ти ступенчатую систему оптимизировать по скорости и числу

переходов по всем периодам наблюдения (Июль + Февраль), получится следующее:

Июль - Февраль

скорость переходы

64000 64000

56000 54400

49600 43200

38400 33600

Ступень адаптации

17600 17600

Ср.скорость 49102 48124

© 2

007

АБ

Б Э

нерго

связь

. -

37




Таким образом, если допустить 1% выпадений ЦВЧа сигнала, то второй способ

установки порогов адаптации является предпочтительным.

Анализируя полученные данные можно сделать следующие выводы:

Для того чтобы по всем погодным условиям иметь требуемую скорость

передачи необходимо выполнять расчеты с уровнем шумов превышающем

50% вероятность на 15 дБ.

При этом:

Если выпадения сигнала допускаются, то уровню Рпом50%+15 должна

соответствовать 5-я ступень адаптации ОСШ1. Шаг адаптации 3,7 … 3,8 дБ

(второй способ расчета)

Если выпадения сигнала не допускаются (например в потоке данных

присутствует SCADA трафик), то уровню Рпом50%+15 должна

соответствовать 4-я ступень адаптации ОСШ2. Шаг перестройки лучше

выбрать равным 3,7 … 3,8 дБ (второй способ расчета), но можно взять и 5

дБ. Так же можно использовать первый способ расчета шагов адаптации.

В любом случае шагу ОСШ1 должно соответствовать значение отношения

сигнал/шум, вычисленное при Рпом50%+15+*(8 … 12) дБ (зависит от

региона).

© 2

007

АБ

Б Э

нерго

связь

. -

38




В любом случае, исходя из принципа разумной достаточности, можно

сказать, что спроектировать ЦВЧа канал 100% времени эксплуатации

обеспечивающий требуемую (и высокую, близкую к предельной) скорость

передачи невозможно.

Проектирование ЦВЧа канала всегда является итерационным процессом,

балансирующим между требуемыми системными ресурсами (полосы

модуляции, ОСШ и т.д.), и решаемыми коммуникационными задачами.

Исходя из принципа разумной стоимости, для облегчения системных

требований можно, а иногда просто необходимо, использовать

резервирование путей передачи критичных видов трафика по любым

доступным каналам.

Для компенсации кратковременных выпадений сигнала, ЦВЧа система

должна обладать механизмом удержания синхронизма, аналогичным

используемому при передаче сигналов команд РЗ и ПА

Дальнейшая процедура определения допустимого запаса по перекрываемому

затуханию соответствует принятой для аналоговых ВЧ каналов.

Однако, при расчете запасов по перекрываемому затуханию ЦВЧа каналов,

организованных на сложных ВЛ, необходимо учитывать, что характер и величины

неравномерностей и шумов с разных концов ВЛ различны, и должны учитываться

индивидуально (по направлениям) 1.

1 Поскольку большинство мультиплексоров в ЦВЧа системах работают в синхронном режиме, то

энергетические и скоростные характеристики цифрового ВЧ канала надо рассчитывать для наихудшего из двух направлений передачи – именно оно будет определять максимальную агрегатную скорость цифрового ВЧ канала.

Не все модуляторы и мультиплексоры можно использовать в режиме адаптации: они должны иметь сопряженные шаги перестройки по частоте, иначе даже при хорошем отношении СШ канал может перестать функционировать, когда мультиплексор потеряет синхронизацию из-за того, что не распознает скорость – частоту синхронизации, выданную модулятором.

1 Поскольку большинство мультиплексоров в ЦВЧа системах работают в синхронном режиме, то энергетические и скоростные характеристики цифрового ВЧ канала надо рассчитывать для наихудшего из двух направлений передачи – именно оно будет определять максимальную агрегатную скорость цифрового ВЧ канала.

Не все модуляторы и мультиплексоры можно использовать в режиме адаптации: они должны иметь сопряженные шаги перестройки по частоте, иначе даже при хорошем отношении СШ канал может перестать функционировать, когда мультиплексор потеряет синхронизацию из-за того, что не распознает скорость – частоту синхронизации, выданную модулятором.

© 2

007

АБ

Б Э

нерго

связь

. -

39




импульсные помехи при переключениях на ВЛ, КЗ на линии или разряд

молнии вызывают разрыв соединения в ЦВЧ канале и запуск процедуры его

переустановления (если ЦВЧа канал спроектирован с прерываниями). К

такому же эффекту приводят одночастотные помехи (если ЦВЧа система не

имеет механизма подавления помех и FEC).

Наибольшую стабильность параметров имеют ВЧ присоединения:

во всем диапазоне частот не транспонированных горизонтальных ВЛ

присоединения фаза-земля 2-0/2-0, 1-0/2-0, 2-0/1-0, 2-0/3-0, 3-0/2-0 и

фаза-фаза 1-2/1-2, 2-3/2-3.

Характеристики каналов 1-0/2-0, 2-0/1-0, 2-0/3-0, 3-0/2-0 идентичны.

В нижнем диапазоне частот возможно использование косого включения

крайних фаз 1-0/3-0 и 3-0/1-0.

в низком диапазоне частот транспонированных ВЛ присоединения фаза-

земля 2-0/2-0, 2-0/1-0, 3-0/1-0 и 3-0/2-0 (подключения без первой фазы с

левой стороны и третьей фазы – справа)

Причем характеристики каналов 2-0/1-0 и 3-0/2-0 абсолютно идентичны.

Если необходимо, может использоваться присоединение 1-0/3-0.

во всем диапазоне частот транспонированных ВЛ присоединения фаза-

земля 2-0/2-0 и фаза-фаза 1-2/1-2, 2-3/1-2 и 2-3/2-3 (подключения без

одновременного наличия первой фазы с левой стороны и третьей фазы – с

правой стороны, а так же без подключения фаза-фаза крайние)

© 2

007

АБ

Б Э

нерго

связь

. -

40




Учет неоднородностей затуханий ВЧ трактов при расчете ЦВЧ каналов

рекомендуется производить следующим образом:

Для простых ВЧ каналов и каналов без неоднородностей с оптимальными

схемами присоединения интегральное среднее значение неравномерности

(то же относится и к уровню шума ВЛ) может быть определено по формуле

Error! Reference source not found.

Поскольку для этих ВЛ неравномерности уровня и фазы сдвинуты

относительно друг друга на 180 градусов, то в стационарном режиме ВЛ

влиять на запас по перекрываемому затуханию многочастотных систем

модуляции они не должны Error! Reference source not found..

Для сложных, составных, с неоднородностями и не оптимальными схемами

присоединения ВЧ трактов аналитическую зависимость интегрального

значения уровня сигнала получить нельзя. По результатам ряда расчетов

для ВЛ с отпайкой было получено значение Кф.макс.4кГц=0.866. В общем

случае до длины ВЛ BW

kvlL ф

50__ max_ можно использовать значение

Кф=0.742, при больших длинах ВЛ – Кф=0.6. При этом существует

вероятность повышения Кф до 0.742. Поскольку для этих ВЛ

неравномерности уровня и фазы не синхронизированы, и в общем случае

могут иметь одну фазу, то неравномерность всегда повышает уровень

шумов *ШУМинт ШУМмин ШУМразмах Кф

© 2

007

АБ

Б Э

нерго

связь

. -

41




При расчете выходной мощности конвергированной ЦВЧ системы практически

не имеет значения способ ее реализации. Имеют большое значение системные

параметры ВЧ аппаратуры: собственные шумы, интермодуляционные искажения и т.д.

А так же системное предназначение аппаратуры: важность аналоговых или цифровых

сервисов.

Выбор оптимального распределения «весов» W между аналоговой и цифровой

подсистемами, может обеспечить выигрыш в скорости передачи ЦВЧ в разы,

соответствующим образом повысить устойчивость аналоговой подсистемы, или для

всех сервисов обеспечить наибольший запас по перекрываемому затуханию.

Максимальные запасы по перекрываемому затуханию обеспечиваются при

величинах модуляции m порядка 4 … 6,5 (лучшие соотношения скорость/запас по

затуханию).

Пороговым значением среднего отношения сигнал/шум в ВЧ канале, когда

использование FEC обязательно является ОСШ = 25 … 26 дБ.

Спроектировать ЦВЧа канал 100% времени эксплуатации обеспечивающий

требуемую (и высокую) скорость передачи невозможно. Для того чтобы по всем

погодным условиям иметь требуемую скорость передачи необходимо выполнять

расчеты с уровнем шумов превышающем 50% вероятность на 15 дБ. В любом случае

первому шагу адаптации ОСШ1 должно соответствовать значение отношения

сигнал/шум, вычисленное при Рпом50%+15+(8 … 12) дБ (зависит от региона).

© 2

007

АБ

Б Э

нерго

связь

. -

42




Широкополосные многочастотные ЦВЧ системы более устойчивы – менее

подвержены изменению параметров ВЧ тракта, включая отражения,

селективные выпадения и помехи и т.д., чем одночастотные и

узкополосные ЦВЧ системы, вследствие «интегрирования» ими

параметров ВЧ тракта

100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 2000.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

0.947

0.28


Sg4


Sa4


Sgc4

Gap Rz L T Press 0 tG f( )0

G300

199.844100 f

100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 2000.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1


Sg32


Sa32


Sgc32


G300

f

Рис. 1 Относительные изменения скоростей передачи узкополосных 4 кГц идеальной Sh_ANIa, реальной Sh_ANIg и реальной с FEC Sh_ANIgcod ЦВЧ систем и Запаса с учетом отражений при присоединении «1-0/1-0» горизонтальной без транспозиций ВЛ 330 кВ длиной 80 км

100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 2000.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

0.947

0.28


Sg32


Sa32


Sgc32


G300

199.844100 f Рис. 2 Относительные изменения скоростей передачи широкополосных 32

кГц ЦВЧ систем и Запаса с учетом отражений

© 2

007

АБ

Б Э

нерго

связь

. -

43




Учет отражений при расчете является обязательным. В противном случае

погрешность вычислений может составлять разы, особенно для

узкополосных систем.

Рис. 1 Относительные изменения скоростей передачи узкополосных 4 кГц ЦВЧ систем без учета отражений

Рис. 2 Относительные изменения скоростей передачи широкополосных 32

кГц ЦВЧ систем без учета отражений

© 2

007

АБ

Б Э

нерго

связь

. -

44




В диапазоне отношений СШ в полосе 4 кГц 12 … 60 дБ и BER=10-6

коэффициенты модуляции этих систем могут быть описаны следующими

упрощенными выражениями (0.1)

0 min 11.84, 0.8254.138

min 10.2, 1.7253.838

min 9.4, 0.4254.718

SNRm

SNRm

SNRmfec

соответственно, или в общем

виде (0.2)

maxmin , 21

SNRm m Am

Am

Рис. 1 Упрощенные зависимости коэффициентов модуляции рассматриваемых систем от ОСШ

Максимальные коэффициенты модуляции ограничены технологическими,

а не техническими причинами, а так же структурой ЦВЧ системы.

Точкой перегиба, при которой полнофункциональные системы

становятся значительно более эффективными, чем специализированные,

исходя из средне эксплуатационных ОСШ, является значение ОСШ=26

дБ.

© 2

007

АБ

Б Э

нерго

связь

. -

45



дешево

Достоинства и недостатки QAM/PAM и OFDM (DMT) систем

Характеристика DMT /

OFDM

QAM /

PAM

Одина-

ковые

Примечание (когда OFDM лучше)

Характеристики при

белом шуме

да В идеальных условиях. При

наличии переходных затуханий

OFDM выигрывает 0 … 3 дБ. При

спектральной окраске шума

эффективность OFDM может быть

много выше.

Чувствительность к

импульсному шуму

лучше Благодаря FEC,

перемежающемуся кодированию

и префиксу

Чувствительность к

узкополосному шуму

лучше В OFDM может быть улучшено за

счет оконного Фурье-

преобразования и исключения

опасного диапазона частот

Динамический диапазон

(ограничение)

да В OFDM может быть улучшено за

счет PAR алгоритмов

Вариации группового

времени запаздывания

да Зависит от реализации OFDM

(система защиты от джиттера –

два простых эквалайзера: один

во временной, другой – в

частотной области; которые в

сумме проще одного QAM

эквалайзера)

Задержка лучше В QAM принципиально меньше

Эхо-компенсация,

отражения

да Зависит от реализации OFDM

(префикс)

Адаптация под

характеристики канала,

сервисы, многоцелевое

использование канала,

дуплекс…

лучше Достоинства метода модуляции

по-умолчанию [Error! Reference

source not found.]

© 2

007

АБ

Б Э

нерго

связь

. -

47




После перемежающегося кодирования пораженным

шумовой вспышкой оказался только один символ в

блоке

Интерливинг -

перемежающееся

кодирование -

перемешивание символов

из одного блока с

символами других блоков

3 4

Символьная

вероятность

ошибки

0 0 0 0 0

Число ошибочных

символов в блоке 0 1 2

4



ошибки

0 0 0 1 1

0 1 2 3

4

0,67

1 2 3 4 5 6

1 2 3

0 0,17 0,33 0,5

Исходная позиция блока в

последовательности

Преобразованный блок -

теперь в каждой позиции

содержится информация о

всех символах в блоке

Исходный блок символов Число ошибочных

символов в блоке



ошибки

Число ошибочных

символов в блоке

Порог принятия решения - сколько позиционных

частей символа необходимо, чтобы он считался

принятым правильно4

0

Рис. 1 Принцип FEC

© 2

007

АБ

Б Э

нерго

связь

. -

48



дешевоСвойства ЦВЧ каналов, осложняющие построение сети

Рис. 1 Зависимость вероятности ошибки от ОСШ в ТСМ системе, при полосе

модуляции 3.1 кГц и полосе измерений ОСШ типа «белый» шум 4 кГц

© 2

007

АБ

Б Э

нерго

связь

. -

49




Например, в системах с фиксированной скоростью передачи изменение ОСШ

порождает изменение BER вплоть до полного отключения канала по недопустимо

низкому его значению (см. Рис. 1). Использование внешней системы FEC не может

защитить от выпадений и отключений информационного потока. Просто в пределах 1

… 2 дБ BER изменяется не на 3 … 4 порядка, как обычно, а остается постоянным до

полного отключения канала.

BERКанал отключен Нормальная работа 24 кБит/с

Внешняя

FEC

Рис. 1 Зависимость вероятности ошибки от ОСШ в ТСМ системе с внешней FEC, при полосе модуляции 3.1 кГц и полосе измерений ОСШ типа «белый» шум 4 кГц

© 2

007

АБ

Б Э

нерго

связь

. -

50




Системы ЦВЧа со встроенной или внешней системой FEC свободны от

указанного недостатка, и могут выполнять переключение агрегатной скорости без

возникновения пакетов ошибок. То есть такие системы можно оптимизировать по

максимальной средней скорости.

Тут важно определиться: допускают выполняемые сервисы прерывания каналов

связи или нет. Если нет, то система передачи ЦВЧа должна рассчитываться с учетом

наименьшего возможного отношения сигнал/шум в ВЧ канале (наибольшего уровня

шумов / минимального запаса по перекрываемому затуханию).

То есть одна из ступеней адаптации должна иметь скорость передачи

эквивалентную этому наихудшему условию, хотя вероятность его появления и не

превышает 1% (длительность периода плохой погоды за время эксплуатации. Зависит

от региона эксплуатации).

Вторая ступень адаптации должна соответствовать хорошим погодным

условиям, составляющим не менее 25% длительности всего времени эксплуатации.

Остальные ступени адаптации, если они есть, должны устанавливаться либо,

исходя из критерия минимизации числа переходов (изменений скорости передачи),

либо исходя из критерия максимизации средней скорости ЦВЧа канала.

© 2

007

АБ

Б Э

нерго

связь

. -

51




BER/BLER пороги переключения сигнал-конвертера на другие скорости

передачи, должны быть согласованы с исправляющей способностью внешней системы

FEC. Тогда адаптивное изменение скорости передачи канала будет происходить без

прерывания сеанса связи (см. Рис. 1).

BE

R

Канал

отключен

Адаптивная

система

+ FEC

Внешняя

FEC

Нормальная работа Область с изменяющейся BER

BE

R

BE

R

BE

R

BE

R

Канал

отключен

BE

R

Изменение скорости передачи при

достижении порогового значения BER

Рис. 1 Зависимость вероятности ошибки от ОСШ в адаптивной ТСМ системе с внешней FEC, при полосе модуляции 3.1 кГц и полосе измерений ОСШ типа «белый» шум 4 кГц

© 2

007

АБ

Б Э

нерго

связь

. -

52



дешевоЗащита от селективных помех

Все QAM системы, в силу принципа одночастотной модуляции, очень

чувствительны к селективным помехам. На рисунке (см. Рис. 1) показаны вероятности

ошибки в 128-QAM канале с Trellis кодированием при скорости передачи 81 кбит/с в

полосе 16 кГц при действии на входе приемника различных мешающих сигналов.

Уровни вычислены относительно мощности полезного сигнала.

Рис. 1 Вероятности ошибок QAM системы OPD-2 компании Dimat при воздействии различных мешающих сигналов [Error! Reference source not found.]

© 2

007

АБ

Б Э

нерго

связь

. -

54



дешевоОсобенности построения ЦВЧ сети

Свойства канала зависят от того, какая система формирования цифрового

потока используется, и, соответственно, какие встроенные и внешние средства

коррекции ошибок или защиты от импульсных помех в нее включены.

Проблема Решение Дополнение, обусловленное Решением

Низкие вероятности ошибок, особенно при пограничных отношениях сигнал/шум

Расчет характеристик канала для обеспечения коэффициента готовности не менее 0,95-0,98 и

вероятности ошибок 10-6

Использование FEC

Кратковременные прерывания ЦВЧ канала из-за работы первичного оборудования и пакетного

характера ошибок в ВЧ каналах

Использование блоковой или символьной FEC

Использование связанного кодера: пакетного и с перемежающимся кодированием. Компенсация

выпадений до 2 … 5 мс

Длительные прерывания ЦВЧ канала из-за погодных

условий

Адаптивный режим работы ЦВЧ системы,

подстраивающий скорость передачи под реальные условия эксплуатации.

Критерий адаптации: снижение BLER

Резервирование путей передачи, и, соответственно, желательно, автоматический режим переключения на

резервный канал

Исправляющая способность FEC должна быть достаточно

высокой, что бы корректировать, возникающие при Адаптации, ошибки: 10-3 …

10-6 -> 10-6 … 10-8

В режимах Адаптации и Резервирования обеспечение QoS для предоставления требуемых сетевых ресурсов наиболее критичным

приложениям (например,

SCADA)

© 2

007

АБ

Б Э

нерго

связь

. -

55




Для не адаптивных систем в минимальный уровень приема должны быть

введены поправки, учитывающие пик-фактор шума короны или уровень шума короны

должен быть взят для вероятности превышения 95 … 98% - что больше. Учет обоих

факторов для ВЛ высоких напряжений может сделать проектирование ЦВЧ каналов

невозможным. Практически это означает, что работа не адаптивных систем без

прерываний невозможно.

При расчете характеристик адаптивного канала в минимальный уровень приема

должны быть введены поправки, учитывающие только пик-фактор шума короны.

Вероятность превышения уровня шума должна учитываться при расчете ступеней

адаптации.

В ЦВЧ каналах без мощной системы FEC нельзя получить малые вероятности

ошибок 10-7 … 10-9, ошибки носят пакетный характер.

ЦВЧ каналы без мощной системы FEC принципиально являются каналами с

замираниями, часто превышающими по длительности, вызывающие их дефекты ВЧ

тракта.

Система FEC значительно снижает вероятности ошибок в ЦВЧ канале, повышает

его устойчивость, позволяет компенсировать шумовые вспышки/выпадения заданной

длительности, выравнивает вероятностные характеристики системы при адаптации

скорости передачи и увеличивает задержки передачи.

© 2

007

АБ

Б Э

нерго

связь

. -

56




Скорости передачи ЦВЧ каналов в их лучших реализациях близки к пределу

Шеннона. При типичных для среды (ВЛ) уровнях шумов коэффициент модуляции не

может превышать 6 … 10, реальными (без FEC) на присоединениях «фаза-земля»

можно считать 4 … 6. При принятых в ВЧ связи полосах каналов 4 … 16 кГц, обычными

должны быть скорости передачи (16 … 24) … (64 … 96) кбит/с.

Для увеличения скорости передачи: нужно использовать присоединение «фаза-

фаза» и адаптивный режим; можно использовать технику адаптивного инверсного

мультиплексирования на многоствольных ЦВЧ каналах.

наложение на ЦВЧ каналы полномасштабных сетевых протоколов, например,

IP, ATM, Ethernet и др., неизбежно снижает информационную эффективность ЦВЧ

канала на 25 … 45%. О наличии сигнал-конвертеров, содержащих средства сжатия

информации, ничего не известно.

Поскольку каждый элемент ЦВЧ сети (каждая ВЛ в сети) является источником

ошибок, каждый сетевой узел должен содержать механизмы коррекции ошибок (как

это было принято в Х.25 сетях).

© 2

007

АБ

Б Э

нерго

связь

. -

57




Введение в сеть механизмов коррекции ошибок (FEC) в совокупности с

Ethernet/IP неизбежно понижает их эффективность до 45 … 55% (без Ethernet/IP

эффективность является одним из параметров оптимизации, и может составлять 80 …

98%). Сетевые информационные скорости при этом не превышают (7.2 … 13.2) …

(28.8 … 52.8) кбит/с, то есть составляют только 30% от возможной скорости передачи.

Введение FEC является универсальным механизмом, повышающим надежность

сети. Однако в зависимости от приложений или выполняемых сервисов, существуют и

другие решения, обладающие схожей эффективностью, например, оптимальные

сетевые и «модемные» протоколы (снижение стоимости в обмен на значительное

увеличение времени передачи).

© 2

007

АБ

Б Э

нерго

связь

. -

58




построение однородной сети (в смысле равноправности обслуживания всех ее

абонентов и требований QoS) возможно только при равенстве сумм произведений

(требуемая скорость передачи VoS * запрос на выполнение сервиса ToS) во всех ее

первичных сегментах (см. Рис. 1)

K

n m

ji VChToSVoS1 1

* (0.1)

Фактически емкость сети будет определяться тем из ее участков, для которого

рассчитанная сумма загрузки будет превышать физические возможности канала VChK.

ПС 1 ПС 2 ПС 3 ПС 4 ПС 5

L1 L2 L3 L4

ПС 1 ПС 2 ПС 3 ПС 4 ПС 5

L1 L2 L3 L4

ToS112 * VoS1ToS112 * VoS1 ToS1

23 * VoS1ToS123 * VoS1 ToS1

34 * VoS1ToS134 * VoS1 ToS1

45 * VoS1ToS145 * VoS1

ToS212 * VoS2 ToS2

34 * VoS2

ToS113 * VoS1

ToS114 * VoS1

Рис. 1 Линейная структура ЦВЧ сети

© 2

007

АБ

Б Э

нерго

связь

. -

59




Фактически ситуация, когда в аварийных режимах ЦВЧ сети выполнение всех

сервисов в полном объеме невозможно, прогнозируема и неизбежна. Разрядить

обстановку может использование механизмов гарантируемых сервисов QoS отличных

от используемых в обычных цифровых сетях:

Первый должен регулировать загрузку канала в зависимости от реальной

обстановки / пропускной способности канала, чтобы насколько это возможно

отдалить момент переключения на резервные трассы.

Второй при возникновении аварийной ситуации должен как своим, так и чужим

сигналам аналогичных приоритетов предоставлять преимущественные права

обслуживания перед своими сигналами более низких приоритетов.

Причем, например, чтобы обеспечить гарантированное функционирование систем SCADA или телефонии, необходимо расставлять уровни приоритетов не по-канально, а для всей сети, как единого целого. Тогда при аварийной ситуации чужие сервисы высших приоритетов могут полностью подменить свои сервисы более низких уровней, сохранив работоспособность важной системы управления/связи

© 2

007

АБ

Б Э

нерго

связь

. -

60




0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

10 20 30 40

Ухудшение состояния канала

Скоростьвканале, кБит/с Речь I-4

Речь II-3

Речь III-2

Данные-0

Данные-2

7.2

7.2

37.6

7.2

4.8

4.8

4.8

7.2

4.8

12.0

7.2

7.2

4.8

18.8

7.2

7.2

7.2

4.8

25.6

Системная авария

Чужие:

Речь I-1

Данные-0

© 2

007

АБ

Б Э

нерго

связь

. -

61




Измеренное время восстановления сети/нахождения резервного пути

алгоритмом Advanced Flood Search составило 10 секунд. Причем, в соответствие с

механизмом QoS, расширенным MLPP (Multi-Level Precedence and Pre-emption),

происходило следующее:

SCADA трафику выделялся высший приоритет. ICMP трафику (сетевой

менеджмент) – следующий. Служебной телефонии, АИИС КУЭ,

осциллографированию и мониторингу – низшие. Каждому из SCADA и ICMP

трафиков выделялось 10 кбит/с сетевого ресурса.

В зависимости от качества ВЧ тракта в сети использовались агрегатные

скорости ЦВЧ каналов: 64, 38.4 и 32 кбит/с (определялись АТМ

коммутатором), которые с учетом АТМ, FEC и Ethernet/IP преобразовывались

в информационные скорости 41.28, 20.64 и 15.2 кбит/с соответственно.

Наиболее критичным случаем являлся случай перехода с основного канала

64 кбит/с на резервный путь 32 кбит/с. Информационной скорости 15.2

кбит/с оказывалось недостаточно для обоих высоко приоритетных

трафиков: SCADA и ICMP. Поэтому в работе оставался SCADA трафик, а

ICMP переключался на резервный путь/канал до восстановления основного.

Оставшийся сетевой ресурс 5.2 кбит/с использовался низкоприоритетными

сервисами, например SNMP.

© 2

007

АБ

Б Э

нерго

связь

. -

62




Значительная часть недостатков ЦВЧ сети и используемых ею ресурсов

определяется необходимостью ее интеграции в Ethernet/IP сеть. Или в общем случае –

представлении ЦВЧ каналов/сети как цифровой «трубы».

Улучшить параметры ЦВЧ сети можно, либо полностью отказавшись от

поддержки Ethernet/IP, либо в Ethernet/IP использовать надстройки, уменьшающие

overhead протоколов (автору найти такое серийно выпускаемое оборудование не

удалось). Эффективность ЦВЧ каналов при этом, даже при использовании АТМ, может

возрасти до 85%.

FEC ATM Агрегатная

скорость n k Data Cell

Ethernet/IP Информационная

скорость

Эффективность

64000 198 182 48 53 12000 41278,44 64,5%

38400 261 245 48 53 12000 20645,41 53,76%

32000 261 245 48 53 12000 15204,51 47,51%

64000 198 182 48 53 0 53278,44 83,25%

38400 261 245 48 53 0 32645,41 85,01%

32000 261 245 48 53 0 27204,51 85,01%

Анализ наилучшего в настоящий момент технического решения построения ЦВЧ

сети (и, к сожалению, чрезвычайно дорогостоящего), показывает, что от 5 до 20%

времени эксплуатации такая сеть будет обслуживать только SCADA трафик.

Большинство остальных цифровых сервисов будет простаивать.

© 2

007

АБ

Б Э

нерго

связь

. -

63



дешевоПИК-фактор

В частности, в проводной и радио связи часто применяется значение Р1дБ, при

котором амплитудная характеристика отклоняется от линейной на 1 дБ. В ВЧ связи за

РЕР - пиковое значение выходной мощности – как правило, принимается мощность,

при которой суммарная величина любых искажений (SFDR) не превышает –(65 … 105)

дБ в зависимости от назначения и класса аппаратуры.

0

10

20

30

40

50

0 0,026 0,051 0,077 0,103 0,128 0,154 0,179 0,205 0,231 0,256 0,282 0,308 0,333 0,359 0,385 0,41 0,436

Pin [dB]

Po

ut

[dB

]

Pmax-out = 52

Pmax-out = 49

P0dB = 49

P0dB = 46

Рис. 1 Амплитудные характеристики ВЧ трактов передачи 46 и 49 дБм

etl600 - pbworksromvchvlcomm.pbworks.com/w/file/fetch/61026721/project_2008_4_… · 0 7 ь. -6...

Documents