BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN HỌC PHẦN HỆ THỐNG VIỄN THÔNG ĐỀ TÀI HỆ THỐNG THÔNG TIN VIBA

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG  BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN HỌC PHẦN HỆ THỐNG VIỄN THÔNG TÊN ĐỀ TÀI HỆ THỐNG THÔNG TIN VIBA Nghành Kỹ Thuật Điện Tử - Viễn Thông Chuyên nghành Điện Tử - Viễn Thông Sinh viên thực Võ Văn Phước 1951040075 DV19 Nguyễn Quốc Việt 1951040102 DV19 Đỗ Thành Công 1951040043 DV19 Lý Quang Huy 1951040056 DV19 Ngô Phước Tài 1951040079 DV19 TP HỒ CHÍ MINH – NĂM 2022 Mục Lục LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: Giới thiệu hệ thống viba 1.1 Băng tần viba 1.2 Vi ba gi ? 1.3 Tác động vi sóng sức khỏe 1.4 Khái niệm hệ thống viba? 10 1.6 Ưu nhược điểm hệ thống viba 11 1.7 Các ứng dụng hệ thống viba 12 Chương : Các thành phần hệ thống viba 13 2.1 Khối phát 13 2.2 Trạm lặp trung gian 14 2.3 Khối thu 17 Chương : Phân tích yếu tố đặc điểm, đặc trưng hệ thống thông tin viba 18 3.1 Đặc điểm hệ thống thông tin viba 18 3.2 Đặc trưng hệ thống viba 20 Chương : Fading vô tuyến 26 4.1 Fading thông tin vô tuyến 26 4.2 Phân loại Fading 27 4.3 Line of Sight (LOS) 29 4.4 Miền Fresnel 29 4.5 Các nhân tố ảnh hưởng đến truyền lan sóng vơ tuyến 32 Chương : Quy trình thiết kế hệ thống thông tin Viba 33 5.1 Tiêu chuẩn thiết kế khoảng hở 33 5.2 Các bước hiết kế hệ thống viba 34 KẾT LUẬN 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO 43 LỜI NÓI ĐẦU Với xã hội đại ngày , hệ thống thông tin số phát triển mạnh mẽ toàn giới thay hầu hết hệ thống thông tin analog Ở nước ta , nói gần tất hệ thống chuyển mạch truyền dẫn ngành truyền thông số hóa Cùng với phát triển mạnh mẽ hệ thống thông tin khác thông tin di động , cáp quang , thông tin vệ tinh thơng tin vi ba tiếp tục đóng vai trò quan trọng phát triển ngày hồn thiện với cơng nghệ cao đáp ứng địi hỏi khơng mặt kết cấu mà mặt truyền dẫn , xử lý tín hiệu , bảo mật thông tin Là sinh viên , việc thiết kế tuyến truyền Vi ba số giúp cho chúng em có thêm kỹ tư , thực tế , từ củng cố mở rộng kiến thức chuyên ngành học trưởng , đặc biệt khả tính tốn phân tích xử lý số liệu phủ hợp với thực tế Mặc dù nhóm cố gắng vốn kiến thức có hạn nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót định , em mong nhận bảo đóng góp ý kiến thầy cô giáo khoa Điện tử bạn Qua , nhóm xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo TS Đồn Văn Đổng tận tình giúp đỡ hướng dẫn em hoàn thành báo cáo CHƯƠNG 1: Giới thiệu hệ thống viba LỊCH SỬ VỀ THƠNG TIN VƠ TUYẾN • Guglielmo Marconi phát minh truyền thơng tin qua sóng vơ tuyến, năm 1896: • Mã hóa tín hiệu vào tín hiệu tương tự • Gửi sóng vơ tuyến qua biển Đại Tây Dương • 1914: Hệ thống thoại truyền sóng vơ tuyến • 1960: Hệ thống thông tin vệ tinh • Hiện tại: Thông tin vệ tinh, thông tin vi ba, mạng truy cập vô tuyến (Wifi), thông tin di động, thông tin phát – truyền hình quảng bá, ect… 1.1 Băng tần viba Phổ vi ba thường xác định lượng điện từ có tần số khoảng từ GHz đến 1000 GHz, trước bao gồm tần số thấp Những ứng dụng vi ba phổ biến khoảng đến 40 GHz Băng tần vi ba xác định theo bảng sau: Ký hiệu Dải tần Ký hiệu Dải tần Băng L đến GHz Băng Q 30 đến 50 GHz Băng S đến GHz Băng U 40 đến 60 GHz Băng C đến GHz Băng V 50 đến 75 GHz Băng X đến 12 GHz Băng E 60 đến 90 GHz Băng Ku 12 đến 18 GHz Băng W Băng K 18 đến 26 GHz Băng F Băng Ka 26 đến 40 GHz Băng D 75 đến 110 GHz 90 đến 140 GHz 110 đến 170 GHz 1.2 Vi ba gi ? Vi ba sóng điện từ có bước sóng dài tia hồng ngoại, ngắn sóng radio Vi ba cịn gọi sóng tần số siêu cao (Super High Frequency), có bước sóng khoảng từ 30 cm (tần số GHz) đến cm (tần số 30 GHz) Tuy vậy, ranh giới tia hồng ngoại, vi ba sóng radio tần số cực cao (Ultra High Frequency) tuỳ ý thay đổi lĩnh vực nghiên cứu khác Sóng viba có tác dụng Các ứng dụng phổ biến nằm phạm vi từ đến 40 GHz Sóng vi ba phù hợp với tín hiệu truyền khơng dây (giao thức LAN khơng dây, Bluetooth) có băng thơng cao Sóng vi ba thường sử dụng hệ thống radar radar sử dụng xạ vi sóng để phát phạm vi, khoảng cách đặc điểm khác thiết bị cảm biến đo mức chất lỏng, cảm biến radar ứng dụng băng thông rộng di động Cơng nghệ vi sóng sử dụng radio để phát sóng viễn thơng truyền dẫn bước sóng nhỏ chúng, sóng định hướng nhỏ thực tế so với bước sóng dài (tần số thấp hơn) trước truyền dẫn cáp quang Sóng vi ba thường sử dụng điện thoại để liên lạc đường dài Một số ứng dụng khác sóng viba sử dụng phương pháp điều trị y tế; sóng viba sử dụng để sấy khô bảo dưỡng sản phẩm, hộ gia đình để nấu chín thức ăn (lị vi sóng) 1.3 Tác động vi sóng sức khỏe Do vi ba sóng điện từ có tần số dao động trùng với tần số cộng hưởng nhiều phân tử chất hữu có sinh vật, dẫn đến phân tử hữu hấp thụ vi sóng mạnh Nó làm cho phân tử protein bị biến tính, tức thay đổi số liên kết cấu trúc phân tử Trong lị vi sóng q trình biến tính xảy trước phát sinh nhiệt làm chín thức ăn Sự biến tính protein diễn theo mức độ khác nhau, tùy theo cường độ thời gian bị vi sóng tác động, gọi bỏng vi sóng, phần lớn khó nhận thấy theo cảm giác: - Ở mức nhẹ protein biến tính tham gia vào hoạt động sống tế bào Nếu phân tử protein DNA gây lỗi di truyền, phân bào sau tạo "tế bào lạ" dẫn đến ung thư - Ở mức nặng phân tử protein bị coi chết, tế bào phải đào thải - Nếu số phân tử biến tính chết nhiều vượt khả xử lý tế bào tế bào chết Cơ thể dọn dẹp tế bào chết mơ cịn sống - Khi số tế bào chết nhiều, dẫn đến tắc mạch máu, mô nguồn máu nuôi dưỡng, mơ chết Đó trạng thái bỏng thật ta nhận biết 1.4 Khái niệm hệ thống viba? ▪ Kết nối viba (Microwave link) hệ thống thông tin điểm cố định sóng vơ tuyến có hướng tính cao nhờ an ten định hướng ▪ Có dạng viba : viba tương tự viba số ▪ Nếu đường truyền xa gặp chướng ngại vật , người ta sử dụng trạm chuyển tiếp (Repeater) thu nhận tín hiệu , khuếch đại , tái phát lại 1.5 ĐẶC ĐIỂM CỦA VI BA SỐ • Hệ thống vi ba số hệ thống thông tin vô tuyến số sử dụng đường truyền dẫn số phần tử khác mạng vô tuyến • Các đường trung kế số nối tổng đài số • Các đường truyền dẫn nối tổng đài • Các đường truyền dẫn nối th bao với tổng đài tổng đài vệ tinh • Các tập trung th bao vơ tuyến • Các đường truyền dẫn hệ thống thông tin di động để kết nối máy di động với mạng viễn thông 10 4.2.4 Fadinh chậm - Do ảnh hưởng vật cản đường Khắc phục Tính tốn độ dự trữ fading chậm: theo đường cong mật độ xác suất fading che khuất 4.3 Line of Sight (LOS) Là biến thiên độ khúc xạ, nhiễn xạ, phản xạ, nguyên nhân chủ yếu dẫn đến tượng truyền dẫn đa đường mà kết tổn hao tín hiệu sóng 4.4 Miền Fresnel Miền fresnel miền gồm hinh elip đồng tâm xung quanh đường LOS.Các đối tượng miền fresnel cây, đỉnh đồi, tịa nhà nhiễu xạ phản xạ tín hiệu từ thiết bị nhận làm thay đổi RF LOS - Lý thuyết Vùng Fresnel lấy đường lên kết vô tuyến trực tiếp hai thiết bị mạng vô tuyến hoạt động với điểm A B đầu không gian ba chiều xung quanh đường liên kết ảnh hưởng đến tín hiệu đóng góp tới điểm nhận cuối 29 - Một số sóng tín hiệu truyền trực tiếp dọc theo tuyến đường từ A đến B sóng khác truyền lệch khỏi đường liên kết thẳng tuyến đường lệch trục, dẫn đến tuyến truyền dẫn chúng có khoảng cách dài gây dịch pha chùm sóng khác Bằng cách đưa khái niệm giải thích áp dụng số tính tốn cho phát rằng, có vùng hình vịng elip nằm xung quanh đường liên kết AB trực tiếp mà có ảnh hưởng đến cường độ tín hiệu truyền đến trạm nhận - Để tính tốn Vùng Fresnel cho mạng vơ tuyến bạn, thiết lập đường RF LoS (Line-of-Sight), đường liên kết theo phương diện sóng vơ tuyến trực tiếp, theo tầm nhìn thẳng anten trạm phát anten trạm thu (hoặc trạm thu phát) Phương trình tổng qt để tính bán kính vùng Fresnel điểm P điểm đầu cuối liên kết vơ tuyến phương trình sau đây: Trong đó: • Bán kính vùng Fresnel thứ n (m) • Khoảng cách điểm P đến điểm A (m) • Khoảng cách điểm P đến điểm B (m) • Bước sóng tín hiệu (m) 30 - Bán kính vùng Fresnel giá trị cao (khoảng cách lớn nhất) điểm trung tâm RF LoS ứng dụng thực tế việc quy hoạch mạng vơ tuyến, hữu ích để biết bán kính tối đa vùng Fresnel - Do đó, khoảng cách điểm A B tới điểm P giống hệt cách chuyển đổi giá trị bước sóng sang tần số tín hiệu có sau: λ= 𝒄 𝒇 𝒅𝟏 = 𝒅𝟐 𝒅𝒐 𝒅𝟏 = 𝒅𝟐 = D - Do đó, giá trị tần số khoảng cách tổng cộng chuyển đổi tương ứng thành GHz km, phương trình cho bán kính tối đa vùng Fresnel tính theo cách sau đây: 𝑫 𝒓 = 𝟖 𝟔𝟓𝟕√ 𝒇 31 4.5 Các nhân tố ảnh hưởng đến truyền lan sóng vơ tuyến Suy hao truyền lan không gian tự Ảnh hưởng pha ding mưa Sự can nhiễu sóng vơ tuyến Thơng thường nhiễu xảy có thành phần can nhiễu bên ngồi trộn lẫn vào sóng thơng tin Sóng can nhiễu trùng khơng trùng tần số với sóng thơng tin Chẳng hạn hệ thống Viba số sử dụng bị ảnh hưởng can nhiễu từ hệ thống vi ba số lân cận nằm khu vực, có tần số sóng vơ tuyến trùng gần tần số hệ thống này, ngồi cịn bị ảnh hưởng trạm mặt đất hệ thống thông tin vệ tinh lân cận 32 Chương : Quy trình thiết kế hệ thống thơng tin Viba 5.1 Tiêu chuẩn thiết kế khoảng hở Khoảng hở đường truyền F định nghĩa khoảng an toàn đường truyền sóng tính từ giới hạn miền Fresnel thứ tới điểm vật cản cao Như thiết kế tuyền viba số đảm bảo cho độ cao anten vừa đủ trường hợp độ lồi mặt đất xấu anten thu không đặt vùng nhiễu xạ Khi đường truyền trực tiếp anten thu phát cần khoảng hở thích hợp (F = αFi) vật chắn để đảm bảo điều kiện lan truyền không gian tự Do sử dụng báo cáo 338-5 CCIR khuyến nghị ta cần tính tốn độ cao anten trường hợp F = 60%Fi Bước 1: Nghiên cứu dung lượng địi hỏi Bước 2: Chọn băng tần vơ tuyến để sử dụng Bước 3: Sắp xếp kênh RF Bước 4: Quyết định tiêu chuẩn thực Bước 5: Chọn vị trí tính tốn đường truyền Bước 6: Cấu hình hệ thống Bước 7: Sắp xếp bảo trì Bước 8: Các tiêu chuẩn kĩ thuật Bước 9: Đo thử hệ thống viba 33 5.2 Các bước hiết kế hệ thống viba BƯỚC NGHIÊN CỨU DUNG LƯỢNG ĐỊI HỎI Trong việc thiết kế hệ thống thơng tin Viba, việc tìm hiểu kĩ dung lượng cần thiết quan trọng Nó tảng cho định quan trọng phần sau, nên: Phải ý đến dung lượng phát phát triển vòng 10 15 năm tới dung lượng cần thiết Việc dự đoán dựa vào điểm sau: - Dựa vào đặc điểm phát triển dân số - Đặc điểm vùng (thành phố, nông thôn, vùng nông nghiệp…) - Tỷ lệ phát triển hoạt động kinh tế - Tốc độ cải thiện điều kiện sống tương lai - Hệ thống phải thiết kế phép nới rộng thêm tương lai - BƯỚC - CHỌN BĂNG TẦN SỐ VÔ TUYẾN SỬ DỤNG Đối với ứng dụng kỹ thuật Viba, băng tầng hoạt động nằm khoảng từ 1GHz đến 15GHz Trong tần số vơ tuyến cấp phát cho dịch vụ xác định qui định luật vô tuyến Chúng ta quan tâm đến dải tần từ 5800MHz - 6425MHz 7900MHz - 8100MHz Luật vô tuyến mơ tả luật cấm đốn hệ thống trạm mặt đất sử dụng băng tần số này, chúng chia băng tần với dịch vụ liên lạc vệ tinh Trong trường hợp công suất xạ hiệu 34 dụng máy phát anten hệ thống L/S không vượt 55 dBw công suất đưa đến anten không vượt 13dBw Các yếu tố quan trọng việc gán định tần số bao gồm dung sai tần số băng thông phát xạ Luật vơ tuyến khơng có tiêu chuẩn bắt buộc băng thông Tuy nhiên dung sai tần số máy phát hoạt động vùng sóng Viba nên 300*10-6 cho máy phát có cơng suất 100W 100*10-6 cho máy phát có cơng suất 100W Bảng 2.2.1 Các băng tần số cấp phát FCC cho hệ thống Viba số BƯỚC SẮP XẾP CÁC KÊNH RF Sự xếp kênh RF phần quan trọng việc thiết kế hệ thống Nó đặc biệt quan trọng cho hệ thống vô tuyến chuyển tiếp Vì mức khác biệt tín hiệu vơ tuyến ngõ vào ngõ trạm lặp thay đổi từ 60 - 80 dB việc sử dụng tần số vô tuyến ngõ ngõ vào gây tượng giao thoa động phản hồi 35 Sắp xếp kênh RF Sự phân bố kênh thể hình bên Trong đó: ZS: băng tầng phịng vệ rìa băng XS: khoảng cách cực tiểu băng tầng vô tuyến cạnh YS: khoảng cách cực tiểu tần số phát thu Bảng sau liệt kê giới thiệu CCIR xếp kênh RF cho hệ vô tuyến chuyển tiếp cho mạch quốc tế: 36 BƯỚC QUYẾT ĐỊNH TIÊU CHUẨN THỰC HIỆN Các tiêu chuẩn kỹ thuật phân loại sau: - Tiêu chuẩn hành - Mục tiêu thiết kế (cho nhà thiết kế thiết bị) - Mục tiêu thiết kế (cho nhà thiết kế hệ thống) - Sự vận hành hay mục tiêu bảo dưỡng Các mục tiêu giống khác chúng có nhiều liên hệ với Đầu tiên có tiêu chuẩn cho tần số RF luật vô tuyến (Radio Regulations) thiết lập hiệp hội liên hệ quốc tế Trong việc chọn băng tần số RF việc thiết kế trạm vô tuyến mặt đất sử dụng băng tần với hệ thống liên lạc vệ tinh, Ta xét đến tiêu chuẩn CHỌN VỊ TRÍ Các thủ tục chọn vị trí phân loại thành bước sau - Phác họa vài tuyến thực đồ - Khảo sát vị trí - Thử nghiệm truyền dẫn cần thiết - Quyết định vị trí sử dụng BƯỚC 37 CẤU HÌNH HỆ THỐNG Dạng hệ thống Viba điểm nối điểm có cấu hình đơn giản khơng dùng hệ thống dự phịng sau: BƯỚC KẾ HOẠCH BẢO TRÌ Độ tin cậy hệ thống có mối quan hệ mật thiết với cơng tác bảo trì hệ thống cơng việc bảo trì thực tế quan trọng Cơng việc bảo trì chia thành hai loại: a/ Bảo trì định kỳ Cơng việc bảo trì định kỳ cho hệ thống thường gồm công việc sau: - Sơn sửa lại tháp anten, từ 2-3 năm tiến hành sơn sửa lại tháp lần để chống rỉ sét - Kiểm tra hệ thống Feeder thiết bị năm lần đặc biệt phải kiểm tra phận khí thiết bị b/ Bảo trì sửa chữa có hư hỏng Kế hoạch bảo trì có hư hỏng thiết bị phải tiến hành thay sửa chữa thiết bị bị hư hỏng thời điểm nào, mục đích loại bảo 38 trì làm cho hoạt động tuyến liên tục bảo đảm xác suất gián đoạn mạch thấp BƯỚC CÁC TIÊU CHUẨN KỸ THUẬT Tháp anten Cấu trúc tháp, tháp, sơn sửa phương tiện phục vụ (thang, đèn, Các đòi hỏi chung (chiều cao nhỏ nhất, khả gắn anten, loại tháp, độ bền) Nguồn cung cấp Trạng thái hoạt động nguồn cung cấp nguồn điện thương mại có sẵn hai trạm có sử dụng máy phát dự phịng có chuyển mạch tự động Ngưõng điện áp làm việc 220 Volts 5%AC Nguồn AC phải nắn lọc cho mức điện áp DC 24V-48V cung cấp cho thiết bị Có sử dụng bình ắc quy để cung cấp nguồn điện DC Độ lệch tần số Nằm ngưỡng cho phép quyền địa phương chấp nhận Trung tần IF Đối với tần số trung tần CCIR giới thiệu có tiêu chuẩn sau: a/ Giá trị trung tần IF 35MHz cho tần số vô tuyến đến GHz 39 70MHz cho tần số vô tuyến lớn GHz b/ Các điện áp ngõ ngõ vào tín hiệu IF Ngõ ra: 0.5 Vrms Ngõ vào: 0.3Vrms Băng gốc Thực truyền dẫn hai luồng tín hiệu số 2Mbit/s Các kênh phục vụ Các kênh phục vụ điện thoại nên có khả truyền băng tần từ 300Hz đến 3400Hz BƯỚC ĐO THỬ HỆ THỐNG VIBA Đo trạm Để thực đo số liệu, ta cần chuẩn bị thiết bị đo cần sử dụng để đo trạm, danh sách thiết bị bao gồm: - Đồng hồ đo vạn số - Đồng hồ đo công suất siêu cao tần - Đầu công suất cho đồng hồ siêu cao tần - Bộ chuyển tiếp - Máy phân tích phổ - Bộ suy giảm đồng trục 40 - Máy đếm tần số - Nguồn tín hiệu - Bộ suy giảm biến đổi - Máy đo truyền dẫn - Bộ tạo sóng mẫu Digital - Bộ phát lỗi Digital - Bộ phân tích biên độ tự động - Các ghép đối ngẫu xác - Các tách sóng - Máy sóng - Các máy vô tuyến xách tay 41 KẾT LUẬN Hệ thống vi ba số hệ thống sử dụng sóng điện từ tần số cao để truyền dẫn thông tin số Chất lượng độ ổn định không tốt hệ thống truyền dẫn dùng cáp kim loại cáp quang tuyến vi ba tiện lợi để truyền dẫn nơi có địa hình phức tạp, khó triển khai hệ thống truyền dẫn cáp,đặc biệt hệ thống truyền tin khác gặp cố thiên tai hệ thống vi ba số thay hữu hiệu 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Vệ tinh https://danvienthong.blogspot.com/2011/11/e-cuong-on-tapviba-ve-tinh.html [2] VIỄN THƠNG PRO https://vienthongpro.blogspot.com/2015/04/phan-tap-tanso-va-phan-tap-khong-gian.html [3] Sóng viba gì? Sóng viba có hại khơng? https://thietbikythuat.com.vn/songviba/ [4] Giáo trình Hệ thống viễn thơng 2_Phần - ĐH Giao thông vận tải TP.HCM [5] Kĩ thuật viba số https://www.slideshare.net/hiepgaf/ky-thuat-viba-so-hoangquang-trung 43