bài tập lớn thông tin quang mô phỏng và khảo sát hệ thống thông tin viba

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN HỆ THỐNG VIỄN THÔNG Đề tài Mô phỏng và khảo sát hệ thống thông tin vi ba Giảng viên hướng dẫn PGS TS Nguyễn Hoàng Hải.Trong thời đại bùng thông tin và phát triển xã hội như hiện nay thì việc giao lưu mọimặt giữa các quốc gia trên thế giới, các khu vực hay đơn giản chỉ là các vùng trên cùngmột lãnh thổ là rất cần thiết. Việc giao lưu đó có thể diễn trên nhiều phương thức như:thông tin vệ tỉnh, thông tin quang, hay thông tin vi ba số. Xong, truyền bằng sóng vô tuyếntrên các đường vi ba giữ một vai trò quan trọng, và đựơc sử dụng ở nhiều lĩnh vực khácnhau: phát thanh, truyền tin, an ninh, đồng bộ hay dự phòng...

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ- VIỄN THÔNG ***** BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN HỆ THỐNG VIỄN THƠNG Đề tài: Mơ khảo sát hệ thống thông tin vi ba Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Hồng Hải Mã lớp học: 129258 Nhóm sinh viên thực hiện: STT Họ tên MSSV Trần Minh Nghĩa (Leader) 20172721 Trương Minh Hiếu 20172554 Trần Việt Long 20182669 Dương Thị Mai Liên 20182635 Trần Trường Độ 20182424 Vũ Minh Vương 20182899 Hà Nội, 1/2022 Lời mở đầu Trong thời đại bùng thông tin phát triển xã hội việc giao lưu mọi mặt quốc gia giới, khu vực hay đơn giản vùng lãnh thổ cần thiết Việc giao lưu diễn nhiều phương thức như: thông tin vệ tỉnh, thông tin quang, hay thơng tin vi ba số Xong, truyền sóng vơ tuyến đường vi ba giữ vai trò quan trọng, đựơc sử dụng nhiều lĩnh vực khác nhau: phát thanh, truyền tin, an ninh, đồng hay dự phịng Ưu điểm bật hình thức thơng tin sóng ngắn hay vi ba số đơn giản chất lượng đảm bảo Nhưng nhược điểm hình thức thơng tin khơng ổn định chịu nhiều ảnh hưởng môi trường, đặc biệt phađinh (fading) Do mà việc thiết kế tuyến vi ba địi hỏi phải cụ thể xác Là sinh viên, việc thiết kế tuyến truyền vỉ ba số đã giúp cho em có thêm kỹ tư kỹ thực tế, từ giúp chúng em củng cố mở rộng kiến thức chuyên ngành, đặc biệt khả tính tốn, phân tích xử lý số liệu phù hợp với thực tế Bài thiết kế chia làm hai phần chính: - Phần lý thuyết: nêu lên yêu cầu thiết kế trình tự thực thiết kế tuyến - Phần thiết kế: Nêu tính toán thực tế kiểm tra chất lượng đường truyền Chúng em đã cố gắng tìm hiểu hồn thành sản phẩm, nhiên kết trình báo cáo cịn nhiều điểm thiếu xót Chúng em mong nhận góp ý, nhận xét thầy bạn để hồn thiện lần sau Qua đây, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Nguyễn Hoàng Hải hướng dẫn, trao đổi giải đắp thắc mắc giúp chúng em hoàn thành tốt tập MỤC LỤC A LÝ THUYẾT Mục tiêu yêu cầu 1.1 Mục tiêu kỹ thuật 1.2 Mục tiêu kinh tế 1.3 Tính tốn thông số: Các bước việc thiết kế truyền dẫn 3 Tính tốn tham số ảnh hưởng tham số đường truyền 3.1 Tính tốn nhân tố ảnh hưởng đến đường truyền 3.2 Tính tốn tham số tuyến B MÔ PHỎNG Công cụ thiết kế: Phần mềm thiết kế PathLoss 1.1 Chức phần mềm thiết kế PathLoss 1.2 Cơ sở lý thuyết dùng phần mêm thiết kế PathLoss Thiết kế tuyến sử dụng phần mềm PathLoss 2.1 Giới thiệu tuyến thiết kế 2.2 Hình ảnh tuyến thiết kế C KẾT LUẬN 21 A LÝ THUYẾT Mục tiêu yêu cầu Khi thiết kế tuyến truyền dẫ vi ba số cần đảm bảo tiêu kỹ thuật tuyến đặt ra, đáp ứng yêu cầu phục vụ đảm bảo tính kinh tế 1.1 Mục tiêu kỹ thuật Đảm bảo tiêu chuẩn kỹ thuật theo CCITR, tức thời gian gián đoạn cho phép Theo, đó, xác suât lỗi bít cho phép tuyến truyền vi ba số BER< 102 với tuyến đài nhỏ 280 km Độ khả dụng Av hệ thông (tức khả công tác hệ thống) đảm bảo thiết kế: - 99,98 % thời gian làm việc tốt Cụ thể như: Nếu liên lạc thoại tháng khơng có q 30 thoại bị gián đoạn Với hệ kỳ hệ thống kỹ thuật tuân thủ theo quy luật tương tác phí đầu tư hiệu sản xuất qua chất lượng sản phẩm Hệ thống viễn thông Nếu tỷ số BER mà thấp chất lượng dịch vụ tăng, phí đầu vào cao Vậy mục đích kinh tế đầu tiên thiết kế tuyến có chất lượng cao mà phí hợp lý 1.2 Mục tiêu kinh tế Do vậy, người thiết kế phải tính tốn xác thơng số kỹ thuật theo tiêu chuẩn quy định, tính tốn đến mục đích sử dụng hệ thống tình hình tài đơn vị thi cơng, để từ lựa chọn thiết bị cho phù hợp, nhằm tránh lãng phí đạt hiệu suất cao Việc thiết kế tuyên vi ba sô xung quang khu vực thành phố Vinh, Nghệ An cần thiết, kết nối thơng tin liên lạc tỉnh nhằm phủ sóng rộng, đáp ứng nhu cầu nhân dân Tuy nhiên việc lắp đặt trạm khó khăn địa hình phức tạp có số khu vực đơng dân Vì vậy, việc tính tốn chi phí tiết tận dụng điều kiện đã có 1.3 Tính tốn thơng số: - Tính tốn đường truyền dẫn - Tính tốn tiêu chất lượng - Tính tốn tiêu chất lượng - Lắp đặt thiết bị, anten, đưa hệ thống vào hoạt động thử nghiệm để kiểm tra Các bước việc thiết kế truyền dẫn Do việc chọn vị trí xác định tần số đã đề cập sẵn danh sách trạm cần mô khảo sát nên tập trung vào bước sau để thiết kế mô hệ thống truyền dẫn: - Bước 1: Tính độ cao anten Trong bước này, ta lựa chọn giá trị hệ số bán kính tương đương Trái đất độ lớn khoảng hở đường truyền tương ứng với phần trăm miền Fresnel thứ theo hướng dẫn cho khuyến nghị ITU-R P.530.8 cho phần sau để tính độ cao anten - Bước 2: Lựa chọn thiết bị Công việc đã tính độ cao anten lựa chọn thiết bị sử dụng anten, máy phát vô tuyến, loại cáp… Việc lựa chọn dựa đặc tính dung lượng, cấu hình thiết bị, tần số sử dụng, phương pháp điều chế… - Bước 3: Thiết kế Đây bước tính tốn giá trị tăng ích suy hao hệ thống dựa sở tính tốn, lựa chọn từ hai bước đặc điểm khu vực mà đường truyền qua Từ giá trị thu người thiết kế định lựa chọn đường truyền có thơng số đáp ứng yêu cầu thiết kế đề 3 Tính tốn tham số ảnh hưởng tham số đường truyền 3.1 Tính tốn nhân tố ảnh hưởng đến đường truyền Cơng suất tín hiệu truyền trạm phát trạm thu bị suy hao đường truyền Sự mát công suất yếu tố gây nhiễu đường truyền: + Độ dự trữ fadinh phăng: tác động fadinh làm thay đôi mức ngưỡng thu máy thu, bị ảnh hưởng fadinh phẳng máy thu nhận tín hiệu yếu từ đường truyền làm gián đoạn thông tin Độ dự trữ fadinh phẳng Fm (dB) liên quan đến mức tín hiệu thu khơng fadinh W0 (dB) mức tín hiệu thu thực tế thấp W(dBm) trước lúc hệ thống khơng cịn hoạt động tính theo biểu thức: Fm = 10lg(W0/W) [dB] + Fadinh lựa chọn: chủ yêu ảnh hưởng đến hệ thống viba số có dung lượng trung bình (34Mb/s) dung lượng cao (140Mb/S) + Suy hao mưa: với fadinh ảnh hưởng truyền lan chủ yếu tuyến vơ tuyến tầm nhìn thẳng mặt đất làm việc tần sô dải tân GHz Tiêu hao mưa tăng nhanh theo tăng tần số sử dụng đặc biệt với tần số 35GHz thường suy hao nhiều, đề đảm bảo khoảng cách lặp phải nhỏ 20Km 3.2 Tính tốn tham số tuyến Các tham số sử dụng trong, tính tốn đường truyền: mức suy hao không gian tự do, công suất phát, ngưỡng thu, suy hao thiết bị có vai trị quan trọng để xem xét tuyến có hoạt động hay khơng hoạt động mức tín hiệu + Tổn hao không gian tự (Free space loss) (A0): tổn hao lớn cần phải xem xét Đây tổn hao sóng vơ tuyến lan truyền từ trạm đến trạm môi trường khơng gian Và tính theo cơng thức: A0 = 92.5 + 20lg(f) + 20lg(d) [dB] Với: f tần số sóng mang (GHz), d độ dài tuyến (km) + Tổn hao phi (feeder): Khi tính tốn suy hao phải vào mức suy hao chuẩn cho trước nhà cung cấp thiết bị VD: Feeder sử dụng loại WC 109 có mức suy hoa tiêu chuẩn 4.5dB/100m cộng với 0.3dB suy hao vòng tròng để chuyển tiếp ống dẫn sóng + Tổn hao rẽ nhánh: Tổn hao cho nhà cung cấp thiết bị Mức tổn hao thường khoảng (2 – 8) dB + Tổn hao hấp thụ khí quyển: Khi tính tốn mức suy hoa dựa theo tiêu đã khuyến nghị nước Châu Âu Chẳng hạn hệ thống thông tin vô tuyến 18 38 GHz mức suy hao chuẩn Lsp0 khuyến nghị vào khoảng 0,04dB/km – 0,19dB/km tổn hao tồn tuyến truyền dẫn xác định bằng: Lsp = Lsp0 * d Với: d khoảng cách truyền tính km B MƠ PHỎNG Cơng cụ thiết kế: Phần mềm thiết kế PathLoss 1.1 Chức phần mềm thiết kế PathLoss PathLoss công cụ thiết kế đường truyền vô tuyến hoạt động khoảng tần số từ 30 MHz đến 100 GHz Pathloss có module thiết kế, module vùng phủ sóng tín hiệu, module network cho phép kết hợp việc phân tích tuyến truyền với đồ số Việc lựa chọn làm việc với module lựa chọn từ menu module menu Các chức module sau: - Module tóm tắt: Nhập thơng tin đường truyền, bước tính tốn thực để tính mức tín hiệu thu - Module liệu địa hình: Như tên gọi module dùng để tạo thơng tin địa hình địa hình đường truyền hai trạm - Module anten: Người thiết kế nhập thông số xác định độ cao anten nhằm thiết lập khoảng hở thích hợp với hệ số bán kính trái đất tương đương K, bán kính miền Fresnel thứ điều kiện độ cao anten - Module Worksheet: Phân tích tính tốn thông số đường truyền cuối - Module Đa đường: Các kỹ thuật bám theo đường sóng sử dụng để phân tích đặc tính phản xạ đánh giá điều kiện truyền dẫn bất thường đường truyền - Module Phản xạ: Phân tích thay đổi mức tín hiệu thu đường truyền có phản xạ - Module Nhiễu xạ: Áp dụng cho đường truyền có vật cản với thuật tốn xác định nhiễu xạ là: TIREM, NSMA, PathLoss - Module vùng phủ: Phân tích vùng phủ sóng qua dư liệu địa hình - Module Network: Cung cấp giao diện địa lý làm cho việc thiết kế đường truyền hai trạm dễ dàng Chức làm công việc thiết kế đơn giản cách đáng kể thiết kế cho dự án lớn Tính tốn nhiễu hệ thống tính tốn module 1.2 Cơ sở lý thuyết dùng phần mêm thiết kế PathLoss Trong phần mềm PathLoss, việc tính tốn dựa số khuyến nghị khác ITU-R, khuyến nghị P.530-9 hay P.530-8 Việc lựa chọn cách tính tốn dựa sở phụ thuộc vào việc người thiết kế có đủ cơng cụ cần thiết hay khơng Nếu có đồ số có độ xác cao, lựa chọn phương pháp tính tốn dựa khuyến nghị ITU-R p.530-9 Khi đó, việc tính tốn phần mềm tính tự động kết xác cao Nếu khơng có đồ số đạt độ xác cao, phải chọn cách tính theo khuyền nghị ITU-R P.530-8, người thiết kế phải thiết lập đặc tính đặc điểm địa hình, lượng mưa theo khảo sát thực tế Lựa chọn cở sở tính tốn phần lựa chọn phương pháp tính độ tin cậy reliability method module worksheet Thiết kế tuyến sử dụng phần mềm PathLoss 2.1 Giới thiệu tuyến thiết kế Các tuyến thiết kế bao gồm tuyến đường trục khu vực miền Trung Có tuyến chủ yếu là: - Tuyến PDH: tuyến đường truyền dùng tần số 7GHz 15GHz thường tuyến ngắn khu vực có nhiều trạm BTS dùng tần số 15GHz, cịn nơng thơn khoảng cách trạm xa dùng tần số 7GHz - Tuyến SDH: tuyến đường truyền dùng tần số 8GHz Với tuyến đã đề yêu cầu chọn lựa thiết kế mức 15GHz BTL nhóm em chọn tuyến PDH để mô Mô hình mạng truyền dẫn hệ thống thơng tin di động Các thiết bị truyền dẫn viba dùng thiết kế thiết bị hãng NEC, anten Andrew Thiết bị vơ tuyến NEC có nhiều dịng sản phẩm với dung lượng tần số hoạt động khác Trong thiết kế này, sử dụng thiết bị Pasolink cho đường truyền PDH dung lượng nhỏ, Pasolink+ với đường truyền SDH dung lượng lớn Tần số dung lượng thiết bị truyền dẫn viba Pasolink 2.2 Hình ảnh tuyến thiết kế Thiết kế bao gồm 11 đường link, 11 PDH tuyến dùng tần số 15Ghz Hình ảnh mạng chế độ map grid Trong module Network Hình ảnh network chèn đồ địa hình Các bước thiết kế: Bước 1: Dựa vào thông tin khảo sát thực tế vị trí đặt trạm, tạo file csv Micrsoft Excel gồm có thông tin cột lần lượt là: tên trạm, vĩ độ, kinh độ, call sign trạm SiteName NA_VIH_PHUONG_HOANG NA_HNN_HUNG THINH NA_HNN_HUNG_MY NA_VIH_VINH_VTN NA_NDN_KHANH_SON_2 NA_HNN_HUNG_LOI NA_HNN_HUNG_CHAU NA_VIH_NGHI_PHU NA_VIH_DAI_LO_3_2 NA_VIH_HUNG_LOC NA_NLC_NGHI_DUC NA_CLO_CUA_LO_2 NA_NLC_NGHI_XUAN Latitude Longitude 18 39 24.50 N 105 41 47.40 E 18 38 29.80 N 105 40 16.30 E 18 38 47.80 N 105 38 54.20 E 18 40 10.20 N 105 40 57.00 E 18 37 53.76 N 105 31 17.76 E 18 37 33.24 N 105 40 56.64 E 18 36 04.32 N 105 39 55.80 E 18 42 41.76 N 105 41 04.20 E 18 41 05.64 N 105 41 34.80 E 18 41 49.92 N 105 42 48.24 E 18 43 54.84 N 105 41 23.64 E 18 46 57.72 N 105 44 11.40 E 18 45 03.24 N 105 44 01.32 E Bước 2: Từ file csv đã tạo ra, dùng chức nhập liệu site từ file text Pathloss Ta có site list đồ vị trí trạm 10 Danh sách site thành lập Bước 3: Tiếp theo link connectivity frequency planning Trong bước này, xác định liên kết chọn liên kết thích hợp khoảng cách truyền ngắn, phân bố dung lượng hợp lý, chọn đường truyền bị cản nhất… Dựa vào yêu cầu dung lượng dải tần số hoạt động nhà cung cấp dịch vụ, lựa chọn thiết bị truyền dẫn thích hợp tính tốn thông số đường truyền cho độ khả dụng đạt 9,9999% Với tần số sử dụng, tính nhiễu trạm với Việc tính tốn thực Network module Dưới giao diện thiết kế đường truyển PDH NA_VIH_PHUONG_HOANG - NA_VIH_HUNG_MY dùng băng tần 15GHz dung lượng đường truyền STM-1 Summary Module 11 Bảng tóm tắt thiết kế tuyến 12 Terrain Data Module Nhập liệu địa hình đường truyền Anten Height Module Chọn chiều cao anten tuyến 13 Multipath Module Multipath tuyến Worksheet Module Nhập độ tin cậy cho đường truyền 14 Nhập liệu mưa Print Profile Module Profile tuyến 15 Diffraction module Hình ảnh tính nhiễu xạ đường truyền Các báo cáo từ thiết kế Sau hoàn tất thiết kế, ta có số báo cáo thông số chung mạng Báo cáo chung trạm mạng: Đây báo cáo tổng quát đặc điểm trạm mạng, từ tên, tọa độ, tên anten, thiết bị viba, tần số sử dụng, độ khả dụng, … 16 Báo cáo thiết kế tuyến Báo cáo tần số: Khi chọn tần số thu phát cho trạm tần số phải tuân thủ quy tắc Hi-Low PathLoss đưa báo cáo tần số sử dụng thơng báo có tần số trạm vi phạm quy tắc Thơng thường áp dụng luật Hi-Low trường hợp nhiều trạm khu vực mà có trạm phát lại Trong tập lớp lần chúng em không xét đến Khi có tần số vi phạm quy tắc: 17 Báo cáo thiết kế tần số tuyến Khi khơng có tần số vi phạm: Kiểm tra vi phạm quy luật Hi-Low 18 Báo cáo nhiễu: Các trường hợp can nhiễu nêu báo cáo Trong báo cáo này, có báo cáo chung tất trường hợp nhiễu xảy mạng báo cáo chi tiết riêng cho trường hợp Dựa vào báo cáo người thiết kế tính tốn cho tần số mạng thích hợp để không gây nhiễu trạm với Báo cáo trường hợp nhiễu: Báo cáo trường hợp nhiễu Chi tiết trường hợp nhiễu: 19 Báo cáo chi tiết trường hợp nhiễu Khi khơng có trường hợp can nhiễu ta nhận thơng báo “no interference case” Hình vẽ cho thấy mạng khơng cịn nhiễu 20 C KẾT LUẬN Việc truyền đường truyền vi ba số, chất lượng không tốt ổn định đường truyền hữu tuyến cáp đồng trục, quang, … Nhưng việc tính tốn thiết kế đơn giản chi phí xây dựng hệ thống thấp Mặt khác, với tuyến truyền cư ly ngắn việc sử dụng đường truyền vi ba tận dụng hiệu mà chất lượng đảm bảo Trong thời gian tìm hiểu nghiên cứu trự giúp đỡ hướng dẫn thầy Nguyễn Hoàng Hải, với cố gắng nhóm đến tập lớn đã hoàn thành đáp ứng đầy đủ yêu cầu đặt Quá trình thực đề tài thực khoảng thời gian quý báu hữu ích giúp cho nhóm nghiên cứu, tìm hiểu mơ tuyến truyền dẫn vi ba phần mềm PathLoss Qua trình tìm hiểu thực đề tài, nhóm đã thu kết sau: - Tìm hiểu hệ thống thơng tin vi ba loại suy hao - Tìm hiểu thiết kế mô tuyến truyền dẫn phần mềm PathLoss - Mô hiệu chỉnh tuyến truyền dẫn cho tối ưu Tuy nhiên kết mô chưa sát với thực tế, chưa có tính ứng dụng cao, nhiều thơng số chưa tối ưu Do vậy, chúng em mong nhận góp ý nhận xét thầy để hồn thiện lần sau Một lần nhóm xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Hoàng Hải đã giảng dạy giải đáp thắc mắc cho chúng em học kỳ 21 ... khả dụng Av hệ thông (tức khả công tác hệ thống) đảm bảo thiết kế: - 99,98 % thời gian làm việc tốt Cụ thể như: Nếu liên lạc thoại tháng khơng có q 30 thoại bị gián đoạn Với hệ kỳ hệ thống kỹ thuật... anten, đưa hệ thống vào hoạt động thử nghiệm để kiểm tra Các bước việc thiết kế truyền dẫn Do việc chọn vị trí xác định tần số đã đề cập sẵn danh sách trạm cần mô khảo sát nên tập trung vào bước... sau: - Tìm hiểu hệ thống thơng tin vi ba loại suy hao - Tìm hiểu thiết kế mô tuyến truyền dẫn phần mềm PathLoss - Mô hiệu chỉnh tuyến truyền dẫn cho tối ưu Tuy nhiên kết mô chưa sát với thực tế,