TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN HỆ THỐNG VIỄN THÔNG Đề tài THIẾT KẾ MẠNG TRUYỀN DẪN VÔ TUYẾN Mã lớp học 129258 Giảng viên hướng dẫn PGS TS NGUYỄN HOÀNG HẢI.
GIỚI THIỆU PHẦN MỀM PATHLOSSError! Bookmark not defined 1.1 Chức năng của phần mềm thiết kế PathLoss
Mô đun tóm tắt
Summary module là hiển thị ban đầu của chương trình, bao gồm các chức năng:
− Cung cấp giao diện để nhập các thông số của đường truyền Các bước tính toán được thực hiện để tính mức tín hiệu thu Các phương pháp phân tích đường truyền tin cậy được thực hiện trong module Worksheet Một số thông số như site name hay call sign phải nhập vào từ module này Các giá trị khác như độ cao anten có thể nhập và thay đổi từ các module thiết kế khác
− Cung cấp giao diện cho các cơ sở dữ liệu của PạthLoss để phân tích nhiễu
− Thiếp lập các dạng truyền sóng : điểm - điểm, điểm – đa điểm hay VHF – UHF.
Mô đun về dữ liệu địa hình
Từ Terrain Data module ta tạo ra được các thông tin về địa hình trên đường truyền giữa hai trạm Module bao gồm một bảng về khoảng cách và độ cao tương ứng của địa hình giữa hai site Module này cho phép tạo và sửa chữa các thông số về độ cao và địa hình trên đường truyền theo bằng cách:
− Nhập bằng tay các thông số từ bản đồ địa hình
− Nhập trực tiếp thông tin từ bản đồ địa hình đã được số hóa
− Chuyển đổi các dữ liệu sang dạn file text từ các nguồn dữ liệu khác
− Lấy thông tin độ cao và khoảng cách từ cơ sở dữ liệu về địa hình (bản đồ số)
Module được thiết kế tối ưu cho việc nhập và thay đổi thông số bằng tay Người thiết kế có thể dựa vào các khảo sát thực tế để thêm vật cản trên đường truyền như: cây cối, nhà, tháp, hay hồ nước Vật cản có thể là vật cản đơn hay một khoảng (dãy) các vật cản.
Mô đun về ăng ten
Trong antenna module, người thiết kế nhập các thông số xác định độ cao anten nhằm thiết lập được khoảng hở thích hợp với hệ số bán kính trái đất tương đương K, bán kính miền Fresnel thứ nhất và điều kiện về độ cao anten Khoảng hở đường truyền sẽ được xác định cho cả anten chính và anten phân tập
Có thể thay đổi độ cao của anten tuỳ ý hoặc chọn điều kiện tối ưu (tổng bình phương của độ cao anten nhỏ nhất)
Trong Antenna module, có thể tính được giá trị của khoảng hở trên đường truyền hiện tại khi nhập giá trị của tham số bán kính tương đương của Trái đất K hay một giá trị phần trăm nào đó của bán kinh miền Fresnel thứ nhất.
Mô đun bảng làm việc
Các phân tích tính toán thông số đường truyền cưối cùng được thực hiện trong Microwave Worksheet module Các bảng nhập các thông số được chọn bằng cách click vào các biểu tượng thiết bị Các kết quả tính toán sẽ được hiển thị trong một bảng thông số Trong module này có một số đặc tính:
Phương pháp tính độ tin cậy: Việc tính toán độ tin cậy của truyền dẫn có thể theo một trong các phương pháp sau:
− ITU-R P.530-6 (tính độ nghiêng đường truyền, góc ngẩng và hệ số khí hậu địa hình) Góc ngẩng được tính bằng cách xác định mặt phản xạ trên đường truyền
− ITU-R P.530-7 (tính độ nghiêng đường truyền và hệ số khí hậu địa hình)
− Hệ số KQ có bao gồm độ gồ ghề của địa hình Độ tin cậy có thể được biểu diễn bằng độ khả dụng hoặc độ không khả dụng
− Tổng thời gian tín hiệu ở dưới mức cho phép tính theo tháng xấu nhất hoặc tính theo hàng năm
− Độ không khả dụng trong tháng xấu nhất và các giây lỗi nghiêng trọng (SES)
Các hệ thống có sự cải thiện do phân tập
Suy hao do mưa: Sự gián đoạn thông tin do lượng mưa lớn có thể tính theo p Crane hoặc theo khuyến nghị ITU-R P.530 sử dụng một trong các dữ liệu thông kê về mưa sau:
− Khu vực mưa Crane điều chỉnh
− Dữ liệu của Canada cho 47 khu vực
Các bộ lặp thụ động: Các đường truyền có bộ lặp thụ động tạo ra bằng cách sử dụng bộ phản xạ vuông góc đơn/kép, hoặc back-to-back anten Trên một đường truyền có thể có tối đa 3 bộ lặp Chia đường truyền ra và tính khoảng hở riêng cho từng đoạn sau đó kết hợp lại để tính các thông số cần thiết
Mẫu: Một file pahtloss có thể sử dụng như một mẫu để nhập các thông tin ban đầu của một đường truyền.
Mô đun đa đường
Trong Multipath module các kỹ thuật bám theo đường đi của sóng được sử dụng để phân tích các đặc tính phản xạ và đánh giá các điều kiện truyền dẫn bất thường trên đường truyền Có hai cách biểu diễn:
− Constant Gradient: Dùng bán kính tương đối của Trái đất và các tia sáng truyền theo đường thẳng Chương trình biểu diễn đường đi của tín hiệu và đo khoảng cách truyền cho cả sóng trực tiếp và sóng phản xạ
− Variable Gradient: Biểu diễn Trái đất như một mặt phẳng để minh họa những bất thường trong truyền sóng như hiện tượng ống dẫn hay lỗ hổng
Mô đun phản xạ
Reflection module phân tích sự thay đổi mức tín hiệu thu trên đường truyền có phản xạ Tín hiệu thu được có thể là hàm của một trong các tham số: độ cao của anten ở site 1, site 2, hệ số bán kính Trái đất K, tần số, mức thuỷ triều
Trước tiên ta phải chọn điểm đầu và cuối của mặt phản xạ Ảnh hưởng của hiện tượng phân tán tín hiệu (sự phân tán của tín hiệu phản xạ do bề mặt cong của Trái đất), độ gồ ghề của địa hình, độ bao phủ của mặt đất và suy hao trong khoảng hở có thê có trong các phép tính.
Mô đun nhiễu xạ
Các thuật toán nhiễu xạ: Trước khi tính toán nhiễu xạ cần xác định loại vật cản có trên đường truyền
Có 3 thuật toán để xác định nhiễu xạ
− TIREM- Terrain Integrated Rough Earth Model
− NSMA- National Spectrum Managers Asscociation
− NSMA- National Spectrum Managers Asscociation
− PathLoss (là thuật toán mà người thiết kế có thể thay đổi được)
Mỗi thuật toán có những quy tắc để xác định địa hình và các tham số tính toán, cùng phủ sóng cũng như phương pháp tính nhiễu khác nhau.
Mô đun về vùng phủ
Để phân tích vùng phủ sóng cần có cơ sở dữ liệu về địa hình Quá trình hiển thị vùng phủ sóng gồm ba bước:
Bước 1: Tạo dữ liệu về địa hình
Bước 2: Tính suy hao kết hợp giữa nhiễu xạ và tán xạ với góc theo phương thẳng đứng dọc theo mỗi khu vực
Bước 3: Xác định các thông số vô tuyến và anten, các tiêu chuẩn về mức tín hiệu và các yêu cầu đối với sự thay đổi về thời gian và vị trí
Các tính toán có thể điều chỉnh bằng cách thay đổi thông số ở các bước thích hợp Việc phân tích quan tâm đến góc ngẩng trên đường truyền tầm nhìn thẳng và góc theo phương ngang trên các đường truyền có vật cản Và vùng phủ sóng được biểu diễn bằng cách mảng màu.
Mô đun hiển thị mặt cắt nghiêng của đường truyền
Print Profile module cung cấp 3 định dạng:
- Biểu diễn với Trái đất phẳng Ở định dạng này có thể hiển thị bốn giá trị khác nhau của hệ số bán kính Trái đất K và phần trăm của miền Fresnel
- Biểu diễn với Trái đất cong dùng trục thẳng với một giá trị của K và bốn giá trị phần trăm của miền Fresnel
- Biếu diễn với Trái đất cong dùng trục congvới một giá trị của K và bốn giá trị phần trăm của miền Fresnel
Với các trường hợp có phân tập không gian, các phần trăm miền Fresnel có thể xác định cho cả anten chính và anten phân tập.
Mô đun mạng
Network module cung cấp một giao diện địa lý làm cho việc thiết kế đường truyền giữa hai trạm dễ dàng hơn Chức năng này làm công việc thiết kế đơn giản đi một cách đáng kể khi thiết kế cho các dự án lớn Tính toán về nhiễu trong hệ thống được tính toán trong module này
Trong quá trình thiết kế, module này kiểm tra tất cả những thay đổi từ tên các trạm, toạ độ, độ cao… để đảm bảo thống nhất dữ liệu
Với network module, việc thiết kế có thể bắt đầu bằng cách nhập các thông tin về các trạm hoặc các đường truyền được ghi sẵn trong một định dạng file text hoặc một file pathloss Chức năng này giúp việc nhập thông tin cho các đường truyền cần thiết kế được thực hiện nhanh hơn
Trong module này, ta có thể có các báo cáo về danh sách các trạm, các thiết bị viba và các tần số đã dùng
Từ module này có thể truy nhập vào các module khác, thuận tiện cho việc thiết kế, chỉnh sửa các thông tin.
Các cơ sở lý thuyết dùng trong phần mềm thiết kế PathLoss
Trong phần mềm PathLoss, việc tính toán có thể dựa trên một số khuyến nghị khác nhau của ITU-R, như khuyến nghị P.530-9 hay P.530-8 Việc lựa chọn cách tính toán dựa trên cơ sở nào phụ thuộc vào việc người thiết kế có đủ những công cụ cần thiết hay không Nếu có một bản đồ số có độ chính xác cao, có thể lựa chọn phương pháp tính toán dựa trên khuyến nghị ITU-R p.530-9 Khi đó, việc tính toán sẽ được phần mềm tính tự động và kết quả chính xác cao Nếu không có bản đồ số đạt độ chính xác cao, phải chọn cách tính theo khuyền nghị ITU-R P.530-8, khi đó người thiết kế phải thiết lập các đặc tính như đặc điểm về địa hình, lượng mưa như theo khảo sát thực tế
Lựa chọn cở sở tính toán trong phần lựa chọn phương pháp tính độ tin cậy reliability method trong module worksheet.
Một số thiết kế sử dụng phần mềm PATHLOSS
1.3.1 Giới thiệu về các tuyến thiết kế
Các tuyến thiết kế bao gồm một tuyến đường trục khu vực miền trung và một số tuyến PDH khu vực Hà Nội Các đường truyền PDH dùng tần số 7GHz và 15GHz, các tuyến SDH dùng tần số 8GHz Trong đó, với PDH, các tuyến ngắn và trong khu vực có nhiều trạm BTS dùng tần số 15GHz Còn ở các vùng nông thôn, khoảng cách giữa các trạm xa thì dùng tần số 7GHz
Hình 1.1 Các tuyến thiết kế
Các thiết bị truyền dẫn viba dùng trong thiết kế là thiết bị của hãng NEC, anten của Andrew Thiết bị vô tuyến của NEC có nhiều dòng sản phẩm với dung lượng và tần số hoạt động khác nhau Trong thiết kế này, sử dụng thiết bị Pasolink cho các đường truyền PDH dung lượng nhỏ, và Pasolink+ với các đường truyền SDH dung lượng lớn hơn
Hình 1.2 Tần số và dung lượng của các thiết bị truyền dẫn viba
THIẾT KẾ MẠNG TRUYỀN DẪN VÔ TUYẾN Error!
Mục đích: Xác định được kinh độ, vĩ độ giữa hai trạm phát và thu, hiển thị độ cao so với mực nước biển…
độ cao so với mực nước biển…
Cách thực hiện
- Bước 1: Mở Goole earth sẽ có giao diện như sau:
Hình 2.1 Giao diện Google earth
- Bước 2: Đánh dấu vị trí cần đặt trạm:
Hình 2.2 Đánh dấu vị trí đặt trạm
- Bước 3: Vẽ đường thẳng để đo khoảng cách giữa 2 trạm và hiển thị cấu hình độ cao Từ thuộc tính của trạm ta biết được tọa độ chính xác của nó
Sử dụng Pathloss 4.0 để thiết kế tuyến
Pathloss 4.0 là phần mềm chuyên nghiệp về thiết kế tuyến Microwave với những ưu điểm vượt trội là dễ sử dụng, đầy đủ các thông số nhưng bên cạnh đó nó có nhược điểm là tính chống nhiễu không care đến terrain
Bước 1: Dựa vào các thông tin khảo sát thực tế về vị trí có thể đặt các trạm, tạo một file csv bằng Micrsoft Excel gồm có thông tin ở các cột lần lượt là: tên trạm, vĩ độ, kinh độ, call sign của trạm
Bảng 2.1 Các tên toạ độ và call sign của các trạm
STT Site name Frequency Longtitude Ladtitude
1 TH_THA_QUANG_THANH 15GHz 105 52 44E 19 46 04.80 N
2 TH_QXG_QUANG_XUONG 15GHz 105 46 55.9 E 19 43 55.92 N
3 TH_THA_THANH_HOA 15GHz 105 46 39.36 E 19 48 27.72 N
4 TH_THA_VIEN_TAM_THAN 15GHz 105 46 03.72 E 19 46 18.84 N
5 TH_THA_THANH_HOA_2 15GHz 105 46 34.31 E 19 46 47.27 N
6 TH_TSN_DAN_QUYEN_2 15GHz 105 37 09.84 E 19 50 50.28 N
7 TH_TSN_THO_THE 15GHz 105 34 14.88 E 19 51 20.16 N
8 TH_TSN_MINH_CHAU 15GHz 105 36 38.88 E 19 48 53.28 N
9 TH_DSN_DONG_NINH 15GHz 105 39 54.36 E 19 48 46.44 N
10 TH_TUH_THIEU_HOA 15GHz 105 40 41.16 E 19 53 16.44 N
11 TH_TSN_PHO_THIEU 15GHz 105 38 47.06 E 19 50 05.67 N
12 TH_DSN_DONG_MINH 15GHz 105 42 28.42 E 19 49 13.44 N
13 TH_DSN_DONG_SON 15GHz 105 43 53.40 E 19 49 04.44 N
14 TH_TSN_XUAN_THINH 15GHz 105 33 39.24 E 19 52 05.88 N
15 TH_THA_CANG_HAM_RONG 15GHz 105 47 43.81 E 19 49 36.48 N
16 TH_HHA_HOANG_HOA 15GHz 105 51 14.41 E 19 50 59.64 N
17 TH_HHA_HOANG_DONG 15GHz 105 54 21.60 E 19 49 18.12 N
Bước 2: Từ file csv đã tạo ra, dùng chức năng nhập dữ liệu các site từ một file text của
Pathloss Ta sẽ có một site list và bản đồ vị trí các trạm
Bảng 2.2 Site list và bản đồ vị trí các trạm
Bước 3: Tiếp theo là link connectivity và frequency planning Trong bước này, xác định các liên kết có thể và chọn ra liên kết thích hợp nhất như khoảng cách truyền ngắn, phân bố dung lượng hợp lý, chọn đường truyền ít bị cản nhất…
Dựa vào yêu cầu về dung lượng và dải tần số hoạt động của nhà cung cấp dịch vụ, lựa chọn các thiết bị truyền dẫn thích hợp và tính toán các thông số đường truyền sao cho độ khả dụng đạt 9,9999%
Với các tần số sử dụng, có thể tính được nhiễu giữa các trạm với nhau Việc tính toán được thực hiện trong Network module
Dưới đây là giao diện thiết kế của một đường truyển dùng băng tần 15GHz và dung lượng đường truyền là STM1
Hình 2.3 Bảng tóm tắt thiết kế tuyến
- Tiếp theo ta nhập tần số: tần số được sử dụng ở đây là 15GHz
- Thiết lập chuẩn ban đầu: trên thanh công cụ của Pathloss chọn configure → geographic default Xuất hiện hộp thoại
- Thiết lập các thông số như hình
Sau khi có dữ liệu địa hình SRTM thì bắt đầu load vào Pathloss: trên thanh công cụ của Pathloss chọn phần Configure → terrain Database
Chọn Setup Primary (có thể tráo ngược giữa Primary và Secondary) sẽ hiện lên 1 cửa sổ SRTM
Sau khi đã load dữ liệu địa hình SRTM thì vào phần Module trên thanh công cụ chọn
Xuất hiện cửa sổ mới
Chọn Operations → Generate Profile, xuất hiện hộp thoại: Điền khoảng cách để tạo dữ liệu, ở đây chọn 10m->Generate
Khi Generate Profile báo Profile Complete thì có nghĩa là đã tạo được dạng địa hình như trên, sau đó ta có thể thêm các vật chắn như tòa nhà, cây cối, … Click double vào Structure sẽ hiện ra 3 mục: Single Structure (vật chắn đơn), Range of Structures (đa vật chắn)
Và cuối cùng phần Terrain Data sẽ như hình sau:
Hình 2.5 Nhập dữ liệu về địa hình cho đường truyền
Trên thanh công cụ chọn Module->Antenna Heights Cửa sổ mới hiện ra
Sau đó kích vào biểu tượng máy tính, Pathloss sẽ tự tính chiều cao của anten của 2 trạm
Hình 2.6 Chọn chiều cao cho Ăng-ten
Trên thanh công cụ chọn Module->Worksheets
Xuất hiện cửa sổ sau
Thiết lập chanel cho 2 trạm:
Nhấp vào biểu tượng trên, xuất hiện 1 cửa sổ mới:
Chọn Lookup để xem freqplan (kế hoạch tần số theo chuẩn), hoặc có thể nhập trực tiếp vào
TX (MHz) cho cả 2 trạm Sau khi chọn Lookup thì xuất hiện cửa sổ mới
Chọn File-> Open để load tần số thu và phát trong thư viện của Pathloss với đuôi *.txc Sau khi load thì chạy Site 1 hay Site 2 có tần số cao hơn, tắt cửa sổ này và sau đó nhấn OK ở cửa sổ TX chanels
Chọn thiết bị (Radio Equipment):
Tiếp tục chon Code Index để lấy mã thiết bị
Chọn New index để lấy thiết bị mới, dẫn tới thư viện của Pathloss chọn thư mục EQUIPMENT→chọn thiết bị (alcatel, nec, nokia,…) Code Index bao gồm: code (mã thiết bị), Manuf (hãng sản xuất), Model (loại), Cap (kiểu data E1, STM,…), Mode (phương thức điều chế QAM, QPSK,…) và F LOW (tần số thấp nhất), F HI (tần số cao nhất)… Chọn 1 thiết bị phù hợp với tần số ban đầu (ở đây là 15GHz) → OK
Sau đó nhấn Both để sử dụng cho cả 2 trạm Đóng cửa sổ Radio Code Index, nhấn OK ở cửa sổ Radio Equipment để kết thúc việc chọn thiết bị
Chọn dây Feeder nối từ thiết bị tới anten:
Tương tự như chọn Chanel (Ch), sau khi nhấp vào biểu tượng trên ta chọn Lookup Sau khi hiện cửa sổ mới ta chọn File->Open dẫn tới thư viện của Pathloss->chọn thư mục EQUIPMENT->chọn thư mục txl và chọn 1 file trong đó, sau khi chọn thì ta chọn dây feeder sao cho phù hợp với tần số ban đầu 15GHz Sau đó chọn Both để dùng cho cả 2 trạm
Chọn suy hao bộ lọc phân nhánh:
Chọn và nhập như hình
Tương tự như chọn thiết bị TR: chọn biểu tượng anten->hiển thị cửa sổ antennas TR- TR→Code Index
Chọn New Index để Browse đến thư viện anten→Equipment→anten→chọn 1 hãng và chọn thiết bị anten phù hợp với tần số ban đầu 15GHz Ở đây chọn anten của Andrew→142-153 Sau đó nhấn Both để chọn cho cả 2 anten của 2 trạm
Tiếp theo ta chọn suy hao đương truyền:
Kích vào giữa đường truyền thì xuất hiện cửa sổ:
Tích các thông số như hình trên
Cuối cùng chọn suy hao do mưa:
Nhấp vào biểu tượng thời tiết như ở trên sẽ xuất hiện cửa sổ và chọn method giống như trên, chọn nút Load Rain File->Browers đến thư viện Rain của Pathloss và chọn vùng mưa theo ITU, ở Việt Nam là N Sau đó Kích Open và Close cửa sổ Rain
Sau khi đã chọn đầy đủ các thông số thì dấu tich màu xanh thông báo đã hoàn thành
Trên thanh công cụ chọn Module→Diffraction Hiển thị vùng Fresnel thứ nhất, click vào Operations→Fresnel Zones
Chọn như hình dưới →Close
Click chọn vào biểu tượng máy tính trên thanh công cụ và hộp thoại tính toán xuất hiện Kết quả tính toán như hình dưới với suy hao trong không gian tự do là 117.91dB, suy hao do không khí là 0.03dB, tổng suy hao là 117.95dB
Trên thanh công cụ chọn Module →Multipath
Trên thanh công cụ chọn Module →Printprofile
Trên thanh công cụ chọn Module->Network Để load map vào Network thì phải Save trước với đuôi *.gr4 Muốn save được phải đặt call sign cho hai trạm tại tab summary với tên bất kì
Hình 2.9 Hình ảnh về module Map Grid
Sau đó chọn Site Data -> Create Background
Hình 2.10 Hình ảnh về mạng vô tuyến sau khi kết nối các trạm
2.2.3 Các báo cáo từ bản thiết kế
Sau khi hoàn tất các thiết kế, ta có một số các báo cáo về các thống số chung của mạng
Báo cáo chung về các trạm trong mạng: Đây là báo cáo tổng quát về đặc điểm của từng trạm trong mạng, từ tên, toạ độ, tên anten, thiết bị viba, tần số sử dụng, độ khả dụng…
