THIẾT KẾ TUYẾN THÔNG TIN VIBA

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BÁO CÁO HỆ THỐNG VIỄN THÔNG Đề tài THIẾT KẾ TUYẾN THÔNG TIN VIBA Giảng viên hướng dẫn TS Nguyễn Hoàng Hải Nhóm sinh viên thực hiện Nhóm 5 MSSV H.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG BÁO CÁO HỆ THỐNG VIỄN THÔNG Đề tài: THIẾT KẾ TUYẾN THÔNG TIN VIBA Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Hồng Hải Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm MSSV Họ tên Ghi 20182477 Trần Thị Hà Nhóm trưởng 20182432 Mai Xuân Đức 20182598 Đặng Gia Long Khánh 20182443 Nguyễn Mạnh Dũng 20182343 Lê Xuân Thế Anh 20182332 Dương Công Anh Hà Nội, 01/2022 LỜI NĨI ĐẦU Vi ba số hệ thống thơng tin tầm nhìn thằng (anten phát anten thu phải nhìn trực tiếp thấy nhau) sử dụng sóng siêu cao tần (sóng vơ tuyến có tần số siêu cao cỡ GHz) để truyền dẫn thông tin số, đựơc sử dụng nhiều lĩnh vực khác nhau: phát thanh, truyền tin, an ninh, đồng hay dự phòng Tuy nhiên hình thức có nhược điểm thơng tin khơng ổn định chịu nhiều ảnh hưởng môi trường, đặc biệt tượng fading Để hiểu cách thiết kế thơng tin Viba, nhóm chúng em thực đề tài: “Thiết kế tuyến thông tin Viba” Là sinh viên, việc thiết kế tuyến truyền vi ba giúp chúng em có thêm kỹ tư duy, củng cố mở rộng kiến thức chuyên ngành, đặc biệt khả tính tốn, phân tích xử lý số liệu phù hợp với thực tế Chúng em xin cảm ơn thầy Nguyễn Hồng Hải tận tình giúp đỡ q trình tìm hiểu hồn thành tập lớn Bài tập lớn chúng em cịn nhiều thiếu sót, mong thầy góp ý sửa chữa để chúng em hoàn thành tập lớn cách tốt PHÂN CHIA CƠNG VIỆC Thành viên Cơng việc Trần Thị Hà Giao cơng việc cho thành viên + tìm hiểu phần mềm + thiết kế chặng Mai Xuân Đức Thiết kế chặng + Báo cáo Đăng Gia Long Khánh Thiết kế chặng + Slide Nguyễn Mạnh Dũng Tìm hiểu phần mềm + thiết kế chặng Dương Cơng Anh Tìm hiểu phần mềm + thiết kế chặng Lê Xuân Thế Anh Tìm hiểu phần mềm + thiết kế chặng MỤC LỤC CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT THÔNG TIN VIBA BĂNG TẦN VIBA CỰ LY TRUYỀN SÓNG KHUYẾN NGHỊ ITU-R P.530-8 VỀ TUYẾN TRUYỀN DỮ LIỆU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP DỰ ĐỐN TRONG THIẾT KẾ HỆ THỐNG VƠ TUYẾN TẦM NHÌN THẲNG 4.1 Các hiệu ứng ảnh hưởng đến truyền sóng hệ thống vơ tuyến tầm nhìn thẳng 4.2 Dự báo lỗi hoạt động độ khả dụng hệ thống viba SDH HỆ THỐNG VIBA SỐ 10 CHỈ TIÊU KỸ THUẬT 10 THIẾT KẾ TUYẾN THÔNG TIN VIBA 11 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ TUYẾN THÔNG TIN VIBA 12 SỬ DỤNG GOOGLE EARTH 12 1.1 Mục đích 12 1.2 Cách thực 12 SỬ DỤNG PATHLOSS 4.0 ĐỂ THIẾT KẾ TUYẾN 15 2.1 Mục đích 15 2.2 Tiến hành thiết kế 15 KẾT LUẬN 35 REFERENCES 36 CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Thông tin Viba Vi ba sóng điện từ có bước sóng dài tia hồng ngoại, ngắn sóng radio Vi ba cịn gọi sóng tần số siêu cao (SHF), 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 (UHF) tuỳ ý thay đổi lĩnh vực nghiên cứu khác Sự tồn sóng điện từ, vi ba phần phổ tần số cao, James Clerk Maxwell dự đốn năm 1864 từ phương trình Maxwell tiếng Năm 1888, Heinrich Hertz chế tạo thiết bị phát sóng radio, nhờ lần chứng minh tồn sóng điện từ 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 Băng L đến GHz Băng S đến GHz Băng C đến GHz Băng X đến 12 GHz Băng Ku 12 đến 18 GHz Băng K 18 đến 26 GHz Băng Ka 26 đến 40 GHz Băng Q 30 đến 50 GHz Băng U 40 đến 60 GHz Băng V 50 đến 75 GHz Băng E 60 đến 90 GHz Băng W 75 đến 110 GHz Băng F 90 đến 140 GHz Băng D 110 đến 170 GHz Bảng 1.1: Băng tần Viba Mode truyền dẫn: Truyền tầm nhìn thẳng Hình 1.1: Direct mode Cự ly truyền sóng Sóng truyền thẳng có cự ly bị hạn chế độ cong trái đất (bán kính trái đất R=6300km) 𝑑 = 3.57(√ℎ1 + √ℎ2) [𝑘𝑚] d (km) – cự ly thông tin tối đa cho tuyến vi ba h1, h2 (m) – độ cao ăn ten phát & thu Trong mơi trường khí quyển, chiết xuất khúc xạ sóng cao tần giảm dần theo độ cao, nên tia sóng bị uốn cong phía mặt đất, cự ly truyền tăng lên 𝑑 = 4.12(√ℎ1 + √ℎ2) [𝑘𝑚] d (km) – cự ly thông tin tối đa cho tuyến vi ba h1, h2 (m) – độ cao ăn ten phát & thu Khuyến nghị ITU-R p.530-8 tuyến truyền liệu phương pháp dự đốn thiết kế hệ thống vơ tuyến tầm nhìn thẳng Khi thiết kế, cần có sở lý thuyết tiêu chuẩn cho việc đánh giá Khuyến nghị ITU-R P.530-8 đưa tiêu chuẩn phương pháp để thực bước tính tốn đặc tính ảnh hưởng đến đường truyền Dựa vào tiêu chuẩn cho khuyến nghị này, người thiết kế tính tốn thơng số từ so sánh, lựa chọn để phương án tối ưu nhất, đáp ứng yêu cầu thiết kế Khuyến nghị có hai phần, phần đề cập đến ảnh hưởng điều kiện bên ngồi đến q trình truyền dẫn đưa phương pháp tính tốn ảnh hưởng đến chất lượng đường truyền Phần khuyến nghị nói đến thông số hệ thống cần quan tâm trình xây dựng mạng 4.1 Các hiệu ứng ảnh hưởng đến truyền sóng hệ thống vơ tuyến tầm nhìn thẳng Phần đầu khuyến nghị giới thiệu vài ảnh hưởng q trình truyền dẫn tín hiệu thiết kế truyền dẫn vô tuyến, như: - fading nhiễu xạ vật cản địa hình đường truyền, - suy hao không gian tự do, - suy hao nhiều tia gây tầng khí hay phân tán tín hiệu, - fading nhiều tia phản xạ mặt đất, - suy hao mưa, bụi khơng khí, thay đổi góc tới góc phát khúc xạ, giảm phân biệt phân cực chéo điều kiện nhiều tia hay mưa, - méo tín hiệu fading lựa chọn tần số trễ điều kiện truyền dẫn nhiều tia Ngoài phần đưa phương pháp đơn giản bước để tính tốn ảnh hưởng đường truyền xây dựng link, kỹ thuật, thông tin cần thiết cho việc quy hoạch mạng 4.1.1 Suy hao truyền dẫn Suy hao truyền dẫn tầm nhìn thẳng liên quan đến suy hao không gian tự do, tổng thành phần sau đây: - suy hao không gian tự do, - fading nhiễu xạ vật cản hay phần vật cản đường truyền, - fading nhiều tia, fading phân tán tín hiệu fading tượng nhấp nháy, - suy hao thay đổi góc tới, góc phát, - suy hao mưa, - suy hao bão cát bụi 4.1.2 Suy hao không gian tự Suy hao hấp thụ khí ơxi nước, tính đến tần số lớn 10GHz, theo công thức : d (km): khoảng cách đường truyền suy hao đặc trưng, xem khuyến nghị ITU-R P.836 4.1.3 Fading nhiễu xạ Sự thay đổi điều kiện khúc xạ khí gây thay đổi bán kính tương đối Trái đất, thể qua hệ số bán kính tương đương k Khi độ khúc xạ nhỏ (k nhỏ), đường sóng bị uốn cong, Trái đất trở thành vật cản đường truyền tia sóng, gây fading gọi fading nhiễu xạ Loại fading định độ cao anten Giá trị trung bình k 4/3 Khi thiết kế cần tính hệ số bán kính tương đương thích hợp cho đường truyền: cách thống kê giá trị k cho điểm xác định: đo hay dự đoán thay đổi số khúc xạ 100 m đầu tầng khí tính trung bình Suy hao nhiễu xạ phụ thuộc vào khoảng hở đường truyền Suy hao nhiễu xạ phụ thuộc vào loại địa hình cối đường truyền Đối với giá trị khoảng hở đường truyền cho trước, suy hao nhiễu xạ nhỏ ứng với vật cản hình nêm lớn với vật cản hình cầu Trái đất, giới hạn suy hao nhiễu xạ vẽ hình 2.1 Suy hao nhiễu xạ địa hình trung bình tính xấp xỉ cho suy hao lớn 15 dB A d = − 20 h / F1 + 10 dB (2) với h (m) chênh lệch độ cao vật cản cao quỹ đạo đường truyền F1 bán kính miền Fresnel thứ , tính theo phương trình: F1 = 17,3 d1 d fd m (3) với 4.2 f : tần số d : khoảng cách đường truyền (km) d1 d2 : khoảng cách từ trạm phát thu đến vật cản Dự báo lỗi hoạt động độ khả dụng hệ thống viba SDH 4.2.1 Giới thiệu Mạng SDH hay SONET cho phép hệ thống đường truyền vô tuyến truyền tải lượng theo chế độ đồng với tốc độ từ 51 Mbit/s (STM-0) đến 622 Mbit/s (STM2) Các khuyến nghị chuẩn quốc tế định nghĩa lỗi hoạt động tiêu khả dụng mạng SDH Các tiêu gặp vô tuyến phần mạng Các phương pháp dự đoán phần dựa mối quan hệ rút từ lý thuyết BER thông số SDH dựa khối lỗi (EB) Các phương pháp tính đến đặc tính hệ thống chuỗi lỗi với thông số cần thiết để dự đoán xác suất gián đoạn dựa BER 4.2.2 Lỗi hoạt động tiêu khả dụng Để xác định yêu cầu cho đường truyền đơn với độ dài thực tế chặng, tần số vô tuyến hoạt động… cần thông tin từ số khuyến nghị khác ITU-R ITUR G.826 G.827… 4.2.2.1 Lỗi hoạt động thông số khả dụng Một khối lỗi EB chuỗi hay nhiều bit bị lỗi Một giây lỗi (ES) xảy có hay số khối lỗi sai sót trỏ (LOP) Một giây lỗi nghiêm trọng (SES) xảy có 30% khỗi lỗi EB hay sai sót Lỗi khối (BBE) khối bị lỗi phần SES Các thông số định nghĩa tỷ lệ giây lỗi nghiêm trọng (SESR), tỷ lệ lỗi khối (BBER), tỷ lệ giây lỗi (ESR) CHÚ THÍCH 1- Một đường truyền số truyền theo hai chiều chiều bao gồm phần người sử dụng phần mạng Mỗi chiều đường truyền hay hai trạng thái, khả dụng không khả dụng Các tiêu chuẩn xác định chuyển tiếp hai trạng thái sau: Khoảng thời gian không khả dụng bắt đầu 10 giây không lỗi nghiêm trọng (non-SES) liên tiếp Mười giây coi phần thời gian khả dụng Một đường truyền khả dụng hai chiều phải trạng thái khả dụng 4.2.2.2 Các tiêu đường truyền vô tuyến số chuyển tiếp Các tiêu lỗi hoạt động đường truyền số từ tốc độ trở lên (2,048 hay 1,544 Mbit/s) khác với nước vùng Những yêu cầu đặc biệt cần thoả mãn tháng Đối với đường truyền nước, chia thành ba loại: đường cự ly dài, đường truyền cự ly ngắn mạng truy nhập ITU-R dùng yêu cầu 99,7% thời gian khả dụng năm đường truyền 2500 km Thời gian không khả dụng 0,3% chia (theo km) đường truyền đơn mức cao từ km thứ 280 đến 2500, với 0,003% cho 280 km lại 4.2.3 Dự đoán lỗi hoạt động độ khả dụng Bước 5: Thực việc thiết kế phần Worksheets Trên công cụ chọn Module->Worksheets Xuất cửa sổ sau Thiết lập chanel cho trạm: 22 Nhấp vào biểu tượng trên, xuất cửa sổ mới: Chọn Lookup để xem freqplan (kế hoạch tần số theo chuẩn), nhập trực tiếp vào TX (MHz) cho trạm Sau chọn Lookup xuất cửa sổ Chọn File-> Open để load tần số thu phát thư viện Pathloss với đuôi *.txc Sau load chạy Site hay Site có tần số cao hơn, tắt cửa sổ sau nhấn OK cửa sổ TX chanels Chọn thiết bị (Radio Equipment): 23 Tiếp tục chon Code Index để lấy mã thiết bị Chọn New index để lấy thiết bị mới, dẫn tới thư viện 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,…) F LOW (tần số thấp nhất), F HI (tần số cao nhất)… Chọn thiết bị phù hợp với tần số ban đầu (ở 13GHz) fa1556p → OK Sau nhấn Both để sử dụng cho trạm Đóng cửa sổ Radio Code Index, nhấn OK cửa sổ Radio Equipment để kết thúc việc chọn thiết bị 24 Chọn dây Feeder nối từ thiết bị tới anten: Tương tự chọn Chanel (Ch), sau nhấp vào biểu tượng ta chọn Lookup Sau cửa sổ ta chọn File->Open dẫn tới thư viện Pathloss->chọn thư mục EQUIPMENT->chọn thư mục txl chọn file đó, sau chọn ta chọn dây feeder cho phù hợp với tần số ban đầu 15GHz Sau chọn Both để dùng cho trạm 25 Chọn suy hao lọc phân nhánh: Chọn nhập hình Chọn anten cho trạm: 26 Tương tự chọn thiết bị TR: chọn biểu tượng anten->hiển thị cửa sổ antennas TRTR→Code Index Chọn New Index để Browse đến thư viện anten→Equipment→anten→chọn hãng chọn thiết bị anten phù hợp với tần số ban đầu 15GHz Ở chọn anten Andrew→142-153 Sau nhấn Both để chọn cho anten trạm Tiếp theo ta chọn suy hao đương truyền: 27 Kích vào đường truyền xuất cửa sổ: Tích thơng số hình Cuối chọn suy hao mưa: Nhấp vào biểu tượng thời tiết xuất cửa sổ chọn method giống trên, chọn nút Load Rain File->Browers đến thư viện Rain Pathloss chọn vùng mưa theo ITU, Việt Nam N Sau Kích Open Close cửa sổ Rain 28 Sau chọn đầy đủ thơng số dấu tich màu xanh thơng báo hồn thành Bước 6: Tính tốn nhiễu xạ (Diffraction) Trên công cụ chọn Module→Diffraction Hiển thị vùng Fresnel thứ nhất, click vào Operations→Fresnel Zones 29 Chọn hình →Close Click chọn vào biểu tượng máy tính cơng cụ hộp thoại tính tốn xuất Kết tính tốn hình với suy hao không gian tự 123.15dB, suy hao không khí 0.20dB, tổng suy hao 123.34dB 30 Bước 7: Hiển thị Multipath Trên công cụ chọn Module →Multipath Bước 8: Hiển thị Printprofile Trên công cụ chọn Module →Printprofile Bước 9: Hiển thị Map Network 31 Trên công cụ chọn Module->Network Để load map vào Network phải Save trước với *.gr4 Muốn save phải đặt call sign cho hai trạm tab summary với tên Thực tương tự với site lại add vào site list Sau chọn Site Data -> Create Background 32 Module Coverage Module -> Coverage Chọn File-> New Project tạo file lưu module Điền thông số -> Next 33 Kết quả: 34 KẾT LUẬN Sau thiết kế hiểu rõ thông tin viba Việc thiết kế truyền dẫn vô tuyến phức tạp cơng việc chuẩn bị cho trình thiết kế quan trọng Đồng thời việc tối ưu đòi hỏi phải tỉ mỉ nắm vững kiến thức truyền dẫn tiêu truyền dẫn Đặc biệt công việc quy hoạch tần số, khảo sát đường truyền 35 REFERENCES [1] Program description pathloss – www.pathloss.com [2] RECOMMENDATION ITU-R P.530-8 – www.itu.int 36 ... thống viba SDH HỆ THỐNG VIBA SỐ 10 CHỈ TIÊU KỸ THUẬT 10 THIẾT KẾ TUYẾN THÔNG TIN VIBA 11 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ TUYẾN THÔNG TIN VIBA 12 SỬ DỤNG GOOGLE... file lưu module Điền thông số -> Next 33 Kết quả: 34 KẾT LUẬN Sau thiết kế hiểu rõ thông tin viba Việc thiết kế truyền dẫn vô tuyến phức tạp cơng việc chuẩn bị cho q trình thiết kế quan trọng Đồng... cách Độ dài đường truyền 11 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ TUYẾN THƠNG TIN VIBA Nhóm sử dụng Pathloss 4.0 Các tuyến thiết kế bao gồm tuyến đường trục khu vực miền trung số tuyến PDH khu vực Hà Nội Các đường