Thiết kế mạng truyền dẫn vô tuyến

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 Giảng viên hướng dẫn Nguyễn Hoàng Hải Nhóm sinh viên thực hiện.

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 vơ tuyến Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Hồng Hải Nhóm sinh viên thực hiện: Họ tên MSSV Mã lớp Phạm Việt Hồng 20182547 129258 Phạm Đình Dương 20182457 129258 Lê Công Thịnh 20182801 129258 Nguyễn Văn Tuấn 20182865 129258 Phùng Mạnh Dũng 20182446 129258 Nguyễn Phú Đức 20182435 129258 LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay, khoa học kĩ thuật giới ngày phát triển mạnh mẽ Khoa học kĩ thuật đóng vai trị khơng thể thiếu đời sống đại ngày thể sản phẩm mà sử dụng hàng ngày Vì việc học tập, kế thừa phát triển thành tựu khoa học cho hệ ngày vô quan trọng đặc biệt hệ sinh viên Việc tiếp cận cần phải tiếp cận mặt lí thuyết lẫn thực hành, việc học tập đào tạo đạt hiệu tốt nhất, đáp ứng cho xã hội nguồn nhân lực khoa học kĩ thuật chất lượng cao Trong trình học tập học phần:Hệ thống viễn thơng thầy Nguyễn Hồng Hải giảng dạy chúng em hướng dẫn, trợ giáo để hồn thành việc thực hành dự án khóa học thiết kế mạng truyền dẫn vô tuyến Sau trải qua khoảng thời gian, chúng em hoàn thành việc thiết kế mạng truyền dẫn vô tuyến, cụ thể dùng phần mềm path loss Trong báo cáo này, chúng em trình bày cụ thể làm tuần vừa qua thông qua chương sau: Chương 1: Giới thiệu công cụ thiết kế phần mềm Pathloss Chương 2: Thiết kế mạng truyền dẫn vô tuyến phần mềm Pathloss Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Hoàng Hải tận tâm hướng dẫn chúng em q trình tìm hiểu hồn thiện báo cáo này! MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ i DANH MỤC BẢNG BIỂU ii CHƯƠNG GIỚI THIỆU CÔNG CỤ THIẾT KẾ PHẦN MỀM PATLOSS 1.1 Chức phần mềm thiết kế PathLoss 1.1.1 Mô đun tóm tắt 1.1.2 Mô đun liệu địa hình 1.1.3 Mô đun ăng ten 1.1.4 Mô đun bảng làm việc 1.1.5 Mô đun đa đường .3 1.1.6 Mô đun phản xạ 1.1.7 Mô đun nhiễu xạ .4 1.1.8 Mô đun vùng phủ 1.1.9 Mô đun hiển thị mặt cắt nghiêng đường truyền 1.1.10 Mô đun mạng 1.2 Các sở lý thuyết dùng phần mềm thiết kế PathLoss .5 CHƯƠNG THIẾT KẾ MẠNG TRUYỀN DẪN VÔ TUYẾN BẰNG PHẦN MỀM PATHLOSS 2.1 Các bước thiết kế: 2.2 Các báo cáo từ thiết kế 17 KÊT LUẬN 18 TÀI LIỆU THAM KHẢO 19 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2.1 Danh sách Site thành lập Hình 2.2 Bảng tóm tắt thiết kế tuyến Hình 2.3 Giao diện web Viewfinderpanoramas Hình 2.4 Thao tác add file liệu địa hình 10 Hình 2.5 Nhập liệu địa hình cho đường truyền 10 Hình 2.6 Tính tốn chiều cao anten khơng có vật cản đủ cao 11 Hình 2.7 Tính tốn chiều cao anten có vật cản 11 Hình 2.8 Multi Path tuyến khơng có vật cản 12 Hình 2.9 Multi Path tuyến có vật cản .12 Hình 2.10 Nhập độ tin cậy cho đường truyền .13 Hình 2.11 Nhập liệu cho mưa 13 Hình 2.12 Profile tuyến khơng có vật cản 14 Hình 2.13 Profile tuyến có vật cản 14 Hình 2.14 Hình ảnh suy hao đường truyền 15 Hình 2.15 Hình ảnh module Map Grid 15 Hình 2.16 Hình ảnh mạng vơ tuyến sau kết nói trạm 16 Hình 2.17 Báo cáo thiết kế tuyến .17 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Các tên toạ độ call sign trạm CHƯƠNG GIỚI THIỆU CÔNG CỤ THIẾT KẾ PHẦN MỀM 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: 1.1.1 Mơ đun tóm tắt Summary module hiển thị ban đầu chương trình, bao gồm chức năng: − Cung cấp giao diện để nhập thông số đường truyền Các bước tính tốn thực để tính mức tín hiệu thu Các phương pháp phân tích đường truyền tin cậy thực module Worksheet Một số thông số site name hay call sign phải nhập vào từ module Các giá trị khác độ cao anten nhập thay đổi từ module thiết kế khác − Cung cấp giao diện cho sở liệu PạthLoss để phân tích nhiễu − Thiếp lập dạng truyền sóng : điểm - điểm, điểm – đa điểm hay VHF – UHF 1.1.2 Mô đun liệu địa hình Từ Terrain Data module ta tạo thơng tin địa hình đường truyền hai trạm Module bao gồm bảng khoảng cách độ cao tương ứng địa hình hai site Module cho phép tạo sửa chữa thông số độ cao địa hình đường truyền theo cách: − − − − Nhập tay thông số từ đồ địa hình Nhập trực tiếp thơng tin từ đồ địa hình số hóa Chuyển đổi liệu sang dạn file text từ nguồn liệu khác Lấy thông tin độ cao khoảng cách từ sở liệu địa hình (bản đồ số) Module thiết kế tối ưu cho việc nhập thay đổi thông số tay Người thiết kế dựa vào khảo sát thực tế để thêm vật cản đường truyền như: cối, nhà, tháp, hay hồ nước Vật cản vật cản đơn hay khoảng (dãy) vật cản 1.1.3 Mô đun ăng ten Trong antenna module, 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 Khoảng hở đường truyền xác định cho anten anten phân tập Có thể thay đổi độ cao anten tuỳ ý chọn điều kiện tối ưu (tổng bình phương độ cao anten nhỏ nhất) Trong Antenna module, tính giá trị khoảng hở đường truyền nhập giá trị tham số bán kính tương đương Trái đất K hay giá trị phần trăm bán kinh miền Fresnel thứ 1.1.4 Mơ đun bảng làm việc Các phân tích tính tốn thơng số đường truyền cưối thực Microwave Worksheet module Các bảng nhập thông số chọn cách click vào biểu tượng thiết bị Các kết tính tốn hiển thị bảng thơng số Trong module có số đặc tính: Phương pháp tính độ tin cậy: Việc tính tốn độ tin cậy truyền dẫn theo phương pháp sau: − ITU-R P.530-6 (tính độ nghiêng đường truyền, góc ngẩng hệ số khí hậu địa hình) Góc ngẩng tính cách xác định mặt phản xạ đường truyền − ITU-R P.530-7 (tính độ nghiêng đường truyền hệ số khí hậu địa hình) − Hệ số KQ − Hệ số KQ có bao gồm độ gồ ghề địa hình Độ tin cậy biểu diễn độ khả dụng độ không khả dụng − Tổng thời gian tín hiệu mức cho phép tính theo tháng xấu tính theo hàng năm − Độ không khả dụng tháng xấu giây lỗi nghiêng trọng (SES) Các hệ thống có cải thiện phân tập Suy hao mưa: Sự gián đoạn thơng tin lượng mưa lớn tính theo p Crane theo khuyến nghị ITU-R P.530 sử dụng liệu thông kê mưa sau: − − − − Khu vực mưa Crane Khu vực mưa Crane điều chỉnh Khu vực mưa ITU-R Dữ liệu Canada cho 47 khu vực Các lặp thụ động: Các đường truyền có lặp thụ động tạo cách sử dụng phản xạ vng góc đơn/kép, back-to-back anten Trên đường truyền có tối đa lặp Chia đường truyền tính khoảng hở riêng cho đoạn sau kết hợp lại để tính thơng số cần thiết Mẫu: Một file pahtloss sử dụng mẫu để nhập thông tin ban đầu đường truyền 1.1.5 Mô đun đa đường Trong Multipath module 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 Có hai cách biểu diễn: − Constant Gradient: Dùng bán kính tương đối Trái đất tia sáng truyền theo đường thẳng Chương trình biểu diễn đường tín hiệu đo khoảng cách truyền cho sóng trực tiếp sóng phản xạ − Variable Gradient: Biểu diễn Trái đất mặt phẳng để minh họa bất thường truyền sóng tượng ống dẫn hay lỗ hổng 1.1.6 Mơ đun phản xạ Reflection module phân tích thay đổi mức tín hiệu thu đường truyền có phản xạ Tín hiệu thu hàm tham số: độ cao anten site 1, site 2, hệ số bán kính Trái đất K, tần số, mức thuỷ triều Trước tiên ta phải chọn điểm đầu cuối mặt phản xạ Ảnh hưởng tượng phân tán tín hiệu (sự phân tán tín hiệu phản xạ bề mặt cong Trái đất), độ gồ ghề địa hình, độ bao phủ mặt đất suy hao khoảng hở có thê có phép tính 1.1.7 Mơ đun nhiễu xạ Các thuật tốn nhiễu xạ: Trước tính tốn nhiễu xạ cần xác định loại vật cản có đường truyền Có 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 thay đổi được) Mỗi thuật tốn có quy tắc để xác định địa hình tham số tính tốn, phủ sóng phương pháp tính nhiễu khác 1.1.8 Mơ đun vùng phủ Để phân tích vùng phủ sóng cần có sở liệu địa hình Q trình hiển thị vùng phủ sóng gồm ba bước: Bước 1: Tạo liệu địa hình Bước 2: Tính suy hao kết hợp nhiễu xạ tán xạ với góc theo phương thẳng đứng dọc theo khu vực Bước 3: Xác định thông số vô tuyến anten, tiêu chuẩn mức tín hiệu yêu cầu thay đổi thời gian vị trí Các tính tốn điều chỉnh cách thay đổi thông số bước thích hợp Việc phân tích quan tâm đến góc ngẩng đường truyền tầm nhìn thẳng góc theo phương ngang đường truyền có vật cản Và vùng phủ sóng biểu diễn cách mảng màu 1.1.9 Mô đun hiển thị mặt cắt nghiêng đường truyền Print Profile module cung cấp định dạng: Biểu diễn với Trái đất phẳng Ở định dạng hiển thị bốn giá trị khác hệ số bán kính Trái đất K phần trăm miền Fresnel 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 CHƯƠNG THIẾT KẾ MẠNG TRUYỀN DẪN VÔ TUYẾN BẰNG PHẦN MỀM PATHLOSS 2.1 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 thơng tin cột là: tên trạm, vĩ độ, kinh độ, call sign trạm Bảng 2.1 Các tên toạ độ call sign trạm ST T Site name Frequency Longtitude Ladtitude TNN_PYN_AN_THAI 15GHz 105 54 13E 21 25 25N TNN_TNN_TAN_THANH 15GHz 105 52 29E 21 29 56N TNN_PBH_CAU_MAY 15GHz 105 57 18E 21 28 25N TNN_PBH_PHU_BINH 15GHz 105 58 49E 21 27 9N TNN_TNN_CAU_VUOT_DAN 15GHz 105 48 38E 21 34 36N TNN_TNN_TAN_THINH 15GHz 105 48 44E 21 34 8N TNN_TNN_GA_LUU_XA 15GHz 105 50 40E 21 33 46N TNN_TNN_LUU_XA 15GHz 105 50 47E 21 34 20N TNN_TNN_TAN_LONG 15GHz 105 47 33E 21 37 17N 10 TNN_TNN_THAI_NGUYEN 15GHz 105 50 24E 21 35 37N 11 TNN_TNN_TAN_THANH 15GHz 105 52 29E 21 29 56N 12 TNN_PYN_KCN_SAM_SUNG_ 15GHz 105 53 14E 21 25 54N 13 TNN_PBH_DAO_XA 15GHz 105 55 3E 21 31 25N 14 TNN_TNN_THONG_NHAT 15GHz 105 50 14E 21 34 14N 15 TNN_TNN_TAN_THANH_3 15GHz 105 52 4E 21 31 25N 16 TNN_TNN_TRUNG_THANH 15GHz 105 52 5E 21 32 9N 17 TNN_TNN_CAM_GIA 15GHz 105 51 45E 21 33 54N Bước 2: Từ file csv tạo ra, dùng chức nhập liệu site từ file text Pathloss Ta có site list đồ vị trí trạm Hình 2.1 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 thơng số đường truyền cho độ khả dụng đạt 99,999% Với tần số sử dụng, tính nhiễu trạm với Việc tính tốn thực Network module Dưới giao diện thiết kế đường truyển SDH TNN_TNN_TAN_THANH - TNN_PYN_KCN_SAM_SUNG_2 dùng băng tần 15 GHz dung lượng đường truyền 4CPM Summary module Hình 2.2 Bảng tóm tắt thiết kế tuyến Terrain Data module Ở Module giúp ta xác định độ cao địa hình, lát cắt địa hình site thêm vật cản cối, tòa nhà, Ta download file liệu địa hình theo đường link http://www.viewfinderpanoramas.org/Coverage%20map %20viewfinderpanoramas_org3.htm Các file tải có định dạng hgt Ta chọn khu vực E48 F48 Hình 2.3 Giao diện web Viewfinderpanoramas Ta thực thao tác Configure/ Terrain Database/ Setup Primary để add file hgt nhằm thu liệu địa hình khu vực cần thiết kế tuyến Hình 2.4 Thao tác add file liệu địa hình Thực thao tác Operation/ Generate Profile để xuất lát cắt địa hình trạm Hình 2.5 Nhập liệu địa hình cho đường truyền 10 Anten Height module Ở Module tự động tính tốn chiều cao anten cho phù hợp Hình 2.6 Tính tốn chiều cao anten khơng có vật cản đủ cao Hình 2.7 Tính tốn chiều cao anten có vật cản 11 Multipath module Hình 2.8 Multi Path tuyến khơng có vật cản Hình 2.9 Multi Path tuyến có vật cản 12 Worksheet module: Hình 2.10 Nhập độ tin cậy cho đường truyền Hình 2.11 Nhập liệu cho mưa 13 Print Profile module Hình 2.12 Profile tuyến khơng có vật cản Hình 2.13 Profile tuyến có vật cản 14 Diffraction module Hình 2.14 Hình ảnh suy hao đường truyền Map Grid module Sau nối trạm với ta mạng sau Đường màu đen đường nối site A site B Đường màu vàng đường nối trạm 15 Hình 2.15 Hình ảnh module Map Grid Network module Hình 2.16 Hình ảnh mạng vơ tuyến sau kết nói trạm 16 2.2 Các báo cáo từ thiết kế Sau hoàn tất thiết kế, ta có số báo cáo thống số chung mạng Báo cáo chung trạm mạng: Đây báo cáo tổng quát đặc điểm trạm mạng, từ tên, toạ độ, tên anten, thiết bị viba, tần số sử dụng, độ khả dụng… 17 Hình 2.17 Báo cáo thiết kế tuyến 18 KÊT LUẬN Quá trình thực đề tài thực khoảng thời gian hữu ích cho nhóm em nghiên cứu, tìm hiểu kỹ thuật thiết kế mạng truyền dẫn vô tuyến, đồng thời củng cố lại kiến thức học Qua đó, nhận thấy khó khăn triển khai ứng dụng lý thuyết vào thực tế Qua trình tìm hiểu thực đề tài, nhóm thu kết sau: − Tìm hiểu tổng quan hệ thống truyền dẫn vơ tuyến − Nghiên cứu, tìm hiểu tổng qt kỹ thuật truyền dẫn vơ tuyến tìm hiểu kỹ thuật thiết kế mạng truyền dẫn vô tuyến để đưa giải pháp tối ưu thiết kế hệ thống viễn thông − Sử dụng phần mềm chuyên dụng Pathloss để tính tốn, mơ thực tế Do thời gian có hạn, mạng truyền dẫn vơ tuyến lại vấn đề phức tạp nên kết đạt hạn chế Đề tài phần nhỏ hệ thống thông tin liên lạc nhiều vấn đề cần giải tích hợp hệ thống lớn 19 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] https://www.pathloss.com/p4prod.html [2] Hướng dẫn sử dụng Pathloss Google Earth thiết kế tuyến viba- Luan Pho - Path Loss - PDF Free Download (qdoc.tips) 20 ... em hướng dẫn, trợ giáo để hồn thành việc thực hành dự án khóa học thiết kế mạng truyền dẫn vô tuyến Sau trải qua khoảng thời gian, chúng em hoàn thành việc thiết kế mạng truyền dẫn vô tuyến, cụ... quan hệ thống truyền dẫn vơ tuyến − Nghiên cứu, tìm hiểu tổng qt kỹ thuật truyền dẫn vơ tuyến tìm hiểu kỹ thuật thiết kế mạng truyền dẫn vô tuyến để đưa giải pháp tối ưu thiết kế hệ thống viễn... hiển thị mặt cắt nghiêng đường truyền 1.1.10 Mô đun mạng 1.2 Các sở lý thuyết dùng phần mềm thiết kế PathLoss .5 CHƯƠNG THIẾT KẾ MẠNG TRUYỀN DẪN VÔ TUYẾN BẰNG PHẦN MỀM PATHLOSS