thiết kế tuyến thông tin viba

1 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 PGS TS Nguyễn Hoàng Hải Nhóm sinh viên thực hiện Nhóm 7.

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: PGS TS Nguyễn Hồng Hải Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm MSSV Họ tên 20182555 Nguyễn Đình Hùng 20182755 Đầu Xuân Thái Sơn 20182652 Lê Hải Long 20182805 Trần Công Thịnh 20182673 Bùi Đức Mạnh Hà Nội, 01/2022 LỜI NÓI 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 thông tin không ổn định chịu nhiều ảnh hưởng môi trường, đặc biệt tượng fading Để hiểu cách thiết kế thông 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 nhiều thiếu sót, mong thầy góp ý sửa chữa để chúng em hồn thành tập lớn cách tốt Mục lục DANH MỤC HÌNH VẼ PHÂN CHIA CÔNG VIỆC .5 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VIBA .6 1.1 Hệ thống thông tin viba 1.2 Đặc điểm hệ thống vi ba 1.3 Mơ hình hệ thống 1.4 Phân loại 1.5 Ưu nhược điểm hệ thống vi ba 1.6 Các mạng vi ba số 10 1.7 Điều chế giải điều chế 11 CHƯƠNG THIẾT KẾ TUYẾN THÔNG TIN VIBA 12 2.1 Sử dụng Google Earth 12 2.1.1 Mục đích 12 2.1.2 Cách thực 12 2.2 Sử dụng Pathloss 4.0 để thiết kế tuyến 14 2.2.1 Mục đích 14 2.2.2 Tiến hành thiết kế .14 CHƯƠNG KẾT LUẬN .24 TÀI LIỆU THAM KHẢO .25 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình Sơ đồ tuyến vi ba đơn giản Hình Mơ hình hệ thống số vi ba điển hình Hình Sơ đồ khối thiết bị thu phát vi ba Hình Sơ đồ điều chế giải điều chế số 11 Hình Giao diện Google Earth 12 Hình Xác định tọa độ tạm cần đặt 13 Hình Xác định khoảng cách hai trạm cần đặt 13 Hình Giao diện phần mềm Pathloss4.0 14 Hình Xác định phần kinh tuyến vĩ tuyến 15 Hình 10 Giao diện lưu đồ số 16 Hình 11 Hộp thoại Terrain data 17 Hình 12 Bản đồ địa hình hai trạm cần đặt 18 Hình 13 Tính toán chiều cao anten 18 Hình 14 Tối ưu chiều cao anten 19 Hình 15 Cài đặt thông số module Worksheet 20 Hình 16 Tính tốn nhiễu xạ 20 Hình 17 Giao diện Multipath 22 Hình 18 Giao diện PrintProfile 22 Hình 19 Danh sách trạm 23 Hình 20 Hình ảnh mạng vô tuyến sau kết nối trạm 23 PHÂN CHIA CÔNG VIỆC Thành viên Cơng việc Nguyễn Đình Hùng Phân chia công việc, thiết kế chặng + Báo cáo Đầu Xuân Thái Sơn Thiết kế chặng + Báo cáo Lê Hải Long Thiết kế chặng + Báo cáo Trần Cơng Thính Thiết kế chặng + Slide Bùi Đức Mạnh Thiết kế chặng + Slide CHƯƠNG TỞNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VIBA 1.1 Hệ thớng thơng tin viba Từ tiếng Anh microwave có nghĩa sóng cực ngắn hay viba theo cách dịch qua tiếng Trung Quốc Từ viba sử dụng chung cho hệ thống vệ tinh, di động hay vô tuyến tiếp sức mặt đất, song nước ta từ viba sử dụng từ trước để hệ thống vơ tuyến tiếp sức Do đó, tài liệu kỹ thuật ta, nói viba nói tới hệ thống vơ tuyến tiếp sức mặt đất Thơng tin sóng cực ngắn hai điểm bắt đầu xuất vào năm 30 kỷ trước nhiên lúc khó khăn mặt kỹ thuật nên làm việc dải sóng mét ưu điểm thông tin siêu cao tần chưa phát huy Năm 1935 đường thông tin VTTS thành lập Newyoec Philadenphi chuyển tiếp qua địa điểm chuyền kênh thoại Và TTVTTS bùng nổ sau chiến tranh giới lần thứ hai Hệ thống viba số bắt đầu hình thành từ đầu năm 50 phát triển mạnh mẽ với phát triển kỹ thuật viễn thông Hệ thống viba (microwave link): hệ thống truyền thơng tin điểm sóng vơ tuyến cực ngắn Hình Sơ đờ tún vi ba đơn giản 1.2 Đặc điểm hệ thống vi ba Thông tin vi ba số phương tiện thông tin phổ biến (bên cạnh thông tin vệ tinh thông tin quang) Hệ thống vi ba số sử dụng sóng vơ tuyến Sóng mang vơ tuyến truyền có tính định hưởng cao nhờ anten định hướng Hệ thống Vi ba số hệ thống thông tin vô tuyến số sử dụng đường truyền dẫn số phần tử khác mạng vô tuyến Hệ thống Vi ba số sử dụng làm: • Các đường trung kế số nối tổng đài số • Các đường truyền dẫn nối tổng đài đến tổng đài vệ tinh • Các đường truyền dẫn nối thuê bao với tổng đài tổng đài vệ tinh • Các tập trung thuê bao vơ tuyến • Các đường truyền dẫn hệ thống thông tin di động để kết nối máy di động với mạng viễn thông Các hệ thống truyền dẫn vi ba phần tử quan mạng viễn thông ,tầm quan trọng ngày khẳng định công nghệ thông tin vô tuyến thông tin di động sử dụng rộng rãi viễn thơng 1.3 Mơ hình hệ thớng Hình Mô hình hệ thống số vi ba điển hình Một hệ thống vi ba số bao gồm loạt khối xử lý tín hiệu Các khối phân loại theo mục sau đây: • • • • Biến đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số Tập hợp tín hiệu số từ nguồn khác thành tín hiệu băng tần gốc Xử lý tín hiệu băng gốc để truyền kênh thơng tin Truyền tín hiệu băng gốc kênh thơng tin • Thu tín hiệu băng gốc từ kênh thơng tin • Xử lý tín hiệu băng gốc thu để phân thành nguồn khác tương ứng • Biến đổi tín hiểu số thành tín hiệu tương tư tương ứng Biến đổi ADC DAC thực phương pháp sau đây: • • • • • • Điều giải điều xung mà PCM Xung mã Logarit (Log (PCM)) Xung mã vi sai (DPCM) Xung mã vi sai tự thích nghi (ADPCM) Điều giải điều delta (DM) Delta tự thích nghi (ADN) Tập hợp tín hiệu số từ nguốn băng gốc khác thành tín hiệu băng gốc phân chia tín hiệu số từ tín hiệu băng gốc thực nhờ q trình ghép tách Có hệ thống ghép tách chủ yếu theo thời gian TDM theo tần số FDM Việc xử lý tín hiệu băng gốc thành dạng sóng vơ tuyến thích hợp để truyền kênh thơng tin phụ thuộc vào mơi trường truyền dẫn mơi trường truyền dẫn có đặc tính hạn chế riêng Việc xác định sơ đồ điều chế giải điều chế thích hợp yêu cầu độ nhạy thiết bị tương ứng với tỉ lệ lỗi bit BER cho trước tốc độ truyền dẫn định, phụ thuộc vào độ phức tạp giá thành thiết bị Hình Sơ đờ khới thiết bị thu phát vi ba 1.4 Phân loại * Phụ thuộc vào tốc độ bít tín hiệu PCM cần truyền, thiết bị vô tuyến phải thiết kế, cấu tạo phù hợp để có khả truyền dẫn tín hiệu Có thể phân loại sau: • Vi ba số băng hẹp (tốc độ thấp): dùng để truyền tín hiệu có tốc độ 2Mbit/s, Mbit/s Mbit/s, tương ứng với dung lượng kênh thoại 30 kênh, 60 kênh 120 kênh Tần số sóng vơ tuyến (0,4 - 1,5)GHz • Vi ba số băng trung bình (tốc độ trung bình): dùng để truyền tín hiệu có tốc độ từ (8-34) Mbit/s, tương ứng với dung lượng kênh thoại 120 đến 480 kênh Tần số sóng vơ tuyến (2 - 6)GHz • Vi ba số băng rộng (tốc độ cao): dùng để truyền tín hiệu có tốc độ từ (34140) Mbit/s, tương ứng với dung lượng kênh thoại 450 đến 1920 kềnh Tần số sóng vơ tuyen 4, 6, 8, 12GHz 1.5 Ưu nhược điểm của hệ thống vi ba • • • • • • • ➢ Ưu điểm: Thông tin xuất phát từ nguồn khác điện thoại, máy tính, facsimile, telex,video tổng hợp thành luồng bit số liệu tốc độ cao để truyền sóng mang vơ tuyến Nhờ sử dụng lặp tái sinh luồng số liệu nên tránh nhiễu tích luỹ hệ thống số Việc tái sinh tiến hành tốc độ bit cao băng tần gốc mà không cần đưa xuống tốc độ bit ban đầu Nhờ có tính chống nhiễu tốt, hệ thống vi ba số hoạt động tốt với tỉ số sóng mang / nhiễu (C/N)>15dB Trong hệ thống vi ba tương tự yêu cầu (C/N) lớn nhiều (>30dB, theo khuyến nghị CCIR) Điều cho phép sử dụng lại tần Cùng dung lượng truyền dẫn, công suất phát cần thiết nhỏ so với hệ thống tương tự làm giảm chi phí thiết bị, tăng độ tin cậy, tiết kiệm nguồn Ngồi ra, cơng suất phát nhỏ gây nhiễu cho hệ thống khác ➢ Nhược điểm: Khi áp dụng hệ thống truyền dẫn số, phổ tần tín hiệu thoại rộng so với hệ thống tương tự Khi áp dụng hệ thống truyền dẫn số, phổ tần tín hiệu thoại rộng so với hệ thống tương tự Hệ thống dễ bị ảnh hưởng méo phi tuyến đặc tính bão hồ, linh kiện bán dẫn gây nên, đặc tính không xảy cho hệ thống tương tự Các vấn đề khắc phục nhờ áp dụng tiến kỹ thuật điều chế số nhiều 1.6 Các mạng vi ba số Thường mạng vi ba số nối với trạm chuyển mạch phận mạng trung kế quốc gia trung kế riêng, nối tuyến nhánh xuất phát từ trung tâm thu thập thơng tin khác đến trạm (ứng dụng trung tâm chuyển mạch tổ chức mạng Internet) * Vi ba số điểm nối điểm: Mạng vi ba số điểm nối điểm sử dụng phổ biến Trong mạng đường dài thường dùng cáp sợi quang cịn mạng quy mơ nhỏ từ tỉnh đến huyện ngành kinh tế khác người ta thường sử dụng cấu hình vi ba số điểm-điểm dung lượng trung bình cao nhằm thoả mãn nhu cầu thông tin đặc biệt dịch vụ truyền số liệu Ngoài ra, số trường hợp, viba dung lượng thấp giải pháp hấp dẫn để cung cấp trung kế cho mạng nội hạt, mạng thông tin di động * Vi ba số điểm nối đến nhiều điểm: Mạng vi ba số trở thành phổ biến số vùng ngoại ô nông thôn Mạng bao gồm trạm trung tâm phát thông tin an ten đẳng hướng phục vụ cho số trạm ngoại vi bao quanh Nếu trạm ngoại vi nằm phạm vi (bán kính) truyền dẫn cho phép khơng cần dùng trạm lặp, khoảng cách xa sẽ sử dụng trạm lặp để đưa tín hiệu đến trạm ngoại vi Từ thông tin sẽ truyền đến thuê bao Thiết bị vi ba trạm ngoại vi đặt ngồi trời, cột.v.v trạm ngoại vi lắp đặt thiết bị cho nhiều trung kế Khi mật độ cao bổ sung thêm thiết bị; thiết kế để hoạt động băng tần 1,5GHz -1,8GHz 2,4GHz sử dụng sóng mang cho hệ thống hồn chỉnh 10 1.7 Điều chế và giải điều chế * Điều chế: Điều chế số phương thức điều chế tín hiệu số mà hay nhiều thơng số sóng mang thay đổi theo sóng điều chế Hay nói cách khác, trình gắn tin tức (sóng điều chế) vào dao động cao tần (sóng mang) nhờ biến đổi hay nhiều thơng số dao động cao tần theo tin tức Thơng qua q trình điều chế số, tin tức vùng tần số thấp sẽ chuyển lên vùng tần số cao để truyền xa Hình Sơ đờ điều chế và giải điều chế số * Giải điều chế: Giải điều chế trình ngược lại với trình điều chế, q trình thu có tham số: biến độ, tần số, pha tín hiệu sóng mang biến đổi theo tín hiệu điều chế tùy theo phương thức điều chế mà ta có phương thức giải điều chế thích hợp để lấy lại thông tin cần thiết 11 CHƯƠNG THIẾT KẾ TUYẾN THƠNG TIN VIBA Nhóm sẽ sử dụng Pathloss 4.0 Google Earth thiết kế tuyến Viba 2.1 Sử dụng Google Earth 2.1.1 Mục đích Xác định kinh độ, vĩ độ hai trạm phát thu, hiển thị độ cao so với mực nước biển… 2.1.2 Cách thực Bước 1: Mở Google Earth có giao diện sau: Hình Giao diện Google Earth Bước 2: Chọn kinh độ, vĩ độ trạm cần đặt 12 Hình Xác định tọa độ tạm cần đặt Bước 3: Vẽ đường thẳng để đo khoảng cách trạm hiển thị cấu hình độ cao trạm ta biết tọa độ xác Từ đường lưu lại file địa hình để tiện việc tra cứu sau Hình Xác định khoảng cách hai trạm cần đặt 13 2.2 Sử dụng Pathloss 4.0 để thiết kế tuyến 2.2.1 Mục đích Pathloss 4.0 phần mềm chuyên nghiệp thiết kế tuyến Microwave với ưu điểm vượt trội dễ sử dụng, đầy đủ thông số bên cạnh có nhược điểm tính chống nhiễu không care đến terrain 2.2.2 Tiến hành thiết kế Bước 1: Thiết lập thông số ban đầu - Tọa độ: gồm vĩ độ kinh độ lấy từ Goole earth sau nhập hình trên, tọa độ lưu ý nhập cách dấu cách, khơng dùng kí hiệu độ, phút, giây Hình Giao diện phần mềm Pathloss4.0 - Tiếp theo ta nhập tần số: tần số sử dụng 15GHz - Thiết lập chuẩn ban đầu: công cụ Pathloss chọn configure → geographic default Xuất hộp thoại 14 Hình Xác định phần kinh tuyến và vĩ tuyến - Thiết lập thông số hình Bước 2: Load liệu địa hình SRTM - Dữ liệu địa hình SRTM thể tọa độ (latitude, longitude), thông số độ cao (elevation) load trực tiếp vao Pathloss để mơ địa hình phần terrain data - SRTM tải trang chủ NASA - Sau có liệu địa hình SRTM bắt đầu load vào Pathloss: cơng cụ Pathloss chọn phần Configure → terrain Database - Xuất hộp thoại: 15 - Chọn Setup Primary (có thể tráo ngược Primary Secondary) sẽ lên cửa sổ SRTM Hình 10 Giao diện lưu bản đờ sớ - Chọn file BIL-HDR-BLW sau load tới file hgt vừa tải Sau load sẽ có dạng Map name Bước 3: Tạo liệu địa hình hiển thị Pathloss - Sau load liệu địa hình SRTM vào phần Module công cụ chọn Terrain Data Xuất cửa sổ mới: 16 Hình 11 Hộp thoại Terrain data - Chọn Generate Profile, xuất hộp thoại điền khoảng cách để tạo liệu, chọn 10m → Generate - Khi Generate Profile báo Profile Complete có nghĩa tạo dạng địa trên, sau ta thêm vật chắn tòa nhà, cối, … Click double vào Structure sẽ mục: Single Structure (vật chắn đơn), Range of Structures (đa vật chắn) - Và cuối phần Terrain Data sẽ hình sau: 17 Hình 12 Bản đờ địa hình hai trạm cần đặt Bước 4: Tính tốn độ cao anten - Trên cơng cụ chọn Module → Antenna Heights Hình 13 Tính tốn chiều cao anten - Sau kích vào biểu tượng máy tính, Pathloss sẽ tự tính chiều cao anten trạm 18 Hình 14 Tới ưu chiều cao anten Bước 5: Thực việc thiết kế phần Worksheets - Sau load tất thông số TX Channels, Radio Equipment, Branching Network TR-TR, Transmission Lines TR -TR, Antennas TR – TR, Path Profile Data, Rain → Sau chọn đầy đủ thông số dấu tích màu xanh thơng báo hồn thành nhận bảng thơng số hình 19 Hình 15 Cài đặt thơng sớ module Worksheet Bước 6: Tính tốn nhiễu xạ (Diffraction) - Trên công cụ chọn Module→Diffraction Hiển thị vùng Fresnel thứ nhất, click vào Operations→Fresnel Zones Hình 16 Tính tốn nhiễu xạ 20 - Chọn hình →Close - Click chọn vào biểu tượng máy tính cơng cụ hộp thoại tính tốn xuất Kết tính tốn hình với suy hao khơng gian tự 114.41dB, suy hao khơng khí 0.02dB, tổng suy hao 114.43dB Bước 7: Hiển thị Multipath - Trên công cụ chọn Module →Multipath 21 Hình 17 Giao diện Multipath Bước 8: Hiển thị Printprofile - Trên cơng cụ chọn Module →Printprofile Hình 18 Giao diện PrintProfile Bước 9: Hiển thị Map Network 22 - Trên công cụ chọn Module->Network - Để load map vào Network phải Save trước với đuôi *.gr4 Muốn save phải đặt call sign cho hai trạm tab summary với tên - Thực tương tự với site lại add vào site list Hình 19 Danh sách trạm - Sau chọn Site Data -> Create Background Hình 20 Hình ảnh về mạng vơ tún sau kết nới trạm 23 CHƯƠNG KẾT LUẬN Q 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 vô 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 chun dụng Pathloss để tính tốn, mơ thực tế Do thời gian có hạn, mạng truyền dẫn vô tuyến lại vấn đề phức tạp nên kết đạt hạn chế Đề tài phần nhỏ hệ thống thơng tin liên lạc cịn nhiều vấn đề cần giải tích hợp hệ thống lớn 24 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Tham khảo: https://www.youtube.com/watch?v=yxI8diwQ4y8 [2] Tham khảo: https://www.pathloss.com/ [3] Tham khảo: https://www.pathloss.com/mapsearch.html [4] Tham khảo: https://www.pathloss.com/p4prod.html [5] Tham khảo: https://ilide.info/doc-viewer 25 ... giải điều chế thích hợp để lấy lại thơng tin cần thiết 11 CHƯƠNG THIẾT KẾ TUYẾN THÔNG TIN VIBA Nhóm sẽ sử dụng Pathloss 4.0 Google Earth thiết kế tuyến Viba 2.1 Sử dụng Google Earth 2.1.1 Mục... 11 CHƯƠNG THIẾT KẾ TUYẾN THÔNG TIN VIBA 12 2.1 Sử dụng Google Earth 12 2.1.1 Mục đích 12 2.1.2 Cách thực 12 2.2 Sử dụng Pathloss 4.0 để thiết kế tuyến ... Lê Hải Long Thiết kế chặng + Báo cáo Trần Công Thính Thiết kế chặng + Slide Bùi Đức Mạnh Thiết kế chặng + Slide CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VIBA 1.1 Hệ thống thông tin viba Từ tiếng Anh microwave