TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN HỆ THỐNG VIỄN THÔNG THIẾT KẾ TỐI ƯU MẠNG TRUYỀN DẪN SÓNG VIBA Giảng viên hướng dẫn PGS TS Nguyễn Hoàng Hải Mã lớp 129258 Sinh.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN HỆ THỐNG VIỄN THƠNG THIẾT KẾ TỐI ƯU MẠNG TRUYỀN DẪN SĨNG VIBA Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Hoàng Hải Mã lớp: 129258 Sinh viên thực hiện: Lê Hoàng Long – 20182653 Phạm Quang Minh - 20182689 Lê Văn Cường - 20182398 Đỗ Văn Thắng - 20182777 Nguyễn Văn Hiếu - 20182523 Hà Nội, 12/2021 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 thông 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 phòng 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 đòi hỏi phải cụ thể xác Trong thời gian vừa qua kì 20211, chúng em học môn “Hệ thống viễn thông” với giảng dạy PGS.TS Nguyễn Hoàng Hải Qua thời gian học tập, chúng em tiếp thu nhiều kiến thức hệ thống viễn thông, tham gia làm tập lớn giúp chúng em có nhìn thấu đáo sóng vơ tuyến viba hệ thống viễn thông Qua chúng em học cách mô trạm qua phần mêm pathloss4, hiểu cơng việc xây dựng hệ thống sóng vô tuyến viba,… Bài báo cáo chia làm hai phần: Lý thuyết: Nêu lên lý thuyết bản, yêu cầu trình tự thiết kế Thiết kế: Thực mô phỏng, thiết kế tối ưu kết Trong q trình tìm hiểu hồn thành báo cáo chúng em cố gắng hết mức để có kết tốt Tuy nhiên cịn nhiều thiếu sót q trình báo cáo kết Chúng em mong nhận góp ý thầy bạn để hồn thiện Cuối cùng, chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Nguyễn Hoàng Hải hướng dẫn chi tiết giải đáp thắc mắc giúp chúng em hồn thành đề tài này! Phân cơng cơng việc STT Nhiệm vụ Tìm hiểu sở lí thuyết Người thực Lê Hoàng Long Phạm Quang Minh Nguyễn Văn Hiếu Đỗ Văn Thắng Lê Văn Cường Lựa chọn trạm Phạm Quang Minh Thiết kế sơ đồ liên kết Lê Hoàng Long trạm Thiết kế trạm Liên kết trạm Viết báo cáo Hoàn thiện slide Thời gian weeks Mỗi sinh viên trạm Lê Hoàng Long Phạm Quang Minh Lê Hoàng Long Nguyễn Văn Hiếu Đỗ Văn Thắng Lê Văn Cường MỤC LỤC: I MÔ TẢ ĐỀ TÀI…………………………………………… II.CƠ SỞ LÝ THUYẾT……………………………………7 Phần mềm Pathloss……………………………………….8 Sóng viba………………………………………………….12 Hệ thống viba………………………………………………….13 3.1: Hệ thống thông tin viba……………………………………………………………13 3.2: Đặc điểm hệ thống vi ba……………………………………….14 III MÔ PHỎNG TRÊN PHẦN MỀM PATHLOSS….15 IV KẾT LUẬN……………………………………….24 I MÔ TẢ ĐỀ TÀI Mục tiêu đề tài: Đề tài nhóm em lựa chọn thiết kế hệ thống viễn thông viba phần mềm Pathloss4 Chúng em chọn 10 trạm với địa điểm có kinh độ vĩ độ tần số 15GHz để thiết kế sau mơ phần mềm Pathloss4 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 Vì vậy, nhóm chúng em thiết kế đề tài với hai mục tiêu: a) 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 b) Kinh tế: - Phải tính tốn xác thơng số kỹ thuật, tình hình tài để từ lựa chọn thiết bị phù hợp tránh lãng phí đạt hiệu suất cao - Việc thiết kế tuyên vi ba sô xung quang khu vực thành phố Thanh Hóa 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 có II Cơ sở lí thuyết 1.Phần mềm Pathloss 1.1Chức 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: 1.2Module 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 1.3Module liệu địa hình Từ Terrain Data module ta tạo thông 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 1.4Module 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 1.5 Module 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 pCrane 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 vuông góc đơn/kép, back-to-back anten Trên đường truyền có tối đa lặp Chia đường 10 III Mô phần mềm Pathloss Figure 1: Site list hệ thống 17 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 - Figure 2: Bảng tóm tắt thiết kế tuyến 18 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: Chọn Setup Primary (có thể tráo ngược Primary Secondary) lên cửa sổ SRTM Chọn file BIL-HDR-BLW sau load tới file hgt vừa tải Sau load có dạng Map name 19 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: Chọn Generate Profile, xuất hộp thoại điền khoảng cách để tạo liệu, chọn 100m → 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 mục: Single Structure (vật chắn đơn), Range of Structures (đa vật chắn) Và cuối phần Terrain Data hình sau: 20 Figure 3: Nhập liệu địa hình đường truyền Bước 4: Tính tốn độ cao anten Trên cơng cụ chọn Module → Antenna Heights Sau kích vào biểu tượng máy tính, Pathloss tự tính chiều cao anten trạm 21 Figure 4: Chiều cao anten tuyến Bước 5: Hiển thị Multipath Trên công cụ chọn Module →Multipath Figure 5: Multipath tuyến 22 Bước 6: 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 thơng số dấu tích màu xanh thơng báo hồn thành nhận bảng thơng số hình Figure 6: Nhập độ tin cậy đường truyền Figure 7: Nhập liệu mưa 23 Bước 7: Hiển thị Printprofile Trên công cụ chọn Module →Printprofile Figure 8: Profile tuyến Bước 8: Tính tốn nhiễu xạ (Diffraction) Trên công cụ chọn Module→Diffraction Hiển thị vùng Fresnel thứ nhất, click vào Operations→Fresnel Zones Figure 9: Hình ảnh nhiễu xạ đường truyền 24 Bước 9: Hiển thị Map Network 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 Figure 10: Hình ảnh mạng chế độ map grid 25 Figure 11: Hình ảnh network chèn đồ địa hình KẾT LUẬN Sau thiết kế chúng em hiểu rõ thông tin viba Việc thiết kế truyền dẫn vơ tuyến phức tạp cơng việc chuẩn bị cho q 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 Một lần nữa, chúng em xin cảm ơn thầy hướng dẫn giúp đỡ chúng em thời gian qua! thành viên Dự án 2( P https://we tos/pintos_ https://ww 5600/fall/2 fbclid=Iw TbaOWX efMObPrJ 26 27 ... Sóng viba 2.1 Sóng viba gì? Sóng viba tia điện từ có tần số từ 300 MHz đến 300GHz phổ điện từ Vi sóng nhỏ so sánh với sóng sử dụng phát Phạm vi chúng nằm sóng vơ tuyến sóng hồng ngoại Sóng viba. .. trình tự thiết kế Thiết kế: Thực mô phỏng, thiết kế tối ưu kết Trong trình tìm hiểu hồn thành báo cáo chúng em cố gắng hết mức để có kết tốt Tuy nhiên cịn nhiều thiếu sót q trình báo cáo kết Chúng... Background Figure 10: Hình ảnh mạng chế độ map grid 25 Figure 11: Hình ảnh network chèn đồ địa hình KẾT LUẬN Sau thiết kế chúng em hiểu rõ thông tin viba Việc thiết kế truyền dẫn vơ tuyến phức tạp cơng