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 11 Họ và.
LỜI NÓI ĐẦU 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 11 Họ tên MSSV Phạm Tuấn Hùng 20182559 Nguyễn Vũ Trường Giang 20182471 Ngô Quốc Đại 20182408 Nguyễn Hữu Tú 20182849 Nguyễn Đăng Phi Hà Nội, 1/2022 Viba số hệ thống thông 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 phịng 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 tiến hành nghiên cứu tìm hiểu lý thuyết cách thiết kế, mô phần mềm Pathloss Trong báo cáo này, nhóm chúng em đề cập đến phần là: Cơ sở lý thuyết hệ thống thơng tin Viba • Thiết kế Pathloss • Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Hoàng 20182719 Hải cung cấp kiến thức tận tâm hướng dẫn q trình làm tập lớn nhóm em MỤC LỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Thông tin Viba Thông tin Viba số phương tiện thông tin phổ biến (bên cạnh thông tin vệ tinh thông tin quang) Sóng mang vơ tuyến truyền có tính định hướng cao nhờ anten định hướng Viba sóng điện từ có bước sóng dài tia hồng ngoại, ngắn sóng radio Viba 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 2 Băng tần Viba Phổ Viba 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 Khoảng 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 12.4 GHz Băng Ku 12.4 đến 18 GHz Băng K 18 đến 26.5 GHz Băng Ka 26.5 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: Băng tần Viba Bảng theo cách dung Hội vô tuyến điện Anh (Radio Society of Great Britain, RGSB) Đơi lúc người ta kí hiệu dải tần số cực cao (UHF) thấp băng L băng P Cự ly truyền sóng Sóng truyền thẳng có cự ly bị hạn chế độ cong trái đất (bán kính trái đất R=6300km) Gọi h1 (m) h2 (m) cao anten cự ly thông tin tối đa cho tuyến vi ba d (km) *Chú thích: d (km): cự ly thơng tin tối đa cho tuyến vi ba h1, h2 (m): độ cao anten phát thu Trong 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 Để dễ dàng tính cự ly truyền, ta coi sóng cao tần truyền thẳng, bán kính trái đất tăng lên R’ = 4R/3 = 8500 km *Chú thích: d (km): Cự ly thông tin tối đa cho tuyến vi ba h1, h2 (m): Độ cao anten phát thu Hệ thống Viba số Hệ thống Viba số hệ thống thông tin vô tuyến số sử dụng đường truyền dẫn số phần tử khác mạng vô tuyến Phân loại theo tốc độ • • • Dung lượng thấp: < 10Mbps Dung lượng trung bình: 10-100Mbps Dung lượng cao: > 100Mbps Cự ly liên lạc: • • Tuyến dài: >400km Tuyến ngắn: dải tần 15GHz (thiết bị anten gọn) Topo: • • Điểm – điểm Điểm – đa điểm Thiết kế tuyến thơng tin Viba • • • • • • • • • • • • • • Lựa chọn vị trí đặt trạm: đảm bảo điều kiện tầm nhìn thẳng Lựa chọn tần số làm việc: tần số thu – phát cách để tránh can nhiễu, giao thoa với tần số sử dụng lân cận Vẽ mặt cắt đường truyền: xác định độ cao anten phù hợp để đảm bảo khoảng hở Tính tốn quỹ đường truyền: quỹ công suất phù hợp để đảm bảo hoạt động điều kiện thời tiết Tính tốn tiêu đánh giá chất lượng tuyến Số chặng tiếp phát Loại thiết bị Tần số thu phát vị trí tiếp phát tuyến Phân cực Dung lượng kênh, dung lượng hệ thống Loại điều chế Độ cao đặt trạm, độ cao anten (anten phân tập) Vĩ độ, kinh độ: để xác đinh góc phương vị khoảng cách Độ dài đường truyền CHƯƠNG 2: PATHLOSS 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 Mô 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 Mơ đun 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 1.1.3 Mô đun anten 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 Mô 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 thông 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 khơng 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 Mô 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 tốn để xác định nhiễu xạ • TIREM- Terrain Integrated Rough Earth Model • NSMA- National Spectrum Managers Asscociation • PathLoss (là thuật tốn 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 Mô 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 thơng 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 • Biểu diễn với Trái đất cong dùng trục thẳng với giá trị K bốn giá trị phần trăm miền Fresnel • Biếu diễn với Trái đất cong dùng trục congvới giá trị K bốn giá trị phần trăm miền Fresnel Với trường hợp có phân tập khơng gian, phần trăm miền Fresnel xác định cho anten anten phân tập 1.1.10 Mô đun mạng Network module cung cấp giao diện địa lý làm cho việc thiết kế đường truyền hai trạm dễ dàng Chức làm công việc thiết kế đơn giản cách đáng kể thiết kế cho dự án lớn Tính tốn nhiễu hệ thống tính tốn module Trong q trình thiết kế, module kiểm tra tất thay đổi từ tên trạm, toạ độ, độ cao… để đảm bảo thống liệu Với network module, việc thiết kế bắt đầu cách nhập thông tin trạm đường truyền ghi sẵn định dạng file text file pathloss Chức giúp việc nhập thông tin cho đường truyền cần thiết kế thực nhanh Các sở lý thuyết dùng phần mềm thiết kế PathLoss Trong phần mềm PathLoss, việc tính tốn dựa số khuyến nghị khác ITU-R, khuyến nghị P.530-9 hay P.530-8 Việc lựa chọn cách tính tốn dựa sở phụ thuộc vào việc người thiết kế có đủ cơng cụ cần thiết hay khơng Nếu có đồ số có độ xác cao, lựa chọn phương pháp tính tốn dựa khuyến nghị ITU-R p.530-9 Khi đó, việc tính tốn phần mềm tính tự động kết xác cao Nếu khơng có đồ số đạt độ xác 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 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 ST T Tên trạm Latitude Longtitude Frequency band BNH_BNH_BAC_NINH_3 21 10 37 N 106 29 E 15G BNH_BNH_KCN_KHAC_NIEM 21 45 N 106 25 E 15G BNH_YPG_MAN_XA 21 10 N 105 55 38 E 15G BNH_BNH_NGUYEN_DANG_DAO 21 47 N 106 34 E 15G BNH_BNH_SUOI_HOA 21 10 57 N 106 17 E 15G BNH_BNH_THI_CAU 21 11 32 N 106 22 E 15G BGG_BGG_BAC_GIANG_PT 21 16 40 N 106 11 38 E 15G BGG_BGG_SONG_KHE 21 15 N 106 10 26 E 15G BGG_BGG_BAC_GIANG_PT 21 16 40 N 106 11 38 E 15G 10 21 14 40 N 106 14 12 E 15G 11 BGG_BGG_TRAN_NGUYEN_HAN_ BNH_TDU_LIEN_BAO 21 42 N 106 39 E 15G 12 BNH_TDU_HIEN_VAN 21 25 N 106 E 15G 13 BGG_YDG_TIEN_DUNG 21 12 10 N 106 17 28 E 15G 14 BNH_QVO_NGHIEM_XA 21 49 N 106 10 E 15G 15 BNH_QVO_PHUONG_MAO 21 38 N 106 20 E 15G 16 BGG_LNM_LAN_MAU 21 16 19 N 106 19 E 15G 17 BGG_LNM_KHAM_LANG 21 15 49 N 106 22 33 E 15G 18 BNH_TSN_DONG_KY 21 58 N 105 56 52 E 15G Bảng 2: Các tên toạ độ trạm 10 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 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 9,9999% Với tần số sử dụng, tính nhiễu trạm với Việc tính tốn thực Network module Dưới giao diện thiết kế đường truyển BNH_BNH_BAC_NINH_3 đến BNH_BNH_KCN_KHAC_NIEM dùng băng tần 15GHz dung lượng đường truyền STM1 • Summary module 11 Hình 2: Bảng tóm tắt thiết kế tuyến • Terrain Data module Hình 1: Nhập liệu địa hình cho đường truyền • Anten Height module 12 Hình 2: Chọn chiều cao anten cho tuyến • Multipath module Hình 3: Multi Path tuyến 13 • Worksheet module: Hình 4: Nhập độ tin cậy cho đường truyền Hình 5: Nhập liệu cho mưa 14 • Print Profile module Hình 6: Profile tuyến • Diffraction module 15 Hình 7: Hình ảnh tính nhiễu xạ đường truyền • Network module Hình 10: Hình ảnh mạng vơ tuyến sau kết nói trạm 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… 16 Hình 11: Báo cáo thiết kế tuyến 17 KẾT LUẬN Sau thiết kế hiểu rõ thông tin Viba Việc thiết kế truyền dẫn vơ tuyến phức tạp cơng việc chuẩn bị cho trình thiết kế quan trọng Thơng qua tập lớn này, nhóm chúng em tiếp thu nhiều kiến thức có thêm nhiều kinh nghiệm việc nghiên cứu tìm hiểu, mơ thiết kế Chúng em lần xin cảm ơn thầy Nguyễn Hoàng Hải tận tình giúp đỡ trình tìm hiểu hoàn thành tập lớn Bài tập lớn chúng em cịn nhiều thiếu sót, mong thầy góp ý sửa chữa để chúng em hồn thành tập lớn cách tốt 18 TÀI LIỆU THAM KHẢO https://www.slideshare.net/Thininh/chuong-3-he-thong-viba-va-ve-tinh https://tailieu.vn/doc/bai-giang-he-thong-thong-tin-viba-ve-tinh-chuong-1-596209.html https://www.youtube.com/watch? v=PirlEI76PB8&fbclid=IwAR3SSq3bKdTavR_L8LkLmfP6qGMpX1NfY8DqyRgluRAu c_rpxWTTeEcuAXk http://www.viewfinderpanoramas.org/Coverage%20map %20viewfinderpanoramas_org3.htm? fbclid=IwAR0w4oEHY4U_dfy6e1ABTBrA8CediPYkdpCcHLPn1hNGktT5QfBq9IUNp V8 19 ... THUYẾT Thông tin Viba Thông tin Viba số phương tiện thông tin phổ biến (bên cạnh thông tin vệ tinh thông tin quang) Sóng mang vơ tuyến truyền có tính định hướng cao nhờ anten định hướng Viba sóng... toạ độ, tên anten, thiết bị viba, tần số sử dụng, độ khả dụng… 16 Hình 11: Báo cáo thiết kế tuyến 17 KẾT LUẬN Sau thiết kế hiểu rõ thông tin Viba Việc thiết kế truyền dẫn vơ tuyến phức tạp cơng... Cự ly thông tin tối đa cho tuyến vi ba h1, h2 (m): Độ cao anten phát thu Hệ thống Viba số Hệ thống Viba số hệ thống thông tin vô tuyến số sử dụng đường truyền dẫn số phần tử khác mạng vô tuyến