TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN ĐIỆN TỬ BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN HỆ THỐNG VIỄN THÔNG Đề tài THIẾT KẾ TUYẾN THÔNG TIN VI BA SỬ DỤNG PHẦN MỀM PATHLOSS Giảng viên hướng dẫn PSG TS NGUYỄN HOÀNG HẢI.
THÔNG TIN VI BA
• Vi ba là sóng điện từ có bước sóng dài hơn tia hồng ngoại, nhưng ngắn hơn sóng radio.
• Vi ba còn gọi là sóng tần số siêu cao (SHF), có bước sóng khoảng từ 30 cm (tần số
1 GHz) đến 1 cm (tần số 30 GHz)[2]
BĂNG TẦN VIBA
• Phổ viba thường được xác định là năng lượng điện từ có tần số khoảng từ 1Ghz đến 1000Ghz.Những ứng dụng viba phổ biến nhất ở khoảng 1 đến 40Ghz[3]:
• Sóng truyền thẳng có cự ly bị hạn chế bởi độ cong của trái đất (bán kính trái đất Rc00 (km), gọi h1(m), h2(m) là 2 độ cao ăng ten thì cự ly thông tin tối đa cho viba là d(km) d=3,57(√ h1+√ h2)[km] (1.1)
• Trong môi trường khí quyển, chiết xuất khúc xạ đối với sóng cao tần giảm dần theo độ cao, nên tia sóng bị uốn cong về phía mặt đất, và tang cự ly truyền song
• Để dễ dàng tính cự ly, ta coi như sóng cao tần truyền thẳng , bán kính của trái đất tang lên là R’ = 4R/3 = 8500km, thì : d=4,12(
HIỆN TƯỢNG FADING
• Fading là hiện tượng tại nơi thu nhận được đồng thời hai hay nhiều sóng cùng đến một lúc, các sóng này xuất phát cùng một nguồn nhưng di theo nhiều đường khác nhau.
• Tùy thuộc vào hiệu các đường đi mà hiệu pha của chung cũng khác nhau.
-Cường độ chung tăng cường nhau nếu hiệu pha=2nπ
-Cường độ chúng triệt tiêu nhau nếu hiệu pha=(2n+1)π
Hiện tượng Fading gây ra sự thu chập chờn,gây gián đoạn thông tin trong một thời gian ngắn trong kỹ thuật truyền hình, gây ra hiện tượng fading.
• Để khắc phục Fading,người ta sủ dụng phân tập tần số, hay phân tập không gian
HỆ THỐNG VI BA
• Là hệ thống thông tin giữa hai điểm cố định bằng sóng vô tuyến có hướng tính cao nhờ các anten định hướng.
• Có 2 dạng viba: Viba tương tự và viba số
• Nếu đường truyền xa hoặc gặp chướng ngại vật, người ta sử dụng các trạm chuyển tiếp (Repeater) chỉ thu nhận tín hiệu, khuếch đại rồi phát lại.
- Trong thực tế chỉ sử dụng vài dải tần viba
- Vùng tần số thấp có băng thông hẹp sử dụng cho các hệ thông nhỏ.
- Vùng tần số cao >12Ghz suy hao tăng do mưa
• Việc thiêt lập hệ thống viba cần xét các điều kiện sau:
- Ghép ký sinh của anten trên cùng một giá đỡ
- Tương tác giữa các chùm viba gần nhau can nhiễu lẫn nhau
- Độ chọn lọc máy thu
- Khả năng xoay phân cực của sóng ở các kênh lân cận nhau
- Khả năng sử dụng tối ưu dải tần của sóng mang.
VI BA SỐ
• Là hệ thống thông tin vô tuyến số được sứ dụng trong các đường truyền dẫn số giữa các phần tử khác nhau của mạng vô tuyến hệ thống viba số có thể dược sử dụng làm :
- Các đường trung kế số nối giữa các tổng đài số.
- Các đường truyền dẫn nối tổng đại chính đến các tổng đài vệ tinh.
- Các đường truyền dẫn nối thuê bao với các tổng đài chính hoặc các tổng đài vệ tinh.
- Các bộ tập trung thuê bao vô tuyến.
- Các đường truyền dẫn trong các hệ thống thông tin di động để kết nối các máy di động với mạng viễn thông.
CHỈ TIÊU KỸ THUẬT
• Phân bố luồng cao tần: các luồng lân cận cách nhau 30-40MHz và phân cực trực giao, để tránh can nhiễu và giảm tạp âm[4]
• Công suất phát: tùy vào cự ly và ngưỡng thu
• Độ nhạy máy thu/Ngưỡng thu: cho trước tương ứng với tỉ số lỗi và tốc độ bit nhất định
• Tỉ số lỗi: Thấp nhất phải đạt 10 mũ-3, chất lượng tốt đạt trên 10 −6
• Phương thức điều chế: QPSK, QAM-16, 64
• Trở kháng vào máy thu – Trở kháng ra máy phát: chuẩn hóa 50 ôm
• Tốc độ dữ liệu băng tần gốc: số luồng E1 (x2, x4, x8)
PHẦN MỀM THIẾT KẾ MẠNG TRUYỀN DẪN VIBA PATHLOSS 4
CHỨC NĂNG PHẦN MỀM THIẾT KẾ PATHLOSS
• Thiết kế đường truyền dẫn viba với các đặc điểm sau:
- Các đường truyền sử dụng tần số từ 30MHz đến 100GHz.
- Loại đường truyền: Điểm-điểm, điểm-đa điểm, VHF-UHF.
ỨNG DỤNG ĐỐI VỚI MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
• Thiết kế hệ thống mạng truyền dẫn viba PDH và SDH cho mạng thông tin di động.
• Thiết kế và dễ dàng quản lý thông tin về mạng truyền dẫn lớn.
CÁC ƯU ĐIỂM CỦA PHẦN MỀM
• Kết hợp với bản đồ số 3 chiều để thấy được mặt cắt dọc địa hình của tuyến viba.
• Thêm các chướng ngại vật (nhà cửa, cây cối) trên đường truyền theo các khảo sát thực tế.
• Biểu diễn các thông số tính toán dưới nhiều định dạng khác nhau Hỗ trợ các phương pháp nhập liệu nhanh chóng và thuận tiện khi phải thiết kế và quản lý hệ thống mạng lớn nhiều tuyến viba.
• Chương trình được tổ chức thành các module thuận tiện cho các bước tính toán thiết kế Các module tham chiếu dễ dàng đến nhau và cập nhật thông tin liên tục.
• Hỗ trợ giao diện thiết kế rất trực quan Trợ giúp rất đầy đủ các thông tin về chức năng và cách sử dụng.
• Với sự kết hợp của bản đồ số, phần mềm PathLoss cho kết quả thiết kế chính xác và tiết kiệm được các chi phí cho việc khảo sát trong quá trình thiết kế.
ỨNG DỤNG THIẾT KẾ
• Vị trí các trạm lắp đặt thiết bị truyền dẫn (theo tọa độ địa lý).
• Loại thiết bị truyền dẫn (chọn thiết bị theo tên, tần số hoạt động và dung lượng. Tất cả các thông số khác của thiết bị sẽ được chương trình tự động đưa vào trong quá trình thiết kế theo tiêu chuẩn của nhà sản xuất).
• Lựa chọn khu vực mưa theo tiêu chuẩn của ITU-R.
• Lựa chọn phương pháp tính theo các khuyến nghị của ITU-R.
• Nhập băng tần hoạt động của các tuyến.
• Kiểu phân cực anten, độ cao cột anten
• Lựa chọn cấu hình của tuyến: phân tập không gian, phân tập tần số .
KẾT QUẢ CUỐI CÙNG
• Cho từng tuyến viba riêng:
-Độ khả dụng của tuyến (có thể biểu diễn theo phần trăm hoặc theo thời gian gián đoạn trong năm).
-Các thông số về ngưỡng thu phát của thiết bị.
-Các giá trị suy hao tín hiệu do các loại nhiễu trên đường truyền (như suy hao trong không gian tự do, suy hao do mưa, fading nhiều tia, fading nhiễu xạ do vật cản trên đường truyền thẳng).
-Các thông số cần quan tâm của đường truyền viba theo khuyến nghị ITU-R P.530-8 (như quỹ fading phẳng, SESR).
-Biểu diễn đường đi của sóng viba giữa hai trạm.
• Cho cả mạng truyền dẫn viba:
-Biểu diễn tất cả các tuyến trong mạng trên một giao diện địa lý trực quan (có thể lựa chọn các thông số của đường truyền biểu diễn kèm theo).
-Tính nhiễu giữa các tuyến trong toàn bộ hệ thống mạng truyền dẫn.
-Biểu diễn vùng phủ sóng của các trạm thu phát để thấy mức độ ảnh hưởng giữa tín hiệu trong mạng.
PHẦN III CÁC BƯỚC MÔ PHỎNG
- Khởi động phần mềm pathloss
- Thiết lập các thông số kinh độ, vĩ độ từ Google Earth của các trạm Sau đó nhập vào như Hình3.21 - Nhập tần số (Frequency (Mhz)): tần số được sử dụng ở đây là 15GHz
Hình 3.2 : Thiết lập các thông số ban đầu
- Thiết lập chuẩn ban đầu: trên thanh công cụ của Pathloss chọn configure->geographic default như thể hiện ở hình 3.3, sau đó chọn OK
- Load dữ liệu địa hình SRTM - Dữ liệu địa hình SRTM (Hình3.4) thể hiện tọa độ (latitude, longitude), thông số độ cao (elevation) được load trực tiếp vào Pathloss để mô phỏng địa hình ở phần terraindata
- SRTM có thể tải trên trang chủ của Pathloss hoặc có thể ở trang khác ví dụ như (https://urs.earthdata.nasa.gov/users/new) bằng cách nhập tọa độ của điểm cần lấy dữ liệu địa hình.(Hình3.5)
Hình 3.5 : Load dữ liệu địa hình SRTM
- Sau khi có dữ liệu địa hình SRTM thì bắt đầu load vào Pathloss: trên thanh công cụ của Pathloss chọn phần Configure->terrain Database - Chọn Setup Primary (có thể tráo ngược giữa Primary và Secondary) sẽ hiện lên 1 cửa sổ SRTM (Hình3.7)
- Chọn file BIL-HDR-BLW sau đó load tới file hgt Sau khi load sẽ có dạng như trên Map name, West edge (bờ Tây), South edge (bờ Nam), North edge (bờ Bắc)
- Tạo dữ liệu địa hình và hiển thị trong Pathloss Sau khi đã load dữ liệu địa hình SRTM thì vào phần Module trên thanh công cụ chọn Terrain Data (Hình3.8)
- Chọn Generate Profile, điền khoảng cách để tạo dữ liệu, ở đây chọn 10m
- Tính toán độ cao anten Trên thanh công cụ chọn Module->Antenna Heights
- Thực hiện việc thiết kế chính trong phần Worksheets Trên thanh công cụ chọn Module->Worksheets Thiết lập chanel cho 2 trạm
Chọn Lookup để xem freqplan (kế hoạch tần số theo chuẩn), hoặc có thể nhập trực tiếp vào TX (MHz) cho cả 2 trạm Sau khi chọn Lookup thì xuất hiện cửa sổ mới. Chọn File-> Open để load tần số thu và phát trong thư viện của Pathloss với đuôi
*.txc Sau khi load thì chạy Site 1 hay Site 2 có tần số cao hơn, tắt cửa sổ này và sau đó nhấn OK ở cửa sổ TX chanel (Hình3.12 )
- Chọn thiết bị (Radio Equipment)
Chọn New index để lấy thiết bị mới, dẫn tới thư viện của Pathloss chọn thư mục
EQUIPMENT->mrs->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, ) và F LOW (tần số thấp nhất), F HI (tần số cao nhất) Chọn 1 thiết bị phù hợp với tần số ban đầu (ở đây là 15GHz) là Codan 8800 15 Ghz (16E1) -> OK Sau đó nhấn Both để sử dụng cho cả 2 trạm. Đóng cửa sổ Radio Code Index, nhấn OK ở cửa sổ Radio Equipment để kết thúc việc chọn thiết bị.
- Tương tự như chọn Chanel (Ch), sau khi nhấp vào biểu tượng trên ta chọn Lookup. Sau khi hiện cửa sổ mới ta chọn File->Open dẫn tới thư viện của Pathloss->chọn thư mục EQUIPMENT->chọn thư mục txl và chọn 1 file trong đó, sau khi chọn thì ta chọn dây feeder sao cho phù hợp với tần số ban đầu 15GHz Sau đó chọn Both để dùng cho cả 2 trạm.
Hình 3.15 : Transmission line lookup table
- Chọn suy hao bộ lọc phân nhánh: Chọn và nhập như hình3.16
Hình 3.16 : Suy hao bộ lọc phân nhánh
- Tương tự như chọn thiết bị TR: chọn biểu tượng anten->hiển thị cửa sổ antennas
TR-TR->Code Index Chọn New Index để Browse đến thư viện anten->Equipment-
>mas->chọn 1 hãng và chọn thiết bị anten phù hợp với tần số ban đầu 15GHz Ở đây chọn anten của Andrew->142-153 Sau đó nhấn Both để chọn cho cả 2 anten của 2 trạm.
Hình 3.17 : Thiết lập thông số anten
- Tiếp theo ta chọn suy hao đương truyền:Kích vào giữa đường truyền thì xuất hiện cửa sổ
Hình 3.18 : Suy hao đường truyền
- Xuất hiện cửa sổ Path Profile Data chọn Geoclimatic->tích các thông số như trong cửa sổ hình trên Hình3.19
Hình 3.19 : Xuất hiện các hộp thoại
- Cuối cùng chọn suy hao do mưa: Nhấp vào biểu tượng mặt trời và đám mây xám (Hình3.20 xuất hiện cửa sổ và chọn method , chọn nút Load Rain File->Browers đến thư viện Rain của Pathloss và chọn vùng mưa theo ITU, ở Việt Nam là N Sau đó Kích Open và Close cửa sổ Rain
Hình 3.20 : Biểu tượng mặt trời và đám mây xám
Hình 3.21 : Xuất hiện hộp thoại Rain
- Tính toán nhiễu xạ (Diffraction): trên thanh công cụ chọn Module->Diffraction. Hiển thị vùng Fresnel thứ nhất, click vào Operations->Fresnel Zones
- Hiển thị Multipath: trên thanh công cụ chọn Module->Multipath
- Hiển thị Printprofile: trên thanh công cụ chọn Module->Printprofile
- Hiển thị Map và Network: trên thanh công cụ chọn Module->Network Để load map vào Network thì phải Save trước với đuôi *.gr4 Sau đó chọn Site Data->Create Background
Hình 3.26 : Hiển thị Map và Network
Qua công việc nhóm làm bài tập lớn nói trên, nhóm chúng em đã học được nhiều kiến thức mới về hệ thống viễn thông cũng như cách sử phần mềm mô phỏng PathLoss Tuy còn nhiều thiếu sót do mặt kiến thức còn chưa sâu nhưng chúng em cũng đã hoàn thành được đúng hạn nhiệm vụ thầy giao cho nhóm Mặc dù đang trong thời gian bệnh dịch và phải làm việc online nhưng qua đó chúng em đã học được cách teamwork remote, một kĩ năng rất cần thiết để phát triển bản thân Nhóm em xin chân thành cảm ơn thầy đã hướng dẫn chúng em tận tình về môn học trong suốt kì qua! Em xin cảm ơn.
