bài tập lớn hệ thông viễn thông 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: 13 Họ tên MSSV Mã lớp Hoàng Đức Tùng 20182874 129258 Phạm Thị Thu Trang 20182831 129258 Chu Thế Hải 20182478 129258 Bùi Huy Hiệp 20186317 129258 Hà Thị Hồng 20182551 129258 Nguyễn Trung Hiếu 20182522 129258 Hà Nội, 1-2022 LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay, khoa học kĩ thuật giới ngày phát triển mạnh mẽ Khoa học kĩ thuật đóng vai trị 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 q trình học tập học phần:Hệ thống viễn thơng thầy Nguyễn Hoàng Hải giảng dạy chúng em hướng dẫn, trợ giáo để hoàn 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 Chương 3: Kết luận Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Hoàng Hải tận tâm hướng dẫn chúng em 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 PATHLOSS 1.1 Chức phần mềm thiết kế PathLoss 1.1.1 Mơ 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 1.1.6 Mô đun phản xạ 1.1.7 Mô đun nhiễu xạ 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 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 13 KÊT LUẬN 15 TÀI LIỆU THAM KHẢO 16 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2.1 Danh sách Site thành lập .7 Hình 2.2 Bảng tóm tắt thiết kế tuyến Hình 2.3 Giao diện web Viewfinderpanoramas Hình 2.4 Nhập liệu địa hình cho đường truyền Hình 2.5 Chọn chiều cao anten cho tuyến Hình 2.6 Multi Path tuyến 10 Hình 2.7 Nhập độ tin cậy cho đường truyền 10 Hình 2.8 Nhập liệu cho mưa 11 Hình 2.9 Profile tuyến 11 Hình 2.10 Hình ảnh tính nhiễu xạ đường truyền 12 Hình 2.11 Hình ảnh module Map Grid .12 Hình 2.12 Hình ảnh mạng vơ tuyến sau kết nói trạm .13 Hình 2.13 Báo cáo thiết kế tuyến 14 i DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Các tên toạ độ call sign trạm ii 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 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 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 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 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 thông 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 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 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 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 vơ 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 − 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 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 Trong module này, ta có báo cáo danh sách trạm, thiết bị viba tần số dùng Các chức năng: Từ module truy nhập vào module khác, thuận tiện cho việc thiết kế, chỉnh sửa thông tin 1.2 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 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 Call sign T Longtitud e Ladtitud e Frequenc y TH_SSN_HAI_BA_TRUNG 105.9093 19.7528 15GHz TH_QXG_PHO_MOI 105.8410 19.7531 15GHz TH_SSN_HO_XUAN_HUON 105.9005 19.7347 15GHz TH_THA_CANG_HAM_RON 105.7955 19.8268 15GHz TH_THA_THANH_HOA 105.7776 19.8077 15GHz TH_THA_DAI_LO_DONG_T 105.7767 19.7732 15GHz TH_THA_HOI_NGHI_25B 105.7768 19.7909 15GHz TH_THA_DH_HONG_DUC 105.7763 19.7668 15GHz TH_THA_SAKURAI 105.8150 19.7805 15GHz 10 TH_THA_DOC_GA 105.7600 19.8061 15GHz 11 TH_THA_QUANG_THANG 105.7651 19.7848 15GHz G G AY 12 TH_THA_DONG_HUNG_2 105.7533 19.7895 15GHz 13 TH_THA_DONG_HUNG_3 105.7546 19.7813 15GHz 14 TH_DSN_DONG_SON_3 105.7599 19.8005 15GHz 15 TH_THA_DTM_CAU_CAO 105.7540 19.8037 15GHz 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 TH_THA_CANG_HAM_RONG - TH_THA_THANH_HOA 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_or g3.htm Các file tải có định dạng hgt Ta chọn khu vực E48 F48 Hình 2.3 Giao diện web Viewfinderpanoramas Hình 2.4 Nhập liệu địa hình cho đường truyền Anten Height module Ở Module tự động tính tốn chiều cao anten cho phù hợp Hình 2.5 Chọn chiều cao anten cho tuyến Multipath module Hình 2.6 Multi Path tuyến Worksheet module: Hình 2.7 Nhập độ tin cậy cho đường truyền 10 Hình 2.8 Nhập liệu cho mưa Print Profile module Hình 2.9 Profile tuyến 11 Diffraction module Hình 2.10 Hình ảnh tính nhiễu xạ đường truyền Map Grid module Sau nối trạm với ta mạng sau Đường màu đen đường nối site A site B Đường màu hồng đường nối trạm Hình 2.11 Hình ảnh module Map Grid 12 Network module Hình 2.12 Hình ảnh mạng vơ tuyến sau kết nói trạm 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… 13 Hình 2.13 Báo cáo thiết kế tuyến 14 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 15 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) 16 ... hệ thống truyền dẫn vô tuyến − Nghiên cứu, tìm hiểu tổng quát 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. .. 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 CHƯƠNG THIẾT KẾ MẠNG TRUYỀN DẪN VÔ TUYẾN BẰNG PHẦN MỀM PATHLOSS... 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