bài tập lớn hệ thống viễn thông THIẾT KẾ TUYẾN THÔNG TIN VIBA

1 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 TUYẾN THÔNG TIN VIBA Giảng viên hướng dẫn PGS TS Nguyễn Hoàng Hải Nhóm sinh viên thực.

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 TUYẾN THÔNG TIN VIBA Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Hồng Hải Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm 14 MSSV Họ tên Ghi 20182356 Nguyễn Tuấn Anh Nhóm trưởng 20182466 Phan Tiến Bảo Duy 20182618 Trần Mạnh Kiên 20182772 Vũ Mạnh Thái 20182660 Nguyễn Hải Long LỜI NÓI ĐẦU Trong phát triển xã hội , thơng tin đóng vai trò quan trọng Sự đòi hỏi nhu cầu thơng tin phải xác, hiệu ngày gia tăng, thành phố lớn mà vùng nơng thơn, vùng núi Điều khiến thơng tin tồn cầu nói chung Việt Nam nói riêng phải ln phát triển địi hỏi nhiều thiết bị thông tin đại, phù hợp với nhu cầu ngày tăng người thời đại Ở Việt Nam tất hệ thống mạng xuyên quốc gia bưu điện tỉnh dã phát triển với tốc độ cao Số hóa mục tiêu mà ngành bưu điện thực với công nghệ truyền dẫn số tốc độ cao , dung lượng lớn, áp dụng phổ biến đặc biệt cáp quang viba 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 biến đổi đặc tính sóng mang vô tuyến biến đổi gián đoạn truyền khơng trung Sóng mang vơ tuyến truyền có tính định hướng cao nhờ anten định hướng Và với bảo hướng dẫn nhiệt tình thầy , bọn em hồn thành xong tập lớn thiết kế Viba, em mong nhận góp ý bảo thầy ! MỤC LỤC CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1 Thông tin Viba Băng tần Viba Cự ly truyền sóng Miền Fresnel Hệ thống Viba số 6 Chỉ tiêu kỹ thuật Thiết kế tuyến thông tin Viba CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ TUYẾN THÔNG TIN VIBA Sử dụng Pathloss 4.0 để thiết kế tuyến 1.1 Mục đích 1.2 Tiến hành thiết kế CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT Thơng tin Viba Vi ba sóng điện từ có bước sóng dài tia hồng ngoại, ngắn sóng radio Vi ba 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 Băng tần Viba Phổ vi ba 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 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 GHz Băng Ku 12 đến 18 GHz Băng K 18 đến 26 GHz Băng Ka 26 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 1.1: Băng tần Viba Mode truyền dẫn: Truyền tầm nhìn thẳng Hình 1.1: Direct mode Cự ly truyền sóng Sóng truyền thẳng có cự ly bị hạn chế độ cong trái đất (bán kính trái đất R=6300km) 𝑑 = 3.57(√ℎ1 + √ℎ2) [𝑘𝑚] d (km) – cự ly thông tin tối đa cho tuyến vi ba h1, h2 (m) – độ cao ăn ten phát & thu Trong mơi trường 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 𝑑 = 4.12(√ℎ1 + √ℎ2) [𝑘𝑚] d (km) – cự ly thông tin tối đa cho tuyến vi ba h1, h2 (m) – độ cao ăn ten phát & thu Miền Fresnel Miền Fresnel miền tạo elip đồng tâm xung quanh đường tầm nhìn thẳng Trong miền Fresnel, có vật thể cây, đỉnh đồi tịa nhà gây nhiễu xạ hay phản xạ tín hiệu sóng vơ tuyến (là sóng truyền thẳng trực tiếp từ anten phát đến anten thu) Tia phản xạ tới B lệch 180 độ so với tia truyền thẳng >>> Tín hiệu tới B tổng hợp tia truyền thẳng phản xạ, bị suy giảm nhiều Tia phản xạ chậm pha 180 độ + độ dài đường làm chậm pha 180 độ, so với tia truyền thẳng >>> Tín hiệu tới B tổng tia truyền thẳng tia phản xạ >>> lớn  Bán kính miền Fresnel thứ n điểm P tuyến truyền tính theo cơng thức: 𝑅𝑛 = √ 𝑛 ∗ 𝑐 ∗ 𝐷1 ∗ 𝐷2 𝑓∗𝐷 n – miền Fresnel thứ n D – khoảng cách anten (D = D1+D2) D1, D2 – k/c từ điểm P đến anten f – tần số làm việc  Bán kính miền Fresnel thứ điểm P tuyến truyền tính theo công thức: 𝑅1 = 17.32 ∗ √ 𝐷1 ∗ 𝐷2 𝑓∗𝐷 D – khoảng cách anten (D = D1+D2) D1, D2 – k/c từ điểm P đến anten f – tần số làm việc  Bán kính miền Fresnel thứ điểm rộng tính theo cơng thức: 𝑅 = 8.657 ∗ √ R (m) 𝐷 𝑓 – bán kính D (km) – khoảng cách anten f (GHz) – tần số làm việc Vật chắn hai anten không cao vượt 60% miền Fresnel thứ để khơng ảnh hưởng đến tầm nhìn truyền sóng vơ tuyến phải nâng cao anten Hệ thống Viba số Phân loại theo tốc độ  Dung lượng thấp: < 10Mbps  Dung lượng trung bình: 10-100Mbps  Dung lượng cao: > 10Mbps Cự ly liên lạc:  Tuyến dài: >400km, so sánh với cáp quang, dải tần 4-6GHz  Tuyến ngắn: dải tần 15GHz (thiết bị anten gọn) Topo:  Điểm – điểm  Điểm – đa điểm Chỉ tiêu kỹ thuật - Phân bố luồng cao tần: luồng lân cận cách 30-40MHz phân cực trực giao, để tránh can nhiễu giảm tạp âm Công suất phát: tùy vào cự ly ngưỡng thu Độ nhạy máy thu/Ngưỡng thu: cho trước tương ứng với tỉ số lỗi tốc độ bit định Tỉ số lỗi: thấp phải đạt 10-3, chất lượng tốt đạt 10-6 Phương thức điều chế: QPSK, QAM-16, 64 Trở kháng vào máy thu – Trở kháng máy phát: chuẩn hóa 50Ω Tốc độ liệu băng tần gốc: số luồng E1 (x2, x4, x8) Thiết kế tuyến thông 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 đk 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 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 đúp vào Structure mục: Single Structure (vật chắn đơn), Range of Structures (đa vật chắn) Và cuối phần Terrain Data hình sau: Bước 4: Tính tốn độ cao anten Trên cơng cụ chọn Module->Antenna Heights 12 Cửa sổ Sau kích vào biểu tượng máy tính, Pathloss tự tính chiều cao anten trạm Bước 5: Thực việc thiết kế phần Worksheets Trên công cụ chọn Module->Worksheets Xuất cửa sổ sau 13 Thiết lập chanel cho trạm: Nhấp vào biểu tượng trên, xuất cửa sổ mới: Chọn Lookup để xem freqplan (kế hoạch tần số theo chuẩn), nhập trực tiếp vào TX (MHz) cho trạm Sau chọn Lookup xuất cửa sổ Chọn File-> Open để load tần số thu phát thư viện Pathloss với đuôi *.txc Sau load chạy Site hay Site có tần số cao hơn, tắt cửa sổ sau nhấn OK cửa sổ TX channels 14 Chọn thiết bị (Radio Equipment): Tiếp tục chon Code Index để lấy mã thiết bị Chọn New index để lấy thiết bị mới, dẫn tới thư viện Pathloss chọn thư mục EQUIPMENT→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,…) F LOW (tần số thấp nhất), F HI (tần số cao nhất)… tần số 15 15GHz ta chọn thiết bị P3-144F Sau nhấn Both để sử dụng cho trạm Đóng cửa sổ Radio Code Index, nhấn OK cửa sổ Radio Equipment để kết thúc việc chọn thiết bị 16 Chọn dây Feeder nối từ thiết bị tới anten: 17 Tương tự chọn Chanel (Ch), sau nhấp vào biểu tượng ta chọn Lookup Sau cửa sổ ta chọn File->Open dẫn tới thư viện Pathloss->chọn thư mục EQUIPMENT->chọn thư mục txl chọn file đó, sau chọn ta chọn dây feeder cho phù hợp với tần số ban đầu 15GHz Sau chọn Both để dùng cho trạm 18 Chọn suy hao lọc phân nhánh: Chọn nhập hình 19 Chọn anten cho trạm: Tương tự chọn thiết bị TR: chọn biểu tượng anten->hiển thị cửa sổ antennas TRTR→Code Index Chọn New Index để Browse đến thư viện anten→Equipment→anten→chọn hãng chọn thiết bị anten phù hợp với tần số ban đầu 15GHz Ở chọn anten Andrew→142-153 Sau nhấn Both để chọn cho anten trạm 20 Tiếp theo ta chọn suy hao đương truyền: Kích vào đường truyền xuất cửa sổ: 21 Tích thơng số hình Cuối chọn suy hao mưa: Nhấp vào biểu tượng thời tiết xuất cửa sổ chọn method giống trên, chọn nút Load Rain File->Browers đến thư viện Rain Pathloss chọn vùng mưa theo ITU, Việt Nam N Sau Kích Open Close cửa sổ Rain Sau chọn đầy đủ thơng số dấu tich màu xanh thơng báo hồn thành Bước 6: Tính tốn nhiễu xạ (Diffraction) Trên công cụ chọn Module→Diffraction Hiển thị vùng Fresnel thứ nhất, click vào Operations→Fresnel Zones 22 Chọn hình →Close Click chọn vào biểu tượng máy tính cơng cụ hộp thoại tính tốn xuất Kết tính tốn hình với suy hao không gian tự 130.09dB, suy hao không khí 0.14dB, tổng suy hao 130.23Db 23 Bước 7: Hiển thị Multipath Trên công cụ chọn Module →Multipath Bước 8: Hiển thị Printprofile Trên công cụ chọn Module →Printprofile 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 25 26 ... Hệ thống Viba số 6 Chỉ tiêu kỹ thuật Thiết kế tuyến thông tin Viba CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ TUYẾN THÔNG TIN VIBA Sử dụng Pathloss 4.0 để thiết kế tuyến. .. công nghệ truyền dẫn số tốc độ cao , dung lượng lớn, áp dụng phổ biến đặc biệt cáp quang viba Thông tin vi ba số phương tiện thông tin phổ biến (bên cạnh thông tin vệ tinh thông tin quang) Hệ thống. .. 2: THIẾT KẾ TUYẾN THÔNG TIN VIBA Sử dụng Pathloss 4.0 để thiết kế tuyến 1.1 Mục đích Pathloss 4.0 phần mềm chuyên nghiệp thiết kế tuyến Microwave với ưu điểm vượt trội dễ sử dụng, đầy đủ thông