thiết kế tuyến truyền dẫn vô tuyến số
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN :KỸ THUẬT VIỄN THÔNG THIẾT KẾ MÔN HỌC TRUYỀN DẪN VÔ TUYẾN SỐ Đề tài: THIẾT KẾ ĐƯỜNG TRUYỀN DẪN VÔ TUYẾN SỐ Giáo viên hướng dẫn: Ts.Trần Hoài Trung Sinh viên thực hiện: Phạm Đức Thông MSV: 1111722 Hà Nội - 2014 Sinh viên thực hiện: Phạm Đức Thông kỹ thuật viễn thông-k52 Thiết kế đường truyền vô tuyến số Hà Nội-Vĩnh Phúc 2 Lời Nói Đầu 3 ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ ĐƯỜNG TRUYỀN DẪN VÔ TUYẾN SỐ 5 A.PHẦN CỞ SỞ LÝ THUYẾT 5 I.Mục tiêu và yêu cầu 5 1.Mục tiêu kỹ thuật 5 2. Mục tiêu kinh tế 5 3. Một số quy đinh chung cho thiết kế đường truyền dẫn vô tuyến số 6 4. Tính toán các thông số: 6 2.Chọn tần số làm việc: 8 3.Tính chọn chiều cao của tháp anten: 9 5.Tính toán các tham số chất lượng của tuyến 14 B: PHẦN THIẾT KẾ TUYẾN VI BA: 15 I . Các thông số của tuyến và đặc tính của thiết bị 16 1.Các thông số của tuyến: 16 2. Các thông số của thiết bị 17 II tính toán các giá trị đường truyền 18 1.độ lồi quả đất 18 2. Bán kính thứ nhất của miền Frensen thứ nhất F1: 18 3. Tính chiều cao cột anten tai trạm VTI 18 4. Tính suy hao của hệ thống: 19 5. Các giá trị của thiết bị: 21 III. Kiểm tra chất lượng đường truyền: 21 4. Thời gian pha đinh là: 22 5. Xác suất pha đinh phẳng dài hơn 60s : 22 6.Khả năng sử dụng tuyến truyền Av: 22 Tổng kết 23 Sinh viên thực hiện: Phạm Đức Thông kỹ thuật viễn thông-k52 Thiết kế đường truyền vô tuyến số Hà Nội-Vĩnh Phúc 3 Lời Nói Đầu Trong thời đại hiện nay sự phát triển của khoa học - công nghệ trên thế giới, đã được nước ta áp dụng nhiều các thành tựu khoa học –công nghê đó vào trong kinh tế ,khoa học xã hội,trong đời sống nói chung và trong ngành viễn thông nói riêng.để có thể phát triển đất nước thì việc mở rộng giao lưu với thế giớ bên ngoài đóng vai trò rất quan trọng và việc giao lưu đó được thực hiện bằng các phương thức như sử dụng các đường truyền dẫn bằng hữu tuyến như cáp quang , vệ tinh hay vô tuyến .trong đó thì truyền dẫn bằng vô tuyến được sử dụng rộng dãi hơn so với hữu tuyến vì nó đêm lại những ưu điểm:như tính linh hoạt ,tinh di động… ngoài ra nó còn được sử dụng cho nhiều lĩnh vực khác như truyền hình, trong thông tin di động,trong quốc phòng … truyền dẫn bằng vô tuyến ngoài những ưu điểm trên thì nó còn phải chịu những ảnh hưởng của thời tiết, địa hinh,làm cho chất lượng truyền dẫn bị ảnh hưởng ,dễ bị thu trộm ,dung lượng truyền dẫn bị hạn chế và đặc biệt còn bị ảnh hưởng của hiện tượng phadinh,trong truyền dẫn số có 2 loại phadinh là phadinh phẳng và phadinh nhiều đường làm cho chất lượng truyền dẫn không tốt do đó cần có biện pháp khắc phucjcacs hạn chế các nhược điiểm trên xuống mức thấp nhất có thể để bảo vệ thông tin truyền dẫn được bảo toàn. Là một sinh viên được đào tạo trong nghành điện tử viễn thông thì việc được thiết kế đường truyền dẫn vô tuyến đã đem lại cho em được nhũng kỹ năng cần thiết cũng như củng cố kiến thức đã được học cũng như bổ xung thêm những kiến thức chuyên nghành bổ ích góp phần đem lại cơ hội việc làm sau khi rời khởi ghế nhà trường. Trong bài thiết kế đường truyền dẫn vô tuyến số nộị dung gồm có 2 phần: Phần 1: cở sở lý thuyết Phần 2 :tính toán thiết kế Sinh viên thực hiện: Phạm Đức Thông kỹ thuật viễn thông-k52 Thiết kế đường truyền vô tuyến số Hà Nội-Vĩnh Phúc 4 Qua đây, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy giáo Ts.Trần Hoài Trung – Giảng viên bộ môn Kỹ thuật viễn thông, trường Đại học Giao thông vận tải đã tận tình giúp đỡ em trong qua trình thiết kế đề tài. Do khuôn khổ thời gian thiết kế có hạn, cũng như kiến thức còn nhiều non kém nên sai sót là không thể tránh khỏi vì em rất mong nhận được những đóng góp và ý kiến chân thành từ phía Quý thầy cô cùng toàn thể các bạn bè để bài thiết kế của em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 11 tháng 04 năm 2014 sinh viên thực hiện Phạm Đức Thông Sinh viên thực hiện: Phạm Đức Thông kỹ thuật viễn thông-k52 Thiết kế đường truyền vô tuyến số Hà Nội-Vĩnh Phúc 5 ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ ĐƯỜNG TRUYỀN DẪN VÔ TUYẾN SỐ Cụ thể: thiết kế đường truyền vô tuyến số Hà Nội -Vĩnh Phúc A.PHẦN CỞ SỞ LÝ THUYẾT I.Mục tiêu và yêu cầu Khi thiết kế tuyến truyền dẫn vi ba số thì chúng ta cần đẩm bảo các tiêu chí kỹ thuật đật ra để có thể đáp ứng phục vụ và đảm bảo về kinh tế 1.Mục tiêu kỹ thuật Đảm bảo theo các tiêu chuẩn kỹ thuật theo CCITR ,tức là thời gian gián đoạn cho phép.theo đó , xác suất lỗi bit cho phép của tuyến truyền vi ba số là BER<10 với các tuyến dài nhỏ hơn 280km. Độ khả dụng AV của hệ thống( tức là khả năng công tác của hệ thống) được đảm bảo khi thiết kế : - 99,98% thời gian làm việc tốt.Cụ thể như:nếu là liên lạc thoại trong 3 tháng bất kì không có quá 30 cuộc thoại không bị gián đoạn. - công thức tính độ khả dụng của hệ thống theo CCITR (99,98$%)là: A= 100-(2500* *( )) Trong đó : A : độ khả dụng của hệ thống L: chiều dài của tuyến thiết kế : thời gian gián đoạn của một hướng(s) : thời gian gián đoạn của ngược hướng (s) : thời gian mất liên lạc khi phát 2 hướng song công(s) : tổng thời gian nghiên cứu(s) 2. Mục tiêu kinh tế Với bất kì hệ thông kỹ thuật nào đều tuân thủ theo quy luật tương tác giữa chi phí Sinh viên thực hiện: Phạm Đức Thông kỹ thuật viễn thông-k52 Thiết kế đường truyền vô tuyến số Hà Nội-Vĩnh Phúc 6 đầu tư và hiệu quả của sản xuất được thể hiện qua chất lượng của sản phẩm hệ thống viễn thông cũng vậy. Nếu tỷ số BER mà thấp thì chất lượng dịch vụ sẽ tăng, và như vậy thì chi phí đầu vào sẽ cao. Vậy mục đích kinh tế đầu tiên là thiết kế tuyến có chất lượng cao mà chi phí hợp lý nhất Do vậy, người thiết kế phải tính toán chính xác các thông số kỹ thuật theo tiêu chuẩn quy định, tính toán đến mục đích sử dụng của hệ thống và cả tình hình tài chính của đơn vị thi công, để từ đó lựa chọn thiết bị cho phù hợp, nhằm tránh lãng phí và đạt hiệu suất cao nhất.Việc thiết kế tuyến vi ba số giữa VTI và bưu điện thành phố Vĩnh Phúc là cần thiết, bởi nó kết nối từ trung tâm thông tin liên lạc về các tỉnh lẻ, nhằm phủ sóng trên diện rộng, đáp ứng nhu cầu của nhân dân, đặc biết là vùng sâu và vùng xa, nơi có địa hình phức tạp.Tuy nhiên việc lắp đặt trạm là khó khăn hơn do địa hình phức tạp và có một số khu vực đông dân cư. vì vậy việc tính toán chi phí phải chi tiết và có thể tận dụng những điều kiện đã có. 3. Một số quy đinh chung cho thiết kế đường truyền dẫn vô tuyến số Việc thiết kế một tuyến thông tin nói chung và vi ba số nói chung cần dựa trên một số quy định sau: - Dự án báo cáo khả thi đã được cấp có thẩm quyền phê duyệt - Hồ sơ khảo sát, thuyết minh chính xác về nội dung xây lắp và các tiêu chuẩn kỹ thuật yêu cầu. - Các tiêu chuẩn, quy trình, quy phạm của ngành đã quy định. - Các định mức, dự toán có liên quan để đáp ứng cho việc thiết kế, thiết kế phải dựa trên khảo sát thực địa. - Việc lựa chọn tần số khi khai thác sẽ được đăng ký với cục tần số. - An toàn cho thiết bị và người khai thác 4. Tính toán các thông số: + Tính toán đường truyền dẫn + Tính toán chỉ tiêu chất lượng + Tính toán thời gian mất thông tin + Lắp đặt thiết bị, anten, đưa hệ thống vào hoạt động thử nghiệm để kiểm tra + Xác định tuyến trên bản đồ( trên bản đồ địa hình của khu vực xây dựng trạm) + Tạo nên các bản vẽ mặt cắt nghiêng của tuyến Sinh viên thực hiện: Phạm Đức Thông kỹ thuật viễn thông-k52 Thiết kế đường truyền vô tuyến số Hà Nội-Vĩnh Phúc 7 Từ các yêu cầu thực tế của một tuyếtn vi ba gồm: vị trí trạm, khoảng cách trạm, dung lượng truyền dẫn, địa hình tuyến sẽ đi qua… ta tiến hành đánh dấu hai đầu cuối của trạm trên bản đồ của Sở đo đạc để xác định chính xác kinh độ, vĩ độ của mỗi trạm. Các thông số toạ độ này được sử dụng để điều chỉnh các anten ở mỗi trạm trong giai đoạn lắp đặt thiết bị. Ký hiệu trên bản đồ: trạm A là trạm thứ nhất và trạm B là trạm thứ hai. Sau đó vẽ một mặt cắt nghiêng của đường truyền . hình 1.mặt cắt nghiêng của đường truyền Mặc dù mặt đất có độ cong nhưng để đơn giản trong tính toán người ta thường vẽ mặt cắt nghiêng ứng với hệ số bán kính hiệu dụng của trái đất là k=4/3. Phương trình sau cho ta xác định chỗ lồi của mặt đất: h = 1000 Do r là bán kính quả đất, r= 6370 [km] →Ei = [m] k là hệ số bán kính của quả đất d1, d2 [km]: lần lượt là khoảng cách từ trạm A và trạm B đến điểm đang xét độ lồi của mặt đất. Ei: là độ lồi thực của mặt đất tại điểm đang xét. ha1: chiều cao cột anten của tram A Sinh viên thực hiện: Phạm Đức Thông kỹ thuật viễn thông-k52 Thiết kế đường truyền vô tuyến số Hà Nội-Vĩnh Phúc 8 ha2: Chiều cao cột anten của tram B Như vậy trên mặt nghiêng này thể hiện được bề mặt của địa hình. Ngoài ra nó cũng thể hiện được cả độ cao của cây cối các vật chắn trên đường truyền nối hai trạm A, B chẳng hạn như các gò, đồi, các nhà co tầng… Đối với khoảng truyền dẫn dài, độ cong của mặt đất lớn thì cần phải tính toán đến độ nâng của vị trí trạm. Độ nâng được vẽ dọc các đường thẳng đứng nên không đi dọc theo đường bán kính xuất phát từ tâm quả đất 2.Chọn tần số làm việc: Công việc này liên quan đến việc chọn thiết bị cho tuyến và liên quan đến tần số sóng vô tuyến của các hệ thống lân cận. Việc lựa tần số phải tránh can nhiễu với các tần số khác đã tồn tại xung quanh khu vực, xem xét có thể bố trí việc phân cực anten như thế nào cho hợp lý. Khi sử dụng các thiết bị thì giá trị các tiêu chuẩn được chọn theo khuyến nghị của CCIR. Vẽ mặt cắt đường truyền và tính các thông số liên quan Tính khoảng cách tia truyền phía trên vật chắnSau khi đã chọn được tần số làm việc cho tuyến, ta tính miền Fresnel thứ nhất. Đó là miền có dạng hình elip từ anten phát đến anten thu; là một môi trường vây quanh tia truyền thẳng. Đường biên của miền Fresnel thứ nhất tạo nên quỹ tích sao cho bất kì tín hiệu nào đi đến anten thu qua đường này sẽ dài hơn so với đường truyền trực tiếp một nửa bước sóng (λ /2) của tần số sóng mang. Miền bên trong của elip thứ nhất này gọi là miền Fresnel thứ nhất. Nếu tồn tại một vật cản ở rìa của miền Fresnel thứ nhất thì sóng phản xạ sẽ làm suy giảm sóng trực tiếp, mức độ suy giảm tuỳ thuộc vào biên độ của sóng phản xạ. Do đó việc tính toán đối với miền Fresnel thứ nhất đòi hỏi có tính chính xác để việc thông tin giữa hai trạm không bị ảnh hưởng đáng kể bởi bước sóng phản xạ này. Bán kính của miền Fresnel thứ nhất (F1) được xác định theo công thức sau: F1 = λ=17,32[ /( )]^1/2 [m] Trong đó : d1, d2 [km]: lần lượt là khoảng cách từ trạm A và trạm B đến điểm ở đó bán kính miền Fresnel được tính toán. Sinh viên thực hiện: Phạm Đức Thông kỹ thuật viễn thông-k52 Thiết kế đường truyền vô tuyến số Hà Nội-Vĩnh Phúc 9 D [km] là khoảng cách hai trạm, d= + F là tần số sóng mang [Ghz]. Trong thực tế, thường gặp đường truyền đi qua những địa hình khác nhau có thể chắn miền Fresnel thứ nhất gây nên tổn hao trên đường truyền. ở các loại địa hình này có thể có vật chắn hình nêm trên đường truyền và các loại chướng ngại khác. Hình dưới chỉ ra mô hình của vật chắn trên đường truyền dẫn, trong đó F1 là bán kính miền Fresnel thứ nhất, F là khoảng hở thực; là khoảng cách giữa tia trực tiếp và một vật chắn hình nêm tại địa điểm tính toán miền Fresnel thứ nhất. Theo các chỉ tiêu thiết kế về khoảng hở đường truyền được khuyến nghị thì độ cao tối thiểu của anten phải đảm bảo sao cho tín hiệu không bị nhiễu xạ bởi vật chắn nằm trong miền Fresnel thứ nhất là F=0.577F1 (khoảng 60% F1→C=0,6) 3.Tính chọn chiều cao của tháp anten: Để tính chiều cao của tháp anten thì trước tiên phải xác định được độ cao của tia vô tuyến truyền giữa hai trạm. Trên cơ sở của độ cao tia đã có để tính độ cao tối thiểu của tháp anten để thu được tín hiệu. Biểu thức xác định độ cao của tia vô tuyến như sau Sinh viên thực hiện: Phạm Đức Thông kỹ thuật viễn thông-k52 Thiết kế đường truyền vô tuyến số Hà Nội-Vĩnh Phúc 10 B = E(K) + (O+T) + CF1 = + 0 +17,32C [m] Trong đó: d,d1,d2,f được dùng như trong công thức k: là hệ số bán kính của quả đất,k=4/3. c:là hệ số hở C=1 Hình 2.mô hình đường truyền thiết kế Thông thường thì độ cao của tia B được tính toán tại điểm có một vật chắn cao nhất nằm giữa tuyến.Tính độ cao của anten để làm hở một vạt chắn nằm giữa tuyến. Ở bước khảo sát, ta đã xác định độ cao của hai vị trí đặt trạm so với mặt nước biển tương ứng là h1 và h2. Ta sẽ tính độ cao của cột anten còn lại khi biết trước độ cao của một cột anten. [...]... những tuyến truyền cự ly ngắn thì việc sử dụng đường truyền vi ba sẽ tận dụng được hiệu quả mà chất lượng vẫn đảm bảo Thiết kế tuyến vi ba số tuân theo các quy định với các bước tính toán rõ ràng, nhưng để mang tính hiện thực thì phải bám sát vào thực tế Qua những phân tích ở trên, chúng ta sẽ có hiểu biết thêm về đường truyền dẫn vô tuyến số như: dung lượng thông tin, chất lượng của đường truyền dẫn, ... tin vô tuyến 18,23 và 38GHz thì mức suy hao chuẩn Lsp0 được cho trong khuyến nghị vào khoảng 0,04dB/km – 0,19 dB/m khi đó tổn hao cho cả tuyến truyền dẫn được xác định là: Lsp = Lsp0.d Với d: khoảng cách của tuyến tính bằng km Thiết kế đường truyền vô tuyến số Hà Nội-Vĩnh Phúc 13 Sinh viên thực hiện: Phạm Đức Thông kỹ thuật viễn thông-k52 →Phương trình cân bằng công suất trong tính toán đường truyền: ... fadinh là các ảnh hưởng truyền lan chủ yếu các tuyến vô tuyến tầm nhìn thẳng trên mặt đất làm việc ở các tần số trong dải tần GHz Tiêu hao do mưa tăng nhanh theo sự tăng của tần số sử dụng đặc biệt với các tần số trên 35GHz thường suy hao nhiều , do đó để đảm bảo thì khoảng cách lặp phải nhỏ hơn 20Km b.Tính toán các tham số của tuyến Các tham số sử dụng trong tính toán đường truyền: mức suy hao trong... phát cụ thể qua các thông số của máy phát, anten phát hay thông số của máy thu, anten thu Và chúng ta có thể tính toán được các thành phần tổn hao trong quá trình truyền dẫn, xác định các thông số khuếch đại để đảm bảo tín hiệu nhận được ở máy thu không bị tổn hao quá nhiều trong quá trình truyền dẫn Theo bài thiết kế tương đối hoàn chỉnh của hệ thống đường truyền vô tuyến số trên, với việc lựa chọn... (1-5,216556 10 )100% = 99,99999478% Do vậy khả năng hiệu dụng của tuyến là lớn và đạt yêu cầu áp dụng cho các hệ thống Thiết kế đường truyền vô tuyến số Hà Nội-Vĩnh Phúc 22 Sinh viên thực hiện: Phạm Đức Thông kỹ thuật viễn thông-k52 Tổng kết Việc truyền bằng đường truyền vi ba số, tuy chất lượng không tốt và ổn định bằng đường truyền hữu tuyến như cáp đồng trục, quang… Nhưng việc tính toán thiết kế đơn... đường truyền vô tuyến số Hà Nội-Vĩnh Phúc 11 Sinh viên thực hiện: Phạm Đức Thông ha =h kỹ thuật viễn thông-k52 + pℎ[m] Với độ dự phòng từ 0,6- 5 m 4 Tính toán các nhân tố ảnh hưởng và các tham số của đường truyền a.Tính toán các nhân tố ảnh hưởng đến đường truyền: Công suất tín hiệu truyền giữa trạm phát và trạm thu bị suy hao trên đường truyền sự mất mát công suất này do các yếu tố gây nhiễu đường truyền: ... số vào ta có: ( tần số trung tâm là f= 6Ghz) F1 = 17,32 =19,99 m Khoảng hở đường truyền (F1- CF1) là khoảng an toàn cho truyền sóng truyền mà ít bị phading và nhiễu xạ Nên khoảng hở đường truyền càng lớn thì chất lượng tuyến truyền càng cao ( F1- CF1) với C = 0,6 nên ta có: ( F1- CF1) =19,99 0,4 = 7,996 m 3 Tính chiều cao cột anten tai trạm VTI Ta có công thức tính độ cao cần thiết của tia vô tuyến. .. trạm VTI( trạm A) : 21 01’7,56s N và 105 48’28,6sE Toạ độ trạm Vĩnh Phúc ( Trạm B) là: 21°21′49″N và 105°32′54″E I Các thông số của tuyến và đặc tính của thiết bị 1 Các thông số của tuyến: Qua quá trình khảo sát thực địa cho ta các thông số của tuyến như sau: - Tổng độ dài tuyến truyền là 40 km - Cách Trạm VTI 10km có toà nhà cao nhất ( 30 tầng), toà nhà cao nhất là 80 m - Địa hình đồi núi có độ cao... đồ mặt cắt nghiêng của tuyến tuyền như sau: Thiết kế đường truyền vô tuyến số Hà Nội-Vĩnh Phúc 16 Sinh viên thực hiện: Phạm Đức Thông kỹ thuật viễn thông-k52 Trong đó: h1, h2: độ cao trạm A và trạm B so với mực nước biển ha1, ha2: Độ cao cột anten tram A B Ei: Độ lồi quả đất d1, d2 khoảng cách từ trạm A, B đến điểm cao nhất của tuyến truyền F = CF1 : Độ đài khoảng hở 2 Các thông số của thiết bị Ta chọn... suy hao trong thiết bị… có vai trò quan trọng để Thiết kế đường truyền vô tuyến số Hà Nội-Vĩnh Phúc 12 Sinh viên thực hiện: Phạm Đức Thông kỹ thuật viễn thông-k52 xem xét tuyến có hoạt động được hay không và hoạt động ở mức tín hiệu nào + Tổn hao không gian tự do (A0): là tổn hao lớn nhất cần phải xem xét Đây là tổn hao do sóng vô tuyến lan truyền từ trạm này đến trạm kia trong môi trường không gian A0 . thuật viễn thông-k52 Thiết kế đường truyền vô tuyến số Hà Nội-Vĩnh Phúc 5 ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ ĐƯỜNG TRUYỀN DẪN VÔ TUYẾN SỐ Cụ thể: thiết kế đường truyền vô tuyến số Hà Nội -Vĩnh Phúc A.PHẦN CỞ SỞ. ĐIỆN TỬ BỘ MÔN :KỸ THUẬT VIỄN THÔNG THIẾT KẾ MÔN HỌC TRUYỀN DẪN VÔ TUYẾN SỐ Đề tài: THIẾT KẾ ĐƯỜNG TRUYỀN DẪN VÔ TUYẾN SỐ Giáo viên hướng dẫn: Ts.Trần Hoài Trung Sinh viên thực hiện: Phạm Đức. thức như sử dụng các đường truyền dẫn bằng hữu tuyến như cáp quang , vệ tinh hay vô tuyến .trong đó thì truyền dẫn bằng vô tuyến được sử dụng rộng dãi hơn so với hữu tuyến vì nó đêm lại những