Thiết kế hệ thống phủ sóng di động tòa nhà (ibs)

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG
 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHỦ SĨNG DI ĐỘNG TỊA NHÀ ( IBS ) GVHD : Ths PHAN THANH MINH SVTH : ĐỖ VĂN BẮC LỚP : ĐV06 Tp Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 08 năm 2011 LỜI CÁM ƠN ! Trong trình thực đồ án em xin gửi lời cám ơn chân thành đến thầy PHAN THANH MINH người hướng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình ngày em thực đồ án tốt nghiệp, em xin chân thành cám ơn thầy cô mơn ĐIỆNĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG nhiệt tình bảo giúp đỡ em suốt thời gian em thực đồ án, trình thực đồ án em gặp nhiều khó khăn mang lại cho em nhiều học bổ ích, nhiều kinh nghiệm, kỹ Đó hành trang giúp em nhiều đường tới mà chúng em SVTH : ĐỖ VĂN BẮC Lời nhận xét giáo viên hướng dẫn CHỮ KÝ CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Lời nhận xét giáo viên phản biện CHỮ KÝ CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Lời nhận xét đánh giáo môn ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng .năm 2011 CHỮ KÝ CỦA GIÁO VIÊN MỤC LỤC CHƯƠNG I .9 MỞ ĐẦU CHƯƠNG II 11 HỆ THỐNG IBS 11 2.1 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG IBS 12 2.2 CẤU TRÚC HỆ THỐNG 12 CHƯƠNG III 17 CÁC THIẾT BỊ HỆ THỐNG 17 3.1 Khối nguồn 18 3.2 Khối truyền dẫn 44 3.3 Khối xạ 62 CHƯƠNG IV 66 PHÂN TÍCH HỆ THỐNG 66 4.1 Mơ hình truyền sóng 67 4.2 Quỹ đường truyền 80 4.3 Các tiêu chất lượng hệ thống 83 4.4 Mơ hình cụ thể cho tịa nhà 91 4.5 Thiết kế hệ thống cho tòa nhà khu D 96 4.6 MÔ PHỎNG : 105 KẾT LUẬN 110 TÀI LIỆU THAM KHẢO 111 MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1 Hệ thống thụ động………………………………………………………16 Hình 2.2 Hệ thống chủ động………………………………………………………17 Hình 3.1a Trạm lặp Repeater…………………………………………………… 21 Hình 3.1b Trạm lặp Repeater…………………………………………………… 21 Hình 3.2 Mặt trước DRFU……………………………………………………… 21 Hình 3.3 Mặt sau DRFU………………………………………………………… 22 Hình 3.4 Bên DRFU……………………………………………………… 23 Hình 3.5 Mặt trước RRFU……………………………………………………… 24 Hình 3.6 Mặt sau RRFU………………………………………………………….24 Hình 3.7a Bên RRFU……………………………………………………….25 Hình 3.7b Bên RRFU……………………………………………………….26 Hình 3.7c Bên RRFU……………………………………………………….27 Hình 3.8 Mặt trước MWU……………………………………………………… 28 Hình 3.9 Mặt sau MWU………………………………………………………… 28 Hình 3.10 Sơ đồ khối hệ thống……………………………………………………29 Hình 3.11 Sơ đồ khối RFU……………………………………………………… 30 Hình 3.12 Remote RF Unit Block……………………………………………… 31 Hình 3.13 Tủ BTS……………………………………………………………… 32 Hình 3.14 Cấu trúc điển hình tủ BTS -48V………………………………….35 Hình 3.15 Cấu trúc điển hình tủ BTS +24V……………………………… 36 Hình 3.16 BBU……………………………………………………………………37 Hình 3.17 GTMU…………………………………………………………………38 Hình 3.18 DRFU………………………………………………………………….40 Hình 3.19 Các cổng DRFU………………………………………………… 41 Hình 3.20 Thành phần DRFU ……………………………………………………42 Hình 3.21 GRFU………………………………………………………………….44 Hình 3.22 Cáp đồng………………………………………………………………48 Hình 3.23 Cáp xoắn đơi………………………………………………………… 50 Hình 3.24 Cấu tạo cáp quang…………………………………………………… 52 Hình 3.25 Bộ chia cơng suất chia tín hiệu quang…………………………… 61 Hình 3.26 Bộ cộng cơng suất…………………………………………………… 63 Hình 3.27 Các loại anten…………………………………………………………68 Hình 4.1 Tổn hao tầng theo mơ hình Keenan – Motley…………………… 75 Hình 4.2 So sánh suy hao tường theo mơ hình Keenan – Motley với suy hao không gian tự công thức xấp xỉ……………………………………………… 75 Hình 4.3 Ví dụ đơn giản mơ hình lan truyền sóng indoor…………………….78 Hình 4.4 Minh họa q trình xử lý ảnh mơi trường indoor ……………….79 Hình 4.5 Điểm phản xạ P2 không tồn tường Điểm phản xạ P1 không tồn tường 1……………………………………………………80 Hình 4.6 Tồn hai điểm phản xạ, đường truyền xác định (d) máy thu khơng nằm miền mơ phỏng…………………………………………82 Hình 4.7 Sơ đồ hệ thống phân phối antenna thụ động đơn giản………… 84 Hình 4.8 Đồ thị suy hao đường tuyền ứng với hệ số suy hao……………….98 Hình 4.9 Dạng mặt sàn tầng tầng hai………………………………… 100 Hình 4.10 Dạng mặt sàn từ tầng ba đến tầng bảy………………………………100 Hình 4.11 Bố trí anten tầng tầng hai ……………………………………102 Hình 4.12 Bố trí anten từ tầng ba đến tầng bảy…………………………………103 Hình 4.13 Tính tốn cơng suất từ tầng ba đến tầng bảy……………………… 105 Hình 4.14 Tính tốn cơng suất tầng tầng hai……………………….105 Hình 4.15 Tính tốn cơng suất tầng……………………………………106 Hình 4.16 Vùng phủ anten tầng hai …………………………….107 Hình 4.17 Vùng phủ anten tầng từ ba đến bảy …………………… 108 CHƯƠNG I : MỞ ĐẦU CHƯƠNG I MỞ ĐẦU GVHD : Ths PHAN THANH MINH SVTH : ĐỖ VĂN BẮC Trang CHƯƠNG I : MỞ ĐẦU Hiện thơng tin di động có vai trị quan trọng tất lĩnh vực, hoạt động người sống hành ngày Sóng di động sử dụng khắp nơi, : Công ty, trường học, khu mua sắm, sân bay, nhà ga, bến cảng, khu vui chơi giải trí, khu du lịch, Chính vậy, nhà cung cấp dịch vụ di động có giải pháp, phương an để nâng cao chất lượng phủ sóng tốt,vùng phủ rộng, đảm bảo đem lại cho người sử dụng dịch vụ tốt Tuy nhiên, có số vị trí, số khu vực chất lượng sóng phủ khơng đảm bảo tịa nhà cao tầng, tịa nhà cao tầng chất lượng sóng di động kém, thường xảy tình trạng: khơng thiết lập gọi, gọi bị rớt, bị nghẽn, đàm thoại khó nghe Đặc biệt xảy khu vực thang máy, tầng hầm, góc khuất tầng cao Do nhà cung cấp dịch vụ đưa phương án khắc phục xây dựng hệ thống phủ sóng riêng cho địa điểm đặc biệt này, hệ thống gọi IBS (inbuilding solution ) giải pháp phủ sóng di động cơng trình đặc biệt Những lợi ích mang lợi cho tòa nhà xây dựng hệ thống IBS : Nâng cao chất lượng sóng di động tịa nhà cao tầng , trì chất lượng gọi dịch vụ cho thuê bao di động Đối với khu vực đông dân cư trung tâm thương mại, bệnh viện, siêu thị diện tích sàn lớn cần đến lắp đặt hệ thống IBS Hiện chất lượng sống người ngày nâng cao, trung tâm thương mại,những khu thị với nhiều tịa nhà cao tầng xây dựng, kèm theo nhiều dịch vụ tiện ích, hệ thống IBS hệ thống ý phát triển, mở rộng hệ thống có tiềm lực tương lai GVHD : Ths PHAN THANH MINH SVTH : ĐỖ VĂN BẮC Trang 10 CHƯƠNG IV : PHÂN TÍCH HỆ THỐNG Hình 4.10 Dạng mặt sàn từ tầng ba đến tầng bảy Khơng gian phịng đặt bàn ghế, tủ sách số vận dụng nhỏ khác Tường nhà dày khoảng 20cm Do ta có lựa chọn : Tịa nhà gồm có bảy tầng nên ta chọn hệ thống phân phối thụ động để làm hệ thống phân phối sóng cho tịa nhà Tầng tầng hai đặt anten tâm trần nhà, từ tầng ba đến tầng bảy ta chia mặt sàn làm bốn phần đặt anten tâm phần Các thiết bị cần thiết hệ thống gồm : Anten, cáp đồng, chia công suất không đều, chia công suất bốn cổng ngõ ra, khuếch đại,… Máy di động có độ nhạy -104dBm, ta phải đảm bảo cơng suất phát vùng rìa cell khơng nhỏ giá trị này, mặt khác sóng di động ảnh hưởng fading, bị hấp thụ thân nhiệt, ta xây dựng hệ thống đảm bảo vùng rìa cell có mức công suất -85dBm, bao gồm 20dBm dự trữ fading số lại dành cho tổn hao thân nhiệt GVHD : Ths PHAN THANH MINH SVTH : ĐỖ VĂN BẮC Trang 97 CHƯƠNG IV : PHÂN TÍCH HỆ THỐNG Các tầng có diện tích 25m x 25m,do tịa nhà có dạng hình vng nên ta đặt anten tâm trần nhà, ta có bán kính phủ sóng (25/2) x √2 = 18m Ta có cơng thức tính suy hao theo khoảng cách : PL(d)=PL(d0)+10.n.lg(d/d0) tần số f=960MHz d0=1m, ta có PL(d0)=32dB Bên tịa nhà,từ vị trí đặt anten tới người dùng phòng song di động phai qua tường che, bên số vật cản khác, ta chon hệ số suy hao n=4.5 Với d=18m ta tính suy hao PL(d) : PL=32+10 x 4.5 x lg(18)= 89dB Với mức công suất vị trí máy di động vùng rìa cell đàm bảo -85dBm ta tính cơng suất phát anten : Pout_anten =-85 + 89= 4dBm Do từ tầng ba đến tầng bảy có khoảng khơng nhà nên ta đặt anten tâm trần nhà được, nên ta chia tòa nhà làm bốn phần ta phủ sóng cho phần đó, phần có diện tích 12.5m x 12.5m, nên bán kính vùng phủ lúc : (12.5/2) x √2 = 9m Tổn hao không gian theo khoảng cách : PL = 32 + 10 x 4.5 x lg(9) = 75dB Công suất phát anten : Pout_anten = -85+75= -10dBm Như ta dùng anten với công suất phát 4dBm đặt tâm trần nhà cho tầng tầng hai, từ tầng ba đến tầng bảy ta đặt bốn anten tâm góc phần tư trần nhà Loại anten sử dụng tòa nhà anten omni Cáp dùng loại feeder 1/2 có hệ số suy hao 7dB/100m Ta có cách bố trí anten sau : GVHD : Ths PHAN THANH MINH SVTH : ĐỖ VĂN BẮC Trang 98 CHƯƠNG IV : PHÂN TÍCH HỆ THỐNG Với tầng tầng hai : Hình 4.11 Bố trí anten tầng tầng hai Từ chia tới anten cần cáp có chiều dài 13m, nên suy hao (7/100) x 13 = 0.9dB Công suất ngõ chia 4+0.9=4.9dBm Với tầng từ ba đến bảy : Hình 4.12 Bố trí anten từ tầng ba đến tầng bảy GVHD : Ths PHAN THANH MINH SVTH : ĐỖ VĂN BẮC Trang 99 CHƯƠNG IV : PHÂN TÍCH HỆ THỐNG Từ hình vẽ ta thấy suy hao lớn cao hai sợi cáp anten góc thứ hai thứ ba, chiều dài đoạn (25/4) x 3=19m, suy hao đoạn cáp : (7/100) x 19 = 1.4dB, công suất ngõ chia công suất bốn cổng : -10+1.4= 8.6dBm Từ chia công suất không đến chia công suất bốn ngõ đoạn cáp dài 13m nên suy hao (7/100) x 13 = 0.9dB Với bốn anten cần phải có cơng suất -8.6 +6(bộ chia bốn) + 0.9+ 0.2(suy hao qua chia) = -1.5dBm ngõ chia cơng suất khơng Mỗi tầng có chiều dài 4.5m nên phải cần đoạn cáp dài 5m qua tầng ,suy hao (7/100) x 5=0.4dB Giả sử trạm BTS có cơng suất phát 40dBm/sóng mang trạm phát bốn sóng mang ta có cơng suất phát 31dBm/4 sóng mang Vì tịa nhà có diện tích nhỏ, số tầng ít, số th bao khơng cao nên ta dùng anten để thu sóng từ bên ngồi đưa vào bên tịa nhà Giả sử ta có cơng suất ngõ xử lý sau sóng thu vào anten 26dBm Ta thấy tầng từ tầng ba đến tầng bảy yêu cầu công suất nhỏ ngõ chia công suất không -1.5dBm nên ta chọn chia công suất 25dB, sau qua chia công suất ta thu công suất 1dBm, giả sử từ ngõ xử lý đến chia công suất cần đoạn cáp 10m suy hao đoạn (7/100) x 10=0.7dB Như ngõ vào chia công suất đặt tầng có cơng suất 260.7=25.3dBm, sau qua chia ta thu công suất 25.3-25=0.3dBm đưa chia công suất bốn cổng, sau qua chia thứ qua đoạn cáp 5m đến chia thứ hai tầng cơng suất bị suy hao 25.3-0.2-0.4=24.7dBm, công suất 24.7dBm nên ta chọn chia công suất 20dB, sau qua chia ta thu công suất 24.7-20=4.7dBm đưa đến chia công suất bốn cổng, tiếp tục tầng thứ hai ta : GVHD : Ths PHAN THANH MINH SVTH : ĐỖ VĂN BẮC Trang 100 CHƯƠNG IV : PHÂN TÍCH HỆ THỐNG Hình 4.13 Tính tốn cơng suất từ tầng ba đến tầng bảy Sau qua chia công suất không tầng tới chia tầng hai, lúc công suất 22.9-0.6=22.3dBm, tầng hai tầng yêu cầu mức công suất nhỏ ngõ chia công suất không tới anten 4.9dBm, ta chuyển sang dùng chia cơng suất khơng 15dB, ta : GVHD : Ths PHAN THANH MINH SVTH : ĐỖ VĂN BẮC Trang 101 CHƯƠNG IV : PHÂN TÍCH HỆ THỐNG Hình 4.14 Tính tốn cơng suất tầng tầng hai Từ ta sơ đồ tồn tịa nhà : GVHD : Ths PHAN THANH MINH SVTH : ĐỖ VĂN BẮC Trang 102 CHƯƠNG IV : PHÂN TÍCH HỆ THỐNG Hình 4.15 Tính tốn cơng suất tầng Theo tính tốn vùng phủ nhỏ anten : GVHD : Ths PHAN THANH MINH SVTH : ĐỖ VĂN BẮC Trang 103 CHƯƠNG IV : PHÂN TÍCH HỆ THỐNG Tầng tầng hai : Hình 4.16 Vùng phủ anten tầng hai Từ tầng ba đến tầng bảy : GVHD : Ths PHAN THANH MINH SVTH : ĐỖ VĂN BẮC Trang 104 CHƯƠNG IV : PHÂN TÍCH HỆ THỐNG Hình 4.17 Vùng phủ anten tầng từ ba đến bảy Ta biết sóng truyền qua tường tào nhà bị suy hao, phần sóng phủ ngồi diện tích tòa nhà bị suy hao khả nhiều truyền qua tương, mà bên ngồi tịa nhà có cơng suất nhỏ khơng đáp ứng u cầu, dod khơng xảy tượng anten phủ sóng cho thiết bị di động bên ngồi tịa nhà 4.6 MƠ PHỎNG : Giao diện : GVHD : Ths PHAN THANH MINH SVTH : ĐỖ VĂN BẮC Trang 105 CHƯƠNG IV : PHÂN TÍCH HỆ THỐNG Ta chọn tầng chọn loại anten, ta coi dạng mặt sàn nhà dạng xạ anten GVHD : Ths PHAN THANH MINH SVTH : ĐỖ VĂN BẮC Trang 106 CHƯƠNG IV : GVHD : Ths PHAN THANH MINH SVTH : ĐỖ VĂN BẮC PHÂN TÍCH HỆ THỐNG Trang 107 CHƯƠNG IV : PHÂN TÍCH HỆ THỐNG Sau ta nhấn thiết kế, ta chọn loại anten, cơng suất sau xác định vị trí đặt anten xem vùng phủ, chưa đạt yêu cầu ta chon reset để tiến hành chọn lại thông số GVHD : Ths PHAN THANH MINH SVTH : ĐỖ VĂN BẮC Trang 108 CHƯƠNG IV : GVHD : Ths PHAN THANH MINH SVTH : ĐỖ VĂN BẮC PHÂN TÍCH HỆ THỐNG Trang 109 KẾT LUẬN KẾT LUẬN Đồ án trình bày khái niệm hệ thống IBS, mục đích phải xây dựng hệ thống, đưa quy trình thiết kế hệ thống Qua đồ án em tổng hợp kiến thức từ nhiều môn, biết vận dụng kết hợp mơn học lại với để xây dựng lên hệ thống hồn chỉnh, biết thơng số kỹ thuật thiết bị hệ thống, biết sử dụng số phần mềm Đồng thời qua đồ án em có nhìn thực tế hệ thống thực tế, có vận dụng lý thuyết học vào xây dựng cơng trình thực, em có số kinh nghiệm thiết kế hệ thống, thấy khó khăn phát sinh q trình làm đồ an Tuy nhiên, qua việc thực đò án em gặp nhiều khó khăn em chưa thấy hệ thống IBS xây dựng thực tế nào, thành phần cần thiết hệ thống, q trình làm đồ án em gặp khó khăn việc mô Nhưng em hướng dẫn tận tình thầy hướng dẫn đồ án thầy PHAN THANH MINH, em giúp đỡ nhiệt tình củacác thầy mơn Em xin cảm ơn thầy cô trang bị cho em kiến thức vững kỹ cần thiết cho em trường GVHD : Ths PHAN THANH MINH SVTH : ĐỖ VĂN BẮC Trang 110 TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU THAM KHẢO Mơ tả kỹ thuật hệ thống phủ sóng di động tòa nhà cao tầng Tổng quan thiết kế thiết kế chi tiết hệ thống anten phân tán DAS IBS-Presentation-Kulashekar Inbldg Wireless Cov Strategies Inside Inbuilding Solution - Building Cellular Needs the importance of inbuilding solution Toi uu hoa HT IBS - Pham Van Du Giai phap phu song inbuilding_Cong nghe VT 10 http://www.ibsvietnam.com/?act=newsdetail&pid=57&id=48 11 http://blog.yume.vn/xem-blog/-ky-thuat-inbuilding-ibs-inbuilding-solution.mfc14082004.35CCABBF.html 12 http://himlamvienthong.com/?option=com_doc&abu=34 13 http://itecom.vn/index.php?option=com_content&view=article&id=115%3Angu yen-ly-hot-ng&catid=38%3Aph-song-di-ng-nha-cao-tng&Itemid=202&lang=vi 14 http://ttvnol.com/dtvt/326541/page-3 15 http://www.consistel.com/services/solutions/inbuildingsolution.html 16 http://telecomsignals.com/InBuildingServices.html 17 http://www.microqual.com/ibs.html http://www.indiamart.com/microqualtechnoprivate-ltd/services.html#inbuilding-service GVHD : Ths PHAN THANH MINH SVTH : ĐỖ VĂN BẮC Trang 111