Luận án tốt nghiệp " THIẾT KẾ TUYẾN VIBA SỐ " - Phần 3 pot

BẢNG DỮ LIỆU TÍNH TOÁN ĐƯỜNG TRUYỀN Các đặc tính của đường truyền dẫn A Trạm B Kết qủa tính toán và ghi chú 1.Vị trí các trạm 2.Số loại thiết bị 4.Phân cực 6.Loại điều chế máy phát Tổn

IV BẢNG DỮ LIỆU TÍNH TOÁN ĐƯỜNG TRUYỀN

Bảng dữ liệu đường truyền cho ta một cách thông dụng để xác định và ghi nhận các thông số ảnh hưởng đến công thức tổn thất lan truyền tổng quát Nó là công cụ hữu ích cho công việc sơ bộ cũng như là các ghi chép để tham chiếu trong tương lai

Bảng 2-5-4 là một ví dụ của bảng dữ liệu đường truyền cho hệ thống một bước nhảy với đường truyền Viba Các thủ tục cụ thể để điền vào mỗi loại trong bảng và để kiểm tra các chỉ tiêu của hệ thống được giải thích từng bước một như sau

BẢNG DỮ LIỆU TÍNH TOÁN ĐƯỜNG TRUYỀN Các đặc tính của đường truyền dẫn

A

Trạm

B

Kết qủa tính toán và ghi chú 1.Vị trí các trạm

2.Số loại thiết bị

4.Phân cực

6.Loại điều chế máy phát

Tổn thất tuyến

11.Tổn thất đường truyền dẫn của

không gian tự do

12.Loại feeder của trạm A vàB

Độ lợi

25.Mức ngưỡng thu được với BER

>10-3

dBm

26.Mức ngưỡng thu được với BER

>10-6

dBm

30.Xác xuất đạt mức ngưỡng RXa Pa

34.Xác xuất khoảng Fading lớn hơn

10s

P(10) 35.Xác xuất khoảng Fading lớn hơn

60s

P(60)

37.Xác xuất để mạch trở nên không

dùng được do Fading phẳng

Pu

60s

chọn lựa

42.Tổng gián đoạn thông tin BER

>10-3

chọn lựa

Các tính toán khả năng sử dụng

47.Độ không sử dụng được do

Fading phẳng nhiều tia

48.Độ không sử dụng được do

Fading nhiều tia lựa chọn

49.Tổng độ không sử dụng được tính

theo phần trăm

%

Trong đó các thông số của bảng tính toán và cách tính toán chúng được mô tả như sau :

 MÔ TẢ TUYẾN

1.Vị trí các trạm

- Ở đây vị trí các trạm đã được chọn và khảo sát nên ta chỉ đặt tên cho các trạm để tiện lợi cho việc gọi và tính toán

- Thường thì một trạm được goci là trạm A trạm còn lại gọi là trạm B sau đó các tính toán đường truyền như là khoảng cách của vật cản được tính với trạm A và trạm B

2.Số loại thiết bị

Sau khi đã nghiên cứu kĩ về dung lượng, băng tần và các chỉ tiêu khác ta có thể tiến hành chọn các thiết bị cho hệ thống thường có rất nhiều loại thiết bị khác nhau trên một tuyến Tuy nhiên trong Sheet tính toán đường truyền ta chỉ ghi một số các thông số của nó

3.Tần số làm việc

Trong Viba điểm nối điểm chỉ sử dụng kế hoạch hai tần số, nên ta có ba tần số làm việc cần quan tâm

-Tần số trung tâm được sử dụng trong các tính toán

4.Phân cực

Thường có ba loại phân cực sau đây cho sóng vô tuyến

-Phân cực đứng

-Phân cực ngang

-Phân cực chéo

Trong đó các trạm có dung lượng lớn thường có khuynh hướng sử dụng phân cực chéo để tăng hiệu suất sử dụng phổ

5.Dung lượng kênh:(Mbit/s)

Trong Sheet tính toán đường truyền dung lượng kênh được biểu diễn dưới dạng Mbit/s Nó là dung lượng nguồn tín hiệu số tối đa có thể truyền trên hệ thống

6.loại điều chế của máy phát

Khi ta lựa chọn thiết bị thì loại điều chế máy phát cũng được chọn nó có thể là ASK, FSK, PSK, QAM như đã đề cập ở phần I

7.Độ nâng của vị trí:(x)

Độ nâng của vị trí chính là độ cao của mặt bằng xây dựng trạm so với mực nước biển

Thường ta không thể đo chính xác được độ cao này vì việc này khó thực hiện và tốn kém nên ta thường lấy gần đúng sau khi đã tham khảo độ cao của một số điểm so với mặt nước biển ở gần vị trítrạm sai số của nó khoảng 0,5 m

8.Độ dài đường truyền dẫn:(d)

Nó là khoảng cách giữa hai anten tuy nhiên ta không thể lấy chính xác được thông

số này vì nhiều lý do khác nhau, nên thường nó là khoảng cách giữa hai vị trí đặt trạm

9.Độ cao của anten :h 1 ,h 2

Độ cao của anten được tính toán để tiêu hao ở trên đường truyền do các vật chắn,sự hấp thụ của khí Không làm cho độ khả dụng của tuyến không đạt được mục tiêu

đề ra đồng thời bảo đảm kinh tế nhất Trong các vùng dân cư các anten thường được gắn trên nóc các nhà cao tầng để giảm thiểuchi phí xây dựng tháp anten

10.Loại tháp anten

Như đã đề cập trong phần cấu hình hệ thống có hai loại tháp anten là tháp tự đỡ và tháp dây néo.Việc quyết định loại tháp nào được sử dụng phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau như : độ cao anten, diện tích của trạm, số anten gắn trên mỗi trạm

11.Tổn hao đường truyền dẫn của không gian tự do A 0 (dB)

Loại tổn thất này đã được đề cập trong phần truyền sóng trong không gian Nó phụ thuộc vào tần số sóng mang và độ dài đường truyền và được tính bằng công thức sau :

Trong đó:

f: Là tầng số trung tâm của sóng mang (GHz)

d: là độ dài đường truyền(Km)

12.Loại Feeder sử dụng ở các trạm A và B

Thường thì hai trạm A và B sử dụng cùng loại Feeder, loại Feeder được chọn để

sử dụng phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau như: tần số làm việc, suy hao

Sau đây là một số loại Feeder tiêu biểu được sử dụng:

13.Độ dài Feedercủa trạm A và B

Trong các trường hợp mà ta có thể tính chính xác độ dài Feeder thì các độ dài này được tính cho cả hai trạm A và B Tuy nhiên trong việc thiết kế do chưa biết được chính xác vị trí xây dựng các phòng để thiết bị cũng như vị trí chính xác xây dựng tháp anten, nên nó được đánh giá bằng cách lấy độ cao của anten tại mỗi trạm nhân vơí hệ số dự trữ thường lấy 1,5

14.Tổn thất Feeder

Ở bước 12 ta đã có loại Feeder sử dụng và ở bước 13 ta có độ dài tương ứng của chúng từ đó ta có thể tính tổn thất của Feeder cho cả hai trạm A và B bằng công thức sau: Trạm A: tổn thất Feeder =độ dài Feeder tại trạm A(m)*tổn hao 1 m Feeder

Trạm B: tổn thất Feeder =độ dài Feeder tại trạm B(m)*tổn hao 1 m Feeder

15.Tổn hao rẽ nhánh

Tổn hao rẽ nhánh được coi là các tổn hao trong các bộ lọc RF (máy phát và máy thu) các bộ lọc xoay vòng (Circulator) và các bộ lọc RF bên ngoài có thể, chúng cho phép một hệ thống song công chỉ sử dụng một anten cho các mục đích thu và phát hoặc vài hệ thống cùng nối đến một anten Khoảng giá trị tổn hao rẽ nhánh thường là 2-8 dB

16.Tổn hao các bộ phối hợp và các bộ đầu nối

Chúng là tổn hao trong các chuyển tiếp ống dẫn sóng, các bộ phối hợp, hệ thống

nén ống dẫn sóng và phần Feeder đi cùng với các bộ nối Chúng phụ thuộc vào nhiều yếu

tố khác nhau như: Cấu hình hệ thống, cách kết nối trạm, các loại ống dẫn sóng và các loại đầu nối được sử dụng cho trạm

- Với các hệ thống lớn phức tạp thì nó có giá trị khoảng 0,8-1 dB

- Với các hệ thống lớn phức tạp thì nó có giá trị khoảng 0,5-0,7 dB

17.tổn hao của bộ suy hao hoặc các vật chắn

-Tổn hao của bộ suy hao: tổn hao này chỉ xuất hiện khi có bộ suy hao trong hệ thống các bộ suy hao được sử dụng trong một số trường hợp sau:

Khi công suất phát ra quá lớn có thể gây giao thoa cho các tuyến lân cận hoặc các trạm vệ tinh Khi có một bộ suy hao được sử dụng để giảm công suất phát từ anten Khi các mức tín hiệu ra và vào ở các bộ phận trong trạm không hoàn toàn phù hợp với nhau gây ra méo dạng tín hiệu ngõ ra Do đó cần phải giảm các tín hiệu sao cho phù hợp với nhau bằng cách sử dụng các bộ suy hao

-Tổn thất do vật chắn: Đây là loại tổn thất xuất hiện khi tuyến thiết kế không thỏa điều kiện tầm nhìn thẳng hay các vật chắn cắt miền Feeder thứ nhất Tổn thất do vật chắn được chia làm các loại sau:

Tổn thất nhiễu xạ do vật chắn hình nên tổn hao nhiễu xạ do vật chắn cong chúng được biểu diễn bằng hình vẽ sau:

Trong đó nhiễu xạ do vật chắn cong ít xảy ra và chỉ có khi các đường truyền bị cắt bởi các vật chắn rất lớn như các dãy núi Việc tính toán tổn hao này rất khó Trong khi tổn thất nhiễu xạ do vật chắn hình nên thường xảy ra hơn nó là tổn hao khi các cây cao hoặc các nhàcao tầng cắt đới cầu Fresnel thứ nhất Tổn thất hình nêm được tính như sau

Đối với các vật chắn được xét tất cả các tham số hình học gộp lại với nhau thành một số không thứ nguyên duy nhất ký hiệu là Vđược tính bằng phương trình sau:

v= h[(2/)*(1/d1*1/d2)]1/2 Trong đó:

 : Bước sóng của sóng mang trung tâm (m)

h : Độ cao của đỉnh vật chắn so với đường nằm ngang nối hai đầu cuối đường truyền Nếu độ cao ở dưới đường này thì h là âm (m)

Lúc đó tổn hao vật chắn này gây ra được tính bằng công thức :

Tổng tổn hao của nhiều vật chắn hình nêm trên đường truyền chính tổn thất vật chắn của đường truyền

18.Tổn hao hấp thụ của khí quyển

Thường do sự hấp thụ của khí quyển nên không gian có một tổn hao đặc trưng a dB/Km Nên khi tính toán cho một đường truyền cụ thể dài d Km thì tổn hao này sẽ bằng a*d dB.Giá trị của a có thể lấy theo báo cáo 719-2 CCIR Loại tổn hao này tăng theo tầng

số và có nhiều đột biến bất thường khi tấn số thay đổi

19.Tổng tổn hao

Nó là tổng tổn hao tính toán ở các phần trên

20.Độ lợi của anten

Đây là tổng các độ lợi của các anten ở mỗi một đầu cuối của tuyến Độ lợi của anten phụ thuộc vào đường kính của anten, tần số làm việc,gốc mở hiệu dụng của anten

và được biểu diễn bằng công thức:

G=20 lgD -20lg +10lgn +9,943 dB Trong đó:

D: là đường kính đĩa anten (m)

: là bước sóng ở tần số trung tâm(m) n: là góc mở hiệu dụng của anten

21.Độ lợi máy phát

Đây là công suất ở đầu ra chính máy phát không phải sau bất kỳ một mạch lọc rẽ nhánh hay bộ lọc nào Nó thường được đo bằng dB

22.Tổng độ lợi

Nó là tổng của hai bước trên

23.Tổng tổn hao

Đây là tỉ số cung cấp ở đầu ra của máy phát trước các mạch rẽ nhánh và công suất đưa lên máy thu tương ứng sau các mạch rẽ nhánh, trong các điều kiện lan truyền và các

hoạt động của hệ thống thực Nó là hiệu dB của các tổn hao trừ tổng các độ lợi của anten

24.Mức đầu vào của máy thu P r (dBm)

biểu diễn bằng công thức sau:

25-26.Các ngưỡng thu được

RXavà RXb là hai giá trị mức ngưỡng thu Thực tế nó tương ứng với các tỉ lệ lỗi

tỉ số sóng mang trên tạp âm để tạo ra một lượng giao thoa giữa các ký hiệu không thể chất

suy giảm chất lượng

27-28.Độ dự trữ Fading phẳng

29.Xác xuất Fading nhiều tia P 0

để tính Fading nhiều tia ta dùng phương trình của Majoli như sau:

Trong đó :

d: Độ dài đường truyền(Km) C: hệ số địa hình

f: tần số trung tâm của sóng mang (GHz) a: Là hệ số cải tiến đặc trưng cho độ gồ ghề của địa hình

Hệ số địa hình C được chọn như sau :

biểu thị sự đão nhiệt mạnh đã co ở các nước xa mạc

a: có gía trị từ 0,25 đến 4 khi độ gồ ghề giảm

30-31.Xác suất đạt các mức ngưỡng RX a và RX b

Pa =10 -FMa/10

Pb =10 -FMb/10

32-33.Khỏang thời gian Fading :T

Công bố 338-5 của CCIR cho một phương trình đối với độ sâu Fading đã cho, khoảng thời gian của nó phân bố theo quy luật chuẩn logarit và giá trị trung bình của nó T giây cho bởi:

T, =C210 -2F/10 f 2

Ta = C210 -2FMa/10 f 2 , BER>10-3

Tb = C210 -2FMb/10 f  , BER> 10-6 Trong đó:

FMa ,FMb :Độ dự trữ Fading phẳng

34-35.Xác suất Fading dài hơn 10s và 60s

Đây là xác suất Fading làm cho đường truyền trở nên không sử dụng được nó được tính bằng biểu thức sau:

Trong đó:

Erfc(Z) là hàm xác suất lỗi tích chập có cho ở phần mục lục

chuẩn logarit đối với trung bình chuẩn logarit và hiệp phương sai Gauss và được tính bằng công thức:

Za = 0,548 ln(10/Ta)

Zb= 0,548 ln (10/Tb)

36.Xác suất BER vượt 10 -3

Đây là xác suất sẽ xuất hiện gián đoạn thông tin nó không có nghĩa rằng sự gián đoạn thông tin này kéo dài trong 10s hoặc hơn Nó được tính bằng công thức:

10s Nó được biểu diễn bằng công thức:

Pu =P0*Pa*P(10)

38.Bộ khả dụng của tuyến:

tức là:

39.Xác suất BER 10 -6

Nó được tính bằng biểu thức :

40.Xác suất BER>10 -6 trong khoảng 60s

41.Xác suất BER >10 -3 do Fading lựa chọn

Gián đoạn do Fading lựa chọn trong tháng xấu nhất trong năm:

Ở đây ta sử dụng phương pháp Majoli để thực hiện phép tính này

Trong đó:

:Là khoảng thời gian xuất hiện sự hoạt động của Fading nhiều tia xấu nhất

K: Là hằng số phụ thuộc vào cách điều chế

d: Khoảng cách đường truyền (Km)

M: Số mức trong sơ đồ điều chế

42.Tổng gián đoạn thông tin BER >10 -3

43.Xác suất BER>10 -6 do Fading lựa chọn

Cách thức và công thức tính như là ở bước 40 nhưng có nhân thêm một hệ số bằng

ấn khác đi nên khi lấy tích phân hai lớp thì các cận cũng thay đổi

44.Tổng BER 10 -6

45.Độ không sử dụng của thiết bị

Mặc dù các thiết bị sử dụng trong một hệ thống Viba thường có độ tin cậy rất cao Tuy nhiên vẫn không thể tránh khỏi các hư hỏng làm gián đoạn thống tin liên lạc Sự gián đoạn có ảnh huởng rất lớn trong các hệ thống không có dự phòng nóng Nó là loại thành phần chính của độ không sử dụng được của tuyến Trong các hệ thống không có dự phòng, việc tính toán độ không sử dụng được của thiết bị được tiến hành như sau:

Độ khả dụng =100*[-MTBF)/(MTBF + MTTR) +1]

Độ khả dụng =100*[(MTTR)/(MTBF + MTTR)%

MTBF: Là thời gian trung bình Giữa các sự cố tính bằng giờ

MTTR: Là thời gian trung bình để khôi phục lại dịch vụ tính bằng giờ thường là 2,4,8 giờ

Theo thống kê của CCIR các giá trị đặc trưng của MTBF đối với các mẫu thiết bị khác nhau như trong bảng sau:

(năm)

Thiết bị ghép kênh

Ghép kênh sơ cấp

Mux bậc 3

4,5 8,2

Mux bậc 2 Mux bậc 4

9,4 5,8 Máy thu phát vô tuyến

Không bảo vệ 2 Mbit/s

Không bảo vệ 140Mbit/s

1,0 5,7

Bảo vệ 34 Mbit/s Bảo vệ 140 Mbit/s

53,5

540 Thiết bị phụ trợ

Chuyển mạch lựa chọn

250000

107

Chuyển mạch dự phòng nóng

83333

Thiết bị sợi quang

(trên 100 Km dường)

2,8

46.Độ không sử dụng được do mưa

Đây là loại Fading góp phần chủ yếu vào độ không sử dụng của tuyến Khi tần số sóng mang của hệ thống nằm trong khoảng từ 7 GHz trở lên ở các tần số sóng mang nhỏ hơn 7 GHz tổn hao do mưa rất nhỏ và có thể bỏ qua Quá trình tính toán độ không khả dụng do mưa vô cùng phức tạp gồm các bước sau :

B1: Thu nhận cường độ mưa vượt 0,01% thời gian hợp thành 1 phút đo tại mặt đất trung tâm

B2: Tính toán ban đầu để xác định tiêu hao đặc trưng R

Trong đó:

phân cực vô tuyến cho bởi:

 =[KHH +KvV +( KHH - KvV) cos2 cos2]/2K Trong đó:

 :Góc phẳng của đường truyền

 : Góc nghiêng phân cực đối với phân cực ngang

Các giá trị KH ,Kv và H ,V cho ở bảng sau:

7

8

10

12

15

20

25

30

0,00301 0,00454 0,0101 0,0188 0,0376 0,0751 0,124 0,187

0,00265 0,00395 0,00887 0,0168 0,0335 0,0691 0,113 0,167

1,332 1,327 1,276 1,271 1,154 1,099 1,061 1,021

1,312 1,310 1,264 1,200 1,128 1,065 1,030 1,000

de= r*d

B4: Đánh giá tiêu hao đường truyền một 0,01% thời gian cho bởi:

Ap =0,12(A0,01)*P[-(0,546+0,431LgP)] dB

47 Độ không sử dụng được do Fading phẳng nhiều tia

Độ không sử dụng được do Fading phẳng nhiều tia là phần trăm xác suất của

lớn hơn 10 giây do Fading phẳng nhiều tia và được tính bằng công thức:

48.Độ không sử dụng được do Fading nhiều tia lựa chọn

Điều này có thể xác định bằng tích của độ gián đoạn Fading nhiều tia như đã xác định ở bước 41 và P(10) tức là tính bằng công thức:

49.Tổng độ không sử dụng được tính theo phần trăm

Nó là độ tổng không sử dụng được tính theo phần trăm của tất cả các phần đã tính toán ở các buớc 45, 46, 47, 48