luận án tốt nghiệp Thiết Kế Tuyến Viba Số 2 BƯỚC 1 NGHIÊN CỨU DUNG LƯNG ĐÒI HỎI Trong việc thiết kế một hệ thống liên lạc điểm nối điểm việc tìm hiểu kó về dung lượng cần thiết là rất quan trọng. Nó là nền tảng cho các quyết đònh quan trọng ở phần sau: Phải chú ý đến dung lượng phát sẽ triển trong vòng 10 hoặc 15 năm tới cũng như dung lượng cần thiết ở hiện tại. Việc dự đoán này dựa vào các điểm sau: Dựavào đặc điểm phát triển dân số. Đặc điểm vùng (thành phố nông thôn, vùng nông nghiệp…) Tỷ lệ phát triển của các hoạt động kinh tế. Tốc độ cải thiện điều kiện sống trong tương lai. Hệ thống phải được thiết kế để cho phép có thể nới rộng thêm trong tương lai. Tuy nhiên, ở các nước đang phát triển (như ở thực trạng nước ta) thường khó dự đoán chính xác dung lượng cần thiết trong khoảng thời gian dài. Do đó không nên lắp đặc các hệ thống có dung lượng quá lớn cho các yêu cầu cho tương lai. Sẽ kinh tế hơn khi chọn các thiết bò có dung lượng nhỏ ở giai đoạn đầu tiên và nếu dung lượng này không đáp ứng được sau khi sử dụng vài năm, hệ thống có thể thay thế bởi một hệ thống khác có dung lượng lớn hơn còn hệ thống cũ được dùng ở tuyến cần dung lượng nhỏ hơn. Nên đôi khi xây dựng một hệ thống vừa phải và dể dàng thay thế khi có kỹ thuật mới trong tương lai thì kinh tế hơn. Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Giáo trình hình thành phân kênh ứng dụng vận hành các trạm lặp kế hoạch hai tần số cho kênh RF luận án tốt nghiệp Thiết Kế Tuyến Viba Số 3 BƯỚC 2 CHỌN BĂNG TẦN SỐ VÔ TUYẾN SỬ DỤNG. Đối với các ứng dụng của kỹ thuật Viba, băng tầng hoạt động của nó nằm trong khoảng từ 1GHz đến 15GHz. Trong đó các tần số vô tuyến được cấp phát cho các dòch vụ xác đònh được qui đònh bởi các luật vô tuyến. Chúng ta quan tâm đến dải tần từ 800MHz - 6425MHz và 7900MHz - 8100MHz. Luật vô tuyến mô tả luật cấm đoán của hệ thống trạm mặt đất sử dụng các băng tần số này, vì chúng chia băng tần với dòch vụ liên lạc vệ tinh. Trong trường hợp này công suất bức xạ hiệu dụng của máy phát và anten trong hệ thống L/S không vượt quá 55 dBw hoặc công suất đưa đến anten không được vượt quá 13dBw. Các yếu tố quan trọng khác trong việc gán đònh tần số bao gồm dung sai tần số và băng thông phát xạ. Luật vô tuyến không có tiêu chuẩn bắt buộc về băng thông. Tuy nhiên dung sai tần số của máy phát hoạt động trong vùng sóng Viba nên là 300*10 -6 cho máy phát có công suất dưới 100W và 100*10 -6 cho máy phát có công suất trên 100W. Hiện nay tầng số vô tuyến sử dụng trong hệ thống liên lạc Viba thay đổi từ 1GHz - 15 GHz. Các giá trò tương đối của tần số RF phụ thuộc vào nhiều yếu tố. - Ở các tần số thấp thì kích thước thiết bò lớn công suất máy dễ dàng thực hiện, độ lợi anten lớn, tổn hao phải nhỏ, tổn thất không gian và dây dẫn tần khác chủ yếu sử dụng cho các đường trung kế ngắn hoặc đường trung kế phụ. Dung lượng cũng đóng vai trò quan trọng trong việc chọn băng tần hoạt động cho hệ thống, bảng sau cho ta các tham khảo về băng tần chọn và dung lượng. Băng tần ( MHz) Băng thông cho phép ( MHZ) Dung lượng cực tiểu của các kênh thoại đã được mã hóa 1495 - 1535 2110 - 2130 2160 - 2180 3700 - 4200 5925 - 6425 10700 - 11700 2 3,5 3,5 20 30 40 30 96 96 1152 1152 1152 BẢNG 2-2-1 : Các băng tần số cấp phát của FCC cho các hệ thống Viba số Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m . luận án tốt nghiệp Thiết Kế Tuyến Viba Số 4 BƯỚC 3 SỰ SẮP XẾP CÁC KÊNH RF Sự sắp xếp các kênh RF là một phần rất quan trọng trong việc thiết kế hệ thống. Nó đặc biệt quan trọng cho các hệ thống vô tuyến chuyển tiếp. Vì mức khác biệt về tín hiệu vô tuyến giữa ngõ vào và ngõ ra của một trạm lặp thay đổi từ 60 - 80 dB thì việc sử dụng cùng một tần số vô tuyến giữa ngõ ra và ngõ vào sẽ gây ra hiện tượng giao thoa động do phản hồi. Trong Viba chuyển tiếp ta thường sử dụng kế hoạch hai tần số hoặc kế hoạch bốn tần số. Kế hoạch bốn tần số được sử dụng rộng rãi vì lí do kinh tế. Nó cần hai tần số cho một mạch RF. Thường thì bốn anten sử dụng cho một trạm lắp đặt ngay cả với kế hoạch hai tần số cũng với các anten này có thể sử dụng cho hai hoặc nhiều hơn các kênh RF song công cùng trên một đường trên hình vẽ: Hình2 -3-1 trạm lặp kế hoạch hai tần số cho vài kênh RF song công. Kế hoạch bốn tần số đòi hỏi tỷ lệ trước sau (front to back) của mẫu bức xạ anten bởi mỗi anten hoạt động ở mỗi tần số khác nhau. Sự sắp xếp các kênh RF. f1a f-1b f-1c . . f-2a f-2b f-2c . . f - 1b f - 1c f - 2a f - 2b f - 2c f - 2a f-2b f - 2c f-1b f - 1c f - 1c f-2a f-2c f-2c . f-1a f-1c f-1c . . Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m . luận án tốt nghiệp Thiết Kế Tuyến Viba Số 5 Bảng sau liệt kê sự giới thiệu của CCIR sự sắp xếp các kênh RF cho hệ vô tuyến chuyển tiếp cho mạch quốc tế: CCIR Rec Số kênh thoại tối đa của một kênh RF Tần số trung tâm (MHz) Độ rộng băng RF (MHz) 238 - 1 385 279 - 1, 382 - 1 383 - 1 384 - 1 386 - 1 387 60/120 60/120/300 300/1800 1800 960/2700 300/960 960 1808,2000,2203 7575 1903,2101,4003 6475 6770 8350 1120 200 300 400 500 680 300 1000 Bảng 2 - 3 - 1 Các đề nghò của CCIR về sự sắp xếp các kênh của RF Hình 2 - 3 - 1 làm rõ ví dụ sắp xếp các kênh của RF dựa vào CCIR Rec 338 - 1. Các hệ thống phụ đòi hỏi cho các kênh phục vụ có thể kết hợp trong cùng một băng tần RF như là một hệ thống chính, có được điều kiện thuận lợi này các anten có thể sử dụng chung cho cả hai hệ thống. Một ví dụ sắp xếp các kênh RF cho một hệ thống phụ như thế cũng được cho ở hình 2-3-2 dựa vào CCIR Rec. Trong hình vẽ này cả hai mạch RF bình thường hoặc một mạch RF bình thường và một RF dự phòng được cung cấp cho các kênh phục vụ theo mỗi hướng cho phép phân tập tần số trung tần. Sự sắp xếp các kênh RF của hình 2-3-2 được làm rõ lại ở hình 2-3-4 bằng một nhận xét để cho ta mối quan hệ giữa 8 kênh đi và 8 kênh trở về ở một trạm lặp sử dụng kế hoặc hai tần số. Một trong 8 kênh có thể sử dụng như là một kênh dự phòng. Sự phân cực khác nhau được sử dụng cho các kênh kế cận nhau để giảm giao thoa RF. 1 3 5 7 2’ 4’ 6’ 8’ 2 4 6 8 1’ 3’ 5’ 7’ hoặc chỉ những kênh RF của hệ thống phụ. A: Biên độ giải điều chế. -248.9 (F) -249.5 (A) 6425MHz 29.65 MHz 252.05MHz 250MHz 6175 MHz 250 MHz 5925 MHz +248.9 (F) +249.5 (A) 44.5 MHz Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m . luận án tốt nghiệp Thiết Kế Tuyến Viba Số 6 B: tần sồ điều chế. Hình 2-3-2 Sự sắp xếp kênh RF V H Hệ thống phụ V H Đối với các hệ thống Viba điểm nối điểm. Do không có cấu hình trạm lặp nên sự sắp xếp kênh RF trở nên đơn giản hơn rất nhiều khi đó ta cần quan tâm đến một số điểm sau. 250MHZ 8’ 7’ 6’ 5’ 4’ 3’ 2’ 8’ 6’ 4’ 2’ 7’ 5’ 3’ 1’ 1’ 8 6 4 2 8 4 2 7 5 3 1 7 5 3 1 250 MHz Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m . luận án tốt nghiệp Thiết Kế Tuyến Viba Số 7 - Các tần số Viba khác có thể sử dụng trong các vùng liên quan. - Các trạm Viba có thể gây giao thoa đến hệ thống. - Việc thiết kế một hệ thống Viba mới không gây nhiễu cho một một số hệ thống Viba đang có và không bò các hệ thống này gây nhiễu. Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m . luận án tốt nghiệp Thiết Kế Tuyến Viba Số 8 BƯỚC 4 QUYẾT ĐỊNH TIÊU CHUẨN THỰC HIỆN Các tiêu chuẩn kỹ thuật có thể phân loại như sau: a/ Tiêu chuẩn hành chính. b/ Mục tiêu thiết kế (cho các nhà thiết kế các thiết bò). c/ Mục tiêu thiết kế (cho các nhà thiết kế hệ thống). d/ Sự vận hành hay các mục tiêu bảo dưỡng. Các mục tiêu này có thể giống nhau hoặc khác nhau nhưng chúng có ít nhiều liên hệ với nhau. Đầu tiên có những tiêu chuẩn cho tần số RF trong luật vô tuyến (Radio Regulations) Thiết lập bởi hiệp hội liên hệ quốc tế. Trong việc chọn băng tần số RF cũng như trong việc thiết kế các trạm vô tuyến mặt đất sử dụng cùng băng tần với hệ thống liên lạc vệ tinh, Ta xét đến những tiêu chuẩn này. Có khá nhiều các giới thiệu hoặc ghi chép của CCIR trong việc thiết kế một hệ thống Viba chuyển tiếp. Khi thiết kế tuyến Viba điểm nối điểm ta cần tham khảo những tiêu chuẩn này để làm nền tảng cho các tính toán của tuyến. Mỗi quốc gia có thể sử dụng các tần số băng tần vô tuyến riêng biệt trong vùng lãnh thổ của mình. Tuy nhiên tiêu chuẩn CCIR vẫn còn là hướng dẫn bổ ích trong việc thiết lập các tiêu chuẩn kỹ thuật cho các hệ thống trong nước có chất lượng cao. Những yếu tố quyết đònh sự tốn kém của một hệ thống Vi ba có dung lượng và độ dài cho sẵn là chất lượng truyền dẫn và độ tin cậy của hệ thống. Hệ thống sẽ không thích hợp nếu tiêu chuẩn hoạt động của đường trung kế thấp hơn tiêu chuẩn của CCIR. Đối với những đường thoại đòa phương tiêu chuẩn của CCIR có thể chấp nhận được vì lí do kinh tế, chúng ta có thể cho phép khoản cách bước nhảy dài hơn, hoặc giảm công suất phát hoặc độ lợi Anten. Ngoài ra các đơn giản hoá về độ tin cậy. Hệ thống quan sát hệ thống dự phòng … cũng làm giảm chi phí. Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m . luận án tốt nghiệp Thiết Kế Tuyến Viba Số 9 BƯỚC 5 CHỌN VỊ TRÍ VÀ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TUYẾN I CHỌN VỊ TRÍ. 1. Khái niệm tổng quát. Trong việc chọn vò trí phải quan tâm đến phẩm chất truyền dẫn, độ tin cậy và tính kinh tế (trong việc lắp đặt và bảo trì) của một hệ thống liên lạc Viba điểm nối điểm. Phẩm chất và độ tin cậy thường trái ngược với tính kinh tế. Vì vậy, phải có sự giàn xếp giữa chúng. Ngay lúc bắt đầu việc chọn vò trí, các yêu cầu hệ thống Viba thiết kế cần được phải làm rõ, các mục chính như sau: a) Vò trí (thành phố và thò trấn) sẽ kết nối với hệ thống. b) Các loại và số lượng của các tín hiệu sẽ được truyền. c) Các điểm được cấp tín hiệu và giao tiếp với các thiết bò trong cơ quan điện thoại d) Kế hoạch mở rộng trong tương lai cho hệ thống. e) Các hệ thống Viba điểm nối điểm và chuyển tiếp đang tồn tại hoặc sẽ có trong tương lai có liên quan đến hệ thống sẽ thiết kế. f) Hệ thống sẽ dùng các chỉ tiêu chính của nó. g) Phẩm chất và độ tin cậy của truyền dẫn. Một cách vấn tắt, các thủ tục chọn vò trí được phân loại thành các bước sau. a) Phác họa một vài tuyến có thể thực hiện trên bản đồ. b) Khảo sát vò trí. c) Thử nghiệm các truyền dẫn nếu cần thiết. d) Quyết đònh các vò trí sẽ sử dụng. 2. Lựa chọn tuyến liên lạc điểm nối điểm. Khoản cách các đường truyền Viba Bảng 2-5-1 cho ta các khoảng cách đường truyền Viba cho các mạch trung kế các hệ thống Viba điểm nối điểm. Các giá trò trong bản là các giá trò chung cho nhiều nơi. Băng RF (MHz) Khoản cách đường Viba tiêu chuẩn (Km) 2000 4000 6000 11000 7020% 5020% 5020% 3020% Bảng 2-5-1: Khoản cách các đường truyền Viba tiêu chuẩn Khi vẽ một đường thiết kế trên bản đồ, các vò trí được chọn sao cho có các khoảng cách đường truyền tiêu chuẩn (càng gần bằng càng tốt). Nên tránh các đường truyền qua khoản cách quá d so với giới hạn trên của mức tiêu chuẩn. Bởi vì trong các đường truyền Viba dài như thế này thì xác suất các chuỗi tạp âm gây ra Fading có thể tăng lên rất lớn, thậm chí khi mà tạp âm nhiệt có thể giữ ở một giá trò cho phép Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m . luận án tốt nghiệp Thiết Kế Tuyến Viba Số 10 trong trường hợp truyền dẫn bình thường. Khi một đường truyền Viba dài thì không tránh khỏi các khó khăn gây ra bởi đòa hình. Trong trường hợp này nên thực hiện phân tập không gian hoặc phân tập tần số. 3.Sự bảo vệ cho các q đạo vệ tinh. Các hệ thống, liên lạc vệ tinh và các hệ thống Viba đất sử dụng băng sóng Viba (ví dụ: các băng tần từ 4-6 GHz). Do đó, cần phải thiết lập vài giới hạn kỹ thuật để tránh các giao thoa vô tuyến giữa hai hệ thống này. Trong công việc chọn vò trí cho liên lạc Viba mặt đất, cần phải chú ý rằng các búp sóng của anten không được chỉ thẳng đến q đạo vệ tinh tónh khi nó sử dụng cùng với tần số hệ thống liên lạc vệ tinh. Theo sự đề nghò của CCIR , các hệ thống Viba mặt đất được thiết kế sao cho trung tâm của búp sóng chính của bất kỳ anten nào trong hệ thống không được chỉ thẳng đến ít nhất là 2 0 từ q đạo của vệ tinh. Trong trường hợp mà điều này không thực hiện được, thì gía trò cực đại của EIRP (Equivalent Isitropically Radiated Power) nên được giới hạn dưới 47 dBw cho bất kỳ anten nào chỉ thẳng đến q đạo vệ tinh 0.5 0 , từ 47 đến 55 dBw khi góc này từ 0.5 0 - 1.5 0 . II SỰ KIỂM TRA TUYẾN VIBA Trong khi chọn vò trí của các hệ thống Viba điểm nối điểm ta cần phải kiểm tra xem có vấn đề gì xảy ra hay không trong việc truyền dẫn dọc theo các tuyến Viba thiết kế. Do đó, chúng ta cần phải nghiên cứu đòa hình của các đường truyền. 1.Mặt cắt nghiêng của đường truyền Bước đầu tiên để xác nhận trạng thái trực xạ của đường truyền là mặt cắt nghiêng của mỗi đường truyền được vẽ trên tờ mặt cắt nghiêng. Độ cong của các đường chia độ ở trên tờ mặt cho phép vẽ đường cong chính xác của đường truyền như là một đường thẳng dựa vào khái niệm của hệ số K (hệ hiệu dụng bán kính trái đất). a. Sự thay đổi của K. Gía trò của k thay đổi theo thời gian và đòa điểm. Nói chung K thay đổi theo vó độ nhưng không thay đổi theo kinh độ, ở các vùng phía nam thì K có giá trò kớn hơn so với các vùng phía Bắc, K lớn hơn trong mùa hè so với mùa đông. Trong điều kiện bình thường các giá trò K cho sau đây có thể xem là hợp lí: Trong các vùng nóng ẩm K= 6/5-4/3 Trong các vùng ôn hòa K=4/3 Trong vùng nhiệt đới K=4/3-3/2 Trong việc chọn vò trí phải tính toán đến mức dao động của K so với giá trò bình thường, bởi vì tính trực xạ đôi khi bò ngăn trở bởi các vật cảntrung bình khi K bò giảm nhỏ. Ngược lại khi K có giá trò lớn hơn thì các vật chắn trở nên không còn tác dụng che chắn sóng phản xạ đất mà các sóng này được che chắn tốt trong tình trạng K có giá trò bình thường. Nếu mức dao động của K càng lớn thì sự ổn đònh của hrệ thống càng nhỏ và càng tốn kém. Ở Nhật khoảng dao động của K thường được lấy trong khoảng 2/3-2. Tuy nhiên, ở các vùng có khí hậu khác với Nhật giá trò này cần phải tính toán lại. Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m . luận án tốt nghiệp Thiết Kế Tuyến Viba Số 11 b. Xác nhận trạng thái trực xạ. Để thỏa mãn chỉ tiêu của việc truyền dẫn sóng Viba với các giá trò có thể có của K ta phải bảo đảm một số điều sau đây: i/ Tất cả đới cầu Fresnel thứ nhất phải không có bất kỳ một vật cản nào nếu K lấy giá trò bình thường . ii/ Ít nhất là 2/3 bán kín của đới cầu Fresnel thứ nhất phải được giữ sao cho không có bất kỳ vật cản nào trong trường hợp K lấy gía trò nhỏ nhất . Khi hai trạng thái này điều thỏa mãn thì tuyến Viba xem như thỏa mãn trạng thái trực xạ. c/ Tờ mặt cắt ngiêng của đường truyền. Trong hình 2-5-1 độ cao (x) của độ cong trái đất từ đường thẳng ở bất kỳ điểm nào (d 1 ,d 2 ) ở trong một mặt cắt ngiêng với một giá trò cho sẳn của K có thể tính bằng công thức sau đây: d 1 d 2 x = 2Ka Trong đó :s a: bán kín của trái đất bằng 6,37*10 6 m x,d 1, d 2 tính bằng mét. Hình 2-5-1: độ cong của biểu đồ thang đo. Theo công thức trên ta thấy x tỷ lệ thuận với bình phương của khoảng cách. Trong việc vẽ biểu đồ mặt cắt ngiêng chúng ta nên vẽ một bảngcác giá trò của x với các giá trò khác nhau của d 1 và d 2 trong cùng một khoảng cách d như bảng 2-5-2 sau: d 1 2 4 6 48 50 Km d 2 98 96 94 52 50 Km d 1 ,d 2 384 564 564 2496 2500 Km 2 x 22,6 33,2 33,2 146,8 147,1 m x d d2 Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m . . V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Giáo trình hình thành phân kênh ứng dụng vận hành các trạm lặp kế hoạch hai tần số cho kênh RF luận án tốt nghiệp Thiết Kế Tuyến Viba Số 3 BƯỚC 2 CHỌN BĂNG TẦN SỐ VÔ TUYẾN SỬ DỤNG dụng kế hoạch hai tần số hoặc kế hoạch bốn tần số. Kế hoạch bốn tần số được sử dụng rộng rãi vì lí do kinh tế. Nó cần hai tần số cho một mạch RF. Thường thì bốn anten sử dụng cho một trạm lắp. Hình2 -3-1 trạm lặp kế hoạch hai tần số cho vài kênh RF song công. Kế hoạch bốn tần số đòi hỏi tỷ lệ trước sau (front to back) của mẫu bức xạ anten bởi mỗi anten hoạt động ở mỗi tần số khác nhau.