luận án tốt nghiệp Thiết Kế Tuyến Viba Số 12 Bảng 2-5-2: Một ví dụ tính toán giá trò của x - Tỉ lệ A=240km, B=120km,C=60km Hình 2-5-2 :Profile Sheet của đường truyền. 1.Đới cầu Fresnel thứ nhất. Đới cầu Fresnel thứ nhất đóng một vai trò quan trọng trong việc chuyển năng lượng sóng Viba giữa hai vò trí khác nhau trong thông tin tự do. Vùng đới cầu Frenel thứ nhất là một khối Elip xoay, mặt của nó là một qũy tích, nó là tập hợp của những điểm mà sự khác nhau giữa tổng các khoảng cách của một tiêu điểm - điểm đó - tiêu điểm còn lại và khoảng cách thẳng giữa hai tiêu điểm là một hằng số /2.Vì vậy một tiêu điểm là vò trí phát và tiêu điểm còn lại là vò trí nhận. Vì sự khác nhau ở trong đới cầu Fresnel thứ nhất /2 (hoặc 180 0) tất cả các năng lượng sóng Viba trong đới cầu sẽ góp phần vào sóng chính giữa hai vò trí, do đó trong vùng này phải không có bất kỳ vật cản nào (K lấy giá trò bình thường) để đảm bảo trạng thái trực xạ. Bán kính của đới cầu Fresnel thứ nhất ở bất kỳ điểm nào giữa hai vò trí có thể tính bởi công thức: d 1 d 2 h 0 = d A 4000 3600 3200 2800 2400 2000 1600 1200 800 400 . luận án tốt nghiệp Thiết Kế Tuyến Viba Số 13 Trong đó: h 0 :bán kính của đới cầu Fesnel thứ nhất (m) :bước sóng(m) d 1, d 2, d :khoảng cách (m) .Như trong hình vẽ 2-5-4. Bán kính của đới cầu ngay chính giữa được tính bởi: d H 0 = 2 Trong thực tế, h 0 có thể tính bằng đồ thò ở hình 2-5-4và h 0 có thể tính là tích của h 0 và P: với sự điều chỉnh của hệ số p rút ra từ hình 2-5-5 . d 1 h 0 h m d 2 d . luận án tốt nghiệp Thiết Kế Tuyến Viba Số 14 Hình 2-5-5 :Hệ số cho bán kính đới cầu thứ nhất ở điểm tùy chọn . 3.Khoảng hở an toàn và tổn hao nhấp nhô. Trong hình 2-5-6 khoảng hở an toàn h c giữa đường thẳng của tuyến trực xạ và gợn sóng cản trở h s được tính bằng: d 1 d 1 d 2 h c =h 1 - (h 1 -h 2 ) - -h s d 2Ka d 2 d 1 d 1 d 2 h c =h 1 + h 2 - -h s d d 2Ka Trong đó: h 1: Độ cao của anten ở vò trí A so với mặt đất (m). h 2 :Độ cao của anten ở vò trí B so với mặt đất (m). h s :Độ cao của vật chắn ở vò trí cách A một khoảng d 1 (m). h c :Khoảng hở an toàn của vật chắn ở vò trí cách A một khoảng d 1 (m). . luận án tốt nghiệp Thiết Kế Tuyến Viba Số 15 Hình 2-5-6: Khoảng hở an toàn của đường truyền . Nếu như đỉnh nhấp nhô cắt đới cầu Fresnel thứ nhất thì sự suy giảm truyền dẫn gọi là “Tổn thất nhấp nhô” (Ridge Loss) được cộng vào với tổn thất không gian tự do. Tổn thất nhấp nhô gây ra bởi một đỉnh có thể tính dựa vào hình 2-5-6. Nếu có hai hoặc nhiều các đỉnh khác nhau tồn tại giữa hai vò trí thì tổn thất nhấp nhô tổng có thể tính bằng cách lập lại thủ tục trên theo từng bước một như ví dụ ở hình 2-5-7. Giả đònh rằng có ba đỉnh nhấp nhô R 1 ,R 2 ,R 3 giữa hai vò trí A và B. Tổn thất nhấp nhô gây ra bởi R 1 có thể tính được với giả đònh rằng điểm nhận B nó bò di chuyển tạm đến R 2 . Tổn thất nhấp nhô gây ra bởi R 2 có thể tìm thấy bằng cách giả đònh điểm B di chuyển đến R 3 và điểm phát A được di chuyển đến điểm A , . Chiều cao của A , có được tính bằng cách kéo dài đường thẳng R 1 -R 2 đến điểm giao nhau giữa đường thẳng này và đường thẳng đứng kẻ từ điểm A. Tương tự như vậy tổn thất gây ra ở R 3 có thể tính như là tổn thất nhấp nhô giữa các điểm B và A , . Tổn thất nhấp nhô tổng là tổng các tổn thất nhấp nhô riêng biệt có từ các thủ tục ở trên. Sự ước lượng về tổn thất được sử dụng để kiểm tra sự suy giảm của sóng trực tiếp hoặc tìm kiếm hiệu ứng che để giảm sóng phản xạ từ mặt đất hoặc sóng truyền qua. Ay A ’ B ?? Hình 2-5-7 : Một tuyến viba có vài gờn bên trong. Để tránh fading loại K nghiêm trọng hoặc sự méo dạng truyền dẫn gây ra bởi sóng phản xạ từ mặt đất, đường truyền nên được lựa chọn để không một sóng phản xạ đáng kể nào đến được điểm nhận. Để kiểm tra sự ảnh hưởng của sóng phản xạ trong một tuyến viba thiết kế, ta cần phải đònh điểm phản xạ để biết được tình trạng đòa chất của điểm phản xạ và cũng để xem sóng phản xạ có bò che bởi đỉnh nhấp nhô nào hay không. Điểm phản xạ như là hình 2-5-8 có thể tìm bằng đồ thò ở hình 2-5-9. Đầu tiên các hệ số C và m có thể tính bằng công thức sau: R 1 R 2 R 3 A . luận án tốt nghiệp Thiết Kế Tuyến Viba Số 16 h 1 – h 2 C =——— trong đó h 1 > h 2 h 1 + h 2 d 2 m = ———— 4ka(h 1 +h 2 ) Trong đó : h1 , h2 : là chiều cao của hai anten (m) K: là hệ số hiệu dụng bán kính trái đất a đường kính trái đất C , m : là các hệ số Ở bước thứ hai thông số b có được bằng cách đặt C và m trong đồ thò. Điểm phản xạ có thể tính bởi: d d 1 = —(1+b) 2 d d 2 = —(1-b) hoặc d – d 1 2 Hình 2-5-8:Sóng phản xạ đất Hệ số phản xạ hiệu dụng và tổn thất phản xạ tương ứng được phân loại bởi tình trạng đòa lý bởi điểm phản xạ được liệt kê ở trong bảng 2-5-3. Thường thì sẽ thích hợp hơn nếu suy giảm sóng phản xạ hơn 14 dB so với sóng trực tiếp. Sóng phản xạ có thể suy giảm bởi: i) Tính đònh hướng của anten ở cả hai vò trí. ii) Tổn thất phản xạ. iii) Tổn thất nhấp nhô nếu có. Tổng của các tổn thất này gọi là “Sự suy giảm hiệu dụng của sóng phản xạ“ . luận án tốt nghiệp Thiết Kế Tuyến Viba Số 17 Băng tần (GHz) Mặt nước Hệ số Tổn thất (dB) Đồng luá Hệ số Tổn thất (dB) Vùng bằng phẳng Hệ số Tổn thất (dB) Thành phố , rừng Hệ số Tổn thất (dB) 2 4 6 11 1 0 1 0 1 0 1 0 0.8 2 0.8 2 0.8 2 0.8 2 0.6 4 0.6 6 0.6 6 0.6 8 0.3 10 0.2 14 0.2 14 0.16 16 Hình 2-5-3 : Hệ số phản xạ và tổn hao 5. Góc thẳng đứng của đường truyền: Sự tính toán về các góc thẳng đứng của các sóng phản xạ đất và các sóng trực tiếp đôi khi cần thiết cho đọnh ước lượng sự suy giảm của sóng phản xạ gây ra bởi độ đònh hướng của anten. Hình 2-5-9 : Góc thẳng đứng của đường truyền Các góc thẳng đứng như ở trong hình 2-5-9 có thể tính như sau: a. Các góc thẳng đứng của sóng trực tiếp . h 1 – h 2 d 1 = -( ——— + ——) . luận án tốt nghiệp Thiết Kế Tuyến Viba Số 18 2Ka h 2 – h 1 d 2 = -(——— + ——) 2Ka Trong đó : 1 , 2 : Các góc nằm ngang (rad) h 1 : độ cao của anten ở vò trí A so với mặt đất (m). h 2 : độ cao của anten ở vò trí B so với mặt đất (m). b. Các góc thẳng đứng của góc phản xạ . h 1 d 1 1 = -( — + —— ) d 2Ka h 2 d 2 2 = -( — + —— ) d 2Ka Trong đó : 1 , 2 là các góc thẳng đứng của sóng phản xạ (rad) h 1 độ cao của anten ở vò trí A so với mặt đất (m). h 2 độ cao của anten ở vò trí B so với mặt đất (m). c. Các sóng thẳng đứng giữa sóng phản xạ và sóng trực tiếp . h 1 h 1 – h 2 d 2 1 = — - ——— - —— d 1 2Ka h 2 h 2 – h 1 d 1 2 = — - ——— - —— d 2 2Ka Ở các công thức trên các góc được biểu diễn bằng Radian, chiều cao và khoảng cách tính bằng mét. Nếu > 0 thì là một góc hướng lên Nếu < 0 thì là một góc hướng xuống thường có giá trò âm do đó ở các trường hợp đều là góc quay xuống. 6. Biểu đồ độ cao: Khi cả hai sóng trực tiếp và phản xạ đều đến được anten thu thì công suất tín hiệu Viba nhận được thay đổi với độ cao của anten. Điều này là do sự khác nhau về độ dài của đường truyền giữa sóng trực tiếp và sóng phản xạ thay đổi với độ cao của anten dẫn đến sự thay mối quan hệ về pha giữa hai sóng. Sự thay đổi mức công suất . luận án tốt nghiệp Thiết Kế Tuyến Viba Số 19 nhận được với chiều cao của anten nó được biểu diễn bằng biểu đồ độ cao như ở trong hình 2-5-10. Hình 2-5-10 : Một ví dụ của biểu đồ độ cao . Các tính toán về sự khác nhau của đường truyền, chiều sâu và độ cao của biểu đồ độ cao đôi khi cần thiết cho việc quyết đònh khoảng cách thẳng đứng của các anten cho sự phân tập không gian sự nhận hoặc để tìm hệ số phản xạ hiệu dụng từ biểu đồ độ cao. a/ Chiều cao hiệu dụng của anten h 1 ’và h 2 ’ (Xem hình 2-5-10) d 1 2 d 2 2 1 = —— 2 =—— 2Ka 2Ka h 1 ’ = h 1 – 1 h 2 ’ = h 2 – 2 b/ Sự khác nhau đường truyền . 2h 1 ’h 2 ’ S = ——— d c/ Độ sâu của biểu đồ độ cao , db ( xem hình 3-17 ) 1 db = 20Log——— dB 1 - e Trong đó e : hệ số phản xạ hiệu dụng . d/ Độ cao của biểu đồ độ cao , P 1 và P 2 . luận án tốt nghiệp Thiết Kế Tuyến Viba Số 20 d Phía h 1 P 1 = —— 2h 2 d Phía h 2 P 2 = —— 2h 1 III. CÁC KIỂM TRA VỀ CHỈ TIÊU TRUYỀN DẪN 1. Giới Thiệu: Phẩm chất và độ tin cậy là hai yếu tố chính của chỉ tiêu truyền dẫn. Các yếu tố chính được kiểm tra ở trong việc lựa chọn vò trí là tạp âm nhiệt, tạp âm giao thoa và tạpâm đột biến nháy gây ra do Fading sâu, bởi vì chúng liên quan đến đường truyền của hệ thống. Tạp âm điều chế tương hỗ có thể quyết đònh bởi các đặc điểm của thiết bò Viba sử dụng. Vì vậy việc lựa chọn vò trí sẽ không quan tâm đến tạp âm điều chế tương hỗ. 2. Tạp âm nhiệt: Tỉ số của tín hiệu đối với tạp âm nhiệt ở ngõ ra máy thu được quyết đònh bởi mức tín hiệu nhận được và chỉ tiêu của thiết bò Viba sử dụng. Công suất tín hiệu nhận được trên một đường truyền Viba được tính bằng công thức: P r = P t + G t + G r – L - L f Trong đó : P r : công suất tín hiệu nhận được (dBm) P t : công suất ngõ ra máy phát (dBm) G t : độ lợi của anten phát (dB) G r : độ lợi của anten thu (dB) L : tổn thất không gian tự do (dB) L f : tổn thất tổng trong các hệ thống Feeder ở trong cả hai đầu (dB) Tổn thất không gian tự do có thể tính bằng công thức sau đây: 4d L = 20Log —— Trong đó : L : tổn thất không gian tự do (dB) m : chiều dài đường truyền (m) : bước sóng (m) Tỉ số tín hiệu – tạp âm nhiệt trong một kênh điện thoại sử dụng SS-FM (Single side Band FM) được cho bởi công thức: P r S 0 2 S / N = 10Log ———— . luận án tốt nghiệp Thiết Kế Tuyến Viba Số 21 KT fF f m 2 S 0 S / N = 10LogP r – 10 LogKT fF + 20Log— f m Trong đó : S/N : tỉ số tín hiệu /tạp âm nhiệt trong một kênh điện thoại (dB) 10lg P r : công suất tìn hiệu Viba nhận được (dBm) K:hằng số Boltzmann 1,38*10 -23 J/ 0 K T: Nhiệt độ của bộ Mixer máy thu (Kenvin) f: Băng thông của kênh thoại . F :chỉ số tạp âm của máy thu . S 0 :độ lệch tần số hiệu dụng . f m : Tần số tín hiệu ở băng gốc (cùng đơ vò với S 0 ) Công thức trên cho ta thấy chỉ số công suất tín hiệu nhận được quyết đònh tỉ số : Tín hiệu /tạp âm nhiệt (S/N). 3.Giao thoa vô tuyến ngay trong một hệ thống Viba điểm nối điểm. a.Tổng quát. Có thể có rất nhiều nguyên nhân khác nhau gây ra giao thoa vô tuyến trong bản thân của hệ thống liên lạc. Trong việc chọn vò trí chủ yếu là giao thoa vô tuyến đồng kênh. Lượng giao thoa vô tuyến có thể được quyết đònh từ sự khác nhau của mức tín hiệu, tần số Viba,cực tính của hai sóng Viba. Trong việc kiểm tra giao thoa, giao thoa tạp âm được tính dựa vào sự khác nhau về mức, bỏ qua một bên các yếu tố khác, nếu kết qủa tính toán vượt khỏi giới hạn cho phép, tạp âm được tính lại với các yếu tố khác. Các tín hiệu Viba không mong muốn không chỉ tạo ra tạp âm giao thoa mà còn làm nhiễu loạn sự hoạt động của việc chuyển mạch kênh Viba Nếu mức của sóng không mong muốn vượt qua mức nén của máy thu vậy máy thu sẽ tiếp tục hoạt động ngay cả khi nhận được tín hiệu mong muốn hoặc mức của nó rơi xuống dưới mức nén. Tỉ số tín hiệu/tạp âm giao thoa (S/I) của một kênh điện thoại có thể được viết như sau (giả đònh rằng cả hai tín hiệu mong muốn và không mong muốn có cùng kiểu điều chế). S/I=D/U +20 -Dữ liệu do Fading vi sai+Sự cải tiến do tần số khác+sự cải tiến do cực tính khác nhau Trong đó các thành phần được tính bằng dB D: Công suất tín hiệu mong muốn nhận được . U: Công suất tín hiệu không mong muốn nhận được. Giá trò 20 được rút ra từ những phần sau: . . , h2 : là chiều cao của hai anten (m) K: là hệ số hiệu dụng bán kính trái đất a đường kính trái đất C , m : là các hệ số Ở bước thứ hai thông số b có được bằng cách đặt C và m trong đồ. 16 Hình 2-5-3 : Hệ số phản xạ và tổn hao 5. Góc thẳng ứng của đường truyền: Sự tính toán về các góc thẳng ứng của các sóng phản xạ đất và các sóng trực tiếp đôi khi cần thiết cho đọnh. khoảng cách thẳng ứng của các anten cho sự phân tập không gian sự nhận hoặc để tìm hệ số phản xạ hiệu dụng từ biểu đồ độ cao. a/ Chiều cao hiệu dụng của anten h 1 ’và h 2 ’ (Xem hình 2-5-10)