bài tập lớn hệ thống thông tin vô tuyến

bài tập lớn hệ thống thông tin vô tuyến

Hệ thống thông tin vô tuyến   GVHD: ThS.Đoàn Thanh Hải MỤC LỤC Sinh viên: Vũ Kim Phong - 1 - Lớp:K43ĐVT Thoại tương tự Hệ thống thông tin vô tuyến   GVHD: ThS.Đoàn Thanh Hải LỜI NÓI ĐẦU Cùng với sự phát triển như vũ bão của công nghệ viễn thông- tin học thế giới, với kế hoạch tăng tốc phát triển của nghành bưu điện trong giai đoạn hiện nay, mạng lưới viễn thông Việt Nam ngày càng hiện đại hơn, đòi hỏi những người làm chủ mạng lưới viễn thông nói chung và những thế hệ trẻ như sinh viên nói riêng phải nắm chắc kiến thức cơ bản của công nghệ viễn thông hiện đại trong đó có kỹ thuật viba số. Với lẽ đó, để hiểu rõ về lý thuyết cũng như để nắm bắt được những thay đổi của nghành viễn thông hiện nay trên thế giới cũng như ở trong nước. Chúng em cần tìm hiểu nhiều hơn về thực tế công nghệ hiện nay của nghành viễn thông. Với kiến thức đó học trên lớp kết hợp với kiến thức thực tế mà em đó tìm hiểu được, em đã tiến hành thiết kế tuyến viba số theo yêu cầu của thầy giáo đề ra. Dưới đây là bản thiết kế của em. Do kiến thức chưa được rộng, trong bài cũng nhiều chỗ chưa được hợp lý, mong các thầy cô và các bạn góp thêm ý kiến để em hiểu thêm nhiều hơn về môn học. Em xin chân thành cảm ơn tất cả các thầy cô giáo trong bộ môn Điện tử viễn thông trường ĐH Kỹ thuật Công Nghiệp đặc biệt là cô Đoàn Thanh Hải và thầy Trần Anh Thắng đã giúp đỡ em rất nhiệt tình để chúng em hoàn thành được bản thiết kế này. Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên: Vũ Kim Phong - 2 - Lớp:K43ĐVT Thoại tương tự Hệ thống thông tin vô tuyến   GVHD: ThS.Đoàn Thanh Hải PHẦN I: LÝ THUYẾT CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VIBA SỐ 1.1 . Sơ đồ khối hệ thống viba số Hình 1.1: Mô hình hệ thống viba tiêu biểu. Một hệ thống viba số bao gồm một loạt các khối xử lý tín hiệu được phân loại theo các mục sau: + Biến đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu + Tập hợp các tín hiệu số từ các nguồn khác nhau thành tín hiệu băng tần gốc + Xử lý tín hiệu băng gốc để truyền trên kênh thông tin + Truyền tín hiệu băng gốc trênh kênh thông tin + Thu tín hiệu băng gốc từ kênh thông tin Sinh viên: Vũ Kim Phong - 3 - Lớp:K43ĐVT Codec Thoại tương tự Nguồn số Ghép kênh Điều chế ADC Tách kênh Giải điều chế Nguồn số Thoại tương tự DAC L O Codec FDM FDM Hệ thống thông tin vô tuyến   GVHD: ThS.Đoàn Thanh Hải + Xử lý tín hiệu băng gốc thu được để phân thành các nguồn khác nhau tương ứng + Biến đổi tín hiệu số thành các tín hiệu tương tự tương ứng Hình 1.2: Sơ đồ khối thiết bị thu phát viba số. 1. 2. Tuyến viba số 1.2.1. Đường truyền Căn cứ yêu cầu của đề tài được giao em tiến hành khảo sát tuyến viba và lựa chọn điểm đặt trạm như sau: Giới Phiên – Yên Bái (Trạm A) –Tp Yên Bái- Yên Bái(Trạm B). Độ dài tuyến Viba là 30km. Giữa trạm có vật cản hình tròn cao 22m, chiều cao cây cối trung bình giữa hai trạm là 7 m. 1.2.2. Các ảnh hưởng trên tuyến - Hệ thống này dễ bị ảnh hưởng của méo phi tuyến do các đặc tính bão hòa, do các linh kiện bán dẫn gây nên. - Ảnh hưởng của không khí gây ra sự uốn cong của tia sóng, nhấp nháy. - Ảnh hưởng của địa hình: + Miền Fresnel thứ nhất. + Tổn hao nhiễu xạ do lướt trên mặt phẳng đất. + Tổn hao nhiễu xạ do vật cản hình nêm. - Ảnh hưởng của pha đinh và mưa. 1.2.3. Đánh giá tuyến Vì tuyến viba số thiết kế này thuộc phạm vi trong một tỉnh nên sử dụng cấu hình viba số điểm – điểm dung lượng tuyến trung bình. Sinh viên: Vũ Kim Phong - 4 - Lớp:K43ĐVT Giải điều chế Khối giao tiếp L O L O Điều chế Bộ trộn Kênh dịch vụ Lọc phân nhánh LNA HPA Bộ trộn Tín hiệu băng gốc Tách ghép kênh ha 1 ha 2 h 1 h 2 Hệ thống thông tin vô tuyến   GVHD: ThS.Đoàn Thanh Hải PHẦN II: THIẾT KẾ TUYẾN CHƯƠNG 2 : LÝ THUYẾT THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN TUYẾN 2.1. Tính toán các yếu tố trên đường truyền Trong khi chọn vị trí của hệ thống viba điểm nối điểm ta cần phải kiểm tra xem có vấn đề gì xảy ra không trong việc truyền dọc theo theo các tuyến viba thiết kế. Do đó chúng ta cần phải nghiên cứu địa hình của đường truyền. 2.2. Tính toán các tham số của tuyến Mục tiêu tính toán đường truyền dẫn nhằm xác định tất cả các tổ hao và các tăng ích trong một hệ thống và từ đó xác định độ dự trữ pha đinh, xác suất gián đoạn thông tin các yêu cầu phân tập và các loại Anten cũng như độ cao của Anten. 2.3. Xác định ảnh hưởng của pha đinh lên tuyến Mục đích xác định độ dự trữ pha đinh (với các chỉ tiêu BER), xác suất pha đinh phẳng nhiều tia ( 0 P ), xác suất tại ngưỡng thu, khoảng thời gian pha đinh T và xác định pha đinh phẳng dài hơn 10s. 2.4. Tính toán độ khả dụng của tuyến Tính khả dụng thể hiện theo phần trăm của thời gian là khả năng của một thành phần (thiết bị) thực hiện một chức năng yêu cầu, về phương diện độ tin cậy nó là chỗ dựa của khả năng bảo dưỡng. 2.5. Đánh giá chất lượng của tuyến Dựa vào kết quả tính toán được để đánh giá hệ thống có đạt yêu cầu thiết kế hay không và đưa ra biện pháp khắc phục. Sinh viên: Vũ Kim Phong - 5 - Lớp:K43ĐVT ha 1 ha 2 h 1 h 2 Hệ thống thông tin vô tuyến   GVHD: ThS.Đoàn Thanh Hải CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CỤ THỂ 3.1. Tính toán các yếu tố trên đường truyền Hình 3.1: Mặt cắt nghiêng đường truyền và miền Fresnen thứ nhất. 3.1.1. Chọn thiết bị Trong thiết kế tuyến viba này sử dụng thiết bị ACATEL – 9639LH với các thông số kỹ thuật như sau: Dung lượng 155 Mbit/s (STM1) Dải tần 3,6 Ghz ÷ 4,2 GHz Tần số trung tâm f = min max 3,6 4,2 3,9 2 2 f f+ + = = GHz Kỹ thuật điều chế 32 QAM Công suất phát Pt = 29 dBm Mức thu 3 10 − - 73 dBm Mức thu 6 10 − - 69 dBm Thiết bị trên có các thông số phù hợp với yêu cầu thiết kế của đề tài 3.1.2. Tiêu chuẩn thiết kế khoảng hở và độ cao Anten Sinh viên: Vũ Kim Phong - 6 - Lớp:K43ĐVT d 1 d F 1 Chỗ lồi của mặt đất Ei Chiều cao cây cối ha 1 ha 2 h 1 h 2 Khoảng hở 0,6F 1 Vật cản hình nêm CF 1 O i T i Trạm A: Giới Phiên- Yên Bái Trạm B: Tp Yên Bái – Yên Bái Hệ thống thông tin vô tuyến   GVHD: ThS.Đoàn Thanh Hải Khi truyền sóng từ Anten phát đến Anten thu bao gồm nhiều họ Fresnel dạng hình elip. Đó là một họ đường vây quanh tia đường truyền thẳng. Miền bên trong gọi là elip thứ nhất gọi là miền Fresnel thứ nhất. Bất kỳ tin hiệu nào từ Anten phát tới Anten thu lại tập trung vào miền Fresnel thứ nhất, do đó mọi vấn đề quan tâm khi ta thiết kế đó là elip thứ nhất. Các miền Fresnel thứ 2,3…ít ảnh hưởng tới tiêu hao nhiễu xạ do công suất tín hiệu chứa trong các miền nhỏ đó. Công thức tính bán kính miền Fresnel thứ nhất xung quanh đường trực tiếp thay đổi dọc theo đường truyền được tinh theo công thức: 1 2 1 17.32 d d F f d × = × × Trong đó + d 1 , d 2 là khoảng cách từ Anten phát và thu tới vật cản cao nhất (Km). + d = d 1 + d 2 là khoảng cách giữa hai trạm (Km). + f: là tần số sóng mang (GHz). Trong công thức trên đường bao cuối của miền Fresnel sẽ tiếp xúc với vật cản, khi đó khoảng hở bằng không. Khoảng hở đường truyền F được định nghĩa là khoảng an toàn của đường truyền sóng được tính từ giới hạn của miền Fresnel sóng thứ nhất tới điểm trên cùng của vật cảm cao nhất. Như vậy để thiết kế một tuyến viba đảm bảo sao cho độ cao của hai Anten vừa đủ ngay cả trong trường hợp độ lồi mặt đất xấu nhất và Anten thu không đặt trong vùng nhiễu xạ. Khi này đường truyền trực tiếp giữa Anten thu phát cần một khoảng hở thích hợp (F = α .F i ) trên vật chắn bất kỳ để đảm bảo được các điều kiện truyền lan trong không gian tự do có khí hậu nhiệt đới. Do đó sử dụng báo cáo 338-5 của CCIR khuyến nghị thì ta cần tính toán độ cao của Anten trong trường hợp F = 60%F i . 3.1.3. Độ cong trái đất 1 2 4 4 18 12 3 12,7( ) 51 51 4 i d d E m K × × = × = × × = Trong đó K là hệ số bán kính của trái đất 4 3 K = 3.1.4. Độ cao đường truyền Sinh viên: Vũ Kim Phong - 7 - Lớp:K43ĐVT Hệ thống thông tin vô tuyến   GVHD: ThS.Đoàn Thanh Hải + Bán kính miền Fresnel thứ nhất 1 2 1 18 12 17.32 17.32 23,53( ) 30 3,9 d d F m f d × × = × = × = × × + Miền hở ∆h ≥ 0,6F 1 = 0,6F 1 = 0,6. 23,53 =14,114 (m). Chọn: ∆h = 14 (m) + Độ cao của tia vô tuyến B i = E i (k) + O i +T i + ∆h 1 2 .4 . ( ) 51 i i d d O T h k = + + + ∆ B i = 12,7+ 22 + 7 + 14 = 55,7 (m) Trong đó – E i (k) là độ lồi của mặt đất. – O i là độ cao của vật chắn (nhà cửa, đồi núi, ) – T i là độ cao của cây cối 3.1.4. Độ cao của Anten [ ] 1 2 2 2 2 1 2 . a a i a d h h h B h h h d = + + − − − (m) [ ] 2 1 1 1 1 2 1 . a a i a d h h h B h h h d = + + − − − (m) Chọn h a1 = 43m, thay vào công thức ta tính được h a2 = 43,36 ≈ 43,5m Trên thực tế người ta thường cộng thêm khoảng dự phòng cho hai anten h a1r = h a1 + Ph 1 h a2r = h a2 + Ph 2 Với Ph 1 , Ph 2 = 2 ÷ 6 (m) Chọn Ph 1 =5 (m) Ph 2 = 2,5 (m) Như vậy chiều cao thực tế của hai anten là: h a1r = h a1 + Ph 1 = 43 + 4 = 48 (m) h a2r = h a2 + Ph 2 = 43,5 + 2,5 = 46 (m) 3.2. Tính toán các tham số của tuyến Sinh viên: Vũ Kim Phong - 8 - Lớp:K43ĐVT Hệ thống thông tin vô tuyến   GVHD: ThS.Đoàn Thanh Hải 3.2.1. Mô tả tuyến +Tên và vị trí các trạm Trạm A: Giới Phiên – Yên Bái Trạm B: Tp Yên Bái – Yên Bái + Loại thiết bị Sử dụng thiết bị ACATEL – 9639LH cho cả 2 trạm A và B. + Tần số làm việc Tần số sóng mang: fsc = 3,9 GHz + Sự phân cực Sử dụng phân cực đứng + Dung lượng của kênh Thể hiện dung lượng của luồng tín hiệu số tối đa có thể truyền trên hệ thống. Với yêu cầu của đề tài dung lượng kênh là luồng 155 Mb/s. + Loại điều chế của thiết bị vô tuyến Sử dụng phương pháp điều chế số 32QAM. + Độ nâng của vị trí Độ nâng của vị trí chính là độ cao của mặt bằng xây dựng trạm so với mực nước biển Độ nâng vị trí ở trạm A: 12 m Độ nâng vị trí ở trạm B: 13 m + Độ dài tuyến 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. Đối với tuyến thiết kế này: d =30 Km + Độ dài của hai anten: h a1, h a2 Theo phương án thiết kế độ cao thực tế của hai anten so với mặt bằng Trạm A: h a1r = 48 m. Trạm B: h a2r = 46 m. + Loại tháp anten Sử dụng loại tháp tự đỡ 3.2.2. Tính toán các tổn hao và tăng ích Sinh viên: Vũ Kim Phong - 9 - Lớp:K43ĐVT Hệ thống thông tin vô tuyến   GVHD: ThS.Đoàn Thanh Hải + Tổn hao đường truyền tự do 0 4 4 20 lg 20 log d d f L C π π λ × × ×     = × = ×         Trong đó: d (m), f(Hz) lần lượt là khoảng cách truyền dẫn và tần số sóng mang, C = 3*10^8 m/s. Thay số vào công thức trên ta được 3 9 0 8 4 30 10 3,9 10 20 lg 133,8( ) 3 10 L dB π   × × × × = × =   ×   + Tổn hao do phi đơ ( LF ) Chọn phi đơ là ống dẫn sóng hình Elip tương ứng với tần số trung tâm f=3,9 Ghz nên ta chọn ống EW34 (f=4 GHz) suy hao tương ứng sẽ là: α = 0,0213dB/m. ( ) a1r LT 1,5 h 0,0213 0,3 1,5 48 0,0213 0,3 1,8336( ) x at dB − = × × + = × × + = ( ) a2r LR 1,5 h 0,0213 0,3 1,5 46 0,0213 0.3 1,7697( ) x at dB − = × × + = × × + = → LF = 3,6033 (dB) + Tổn hao do rẽ nhánh Được coi là tổn hao trong các bộ lọc RF (máy phát và máy thu), các bộ xoay vòng và các bộ lọc RF bên ngoài có thể, chúng cho phép nối một vài hệ thống vô tuyến đến cùng một Anten. Chọn mỗi bên là: 2 (dB). Vậy suy hao do rẽ nhánh là: Ln = 4 (dB) + Tổn hao do phối hợp và đấu nối Chúng là các tổn hao do chuyển tiếp ống dẫn song, các bộ phận phối hợp, hệ thống nén ống dẫn song và phần của hệ thống phi đơ bao gồm các bộ nối. Giá trị này thuộc khoảng (0,5 dB ÷ 1 dB) Chọn tổn hao ở mỗi cột là 1dB. Vậy suy hao do phối hợp và đấu nối là: L d = 2 (dB) + Tổn hao do khí quyển w ( ) a a o L d d γ γ γ = × = + × Trong đó 0 w , γ γ là tiêu hao do O2 và H2O Sinh viên: Vũ Kim Phong - 10 - Lớp:K43ĐVT [...]... thiện Qua thời gian làm bài tập lớn thông tin vô tuyến em cũng xin chân thành gửi lời cảm ơn tới các thầy cô trong bộ môn điện tử viễn thông, các bạn trong lớp K43ĐVT đặc biệt là cô Đoàn Thanh Hải đã hướng dẫn và đóng góp ý rất nhiều cho em thực hiện tốt bài tập lớn này Em xin chân thành cảm ơn! TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 BÀI GIẢNG CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN- BỘ MÔN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG – KHOA ĐIỆN TỬ -... phần tuyến viba số Sinh viên: Vũ Kim Phong - 19 - Lớp:K43ĐVT Hệ thống thông tin vô tuyến  GVHD: ThS.Đoàn Thanh Hải Bài tập lớn có thể được phát triển và nghiên cứu sâu hơn nữa để đạt được kết quả tốt hơn Mảng kiến thức trong viba số là rất lớn nhưng do thời gian và kiến thức của bản thân còn hạn chế nên bài tập lớn chỉ dừng lại ở mặt lý thuyết Mong thầy cô và các bạn góp ý, bổ sung để bài tập lớn. .. nên không dùng được Pu Độ sử dụng của tuyến % Xác suất BER vượt 10-6 6,381× 10−8 99,999 % 1, 76733× 10−5 Xác suất BER vượt 10-6 trong khoảng > 60s 2, 052 × 10−6 PHẦN III: KẾT LUẬN Bài tập lớn đã trình bày được về lý thuyết về những vấn đề cơ bản trong việc thực hện thiết kế một tuyến hệ thống thông tin vô tuyến cơ bản Qua đó giúp ta có sự tiếp cận với hệ thống viễn thông trong thực tế Tất cả những kết... 6,381×10 )% = 99,999% 3.5 Đánh giá chất lượng của tuyến Với các kết quả tính toán trên ta không cần sử dụng phân tập cho tuyến, tuyến hoạt động tốt Sinh viên: Vũ Kim Phong - 17 - Lớp:K43ĐVT Hệ thống thông tin vô tuyến  GVHD: ThS.Đoàn Thanh Hải BẢNG TÍNH TOÁN ĐƯỜNG TRUYỀN TUYẾN VIBA SỐ Mô tả tuyến Số loại thiết bị Tên trạm Tần số (MHz) Tần số trung tâm Dung lượng Loại điều chế của máy phát Độ cao của Anten... Hệ thống thông tin vô tuyến GVHD: ThS.Đoàn Thanh Hải 3.3.9 Xác suất BER > 10−6 trong hơn 60s do pha đinh phẳng ( ) P BER > 10−6 ÷ t > 60s = P0 × Pb × P (60) = 0, 00807 ×2,543 ×1 0−4 × 0,1412 =2,897.10− 7 3.4 Tính toán độ khả dụng của tuyến −8 Độ khả dụng = 100 × (1 − Pu )% = 100 × (1 − 6,381×10 )% = 99,999% 3.5 Đánh giá chất lượng của tuyến Với các kết quả tính toán trên ta không cần sử dụng phân tập. .. của máy thu Sinh viên: Vũ Kim Phong - 14 - Lớp:K43ĐVT Hệ thống thông tin vô tuyến  GVHD: ThS.Đoàn Thanh Hải Chính là độ nhạy của máy thu Thông số này xác định tín hiệu thu được cực tiểu cho phép ở cổng vào Anten với một mức cố định BER cho phép BER = 10-3 ⇒ RXa = - 73 (dBm) BER = 10-6 ⇒ RXb = - 69 (dBm) 3.3 Xác định ảnh hưởng của pha đinh lên tuyến 3.3.1 Độ dự trữ pha đinh Đối với BER = 10-3 FMa... β2 Tb = C 2 × 10 − (α2× FM b /10)× f β2 Sinh viên: Vũ Kim Phong - 15 - Với BER = 10-3 Với BER = 10-6 Lớp:K43ĐVT Hệ thống thông tin vô tuyến  GVHD: ThS.Đoàn Thanh Hải Trong đó FMa, FMb: là độ dự trữ pha đinh phẳng α2, β2, C2: Là các hằng số có liên quan đến số pha đinh trên một giờ Đối với tuyến thiết kế các hằng số đó có giá trị sau: α2 = 0.5; β2= - 0.5; C2 = 56.6 × d Với BER >10-3 Ta = 56.6 × 30... (dB) * Tính Q(x) Q(x) là suy hao truyền sóng dọc bề mặt giữa 2 tiếp tuyến Với Q(x)=12,5.x 1/3 1/3  π 1,5   π R  −3 x= θ =    3,428.10 = 0, 0135  λ   0, 077  → Q(x)=12,5.x= 12,5.0,0135 = 0,168 (dB) Vậy : L(r)= L(γ)+T(ρ)+Q(x) = 6,729 + 15,06 + 0,168 = 21,957 (dB) Sinh viên: Vũ Kim Phong - 13 - Lớp:K43ĐVT Hệ thống thông tin vô tuyến  GVHD: ThS.Đoàn Thanh Hải 3.2.3 Tổng các loại tổn hao LΣ.. .Hệ thống thông tin vô tuyến  GVHD: ThS.Đoàn Thanh Hải Tra đồ thị ( H.8.27 - T166 Sách giáo trình Viba số tập 2 - Nhà xuất bản Bưu điện ) tiêu hao đặc trưng do các chất khí trong khí quyển, theo báo cáo 719 - 2 của CCIR với tần số f SC = 3,9 (GHz) tiêu... GIẢNG CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN- BỘ MÔN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG – KHOA ĐIỆN TỬ - TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP 2 GIÁO TRÌNH VIBA SỐ - TẬP 2 – NHÀ XUẤT BẢN BƯU ĐIỆN 3 GIÁO TRÌNH ANTEN VÀ TRUYỀN SÓNG – PHAN ANH Sinh viên: Vũ Kim Phong - 20 - Lớp:K43ĐVT Hệ thống thông tin vô tuyến Sinh viên: Vũ Kim Phong  - 21 - GVHD: ThS.Đoàn Thanh Hải Lớp:K43ĐVT . Hệ thống thông tin vô tuyến   GVHD: ThS.Đoàn Thanh Hải MỤC LỤC Sinh viên: Vũ Kim Phong - 1 - Lớp:K43ĐVT Thoại tương tự Hệ thống thông tin vô tuyến   GVHD: ThS.Đoàn. tương tự Hệ thống thông tin vô tuyến   GVHD: ThS.Đoàn Thanh Hải PHẦN I: LÝ THUYẾT CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VIBA SỐ 1.1 . Sơ đồ khối hệ thống viba số Hình 1.1: Mô hình hệ thống viba. thuyết về những vấn đề cơ bản trong việc thực hện thiết kế một tuyến hệ thống thông tin vô tuyến cơ bản. Qua đó giúp ta có sự tiếp cận với hệ thống viễn thông trong thực tế. Tất cả những kết quả