ĐỀ TÀI THIẾT KẾ TUYẾN VI BA

Tên gọi khác: vệ tinh tiếp sức, hệ thống thông tin liên kết,hệ thống thông tinCác tín hiệu điện thoại từ cơ vụ đợc ghép kênh phân chia theo tần số ở trạm đầu cuối đờng truyền đến dung lợ

Báo cáo thực tập

Đề tài :

thiết kế tuyến viba

Hà Nội-2003

Mục lục

Lời nói đầu 1

Chơng I: Nghiên cứu tổng quan thông tin VIBA I.Thông tin viba 2

II.Cấu hình hệ thống viba 3

1.Cấu hình hệ thống viba tợng tự 4

2.Cấu hình hệ thống viba số 5

III.Các hệ thống anten hiện đại ……… 5

1.Hệ thống anten parabol với fiđơ ống dẫn sóng tròn……… 5

2.Hệ thống anten phản xạ -chiếu xạ cho băng đa tần……… 6

3.Các đặc tính của vô tuyến viễn thông số……… 7

1

Bộ giáo dục đào tạo Tr

ờng đại học Dân Lập Đông Đô

Khoa Điện tử Viễn Thông

Giáo viên hớng dẫn : LÊ TÂN PHƯƠNG

Sinh viên thực hiện : HOàNG TRUNG DũNG

Chơng II:Cơ sở về sóng vô tuyến và các hiện tợng vật lý ảnh hởng đến truyền sóng vô tuyến

I.Các sóng đất……… 8

1.Sóng bề mặt……… 8

2.Sóng không gian……… 9

a.Sóng trực tiếp ……… 11

b.Sóng phản xạ đất……… 11

c.Sóng phản xạ tầng đối lu……… 12

II.Fading và cách phòng chống 14

1.Đặc điểm của fading 14

2.Fading phản xạ từ mặt đất……… 15

3.Fading nhiều tia hoặc fading RAYLEIGH 15

4.Fading lựa chọn 17

5.Các ảnh hởng của fading nhiều tia 19

5.1.Giao thoa giữa các ký hiệu……… 21

5.2.Sự phân biệt phân cực trực giao trong hệ thống số trùng kênh 23

6.Phơng pháp giảm ảnh hởng của fading nhiều tia đến gián đoạn thông tin 23

6.1.Phân tập theo không gian……… 25

6.2.Phân tập theo tần số……… 26

III.Nhiễu và phân bố tần số 26

1.Nhiễu 26

1.1.Khái niệm 27

1.2.Các nguồn và hiệu ứng nhiễu RF 27

a.Các nguồn nhiễu 27

b.Hiệu ứng nhiễu cao tần RF 28

1.3.Các phơng pháp chống nhiễu 28

2.Trợt và trôi 28

3.Chọn tần số trung tần 29

4.Sắp xếp tần số siêu cao 29

Kết luận 40

2

Lời nói đầu

Trong một mạng thông tin vô tuyến quốc gia thì mạng thông tin viba làthông tin vô tuyến-tầm nhìn thẳng Nó là một phơng thức truyền dẫn quan trọng và

đặc biệt thích hợp cho vùng địa hình bằng phẳng Truyền dẫn viba có u điểm là dễ

tổ chức đợc đờng truyền hơn so với các đờng truyền dẫn có dây nh cáp điện, cáp

đồng trục ,cáp sợi quang Đó là phơng thức truyền dẫn chính cho mạng truyền dẫn

đờng trục hoặc dự phòng

Nh chúng ta đã biết thông tin viba gồm có 2 hệ thống đó là hệ thống thôngtin viba tơng tự và hệ thống thông tin viba số Nhng với sự phát triển của viễn thông

số và việc xây dựng mạng số liệu liên kết đa dịch vụ tích hợp số (ISDN) thì việc sửdụng hệ thống thông tin viba số đạt hiệu quả cao vì hệ thống này có một số u điểmtốt hơn so với hệ thống thông tin viba tơng tự:

* Hiệu quả kinh tế

* Tiết kiệm năng lợng nguồn cung cấp

Chơng I:Nghiên cứu tổng quan về thông tin viba số.

3

Chơng II:Cơ sở về sóng vô tuyến và các hiện tợng ảnh hởng đến truyền sóng vô tuyến

Trong quá trình viết báo cáo thực tập, em không thể tránh khỏi những saisót,em kính mong các thầy cô giáo xem xét giúp đỡ và bổ khuyết

Em xin trân thành cảm ơn thầy giáo LÊ TÂN PHƯƠNG đã giúp đỡ em hoànthành bản báo cáo này

thông tin vi ba

I.Thông tin viba:

Là hệ thống thông tin siêu cao tần mặt đất thực hiên các loại dịch vụ khácnhau :

Thoại, báo, ảnh, phát thanh truyền số liệu

Thực hiện chuyển tiếp đờng dài, định hớng cao

4

Sinh viên thực hiệnHoàng Trung Dũng

Tên gọi khác: vệ tinh tiếp sức, hệ thống thông tin liên kết,hệ thống thông tin

Các tín hiệu điện thoại từ cơ vụ đợc ghép kênh phân chia theo tần số ở trạm

đầu cuối đờng truyền đến dung lợng phù hợp cho mỗi hệ thống vi ba Các tín hiệu

điện thoại ghép chung kiểu phân chia theo tần số (FDM) sau đó đợc phát qua cáccáp đồng trục đến các trạm đầu cuối vô tuyến

Hình 1.1 cấu hình chung hệ thống vi ba

5

Có thể phân loại các hệ thống vô tuyến chuyển tiếp tợng của NTT thành hainhóm:

+ Các hệ thống đờng trung kế sử dụng các tần số ( 4GHZ, 5GHZ,6GHZ) + Các hệ thống đờng nội hạt sử dụng các tần số(2GHZ,11GHZ,15GHZ)

2 Cấu hình hệ thống viba số.

Sơ đồ khối của một hệ thống vô tuyến chuyển tiếp số điển hình đợc cho ởhình 1.2 Lặp tái sinh thờng đợc sử dụng ở các hệ thống vô tuyến chuyển tiếp vi ba

số Điều này có nghĩa là chuỗi xung băng gốc đợc tái sinh lại ở từng trạm lặp

Bộ lặp cơ sở trong hệ thống vô tuyến chuyển tiếp là một bộ lặp tái sinh, vì hệthống lặp tái sinh gây ra giảm cấp ít ở tín hiệu đợc phát qua nhiều trạm lặp Bộ lặptái sinh thờng gặp là bộ lặp taí sinh băng gốc, bộ lặp này giải điều chế các tín hiệu

điều chế pha vi sai thu đợc, tái sinh bằng cách lấy mẫu theo xung đồng hồ và điềuchế sóng mang băng tần cãcung đã tái sinh

ở đầu phát, hai luồng xung điều chế sóng mang sau khi biến mã ở mạchlogíc để điều chế pha vi sai Sau đó tín hiệu này đợc điều biên hoặc điều tần- bởi tínhiệu giám sát và đợc phát ra từ anten sau khi đi qua bộ lọc phân nhánh

ở đầu thu tín hiệu vi ba đợc biến đổi thành trung tần và khuếch đại Sau đó

nó đợc đa đến mạch tách sóng pha và biến đổi ngợc lại thành hai chuỗi xung Các

6

xung này đợc tái sinh và tạo lại dạng Tín hiệu giám sát đợc lấy ra bằng cách chia

đầu ra trung tần và tách sóng biên độ

Hình 1.2 Hệ thống vô tuyến chuyển tiếp vi ba số điển hình

7

III Các hệ thống ăngten hiện đại

1 Hệ thống anten parabol với fiđơ tròn.

Hệ thống fiđơ và anten cho một hệ thống vô tuyến chuyển tiếp cần có suyhao truyền dẫn nhỏ và kinh tế

Ví dụ : Về hệ thống anten tiếp sóng ở băng tần 11GHZ hoặc 15GHZ hiệnnay cho ở hình 1.3 hệ thống anten và fiđơ này bao gồm một anten parabol và mộtthiết bị tiếp sóng đợc xây dựng từ nhiêu thành phần Mặt phản xạ parabol tiêuchuẩn có đờng kính mặt mở 3,3m bộ phat xạ sơ cấp dùng một ống dẫn sống trònhoặc vuông góc ống dẫn sóng tròn này là một ống dẫn sóng nhỏ có đờng kính17,3mm và chỉ cho phép phát ở một chế độ băng tần 11GHZ

ống dẫn sóng tròn này trang bị ống dẫn sóng cho một anten và hệ thống tiếpsóng.ngời ta sử dụng ống dẫn sóng tròn chuyển đổi kích thớc để nối một ống dẫnsóng nhỏ với fiđơ chinh – Thiết Kế Tuyến VIBA Hoàng Trung Dũng – K4 - là một ống dẫn sóng tròn có kích thớc đờng kính 51mm-

để tiếp sóng với tổn hao nhỏ Bộ lọc chế độ là một ống đẫn sóng tròn chứa một bộhấp thụ để suy hao các chế độ cao hơn không mong muốn, đặc biệt là chế độ TM(từ ngang)

ống dẫn sóng tròn mềm ống dẫn sóng tròn chuyển đổi kích th ớc (đ ờng kính 14,45mm – Thiết Kế Tuyến VIBA Hoàng Trung Dũng – K4 - 50,0 mm)

ống dẫn tròn chính (đ ờng kính 51mm)

Bộ lọc chế độ ống dẫn sóng thay đổi kích th ớc

2 Hệ thống anten phản xạ- chiếu xạ cho băng đa tần.

ở một đờng viba dung lợng truyền dẫn lớn sử dụng hai hoặc nhiều băng tần ,việc xây dựng hệ thống anten và fiđơ cho mỗi băng tần là không kinh tế, nên dùngchung một hệ thống anten fiđơ cho băng đa tần mong muốn Vì lý do này ngời ta

đã triển khai một hệ thống anten phản xạ- chiếu xạ dùng chung cho ba băng tần:4GHZ(3,6-4,2); 5GHZ(4,4-5,0) và 6GHz(5,925-6,425)

Trong hệ thống anten fiđơ này, một số kênh vô tuyến dung lợng cao-nh tínhiệu 200Mb/s trên 1 trong 6 kênh RF ở băng tần 5GHZ-có thể phát hoặc thu quamột hệ thống anten fiđơ, vì vậy chất lợng truyền dẫn cao hơn cần một băng tần rấtrộng

9

Ví dụ: Về xây dựng hệ thống tiếp sóng và anten phản xạ loacho ba băng tần

đợc trình bày ở hình 1.4

Một anten phản xạ loa có sẵn đợc sử dụng một băng tần rộng và hệ thốngnày cũng có thể sử dụng hai phân cực tuyến hình vuông góc (đứng và ngang) ở mỗibăng tần Một ống sóng tròn để tiếp sóng có đờng kính trong 69mm và độ dài đơnnguyên 5mm ống dẫn sóng tròn mềm này trang bị dẫn sóng cho một anten và hệthống tiếp sóng Ngời ta sử dụng ống dẫn sóng tròn chuyển đổi kích thớc để nốimột ống dẫn sóng nhỏ với fiđơ chính-là một ống dẫn sóng tròn có đờng kính51mm-để tiếp sóng với tổn hao nhỏ Bộ lọc chế độ là một ống dẫn sống tròn chứamột bộ hấp thụ để suy hao các chế độ cao hơn không mong muốn, đặc biệt là chế

độ TM (từ ngang)

3 Các đặc tính của vô tuyến viễn thông số

Thứ nhất, hệ thống này có thể đảm bảo an toàn chất lợng truyền dẫn khôngphụ thuộc vào khoảng cách truyền dẫn vì nó không có tạp âm (các tạp âm này th-ờng tích luỹ khi khuếch lặp) nhờ chức năng lặp tái sinh

Thứ hai, cùng một dung lợng truyền dẫn,công phát cần thiết nhỏ hơn so với

hệ thống FM Điều này cho phép sử dụng dễ dàng các lịnh kiện điện tử bán dẫn,làm cho thiết bị có kích thớc nhỏ hơn và độ tin cậy cao hơn hơn nữa,công suất nhỏ

ít gây nhiễu cho hệ thống khác,vì vậy có thể dùng chung tần số giữa các phơng tiệnthông tin mặt đất và vệ tinh

Bảng 1.1 Tổn hao của hệ thống fiđơ ( phía phát + phía thu)

X : Độ dài ống dẫn sóng tròn (m)

Y : Độ dài ống dẫn sóng chữ nhật

Thứ ba, nhờ sử dụng hệ thống điều chế có tỉ số công suất sóng mang/ tạp âm(C/N) cần thiết với BER nhất định nhỏ hơn nhiều nên có thể thực hiện một hệ thống

ít bị ảnh hởng cuả nhiễu Điều này cho phép xây dựng rất nhiều tuyến giữa hai địa

điểm để tăng đáng kể hiệu quả sử dụng tần số

11

ống dẫn sóng đấu nối WRJ-6A

ống dẫn sóng đấu nối WRJ-4A

ống dẫn sóng đấu nối WRJ-48A

Mặt khác, hệ thống vô tuyến chuyển tiếp số tồn tại 3 vấn đề kỹ thuật sau: + Khi áp dụng hệ thống này cho truyền dẫn tín hiệu thoại thì phổ tần rộnghơn so với hệ thống tơng tự.

+ Khi đặc tính truyền dẫn thay đổi vợt quá giá trị cho phép thì sự giảm chấtlợng sẽ tăng

+ Hệ thống này dễ bị ảnh hởng của méo phi tuyến do các đặc tính bão hoà,

đặc tính này không gây tác hại cho hệ thống FM

Các vấn đề trên đã đợc thoả mãn bởi tiến bộ kỹ thuật mới bao gồm điều chế

16 QAM, nhiều kỹ thuật phòng chống và sử dụng các linh kiện điện tử bán dẫn.Hơn nữa, vì hệ thống vô tuyến chuyển tiếp số có thể sử dụng các thiết bị cơ sở gồmcác nhà trạm và các tháp anten đã dùng trong các đờng truyền dẫn tơng tự

I.Các sóng đất.

13

Có hai loại sóng thờng thấy trong thực tế là sóng dọc và sóng ngang Sóngdọc là sóng truyền theo phơng chuyển động của nó Một ví dụ đơn giản của loạitruyền sóng này là sóng âm thanh truyền trong không khí Còn phát xạ điện từ làcác sóng ngang, tức là sóng truyền lan theo hớng vuông góc với phơng chuyển

động của nó Các sóng vô tuyến có thể đợc truyền lan theo các phơng thức khácnhau trên mặt đất Sóng có thể truyền từ anten phát đến anten thu bằng 2 con đờngchính : tầng điện ly (sóng trời) hoặc đi sát mặt đất (sóng đất ).Sóng đất bản thân đ-

ợc chia thành hai loại :sóng bề mặt và sóng không gian.Đối với sóng không gian có

3 đờng để đi qua khoảng cách giữa anten phát và anten thu.Đó là sóng trực tiếp,sóng phản xạ từ đất, sóng phản xạ từ tầng đối lu

Sóng này phát xạ trực tiếp từ anten phát đến anten thu mà không bị phản xạ ở

đâu cả Trong các điều kiện truyền lan bình thờng, nó có biên độ lớn hơn so vớisóng bất kỳ nào đến máy thu

14

phản xạ lệch pha với sóng trực tiếp một góc 180 và kết quả là triệt tín hiệu sóng tới

đến một mức nào đó Mức độ đó phụ thuộc vào biên độ của sóng phản xạ

b/-ảnh hởng của địa hình

Bề mặt trái đất không bằng phẳng: đồi núi, các công trình xây dựng, cây cối đã ảnh h

h-ởng này là sự uốn cong của các tia sóng khi gặp các vật cản Sự uốn cong đó sẽtăng lên khi bớc sóng càng tăng.Các vật cản không cần thiết trên đờng truyền thẳngcủa tia sóng có thể làm tổn hao năng lợng sóng, gọi là tổn hao nhiễu xạ.Điều nàyxuất phát từ khái niệm miền Fresnel có dạng elíp hình 2 2

Chúng là môi trờng vây quanh tia sóng đang truyền thẳng, có dạng elíp từanten phát đến anten thu Elíp đầu tiên có vị trí vỏ của miền (quỹ tích) sao cho mộttín hiệu bất kỳ đến anten thu qua đờng này sẽ vợt xa hơn 1\2 bớc sóng của tần sốsóng mang so với tín hiệu đi qua đờng trực tiếp Miền trong của elíp này gọi làmiền Fresnel nhứ nhất Nó chứa hầu hết công xuất đến máy thu Nếu tồn tại mộtvật cản nào đó trong miền này thì sẽ gây ra suy hao tín hiệu đến điểm thu Cờng độsuy hao này phụ thuộc vào bớc sóng của sóng mang và mức độ chắn của vật cản

+d = d1+d2: độ dài tuyến

+F: khoảng hở thực từ vật chắn đến đờng truyền trực tiếp

+d1:khoảng cách từ một điẻm đầu cuối đến điểm ở đó bán kính miền Fre snel

đợc tinhd toán (km)

+d2:khoảng cách từ điểm đầu cuối kia đến điểm đó bán kính miền Fresnel.+ar: bán kính hữu hiệu của trái đất

16

0,6 F

VËt ch¾n

® êng truyÒn trùc tiÕp

MiÒn Fresnel 1

H×nh 2.2: MÆt c¾t ® êng truyÒn

+a:bán kính thực của trái đất.

+r: bán kính cong của tia sóng

II.Fading và cách phòng chống Fading.

1.Đặc điểm của Fading.

Fading là sự biến đổi tín hiệu cờng độ sóng mang vô tuyến siêu cao tần thu

đợc do sự thay đổi khí quyển và các phản xạ của đất và nớc trong đờng truyềnsóng Đây là mối quan tâm của các nhà thiết kế hệ thống viba.Có hai loại Fadingchính là các Fading phẳng, tác động chủ yếu đến hệ thống viba số dung lợng bélàm suy giảm đều tín hiệu sóng mang đi qua dải tần số.Fading lạ chọn tần số có

ảnh hởng đến hệ thống viba số dung lợng cao.Hai loại Fading này có thể xuất hiện

độc lập với nhau hoặc xuất hiện đồng thời.Cách phân loại nh trên với điều kiệnkhoảng hở tuyến phù hợp, để cho tổn hao tạp âm xạ là không đáng kể, và với sựphản xạ đất phản chiếu đơn đợc hạn chế,nguyên nhân chủ yếu của Fading trên cáctuyến viba tầm nhìn thẳng là sự biến đổi bất đồng về chỉ số khúc xạ của khí quyển

Sự biến đổi này tạo điều kiện cho nhiều đờng tín hiệu tầng đối lu (nhiều tia) tồn tại

và đó là các điều kiện cho Fading nhiều tia tầng đối lu

2.Fading phản xạ từ mặt đất.

Nếu đờng truyền vô tuyến chuyển tiếp đi qua mặt đất hoặc mặt nớc có độphản xạ cao,thì fading phụ thuộc vào phản xạ xuất hiện từ các tia này hơn là vàonhiều tia tầng đối lu, đặc biệt nếu các đờng ngắn.Đó là do phản xạ từ mặt đất làmcho cờng độ tín hiệu thu thăng giám ngẫu nhiên vì các điều kiện hiệu phản xạ nhỏhơn 10 dB so với mức tín hiệu của đờng trực tiếp nếu tuyến đi qua các vùng nhbiển,hồ, các vùng bằng phẳng và ẩm ớt,đất ớt, và các thung lũng ẩm ớt.ở đây có thể

có sự phản xạ toàn phần trong lớp khí quyển gần mặt đất khi có sơng mù.Các đặctính của fading phản xạ là khác nhau

3.Fading nhiều tia hoặc fading RAYLEIGH.

Đối với một tuyến đợc thiết kế tốt, sẽ không lệ thuộc vào fading nhiễu xạhoặc các phản xạ bề mặt, truyền sóng nhiều tia là yếu tố chủ yếu trong fading dới8GHZ.Trên tần số này các ảnh hởng của ma có nhng tầng lên để xác định độ dàicủa tuyến cho phép thông qua các mục tiêu gián đoạn làm việc của hệ thống Nói

18

chung ngời ta chấp thuận là với khoảng hở đờng phù hợp và không có sự phản xạphản chiếu duy nhất trên một đờng, làm cho biên độ tín hiệu thu đợc có sự phân bốRayleigh theo thời gian.Sự phân bố nh vậy đặc trng bởi tốc độ dốc 10 dB/decadevới độ sâu fading hơn 10 dB trong các chặng tiếp phát bình thờng và 20-30 dB đốivới các chặng tiếp phát dài (>60km)

4.Fading lựa chọn tần số.

Fading lựa chọn tần số chủ yếu ảnh hởng tới các hệ thống viba số dung lợngtrung bình (32Mb/s; 34Mb/s; 45Mb/s) và các hệ thống dung lợng cao(98Mb/s;140Mb/s; 155Mb/s…) Các gián đoạn thông tin trong hệ thống này xuất hiện sớmhơn, do độ dự trữ fading phẳng chủ yếu gây méo biên độ và méo trễ nhóm trongsuốt độ rộng băng tần cuả kênh thông tin.Fading lựa chọn đi kèm Fading nhiều tia

có ảnh hởng sâu sắc đến chỉ tiêu chất lợng của hệ thống

Tác động lựa chọn tần số của fading nhiều tia tạo lên tỷ số lỗi lớn hơn so vớifading không lựa chọn ở cùng một biên độ trung bình Do đó việc dự trữ fadingphẳng là vô nghĩa khi nghiên cứu gián đoạn thông tin của hệ thống viba số

5.Các ảnh h ởng của fading nhiều tia

5.1.Giao thoa giữa các ký hiệu.

Trong các sơ đồ điều chế cầu phơng, có thể phân các méo tín hiệu thành 2loại:” méo đồng pha” xuất hiện từ các méo liên quan đến kênh hoặc méo liên quan

đến truyền lan, nhng không ảnh hởng tới tính đối xứng của các đặc tính biên độ vàcác đặc tính trễ nhóm, và “xuyên âm” hoặc méo cầu phơng xuất phát từ tính bất đốixứng trong kênh Độ dốc của biên độ là nguyên nhân chủ yếu của BER trong các

hệ thống không có cân bằng tự thích nghi Giao thoa đối với các tín hiệu đồng pha

do độ nghiêng biên độ không sinh ra méo tín hiệu, nhng với tín hiệu trực giao, méo

tỷ lệ vơí đạo hàm bậc nhất theo thời gian của độ dốc.Các ảnh hởng của thời gian trễnhóm cũng vậy, trừ méo đối với tín hiệu cầu phơng tỷ lệ với đạo hàm bậc hai theothời gian Tuy vậy sự không hoàn hảo của Parabol biên độ và thời gian trễ nhómtrong kênh sẽ ảnh hởng đến kênh trung pha, nhng không ảnh hởng đến kênh cầuphơng Đối với các ảnh hởng này kênh tăng tốc độ ký hiệu cùng với tăng nhanh độnhậy đối với méo nhiều tia

5.2.Sự phân biệt phân cực trực giao trong hệ thống số trùng kênh:

19