Thiết kế tuyến viba số hà nội – bắc ninh

Trang 1

Lời nói đầu

Các hệ thống truyền thông vô tuyến đang phát triển bùng nổ trên thế giới và cả

ở Việt Nam Trước yêu cầu ngày càng cao của người sử dụng dịch vụ thông tin diđộng về chất lượng, dung lượng và tính đa dạng của dịch vụ Đặc biệt là các dịch vụtruyền dữ liệu tốc độ cao và đa phương tiện Qua đó việc nghiên cứu và áp dụng cáccông nghệ kỹ thuật tiên tiến để đáp ứng đươc nhu cầu này là một đòi hỏi cấp thiết

Một trong các kỹ thuật đó là kỹ thuật vi ba số Vi ba số là hệ thống truyền dẫn

sử dụng tần số siêu cao tần, với bước sóng cực ngắn, với khả năng ứng dụng rộng rãi

và thích nghi tốt với môi trường Kỹ thuật vi ba số đang dần được sử dụng phổ biếntrong các tuyến truyền dẫn

Là sinh viên chuyên nghành điện tử viễn thông, chúng em cần đi vào tìm hiểu

hệ thống vi ba số và nắm vững các bước thiết kế tuyến vi ba Đó là hành trang chochúng em tiếp cận hệ thống viễn thông nói chung và hệ thống vi ba nói riêng

Xuất phát từ những yêu cầu trên, chúng em chọn đề tài “THIẾT KẾ TUYẾN

VI BA SỐ HÀ NỘI – BẮC NINH” Tuyến truyền dẫn đảm bảo truyền thông thoại và

dữ liệu giữa 2 khu vực Trong nội dung hạn hẹp chỉ đưa ra những phần kỹ thuật sơlược nhất để thiết kế cho 1 tuyến vi ba số

Đồ án này được chia làm 4 chương như sau:

Chương 1: Tổng quan về hệ thống vi ba

Chương 2: Lý thuyết thiết kế tuyến

Chương 3: Thiết kế tuyến viba Hà Nội – Bắc Ninh

Chương 4: Tính toán bắng phần mềm chuyên dụng Pathloss

Việc tiếp tục nghiên cứu và ứng dụng các tuyến truyền dẫn vi ba số sẽ mang lạinhững hiệu quả to lớn cho các hệ thống vô tuyến về dung lượng cũng như chất lượngdịch vụ của hệ thống

Trang 2

Trong quá trình làm đồ án, dù đã có rất nhiều cố gắng song chúng em vẫn có nhiềuthiếu sót Chúng em rất mong nhận được sự đóng góp từ phía thầy cô và các bạn Cuốicùng, chúng em xin gửi lời cảm ơn tới thầy TS Nguyễn Lê Cường đã đóng góp ý kiến

và giúp đỡ nhóm hoàn thành đồ án

Nhóm xin chân thành cảm ơn!

Trang 3

MỤC LỤC

Lời nói đầu 1

Chương I 1

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VI BA SỐ 1

1.1 Giới thiệu chung 1

1.1.1 Vi ba số là gì? 1

1.1.2 Cấu trúc một tuyến vi ba số 1

1.1.3 Vi ba số điểm nối điểm 2

1.1.4 Viba số điểm – đa điểm 2

1.2 Đặc điểm của Viba số 3

1.3 Cơ sở về sóng và fading 4

1.3.1 Khái niệm về sóng vô tuyến – fading 4

1.3.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến sự lan truyền của sóng vô tuyến 5

1.4 Hiện tượng fading trong viba số 9

1.4.1 Phân tập theo không gian 9

1.4.2 Phân tập theo tần số 10

Chương II 11

LÝ THUYẾT THIẾT KẾ TUYẾN VI BA SỐ 11

2.1 Giới thiệu chung 11

2.2 Nghiên cứu dung lượng đòi hỏi 11

2.3 Chọn băng tần số vô tuyến sử dụng, sự sắp xếp các kênh RF 12

2.3.1 Chọn băng tần số vô tuyến sử dụng 12

2.3.2 Sự sắp xếp các kênh vô tuyến 13

2.4 Tìm trạm trên bản đồ và khảo sát vị trí 15

2.4.1 Xác định tuyến trên bản đồ và khảo sát vị trí đặt trạm 15

Trang 4

2.4.2 Tạo nên các bản vẽ mặt cắt nghiêng của tuyến 15

2.5 Dựng mặt cắt đường truyền và tính các thông số liên quan 16

2.5.1 Dụng mặt cắt đường truyền cho từng tuyến 16

2.5.2 Tính khoảng cách tia truyền phía trên vật chắn 17

2.6 Xác định độ cao anten 18

2.7 Tính toán đường truyền 20

2.7.1 Các tổn hao 20

2.7.2 Độ lợi 22

2.7.3 Tính toán các tham số chất lượng tuyến 23

Chương III 24

THIẾT KẾ TUYẾN VI BA HÀ NỘI – BẮC NINH 24

3.1 Nghiên cứu dung lượng đòi hỏi 24

3.2 Chọn băng tần vô tuyến sử dụng 25

3.3 Tìm trạm trên bản đồ và khảo sát vị trí đặt trạm 25

3.4 Dựng mặt cắt đường truyền cho từng hop 27

3.4.1 Thông số của tuyến 27

3.4.2 Kiểm tra tính truyền dẫn 27

3.5 Xác định độ cao anten 31

3.6 Tính toán các tham số đường truyền 32

3.6.1 Tính toán suy hao đường truyền 32

3.6.2 Tính công suất thu thực tế 33

3.6.3 Tính độ dự trữ Fading thực tế 33

3.6.4 Tính đọ dự trữ Fading yêu cầu 33

3.7 Lắp đặt và kiểm thử 35

3.8 Đánh giá, kiểm tra chất lượng truyền dẫn 36

Trang 5

3.9 Giới thiệu thiết bị 37

3.9.1 Giới thiệu các thiết bị sử dụng 37

3.9.2 Lựa chọn thiết bị 40

3.9.2.1 Tổng quan về hệ thống Mini-link E 40

CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN BẰNG PHẦN MỀM PATHLOSS 45

4.1 Giới thệu về phần mềm pathloss 45

4.2 Tính toán 45

KẾT LUẬN 50

Trang 6

Chương I: Tổng quan về hệ thống vi ba số

Chương I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VI BA SỐ 1.1 Giới thiệu chung

Cùng với sự phát triển như vũ bão của công nghệ viễn thông, đòi hỏi những ngườilàm chủ mạng lưới phải nắm vững những kiến thức cơ bản về công nghệ viễn thônghiện đại, trong đó có vi ba số

Ở chương này chúng em sẽ giới thiệu các khái niệm và đăc điểm chung của hệthống vi ba số, phân loại hệ thống vi ba số, ưu và nhược điểm của hệ thống vi ba số,các mạng vi ba số điểm – điểm, điểm – đa điểm… Đồng thời cũng cho thấy các cơ sở

về sóng vô tuyến – fading

1.1.1 Vi ba số là gì?

Vi ba số là hệ thống thông tin chuyển tiếp mặt đất sử dụng sóng điện từ ở tần

số GHz để truyền dẫn thông tin số

Lượng thông tin được truyền dẫn bởi hệ thống vi ba thường là khá lớn ( ví dụ:các luồng E1, E3, STM1…)

Vi ba số thuộc nhóm các hệ thống thông tin nhiều kênh

1.1.2 Cấu trúc một tuyến vi ba số

Hình 1.1: Tuyến vi ba đơn giản nhất gồm 2 trạm đầu cuối

Trang 7

1.1.3 Vi ba số điểm nối điểm

Mạng vi ba số điểm nối điểm hiện nay được sử dụng phổ biến Trong các mạngđường dài thường dung cáp sợi quang còn các quy mô nhỏ hơn từ tỉnh đến các huyệnhoặc các nghành kinh tế khác người ta thường sử dụng vi ba điểm điểm dung lượngtrung bình hoặc cao nhắm thỏa mãn nhu cầu và đặc biệt là dịch vụ truyền số liệu.Ngoài ra, trong một số trường hợp vi ba dung lượng thấp là giải pháp hấp dẫn để cungcấp trung kế cho các mạng nội hạt, mạng thông tin di động

Hình 1.2: Hệ thống Viba điểm – điểm

1.1.4 Viba số điểm – đa điểm

Mạng vi ba số này trở thành phổ biến trong một số vùng ngoại ô và nông thôn.Mạng bao gồm một trạm trung tâm phát thông tin trên một an ten đẳng hướng phục vụcho một số trạm ngoại vi bao quanh Nếu các trạm ngoại vi này nằm trong phạm vi(bán kính) truyền dẫn cho phép thì không cần dùng các trạm lặp, nếu khoảng cách xahơn thì sẽ sử dụng các trạm lặp để đưa tín hiệu đến các trạm ngoại vi Từ đây, thôngtin sẽ được truyễn đến các thuê bao Thiết bị vi ba trạm ngoại vi có thể đặt ngoài trời,trên cột.v.v mỗi trạm ngoại vi có thể được lắp đặt thiết bị cho nhiều trung kế Khimật độ cao có thể bổ sung thêm thiết bị, được thiết kế để hoạt động trong các băng tần1,5GHz -1,8GHz và 2,4GHz sử dụng một sóng mang cho hệ thống hoàn chỉnh

Trang 8

Hình 1.3: Hệ thống Viba điểm – đa điểm

1.2 Đặc điểm của Viba số

Thông tin viba số là một trong ba phương tiện thông tin phổ biến hiện nay bêncạnh thông tin vệ tinh và thông tin quang Hệ thống viba số sử dụng sóng vô tuyến vàbiến đổi các đặc tính của sóng mang vô tuyến bằng những biến đổi gián đoạn vàtruyền trong không trung Sóng mang vô tuyến được truyền đi có tính định hướng rấtcao nhờ các anten định hướng Hệ thống viba số là hệ thống thông tin vô tuyến sốđược sử dụng trong các đường truyền dẫn số giữa các phần tử khác nhau của mạng vôtuyến Hệ thống viba số có thể được sử dụng làm:

- Các đường trung kế số nối giữa các tổng đài số.

- Các đường truyền dẫn nối các thuê bao với các tổng đài chính hoặc các tổng

đài vệ tinh

- Các đường truyền dẫn nối các tổng đài chính đến các tổng đài vệ tinh.

- Các bộ tập trung thuê bao vô tuyến.

- Các đường truyền dẫn trong các hệ thống thông tin di động để kết nối các

máy di động với mạng viễn thông

So với các hệ thống truyền dẫn khác, hệ thống truyền dẫn vi ba số có rất nhiềuhạn chế do môi trường truyền dẫn là môi truờng hở và băng tần hạn hẹp Truyền dẫn

vi ba số được thực hiện ở dải tần từ 1 GHz đến vài chục GHz, trong khi đó truyền dẫnquang được thực hiện ở tần số vào khoảng 2.106 GHz (nếu coi λ=1500 nm) vì thếbăng tần truyền dẫn vi ba số rất hẹp so với quang

Với những đặc điểm trên ta có thể thấy ưu và nhược điểm của hệ thống vi banhư sau:

Trang 9

Ưu điểm:

 Do làm việc ở dải sóng siêu cao tần nên đảm bảo truyền được những tín hiệudải rộng

 Độ rộng dải tần siêu cao do đó nhiều đài có thể làm việc đồng thời

 Hệ thống có khả năng linh hoạt, nhanh chóng đáp ứng phục vụ thông tin chokhách hàng mọi lúc mọi nơi và dịch vụ

 Việc triển khai hay tháo gỡ hệ thống truyền dẫn rất cơ động, khi không cầnthiết có thể nhanh chóng chuyển sang lắp đặt ở vị trí khác của mạng viễn thông

 Giá cả hệ thống và đầu tư ban đầu thấp Ưu điểm này cho phép các nhà khaithác phát triển mạng viễn thông nhanh chóng ở các vùng cơ sở hạ tầng viễnthông chưa phát triển với vốn đầu tư thấp nhất

Nhược điểm:

 Dải tần số SCT có nhược điểm là chỉ truyền được trong phạm vi nhìn thẳng cự

ly dưới 70Km (tuỳ thuộc vào băng tần công tác) Vì vậy muốn truyền thông tin

đi xa cần thực hiện chuyển tiếp nhiều lần

 Có tốc độ nhỏ hơn nhiều so với hệ thống cáp quang, và hiện nay ở đường chụcchỉ còn sử dụng ở những khu vực chưa kéo được cáp quang do địa hình phứctạp

 Chất lượng tín hiệu khi truyền dẫn viba chịu tác động rất lớn của các điều kiệnkhí hậu, thời tiết như mưa, gió, mây mù, bão, tuyết…v.v

 Suy hao công suất tín hiệu khá lớn trong môi trường truyền dẫn Chịu sự cannhiễu lẫn nhau giữa các kênh thông tin vô tuyến và các hệ thống thông tin khácnhau

1.3 Cơ sở về sóng và fading.

1.3.1 Khái niệm về sóng vô tuyến – fading

Sóng vô tuyến là sóng điện từ có tần số từ 30KHz đến 300GHz và được chia racác băng tần LF, HF, VHF, UHF và băng tần cao dùng cho thông tin vệ tinh

Các sóng vô tuyến có thể lan truyền theo các phương khác nhau được biểu diễnnhư sau:

Trang 10

Hình 1.3: Các phương thức truyền sóng vô tuyến

1.3.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến sự lan truyền của sóng vô tuyến

Thông tin vi ba truyền sóng qua không gian nên chịu ảnh hưởng nhiều của môitrường truyền sóng Bao gồm các ảnh hưởng sau:

a) Suy hao khi truyền lan trong không gian tự do.

Khoảng không mà trong đó các sóng vô tuyến truyền lan không bị cản trở gọi

là không gian tự do Mức suy hao của sóng vô tuyến được phát đi từ anten trong

Sóng truyền trục tiếp

Sóng phản xạ từ tầng đối lưu

Sóng phản xạ

từ mặt đất

Trang 11

không gian tự do tỷ lệ với bình phương khoảng cách Mức suy hao này gọi là suy haokhí quyển trong không gian tự do Nó tỉ lệ nghịch với độ dài bước sóng

Pr: Công suất tín hiệu tại Anten thu

λ : Bước sóng của sóng điện từ

Pt: Công suất tín hiệu tại anten phát

d: Khoảng cách giữa 2 anten

b) Suy hao do ảnh hưởng của fading.

Trong thông tin vô tuyến, khi sóng vô tuyến truyền lan trong không gian, nóchịu tác động của khí quyển hoặc tầng điện ly Hiện tượng cường độ điện trường tạiđiểm thu thay đổi theo thời gian do một số nguyên nhân trong không gian truyền lancủa sóng vô tuyến được gọi là fading

Sự hấp thụ của khí quyển:

Chủ yếu là sự hấp thụ của nước Mức độ hấp thụ của nước phụ thuộc vào điềukiện cụ thể và nó tăng dần khi lượng nước trong không khí tăng lên Đặc biệt, khi trờimưa rất to có thể làm gây gián đoạn thông tin

Sự khúc xạ:

Trang 12

Không khí càng lên cao càng loãng (chiết suất giảm), nên sóng điện từ có xu hướng

bẻ cong về mặt đất Do đó, có thể gây ra hiện tượng fading nhiều đường

Hình 1.3.2.1: Sự khúc xạHiệu ứng ống dẫn:

Hiệu ứng ống dẫn xuất hiện khi sóng điện từ rơi vào vùng không khí đặc nằmgiữa hai vùng không khí loãng Gây ra hiên tượng phản xạ toàn phần và sóng điện từkhông tới được anten thu

Hình 1.3.2.2: Hiệu ứng ống dẫn

c) Suy hao do mưa

Sóng điện từ bị suy hao do mưa, đặc biệt là những sóng có bước sóng nhỏ ( λ <

10cm) Mức độ suy hao phụ thuộc vào cường độ mưa và tần số của sóng Ví dụ ở tần

số 2GHz: nếu mưa to thì suy hao vào cỡ (0,22 – 0.4 dB/Km), nếu mưa rất to thì suyhao vào cỡ 1,2dB/Km

Trang 13

d) Ảnh hưởng của địa hình

Sự phản xạ từ mặt đất

Hình 1.3.2.3 : Sự phản xạ của mặt đấtMột phần năng lượn điện từ dến mặt đất, phản xạ trở lại không gian và

có thể tới được anten thu Điều này gây ra hiện tượng fading nhiều đường Các miền Fresnel

Miền Fresnel sạch là khu vực tối thiểu không có vật chắn để sóng điện từ có thểtruyền qua Hiện tượng phản xạ hoặc suy hao vật chắn xảy ra nếu miền Fresnel khôngsạch Khi vật chắn nằm ngoài miền Fresnel, năng lượng phản xạ về anten thu là bé sovới năng lượng trực tiếp hiện tượng fading là không đáng kể

Khi vật chắn nằm ngay trên đường biên miền fresnel, năng lượng phản xạ về anten thu

là lớn và ngược pha với năng lượng trực tiếp Dẫn đến hiện tượng fading nhiều đườngxảy ra

Hình1.3.2.4 : miền Fresnel sạch Hình1.3.2.5 : miền Fresnel khôngsạch

Trang 14

1.4 Hiện tượng fading trong viba số

Hiện tượng fading là hện tượng biến thiên năng lượng điện từ tại anten thu do môitrường truyền sóng gây ra

Fading phẳng: làm thay đổi tín hiệu sóng mang trong một dải tần số ( thay đổigiống nhau đối với các tần số trong dải)

Fading lựa chọn tần số:làm thay đổi tín hiệu sóng mang với mức thay đổi phụthuộc vào tần số, fading này ảnh hưởng lớn đến tuyến vi ba số dung lượng cao

Hai lại fading có thể xuất hiện độc lập hay đồng thời Vì vậy dẫn đến gián đoạnthông tin Sự thay đổi tín hiệu tại anten thu do phản xạ nhiều tia gọi là fading nhiềutia

Các kỹ thuật được sử dụng để làm giảm các ảnh hưởng của fading phẳng và fadinglựa chọn tần số nhiều tia là dùng biện pháp phân tập không gian và phân tập tần số đểnâng cao chất lượng của tín hiệu thu

Phân tập theo không gian cùng với các anten đặt cách nhau theo chiều dọc kết hợpvới các bộ khử giao thoa phân cực giao thoa nhau Hiệu quả của kỹ thuật này đảm bảokhông làm gián đoạn thông tin, thường được biểu thị bằng một hệ số nâng cao Nhờ

áp dụng kỹ thuật phân tập theo không gian và theo tần số thời gian gián đoạn thônggiảm nhỏ hơn so với thời gian yêu cầu để hệ thống đạt được chỉ tiêu chất lượng đề ra

1.4.1 Phân tập theo không gian

Hình 1.4.1: Phân tập theo không gian

Trang 15

Sử dụng 1 anten phát, 1 máy phát và 2 anten thu, hai may thu Hai anten thu đặtcách nhau một khoảng đủ lớn về độ cao Nếu hiện tượng fading lựa chọn tần số chỉxảy ra tại một anten thì không xảy ra tại anten còn lại

1.4.2 Phân tập theo tần số

Hình 1.4.2: Phân tập theo tần số

Sử dụng 1 anten phát, 2 máy phát ở 2 tần số khác nhau với 1 anten thu, 2 maythu ở 2 tần số đó Hai tần só cách nhau 1 khoảng đủ lớn nếu hiện tượng fading lựachọn tần số xảy ra ở 1 tấn số thì không xảy ra ở tần số còn lại

Trang 16

Chương II: Lý thuyết thiết kế tuyến vi ba số

Bước 1:Nghiên cứu dung lượng đòi hỏi

Bước 2: Chọn băng tần sử dụng, thiết bị sử dụng, sắp xếp các kênh RF.Bước 3: Tìm trạm trên bản đồ, khảo sát vị trí đặt trạm

Bước 4: Dựng mặt cắt đường truyền và tính các thông số liên quan

Bước 5: Xác định độ cao anten

Bước 6: Tính toán đường truyền

Bước 7: Các chỉ tiêu kỹ thuật

Bước 8: Đánh giá chất lượng tuyến

2.2 Nghiên cứu dung lượng đòi hỏi

Trong vệc thiết kế tuyến liên lạc điểm nối điểm việc tìm hiểu kĩ về dunglượng là rất quan trọng Nó là nền tảng cho các quyết định ở phần sau:

Phải chú ý dung lượng sẽ phát triển trong vòng 10 -15 năm tới cũng nhưdung lượng cần thiết ở hiện tại việc dự đoán này dựa vào một số đặc điểm sau:

 Dựa vào đặc điểm phát triển dân số

 Đặc điểm vùng ( thành phố, nông thôn…)

 Tỷ lệ phát trển các hoạt động kinh tế

 Tốc độ cải thiện điều kiện sống trong tương lai

Hệ thống được thiết kế để cho phép có thể mở rộng thêm trong tương lai

Trang 17

Tuy nhiên ở các nước đang phát triển (như ở nước ta) thường khó dựđoán chính xác dung lượng cần thiết trong khoảng thời gian dài Do đó, khôngnên lắp đặt các hệ thống có dung lượng quá lớn Ta có thể sử dụng hệ thống códung lượng nhỏ ở giai đoạn đầu tiên sau đó có thể thay bởi 1 hệ thông có dunglượng lớn hơn

2.3 Chọn băng tần số vô tuyến sử dụng, sự sắp xếp các kênh RF

2.3.1 Chọn băng tần số vô tuyến sử dụng.

Đối với các ứng dụng của kỹ thuật Viba, băng tần hoạt động nằm trongkhoảng từ 1GHz đến 15GHz Trong đó các tần số vô tuyến được cấp phát chocác dịch vụ xác định được qui định bởi các luật vô tuyến Luật vô tuyến mô tảluật cấm dải tần từ 800MHz - 6425MHz và 7900MHz - 8100MHz của hệthống trạm mặt đất sử dụng các băng tần số này, vì chúng chia băng tần vớidịch vụ liên lạc vệ tinh Trong trường hợp này công suất bức xạ hiệu dụng củamáy phát và anten trong hệ thống L/S không vượt quá 55 dBw hoặc công suấtđưa đến anten không được vượt quá 13dBw

Các yếu tố quan trọng khác trong việc gán định tần số bao gồm dung saitần số và băng thông phát xạ Luật vô tuyến không có tiêu chuẩn bắt buộc vềbăng thông Tuy nhiên dung sai tần số của máy phát hoạt động trong vùng sóngViba nên là 300x10-6 cho máy phát có công suất dưới 100W và 100x10-6 chomáy phát có công suất trên 100W

Hiện nay tần số vô tuyến sử dụng trong hệ thống liên lạc Viba thay đổi

từ 1GHz - 15 GHz Các giá trị tương đối của tần số RF phụ thuộc vào nhiềuyếu tố

Ở các tần số thấp thì kích thước thiết bị lớn công suất máy dễ dàng thựchiện, độ lợi anten lớn, tổn hao phải nhỏ, tổn thất không gian và dây dẫn tầnkhác 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 hoạtđộng cho hệ thống, bảng sau cho ta các tham khảo về băng tần chọn và dunglượng

Trang 18

Bảng 2.1 Các băng tần số cấp phát của FCC cho các hệ thống vi ba số

309696115211521152

2.3.2 Sự sắp xếp các kênh vô tuyến

Việc sắp xếp các kênh vô tuyến là việc rất quan trọng trong khi thiết kế hệthống, đặc biệt là hệ thống vô tuyến chuyển tiếp Tín hiệu vô tuyến tại ngõ vào

và ra của trạm lặp thay đổi từ 60 – 80dB nên nếu ta sử dụng cùng một tần số vôtuyến giữa hai ngõ thì sẽ gây hiện tượng dao động do phản hồi Trong vibachuyển tiếp, ta thường sử dụng kế hoạch hai tần số hoặc kế hoạch bốn tần số đểtránh hiện tượng trên

Trên thực tế, kế hoạch bốn tần số ít được sử dụng rộng rãi vì lý do kinh tế

Nó cần hai tần số cho một kênh vô tuyến Thông thường, bốn anten sử dụngcho một trạm lắp đặt (kể cả với kế hoạch hai tần số, các anten này cũng có thể

Trang 19

sử dụng cho hai hoặc nhiều hơn các kênh vô tuyến song công trên cùng mộtđường

Kế hoạch 4 tần số đòi hỏi tỷ lệ trước sau (front to back) của mẫu bức xạanten (vì mỗi anten hoạt động ở một tần số khác nhau

 Sự sắp xếp các kênh vô tuyến

Bảng sau liệt kê sự sắp xếp các kênh vô tuyến theo khuyến nghị của CCIRcho hệ vô tuyến chuyển tiếp quốc tế

Bảng 2.2: Sự sắp xếp các kênh vô tuyến theo khuyến nghị của CCIR

CCIR Rec Số kênh thoại tối đa

cho 1 kênh RF

Tần số trung tâm(MHz)

Độ rộng băng RF(MHz)

Trang 20

1808,2000,22037575

1903,2101,40036475

677083501120

2003004005006803001000

Các hệ thống phụ đòi hỏi để các kênh phục vụ có thể kết hợp trong cùngmột băng tần vô tuyến như là một hệ thống chính Nếu có được điều kiện thuậnlợi này thì các anten có thể sử dụng chung cho cả 2 hệ thống

Đối với các hệ thống viba điểm – điểm, do không có cấu hình trạm lặp nên

sự sắp xếp các kênh vô tuyến sẽ đơn giản hơn rất nhiều Khi đó, ta cần quantâm đến một số điểm sau:

 Các tần số viba khác có thể sử dụng trong các vùng liên quan

 Các trạm viba có thể gây giao thoa tới hệ thống

Việc thiết kế một hệ thống viba mới không gây nhiễu cho các hệ thốngđang tồn tại và không bị ảnh hưởng ngược lại bởi các hệ thống này

2.4 Tìm trạm trên bản đồ và khảo sát vị trí

2.4.1 Xác định tuyến trên bản đồ và khảo sát vị trí đặt trạm

Việc tìm vị trí đặt trạm sao cho phù hợp về mặt kỹ thuật và tiệm lợi cho việcxây dựng

Để xã đinh vị trí đặt trạm ta cần có:

 Bản đồ tự nhiên cho biết độ cao so với mực nước biển của vùng có tuyến điqua

Trang 21

 Sự phân bố dân cư của vùng đang khảo sát

 Xác định những đồi núi , mô đất, tòa nhà cao tầng trong khu vực tuyến

 Chọn trong các vị trí vừa xác định ở trên, một vị trí thích hợp để đặt thápanten

 Vị trí dặt trạm có độ cao đáng kể(có thể không phải là cao nhất), gần trungtâm giao dịch để thuận tiện cho việc kéo feeder

2.4.2 Tạo nên các bản vẽ mặt cắt nghiêng của tuyến.

Từ những yêu cầu thực tế của tuyến viba bao gồm: vị trí, khoảng cáchtrạm, dung lượng truyền dẫn, địa hình tuyến đi qua… ta tiến hành đánh dấu haiđầu cuối của trạm trên bản đồ của Sở đo đặc để xác định chính xác kinh độ, vĩ

độ của mỗi trạm Các thông số tọa độ này được sử dụng để điều chỉnh cácanten ở mỗi trạm trong giai đoạn lắp đặt thiết bị

Hình 2.4.2 : Mặt cắt nghiêng giữa hai trạm A và B

Mặc dù mặt đất có độ cong nhưng để đơn giản trong tính toán người tathường vẽ mặt cắt nghiêng ứng với hệ số bán kính hiệu dụng của trái đất k=4/3.Phương trình sau cho ta xác định chỗ lồi của mặt đất:

E = (4/51)d1d2/k [m]

K là hệ số bán kính trái đất

D1,d2[km] lần lượt là khoảng cách từ trạm A và trạm B đén điểm đang xét độlồi của mặt đất

Trang 22

Như vậy trên mặt cắt nghiêng này thể hiện được bề mặt của địa hình.Ngoài ra nó cũng biểu diễn được cả độ cao của cây cối và các vật chắn trênđường truyền nối 2 trạm A và B chảng hạn như các gò, đồi, các nhà cao tầng…Đối với khoảng cách truyền dẫn dài, độ cong của mặt đất lớn thì cần phải tínhđến độ nâng vị trí của trạm

2.5 Dựng mặt cắt đường truyền và tính các thông số liên quan

2.5.1 Dụng mặt cắt đường truyền cho từng tuyến

Vẽ mặt cắt đường truyền cho tùng tuyến

 Kết nối hai trạm của từng tuyến, ta có các giao điểm với các đường đồngmức

 Dựa vào độ cao của các đường đồng mức và tỷ lệ bản đồ, ta xác định độ cao

và khoảng cách của từng điểm

 Nối các giao điểm với nhau, ta được mặt cắt địa hình

Hình 2.5.1: Vẽ mặt cắt đường truyền cho từng tuyến

2.5.2 Tính khoảng cách tia truyền phía trên vật chắn

Sau khi chọn được tần số làm việc cho tuyến, ta tính miền fressnel thứnhất Đó là miền có dạng hình elip từ anten phát tới anten thu, là môi trườngvây quanh tia truyền thẳng Đường biên của miền Fresnel thứ nhất tạo nên quỹ

Trang 23

đạo sao cho bất kỳ tín iệu nào đến anten thu qua đường này sẽ dài hơn so vớiđường trực tếp 1 nửa bước sóng của tần số sóng mang Miền bên trong củamiền elip thứ nhất gọ là miền Fresnel thứ nhất Nếu trong miền này có tòn tạivật cản thì sóng phản xạ sẽ làn suy giảm sóng trực tiếp., mức độ suy giảm sẽtùy thuộc biên độ sóng phản xạ Bán kính miền fresnel thứ nhất tính theo côngthức sau:

Trong thực tế, thường gặp đường truyền đi qua những địa hình khác nhau

có thể chắn miền Fresnel thứ nhất gây nên tổn hao trên đường truyền, ở các loạiđịa hình này có thể có vật chắn hình nêm trên đường truyền và các loại chướngngại khác Trong hình dưới chỉ ra mô hình vật chắn trên đường truyền dẫn,trong đó F1 là bán kính miền frsnel thứ nhất, F là khoảng hở thực: là khoảngcách giữa tia trực tiếp và vật chắn hình nêm tại điểm tính toán miền Fresnelthứ nhất

Theo các têu chuẩn thiết kế về khoảng hơt đườn truyền được khuyến nghịthì độ cao tối thiểu của anten đảm bảo sao cho tín hiệu không bị nhiễu xạ bởivật cahwns nằm trong miền fressnel thứ nhất là F=0,6 F1

Trang 24

Hình 2.5.2 :Mặt cắt nghiêng đường truyền và miền Fresnel thứ nhất

2.6 Xác định độ cao anten

Có 2 loại tháp anten là: tháp tự đỡ và tháp dây néo

Để tính được độ cao ủa tháp anten thì ta phả xác định được đo cao của tia vôtuyến truyền giữa hai trạm tren cơ sở độ cao của tia đã có để tính độ cao tốithiểu của tháp anten để thu được tín hiệu

Việc tính toán độ cao của tia vô tuyến cũng phải dùng đến sơ đồ mặt cắtnghiêng đường nói hai trạm, trong đó có xét đến dộ cao của vật chắn (O), đọcao của cây cối (T) giữa tuyến và bán kính của miền Fresnel thứ nhất(F1) Biểuthức xá định độ cao của tia vô tuyến như sau:

Trang 25

Hình 2.6.1 : Xác định độ cao tia B để làm hở 1 vật chắn

Ở bước khảo sát định vị trí trạm, ta xác định được độ cao của hai vị trí đặttrạm so với mặt nước biển tương ứng là h1 h2 Hai thông số này kết hợp vớ độcao B của tia như đã tính ở trên sẽ tính được độ cao của cột anten còn lại khibiết trước độ cao của một cột anten

Trang 26

Tuy nhiên như đã đề cập ở phần trước, để đảm bảo hệ thống hoạt độngkhông chịu ảnh hưởng của các yếu tố trong tương lai thì độ cao anten phải sửdụng mootjkhoangr dự phòng, phụ thược vào người thiết kế

2.7 Tính toán đường truyền

2.7.1 Các tổn hao

a) Tổn hao đường tuyền dẫn của không gian tự do

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

A0 = 92,5 + 20logf(GHz) + 20lgd(Km)

 A0: là tổn thất đường truyền của không gian tự do (dB)

 F: tần số trung tâm của sóng mang (GHz)

 d: độ dài đường truyền (Km)

b) Tổn hao phi đơ

Đây là tổn hao thiết bị( ống dẫn sóng) để truyền dẫn sóng giữa anten vàmáy phát/ máy thu Khi tính toán suy hao này thì phải căn cứ vào mức suy haochuẩn được cho trước bởi nhà cung cấp thiết bị

c) Tổn hao rẽ nhánh

Tổn hao rẽ nhánh được coi là các tổn hao trong bộ lọc RF( máy phát vàmáy thu) các bộ lọc xoay vòng và các bộ lọc RF bên ngoài có thể, chúng chophép một hệ thống song công chỉ sử dụng 1 anten cho các mục đích thu và pháthoặc vài hệ thống nối đến 1 anten Khoảng giá trị tổn hao rẽ nhánh thường là 2-

8 dB

d)Tổn hao các bộ phối hợp và các bộ đấu nối.

Chúng là tổn hao trong các chuyển tiếp ống dẫn sóng, các bộ phối hợp, hệthống nén ống dẫn sóng và phần feeder đi cùng các bộ nối Chúng phụ thuộc vàonhieuf yếu tố khác nhau như: cấu hình hệ thống, cách kết nối trạm, các loại ống dẫnsóng và các loại đầu nối được sử dụng cho trạm

 Với các hệ thống phức tạp thì nó có giá trị từ 0,8 – 1 dB

 Với các hệ thống nhỏ thì nó có giá trị khoảng 0,5- 0,7 dB

Trang 27

e)Tổn hao của bộ suy hao hoặc các vật chắn.

Tổn hao của bộ suy hao: tổn hao naỳ chỉ xuật hiện khi có bộ suy haotrong hệ thống các bộ suy hao được sử dụng trong các trườn hợp như là: côngsuất phát ra quá lớn có thể gây giao thoa cho các tuyến lân cận hoặc vệ tinh lúcnày bộ suy hao được sử dụng đẻ giảm công suất phát từ anten, khi mức tín hiệu

ra vào ở các bộ phạn trong trạm không haonf toàn phù hợp với nhau gây ra méodạng tín hiệu ngõ ra Do đó,cần giảm các tín hiệu sao cho phù hợp bằng cách

Phương trình cân bằng công suất trong tính toán đường truyền:

Pr = Pt + G + At [dB]

Tr0ng đó: Pt là công suất phát

At là tổng tổn hao

G là độ lợi

Pr là công suất tại đầu vào máy thu Nó là tham số quan trọng nhất khi thiết

kế đường truyền vi ba, tham số này là một chỉ tiêu quyết định xem tuyến cóhoạt động được hay không khi đem so sánh nó với ngưỡng thu của máy thu

2.7.2 Độ lợi

a) Độ lợi của anten

Độ lợi của anten là công suất bức xạ theo một hướng so với công suấtbức xạ theo một hướng bất kỳ bằng anten đẳng hướng

Độ lợi của anten phụ thuộc vào hình dạng và kích thước của anten.Đây là tổng các độ lợi của anten ở mối môt đầu cuối của tuyến Độ lợcủa anten phụ thuộc vào đường kính của anten, tần số làm việc, góc mở hiệu

Trang 28

G= 20lgD – 20lg λ + 10lg n + 9,943 dB

Trong đó : D là đường kính đĩa anten(m)

λ là bước sóng ở tần số trung tâm (m)

n là góc mở hiệu dụng của anten

d)Mức đầu vào của máy thu

Nó bằng công suất đưa ra máy phát Pt trừ đi tổng tiêu hao A1 đã tínhđược biểu diễn bẳng công thức sau:

Pr = Pt – A1 (dBm)

f)Các ngưỡng thu được

Rxa và Rxb là hai giá trị mức ngưỡng thu Thực tế nó tương ứng vớicác tỉ lệ lỗi bit 10-3 và 10-6 tương ứng Mức ngưỡng 10-3 đưa vào máy tính toán

độ suy giảm lý thuyết, tỉ số sóng mang trên tạp âm để tạo ra một lượng giaothoa giữa các ký hiệu không thể chấp nhận và mức 10-6 được đưa vào tính toán

độ suy giảm tỉ số C/N để tạo ra mục tiêu các khúc suy giảm chất lượng

2.7.3 Tính toán các tham số chất lượng tuyến.

Vì chất lượng đường truyền được đánh giá dựa trên tye số BER, các tỷ

số BER khác nhau sẽ cho một mức ngưỡng tương ứng và cũng có đọ dự trữfading khác nhau Các tỷ số BER thường được sửu dụng trong viba số là 10-3

và 10-6 tương ứng với hai mức ngưỡng Rxa và Rxb

Độ dự trữ fading

Ứng với Rxa và Rxb là FMa và FMb được tính theo công thức:

FMa= Pr – Rxa với BER = 10-3

Trang 29

Xác suất đạt đến ngưỡng thu RXa; RXb

Gọi Pa;Pb là xác suất đạt tới các giá trị ngưỡng thu tương ứng RXavà RXb

được tính như sau:

Khoảng thời gian fading

Định dạng
Số trang	58
Dung lượng	4,88 MB