TỐI ưu PHỦ SÓNG DI ĐỘNG TRONG tòa NHÀ BẰNG THIẾT kế DAS

TỐI ưu PHỦ SÓNG DI ĐỘNG TRONG tòa NHÀ BẰNG THIẾT kế DAS ..................... TỐI ưu PHỦ SÓNG DI ĐỘNG TRONG tòa NHÀ BẰNG THIẾT kế DAS ..................... TỐI ưu PHỦ SÓNG DI ĐỘNG TRONG tòa NHÀ BẰNG THIẾT kế DAS ..................... TỐI ưu PHỦ SÓNG DI ĐỘNG TRONG tòa NHÀ BẰNG THIẾT kế DAS ..................... TỐI ưu PHỦ SÓNG DI ĐỘNG TRONG tòa NHÀ BẰNG THIẾT kế DAS .....................

TÒA NHÀ BẰNG THIẾT KẾ DAS

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT……… VII CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG PHỦ SÓNG DI ĐỘNG TRONG TÒA

NHÀ……… … 1

1.1 TẠI SAO PHẢI CÓ HỆ THỐNG PHỦ SÓNG DI ĐỘNG……… ………… ….1

1.2 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG……… ……… 1

1.3 NGUỒN TÍN HIỆU…… ……… 2

1.3.1 Nguồn tín hiệu sử dụng trạm outdoor……… ………….…… 2

1.3.2 Nguồn tín hiệu sử dụng trạm indoor dành riêng……….… 2

1.4 HỆ THỐNG PHÂN PHỐI TÍN HIỆU……… … 3

1.4.1 Hệ thống phân phối tự động……….…… 3

1.4.2 Hệ thống phân phối tích tực……… 3

1.4.3 Hệ thống phân phối lai ghép……… 4

1.5 PHẦN TỬ BỨC XẠ….……….… 4

1.5.1 Anten……….……4

1.5.2 Cáp rò……….….…… 4

CHƯƠNG 2 NHỮNG THIẾT BỊ CẦN THIẾT ĐỂ THI CÔNG DỰ ÁN……… … 5

2.1 CONECTER……… 5

2.1.1 Conecter vuông 1/2 ……… …… 5

2.1.2 Conecter thẳng 1/2 ……….……… 6

2.1.3 Conecter 7/8 ……… … … 6

2.2 BỘ CHIA……… 7

2.2.1 Bộ chia 2……… … ……….7

2.2.2 Bộ chia 3……….………….…….8

2.2.3 Bộ chia 4……… ………… …….8

2.3 DIRECTIONAL COUPLER (Bộ ghép có hướng)……… …9

2.4 CÁP FEEDER……….… 10

2.4.1 Cáp feeder 1/2 ……….10

2.5.1 Anten omni……….…… 11

2.5.2 Anten panel……… 12

2.5.3 Anten log……… 13

2.6 KHỐI NGUỒN……… 14

CHƯƠNG 3 CÔNG THỨC TÍNH TỔN HAO ĐƯỜNG TRUYỀN VÀ CÔNG SUẤT ĐẦU RA TẠI ĐẦU NỐI ANTEN……….… ….15

3.1 TỔN HAO ĐƯỜNG TRUYỀN…….……….… 15

3.1.1 Lan truyền trong không gian tự do……… 15

3.1.2 Mô hình Motley và Keenan……….….15

3.1.3 Công suất đầu ra……… … 16

3.2 HIỆU SUẤT ANTEN………….……… 17

3.3 ĐỘ LỢI ANTEN……… 17

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ LẮP ĐẶT VỊ TRÍ ANTEN TRÊN BẢN VẼ MẶT BẰNG TÒA NHÀ D ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG……… 19

4.1 CÁC THIẾT BỊ TRÊN BẢN VẼ……….… 19

4.2 THẾT KẾ LẮP ĐẶT ANTEN……… 23

4.3 MÔ PHỎNG ĐỘ PHỦ SÓNG……… ……… 26

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN……….… 27

5.1 KẾT LUẬN……… …27

5.1.1 Ưu điểm……….…………27

5.1.2 Nhược điểm……… 27

5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN……….………… ……27

TÀI LIỆU THAM KHẢO……….28

TRONG NHÀ……… 1

HÌNH 1-2: SƠ ĐỒ HỆ THỐNG ANTEN PHÂN PHỐI CÁP ĐỒNG TRỤC THỤ ĐỘNG………3

HÌNH 1-3: SƠ ĐỒ MỘT HỆ THỐNG ANTEN PHÂN PHỐI TÍCH CỰC………… 3

HÌNH 1-4: SƠ ĐỒ HỆ THỐNG PHÂN PHỐI LAI GHÉP……… 4

HÌNH 2-1: CONNECTER VUÔNG 1/2 ……… 5

HÌNH 2-2: CONNECTER THẲNG 1/2 ……… 6

HÌNH 2-3: CONNECTER 7/8 ……… 6

HÌNH 2-4: BỘ CHIA 2………7

HÌNH 2-5: BỘ CHIA 3………8

HÌNH 2-6: BỘ CHIA 4………8

HÌNH 2-7: BỘ GHÉP CÓ HƯỚNG……… 9

HÌNH 2-8: CÁP FEEDER 1/2 ……… 10

HÌNH 2-9: CÁP FEEDER 7/8 ……… 10

HÌNH 2-10: ANTEN OMNI ……… 11

HÌNH 2-11: ANTEN PANEL………12

HÌNH 2-12: ANTEN LOG……….13

HÌNH 2-13: THIẾT BỊ PHÁT SÓNG DBS3900 HUAWEI……… 14

HÌNH 4-1: KÝ HIỆU BỘ CHIA 2………19

HÌNH 4-2: KÝ HIỆU BỘ GHÉP CÓ HƯỚNG……… 19

HÌNH 4-3: KÝ HIỆU BỘ CHIA 3………20

HÌNH 4-4: KÝ HIỆU BỘ CHIA 4………20

HÌNH 4-5: KÝ HIỆU ANTEN LOG……….21

HÌNH 4-6: KÝ HIỆU ANTEN OMNI……… 21

HÌNH 4-7: KÝ HIỆU ANTEN PANEL………22

HÌNH 4-11: BỐ TRÍ ANTEN TẦNG 2 ĐẾN TẦNG 4……… 24

HÌNH 4-12: BỐ TRÍ ANTEN TẦNG 5 ĐẾN TẦNG 6……… 24

HÌNH 4-13: BỐ TRÍ ANTEN TẦNG 7 ĐẾN TẦNG 10……….25

HÌNH 4-14: BỐ TRÍ ANTEN TẦNG 11……… 25

HÌNH 4-15: ĐỘ PHỦ SÓNG TRÊN PHẦN MỀM IBWAVE………26

BTS Base Transceiver Station

MU Main Unit ( E/O conversion)

RU Remote Unit (O/E conversion)

RAU Remote bi-Direction Antenna Unit

TX Transmitter

RX Receiver

BBU Base Band Unit

RRU Remote Radio Unit

VSWR Voltage Standing Wave Ratio

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG PHỦ SÓNG DI ĐỘNG TRONG TÒA NHÀ

Tại sao phải có hệ thống phủ sóng di động trong tòa nhà

Cùng với sự phát triển của cơ sở hạ tầng, nhiều tòa nhà cao tầng được xây dựng đểlàm căn hộ, văn phòng những đường hầm xuyên núi, xuyên sông, tàu điện ngầm,nhà máy xí nghiệp được xây dựng Đã làm suy hao đến độ phủ sóng của các trạmBTS đến điện thoại các nhân sinh sống và làm việc tại những nơi này Làm cho chấtlượng cuộc gọi không được thông suốt, thường xuyên rớt cuộc gọi và mất sóng.Truy cập dữ liệu trên điện thoại trở nên chậm chạp và có lúc không thành công.Làm thiệt hại về kinh tế và chất lượng dịch vụ của nhà mạng viễn thông Vì vậy hệthống phú sóng di động trong tòa nhà được nguyên cứu và phát triển

Giới thiệu về hệ thống

Là hệ thống tăng cường sóng di động trong tòa nhà cao tầng là giải pháp dựng antenphân tán bị động nhằm nâng cao chất lượng sóng di động, chuyên dụng nhằm duytrì chất lượng cuộc gọi, truy cập dữ liệu của các thuê bao di động Trạm Micro BTSđược đặt tại phòng kỹ thuật của tòa nhà và các bộ bộ khuếch đại sẽ đươc đặt trêntrần hoặc lỗ thông tầng nhằm đảm bảo mọi nơi trong tòa nhà sóng di động luôn ởtrong trạng hái ổn định Hệ thống gồm 3 phần chính: nguồn tín hiệu, hệ thống phânphối tín hiệu và phần tử bức xạ

Bộ lặp

hoặc BTS

Nguồn tín hiệu

1.3.1 Nguồn tín hiệu sử dụng trạm outdoor

Đây là giải pháp đơn giản nhất để cung cấp vùng phủ cho các tòa nhà với tín hiệu từcác trạm macro bên ngoài tòa nhà Khi đó vùng phủ được cung cấp bằng cách:

- Tín hiệu sẽ thâm nhập vào tòa nhà từ bên ngoài Điều này chỉ thực hiện đượcđối với các tòa nhà có khoảng hở lớn đối với bên ngoài hoặc ít tường, cửa sổkim loại

- Đặt BTS trên các tòa nhà xung quanh và hướng anten tới tòa nhà cần phủ.Khi đó không cần đến hệ thống phân phối tín hiệu nữa và phần tử bức xạchính là anten của trạm BTS outdoor macro đó

Ưu điểm của giải pháp này là chi phí thấp, không mất nhiều thời gian trong triểnkhai, có thể phủ cả ngoài nhà và trong nhà Nhược điểm của giải pháp này là vùngphủ hạn chế, tốc độ bít thấp đối với các dịch vụ dữ liệu, dung lượng thấp và chấtlượng không thể đảm bảo ở một số nơi trong tòa nhà Tầng số càng cao thì suy hoacàng nhiều, vì vậy khó mở rộng vùng phủ sóng cho tòa đảm bảo tín hiệu tốt Để sử

lý vấn đề suy hao thì cần phải tăng công suất từ các trạm outdoor nhưng nhiễu sẽtăng Dẫn đến việc thiết kế gặp nhiều khó khăn trong khi quỹ tần số hạn hẹp

1.3.2 Nguồn tín hiệu sử dụng trạm indoor dành riêng

Phương pháp này đáp ứng được tăng thêm dung lượng cho những vùng trong nhàcần dung lượng cao nhưng phải đảm bảo rằng không làm ảnh hưởng đến chất lượngdịch vụ của trạm BTS outdoor macro

Ưu điểm giúp cho nguồn tín hiệu từ bên ngoài ổn định, mở rộng dung lượng hệthống dễ dàng, mức tín hiệu tốt

Nhược điểm có giá thành cao, đòi hỏi phải có cách bố trí tần số trên mỗi kênh mộtcách cụ thể

Hệ thống phân phối tín hiệu

Hình 1-2: Sơ đồ hệ thống anten phân phối cáp đồng trục thụ động

Trạm gốc dành riêng cho tòa nhà tín hiệu từng từ trạm gốc được phân phối qua hệthống tới các anten Đảm bảo vùng phủ sóng trong tòa nhà không ảnh hưởng đếncác trạm BTS outdoor macro

1.4.2 Hệ thống phân phối tích cực

Hình 1-3: Sơ đồ một hệ thống anten phân phối tích cực

Hệ thống này thường được sử dụng cho những khu vực phủ sóng trong nhà có diệntích rông lớn, mà hệ thống thụ động không đáp ứng được tiêu chí suy hao cho phép.Các kết nối ở khoảng cách xa phải sử dụng cáp quang, sự phân phối giữa một tầng

và các phần trong tòa nhà có thể dùng cáp xoán đôi

BTS

1.4.3 Hệ thống phân phối lai ghép

Hệ thống này là tối ưu nhất vì nó tạo thành bởi sự kết hợp của hệ thống tích cực và

hệ thống thụ động Nó đảm bảo chất lượng tín hiệu cho những khu vực phủ sóngtrong tòa nhà có quy mô lớn lại vừa tiết kiệm chi phí

Hình 1-4: Sơ đồ hệ thống phân phối lai ghép

1.5.2 Cáp rò

Cáp rò còn gọi là cáp tán xạ có đường độ đồng đều theo một trục chính nên thườngđược dùng cho các vùng phủ phục vụ kéo dài đặc biệt như: hành lang dài, xe điệnngầm, đường hầm… Phạm vi phủ sóng của cáp rò chỉ khoảng 6m nhưng lại có ưuđiểm hơn hẳn so với anten là hỗ trợ được dải tần số rộng từ 1Mhz- 2500Mhz

CHƯƠNG 2 NHỮNG THIẾT BỊ CẦN THIẾT ĐỂ THI CÔNG DỰ ÁN

Đầu nối : N Male

Loại thân : Vuông

Đầu nối : N Male

Suy hao phản xạ tại 824 – 960 MHz : ≤ -28.3 dB

Suy hao phản xạ tại 1710 – 2690 MHz : ≤ -26.5dB

Băng tần hoạt động : 876-2700 MHz hoặc rộng hơn

Hệ số suy giảm trích tín hiệu : 3dB

2.2.2 Bộ chia 3

Hình 2-5: Bộ chia 3

Nhiệt độ làm việc : (-55 )-( 80 )

Băng tần hoạt động : 876-2700 MHz hoặc rộng hơn

Hệ số suy giảm trích tín hiệu : 4.77dB

Băng tần hoạt động : 876-2700 MHz hoặc rộng hơn

Hệ số suy giảm trích tín hiệu : 6 dB

Suy hao chèn : < 0.5dB

Trở kháng : 50Ω

VSWR : <1.5

Công suất tối đa chuyển tải được : >200W

2.3 Directional coupler (Bộ ghép có hướng)

Directional coupler càng cao thì suy hao càng thấp

Directional coupler có 1 đầu vào, 1 đầu ra và 1 đầu rẽ nhánh: Công suất đầu rẽnhánh = công suất đầu vào - giá trị của directional coupler Còn đầu ra = đầu vào -suy hao của coupler nghĩa là sẽ xấp xỉ = đầu vào

Ví dụ: Dùng directional coupler 10dBm sẽ có suy hao của directional coupler là0.8dB, đầu vào là 40dBm thì đầu rẽ nhánh là 40 -10 = 30dBm, đầu ra là 40 - 0.8 =39,2 dBm

2.4 Cáp feeder

2.4.1 Cáp feeder 1/2

Hình 2-8: cáp feeder 1/2

Cáp có kích thước 1/2 inch ở giữa là 1 lõi đồng đặc Cấu tạo gồm 4 lớp: 1 lớp phản

xạ trong, 2 lớp vật liệu cách nhiệt, 3 lớp phản xạ ngoài, 4 lớp bảo vệ Cáp feeder 1/2được sử dụng nhiều ttrong hệ thống phủ sóng di động trong nhà, các trạm phủ sóngngoài trời truyền được 2G, 3G, 4G và cũng được dùng trong truyền hình và phátthanh Giảm suy hao và tăng khả năng chống nhiễu

Băng tần 500Mhz suy hao : 17.60dB/100m

Băng tần 8800Mhz suy hao: 24.60 dB/ 100m

2.4.2 Cáp feeder 7/8

Hình 2-9: cáp feeder 7/8

Cáp feeder 7/8 cấu tạo 4 lớp như cáp feeder 1/2 nhưng có lõi đồng rỗng chính giữa.Nhiệt độ làm việc : (-50 )-(85 )

Dải tần hoạt động : 1-5000 MHz

Trở kháng : 50 Ω

Công suất cực đại : 85 kW

Tốc độ truyền đạt : 90%

Băng tần 500Mhz suy hao : 9.28dB/100m

Cáp feeder 7/8 suy hao ít nên được dùng để truyền khoảng cách xa

2.5 Anten

Anten là các hệ thống cho phép truyền và nhận năng lượng trường điện từ

Anten có thể được xem như là các thiết bị dùng để truyền năng lượng trường điện từgiữa máy phát và máy thu mà không cần bất kỳ phương tiện truyền dẫn tạp trungnào như: cáp đồng, ống dẫn sóng hoặc sợi quang

Trong nhiều áp dụng, các anten có thể cạnh tranh với các phương tiện truyền dẫnkhác để phát chuyển tải năng lượng trường điện từ Thông thường suy hao trườngđiện từ trong các vật liệu sẽ tăng nhanh theo tần số Điều này được hiểu rằng, khitần số tăng thì việc dùng các phần dẫn sóng bằng vật liệu sẽ kém thuyết phục vàkém hiệu quả trong việc truyền tải năng lượng trường điện từ Do đó thực tế antenđược ưa chuộng hơn trong việc chuyển tải các trường điện từ ở tần số cao

2.5.1 Anten omni

Hình 2-10: Anten omni

Nhiệt độ làm việc : (-40 )-(60 )

2.6 Khối nguồn

Hình 2-13: Thiết bị phát sóng DBS3900 HUAWEI

BBU (Base Band Unit) và RRU (Remote Radio Unit) là cơ sở cho phép truy cập vôtuyến điện cho các mạng riêng lẻ, cung cấp dịch vụ xem video, truy cập dữ liệu vàtruyền dữ liệu

CHƯƠNG 3 CÔNG THỨC TÍNH TỔN HAO ĐƯỜNG TRUYỀN VÀ

CÔNG SUẤT ĐẦU RA TẠI ĐẦU NỐI ANTEN

3.1 Tổn hao đường truyền

3.1.1 Lan truyền trong không gian tự do

Lan truyền trong không gian tự do khi tín hiệu chỉ truyền trên một đường, không có

sự phản xạ cũng như sự che chắn đường truyền bởi vật thể Về mặt kỹ thuật, điềukiện để có lan truyền tự do là miền Fresnel thứ nhất không bị che chắn bởi vật thể

Ta có công thức:

d=

Với d: là bán kính miền Fresnel thứ nhất

�: là bước sóng của tín hiệu

3.1.2 Mô hình Motley và Keenan

Mô hình Motley và Keenan cho rằng tổn hao trung bình là một hàm của khoảngcách có thể được tính từ tổn hao không gian tự do và từ số các bức tường

Công thức tính toán

L(dB) = (dB) + k*F(k) + p*W(k) + D(d - )

Trong đó:

L: Tổn hao đường truyền (dB)

d: là khoảng cách từ máy phát đến máy thu (km)

k: số tầng mà sóng trực tiếp truyền qua.

F: hệ số tổn hao của tầng (dB)

p: số bức tường mà sóng trực tiếp truyền qua

W: hệ số tổn hao của tường (dB)

D: hệ số tổn hao tuyến tính (dB/m)

: điểm ngắt trong nhà (m)

: Suy hao lang truyền trong không gian tự do

Với W: thường được tính 7dB với bức tường mỏng, 10dB với các bức tường dàyđiểm ngắt điển hình 65m

D: hệ số tổn hao tuyến tính 0.2dB/m

Đây là công thức suy hao chỉ mang tính tương đối trong một mô hình tương đối vì

mô hình trong thực tế lại vô cùng phức tạp và có nhiều điều cần phải xét đến

3.1.3 Công suất đầu ra

Pout ≥ SSdes + L - Ga + Lf + Lps + LcPout: công suất đầu ra của tại đầu nối anten

L: suy hao đường truyền từ anten tới MS tại biên tế bào (mô hình truyền sóngKeenan Motley)

Ga: hệ số tăng ích của anten BTS, hệ số tăng ích của anten MS xem như là 0 dB.Lf: suy hao feeder

Lps: suy hao ở bộ chia công suất

Lc: suy hao trong các bộ mở rộng, kết hợp, bộ xong công, bộ phối hợp,…

Ssdes: cường độ tín hiệu thiết kế

Ssdes = EiRP – Lp

EiRP: công suất bức xạ đẳng hướng tương đương Là tổng công suất mà nó đượcbức xạ bởi anten vô hướng, cường độ bức xạ của nó bằng cường độ bức xạ cực đạicủa anten đang xem xét

EiRP = Pout – Lc – Lf + Ga

3.2 Hiệu suất anten.

Khi dùng kiểu phát, anten là một thiết bị để bức xạ năng lượng điện từ Một cách lýtưởng thì anten phát sẽ bức xạ toàn bộ công suất được hấp thụ tại các ngõ vào củachúng Trong thực tế, các sự mất mát điện và điện môi trên anten sẽ hạn chế điềunày Tổng công suất bức xạ bởi anten được ký hiệu và biểu diễn như một phần của

=eVới: e – là hiệu suất của anten

Hiển nhiên, sự sai biệt giữa và phải bằng công suất tiêu tán do biến thành nhiệt trênanten, hoặc:

= - = (1-e)

Để thuận tiện ta chia điện trở anten thành hai phần:

: điện trở bức xạ của anten

: điện trở tiêu hao của anten

Công suất tiêu tán trong , là và

Ta suy ra được: e = =

3.3 Độ lợi của anten.

Độ lợi của anten được định nghĩa tương tự:

G(θ, Φ) = Bởi vì = e, nên độ lợi và hệ số định hướng của một anten có quan hệ:

G(θ, Φ) = e D(θ, Φ)Cuối cùng, độ lớn cực đại của độ lợi thường được xem như độ lợi công suất, và được ký hiệu bởi G:

G =

= 10logD(θ, Φ) và = 10logG(θ, Φ)

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ LẮP ĐẶT VỊ TRÍ ANTEN TRÊN BẢN VẼ MẶT BẰNG TÒA NHÀ D ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG

4.1 Các thiết bị trên bản vẽ

Hình 4-1: Ký hiệu bộ chia 2

Hình 4-2: Ký hiệu bộ ghép có hướng

Hình 4-3: Ký hiệu bộ chia 3

Hình 4-4: Ký hiệu bộ chia 4

Hình 4-5: Ký hiệu anten log

Hình 4-6: Ký hiệu anten omni

Hình 4-7: Ký hiệu anten panel

Hình 4-8: Ký hiệu cáp feeder 7/8 và 1/2

4.2 Thiết kế lắp đặt anten

Hình 4-9: Bố trí anten tầng hầm

Hình 4-10: Bố trí anten tầng 1

Hình 4-11: Bố trí anten tầng 2 đến tầng 4

Hình 4-12: Bố trí anten tầng 5 đến tầng 6

Hình 4-13: Bố trí anten tầng 7 đến tầng 10

Hình 4-14: Bố trí anten tầng 11

4.3 Mô phỏng độ phủ sóng

Hình 4-15: Độ phủ sóng trên phầm mềm IBWave

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 5.1 Kết luận

5.1.1 Ưu điểm

Thiết kế hệ thống phủ sóng di động trong tòa nhà :

- Đáp ứng nhu cầu của người dùng mạng viễn thông, thông tin liên lạc đượckết nối thông suốt

- Tốc độ truy cập dư liệu 3G, 4G một cách nhanh nhất

- Khắc phục được sự rớt cuộc gọi

- Tăng doanh thu cho nhà mạng

- Chất lượng dịch vụ của nhà mạng sẽ được cải thiện

Hiện nay nhiều nhà cao tầng, văn phòng, căn hộ cao cấp được xây dựng rất nhiều

Hệ thống phủ sóng di động bằng thiết kế DAS là một giải pháp tối ưu nhất để đảmbảo chất lượng dịch vụ của các nhà mạng kết hợp với các trạm BTS

TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt:

[1] Vũ Đình Thành (2013), Lý thuyết cơ sở kỹ thuật siêu cao tần

[2] KS Đinh Thị Minh Nguyệt, “Giải pháp phủ sóng di động GSM trong các công trình đặc biệt”

[6] J D Parsons DSc(Eng), “The mobile radio propagation channel”, FREng, FIEE Emeritus Professor of Electrical Engineering University of Liverpool.UK, second edition, Chapter 7