Tài liệu Thiết kế tuyến vi ba số, chương 3 pdf

CHƯƠNG 3: 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: 4d 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 ———— 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: 15 dB:Sự khác nhau giữa mức thử Tone và mức thử tạp âm tải 1 dB : Sự khác nhau về mức công suất giữa bãng thông 4 KHz và băng thông 3,1KHz 4 dB : độ dự trữ trong đường cong của ytính đònh hướng anten . Fading vi sai được đầu vào tính toán khi mà sóng không mong muốn đi qua một đường truyền khác với đường truyền của sóng mong muốn hoặc khi tần số của sóng không mong muốn khác với của sóng mong muốn thậm chí nếu các đường truyền đều giống nhau. Thường thì, Fading vi sai từ 5 - 10 dB thường áp dụng cho tần số trên 1 GHz. Trong trường hợp của giao thoa giữa hai kênh Viba kế cận, sự chọn lựa máy thu sẽ quyết đònh sự cải tiến do tần số khác nhau. Khi sóng không mong muốn được phân cực thẳng đứng và sóng không mong muốn được phân cực ngang hoặc ngược lại thì tỉ số D/U có thể giảm xuống khoảng 15 dB ở tần số trên 1GHz. a. Sự méo dạng do lan truyền. Giao thoa vô tuyến gây ra bởi một sóng phản xạ nên được đưa vào tính toán khi mà sóng phản xạ không đủ nhỏ để có thể đi qua. Trong đường truyền có sóng phản xạ, sóng phản xạ được xem như là sóng không mong muốn và gây ra sự méo dạng truyền dẫn. Nó là một kiểu méo dạng trễ. Tạp âm méo dạng truyền sẽ khác lớn hơn trong hệ thống siêu đa hợp (Super Multiplexed System) với dung lượng lớn hơn 1800 kênh điện thoại. Tạp âm méo dạng do truyền dẫn được quyết đònh bởi tỉ số D/U, thời gian trễ do sự khác nhau về đường truyền và dung lượng kênh điện thoại của kênh Viba. Trong trường hợp này D là sóng trực tiếp U là sóng phản xạ. Vì thế tỉ số D/U tương đương với sự suy giảm hiệu dụng của sóng phản xạ. Hình 2-5-11 cho ta mối quan hệ giữa tạp âm méo dạng trễ và thời gian trễ (hoặc sự khác nhau về đường truyền ở các dung lượng kênh điện thoại khác nhau). Tạp âm méo dạng truyề dẫn tương đương với tạp âm méo dạng trễ làm tỉ số D/U âm. Ví dụ: giả đònh rằng sự suy giảm của sóng phản xạ bởi tính đònh tính của anten ở các trạm phát và thu tương ứng là 10 dB và 5 dB và sự suy giảm ở điểm phản xạ là 12 dB thì, sự suy giảm hiệu dụng của sóng phản xạ sẽ là 10 +5 +12 =27 dB Nó không phụ thuộc vào tỉ số D/U nếu thời gian trễ là 10 ns và nếu dung lượng của kênh điện thoại là 960 và độ lệch tần số ở mức thử Tone là 200 KHz thì tạp âm méo dạng trễ tìm được là -59 dB từ hình 2-5-11. Vì vậy, tạp âm méo dạng truyền dẫn được tính là: -59 dBm -27 dBm =-86 dBm =2.5 pw giá trò này cho thấy tạp âm không có trọng số ở kênh trên cùng của băng gốc. 4.Giao thoa vô tuyến với các hệ số khác. Giao thoa vô tuyến nên kiểm tra không chỉ trong hệ thống Viba thiết kế mà còn với các hệ thống Viba khác. Những phần sau đây có thể là nguyên nhân của sự giao thoa vô tuyến này. a.Giao thoa vô tuyến với hệ thống Viba khác. Khi các hệ thống Viba khác sử cùng băng tần với hệ thống Viba đang thiết kế trong khoảng vài trăn Km, mức của sóng không mong muốn từ các hệ thống đó nên được kiểm tra bởi tính đònh hướng của anten và các tổn thất lan truyền, để kiểm tra tỉ số D/U có đạt yêu cầu hay không. b.Giao thoa vô tuyến từ một Radar. Một công suất rất lớn thường được bức xạ từ một anten xoay của Radar và phổ tần số ngõ ra bao gồm rất nhiều tầng số tạp bởi vì sóng ngõ ra là các xung. Vì vậy giao thoa vô tuyến đến một hệ thống Viba có thể xảy ra do sự bức xạ tạp của Radar mặc dù tần số trung tâm của Radar khá xa so với hệ thống Viba. Trong hình 2-5-13 mức của tín hiệu mong muốn ở trạm B được tính là: D= P t -L f +G t -  d Trong đó: D: Mức của sóng mong muốn ở trạm B. P t : Công suất ngõ ra máy phát ở trạm A. L f :tổn thất hệ thống nuôi ở trạm A. G t :Độ lợi anten phát ở trạm A.  d : Tổn thất do truyền dẫn của sóng mong muốn (Từ trạm A đến Trạm B). Mức của sóng không mong muốn ở trạm B được tính là : U =P r -L s -L r +G r - d -D  Trong đó: U : Mức của tín hiệu không mong muốnở trạm B P r : công suất ngõ ra máy phát ở trạm Radar . L s : Độ suy giảm ở tần số tạp liên quan tới công suất tính hiệu Radar cơ bản . L r : Tổn thất hệ thống nuôi ở trạm Radar. G r :Độ lợi anten phát ở trạm radar .  d : Tổn thất lan truyền của sóng không mong muốn từ trạm Radar đến trạm B. D  :Độ suy giảm do tính đònh hướng anten ở một góc  ở trạm B. Tỉ số D/Ucó thể tính từ hai công thức ở trên .Đối với mạch điện thoại thường yêu cầu tỉ số D/U là 20 dB hoặc lớn hơn. Radar U  B D A Hình 2-5-13 :Giao thoa vôtuyến từ một Radar. c.Giao thoa vô tuyến với hệ thống liên lạc vệ tinh. Trong các hệ thống liên lạc vệ tinh, băng tần 6 GHz (5925MHz - 6425 MHz) được cho các máy phát (liên lạc lên) và băng 4GHz (3700 MHz -4200 MHz) cho các máy thu (liên lạc xuống) của các trạm mặt đất .Khi các trạm Viba mặt đất sử dụng chung băng tần với một hệ thống liên lạc vệ tinh và truyền qua gần mặt đất, cần phải kiểm tra giao thoa vô tuyến với hệ thống liên lạc vệ tinh . Như ở trong hình 2-5-13 các giao thoa vô tuyến giữa hệ thống liên lạc vệ tinh và hệ thống liên lạc Viba điểm nối điểm mặt đất có thể phân thành 4 trường hợp sau (liên quan đến các đường truyền A, B, C, D). Trong các đường truyền này các giao thoa từ hệ thống Viba mặt đất đến hệ thống liên lạc vệ tinh ví dụ như tuyến C và D có ảnh hưởng nhiều hơn các tuyến A vàB bởi vì mức tín hiệu nhân rất thấp ở trạm mặt đất và tính đònh hướng anten lớn của vệ tinh Như giao thoa C trong hình vẽ , tỉ số D/U ở trên mặt đất nên được kiểm trgiống như là giao thoa do kết nối F/B nhận đã đề cập trước đó, đưa vào tính toán sự suy giảm do tính đònh hướng của ten ở trạm mặt đất và trạm viba mặt đất. Như giao thoa D CCIR Rec 406-1 giới hạn công suất đưa đến anten của hệ thống liên lạc Viba điểm nối điểm mặt đất đến +13 dBw và EIRP (công suất bức xạ đẳng hướng tương đương) của máy phát bò giới hạn tới +55 dBw. Tuyến Viba điểm nối điểm mới nên được thiết kế sao cho trung tâm của búp sóng chính của mọi anten sẽ không được hướng thẳng ít hơn 2 0 từ qũi đạo đến vệ tinh. Như giao thoa B tỉ số D/U ở trạm Viba mặt đất nên được kiểm tra tương tự như C, sẽ không có vấn đề gì trong giao thoa A bởi vì mức tín hiệu nhận được ở mặt đất nhỏ hơn rất nhiều so với mức của sóng mong muốn nhận được ở trạmViba. RX TX TX RX Trạm mặt đất Đường truyền vô tuyến của sóng mong muốn Đường truyền vô tuyến của sóng không mong muốn. Hình 2-5-4: Giao thoa vô tuyến với liên lạc vệ tinh . 5.Xác suất tạp âm đột biến nháy: Trong hệ thống liên lạc Viba điểm nối điểm dài,ở điều kiện truyền dẫn bình thường thì tỉ số giữa tín hiệu vào và tạp âm nhiệt trên mỗi khoảng cách Viba thường được thiết kế vào khoảng 75 - 80 dB (không có trọng số). Vì vậy tạp âm đột biến nháy của 1.000.000 pw (S/N =30 dB) tương đương với Fading của 45 - 50 dB. Bằng sự phân tích xác suất thống kê của các kết qủa của nhiều thử nghiệm truyền dẫn, ta thấy dưới các trạng thái Fading sâu các mức tín hioệu nhận được ở các đường truyền Viba L/S được biểu diễn bởi phân bố Rayleigh. Ví dụ: Xác suất của mức tín hiệu thấp hơn mức tín hiệu đã cho x được biểu diễn bởi x/x 0 trong đó x 0 là mức tín hiệu dưới điều kiện không gian tự do bình thường, hoặc xác suất của công suất tạp âm vượt qua một giá trò đã cho N được biểu diễn bởi N 0 /N trong đó N 0 là công suất tạp âm trong điều kiện bình thường. Ví dụ: xác suất của Fading 40 dB vào khoảng 0,01%. Nói cách khác xác suất xảy ra Fading sâu P r được cho bởi công thức thực nghiệm sau đây: f P r =Q(  ) 1,2 d 3,5 4 Trong đó: P r :là xác suất xảy ra fading sâu Q:2.1*10 -9 cho các vùng đồi núi . 5.1*10 -9 cho mặt đất bằng phẳng . 1.9*10 -8 cho các vùng biển hoặc ven biển cách bờ 10 Km. f: tần số Viba (GHz) d: khoảng cách đường truyền (Km) Vì vậy xác suất của tạp âm đột biến nháy P được cho bởi : N 0 P=P r  N Tạp âm đột biến nháy trong một hệ thống Viba trong các mạch điện thoại quốc tế nên đạt các yêu cầu của CCIR Rec 393-1. Ví dụ : Trong các mạch tham chiếu lý thiết công suất tạp âm không nên vượt qua 1.000.000 pw không có trọng số (với thời gian tích hợp là 5 ms) cho hơn 0,01% của mọi tháng. Khi chọn vò trí, thủ tục kiểm tra xem hệ thống có đạt được tiêu chuẩn đã nêu ở trên hay không như sau (cho rằng tạp âm đột biến nháy ngắn hạn không xảy ra cùng lúc trên nhiều đường truyền Viba). Xác suất cho phép của tạp âm đột biến nháy vượt qúa 1.000.000 là. L 0,01%  (*) 2500 Trong đó : L: là tổng chiều dài của hệ thống Viba thiết kế (Km). Tổng các xác suất mà tạp âm đột biến nháy vượt qúa 1.000.00 pw cho mỗi tuyến Viba cho bởi. N 1 N 2 N 3 P 1  +P 2  +P 3  + (**) 10 6 10 6 10 6 Trong đó: P 1 ,P 2 ,P 3 , .:Xác suất xảy ra Fading sâu trên mỗi đường truyền . N 1 ,N 2 ,N 3 , .Công suất tạp âm nhiệt của mỗi đường truyền trong điều kiện không gian bình thường. Bằng cách so sánh giá trò có được từ biểu thức (**) với xác suất cho phép có được từ biểu thức (*). Hệ thống thiết kế có thể được kiểm tra về các yêu cầu xác suất tạp âm đột biến nháy . Xác suất tạp âm của đột biến nháy có thể loại trừ bởi một hệ số từ 1/3 đến 1/5 bằng cách áp dụng chuyển mạch kênh dự phòng tốc độ cao khi có tạp âm hoặc bởi hệ số 1/50 bằng cách áp dụng kỹ thuật phân tập không gian . . tuyến này. a.Giao thoa vô tuyến với hệ thống Viba khác. Khi các hệ thống Viba khác sử cùng băng tần với hệ thống Viba đang thiết kế trong khoảng vài trăn Km,. 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 vi c chuyển mạch kênh Viba Nếu mức của sóng