CHUYÊN đề VIỄN THÔNG TIÊN TIẾN xây DỰNG bài TOÁN THIẾT kế TUYẾN TRUYỀN dẫn VIBA số THEO MẠNG TRUYỀN dẫn điểm điểm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GỊN KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG CHUN ĐỀ VIỄN THƠNG TIÊN TIẾN XÂY DỰNG BÀI TỐN THIẾT KẾ TUYẾN TRUYỀN DẪN VIBA SỐ THEO MẠNG TRUYỀN DẪN ĐIỂM ĐIỂM GVHD: Ths HỒ VĂN CỪU SVTH: Đoàn Đình Bách Nhật - 3116500032 Tp HCM ,Tháng 06 năm 2020 CHUN ĐỀ VIỄN THƠNG TIÊN TIẾN Nội dung •CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VIBA SỐ •CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÍ THUYẾT VỀ TUYẾN TRUYỀN DẪN VIBA SỐ •CHƯƠNG III TỔNG QUAN VỀ CẤU HÌNH MẠNG ĐIỂM ,ĐIỂM •CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ TUYẾN TRUYỀN DẪN VIBA SỐ THEO CẤU HÌNH MẠNG ĐIỂM ĐIỂM •KẾT LUẬN CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VIBA SỐ Khái niệm • Vi ba có nghĩa sóng điện từ có bước sóng cực ngắn Hệ thống vi ba số hệ thống thông tin vô tuyến số sử dụng đường truyền dẫn số phần tử khác mạng vô tuyến Từ vi ba sử dụng chung cho hệ thống vệ tinh, di động hay vô tuyến tiếp sức mặt đất, song nước ta từ vi ba sử dụng từ trước để hệ thống vô tuyến tiếp sức • Thông tin vi ba phương tiện truyền dẫn chủ yếu bên cạnh thông tin quang thông tin vệ tinh Đây mạng thơng tin vơ tuyến sử dụng sóng vơ tuyến có tần số từ GHz đến 30 GHz khoảng không gian làm môi trường truyền dẫn CHƯƠNG 1: TỞNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VIBA SỐ Hình 1.1 Mơ Hình Hệ Thống Thơng Tin Vơ Tuyến CHƯƠNG 1: TỞNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VIBA SỐ Tóm tắt trình phát triển viba số • Thơng tin sóng cực ngắn hai điểm bắt đầu xuất vào năm 30 kỷ XX, nhiên lúc khó khăn mặt kỹ thuật nên làm việc dải sóng mét ưu điểm thông tin siêu cao tần chưa phát huy • Năm 1935 đường thông tin vô tuyến tần số thành lập New York Philadenphia chuyển tiếp qua địa điểm truyền kênh thoại Sau chiến tranh giới thứ hai thông tin vô tuyến tần số phát triển bùng nổ Hệ thống vi ba số bắt đầu hình thành vào năm 50 phát triển mạnh mẽ với phát triển kỹ thuật viễn thông • Tại Việt Nam, hệ thống thông tin vi ba lắp đặt RVG-950 vào cuối tháng năm 1969 Đầu năm 1988 hệ thống vi ba số AWA đưa vào nước ta Đến năm 1990 hệ thống thiết bị vi ba số, vi ba nhiều kênh thay hoàn toàn hệ thống RVG-950 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VIBA SỐ Hệ thống viba số • 3.1 Mơ hình hệ thống viba số Hình 1.2 Mơ hình hệ thống vi ba số CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VIBA SỐ Một hệ thống vi ba số bao gồm loạt khối xử lý tín hiệu Chức khối sau: • - Khối ADC: biến đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số • - Bộ ghép số: tập hợp tín hiệu số từ nguồn khác thành tín hiệu băng tần gốc • - Máy phát: xử lý tín hiệu băng tần gốc để đưa tới anten phát để xạ có khơng gian • - Máy thu: thu tín hiệu băng gốc từ kênh thông tin đường truyền vô tuyến • - Khối DAC: biến đổi tín hiệu số thành tín hiệu tương tự • - Bộ tách số: xử lý tín hiệu băng gốc tách chúng thành nguồn số tương ứng CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VIBA SỐ 3.2 Đặc điểm ứng dụng hệ thống vi ba số • - Hệ thống vi ba số hoạt động theo nguyên tắc tia nhìn thẳng; • - Chịu tác động tượng suy hao đường truyền, tổn hao mưa, vật chắn • - Với hệ thống dung lượng thấp chịu ảnh hưởng pha đinh phẳng, hệ thống dung lượng cao chịu ảnh hưởng pha đinh chọn lọc tần số • - Hệ thống vi ba số sử dụng làm: • + Các đường trung kế số nối tổng đài số; • + Các đường truyền dẫn nối tổng đài đến tổng đài vệ tinh; • + Các đường truyền dẫn nối thuê bao với tổng đài tổng đài vệ tinh; • + Các tập trung thuê bao vô tuyến; • + Các đường truyền dẫn hệ thống thông tin di động để kết nối máy di động với mạng viễn thơng • Các hệ thống truyền dẫn vi ba số phần tử quan trọng mạng viễn thông, tầm quan trọng ngày khẳng định công nghệ thông tin vô tuyến thông tin di động đưa vào sử dụng rộng rãi mạng viễn thông CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VIBA SỐ PHÂN LOẠI HỆ THỐNG VIBA SỐ Dựa vào tín hiệu truyền dẫn mà hệ thống vi ba chia làm hai loại hệ thống vi ba số hệ thống vi ba tương tự Dựa vào tốc độ bít tín hiệu PCM cần truyền, ta phân loại hệ thống vi ba số sau: - Vi ba số băng hẹp (tốc độ thấp): dùng để truyền tín hiệu có tốc độ 2Mbit/s, Mbit/s Mbit/s, tương ứng với dung lượng kênh thoại 30 kênh, 60 kênh 120 kênh Tần số sóng vơ tuyến (0,4 - 1,5)GHz; - Vi ba số băng trung bình (tốc độ trung bình): dùng để truyền tín hiệu có tốc độ từ (8-34) Mbit/s, tương ứng với dung lượng kênh thoại 120 đến 480 kênh Tần số sóng vơ tuyến (2 - 6)GHz; - Vi ba số băng rộng (tốc độ cao): dùng để truyền tín hiệu có tốc độ từ (34-140) Mbit/s, tương ứng với dung lượng kênh thoại 480 đến 1920 kênh Tần số sóng vơ tuyến 4, 6, 8, 12GHz CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VIBA SỐ CÁC MẠNG VIBA SỐ 5.1 Mạng vi ba số điểm nối điểm • Mơ hình hệ thống vi ba số điểm nối điểm: Hình 1.2 Hệ thống vi ba số điểm nối điểm Chương THIẾT KẾ TUYẾN TRUYỀN DẪN VI BA SỐ THEO MẠNG TRUYỀN DẪN ĐIỂM,ĐIỂM 4.2.2 Nghiê n u dung lượ ng yê u cầ u Trướ c thiế t kế bấ t kỳ mộ t tuyế n thô ng tin nà o ta phả i nghiê n u dung lượ ng truyề n trê n tuyế n Vi ba cũ ng vậ y, ta phả i nghiê n u dung lượ ng củ a mộ t cá ch phù hợ p Nế u chọ n dung lượ ng truyền lớ n gâ y lã ng phi khơ ng có tính kinh tế Việ c nghiê n u dung lượ ng nà y dự a trê n mộ t số điể m : + Đặ c điể m phá t triể n dâ n số cá c khu vự c mà tuyế n vi ba truyề n đế n + Đặ c điể m củ a vù ng nh phố , nô ng thô n, vù ng nô ng nghiệ p… + Tỷ lệ phá t triể n củ a cá c hoạ t độ ng kinh tế ; + Tố c độ i thiệ n điề u kiệ n số ng tương lai… Dự a o mộ t số điể m trê n dự n dung lượ ng hiệ n tạ i cầ n truyề n trê n tuyế n dung lượ ng phá t triể n vò ng 10 đế n 15 nă m tớ i Đặ c biệ t hệ thố ng đượ c thiế t kế cho phé p mở rộ ng thê m tương lai Chương THIẾT KẾ TUYẾN TRUYỀN DẪN VI BA SỐ THEO MẠNG TRUYỀN DẪN ĐIỂM,ĐIỂM 4.2.3 Chọ n tần số m việc Cô ng việc nà y liên quan đến việc chọ n thiết bị cho tuyến liên quan đến tầ n số só ng vơ tuyến củ a hệ thố ng lâ n cậ n Việc chọ n lự a tần số phả i trá nh can nhiễu vớ i cá c tầ n số c tồ n tạ i xung quanh khu vự c, xem xét bố trí việc phâ n cự c anten cho hợ p lý Khi sử dụ ng thiết bị giá trị tiêu chuẩn đượ c chọ n theo khuyến nghị củ a CCIR Chương THIẾT KẾ TUYẾN TRUYỀN DẪN VI BA SỐ THEO MẠNG TRUYỀN DẪN ĐIỂM,ĐIỂM 4.2.4 Xá c định bá n kính miề n Fresnel thứ nhấ t Miề n Fresnel thứ nhấ t miề n khơ ng gian hình elip từ anten phá t đế n anten thu vâ y xung quang tia trự c tiế p Đườ ng biê n củ a miề n Fresnel thứ nhấ t tạ o nê n quỹ tích cho bấ t kỳ tín hiệ u nà o đế n anten thu qua đườ ng nà y dà i so vớ i đườ ng trự c tiế p mộ t nử a bướ c só ng (/2) củ a tầ n số só ng mang Nế u tồ n tạ i mộ t vậ t n rìa củ a miề n Fresnel thứ nhấ t só ng phả n xạ m suy giả m só ng trự c tiế p, mứ c độ suy giả m tuỳ thuộ c biê n độ củ a só ng phả n xạ Do việ c tính tố n đố i vớ i miề n Fresnel thứ nhấ t đị i hỏ i có tính xá c để việ c thô ng tin giữ a hai trạ m khô ng bị ả nh hưở ng đá ng kể bở i só ng phả n xạ nà y Bá n kính củ a miề n Fresnel thứ nhấ t (F1) đượ c xá c định theo cô ng thứ c sau: d1 d   17,32 d F1   v f d1 d df [m] (3.3) [m] Trong : d1, d2 [km] lầ n lượ t khoả ng cá ch từ trạ m A trạ m B đế n điể m bá n kính miề n Fresnel đượ c tính tố n d [km] khoả ng cá ch giữ a hai trạ m, d = d1 + d2 f tầ n số só ng mang [GHz] Chương THIẾT KẾ TUYẾN TRUYỀN DẪN VI BA SỐ THEO MẠNG TRUYỀN DẪN ĐIỂM,ĐIỂM 4.2.5 Tính chọ n chiề u cao củ a thá p anten Để tính độ cao củ a thá p anten trướ c tiê n phả i xá c định đượ c độ cao củ a tia vô tuyế n truyề n giữ a hai trạ m Trê n sở củ a độ cao tia có để tính độ cao tố i thiể u củ a thá p anten để thu đượ c tín hiệ u Việ c tính tố n độ cao củ a tia vô tuyế n cũ ng phả i dù ng đế n sơ đồ mặ t cắ t nghiê ng đườ ng truyề n nố i hai trạ m có xé t đế n độ cao củ a vậ t chắ n (O), độ cao củ a câ y cố i (T) giữ a tuyế n bá n kính củ a miề n Fresnel thứ nhấ t (F1) Biể u thứ c xá c định độ cao củ a tia vô tuyế n sau :   d1 d    51    O  T   17,32C B = E(k) + (O + T) + C.F1 = k d1d df [m] (3.4) Trong : d, d1, d2, f đượ c dù ng cô ng thứ c (3.2) k hệ số bá n kính củ a đấ t, k = 4/3 C hệ số hở , C = Thơ ng thườ ng độ cao củ a tia B đượ c tính tố n tạ i điể m có mộ t vậ t chắ n cao nhấ t nằ m giữ a tuyế n Cá c độ cao củ a câ y cố i vậ t chắ n giữ a tuyế n đượ c xá c định từ bướ c khả o sá t đườ ng truyề n Hình 3.3 biể u diễ n mặ t cắ t đườ ng truyề n củ a tuyế n cù ng vớ i cá c vậ t chắ n giữ a tuyế n có xé t đế n miề n Fresnel thứ nhấ t Sau có đượ c độ cao tuyế n, ta tính độ cao củ a anten để m hở mộ t vậ t chắ n nằ m giữ a tuyế n (tứ c khô ng gâ y nhiễ u đế n đườ ng truyề n vô tuyế n) Chương THIẾT KẾ TUYẾN TRUYỀN DẪN VI BA SỐ THEO MẠNG TRUYỀN DẪN ĐIỂM,ĐIỂM 4.2.6 Tính tố n cá c tham số củ a tuyế n Cá c tham số đượ c sử dụ ng tính tố n đườ ng truyề n như: Mứ c suy hao khô ng gian tự do, cô ng suấ t phá t, ngưỡ ng thu, cá c suy hao thiế t bị có vai trò quan trọ ng để xem xét tuyế n hoạ t độ ng đượ c hay khơ ng hoạ t độ ng mứ c tín hiệu - Tổn hao không gian tự Tổ n hao khô ng gian tự (A0) tổ n hao lớ n nhấ t cầ n phả i đượ c xem xé t trướ c tiê n Đâ y tổ n hao só ng vô tuyế n lan truyề n từ trạ m nà y đế n trạ m mô i trườ ng khơ ng gian đượ c tính theo biể u thứ c sau: A0 = 20lg 4d  = 20lg 4df c A0 = 92,5 + 20lg (f) + 20 lg (d) [dB] Trong :   c f f tầ n số só ng mang tính bằ ng [GHz] d độ dà i tuyế n [km] (3.9) (3.10) Chương THIẾT KẾ TUYẾN TRUYỀN DẪN VI BA SỐ THEO MẠNG TRUYỀN DẪN ĐIỂM,ĐIỂM - Tổn hao phi Đâ y tổ n hao thiế t bị (ố ng dẫ n só ng) để truyề n dẫ n só ng giữ a an ten má y phá t/ má y thu Khi tính tố n suy hao nà y phả i că n o mứ c suy hao chuẩ n đượ c cho trướ c bở i nhà cung cấ p thiế t bị Chẳ ng hạ n vớ i phi sử dụ ng loạ i WC 109 có mứ c tiê u hao chuẩ n 4,5dB/100m cộ ng vớ i 0,3dB suy hao củ a vò ng trò n để chuyể n tiế p ố ng dẫ n só ng tổ n hao phi má y phá t (LTphd) má y thu (LRphd) đượ c tính sau: LTphd = 1,5har1.0,045 + 0,3 [dB] (3.11) LRphd = 1,5har2.0,045 + 0,3 [dB] (3.12) Trong : har1 har2 độ cao củ a cá c anten đượ c tính tố n lượ ng dự phò ng - Tổn hao rẽ nhánh Tổ ng tổ n hao rẽ đượ c coi cá c tổ n hao cá c lọ c RF (má y phá t má y thu) cá c lọ c xoay vò ng cá c lọ c RF bê n ngồ i ,chú ng cho phé p mộ t hệ thố ng song cô ng sử dụ ng mộ t anten cho cá c mụ c đích thu phá t hoặ c mộ t i hệ thố ng cù ng nố i đế n mộ t anten Tổ n hao rẽ nhá nh xả y tạ i phâ n nhá nh thu phá t, tổ n hao nà y cũ ng đượ c cho bở i nhà cung cấ p thiế t bị Mứ c tổ n hao nà y thườ ng khoả ng (2  8) dB Chương THIẾT KẾ TUYẾN TRUYỀN DẪN VI BA SỐ THEO MẠNG TRUYỀN DẪN ĐIỂM,ĐIỂM - Tổn hao hấp thụ khí Cá c nh phầ n khí quyể n gâ y cá c tổ n hao mà mứ c độ củ a thay đổ i theo điề u kiệ n thờ i tiế t, thay đổ i theo mù a, theo tầ n số sử dụ ng Khi tính tố n mứ c suy hao nà y ta dự a theo cá c tiê u đượ c khuyế n nghị cá c nướ c châ u  u chẳ ng hạ n đố i vớ i hệ thố ng thiế t bị vơ tuyế n 18, 23 38GHz mứ c suy hao chuẩ n Lsp0 đượ c cho khuyế n nghị o khoả ng 0,04 dB/km  0,19 dB/km 0,9 dB/m, tổ n hao cho tuyế n truyề n dẫ n đượ c xá c định : Lsp = Lsp 0.d [dB] (3.13) Vớ i d khoả ng cá ch củ a tuyế n tính bằ ng km Phương trình câ n bằ ng ng suấ t tính toá n đườ ng truyề n: Pr = Pt + G - At [dB] (3.14) Trong : Pt cô ng suấ t phá t At: Tổ n hao tổ ng At = tổ n hao khô ng gian tự + tổ n hao phi + tổ n hao rẽ nhá nh + tổ n hao hấ p thụ khí quyể n G: Tổ ng cá c độ lợ i G = Độ lợ i củ a an ten A + độ lợ i củ a an ten B Pr: Cô ng suấ t tạ i đầ u o má y thu Pr tham số quan trọ ng thiế t kế đườ ng truyề n vi ba, tham số nà y mộ t tiê u quyế t định xem tuyế n có hoạ t độ ng đượ c hay khơ ng đem so sá nh vớ i mứ c ngưỡ ng thu củ a má y thu Chương THIẾT KẾ TUYẾN TRUYỀN DẪN VI BA SỐ THEO MẠNG TRUYỀN DẪN ĐIỂM,ĐIỂM 4.2.7 Tính tố n cá c tham số chấ t lượ ng củ a tuyế n Vì chấ t lượ ng đườ ng truyề n đượ c đá nh giá dự a trê n tỷ số BER; cá c tỷ số BER c cho mộ t mứ c ngưỡ ng tương ứ ng cũ ng có độ dự trữ pha đinh c Cá c tỷ số BER thườ ng đượ c sử dụ ng vi ba số : BER = 10-3 BER = 10-6 tương ứ ng vớ i hai mứ c ngưỡ ng RXa RXb - Độ dự trữ pha đinh ứ ng vớ i RXa RXb FMa FMb đượ c tính theo biểu thứ c: FMa = Pr - RXa vớ i BER = 10-3 FMb = Pr - RXb vớ i BER = 10-6 (3.15) (3.16) - Xác xuất pha dinh phẳng nhiều tia (P 0) mộ t hệ số thể hiệ n khả nă ng xuấ t hiệ n pha dinh nhiề u tia đượ c đá nh gia theo cô ng thứ c sau: P0 = KQ fB dc (3.17) Trong KQ = 1, 10-8 ; B = ; C = 3,5 cá c tham số liê n quan đế n điề u kiệ n truyề n lan khí hậ u địa hình củ a só ng vơ tuyế n cá c giá trị đượ c sử dụ ng theo khuyế n nghị củ a CCIR Chương THIẾT KẾ TUYẾN TRUYỀN DẪN VI BA SỐ THEO MẠNG TRUYỀN DẪN ĐIỂM,ĐIỂM Xác suất đạt đến ngưỡng thu RXa,và RXb Gọ i Pa, Pb xá c suấ t đạ t tớ i cá c giá trị ngưỡ ng thu tương ứ ng RXa RXb đượ c tính sau: Pa =10  FM a Pb  10 10  FM b 10 (3.18) Vớ i FMa FMb độ dự trữ pha dinh ứ ng vớ i cá c tỷ số BER = 10-3, BER = 10-6 đượ c tính tố n trê n - Khoảng thời gian pha dinh Ta Tb cá c giá trị đặ c trưng cho cá c khoả ng thờ i gian tồ n tạ i pha đinh cũ ng ứ ng vớ i FMa, FMb đượ c tính theo ng thứ c: Ta  C 10 Tb  C 10   FM a    10     FM b    10   f f 2 (3.19) 2 Vớ i C2 = 56,6.d; 2 = 0,5; 2 = -0,5 lấ y theo khuyế n nghị (3.20) Chương THIẾT KẾ TUYẾN TRUYỀN DẪN VI BA SỐ THEO MẠNG TRUYỀN DẪN ĐIỂM,ĐIỂM - Xác suất mạch trở nên sử dụng pha dinh phẳng khoảng thời gian lớn 60s Pu(60) xá c suấ t mạ ch có BER > 10-6 khoả ng thờ i gian lớ n 60s tứ c mạ ch trở nê n khô ng sử dụ ng đượ c đượ c tính theo Pu(60) = P0 Pb P(60) (3.27) - Khả sử dụng tuyến Khả nă ng sử dụ ng tuyế n đượ c biể u thị bằ ng phầ n tră m đượ c xá c định theo Pu(60) sau: Av = 100(1 - Pu(60)) (3.28) Như vậ y n cá c tham số tính cho đườ ng truyề n cũ ng cá c tham số để đá nh giá chấ t lượ ng tuyế n đượ c sử dụ ng để ngườ i thiế t kế đưa cá c quyế t định khả nă ng m việ c củ a tuyế n, để tính xem tuyế n có đủ cong suấ t cung cấ p cho má y thu hay khơ ng Ngồ i cũ ng dự a o cá c tham số nà y để hiệ u chỉnh lạ i cô ng suấ t má y phá t, định dù ng cá c biệ n phá p phâ n tậ p Chương THIẾT KẾ TUYẾN TRUYỀN DẪN VI BA SỐ THEO MẠNG TRUYỀN DẪN ĐIỂM,ĐIỂM 4.2.8 Cá c tiê u kỹ thuậ t đá nh giá chấ t lượ ng tuyế n Ba tiê u chủ yế u để đá nh giá chấ t lượ ng tuyế n : - Độ khô ng sử dụ ng đườ ng cho phé p (đố i vớ i đườ ng trụ c): Pucf = 0,06L/600 % vớ i L