4.1 Fading trong thông tin vô tuyến
Khái niệm về Fading
Fading là hiện tượng sai lạc tín hiệu thu một cách bất thường xảy ra đối với các hệ thống vô tuyến do tác động của môi trường truyền dẫn.
Nguyên nhân
1. Sự thăng giáng của tầng điện ly đối với hệ thống sóng ngắn
2. Sự hấp thụ gây bởi các phân tử khí, hơi nước, mưa, tuyết, sương mù… sự hấp thụ này phụ thuộc vào dải tần số công tác đặc biệt là dải tần số cao (>10GHz).
3. Sự khúc xạ gây bởi sự khơng đồng đều của mật độ khơng khí.
4. Sự phản xạ sóng từ bề mặt Trái Đất, đặc biệt trong trường hợp có bề
mặt nước và sự phản xạ sóng từ các bất đồng nhất trong khí quyển.
Đây cũng là một yếu tố dẫn đến sự truyền lan đa đường.
5. Sự phản xạ, tán xạ và nhiễu xạ từ các chướng ngại vật trên đường truyền lan sóng điện từ, gây nên các hiện tượng trải trễ và giao thoa tại điểm thu do tín hiệu nhận được là tổng của rất nhiều tín hiệu truyền theo nhiều đường. Hiện tượng này đặc biệt quan trọng trong thông tin di động.
4.2 Phân loại Fading Fading thẳng Fading chọn lọc tần số Fading nhanh Fading chậm 4.2.1 Fading thẳng
Là fading mà suy hao phụ thuộc vào tần số là không đáng kể, hầu như là hằng số với tồn bộ băng tần hiệu dụng của tín hiệu
Fading thẳng thường xảy ra đối với các hệ thống vơ thuyến có dung lượng nhỏ và vừa, do độ rộng băng tín hiệu khá nhỏ nên fading do truyền dẫn đa đường do mưa gần như là xem khơng có chọn lọn tần số. Fading thẳng gồm có 2 loại:
❖ Fading thẳng do truyền dẫn đa đường
❖ Fading thẳng do hấp thụ
4.2.2 Fading chọn lọc tần số
- Khơng tính được dự trữ như fading phẳng cho tồn băng tần - Phân tập khơng gian và thời gian
- Mạch san bằng thích nghi - Trải phổ tín hiệu
- Điều chế đa sóng mang
4.2.3 Fadinh nhanh
Hiệu ứng Doppler: sự chuyển động tương đối giữa máy phát và máy thu dẫn đến tần số thu bị dịch đi so với tần số phát tương ứng
Hiệu ứng đa đường gây biến đổi nhanh mức tín hiệu ở đầu thu
Khắc phục:
Tính tốn độ dự trữ fading nhanh sử dụng các mơ hình kênh, ví dụ mơ hình kênh Gauss, kênh Rayleigh, kênh Ricien, tương ứng với các môi trường truyền dẫn khác nhau.
4.2.4 Fadinh chậm
- Do ảnh hưởng của các vật cản trên đường
Khắc phục
Tính tốn độ dự trữ fading chậm: theo đường cong mật độ xác suất fading che khuất.
4.3 Line of Sight (LOS)
Là sự biến thiên của độ khúc xạ, nhiễn xạ, phản xạ, là nguyên nhân chủ yếu dẫn đến hiện tượng truyền dẫn đa đường mà kết quả của nó là tổn hao tín hiệu sóng.
4.4 Miền Fresnel
Miền fresnel là miền gồm các hinh elip đồng tâm xung quanh đường LOS.Các đối tượng trong miền fresnel như cây, đỉnh đồi, và các tịa nhà có
- Một số các sóng tín hiệu truyền đi trực tiếp dọc theo tuyến đường từ A đến B trong khi các sóng khác truyền đi lệch khỏi đường liên kết thẳng trên những tuyến đường lệch trục, dẫn đến tuyến truyền dẫn của chúng có một khoảng cách dài hơn gây ra sự dịch pha giữa các chùm sóng khác nhau. Bằng cách đưa ra các khái niệm được giải thích ở trên và áp dụng một số
tính tốn cho phát hiện rằng, có những vùng hình vịng elip nằm xung quanh đường liên kết AB trực tiếp mà có ảnh hưởng đến cường độ tín hiệu được truyền đến trạm nhận.
- Để tính tốn Vùng Fresnel cho mạng vơ tuyến của bạn, đầu tiên thiết lập các đường RF LoS (Line-of-Sight), là các đường liên kết theo phương diện sóng vơ tuyến trực tiếp, theo tầm nhìn thẳng giữa anten trạm phát và anten trạm thu (hoặc các trạm thu phát). Phương trình tổng qt để tính bán kính vùng Fresnel tại bất kỳ điểm P ở giữa các điểm đầu cuối của liên kết vơ tuyến có thể được chỉ ra bằng phương trình sau đây:
Trong đó:
• Bán kính vùng Fresnel thứ n (m)
• Khoảng cách của điểm P đến điểm A (m) • Khoảng cách của điểm P đến điểm B (m) • Bước sóng của tín hiệu (m)
- Bán kính của vùng Fresnel là tại giá trị cao nhất (khoảng cách lớn nhất) ngay tại điểm trung tâm RF LoS và đối với các ứng dụng thực tế của việc quy hoạch mạng vơ tuyến, nó thì hữu ích để biết bán kính tối đa của vùng Fresnel 1.
- Do đó, các khoảng cách giữa điểm A và B tới điểm P sẽ giống hệt nhau và bằng cách chuyển đổi các giá trị bước sóng sang tần số tín hiệu chúng ta có như sau:
λ=
= đó = =D
- Do đó, nếu các giá trị tần số và khoảng cách tổng cộng được chuyển đổi tương ứng thành GHz và km, phương trình cho bán kính tối đa của
4.5 Các nhân tố ảnh hưởng đến sự truyền lan sóng vơ tuyến
Suy hao khi truyền lan trong không gian tự do
Ảnh hưởng của pha ding và mưa
Sự can nhiễu của sóng vơ tuyến
Thơng thường nhiễu xảy ra khi có thành phần can nhiễu bên ngồi trộn lẫn vào sóng thơng tin. Sóng can nhiễu có thể trùng hoặc khơng trùng tần số với sóng thơng tin. Chẳng hạn hệ thống Viba số đang sử dụng bị ảnh hưởng bởi sự can nhiễu từ các hệ thống vi ba số lân cận nằm trong cùng khu vực, có tần số sóng vơ tuyến trùng hoặc gần bằng tần số của hệ thống này, ngồi ra nó cịn bị ảnh hưởng bởi các trạm mặt đất của các hệ thống thông tin vệ tinh lân cận.
Chương 5 : Quy trình thiết kế một hệ thống thông tin Viba
5.1 Tiêu chuẩn thiết kế về khoảng hở
Khoảng hở đường truyền F được định nghĩa là khoảng an tồn của đường truyền sóng được tính từ giới hạn của miền Fresnel thứ nhất tới điểm trên cùng của vật cản cao nhất. Như vậy thiết kế một tuyền viba số đảm bảo sao cho độ cao 2 anten vừa đủ ngay cả trong trường hợp độ lồi mặt đất xấu nhất và anten thu không đặt trong vùng nhiễu xạ
Khi này đường truyền trực tiếp giữa anten thu phát cần một khoảng hở thích hợp (F = αFi) trên vật chắn bất kì để đảm bảo được các điều kiện lan truyền trong khơng gian tự do. Do đó sử dụng báo cáo 338-5 của CCIR khuyến nghị thì ta cần tính tốn độ cao của anten trong trường hợp F = 60%Fi
Bước 1: Nghiên cứu dung lượng đòi hỏi Bước 2: Chọn băng tần vô tuyến để sử dụng Bước 3: Sắp xếp các kênh RF
Bước 4: Quyết định các tiêu chuẩn thực hiện Bước 5: Chọn vị trí và tính tốn đường truyền
5.2 Các bước hiết kế hệ thống viba BƯỚC 1
NGHIÊN CỨU DUNG LƯỢNG ĐÒI HỎI
Trong việc thiết kế một hệ thống thơng tin Viba, việc tìm hiểu kĩ về dung lượng cần thiết là rất quan trọng. Nó là nền tảng cho các quyết định quan trọng ở phần sau, vậy nên:
Phải chú ý đến dung lượng phát sẽ phát triển trong vòng 10 hoặc 15 năm tới cũng như dung lượng cần thiết ở hiện tại. Việc dự đoán này dựa vào các điểm sau:
- Dựa vào đặc điểm phát triển dân số.
- Đặc điểm vùng (thành phố, nông thôn, vùng nông nghiệp…) - Tỷ lệ phát triển của các hoạt động kinh tế.
- Tốc độ cải thiện điều kiện sống trong tương lai.
- Hệ thống phải được thiết kế để cho phép có thể nới rộng thêm trong tương lai
- BƯỚC 2
- CHỌN BĂNG TẦN SỐ VÔ TUYẾN SỬ DỤNG
Đối với các ứng dụng của kỹ thuật Viba, băng tầng hoạt động của nó nằm trong khoảng từ 1GHz đến 15GHz. Trong đó các tần số vô tuyến được cấp phát cho các dịch vụ xác định được qui định bởi các luật vô tuyến. Chúng ta quan tâm đến dải tần từ 5800MHz - 6425MHz và 7900MHz - 8100MHz. Luật vơ tuyến mơ tả luật cấm đốn của hệ thống trạm mặt đất sử dụng các băng tần số này, vì chúng chia băng tần với dịch vụ liên lạc vệ tinh. Trong trường hợp này công suất bức xạ hiệu
dụng của máy phát và anten trong hệ thống L/S không vượt quá 55 dBw hoặc công suất đưa đến anten không được vượt quá 13dBw.
Các yếu tố quan trọng trong việc gán định tần số bao gồm dung sai tần số và băng thông phát xạ. Luật vơ tuyến khơng có tiêu chuẩn bắt buộc về băng thơng. Tuy nhiên dung sai tần số của máy phát hoạt động trong vùng sóng Viba nên là 300*10-6 cho máy phát có cơng suất dưới 100W và 100*10-6 cho máy phát có cơng suất trên 100W.
Bảng 2.2.1. Các băng tần số cấp phát của FCC cho các hệ thống Viba số
BƯỚC 3
SẮP XẾP CÁC KÊNH RF
Sự sắp xếp các kênh RF là một phần rất quan trọng trong việc thiết kế hệ thống. Nó đặc biệt quan trọng cho các hệ thống vơ tuyến chuyển tiếp. Vì mức
Sắp xếp các kênh RF
Sự phân bố kênh được thể hiện như hình bên dưới
Trong đó:
ZS: các băng tầng phịng vệ ở các rìa băng
XS: khoảng cách cực tiểu giữa các băng tầng vô tuyến cạnh nhau YS: khoảng cách cực tiểu giữa tần số phát và thu
Bảng sau liệt kê sự giới thiệu của CCIR sự sắp xếp các kênh RF cho hệ vô tuyến chuyển tiếp cho mạch quốc tế:
BƯỚC 4
QUYẾT ĐỊNH TIÊU CHUẨN THỰC HIỆN
Các tiêu chuẩn kỹ thuật có thể phân loại như sau:
- Tiêu chuẩn hành chính.
- Mục tiêu thiết kế (cho các nhà thiết kế các thiết bị). - Mục tiêu thiết kế (cho các nhà thiết kế hệ thống). - Sự vận hành hay các mục tiêu bảo dưỡng
Các mục tiêu này có thể giống nhau hoặc khác nhau nhưng chúng có ít nhiều liên hệ với nhau.
Đầu tiên có những tiêu chuẩn cho tần số RF trong luật vô tuyến (Radio Regulations) được thiết lập bởi hiệp hội liên hệ quốc tế. Trong việc chọn băng tần số RF cũng như trong việc thiết kế các trạm vô tuyến mặt đất sử dụng cùng băng tần với hệ thống liên lạc vệ tinh, Ta xét đến những tiêu chuẩn này.
CHỌN VỊ TRÍ
Các thủ tục chọn vị trí được phân loại thành các bước sau. Phác họa một vài tuyến có thể thực hiện trên bản đồ.
CẤU HÌNH HỆ THỐNG
Dạng cơ bản của một hệ thống Viba điểm nối điểm có cấu hình đơn giản khơng dùng hệ thống dự phịng như sau:
BƯỚC 6
KẾ HOẠCH BẢO TRÌ
Độ tin cậy của một hệ thống có mối quan hệ mật thiết với cơng tác bảo trì hệ thống do đó cơng việc bảo trì trong thực tế cũng rất quan trọng. Cơng việc bảo trì được chia thành hai loại:
a/ Bảo trì định kỳ
Cơng việc bảo trì định kỳ cho hệ thống thường gồm các công việc sau: - Sơn và sửa lại tháp anten, từ 2-3 năm tiến hành sơn sửa lại tháp một lần để chống rỉ sét. - Kiểm tra hệ thống Feeder và các thiết bị mỗi năm một lần đặc biệt phải kiểm tra các bộ phận cơ khí của các thiết bị.
b/ Bảo trì sửa chữa khi có hư hỏng
Kế hoạch bảo trì khi có hư hỏng của các thiết bị thì phải tiến hành thay thế sửa chữa các thiết bị bị hư hỏng ở bất kỳ thời điểm nào, mục đích của loại bảo
trì này là làm cho hoạt động của tuyến được liên tục bảo đảm xác suất gián đoạn mạch là thấp nhất.
BƯỚC 7
CÁC TIÊU CHUẨN KỸ THUẬT 1. Tháp anten
Cấu trúc của tháp, nền tháp, sơn sửa và các phương tiện phục vụ (thang, đèn, Các đòi hỏi chung (chiều cao nhỏ nhất, khả năng gắn anten, loại tháp, độ bền).
2. Nguồn cung cấp
Trạng thái cơ bản và hoạt động của nguồn cung cấp là nguồn điện thương mại có sẵn ở cả hai trạm có sử dụng máy phát dự phịng có chuyển mạch tự động. Ngưõng điện áp làm việc là 220 Volts 5%AC. Nguồn AC phải được nắn lọc cho ra mức điện áp DC là 24V-48V cung cấp cho các thiết bị. Có sử dụng các bình ắc quy để cung cấp nguồn điện DC này.
70MHz cho các tần số vô tuyến lớn hơn 2 GHz. b/ Các điện áp ngõ ra và ngõ vào của tín hiệu IF Ngõ ra: 0.5 Vrms
Ngõ vào: 0.3Vrms
5. Băng gốc
Thực hiện truyền dẫn hai luồng tín hiệu số 2Mbit/s
6. Các kênh phục vụ
Các kênh phục vụ điện thoại nên có khả năng truyền băng tần từ 300Hz đến 3400Hz.
BƯỚC 8
ĐO THỬ HỆ THỐNG VIBA 1. Đo tại trạm
Để thực hiện đo các số liệu, ta cần chuẩn bị các thiết bị đo cần sử dụng để đo tại trạm, danh sách các thiết bị bao gồm:
- Đồng hồ đo vạn năng hiện số - Đồng hồ đo công suất siêu cao tần - Đầu công suất cho đồng hồ siêu cao tần - Bộ chuyển tiếp
- Máy phân tích phổ - Bộ suy giảm đồng trục
- Máy đếm tần số - Nguồn tín hiệu
- Bộ suy giảm biến đổi - Máy đo truyền dẫn - Bộ tạo sóng mẫu Digital - Bộ phát hiện lỗi Digital - Bộ phân tích biên độ tự động - Các bộ ghép đối ngẫu chính xác - Các bộ tách sóng
- Máy hiện sóng
KẾT LUẬN
Hệ thống vi ba số là hệ thống sử dụng sóng điện từ ở tần số cao để truyền dẫn thông tin số. Chất lượng và độ ổn định tuy không tốt như các hệ thống truyền dẫn dùng cáp kim loại hoặc cáp quang nhưng 1 tuyến vi ba rất tiện lợi để truyền dẫn ở những nơi có địa hình phức tạp, khó triển khai các hệ thống truyền dẫn bằng cáp,đặc biệt là khi các hệ thống truyền tin khác gặp sự cố do thiên tai thì hệ thống vi ba số là sự thay thế hữu hiệu.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Vệ tinh cơ bản https://danvienthong.blogspot.com/2011/11/e-cuong-on-tap-
viba-ve-tinh.html
[2] VIỄN THƠNG PRO https://vienthongpro.blogspot.com/2015/04/phan-tap-tan-
so-va-phan-tap-khong-gian.html
[3] Sóng viba là gì? Sóng viba có hại khơng? https://thietbikythuat.com.vn/song-
viba/
[4] Giáo trình Hệ thống viễn thơng 2_Phần 2 - ĐH Giao thông vận tải TP.HCM [5] Kĩ thuật viba số https://www.slideshare.net/hiepgaf/ky-thuat-viba-so-hoang-