SVTH: Nguyễn Đình Hoành
Mục đích các tính toán chỉ tiêu chất lượng là nhằm xác định xác suất vượt các chỉ tiêu BER, bằng cách sử dụng các giá trị của các xác suất tìm ra trong các tính toán đường truyền.
Các mục tiêu tỉ lệ lỗi bit BER được sử dụng sao cho BER không được lớn hơn các giá trị sau:
+ 1.10-6 trong hơn 0,4.d/2500 % của tháng bất kỳ đối với thời gian hợp thành 1 phút, với 280km < d < 2500km.
+ 1.10-6 trong hơn 0,045 % của tháng bất kỳ đối với thời gian hợp thành 1 phút, với d < 280km.
+ 1.10-3 trong hơn 0,054.d / 2500 % của tháng bất kỳ đối với thời gian hợp thành 1 giây, với 280km < d < 2500km.
+ 1.10-3 trong hơn 0,006 % của tháng bất kỳ đối với thời gian hợp thành 1 giây, với d < 280km.
3.2.9 Đánh giá chất lượng tuyến và lắp đặt thiết bị đưa vào hoạt động
Đây là một bước được tiến hành sau khi đã tính toán được khả năng làm việc của tuyến và tính xong các tham số cần thiết để thiết lập tuyến có nghĩa là trên tính toán thiết kế thì tuyến đã hoạt động. Tuy nhiên vẫn còn nhiều vấn đề tồn tại sẽ tác động lên tuyến và có thể làm cho khả năng làm việc của tuyến không như mong muốn của người thiết kế.
Nói chung việc đánh giá chất lượng của tuyến là dựa vào các giá trị đã tính được ở các bước thiết kế trên.
Công việc cuối cùng là lắp đặt thiết bị đưa vào vận hành. Tiến hành cân chỉnh anten để thu được tin hiệu từ máy phát. Và đây cũng là lúc để đối chiếu giữa việc tính toán giữa thực tế và lý thuyết phù hợp với nhau hay không bằng việc đo thử các tín hiệu ở hai bên thu và phát .
3.3 Thiết kế tuyến từ TP. Vinh đến thị trấn Nam Đàn
3.3.1 Khảo sát vị trí đặt trạm tại TP. Vinh và thị trấn Nam Đàn
Việc chọn vị trí đặt trạm phải phù hợp về mặt kỹ thuật và tiện lợi trong việc xây dựng trung tâm giao dịch Bưu chính Viễn Thông. Dựa vào bản đồ của tỉnh Nghệ An xác định được vị trí đặt trạm tại:
SVTH: Nguyễn Đình Hoành
- TP. Vinh : Ta chọn điểm đặt trạm tại trung tâm viễn thông Nghệ An, trên đường Trường Thi, cạnh đường Trần Thủ Độ, Phường Trường Thi,Nghệ An có độ cao so với mực nước biển là 4 m, nằm trên đường Trần Phú, có kinh độ 18.668364 vĩ độ 105.691566.
Hình 3.5 Vị trí đặt trạm vi ba số tại Vinh
- Thị trấn Nam Đàn: có độ cao so với mực nước biển là 5 m, có kinh độ 18.696009 và vĩ độ 105.501709
Vị trí của trạm tại TT.Nam Đàn được xác định như trên bản đồ (Hình 3.6)
Hình 3.6. Vị trí trạm tại tt.Nam Đàn
SVTH: Nguyễn Đình Hoành
Khoảng cách của tuyến được thể hiện trên bản đồ địa hình (Hình 3.7)
Hình 3.7. Khoảng cách tuyến Vinh – TT.Nam Đàn
Địa hình tuyến từ Tp. Vinh - TT. Nam Đàn được mô tả trên bản đồ
Hình 3.8. Địa hình của tuyến TP. Vinh – TT. Nam Đàn
SVTH: Nguyễn Đình Hoành
Tuyến truyền dẫn từ TP. Vinh đến TT. Nam Đàn có độ dài 20 km. Tuyến có địa hình không chênh lệch nhiều so với nhau, dọc theo tuyến có:
- Nhiều nhà cửa, cây cối nhưng có độ cao không đáng kể
- Cách trạm TP. Vinh 9 km có ngọn đồi người ta gọi là Rú Mượu,Nam Giang – Nam Đàn – Nghệ an cao 20 m so với mực nước biển,chiều cao cây cối tại điểm ta xét là 5 m,có kinh độ 18.684626 và vĩ độ 105.596409 (Hình 3.9)
Hình 3.9. Vị trí của ngọn đồi tại vị trí C
3.3.2 Nghiên cứu dung lượng truyền dẫn và lựa chọn thiết bị
Để nghiên cứu dung lượng truyền dẫn cho tuyến TP. Vinh – TT.Nam Đàn ta cần phải khảo sát đặc điểm của hai vùng này.
TP. Vinh có diện tích 104,96 km2, dân số khoảng 435.208 người (theo thống kê năm 2010). Đây là trung tâm kinh tế, chính trị, xã hội lớn của tỉnh Nghệ An. Do vậy, nhu cầu sử dụng các dịch vụ viễn thông ở đây là rất lớn.
TT.Nam Đàn có diện tích 103,90km2, dân số khoảng 59.433 người (theo thống kê năm 2010). Đây là một trong những trung tâm kinh tế, chính trị của huyện Nam
SVTH: Nguyễn Đình Hoành
Đàn. Đặc biệt, ở đây có tiềm năng về phát triển du lịch. Do vậy, nhu cầu về các dịch vụ viễn thông đòi hỏi ngày càng cao.
Từ những phân tích trên tôi chọn dung lượng truyền dẫn cho tuyến TP.Vinh – TT.Nam Đàn là 8*2 Mb/s.
Căn cứ vào đặc điểm của tuyến truyền dẫn đã khảo sát được ở mục 3.3.1, các thiết bị vi ba số được giới thiệu ở chương 2 và dung lượng truyền dẫn như trên tôi lựa chọn thiết bị MINI – LINK (Ericson) với các thông số kỹ thuật như sau: - Tần số trung tâm: 7 GHz
- Công suất phát: + 28 dBm - Anten: 2,4 M với G = 42,5 dB - Ngưỡng thu: + BER 10-3 là -91 dBm
+ BER 10-6 là -87 dBm. - Ống dẫn sóng: WC có suy hao 0,1dB/m - Dung lượng truyền dẫn: 8*2 Mb/s - Mã đường truyền: HDB3
3.3.3 Vẽ mặt cắt của tuyến TP. Vinh – TT. Nam Đàn và tính toán các tham số của tuyến
Sau khi khảo sát vị trị đặt trạm và đặc điểm địa hình của tuyến truyền dẫn tôi tiến hành vẽ mặt cắt của tuyến. Mặt cắt của tuyến được mô tả như Hình 3.10.
Hình 3.10. Mặt cắt của tuyến TP. Vinh – TT.Nam Đàn
SVTH: Nguyễn Đình Hoành
Khi vẽ được mặt cắt của tuyến ta tiến hành tính toán các tham số của tuyến để xem tuyến hoạt động như thế nào và thiết kế như vậy có khả thi hay không. Sau đây là phần tính toán: - Độ lồi mặt đất: 1 2 4 4 11.9 ( ) 5,82( ) 4 51 51 3 d d E k m k = = = - Bán kính miền Fresnel thứ nhất: ( ) 1 2 1 11.9 17,32 17,32 14,56 20.7 d d F m df = = = Ta có: Khoảng hở an toàn
0,6×14,56 =8,74 (m). (8,74 (m) là khoảng cách đảm bảo miền Fresnel sạch). Như vậy miền Fresnel đảm bảo là miền Fresnel sạch.
- Độ cao của tia vô tuyến:
B = E(k) + (O + T) + F1C = 5,82 + ( 20 +5 ) + 14,56 = 45,38 (m) - Tính chọn chiều cao anten:
Chiều cao của anten tại trạm TP.Vinh được chọn là 35 m. Từ đây, ta tính được chiều cao của trạm thị trấn Nam Đàn như sau:
ha2 = h1 + ha1 + [B - (h1 + ha1)](d/d1) - h2 (m) ha2 = 4 + 35 + [ 45,38 – (4 + 35)]( 20/11) – 5
ha2 ≈ 46 (m)
Thực tế thì độ cao của anten được tính là: har1 = ha1 + Ph1
har2 = ha2 + Ph2
Trong đó: Ph1 là độ cao dự phòng của anten phát. Ph2 là độ cao dự phòng của anten thu. Chọn Ph1 = Ph2 = 1 (m)
Vậy: har1 = 35 + 1 = 36 (m) har2 = 46 + 1 = 47 (m)
- Tổn hao trong không gian tự do:
SVTH: Nguyễn Đình Hoành
Ls =92.5+20lg f +20lgd
Với f lả tần số cóng mang tính bằng GHz. d là độ dài tuyến.
=> Ls = 92,5 + 20lg7 + 20lg20 = 135,4 (dB) - Tổn hao phi đơ:
+ Tổn hao phi đơ ở phía phát: LTphd = 1,5 har1 . 0,1 + 0,3 (dB) LTphd = 1,5 . 36 . 0,1 + 0,3 (dB)
= 5,7 (dB)
+ Tổn hao phi đơ ở phía thu:
LRphd = 1,5 har2 . 0,1 + 0,3 (dB) LRphd = 1,5 . 47 . 0,1 + 0,3 (dB)
= 7,35 (dB)
Tổng tổn hao phi đơ: Lphd = LTphd + LRphd = 5,7 + 7,35 = 13,05 (dB)
+ Tổn hao rẽ nhánh: Đối với các thiết bị phát và thu sử dụng cho tuyến này thì tổn hao rẽ nhánh là 1,5 dB cho mỗi trạm tức là Lrnh = 3 dB cho toàn tuyến.
+ Tổn hao do hấp thụ khí quyển (bỏ qua hấp thụ khí quyển)
Đối với tuyến thiết kế với tần số trung tâm là 7 GHz độ dài đường truyền là 20 Km thì tổn thất do sự hấp thụ của khí quyển là Lsp0 = 0,2 dB/Km. Vậy tổn thất khí quyển của tuyến là :
Lsp = 20 . 0,2 = 4 (dB) + Tổn hao tổng cộng:
L = Ls + Lphd + Lrnh + Lsp = 135,4 + 13,05 + 3 + 4 = 155,45 (dB) + Tổng độ lợi của anten:
Đới với tuyến thiết kế thì độ lợi của mỗi anten là 42,5 dB. Như vậy tổng độ lợi là: G = GHT + GĐL = 42,5 + 42,5 = 85 (dB)
+ Công suất máy phát: Pt = +28 dBm
+ Công suất tại đầu vào máy thu: Pr = Pt + G – L
SVTH: Nguyễn Đình Hoành
= 28 (dBm) + 85 (dB) – 155,45 (dB) = -42,45 (dBm) + Mức ngưỡng máy thu:
BER 10-3: RXa = -91 (dBm) BER 10-6: RXb = -87 (dBm)
=> So sánh mức công suất vào máy thu với mức ngưỡng máy thu ta thấy mức công suất vào máy thu lớn hơn mức ngưỡng máy thu, do đó tuyến có hoạt động.
+ Độ dự trữ pha đinh: tương ứng với hai mức ngưỡng thu RXa và RXb là FMa và FMb
FMa = Pr – RXa = -42,45 – (-91) = 48,55 (dB) FMb = Pr – RXb = -42,45 – (-87) = 44,55 (dB) + Xác suất pha đinh phẳng nhiều tia (P0):
P0 = KQ. fB.dC với KQ = 1,4.10-8; B = 1; C = 3,5 P0 = 1,4.10-8.71.203,5 = 3,5.10-3
+ Xác suất đạt đến ngưỡng thu RXa và RXb là Pa và Pb:
Pa = 10 10 10 5 10 55 , 48 10 − 1,396. − − = = FMa Pb = 10 10 10 5 10 55 , 44 10 − 3,508. − − = = FMb
+ Khoảng thời gian pha đinh Ta và Tb ứng với FMa và FMb:
2 2 10 210 β α f C T a FM a = − (3.19) 2 2 10 . 210 β α f C T b FM b = − (3.20) Với C2 = 56,6.d; α2 = 0,5; β2 = -0,5 lấy theo khuyến nghị.
) ( 599 , 1 7 . 10 . 20 . 6 , 56 0,5.1048,55 0,5 s Ta = − − = Và tương tự : 56,6.20.10 10 .7 0,5 2,534( ) 55 , 44 . 5 , 0 s Tb = − − =
+ Xác suất pha đinh phẳng dài hơn 10 s và 60 s: P(Ta≥10)=P(10)=0,5 [1-erf(Za)] = 0,5 erfc(Za)
SVTH: Nguyễn Đình Hoành
P(Tb≥10)=P(10)=0,5 [1-erf(Zb)] = 0,5 erfc(Zb) Các giá trị Za và Zb được tính toán theo biểu thức: Za = 0,548 ln(10/Ta) = 0,548 ln(10/1,599) = 1,005 Zb = 0,548 ln(10/Tb) = 0,548 ln(10/2,534) = 0,752 Trong đó : erfc(t) = t e t dt ∫ − 0 2 2 π , dùng phương pháp tính gần đúng. ( ) 2 2 2 2 3 2 2 ( ) ( ) 1 ... ( 1) 2! 3! ! n t t t t e t n − ≈ + − + − + − + + − 4 6 3 5 7 2 0 2 2 erf (1 .... ) [t- + - +....+] 2 6 3 10 42 t t t t t t t dt π π ≈ +∫ − + − + + = + Ta có: erfc(10) ≈ 0,820998 erfc(60) ≈ 0,157299 P(Ta≥10)=P(10)=0,5 erfc(Za) = 0,5. 0,820998 . 1,005 = 0,413 P(Tb≥60)=P(60)=0,5 erfc(Zb) = 0,5 . 0,157299 . 0,752 = 0,059 + Xác suất BER ≥ 10-3 = P0.Pa = 3,5.10-3 . 1,396.10-5 = 4,886.10-8
+ Xác suất tuyến không thể sử dụng được do pha đinh phẳng: Pu = P0.Pa.P(10) = 4,886.10-8. 0,413 = 2,018.10-8 + Khả năng sử dụng tuyến (%):
Av = 100(1 – Pu) = 100(1 – 2,018.10-8) = 99,99999798 % + Xác suất tuyến có BER ≥ 10-6 = P0.Pb
= 3,5.10-3 . 3,508.10-5 = 12,278.10-8 + Xác suất tuyến có BER ≥ 10-6 trong 60 s:
= P0.Pb.P(60) = 12,278.10-8 . 0,059 = 7,244.10-9
+ Độ không sử dụng đường truyền cho phép (tuyến đường trục): Với L = d = 20 km < 600 km
Ta có: Pucf = 0,06.L/600 % =0,06.20/600 % = 0,002%
- Độ không sử dụng được của mạng nội hạt (giá trị cho phép) là 0,0325% (tại mỗi đầu cuối).
- Độ không sử dụng được (giá trị cho phép) của hành trình ngược là 0,0225%.
SVTH: Nguyễn Đình Hoành
Mục đích các tính toán chỉ tiêu chất lượng là nhằm xác định xác suất vượt các chỉ tiêu BER, bằng cách sử dụng các giá trị của các xác suất tìm ra trong các tính toán đường truyền.
Các mục tiêu tỉ lệ lỗi bit BER được sử dụng sao cho BER không được lớn hơn các giá trị sau:
+ 1.10-6 trong hơn 0,4.d/2500 % của tháng bất kỳ đối với thời gian hợp thành 1 phút, với 280km < d < 2500km.
+ 1.10-6 trong hơn 0,045 % của tháng bất kỳ đối với thời gian hợp thành 1 phút, với d < 280km.
+ 1.10-3 trong hơn 0,054.d / 2500 % của tháng bất kỳ đối với thời gian hợp thành 1 giây, với 280km < d < 2500km.
+ 1.10-3 trong hơn 0,006 % của tháng bất kỳ đối với thời gian hợp thành 1 giây, với d < 280km.
Đánh giá chất lượng tuyến:
Từ các thông số tính toán được ở trên ta thấy tuyến vi ba số từ TP. Vinh đến thị trấn Nam Đàn có thể thực thi với độ tin cậy sử dụng đáp ứng tốt cho nhu cầu sử dụng của bộ phận dân cư của cả hai vùng,đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về sử dụng dịch vụ truyền tin tốc độ cao .
3.4. Kết luận chương 3
Qua chương này đã trình bày về cơ sở lý thuyết thiết kế tuyến vi ba số rồi từ đó áp dụng vào thiết kế một tuyến vi ba số thực tế hoàn chỉnh phù hợp với nhu cầu truyền dẫn và có khả năng phục vụ cho vùng từ TP. Vinh đến thị trấn Nam Đàn thuộc huyện Nam Đàn.
SVTH: Nguyễn Đình Hoành
Sau khi tính toán ta có bảng tóm tắt các kết quả:
Bảng 2.6 Kết quả tính toán
Tần số làm việc f 7Ghz
Khoảng cách giữa 2 trạm d 20km
Độ cao của 2 trạm so với mực nước biển
• Trạm A: • Trạm B:
4m + 36m = 40m 5m + 47m = 52m Chiều cao của các tháp anten:
• Trạm A: • Trạm B:
36m 47m Độ cao lớn nhất của vật chắn trên
đường truyền 20m
Đường kính mỗi anten D 2,4m
Suy hao mỗi bộ lọc phân nhánh 1,5dB
Công suất phát Pt +28dBm
Ngưỡng thu của máy thu Pth -89dBm
Suy hao trong không gian tự do Ls 135,4dB Suy hao do ống dẫn sóng (feeder) Lf 13,05dB
Độ lợi của mỗi anten G 42,5dB
Tổng suy hao và tăng ích L 155,45dB
Công suất tại đầu vào của máy thu Pr -44,9dBm Mức ngưỡng máy thu:
• BER 10-3
• BER 10-6
RXa = -91 dBm RXb = -87 dBm Độ dự trữ pha đinh FMa
Độ dự trữ pha đinh FMb
48,5 dB 44,5 dB Xác suất pha đinh phẳng nhiều tia 3,5.10-3 • Xác suất đạt đến ngưỡng thu 1,396.10-5
SVTH: Nguyễn Đình Hoành
RXa
• Xác suất đạt đến ngưỡng thu
RXb 3,508.10
-5
• Khoảng thời gian pha đinh Ta • Khoảng thời gian pha đinh Tb
1,599s 2,534s • Xác suất pha đinh phẳng dài hơn
10s
• Xác suất pha đinh phẳng dài hơn 60s
0,413 0,059
Xác suất BER ≥ 10-3 4,886.10-8
Xác suất tuyến không sử dụng được do
pha đinh phẳng 2,018.10
-8
Khả năng sử dụng tuyến 99,99999798%
Xác suất BER ≥ 10-6 12,278.10-8
Xác suất tuyến có BER ≥ 10-6 trong 60s 7,244.10-8 Độ không sử dụng đường truyền cho
phép 0,002%
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
SVTH: Nguyễn Đình Hoành
các hệ thống truyền tin khác gặp sự cố do thiên tai thì hệ thống vi ba số là sự thay thế hữu hiệu.
Qua một thời gian thực hiện đề tài “Thiết kế tuyến vi ba số” này tôi đã có dịp áp dụng những kiến thức mà các thầy cô giáo đã truyền đạt trong những năm học vừa qua. Cũng qua đồ án này tôi đã học hỏi được nhiều kiến thức và kinh nghiệm quý báu về nghề nghiệp của mình trong tương lai. Đồng thời hiểu thêm về hệ thống vi ba số và quy trình thiết kế một tuyến vi ba số thực tế.
Do thời gian có hạn nên cuốn đồ án này vẫn chưa giải quyết được hết các vấn đề của thiết kế một tuyến vi ba số thực tế để có thể đưa vào sử dụng. Vì vậy, tôi rất mong được sự đóng góp ý kiến của tất cả mọi người để đề tài này được hoàn thiện hơn.
Một lần nữa em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo ThS. Nguyễn Đăng Thông và tất cả các thầy cô giáo trong khoa Điện tử cùng các bạn đã giúp đỡ tôi hoàn