Đề tài Hệ thống vi ba số

không gian tự do. Khoảng không mà trong đó các sóng vô tuyến truyền lan không bị cản trở được gọi là không gian tự do. Mức suy hao của sóng vô tuyến được phát đi từ anten trong không gian tự do tỷ lệ với bình phương khoảng cách. Mức suy hao này được gọi là suy hao khí quyển lan trong trong không gian tự do. Nó tỷ lệ nghich với độ dài bước sóng. (1.1) Pr = Công suất tín hiệu tại Anten thu l = Bước sóng của sóng điện từ Pt = Công suất tín hiệu tại Anten phát d = Khoảng cách giữa 2 anten c = Vận tốc ánh sáng (≈ 3 x 108 m/s) Trong đó d và l được đo cùng đơn vị (ví dụ: met) Suy hao trong không gian tự do (1.2) Nếu khoảng cách tính theo Km, tần số tính theo GHz thì suy hao trong không gian tự do tính theo dB là: (1.3) b. Suy hao do ảnh hưởng của Fading. Trong thông tin vô tuyến, khi sóng vô tuyến truyền lan trong khí quyển và không gian, nó chịu tác động của khí quyển hoặc tầng điện ly. Hiện tượng cường độ điện trường tại điểm thu thay đổi theo thời gian do một số nguyên nhân trong không gian truyền lan của sóng vô tuyến được gọi là fading. Sự hấp thụ của khí quyển: Trong khí quyển có các thành phần:N2 , O2, CO2 và H2O Các thành phần N2 , O2, CO2 có mức độ hấp thụ năng lượng điện từ không đáng kể. Mức độ hấp thụ của nước tùy thuộc vào điều kiện cụ thể và tăng dần khi lượng nước trong không khí tăng lên. Đặc biệt, khi trời mưa rất to, sự hấp thụ có thể gây gián đoạn thông tin. Sự khúc xạ: Không khí càng lên cao càng loãng (chiết suất giảm), nên sóng điện từ có xu hướng bẻ cong về mặt đất. Điều này làm cho đường truyền thực xa hơn tầm nhìn thẳng. Có thể gây ra hiện tượng Fading nhiều đường. Hình 1.14 Sự khúc xạ Hiệu ứng ống dẫn: Hiệu ứng ống dẫn xuất hiện khi sóng điện từ rơi vào vùng không khí đặc nằm giữa hai vùng không khí loãng. Lúc này xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần và sóng điện từ không tới được anten thu Hình 1.15 Hiệu ứng ống dẫn c. Suy hao do mưa Sóng điện từ bị suy hao do mưa, đặc biệt là những sóng có bước sóng nhỏ (l <10cm) Mức độ suy hao sóng phụ thuộc vào cường độ mưa và tần số của sóng. Ví dụ ở tần số 2GHz: nếu mưa to thì suy hao vào cỡ (0,22 – 0,4 dB/Km), nếu mưa rất to thì suy hao vào cỡ 1,2 dB/Km. Suy hao dB/km 6GHz 10GHz 20GHz 40GHz Mưa vừa 0,25mm/h Mưa lớn 5mm/h Bão 50mm/h Bão lớn 150mm/h » 0 0,012 0,22 1,2 » 0 0,08 1,2 5,5 0,013 0,45 5,5 18 0,07 1,5 13 27 Bảng 1.16 Kết quả thực nghiệm suy hao do hơi nước-khí hậu theo tần số sóng vô tuyến của Alcatel d. Ảnh hưởng của địa hình Sự phản xạ mặt đất Hình 1.17 Sự phản xạ của mặt đất Một phần năng lượng điện từ đến mặt đất, phản xạ trở lại không gian và có thể tới được anten thu. Điều này có thể gây ra hiện tượng Fading nhiều đường. Các miền Fresnel Miền Fresnel sạch Miền Fresnel sạch là khu vực tối thiểu không có vật chắn để sóng điện từ có thể truyền qua. Hiện tượng phản xạ hoặc suy hao vật chắn sẽ xảy ra nếu miền Fresnel không sạch. Hình 1.18 Miền Fresnel sạch Khi vật chắn nằm ngoài miền Fesnel ( miền Fresnel sạch), năng lượng phản xạ về anten thu là bé so với năng lượng trực tiếp. Hiện tượng Fading là không đáng kể. Miền Fresnel không sạch Hình 1.19 Miền Fresnel không sạch Khi vật chắn nằm ngay đường biên miền Fresnel (miền Fresnel không sạch), năng lượng phản xạ về anten thu là lớn và ngược pha so với năng lượng trực tiếp. Hiện tượng Fading nhiều đường xảy ra. 1.6 HIỆN TƯỢNG FADING TRONG BI BA SỐ. Fading là hiện tượng biến thiên năng lượng điện từ tại anten thu do môi trường truyền sóng gây ra. - Fading phẳng: làm thay đổi đều tín hiệu sóng mang trong một dải tần số (thay đổi giống nhau đối với các tần số trong dải). - Fading lựa chọn tần số: làm thay đổi tín hiệu sóng mang với mức thay đổi phụ thuộc vào tần số, fading này ảnh hưởng lớn đến tuyến vi ba số dung lượng cao. Hai loại fading này có thể xuất hiện độc lập hoặc đồng thời vì vậy dẫn đến làm gián đoạn thông tin. Sự thay đổi tín hiệu tại anten thu do phản xạ nhiều tia gọi là fading nhiều tia. 1.6.1 Các kỹ thuật giảm ảnh hưởng của fading nhiều tia Các kỹ thuật được sử dụng để giảm các ảnh hưởng của fading phẳng và fading lựa chọn tần số nhiều tia là dùng phân tập không gian và phân tập tần số để nâng cao chất lượng của tín hiệu thu. Phân tập theo không gian cùng với các anten đặt cách nhau theo chiều dọc kết hợp các bộ khử giao thoa phân cực giao nhau. Hiệu quả của kỹ thuật này đảm bảo không làm gián đoạn thông tin, thường được biểu thị bằng một hệ số nâng cao. Nhờ áp dụng kỹ thuật phân tập không gian và phân tập tần số thời gian gián đoạn thông tin giảm nhỏ so với thời gian yêu cầu để hệ thống đạt được chỉ tiêu chất lượng đề ra. a. Phân tập theo không gian. Hình 1.20 Phân tập không gian Sử dụng 1 anten phát, một máy phát và 2 anten thu, hai máy thu. 2 anten thu đặt cách nhau một khoảng đủ lớn về độ cao. Nếu hiện tượng fading lựa chon tần số xảy ra tại 1 anten thì không xảy ra tại anten còn lại. b. Phân tập tần số. Hình 1.21 Phân tập tần số Sử dụng 1 anten phát, 2 máy phát ở 2 tần số khác nhau và 1 anten thu, hai máy thu ở hai tần số đó. 2 tần số cách nhau một khoảng đủ lớn. Nếu hiện tượng fading lựa chọn tần số xảy ra tại 1 tần số thi không xảy ra tại tần số còn lại. Do đó ta có được it nhất một tín hiệu không fading. 1.7 MỘT SỐ ƯU, KHUYẾT ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG VI BA SỐ 1.7.1 Ưu điểm Nhờ các phương thức mã hoá và ghép kênh theo thời gian dùng các vi mạch tích hợp cỡ lớn nên thông tin xuất phát từ các nguồn khác nhau như điện thoại, máy tính, facsimile, telex,video... được tổng hợp thành luồng bit số liệu tốc độ cao để truyền trên cùng một sóng mang vô tuyến. Nhờ sử dụng các bộ lặp tái sinh luồng số liệu nên tránh được nhiễu tích luỹ trong hệ thống số. Việc tái sinh này có thể được tiến hành ở tốc độ bit cao nhất của băng tần gốc mà không cần đưa xuống tốc độ bit ban đầu. Nhờ có tính chống nhiễu tốt, các hệ thống vi ba số có thể hoạt động tốt với tỉ số sóng mang / nhiễu (C/N)>15dB. Trong khi đó hệ thống vi ba tương tự yêu cầu (C/N) lớn hơn nhiều (>30dB, theo khuyến nghị của CCIR). Điều này cho phép sử dụng lại tần số đó bằng phương pháp phân cực trực giao, tăng phổ hiệu dụng và dung lượng kênh. Cùng một dung lượng truyền dẫn, công suất phát cần thiết nhỏ hơn so với hệ thống tương tự làm giảm chi phí thiết bị, tăng độ tin cậy, tiết kiệm nguồn. Ngoài ra, công suất phát nhỏ ít gây nhiễu cho các hệ thống khác. 1.7.2 Khuyết điểm. Khi áp dụng hệ thống truyền dẫn số, phổ tần tín hiệu thoại rộng hơn so với hệ thống tương tự. Khi các thông số đường truyền dẫn như trị số BER, S/N thay đổi không đạt giá trị cho phép thì thông tin sẽ gián đoạn, khác với hệ thống tương tự thông tin vẫn tồn tại tuy chất lượng kém Hệ thống này dễ bị ảnh hưởng của méo phi tuyến do các đặc tính bão hoà, do các linh kiện bán dẫn gây nên, đặc tính này không xảy ra cho hệ thống tương tự FM Các vấn đề trên đã được khắc phục nhờ áp dụng các tiến bộ kỹ thuật mới như điều chế số nhiều mức, dùng thiết bị dự phòng (1+n) và sử dụng các mạch bảo vệ. CHƯƠNG II: THIẾT KẾ TUYẾN VI BA SỐ LÝ THUYẾT THIẾT KẾ TUYẾN DẪN NHẬP Sau khi trình bày các kỹ thuật cơ bản sử dụng trong Viba số. Để tạo tiền đề cho việc thiết kế tuyến ta bắt tay vào phần lý thuyết thiết kế tuyến Viba số điểm nối điểm tổng quát. Nói chung công việc thiết kế trong một hệ thống vi ba điểm nối điểm trực xạ sẽ bao gồm các bước sau đây: Bước 1: Nghiên cứu dung lượng đòi hỏi. Bước 2: Chọn băng tần vô tuyến, thiết bị để sử dụng, sắp xếp các kênh RF. Bước 3: Tìm trạm trên bản đồ, khảo sát vị trí đặt trạm. Bước 4: Dựng mặt cắt đường truyền và tính các thông số liên quan. Bước 5: Xác định độ cao của anten Bước 6: Tính toán đường truyền. Bước 7: Các tiêu chuẩn kỹ thuật. Bước 8: Đánh giá chất lượng tuyến. Trên đây là 8 bước cơ bản để thiết kế một hệ thống Viba điểm nối điểm. 8 bước này mô tả đầy đủ các công việc cần thiết cho việc thiết kế một tuyến Viba. Ở các bước sau ta sẽ đi vào phần lý thuyết của việc thiết kế tuyến. 2.1 NGHIÊN CỨU DUNG LƯỢNG ĐÒI HỎI Trong việc thiết kế một hệ thống liên lạc điểm nối điểm 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: Phải chú ý đến dung lượng phát sẽ 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. Tuy nhiên, ở các nước đang phát triển (như ở thực trạng nước ta) thường khó dự đoán chính xác dung lượng cần thiết trong khoảng thời gian dài. Do đó không nên lắp đặc các hệ thống có dung lượng quá lớn cho các yêu cầu cho tương lai. Sẽ kinh tế hơn khi chọn các thiết bị có dung lượng nhỏ ở giai đoạn đầu tiên và nếu dung lượng này không đáp ứng được sau khi sử dụng vài năm, hệ thống có thể thay thế bởi một hệ thống khác có dung lượng lớn hơn còn hệ thống cũ được dùng ở tuyến cần dung lượng nhỏ hơn. Nên đôi khi xây dựng một hệ thống vừa phải và dể dàng thay thế khi có kỹ thuật mới trong tương lai thì kinh tế hơn. 2.2 CHỌN BĂNG TẦN SỐ VÔ TUYẾN SỬ DỤNG, SỰ SẮP XẾP CÁC KÊNH RF 2.2.1 Chọn băng tần số vô tuyến sử dụng. Đối với các ứng dụng của kỹ thuật Viba, băng tần 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 800MHz - 6425MHz và 7900MHz - 8100MHz. Luật vô tuyến mô tả luật cấm đoán 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 khác trong việc gán định tần số bao gồm dung sai tần số và băng thông phát xạ. Luật vô tuyến không có tiêu chuẩn bắt buộc về băng thông. Tuy nhiên dung sai tần số của máy phát hoạt động trong vùng sóng Viba nên là 300*10-6 cho máy phát có công suất dưới 100W và 100*10-6 cho máy phát có công suất trên 100W. Hiện nay tần số vô tuyến sử dụng trong hệ thống liên lạc Viba thay đổi từ 1GHz - 15 GHz. Các giá trị tương đối của tần số RF phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Ở các tần số thấp thì kích thước thiết bị lớn công suất máy dễ dàng thực hiện, độ lợi anten lớn, tổn hao phải nhỏ, tổn thất không gian và dây dẫn tần khác chủ yếu sử dụng cho các đường trung kế ngắn hoặc đường trung kế phụ. Dung lượng cũng đóng vai trò quan trọng trong việc chọn băng tần hoạt động cho hệ thống, bảng sau cho ta các tham khảo về băng tần chọn và dung lượng. Băng tần ( MHz) Băng thông cho phép MHZ) Dung lượng cực tiểu của các kênh thoại đã được mã hóa 1495 - 1535 2110 - 2130 2160 - 2180 3700 - 4200 5925 - 6425 10700 - 11700 2 3,5 3,5 20 30 40 30 96 96 1152 1152 1152 BẢNG 2-1 : Các băng tần số cấp phát của FCC cho các hệ thống Viba số 2.2.2 Sự 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 vô tuyến chuyển tiếp. Vì mức khác biệt về tín hiệu vô tuyến giữa ngõ vào và ngõ ra của một trạm lặp thay đổi từ 60 - 80 dB thì việc sử dụng cùng một tần số vô tuyến giữa ngõ ra và ngõ vào sẽ gây ra hiện tượng giao thoa động do phản hồi. Trong Viba chuyển tiếp ta thường sử dụng kế hoạch hai tần số hoặc kế hoạch bốn tần số. Kế hoạch bốn tần số được sử dụng rộng rãi vì lí do kinh tế. Nó cần hai tần số cho một mạch RF. Thường thì bốn anten sử dụng cho một trạm lắp đặt ngay cả với kế hoạch hai tần số cũng với các anten này có thể sử dụng cho hai hoặc nhiều hơn các kênh RF song công cùng trên một đường trên. Kế hoạch bốn tần số đòi hỏi tỷ lệ trước sau (front to back) của mẫu bức xạ anten bởi mỗi anten hoạt động ở mỗi tần số khác nhau. Sự sắp xếp các kênh RF. 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: CCIR Rec Số kênh thoại tối đa của một kênh RF Tần số trung tâm (MHz) Độ rộng băng RF (MHz) 238 - 1 385 279 - 1, 382 - 1 383 - 1 384 - 1 386 - 1 387 60/120 60/120/300 300/1800 1800 960/2700 300/960 960 1808,2000,2203 7575 1903,2101,4003 6475 6770 8350 1120 200 300 400 500 680 300 1000 Bảng 2 - 2 Các đề nghị của CCIR về sự sắp xếp các kênh của RF 2.3 TÌM TRẠM TRÊN BẢN ĐỒ VÀ KHẢO SÁT VỊ TRÍ ĐẶT TRẠM Trong mục này ta sẽ khảo sát bài toán thiết kế một tuyến đơn chỉ có hai trạm truyền dẫn. Trước tiên, cần tiến hành một số công việc như sau: 2.3.1 Xác định tuyến trên bản đồ. (Cần tìm bản đồ địa hình của khu vực) Việc tìm vị trí đặt trạm sao cho phù hợp về mặt kỹ thuật và tiện lợi trong việc xây dựng trung tâm giao dịch BCVT. Để xác định vị trí đặt trạm ta cần có: Bản đồ tự nhiên cho biết độ cao so với mặt nước biển của vùng có tuyến đi qua. Sự phân bố dân cư của vùng đang khảo sát. Trong bước tìm trạm này ta giả thiết : Tuyến ta thiết kế có hai trạm đầu cuối và n trạm lặp, không có trạm xen kẽ (trạm xen rẽ được xem như trạm lặp). Xác định vị trí đặt trạm đầu cuối Căn cứ vào phân bố dân cư để xác định trên bản đồ địa hình vị trí các trạm đầu cuối, xen rẽ. Xác định những đồi núi, mô đất, tòa nhà cao tầng trong khu vực tuyến. Chọn trong các vị trí vừa xác định ở trên, một vị trí thích hợp để đặt tháp Anten. Tìm trạm đầu cuối Vị trí vừa chọn phải đảm bảo hai tiêu chí sau: Có độ cao đáng kể (có thể không phải là cao nhất ) Gần trung tâm giao dịch BCVT để thuận tiện cho việc kéo Feeder. Xác định vị trí đặt trạm lặp Trạm lặp cần xác định để thoã mãn hai yêu cầu sau: Có tổng độ dài đường truyền từ trạm đầu cuối A qua trạm lặp và đến trạm đầu cuối B là nhỏ nhất Có suy hao do ảnh hưởng của địa hình là nhỏ nhất. Việc xác định vị trí trạm lặp được tiến hành như sau: Vẽ đường thẳng nối hai trạm đầu cuối A và B. Tìm trên đường thẳng hoặc lân cận đường thẳng các vị trí có độ cao đáng kể có thể đặt trạm. Tìm trạm lặp Vị trí trạm lặp phải lưu ý: Tầm nhìn thẳng Nếu hai trạm đầu cuối khá gần nhau thì không cần trạm lặp. 2.3.2 Tạo nên các bản vẽ mặt cắt nghiêng của tuyến. Từ các yêu cầu thực tế của một tuyến vi ba gồm: vị trí trạm, khoảng cách trạm, dung lượng truyền dẫn, địa hình tuyến sẽ đi qua...ta tiến hành đánh dấu hai đầu cuối của trạm trên bản đồ của Sở đo đạc để xác định chính xác kinh độ, vĩ độ của mỗi trạm. Các thông số toạ độ này được sử dụng để điều chỉnh các anten ở mỗi trạm trong giai đoạn lắp đặt thiết bị. Ký hiệu trên bản đồ : trạm A là trạm thứ nhất và trạm B là trạm thứ hai. Sau đó vẽ một mặt cắt nghiêng của đường truyền. Hình dung mặt cắt này như một con dao cắt rời quả đất dọc theo hướng của tia vô tuyến. Hình 2.3 thể hiện mặt cắt đường truyền giữa hai trạm A và B. d Trạm A Trạm B q ha1 ha2 d2 d1 Độ lồi E Hình 2.3 mặt cắt đường truyền giữa hai trạm A và B. Mặc dù mặt đất có độ cong nhưng để đơn giản trong tính toán người ta thường vẽ mặt cắt nghiêng ứng với hệ số bán kính hiệu dụng của trái đất là k = 4/3. Phương trình sau cho ta xác định chỗ lồi của mặt đất: E= (2.1) r1 là bán kính quả đất 6370 [km] E = (4/51)d1d2/ k [m] (2.2) k là hệ số bán kính của quả đất d1, d2 [km]: lần lượt là khoảng cách từ trạm A và trạm B đến điểm đang xét độ lồi của mặt đất. h là độ lồi thực của mặt đất tại điểm đang xét. Như vậy trên mặt cắt nghiêng này thể hiện được bề mặt của địa hình. Ngoài ra nó cũng có thể biểu diễn được cả độ cao của cây cối các vật chắn trên đường truyền nối hai trạm A, B chẳng hạn như các gò, đồi, các nhà cao tầng... Đối với khoảng truyền dẫn dài, độ cong của mặt đất lớn thì cần phải tính toán đến độ nâng của vị trí trạm. Độ nâng được vẽ dọc các đường thẳng đứng nên không đi dọc theo đường bán kính xuất phát từ tâm quả đất. 2.4 DỰNG MẶT CẮT ĐƯỜNG TRUYỀN VÀ TÍNH CÁC THÔNG SỐ LIÊN QUAN 2.4.1 Dựng mặt cắt đường truyền cho từng tuyến. Vẽ mặt cắt đường truyền cho từng tuyến Kẻ nối hai trạm của từng tuyến, ta có các giao điểm với các đường đồng mức. Dựa vào độ cao của các đường đồng mức và tỷ lệ bản đồ, ta xác định độ cao và khoảng cách của từng điểm. Nối các giao điểm với nhau, ta được mặt cắt địa hình. Hình 2.4 Vẽ mặt cắt đường truyền cho từng tuyến 2.4.2 Tính khoảng cách tia truyền phía trên vật chắn Sau khi đã chọn được tần số làm việc cho tuyến, ta tính miền Fresnel thứ nhất. Đó là miền có dạng hình elip từ anten phát đến anten thu; là một môi trường vây quanh tia truyền thẳng. Đường biên của miền Fresnel thứ nhất tạo nên quỹ tích sao cho bất kỳ tín hiệu nào đi đến anten thu qua đường này sẽ dài hơn so với đường trực tiếp một nửa bước sóng (l/2) của tần số sóng mang. Miền bên trong của elip thứ nhất này gọi là miền Fresnel thứ nhất. Nếu tồn tại một vật cản ở rìa của miền Fresnel thứ nhất thì sóng phản xạ sẽ làm suy giảm sóng trực tiếp, mức độ suy giảm tuỳ thuộc biên độ của sóng phản xạ. Do đó việc tính toán đối với miền Fresnel thứ nhất đòi hỏi có tính chính xác để việc thông tin giữa hai trạm không bị ảnh hưởng đáng kể bởi sóng phản xạ này. Bán kính của miền Fresnel thứ nhất (F1) được xác định theo công thức sau: [m] (2.3) d1, d2 [km]: lần lượt là khoảng cách từ trạm A và trạm B đến điểm ở đó bán kính miền Fresnel được tính toán. d [km] là khoảng cách giữa hai trạm, d = d1 + d2 f là tần số sóng mang [GHz]. Trong thực tế, thường gặp đường truyền đi qua những địa hình khác nhau có thể chắn miền Fresnel thứ nhất gây nên tổn hao trên đường truyền. ở các loại địa hình này có thể có vật chắn hình nêm trên đường truyền và các loại chướng ngại khác. Hình 2.5 chỉ ra mô hình của vật chắn trên đường truyền dẫn, trong đó F1 là bán kính miền Fresnel thứ nhất, F là khoảng hở thực; là khoảng cách giữa tia trực tiếp và một vật chắn hình nêm tại điểm tính toán miền Fresnel thứ nhất. Trạm A d Trạm B F ha1 ha2 Đường trực tiếp Độ lồi của mặt đất d2 d1 Khoảng cách Miền Fresnethứ nhất Hỡnh nờm h2 h1 Theo các chỉ tiêu thiết kế về khoảng hở đường truyền được khuyến nghị thì độ cao tối thiểu của anten đảm bảo sao cho tín hiệu không bị nhiễu xạ bởi vật chắn nằm trong miền Fresnel thứ nhất là F = 0,577F1. Nghĩa là đường trực tiếp giữa máy thu và máy phát cần một khoảng hở trên mặt đất hoặc trên một vật chắn bất kỳ ít nhất là vào khoảng 60% bán kính miền Fresnel thứ nhất để đạt được các điều kiện truyền lan trong không gian tự do. Hình 2.5 Mặt cắt nghiêng đường truyền và miền Fresnel thứ nhất 2.5 XÁC ĐỊNH ĐỘ CAO CỦA ANTEN 2.5.1 Xác định độ cao của anten a. Tổng quát Có hai loại chủ yếu của tháp anten là: tháp tự đỡ và tháp dây néo. Nếu các tháp anten rất thấp, hai loại tháp này có tốn kém như nhau nhưng nếu chiều cao tăng lên, tốn kém của tháp tự đỡ tăng gần như theo hàm mũ trong khi loại tháp dây néo tăng tuyến tính. Do đó khi cần các anten cao thường có xu hướng sử dụng các tháp dây néo nếu có đủ khoảng trống cho chúng. Nhưng nếu trạm xây dựng ở vùng đông dân cư như là các trạm đầu cuối thì các tháp dây néo thường không thích hợp nên phải sử dụng các tháp tự đỡ nhưng lúc này rất tốn kém. Có nhiều loại tháp anten khác nhau, đặc biệt các tháp anten lớn, có cấu trúc nặng sử dụng cho các hệ thống mật độ cao sẽ có thêm các đòi hỏi khác và diện tích đòi hỏi khác. Có vài vấn đề liên quan đến tháp anten như sau: Tình trạng của đất Lưu lượng gió Khối nhà cao tầng của điạ phương và các khối qui định. b. Tháp anten trạm đầu cuối. Nói chung một kiến trúc sư thiết kế có nhiệm vụ thiết kế tháp và một kỹ sư Viba cho kiến trúc sư những thông tin và những yêu cầu cho tháp anten, thường chú ý đến các điểm sau: Nó có thể thuận lợi nếu xây dựng tháp anten trên nóc các nhà cao tầng mà các thiết bị Viba đặt ở trong. Tháp antenphải có khả năng gắn tất cả các anten (Gồm cả anten VHF/UHF ) cần thiết phải đứng vững trong vòng 15 năm. Chiều cao của tháp anten phải đủ cao để các anten gắn trên nó thỏa trạng thái trực xạ, có tính toán đến các nhà cao tầng và sự phát triển của các cây cối trong tương lai ở các vùng phụ cận. Tháp anten phải đặt sao cho chiều dài của Feeder là nhỏ nhất. Tháp anten phải có những tiện nghi sau đây: Thang để trèo lên và xuống tháp Các bụt có tay vịn Một cột thu lôi được nối đất đúng. Đèn cảnh báo Sơn chống sét Khi anten được lắp đặt nó có thể sử dụng hơn 30 năm. Tuy nhiên nếu như tầm nhìn thẳng bị cản trở nó sẽ khong còn sử dụng được nữa. Do đó, sự quyết định về chiều cao của tháp anten rất là quan trọng đặc biệt là các trạm đầu cuối vì các trạm này thường được đặt ở vùng có dân cư. Để dự đoán sự phát triển và sự nới rộng của các nhà cao tầng xung quanh trạm Viba sự phát triển của khu vực đó nên được dự đoán. Đôi khi việc dự đoán này rất khó khăn do đó các công thức sau chỉ có tính chất tương đối và chỉ áp dụng khi trạng thái tầm nhìn thẳng đã thỏa mãn. c. Tính chọn chiều cao của tháp anten Để tính độ cao của tháp anten thì trước tiên phải xác định được độ cao của tia vô tuyến truyền giữa hai trạm. Trên cơ sở của độ cao tia đã có để tính độ cao tối thiểu của tháp anten để thu được tín hiệu. Việc tính toán độ cao của tia vô tuyến cũng phải dùng đến sơ đồ mặt cắt nghiêng đường truyền nối hai trạm trong đó có xét đến độ cao của vật chắn (O), độ cao của cây cối (T) giữa tuyến và bán kính của miền Fresnel thứ nhất (F1). Biểu thức xác định độ cao của tia vô tuyến như sau: B = E(k) + (O + T) + C.F1 = [m] (2.4) - d, d1,d2, f được dùng như trong công thức (3.2) - k: là hệ số bán kính của quả đất, k = 4/3. - C: là hệ số hở, C = 1 d Trạm A Trạm B ha1 ha2 d2 d1 E Bi Ti+Oi CF1 Thông thường thì độ cao của tia B được tính toán tại điểm có một vật chắn cao nhất nằm giữa tuyến. Hình 2.6 Xác định độ cao tia B để làm hở một vật chắn. Các độ cao của cây cối và vật chắn giữa tuyến được xác định từ bước khảo sát đường truyền. Hình 2.5 biểu diễn mặt cắt đường truyền của tuyến cùng với các vật chắn giữa tuyến và có xét đến miền Fresnel thứ nhất. Sau khi đã có được độ cao tuyến, ta tính độ cao của anten để làm hở một vật chắn nằm giữa tuyến (tức không gây nhiễu đến đường truyền vô tuyến). Ở bước khảo sát định vị trạm, ta đã xác định được độ cao của hai vị trí đặt trạm so với mặt nước biển tương ứng là h1 và h2. Hai thông số này kết hợp với độ cao B của tia như đã tính toán ở trên sẽ tính được độ cao của cột an ten còn lại khi biết trước độ cao của một cột an ten. ha1 = h2 + ha2 + [B - (h2 + ha2)](d/d2) - h1 [m] (2.5) ha2 = h1 + ha1 + [B - (h1 + ha1)](d/d1) - h2 [m] Trạm A d Trạm B h1 + ha1 d2 d1 B q Trạm B Trạm A h2 + ha2 d1 d2 B1 d B q h2 + ha2 h1 + ha1 Trong đó: ha1, ha2 [m] là độ cao của một trong hai anten cần được tính. d1, d2 [km] là khoảng cách từ mỗi trạm đến vị trí đã tính toán độ cao của tia B. Như vậy khi biết được độ cao của một an ten thì có thể tính được độ cao của an ten kia sao cho không làm gián đoạn tia truyền của hai trạm. Hình 2.7 Minh hoạ việc tính độ cao của một anten khi biết độ cao anten kia. Tuy nhiên như đã đề cập ở phần trước, để đảm bảo cho hệ thống hoạt động không chịu ảnh hưởng của các yếu tố trong tương lai thì độ cao an ten phải sử dụng một khoảng dự phòng, phụ thuộc vào người thiết kế. Khi đó các độ cao của các an ten thực tế phải là har1, har2 do đã được cộng với một lượng độ cao dự phòng là Ph1 hoặc Ph2 như sau: har1 = ha1 + Ph1 [m] (2.6) har2 = ha2 + Ph2 [m] (2.7) 2.6 TÍNH TOÁN ĐƯỜNG TRUYỀN 2.6.1 Các tổn hao a. Tổn hao đường truyền dẫn của không gian tự do A0(dB). Loại tổn thất này đã được đề cập trong phần truyền sóng trong không gian .Nó phụ thuộc vào tần số sóng mang và độ dài đường truyền và được tính bằng công thức sau : A0=92,5+20lg(GHz)+20lgd(Km) (2.8) Trong đó: A0: là tổn thất đường truyền của không gian tự do (dB). f: Là tầng số trung tâm của sóng mang (GHz). d: là độ dài đường truyền (Km). b. Tổn hao phi đơ: Đây là tổn hao thiết bị (ống dẫn sóng) để truyền dẫn sóng giữa an ten và máy phát/ máy thu. Khi tính toán suy hao này thì phải căn cứ vào mức suy hao chuẩn được cho trước bởi nhà cung cấp thiết bị. Chẳng hạn với phi đơ sử dụng loại WC 109 có mức tiêu hao chuẩn là 4,5dB/ 100m và cộng với 0,3dB suy hao của vòng tròn để chuyển tiếp ống dẫn sóng thì tổn hao phi đơ máy phát (LTxat) và máy thu (LRxat) được tính như sau: LTxat = 1,5har1. 0,045 + 0,3 [dB] (2.9) LRxat = 1,5har2 .0,045 + 0,3 [dB] Trong đó har1 và har2 là độ cao của các an ten đã được tính toán lượng dự phòng. c. Tổn hao rẽ nhánh Tổn hao rẽ nhánh được coi là các tổn hao trong các bộ lọc RF (máy phát và máy thu) các bộ lọc xoay vòng (Circulator) và các bộ lọc RF bên ngoài có thể, chúng cho phép một hệ thống song công chỉ sử dụng một anten cho các mục đích thu và phát hoặc vài hệ thống cùng nối đến một anten. Khoảng giá trị tổn hao rẽ nhánh thường là 2-8 dB. d. Tổn hao các bộ phối hợp và các bộ đầu nối . Chúng là tổn hao trong các chuyển tiếp ống dẫn sóng, các bộ phối hợp, hệ thống nén ống dẫn sóng và phần Feeder đi cùng với các bộ nối. Chúng phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau như: Cấu hình hệ thống, cách kết nối trạm, các loại ống dẫn sóng và các loại đầu nối được sử dụng cho trạm. - Với các hệ thống lớn phức tạp thì nó có giá trị khoảng 0,8-1 dB. - Với các hệ thống lớn phức tạp thì nó có giá trị khoảng 0,5-0,7 dB. e. Tổn hao của bộ suy hao hoặc các vật chắn. -Tổn hao của bộ suy hao: tổn hao này chỉ xuất hiện khi có bộ suy hao trong hệ thống các bộ suy hao được sử dụng trong một số trường hợp sau: Khi công suất phát ra quá lớn có thể gây giao thoa cho các tuyến lân cận hoặc các trạm vệ tinh. Khi có một bộ suy hao được sử dụng để giảm công suất phát từ anten. Khi các mức tín hiệu ra và vào ở các bộ phận trong trạm không hoàn toàn phù hợp với nhau gây ra méo dạng tín hiệu ngõ ra. Do đó cần phải giảm các tín hiệu sao cho phù hợp với nhau bằng cách sử dụng các bộ suy hao. -Tổn thất do vật chắn: Đây là loại tổn thất xuất hiện khi tuyến thiết kế không thỏa điều kiện tầm nhìn thẳng hay các vật chắn cắt miền Fresnel thứ nhất. Tổn thất do vật chắn được chia làm các loại sau: Tổn thất nhiễu xạ do vật chắn hình nêm tổn hao nhiễu xạ do vật chắn cong chúng được biểu diễn bằng hình vẽ sau: Hình 2.8 Vật chắn hình nêm tổn hao nhiễu xạ do vật chắn cong Trong đó nhiễu xạ do vật chắn cong ít xảy ra và chỉ có khi các đường truyền bị cắt bởi các vật chắn rất lớn như các dãy núi ...Việc tính toán tổn hao này rất khó. Trong khi tổn thất nhiễu xạ do vật chắn hình nên thường xảy ra hơn nó là tổn hao khi các cây cao hoặc các nhàcao tầng cắt đới cầu Fresnel thứ nhất. Tổn thất hình nêm được tính như sau. Đối với các vật chắn được xét tất cả các tham số hình học gộp lại với nhau thành một số không thứ nguyên duy nhất ký hiệu là Vđược tính bằng phương trình sau: v= h[(2/l)*(1/d1*1/d2)]1/2 (2.10) Trong đó: l : Bước sóng của sóng mang trung tâm (m) d1 :Khoảng cách từ trạm 1 đến vật chắn (m) d2: Khoảng cách từ trạm 2 đến vật chắn (m) h : Độ cao của đỉnh vật chắn so với đường nằm ngang nối hai đầu cuối đường truyền. Nếu độ cao ở dưới đường này thì h là âm (m). Lúc đó tổn hao vật chắn này gây ra được tính bằng công thức : L(v) =6,4+20 lg[(v+1)1/2 +v](dB) (2.11) Tổng tổn hao của nhiều vật chắn hình nêm trên đường truyền chính tổn thất vật chắn của đường truyền. f. Tổn hao hấp thụ của khí quyển. Thường do sự hấp thụ của khí quyển nên không gian có một tổn hao đặc trưng a dB/Km. Nên khi tính toán cho một đường truyền cụ thể dài d Km thì tổn hao này sẽ bằng a*d dB.Giá trị của a có thể lấy theo báo cáo 719-2 CCIR. Loại tổn hao này tăng theo tầng số và có nhiều đột biến bất thường khi tấn số thay đổi. Phương trình cân bằng công suất trong tính toán đường truyền: Pr = Pt + G - At [dB] (2.12) Trong đó: Pt là công suất phát At: Tổn hao tổng = tổn hao trong không gian tự do + tổn hao phi dơ + tổn hao rẽ nhánh + tổn hao hấp thụ khí quyển G: Tổng các độ lợi = Độ lợi của an ten A + độ lợi của an ten B Pr: Công suất tại đầu vào máy thu. Pr là tham số quan trọng khi thiết kế đường truyền vi ba, tham số này là một chỉ tiêu quyết định xem tuyến có hoạt động được hay không khi đem so sánh nó với mức ngưỡng thu của máy thu. g. Tổng tổn hao Nó là tổng tổn hao tính toán ở các phần trên. 2.6.2 Độ lợi a. Độ lợi của anten Độ lợi của Anten là công suất bức xạ theo một hướng so với công suất bức xạ theo một hướng bất kỳ bằng anten đẳng hướng. Độ lợi của anten phu thuộc vào hình dạng và kích thước của anten Đây là tổng các độ lợi của các anten ở mỗi một đầu cuối của tuyến. Độ lợi của anten phụ thuộc vào đường kính của anten, tần số làm việc,gốc mở hiệu dụng của anten và được biểu diễn bằng công thức: G=20 lgD -20lgl +10lgn +9,943 dB (2.13) Trong đó: D: là đường kính đĩa anten (m) l: là bước sóng ở tần số trung tâm(m) n: là góc mở hiệu dụng của anten b. Độ lợi máy phát. Đây là công suất ở đầu ra chính máy phát không phải sau bất kỳ một mạch lọc rẽ nhánh hay bộ lọc nào. Nó thường được đo bằng dB. c. Tổng độ lợi Nó là tổng của hai bước trên d. Tổng tổn hao Đây là tỉ số cung cấp ở đầu ra của máy phát trước các mạch rẽ nhánh và công suất đưa lên máy thu tương ứng sau các mạch rẽ nhánh, trong các điều kiện lan truyền và các hoạt động của hệ thống thực. Nó là hiệu dB của các tổn hao trừ tổng các độ lợi của anten và được ký hiệu là A1. e. Mức đầu vào của máy thu Pr (dBm) Nó bằng công suất đưa ra của máy phát Pt trừ đi tổng tiêu hao A1 đã tính được biểu diễn bằng công thức sau: Pr =Pt -A1 (dBm) (2.14) f. Các ngưỡng thu được. Rxa và RXb là hai giá trị mức ngưỡng thu. Thực tế nó tương ứng với các tỉ lệ lỗi bit 10-3 và10-6 tương ứng. Mức ngưỡng 10-3 đưa vào máy tính toán độ suy giảm lý thuyết, tỉ số sóng mang trên tạp âm để tạo ra một lượng giao thoa giữa các ký hiệu không thể chất nhận và mức 10-6 được đưa và tính toán độ suy giảm tỉ số C/N để tạo ra mục tiêu các khúc suy giảm chất lượng. 2.6.3 Tính toán các tham số chất lượng của tuyến. Vì chất lượng đường truyền được đánh giá dựa trên tỷ số BER; các tỷ số BER khác nhau sẽ cho một mức ngưỡng tương ứng và cũng có độ dự trữ fading khác nhau. Các tỷ số BER thường được sử dụng trong vi ba số là: BER = 10-3 và BER = 10-6 tương ứng với hai mức ngưỡng RXa và RXb. a. Độ dự trữ fading Ứng với RXa và RXb là FMa và FMb được tính theo biểu thức: FMa = Pr - RXa với BER = 10-3 (2.15) FMb = Pr - RXb với BER = 10-6 (2.16) b. Xác xuất pha dinh phẳng nhiều tia (P0) là một hệ số thể hiện khả năng xuất hiện pha dinh nhiều tia được đánh gia theo công thức sau: P0 = KQ . fB . dc (2.17) Trong đó KQ = 1, 4 .10-8 ; B = 1 ; C = 3,5 là các tham số liên quan đến điều kiện truyền lan về khí hậu và địa hình của sóng vô tuyến và các giá trị được sử dụng theo khuyến nghị của CCIR. c. Xác suất đạt đến ngưỡng thu RXa; RXb. Gọi Pa; Pb là xác suất đạt tới các giá trị ngưỡng thu tương ứng RXa và RXb được tính như sau: = (2.18) Với FMa và FMb là độ dự trữ pha dinh ứng với các tỷ số BER = 10-3, BER = 10-6 đã được tính toán ở trên. d. Khoảng thời gian pha dinh Ta và Tb là các giá trị đặc trưng cho các khoảng thời gian tồn tại pha dinh và cũng ứng với FMa, FMb được tính theo công thức: (2.19) Với C2 = 56,6.d; a2 = 0,5; b2 = -0,5 lấy theo khuyến nghị. e. Xác suất pha dinh phẳng dài hơn 10s và 60s P(10) và P(60) là Xác suất xuất hiện pha dinh phẳng dài hơn 10s và 60s tương ứng với các tỷ số BER khác nhau và được các định theo công thức: P(Ta ³ 10) = P(10) = 0, 5 [1 - erf(Za)] = 0, 5 erfc (Za) (2.20) P(Tb ³ 60) = P(60) = 0, 5 [1 - erf(Zb)] = 0, 5 erfc (Zb) Với Za = 0,548ln(10/Ta); Với Zb = 0,548ln(10/Tb) Với erfc(t) = 1- erf(t) Trong đó: erf(t) = là hàm sai số. f. Xác suất BER vượt 10-3 Xác suất BER vượt 10-3 thể hiện sự gián đoạn thông tin nhưng trong thời gian không quá 10s. Xác suất (BER ³ 10-3) = P0. Pa = (2.21) g. Xác suất mạch trở nên không thể sử dụng được do pha dinh phẳng trong khoảng thời gian lớn hơn 10s. Pu(10) là xác suất mạch sẽ có BER > 10-3 trong khoảng thời gian lớn hơn 10s tức là mạch trở nên không sử dụng được và được tính theo Pu(10) = P0 . Pa . P(10) (2.22) h. Khả năng sử dụng tuyến Khả năng sử dụng tuyến được biểu thị bằng phần trăm và được xác định theo Pu(10) như sau: Av = 100(1 - Pu(10)) (2.23) i. Xác suất BER vượt 10-6 Xác suất BER vượt 10-6 thể hiện sự gián đoạn thông tin nhưng trong thời gian không quá 60s. Xác suất (BER ³ 10-6) = P0. Pb = (2.24) k. Xác suất mạch trở nên không thể sử dụng được do pha dinh phẳng trong khoảng thời gian lớn hơn 60s. Pu(60) là xác suất mạch sẽ có BER > 10-6 trong khoảng thời gian lớn hơn 60s tức là mạch trở nên không sử dụng được và được tính theo Pu(60) = P0 . Pb . P(60) (2.25) l. Khả năng sử dụng tuyến Khả năng sử dụng tuyến được biểu thị bằng phần trăm và được xác định theo Pu(60) như sau: Av = 100(1 - Pu(60)) (2.26) Như vậy toàn bộ các tham số đã tính cho đường truyền cũng như các tham số để đánh giá chất lượng tuyến được sử dụng để người thiết kế đưa ra các quyết định về khả năng làm việc của tuyến, để tính xem tuyến có đủ cong suất cung cấp cho máy thu hay không. Ngoài ra cũng dựa vào các tham số này để có thể hiệu chỉnh lại công suất máy phát, quyết định dùng các biện pháp phân tập... 2.7 CÁC TIÊU CHUẨN KỸ THUẬT Ba chỉ tiêu chủ yếu để đánh giá chất lượng tuyến: 2.7.1 Độ không sử dụng đường cho phép (đối với đường trục): Pucf = 0,06L/600% với L<600km L [km] ví dụ: L=30km Pucf = 0,06L/600% = 0,06.30/600% = 0,003% 2.7.2 Độ không sử dụng được của mạng nội hạt (giá trị cho phép) = 0,0325% (tại mỗi đầu cuối). 2.7.3 Độ không sử dụng được (giá trị cho phép) của hành trình ngược = 0,0225% 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. 2.8 ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG TUYẾN, 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 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN TUYẾN TRUYỀN DẪN VI BA SỐ THỰC TẾ Dựa trên phần lí thuyết thiết kế tuyến truyền dẫn Viba số ở chương II ta thực hiện tiến hành tính toán về thiết kế thử một tuyến truyền dẫn thực tế nối hai trung tâm A và B với các thông số dữ liệu cho ở trên. Quá trình tính toán thiết kế gồm các bước cơ bản như sau: Bước 1: Nghiên cứu dung lượng đòi hỏi. Bước 2: Chọn băng tần vô tuyến, thiết bị để sử dụng, sắp xếp các kênh RF. Bước 3: Tìm trạm trên bản đồ, khảo sát vị trí đặt trạm. Bước 4: Dựng mặt cắt đường truyền cho từng tuyến. Bước 5: Xác định độ cao của anten Bước 6: Tính toán đường truyền. 3.1 NGHIÊN CỨU DUNG LƯỢNG ĐÒI HỎI Thiết bị Viba có sẵn máy có thể truyền hai đường dữ liệu 2Mbit/s hay dung lượng kênh thoại là 480 hoặc 1920 kênh. Do các đặc điểm trên của các bộ phận có liên quan đến tuyến thiết kế tần số sóng vô tuyến được sử dụng 7GHz nên em chọn dung lượng cho tuyến thiết kế như sau: - Số kênh thoại làm việc tối đa 480 kênh. - Một kênh giám sát. - Một kênh cho các nghiệp vụ số. Nếu trong tương lai dung lượng càng tăng lên có thể thành 1920 kênh. 3.2 CHỌN BĂNG TẦN SỐ VÔ TUYẾN SỬ DỤNG,SỰ SẮP XẾP CÁC KÊNH RF Giới thiệu thiết bị sử dụng mini-link Phạm vi tính toán: Với thiết bị vi ba đã có: Dùng loại MINI-LINK (của hãng ERICSSON) • Các đặc điểm chính: Gọn nhẹ, hiệu quả đầu tư cao, phù hợp với các nhu cầu mở rộng mạng lên mạng thế hệ tiếp theo như mạng điện thoại di động 3G. Dải tần rộng: từ 7 GHz đến 38 GHz Các phương pháp điều chế: C-QPSK, 64-QAM, 128-QAM Dung lượng: từ 1E1 (2 Mbps) đến STM-1 (155 Mbps). Hỗ trợ các cấu hình: điểm-điểm, điểm-đa điểm, vòng ring, hình sao, hình câỵ Hỗ trợ chức năng định tuyến Cấu hình và quản lý tại chỗ hoặc từ xa bằng phần mềm trên máy PC. Cung cấp cổng giao diện Ethernet tốc độ cao Đặc tính kỹ thuật của thiết bị Tần số 7GHz Công suất phát +28dBm Ngưỡng thu BER 10 -3 -91dBm Ngưỡng thu BER 10 -6 -87dBm Anten 2,4m GdB = 42,5dB Ống dẫn sóng WC 42 0,1dB/m Dung lượng 2*2Mb/s: 3.3 TÌM TRẠM TRÊN BẢN ĐỒ VÀ KHẢO SÁT VỊ TRÍ ĐẶT TRẠM Trạm 110Kv Điện nam - Trạm 110Kv Thăng bình Những tiến bộ của khoa học công nghệ điện tử viễn thông và tin học ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực, mọi ngành kinh tế, Trong đó ngành Điện đã từng bước đi vào tự động hóa. Trước đây Trung tâm Điều độ hệ thống điện Miền trung điều hành sản xuất điện trên địa bàn Miền trung và Tây nguyên, việc thông tin chủ yếu là thông tin thoại qua các thiết bị tải ba (PLC) và mạng VHF . Nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển lưới điện trên địa bàn Miền trung trong tương lai, cũng như yêu cầu điều hành sản xuất điện của Trung tâm từng bước đi vào tự động hóa thông qua hệ thống SCADA/EMS đã được lắp đặt và khai thác. Từ nhu cầu đó việc thiết lập hệ thống thông tin ngành điện trên địa bàn Miền trung hiện nay đòi hỏi phải đủ kênh thông tin cho truyền số liệu SCADA và các kênh thoại cũng như các kênh trung kế để nối liên tổng đài, ngoài ra cũng phải tính đến hệ thống mở cho tương lai sau này. Chọn phương án tính toán tuyến vi ba giữa trạm biến áp 110Kv Thăng bình và trạm 110Kv Điện ngọc về Trung tâm Điều độ hệ thống điện Miền trung (đã được xây lắp trong năm 2002) Mô tả tuyến: Tuyến thông tin vi ba giữa Trung tâm Điều độ HTĐ Miền trung đã có trước, do vậy tuyến thông tin cho trạm biến áp 110Kv Thăng bình được thiết kế sử dụng kênh 2w cho thoại, 4w E&M, và kênh data V28 để truyền tín hiệu SCADA/EMS về Trung tâm Điều độ HTĐ Miền trung. Các thông số được xác định trên bản đồ quân sự tỷ lệ: 1/50.000, có cự ly tuyến là 28km . Trên đường truyền sóng qua địa hình bằng phẳng không có vật chắn hình nêm. Tọa độ, độ cao của 2 trạm so với mực nước biển được xác định bằng máy thu định vị GPS Thông số tuyến Độ dài tuyến 28km Nhiệt độ trung bình hàng năm 250C Lượng mưa trung bình hàng năm 150mm/h K = , C = 1 (chọn theo khuyến nghị) Trạm Điện Ngọc Trạm Thăng bình Vĩ tuyến 15056’00’’ 150 43’14’’ Kinh tuyến 1080 15’ 30’’ 1080 21’ 02’’ Độ cao mặt đất (so với nước biển) 5m 12m Độ cao anten 30m Cần tính toán Độ cao cây cối 7m 12m Độ cao cua vật chắn 10m 8m(Cách A 7 km) 3.4 DỰNG MẶT CẮT ĐƯỜNG TRUYỀN CHO TỪNG TUYẾN Vẽ mặt cắt nghiêng Dựa vào số liệu trên bản đồ, độ cao của 2 anten ta vẽ mặt cắt nghiêng của tuyến, trước tiên ta cần tính các giá trị sau: Tính bán kính vùng Fesnel: Khoảng hở an toàn: F = 0,577 . F1 = 0,577 . 15 = 8,65 3.5 XÁC ĐỊNH ĐỘ CAO CỦA ANTEN Tính độ cao tháp anten khi có độ cao của anten kia. Áp dụng công thức (3.4) tính độ cao của tia vô tuyến B B = E(k) + (O + T) + C.F1 B = = ha2 = h1 + ha1 + [B - (h1 + ha1)](d/d1) - h2 = 5 + 30 + [45,65 (5 + 30)] (28/7) – 12 = 65,6m Ta chọn tháp anten cao 66m để có độ dự phòng 3.6 TÍNH TOÁN ĐƯỜNG TRUYỀN 3.6.1 Các tổn hao a.Tổn hao đường truyền dẫn của không gian tự do A0(dB). Loại tổn thất này đã được đề cập trong phần truyền sóng trong không gian .Nó phụ thuộc vào tần số sóng mang và độ dài đường truyền và được tính bằng công thức sau : A0 = 92,5 + 20 lg f(GHz) + 20 lgd(Km) A0= 92,5 + 20lg7 + 20lg 28 =138,5dB Trong đó: A0 : là tồn thất đường truyền cũa không gian tự do (dB) f: là tần số trung tâm của sóng mang (GHz) d: là độ dài đường truyền (Km b. Tổn hao phi dơ Tra bảng suy hao 0,1dB/m ở f=7GHz Trạm Điện Ngọc 50m Trạm Thăng bình 55m 5dB 5,5dB Tổn hao phi dơ cho toàn tuyến là: 5 + 5,5 = 10.5dB c. Tổn hao rẽ nhánh (áp dụng bảng) = 4dB (cho 1 trạm ) Đối với các thiết bị phát và thu sử dụng cho tuyến này thì tổn hao rẽ nhánh là 4 dB cho mỗi trạm tức là 8 dB cho toàn tuyến. d. Các tổn hao bộ phối hợp và đầu nối = 0,5dB (cho 1 trạm ) e. Tổng tổn hao. Nó là tổng tổn hao tính toán ở các phần trên. Tổng tổn hao = Tổn hao không gian + Tổn hao phi dơ + tổn hao rẽ nhánh + Tổn hao các bộ đầu nối = 138,5 + 10,5 + 4*2 + 0,5*2 = 158dB 3.6.2 Độ lợi a. Độ lợi của anten (cho bởi nhà chế tạo với f=7GHz) anten 2,4m độ lợi GdB= 42,5 dB độ lợi 2anten 42,5 x 2 = 85dB b. Công suất phát Pt = +28 dBm c. Tổng độ lợi. Tổng độ lợi = Độ lợi anten + Độ lợi máy phát = 85 +28 = 113 dBm d. Tổng tổn hao A1= Pt -{ Pt -tổng tổn hao + tổng các độ lợi của anten} A1 = 28-{28 -158+ 85 }= 73dB e. Mức đầu vào máy thu (dBm) Nó bằng công suất đưa ra của máy phát Pr trừ đi tổng tiêu hao A1 đã được tính biễu diễn bằng công thức sau: Pr = Pt – A1 (dBm) =28 - 73 = - 45dBm f. Các mức ngưỡng máy thu Theo các thông số kỹ thuật của thiết bị MINI-LINK ta có: RXa = - 91dB RXb = - 87dB 3.6.3 Các hiệu ứng Fading phẳng a. Gía trị của độ dự trữ fading phẳng. Fma = Pr – RXa đối với BER = 10-3 Fma =-45-(-91) = 46dB Fmb = Pr – RXb đối với BER = 10-6 Fmb = -45-(-87)= 42dB b. Xác suất fading phẳng nhiều tia áp dụng biểu thức: P0 = KQ.fBdC Trong đó: KQ = 1, 4x10-8, B = 1, C = 3,5 (theo khuyến nghị). Suy ra P0 = 11, 38 10-3 c. Xác suất đạt tới các ngưỡng Pa = 10-FMa/10 = 10-46/10 =251, 19.10-7 Pb = 10-FMb/10 = 10-42/10 =630, 95. 10-7 d. Khoảng thời gian fading: Với C2 = 56,6*d ; a2 = 0,5; b2 = -0,5 lấy theo khuyến nghị. e. Xác suất fading phẳng dài hơn 10s và 60s: P(Ta ³ 10) = P(10) = 0,5 [1 - erf(Za)] = 0,5 erfc (Za) P(Tb ³ 60) = P(60) = 0,5 [1 - erf(Zb)] = 0,5 erfc (Zb) Với: Za = 0,548ln(10/Ta) = 0,548ln (10/2,99) = 0,661 Zb = 0,548ln(10/Tb) = 0,548ln (10/4,76) = 0,407 Với erfc(t) = 1- erf(t) Trong đó: là hàm sai số. Dùng phương pháp tính gần đúng erfc(Za) =erfc(0,661) 0,4272 erfc(Zb) =erfc(0,407) 0,57154 P(10)= 0,5* (0,4272)= 0,2136 P(60) = 0,5*0,57154 = 0,2857 f. Xác suất BER vượt quá 10-3: Xác suất BER >10-3 = Po*Pa = 11,38 10-3*251,19.10-7 = 2,858*10-7 g. Xác suất mạch không thể sử dụng do fading phẵng Pu với BER=10-3 Pu = Po.Pa.P(10) = 2,858*10-7*0,2136 = 0,61046*10-7 h. Khả năng sử dụng tuyến với BER=10-3: Khả năng sử dụng tuyến% Av = 100 ( 1 - Pu ) = 100 ( 1 - 0,61046*10-7) = 99,9999993895% i. Xác suất mạch có BER > 10-6: Xác suất BER >10-6 =Po*Pb = 11,38 10-3*630,95. 10-7 = 7,180*10-7 k. Xác suất mạch không thể sử dụng do fading phẵng Pu với BER=10-6 Pu = Po.Pa.P(60) = 11,38 10-3*630,95. 10-7*0,2857= 2,051* 10-7 l. Khả năng sử dụng tuyến với BER=10-6: Khả năng sử dụng tuyến% Av = 100 ( 1 - Pu ) = 100 ( 1 – 2,051*10-7) = 99,999997949% Lập Bảng kết quả tính toán đường truyền tuyến vi ba số Điện Nam - Thăng Bình Mô tả tuyến: Trạm A Trạm B Số loại thiết bị: Mini Link E Tên trạm Trạm 110kV Điện Nam Trạm 110kV Thăng Bình Tần số: (MHz) 7157,75 7210,25 Tần số trung tâm 7GHz Dung lượng kênh: (2 x 2) Mb/s Loại điều chế máy phát: 4QAM Tham khảo bản đồ đo đạc: 1/50000 (cục bản đồ quân đội ) Vĩ độ 15056’00” 15043’14” Kinh độ: 108015’30” 108021’02” Độ dài của đường truyền dẫn: 28km Độ cao của an ten: 30mét 35mét Độ cao an ten phân tập: 0 0 Độ cao so với mực nước biển 5mét 12mét Tăng ích (Độ Khuếch đại) Trạm A Trạm B Máy phát A (dBm) +28 Tăng ích an ten (dB) 42,5 42,5 Tổng tăng ích: (dB) 113 Tổng tổn hao At (dB) 158 Mức vào của máy thu (dBm) -45 Mức ngưỡng thu được RXa (dBm) -91 BER 10-3 Mức ngưỡng thu được RXb (dBm) -87 BER 10-6 Độ dự trữ pha dinh phẳng: FMa (dB) 46 Độ dự trữ pha dinh phẳng: FMb (dB) 42 Các tổn hao: Trạm A Trạm B Tổn hao đường truyền dẫn của không gian tự do: A0 (dB) = 138,5dB Loại phi đơ: Cáp đồng trục 75W Độ dài phi đơ 50m 55m Tổn hao phi dơ 5dB 5,5dB Tổn hao rẽ nhánh 4dB 4dB Tổn hao bộ phối hợp và nối (dB) 0,5 0,5 Tổn hao vật chắn: 0 0 Tổn hao hấp thụ khí quyển: 0 0 Tổng tổn hao của tất cả phần: (dB) 158dB Các hiệu ứng pha dinh phẳng: Trạm A Trạm B Xác suất pha dinh nhiều tia P0 11,38 . 10-3 Xác suất đạt ngưỡng: RXa Pa = = 251,19.10-7 Xác suất đạt ngưỡng: RXb Pb = = 630,95. 10-7 Khoảng thời gian pha dinh Ta (s ) 2,99 Khoảng thời gian pha dinhTb (s ) 4,76 Xác suất fdg > 10s P(10) 0,2136 Xác suất BER vượt 10-3 2,858.10-7 Xác suất để mạch trở nên không dùng được (BER=10-3) 0,61046*10-7 Độ sử dụng của tuyến % (BER=10-3) 99,9999993895% Xác suất fdg > 60s P(60) 0,2857 Xác suất BER > 10-6 7,18.10-7 Xác suất để mạch trở nên không dùng được (BER=10-6) 2,051* 10-7 Độ sử dụng của tuyến % (BER=10-6) 99,999997949% Hệ số cải thiện phân tập không gian: không KẾT LUẬN Qua tính toán các thông số trên cho ta kết luận với cự ly tuyến từ Trạm 110Kv Điện ngọc đến Trạm 110Kv Thăng bình cũng như độ cao anten ở hai trạm, với thiết bị vi ba số Minilink Microwave có các đặc tính kỹ thuật như đã nêu ở trên cùng kết quả tính toán đường truyền : Độ dự trữ pha dinh 46dB với BER 10-3, 42dB với BER 10-6 Độ sử dụng của tuyến % (BER=10-3) 99,9999993895% Độ sử dụng của tuyến % (BER=10-6) 99,999997949% Với các thông số trên ta không cần sử dụng phân tập cho tuyến, tuyến hoạt động tốt CHƯƠNG IV: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH . 4.1 CẤU TRÚC CHƯƠNG TRÌNH Chương trình gồm các phần chính là: void nhap_bien() void line_lose() //ton hao tuyen truyen void gain() //do loi void fading() //gom xac suat fading nhiue tia, xs tai cac nguong, thoi gian fading 4.2 LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN. Tổn thất tuyến BEGIN Các hiệu ứng fading Nhập f,d Chọn END Độ lợi Kết quả Tổng tổn hao Tổn hao của bộ suy hao hoặc các vật chắn TT ÑT Không gian tự do TT Tuyến Nhập,d1,d2,hc i Tính A0 Chọn tính v,lamda ,c,l(v) Nhập tổn hao rẽ nhánh,khí quyển,các bộ phối hợp và đầu nối,phi dơ Kết quả Tổn hao khí quyển tính Aa Ao:tổn thất đường truyền của không gian tự do(dB) h1,h2:độ cao ten của trạm A,B(m) i: số vật chắn d1, d2: lần lượt là khoảng cách từ A và b đến vật chắn(m) l(v): tổn hao vật chắn (dB) v: là một số không thứ nguyên Tdt: tổn hao đặc trưng của khí quyển (dB) Aa: tổn hao khí quyển (dB) Kết quả Độ lợi Nhập Pt ,D các ngưỡng thu Rxa,RXb nhập alpha2,beta2, C2. Nhaäp alpha2,beta2, C2. Nhập Tđt Nhaäp,d1,d2,hc i Nhaäp,d1,d2,hc i Pt: Công suất máy phát (dBm) D: Độ lợi của một anten (m) RXa, RXb: Các ngưỡng thu được (dB) G: Độ lợi anten(dB) Gt: Tổng độ lợi(dB) Pr: Mức đầu vào của máy thu(dBm) FMa, FMb: độ dự trữ fading phẳng ứng với BER=10-3 và BER=10-6 (dB) Các hiệu ứng fading phẳng tính Po,Pa,Pb,Ta,Tb,P(10),P(60) xs BER>10^-3 ,độ khả dụng, xs BER >10^-6 ,Pu, sx BER >10^-6 trong khoảng 60s, Kết quả Po: Xác suất fading nhiều tia. Pa, Pb: Xác suất đạt các ngưỡng Rxa, RXb. Ta, Tb: Khoảng thời gian fading ứng BER >10-3 và BER >10-6 P(10), P(60): Xác suất fading dài hơn 10 s và 60s. Alpha2, beta2, C2: các hằng số có liên quan đến số fading trong 1 giờ. 4.3 KẾT QUẢ CHƯƠNG TRÌNH Nhập vào độ dài đường truyền dẫn là: 28 Km, tần số làm việc là 7 (GHz) như hinh dưới: Sau đó nhấn Enter cho ra bảng lựa chọn sau: Nhấn phím số 1 cho ra bảng lựa chọn sau: Tiếp tục nhấn tiếp phím số 1 cho ra kết quả như sau: Tiếp theo là ta nhấn chọn phím số 2, ở đây ta cho tổn hao vật chắn là 0 và kết quả như sau: Tiếp theo nhấn phím số 3 để tính tổng tổn hao ở đây ta cho: Tổn hao khí quyển là: 0 Tổn hao phi dơ là : 10.5 Tổn hao rẽ nhánh là : 8 Các tổn hao bộ phối hợp và đầu nối là : 1 Kết quả như hình ở dưới. Sau đó nhấn phím số 6 để quay lai như lúc này: Bây giờ ta nhấn phím số 2 để tính độ lơi. Sau khi điền đầy đủ các số liệu như hình phía trên rồi nhấn enter sẽ cho ra kết quả như hình tiếp theo sau. Sau đó nhấn phím số 6 để quay lai như lúc này: Tiếp theo ta chọn phím số 3 để tính các hiệu ứng fading phẳng, rồi điền đầy đủ các số liệu như sau: Sau đây là các kết quả tính hiệu ứng fading phẳng: KẾT LUẬN 1. Các vấn đề làm được Qua quá trình tìm hiểu và thực hiện đề tài của mình, em đã có một số kết quả sau: Đúng với mục tiêu ban đầu. Trình bày tổng quan về hệ thống vi ba số và các bước thiết kế một tuyến vi ba số. Trình bày được các bước thiết kế và tính toán tuyến truyền dẫn vi ba số thực tế. Xây dựng được chương trình mô phỏng Các vấn đề chưa làm được Bên cạch một số kết quả đạt được, vẫn còn một vài vấn đề hạn chế: Chưa đi sâu vào được vấn đề do còn hạn chế về kiến thức. Còn quá nặng về lý thuyết, chưa có điều kiện để triễn khai ở thực tế, để đánh giá đúng về phương pháp của mình, chưa đánh giá được các tiêu chuẩn kỹ thuật và đánh giá chất lượng tuyến trong thực tế. Chương trình mô phỏng chưa xây dựng được chương trình đồ họa, chưa tính được độ cao của anten. 3. Hướng phát triển của đề tài Tuy nhiên trong đề tài này còn một số vấn đề mà em có thể phát triễn trong tương lai, nếu kiện cho phép: Xây dựng chương trình đồ họa cho phần mô phỏng, tính được độ cao của anten, và một vài thông số khác nữa. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Khoa: Điện – Điện tử, Hệ thống viễn thông, ĐH Duy Tân [2] ThS. Võ Trường Sơn, Bài giảng vi ba số, ĐH GTVT BM KTVT [3] ThS. Bùi Thiện Minh, Vi ba – Tập 2, Nhà xuất bản bưu điện, 5 - 2000 [4] Nguyễn Trung Hòa, Giáo trình Vi ba vệ tinh, [5] Bộ Bưu điện Nhật Bản ( NTT, KDD), Công nghệ truyền dẫn số viễn thông nông thôn, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật 1997 Trang Web [6]. [7]. [8]. [9]. [10]. NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN