bài tập lớn hệ thống viễn thông THIẾT KẾ TUYẾN THÔNG TIN VIBA

1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN HỆ THỐNG VIỄN THÔNG Đề tài THIẾT KẾ TUYẾN THÔNG TIN VIBA Giảng viên hướng dẫn PGS TS Nguyễn Hoàng Hải Nhóm sinh viên thực.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

HỆ THỐNG VIỄN THÔNG

Đề tài:

THIẾT KẾ TUYẾN THÔNG TIN VIBA

Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Hoàng Hải

Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm 14

20182466 Phan Tiến Bảo Duy

LỜI NÓI ĐẦU

Trong sự phát triển của xã hội , thông tin đóng một vai trò hết sức quan trọng Sự đòi hỏi nhu cầu thông tin phải chính xác, hiệu quả ngày một gia tăng, không những ở thành phố lớn mà ngay cả những vùng nông thôn, vùng núi Điều đó khiến thông tin toàn cầu nói chung và ở Việt Nam nói riêng phải luôn phát triển và đòi hỏi nhiều thiết bị thông tin hiện đại, phù hợp với nhu cầu ngày càng tăng của con người trong thời đại mới Ở Việt Nam tất cả các hệ thống mạng xuyên quốc gia và bưu điện tỉnh dã và đang phát triển với tốc độ rất cao Số hóa là mục tiêu mà ngành bưu điện đang thực hiện với những công nghệ truyền dẫn số tốc độ cao , dung lượng lớn, áp dụng phổ biến đặc biệt là cáp quang

và viba Thông tin vi ba số là một trong 3 phương tiện thông tin phổ biến hiện nay (bên cạnh thông tin vệ tinh và thông tin quang) Hệ thống vi ba số sử dụng sóng vô tuyến và biến đổi các đặc tính của sóng mang vô tuyến bằng những biến đổi gián đoạn và truyền trong không trung Sóng mang vô tuyến được truyền đi có tính định hướng rất cao nhờ các anten định hướng Và với sự chỉ bảo và hướng dẫn nhiệt tình của thầy , bọn em đã hoàn thành xong bài tập lớn thiết kế Viba, em rất mong nhận được sự góp ý và chỉ bảo của thầy !

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1

1 Thông tin Viba 1

2 Băng tần Viba 1

3 Cự ly truyền sóng 2

4 Miền Fresnel 3

5 Hệ thống Viba số 6

6 Chỉ tiêu kỹ thuật 6

7 Thiết kế tuyến thông tin Viba 6

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ TUYẾN THÔNG TIN VIBA 8

1 Sử dụng Pathloss 4.0 để thiết kế tuyến 8

1.1 Mục đích 8

1.2 Tiến hành thiết kế 8

CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT

1 Thông tin Viba

Vi ba là sóng điện từ có bước sóng dài hơn tia hồng ngoại, nhưng ngắn hơn sóng radio

Vi ba còn gọi là sóng tần số siêu cao (SHF), có bước sóng khoảng từ 30 cm (tần số

1 GHz) đến 1 cm (tần số 30 GHz) Tuy vậy, ranh giới giữa tia hồng ngoại, vi ba và sóng radio tần số cực cao (UHF) là rất tuỳ ý và thay đổi trong các lĩnh vực nghiên cứu khác nhau Sự tồn tại của sóng điện từ, trong đó vi ba là một phần của phổ tần số cao, được James Clerk Maxwell dự đoán năm 1864 từ các phương trình Maxwell nổi tiếng Năm

1888, Heinrich Hertz đã chế tạo được thiết bị phát sóng radio, nhờ vậy lần đầu tiên chứng minh sự tồn tại của sóng điện từ

Trong môi trường khí quyển, chiết xuất khúc xạ đối với sóng cao tần giảm dần

theo độ cao, nên tia sóng bị uốn cong về phía mặt đất, và cự ly truyền tăng lên

Trong miền Fresnel, nếu có các vật thể như cây, đỉnh đồi và các tòa nhà có thể gây

ra nhiễu xạ hay phản xạ đối với tín hiệu sóng vô tuyến chính (là sóng truyền thẳng trực tiếp

từ anten phát đến anten thu)

Tia phản xạ tới B lệch 180 độ so với tia truyền thẳng >>> Tín hiệu tới B là tổng hợp của tia truyền thẳng và phản xạ, sẽ bị suy giảm nhiều

Tia phản xạ chậm pha 180 độ + độ dài đường đi làm chậm pha 180 độ, so với tia truyền thẳng >>> Tín hiệu tới B là tổng của tia truyền thẳng và tia phản xạ >>> lớn hơn

 Bán kính của miền Fresnel thứ n tại một điểm P giữa tuyến truyền được tính theo công thức:

𝑅𝑛 = √𝑛 ∗ 𝑐 ∗ 𝐷1∗ 𝐷2

𝑓 ∗ 𝐷

D1, D2 – k/c từ điểm P đến 2 anten f – tần số làm việc

 Bán kính của miền Fresnel thứ nhất tại một điểm P giữa tuyến truyền được tính theo công thức:

𝑅1 = 17.32 ∗ √𝐷1∗ 𝐷2

𝑓 ∗ 𝐷

D1, D2 – k/c từ điểm P đến 2 anten f – tần số làm việc

 Bán kính của miền Fresnel thứ nhất tại điểm rộng nhất có thể được tính theo công thức:

 Dung lượng trung bình: 10-100Mbps

 Dung lượng cao: > 10Mbps

Cự ly liên lạc:

 Tuyến dài: >400km, so sánh được với cáp quang, dải tần 4-6GHz

 Tuyến ngắn: dải tần 15GHz (thiết bị và anten gọn)

- Công suất phát: tùy vào cự ly và ngưỡng thu

- Độ nhạy máy thu/Ngưỡng thu: cho trước tương ứng với tỉ số lỗi và tốc độ bit nhất định

- Tỉ số lỗi: thấp nhất phải đạt 10-3, chất lượng tốt đạt trên 10-6

- Trở kháng vào máy thu – Trở kháng ra máy phát: chuẩn hóa 50Ω

- Tốc độ dữ liệu băng tần gốc: số luồng E1 (x2, x4, x8)

7 Thiết kế tuyến thông tin Viba

- Lựa chọn vị trí đặt trạm: đảm bảo điều kiện tầm nhìn thẳng

- Lựa chọn tần số làm việc: tần số thu – phát cách nhau để tránh can nhiễu, giao thoa với tần số đang sử dụng lân cận

- Vẽ mặt cắt đường truyền: xác định độ cao anten phù hợp để đảm bảo khoảng hở

- Tính toán quỹ đường truyền: quỹ công suất phù hợp để đảm bảo hoạt động trong mọi đk thời tiết

- Tính toán các chỉ tiêu đánh giá chất lượng tuyến

- Độ cao đặt trạm, độ cao anten (anten phân tập)

- Vĩ độ, kinh độ: để xác đinh góc phương vị và khoảng cách

- Độ dài đường truyền

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ TUYẾN THÔNG TIN VIBA

1 Sử dụng Pathloss 4.0 để thiết kế tuyến

1.1 Mục đích

Pathloss 4.0 là phần mềm chuyên nghiệp về thiết kế tuyến Microwave với những

ưu điểm vượt trội là dễ sử dụng, đầy đủ các thông số nhưng bên cạnh đó nó có nhược điểm

là tính chống nhiễu không care đến terrain

1.2 Tiến hành thiết kế: ( Thiết kế trạm Viba

TNN_SGC_TAN_QUANG-TNN_TNN_LUONG_SON)

Bước 1: Thiết lập các thông số ban đầu

- Tọa độ: gồm vĩ độ và kinh độ được lấy từ Goole earth sau đó nhập như hình trên, tọa độ lưu ý nhập cách nhau bởi dấu cách, không dùng các kí hiệu độ, phút, giây

- Tiếp theo ta nhập tần số: tần số được sử dụng ở đây là 15GHz

- Thiết lập chuẩn ban đầu: trên thanh công cụ của Pathloss chọn configure →

geographic default Xuất hiện hộp thoại

- Thiết lập các thông số như hình

Bước 2: Load dữ liệu địa hình SRTM

- Dữ liệu địa hình SRTM thể hiện tọa độ (latitude, longitude), thông số độ cao

- Đầu tiên truy cập vào http://viewfinderpanoramas.org

-

- Bản đồ sẽ được hiện ra, ta click vào vùng đã chọn để thiết kế Viba

- Sau khi click xong hệ thống sẽ tự tải file load dữ liệu địa hình khu vực đó, ta chỉ

cần chọn kinh độ vĩ độ trung tâm khu vực muốn thiết kế

Sau khi có dữ liệu địa hình SRTM thì bắt đầu load vào Pathloss: trên thanh công cụ của Pathloss chọn phần Configure → terrain Database

- Xuất hiện hộp thoại:

Chọn Setup Primary (có thể tráo ngược giữa Primary và Secondary) sẽ hiện lên 1 cửa

sổ SRTM

Chọn file BIL-HDR-BLW sau đó load tới file hgt vừa tải về Sau khi load sẽ có dạng như trên Map name

Bước 3: Tạo dữ liệu địa hình và hiển thị trong Pathloss

Sau khi đã load dữ liệu địa hình SRTM thì vào phần Module trên thanh công cụ chọn Terrain Data

Xuất hiện cửa sổ mới

Chọn Operations → Generate Profile, xuất hiện hộp thoại:

Điền khoảng cách để tạo dữ liệu, ở đây chọn 10m->Generate

Khi Generate Profile báo Profile Complete thì có nghĩa là đã tạo được dạng địa hình như trên, sau đó ta có thể thêm các vật chắn như tòa nhà, cây cối, … Click đúp vào Structure

sẽ hiện ra 3 mục: Single Structure (vật chắn đơn), Range of Structures (đa vật chắn)

Và cuối cùng phần Terrain Data sẽ như hình sau:

Bước 4: Tính toán độ cao anten

Trên thanh công cụ chọn Module->Antenna Heights

Cửa sổ mới hiện ra

Sau đó kích vào biểu tượng máy tính, Pathloss sẽ tự tính chiều cao của anten của 2 trạm

Bước 5: Thực hiện việc thiết kế chính trong phần Worksheets

Trên thanh công cụ chọn Module->Worksheets

Xuất hiện cửa sổ sau

Thiết lập chanel cho 2 trạm:

Nhấp vào biểu tượng trên, xuất hiện 1 cửa sổ mới:

Chọn Lookup để xem freqplan (kế hoạch tần số theo chuẩn), hoặc có thể nhập trực tiếp vào

TX (MHz) cho cả 2 trạm Sau khi chọn Lookup thì xuất hiện cửa sổ mới

Chọn File-> Open để load tần số thu và phát trong thư viện của Pathloss với đuôi *.txc Sau khi load thì chạy Site 1 hay Site 2 có tần số cao hơn, tắt cửa sổ này và sau đó nhấn OK

ở cửa sổ TX channels

Chọn thiết bị (Radio Equipment):

Tiếp tục chon Code Index để lấy mã thiết bị

Chọn New index để lấy thiết bị mới, dẫn tới thư viện của Pathloss chọn thư mục EQUIPMENT→chọn thiết bị (alcatel, nec, nokia,…) Code Index bao gồm: code (mã thiết bị), Manuf (hãng sản xuất), Model (loại), Cap (kiểu data E1, STM,…), Mode (phương thức điều chế QAM, QPSK,…) và F LOW (tần số thấp nhất), F HI (tần số cao nhất)… tần số

15GHz ta chọn thiết bị P3-144F

Sau đó nhấn Both để sử dụng cho cả 2 trạm Đóng cửa sổ Radio Code Index, nhấn OK ở cửa sổ Radio Equipment để kết thúc việc chọn thiết bị

Chọn dây Feeder nối từ thiết bị tới anten:

Tương tự như chọn Chanel (Ch), sau khi nhấp vào biểu tượng trên ta chọn Lookup Sau khi hiện cửa sổ mới ta chọn File->Open dẫn tới thư viện của Pathloss->chọn thư mục EQUIPMENT->chọn thư mục txl và chọn 1 file trong đó, sau khi chọn thì ta chọn dây feeder sao cho phù hợp với tần số ban đầu 15GHz Sau đó chọn Both để dùng cho cả 2 trạm

Chọn suy hao bộ lọc phân nhánh:

Chọn và nhập như hình

Tiếp theo ta chọn suy hao đương truyền:

Kích vào giữa đường truyền thì xuất hiện cửa sổ:

Tích các thông số như hình trên

Cuối cùng chọn suy hao do mưa:

Nhấp vào biểu tượng thời tiết như ở trên sẽ xuất hiện cửa sổ và chọn method giống như trên, chọn nút Load Rain File->Browers đến thư viện Rain của Pathloss và chọn vùng mưa theo ITU, ở Việt Nam là N Sau đó Kích Open và Close cửa sổ Rain

Sau khi đã chọn đầy đủ các thông số thì dấu tich màu xanh thông báo đã hoàn thành

Bước 6: Tính toán nhiễu xạ (Diffraction)

Trên thanh công cụ chọn Module→Diffraction Hiển thị vùng Fresnel thứ nhất, click vào Operations→Fresnel Zones

Chọn như hình dưới →Close

Click chọn vào biểu tượng máy tính trên thanh công cụ và hộp thoại tính toán xuất hiện Kết quả tính toán như hình dưới với suy hao trong không gian tự do là 130.09dB, suy hao do không khí là 0.14dB, tổng suy hao là 130.23Db

Bước 7: Hiển thị Multipath

Trên thanh công cụ chọn Module →Multipath

Bước 8: Hiển thị Printprofile

Trên thanh công cụ chọn Module →Printprofile

Bước 9: Hiển thị Map và Network

Trên thanh công cụ chọn Module->Network

Để load map vào Network thì phải Save trước với đuôi *.gr4 Muốn save được phải đặt call sign cho hai trạm tại tab summary với tên bất kì

Thực hiện tương tự với 9 site còn lại và add vào site list Sau đó chọn Site Data -> Create Background