btl truyền dẫn vô tuyến số

thiết kế tuyến truyền dẫn vô tuyến số

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN :KỸ THUẬT VIỄN THÔNG

THIẾT KẾ MÔN HỌC

TRUYỀN DẪN VÔ TUYẾN SỐ

Đề tài: THIẾT KẾ ĐƯỜNG TRUYỀN DẪN VÔ TUYẾN SỐ

Giáo viên hướng dẫn: Ts.Trần Hoài Trung

Sinh viên thực hiện: Phạm Đức Thông MSV: 1111722

Hà Nội - 2014

Lời Nói Đầu 3

ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ ĐƯỜNG TRUYỀN DẪN VÔ TUYẾN SỐ 5

A.PHẦN CỞ SỞ LÝ THUYẾT 5

I.Mục tiêu và yêu cầu 5

1.Mục tiêu kỹ thuật 5

2 Mục tiêu kinh tế 5

3 Một số quy đinh chung cho thiết kế đường truyền dẫn vô tuyến số 6

4 Tính toán các thông số: 6

2.Chọn tần số làm việc: 8

3.Tính chọn chiều cao của tháp anten: 9

5.Tính toán các tham số chất lượng của tuyến 14

B: PHẦN THIẾT KẾ TUYẾN VI BA: 15

I Các thông số của tuyến và đặc tính của thiết bị 16

1.Các thông số của tuyến: 16

2 Các thông số của thiết bị 17

II tính toán các giá trị đường truyền 18

1.độ lồi quả đất 18

2 Bán kính thứ nhất của miền Frensen thứ nhất F1: 18

3 Tính chiều cao cột anten tai trạm VTI 18

4 Tính suy hao của hệ thống: 19

5 Các giá trị của thiết bị: 21

III Kiểm tra chất lượng đường truyền: 21

4 Thời gian pha đinh là: 22

5 Xác suất pha đinh phẳng dài hơn 60s : 22

6.Khả năng sử dụng tuyến truyền Av: 22

Tổng kết 23

Lời Nói Đầu

Trong thời đại hiện nay sự phát triển của khoa học - công nghệ trên thế giới, đã

được nước ta áp dụng nhiều các thành tựu khoa học –công nghê đó vào trong kinh tế

,khoa học xã hội,trong đời sống nói chung và trong ngành viễn thông nói riêng.để cóthể phát triển đất nước thì việc mở rộng giao lưu với thế giớ bên ngoài đóng vai trò rấtquan trọng và việc giao lưu đó được thực hiện bằng các phương thức như sử dụng các

đường truyền dẫn bằng hữu tuyến như cáp quang , vệ tinh hay vô tuyến trong đó thì

truyền dẫn bằng vô tuyến được sử dụng rộng dãi hơn so với hữu tuyến vì nó đêm lạinhững ưu điểm:như tính linh hoạt ,tinh di động… ngoài ra nó còn được sử dụng chonhiều lĩnh vực khác như truyền hình, trong thông tin di động,trong quốc phòng …

truyền dẫn bằng vô tuyến ngoài những ưu điểm trên thì nó còn phải chịu những ảnh

hưởng của thời tiết, địa hinh,làm cho chất lượng truyền dẫn bị ảnh hưởng ,dễ bị thu

trộm ,dung lượng truyền dẫn bị hạn chế và đặc biệt còn bị ảnh hưởng của hiện tượngphadinh,trong truyền dẫn số có 2 loại phadinh là phadinh phẳng và phadinh nhiều

đường làm cho chất lượng truyền dẫn không tốt do đó cần có biện pháp khắc

phucjcacs hạn chế các nhược điiểm trên xuống mức thấp nhất có thể để bảo vệ thôngtin truyền dẫn được bảo toàn

Là một sinh viên được đào tạo trong nghành điện tử viễn thông thì việc được thiết kế

đường truyền dẫn vô tuyến đã đem lại cho em được nhũng kỹ năng cần thiết cũng như

củng cố kiến thức đã được học cũng như bổ xung thêm những kiến thức chuyên

nghành bổ ích góp phần đem lại cơ hội việc làm sau khi rời khởi ghế nhà trường

Trong bài thiết kế đường truyền dẫn vô tuyến số nộị dung gồm có 2 phần:

Phần 1: cở sở lý thuyết

Phần 2 :tính toán thiết kế

Qua đây, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy giáo Ts.Trần Hoài Trung –

Giảng viên bộ môn Kỹ thuật viễn thông, trường Đại học Giao thông vận tải đã tận tình

giúp đỡ em trong qua trình thiết kế đề tài

Do khuôn khổ thời gian thiết kế có hạn, cũng như kiến thức còn nhiều non kémnên sai sót là không thể tránh khỏi vì em rất mong nhận được những đóng góp và ýkiến chân thành từ phía Quý thầy cô cùng toàn thể các bạn bè để bài thiết kế của em

được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 11 tháng 04 năm 2014

sinh viên thực hiện

Phạm Đức Thông

ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ ĐƯỜNG TRUYỀN DẪN VÔ TUYẾN SỐ

Cụ thể: thiết kế đường truyền vô tuyến số Hà Nội -Vĩnh Phúc

A.PHẦN CỞ SỞ LÝ THUYẾT

I.Mục tiêu và yêu cầu

Khi thiết kế tuyến truyền dẫn vi ba số thì chúng ta cần đẩm bảo các tiêu chí kỹ thuật

đật ra để có thể đáp ứng phục vụ và đảm bảo về kinh tế

1.Mục tiêu kỹ thuật

Đảm bảo theo các tiêu chuẩn kỹ thuật theo CCITR ,tức là thời gian gián đoạn

cho phép.theo đó , xác suất lỗi bit cho phép của tuyến truyền vi ba số là

BER<10 với các tuyến dài nhỏ hơn 280km

Độ khả dụng AV của hệ thống( tức là khả năng công tác của hệ thống) được đảm bảo

2 Mục tiêu kinh tế

Với bất kì hệ thông kỹ thuật nào đều tuân thủ theo quy luật tương tác giữa chi phí

đầu tư và hiệu quả của sản xuất được thể hiện qua chất lượng của sản phẩm hệ thống

viễn thông cũng vậy Nếu tỷ số BER mà thấp thì chất lượng dịch vụ sẽ tăng, và nhưvậy thì chi phí đầu vào sẽ cao Vậy mục đích kinh tế đầu tiên là thiết kế tuyến có chất

lượng cao mà chi phí hợp lý nhất Do vậy, người thiết kế phải tính toán chính xác các

thông số kỹ thuật theo tiêu chuẩn quy định, tính toán đến mục đích sử dụng của hệthống và cả tình hình tài chính của đơn vị thi công, để từ đó lựa chọn thiết bị cho phùhợp, nhằm tránh lãng phí và đạt hiệu suất cao nhất.Việc thiết kế tuyến vi ba số giữa

VTI và bưu điện thành phố Vĩnh Phúc là cần thiết, bởi nó kết nối từ trung tâm thông

tin liên lạc về các tỉnh lẻ, nhằm phủ sóng trên diện rộng, đáp ứng nhu cầu của nhân

dân, đặc biết là vùng sâu và vùng xa, nơi có địa hình phức tạp.Tuy nhiên việc lắp đặt

trạm là khó khăn hơn do địa hình phức tạp và có một số khu vực đông dân cư vì vậyviệc tính toán chi phí phải chi tiết và có thể tận dụng những điều kiện đã có

3 Một số quy đinh chung cho thiết kế đường truyền dẫn vô tuyến số

Việc thiết kế một tuyến thông tin nói chung và vi ba số nói chung cần dựa trên một số

quy định sau:

- Dự án báo cáo khả thi đã được cấp có thẩm quyền phê duyệt

- Hồ sơ khảo sát, thuyết minh chính xác về nội dung xây lắp và các tiêu chuẩn kỹthuật yêu cầu

- Các tiêu chuẩn, quy trình, quy phạm của ngành đã quy định

- Các định mức, dự toán có liên quan để đáp ứng cho việc thiết kế, thiết kế phải dựatrên khảo sát thực địa

- Việc lựa chọn tần số khi khai thác sẽ được đăng ký với cục tần số

- An toàn cho thiết bị và người khai thác

4 Tính toán các thông số:

+ Tính toán đường truyền dẫn

+ Tính toán chỉ tiêu chất lượng

+ Tính toán thời gian mất thông tin

+ Lắp đặt thiết bị, anten, đưa hệ thống vào hoạt động thử nghiệm để kiểm tra

+ Xác định tuyến trên bản đồ( trên bản đồ địa hình của khu vực xây dựng trạm)

+ Tạo nên các bản vẽ mặt cắt nghiêng của tuyến

Từ các yêu cầu thực tế của một tuyếtn 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 1.mặt cắt nghiêng của đường truyền

Mặc dù mặt đất có độ cong nhưng để đơn giản trong tính toán người ta thường vẽ mặtcắt 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:

Ei: là độ lồi thực của mặt đất tại điểm đang xét

ha1: chiều cao cột anten của tram A

ha2: Chiều cao cột anten của tram B

Như vậy trên mặt nghiêng này thể hiện được bề mặt của địa hình Ngoài ra nó cũng

thể hiện được cả độ cao của cây cối các vật chắn trên đường truyền nối hai trạm A, Bchẳng hạn như các gò, đồi, các nhà co tầng… Đối với khoảng truyền dẫn dài, độ congcủa mặt đất lớn thì cần phải tính toán đến độ nâng của vị trí trạm Độ nâng được vẽdọc các đường thẳng đứng nên không đi dọc theo đường bán kính xuất phát từ tâmquả đất

2.Chọn tần số làm việc:

Công việc này liên quan đến việc chọn thiết bị cho tuyến và liên quan đến tần

số sóng vô tuyến của các hệ thống lân cận Việc lựa tần số phải tránh can nhiễu vớicác tần số khác đã tồn tại xung quanh khu vực, xem xét có thể bố trí việc phân cực

anten như thế nào cho hợp lý Khi sử dụng các thiết bị thì giá trị các tiêu chuẩn được

chọn theo khuyến nghị của CCIR Vẽ mặt cắt đường truyền và tính các thông số liênquan Tính khoảng cách tia truyền phía trên vật chắnSau khi đã chọn được tần số làmviệc 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 kì tín hiệu nào đi đến anten thu qua

đường này sẽ dài hơn so với đường truyền trực tiếp một nửa bước sóng (λ /2) của tần

số sóng mang Miền bên trong của elip thứ nhất này gọi là miền Fresnel thứ nhất Nếutồn tại một vật cản ở rìa của miền Fresnel thứ nhất thì sóng phản xạ sẽ làm suy giảmsóng trực tiếp, mức độ suy giảm tuỳ thuộc vào 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 bước sóng phản xạ này Bán kính củamiền Fresnel thứ nhất (F1) được xác định theo công thức sau:

F1 = λ=17,32[ /( )]^1/2 [m]

Trong đó : d1, d2 [km]: lần lượt là khoảng cách từ trạm A và trạm B đến điểm ở đóbán kính miền Fresnel được tính toán

D [km] là khoảng cách hai trạm, d= +

F là tần số sóng mang [Ghz]

Trong thực tế, thường gặp đường truyền đi qua những địa hình khác nhau có thể chắnmiền Fresnel thứ nhất gây nên tổn hao trên đường truyền ở các loại địa hình này cóthể có vật chắn hình nêm trên đường truyền và các loại chướng ngại khác Hình dướichỉ ra mô hình của vật chắn trên đường truyền dẫn, trong đó F1 là bán kính miềnFresnel thứ nhất, F là khoảng hở thực; là khoảng cách giữa tia trực tiếp và một vậtchắn hình nêm tại địa điểm tính toán miền Fresnel thứ nhất Theo các chỉ tiêu thiết kế

về khoảng hở đường truyền được khuyến nghị thì độ cao tối thiểu của anten phải đảmbảo sao cho tín hiệu không bị nhiễu xạ bởi vật chắn nằm trong miền Fresnel thứ nhất

là F=0.577F1 (khoảng 60% F1→C=0,6)

3.Tính chọn chiều cao của tháp anten:

Để tính chiều 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 thiểucủa tháp anten để thu được tín hiệu

Biểu thức xác định độ cao của tia vô tuyến như sau

Hình 2.mô hình đường truyền thiết kế

Thông thường thì độ cao của tia B được tính toán tại điểm có một vật chắn cao nhất

nằm giữa tuyến.Tính độ cao của anten để làm hở một vạt chắn nằm giữa tuyến Ở

bước khảo sát, ta đã xác định độ cao của hai vị trí đặt trạm so với mặt nước biển tươngứng là h1 và h2 Ta sẽ tính độ cao của cột anten còn lại khi biết trước độ cao của một

cột anten

h = + h +[B –( + h )](d/ ) – [m]

ha = +ha1 + [B –( + h ) ] (d/ ) – [m]

h , h [m]: độ cao của một trong hai anten cần tính

, [km]: khoảng cách từ mỗi trạm đến vị trí đã tính toán độ cao của tia B

h1, h2 : độ cao so với mực nước biển của trạm A và trạm B

Hình 3 sơ đồ biết h để tính h

Hình 4 sơ đồ biết h để tính h

Để đảm bảo cho hệ thống hoạt động không chịu ảnh hưởng của các yếu tố trong tương

lai thì độ cao anten phải sử dụng một khoảng dự phòng:ph1 và ph2 Lúc đó độ dàithực của anten phải là:

ha = h + p [m]

ha = h + pℎ[m]

Với độ dự phòng từ 0,6- 5 m

4 Tính toán các nhân tố ảnh hưởng và các tham số của đường truyền

a.Tính toán các nhân tố ảnh hưởng đến đường truyền:

Công suất tín hiệu truyền giữa trạm phát và trạm thu bị suy hao trên đường truyền sự

mất mát công suất này do các yếu tố gây nhiễu đường truyền:

+ Độ dự trữ fadinh phẳng:

tác động của fadinh là làm thay đổi mức ngưỡng thu của máy thu, khi bị ảnh hưởng

của fadinh phẳng máy thu có thể nhận được tín hiệu rất yếu từ đường truyền và có thể

làm gián đoạn thông tin nếu trường hợp fadinh Độ dự trữ fadinh phẳng Fm (dB) liênquan đến mức tín hiệu thu không fadinh W0 (dB) và mức tín hiệu thu được thực tế

thấp W(dBm) trước lúc hệ thống không còn hoạt động tính theo biểu thức:

Fm = 10lg(W0/W)dB = [W0(dBm) – W(dBm) ] [dB]

+ Fadinh lựa chọn:

chủ yếu ảnh hưởng đến các hệ thống viba số có dung lượng trung bình (34Mb/s) và

dung lượng cao (140Mb/s)

+ Tiêu hao do mưa: cùng với fadinh là các ảnh hưởng truyền lan chủ yếu các tuyến

vô tuyến tầm nhìn thẳng trên mặt đất làm việc ở các tần số trong dải tần GHz Tiêu

hao do mưa tăng nhanh theo sự tăng của tần số sử dụng đặc biệt với các tần số trên

35GHz thường suy hao nhiều , do đó để đảm bảo thì khoảng cách lặp phải nhỏ hơn20Km

b.Tính toán các tham số của tuyến

Các tham số sử dụng trong tính toán đường truyền: mức suy hao trong không gian tựdo,công suất phát, ngưỡng thu, các suy hao trong thiết bị… có vai trò quan trọng để

xem xét tuyến có hoạt động được hay không và hoạt động ở mức tín hiệu nào

+ Tổn hao không gian tự do (A0):

là tổn hao lớn nhất cần phải xem xét Đây là tổn hao do sóng vô tuyến lan truyền từtrạm này đến trạm kia trong môi trường không gian

LTxat = 1,5 har1 0.045 + 0,3[db]

LRxat = 1,5 har2 0,045 + 0,3 [db]

+ Tổn hao rẽ nhánh: tổn hao này cũng được cho bởi nhà cung cấp thiết bị Mức tổn

hao này thường khoảng (2 – 8)dB

+ Tổn hao hấp thụ trong khí quyển:khi tính toán mức suy hao này dựa theo các chỉ

tiêu đã khuyến nghị ở các nước Châu Âu Chẳng hạn đối với hệ thống thông tin vô

tuyến 18,23 và 38GHz thì mức suy hao chuẩn Lsp0 được cho trong khuyến nghị vàokhoảng 0,04dB/km – 0,19 dB/m khi đó tổn hao cho cả tuyến truyền dẫn được xác địnhlà:

Lsp = Lsp0.d

Với d: khoảng cách của tuyến tính bằng km

→Phương trình cân bằng công suất trong tính toán đường truyền:

Pt = Pr + G – At [dB]

Pt: là công suất phát

At: tổn hao tổng = tổn hao trong không gian tự do + tổn hao phi đơ

+tổn hao rẽ nhánh + tổn hao hấp thụ khí quyển

G: tổng các độ lợi = độ lợi của anten A + độ lợi của anten B

Pr: công suất tại đầu vào máy thu

5.Tính toán các tham số chất lượng của tuyến

Chất lượng đường truyền được đánh giá dựa trên tỷ số BER Các tỷ số BER thường

được sử dụng trong viba số là: BER =10 và BER = 10 tương ứng với 2 mứcngưỡng RXa và RXb

a Độ dự trữ pha dinh ứng với RXa và RXb là FMa và FMb:

FMa = Pr – RXa với BER =10

FMb = Pr – RXa với BER =10

b.Xác suất pha dinh phẳng nhiều tia (P0)

P0 = KQ.f B.dC

Trong đó: KQ = 1,4.10 ; B = 1 ; C = 3,5 là các tham số liên quan đến điều kiện lan

truyền , sử dụng các giá trị theo khuyến nghị của CCIR

c Xác suất đạt đến ngưỡng thu RXa ; RXb

pa =10 Pb = 10Trong đó FMa và FMb là độ dự chữ pha dinh tương ứng với các tỷ số BER

d.Khoảng thời gian pha dinh: Ta và Tb là các giá trị đặc trừng cho khoảng thời gian

tồn tại pha dinh tương ứng FMa và FMb :

=C2.10 ∝ =C2.10 ∝

với C2 = 10,3d ; α 2 = 0,5; β 2 = −0,5 lấy theo khuyến nghị

e Xác suất pha dinh phẳng dài hơn 10 giây

P(Ta≥ 10) = P(10) = 0,5[1 – erf(Za) ] = 0,5erf(Za)

xác suất (BER >10 ) = P0.Pa = P0.10

g Xác suất mạch trở nên không thể sử dụng được do pha dinh phẳng (Pu):

j Xác suất mạch có BER ≥10 trong hơn 60s do pha dinh phẳng:

xác suất (BER ≥10 ) trong 60s = P0.Pb.P(60)

B: PHẦN THIẾT KẾ TUYẾN VI BA:

Ta tiến hành thiết kế hệ thống vi ba số giữa Trung tâm viễn thông liên tỉnh quốc tế

VTI và Bưu điện tỉnh Vĩnh Phúc Như vậy thì Trạm VTI là trạm A, còn trạm VĩnhPhúc sẽ là trạm B.

Tọa độ của trạm VTI( trạm A) :21 01’7,56s N và 105 48’28,6sE

Toạ độ trạm Vĩnh Phúc ( Trạm B) là: 21°21′49″N và 105°32′54″E

I Các thông số của tuyến và đặc tính của thiết bị

1 Các thông số của tuyến:

Qua quá trình khảo sát thực địa cho ta các thông số của tuyến như sau:

- Tổng độ dài tuyến truyền là 40 km

- Cách Trạm VTI 10km có toà nhà cao nhất ( 30 tầng), toà nhà cao nhất là 80 m

- Địa hình đồi núi có độ cao trung bình là khoảng 7=>10m

- Độ cao trạm A(VTI ) so với mục nước biển là 15m, Trạm B(Vĩnh Phúc) là 15m

- Nhiệt độ trung bình hằng năm là 25℃

- Lượng mưa trung bình hàng năm là 150mm/h

- K= 4/3 và C= 1 ( theo kiến nghị CCIR)

- Chọn độ cao anten của trạm Vĩnh Phúc là 40 ( Tram Vĩnh Phúc cần tính )