bài tập lớn hệ thống thông tin vô tuyến

bài tập lớn hệ thống thông tin vô tuyến

MỤC LỤC

Sinh viên: Vũ Kim Phong - 1 - Lớp:K43ĐVT

Thoại tương

tự

LỜI NÓI ĐẦU

Cùng với sự phát triển như vũ bão của công nghệ viễn thông- tin học thế giới, với kế hoạch tăng tốc phát triển của nghành bưu điện trong giai đoạn hiện nay, mạng lưới viễn thông Việt Nam ngày càng hiện đại hơn, đòi hỏi những người làm chủ mạng lưới viễn thông nói chung và những thế hệ trẻ như sinh viên nói riêng phải nắm chắc kiến thức cơ bản của công nghệ viễn thông hiện đại trong đó có kỹ thuật viba số.

Với lẽ đó, để hiểu rõ về lý thuyết cũng như để nắm bắt được những thay đổi của nghành viễn thông hiện nay trên thế giới cũng như ở trong nước Chúng em cần tìm hiểu nhiều hơn về thực tế công nghệ hiện nay của nghành viễn thông.

Với kiến thức đó học trên lớp kết hợp với kiến thức thực tế mà em đó tìm hiểu được, em đã tiến hành thiết kế tuyến viba số theo yêu cầu của thầy giáo đề ra.

Dưới đây là bản thiết kế của em Do kiến thức chưa được rộng, trong bài cũng nhiều chỗ chưa được hợp lý, mong các thầy cô và các bạn góp thêm

ý kiến để em hiểu thêm nhiều hơn về môn học.

Em xin chân thành cảm ơn tất cả các thầy cô giáo trong bộ môn Điện

tử viễn thông trường ĐH Kỹ thuật Công Nghiệp đặc biệt là cô Đoàn Thanh

Hải và thầy Trần Anh Thắng đã giúp đỡ em rất nhiệt tình để chúng em hoàn

thành được bản thiết kế này

Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên: Vũ Kim Phong - 2 - Lớp:K43ĐVT

PHẦN I: LÝ THUYẾT

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VIBA SỐ

Hình 1.1: Mô hình hệ thống viba tiêu biểu.

Một hệ thống viba số bao gồm một loạt các khối xử lý tín hiệu được phân loại theo các mục sau:

+ Biến đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu

+ Tập hợp các tín hiệu số từ các nguồn khác nhau thành tín hiệu băng tần gốc

+ Xử lý tín hiệu băng gốc để truyền trên kênh thông tin

+ Truyền tín hiệu băng gốc trênh kênh thông tin

+ Thu tín hiệu băng gốc từ kênh thông tin

Sinh viên: Vũ Kim Phong - 3 - Lớp:K43ĐVT

Codec

FDM

FDM

+ Xử lý tín hiệu băng gốc thu được để phân thành các nguồn khác nhau tương ứng

+ Biến đổi tín hiệu số thành các tín hiệu tương tự tương ứng

Hình 1.2: Sơ đồ khối thiết bị thu phát viba số.

1 2 Tuyến viba số

1.2.1 Đường truyền

Căn cứ yêu cầu của đề tài được giao em tiến hành khảo sát tuyến viba và lựa chọn điểm đặt trạm như sau: Giới Phiên – Yên Bái (Trạm A) –Tp Yên Bái-Yên Bái(Trạm B) Độ dài tuyến Viba là 30km Giữa trạm có vật cản hình tròn cao 22m, chiều cao cây cối trung bình giữa hai trạm là 7 m

1.2.2 Các ảnh hưởng trên tuyến

- Hệ thống này dễ bị ảnh hưởng của méo phi tuyến do các đặc tính bão hòa, do các linh kiện bán dẫn gây nên

- Ảnh hưởng của không khí gây ra sự uốn cong của tia sóng, nhấp nháy

- Ảnh hưởng của địa hình:

+ Miền Fresnel thứ nhất

+ Tổn hao nhiễu xạ do lướt trên mặt phẳng đất

+ Tổn hao nhiễu xạ do vật cản hình nêm

- Ảnh hưởng của pha đinh và mưa

LO

ha1

ha2

PHẦN II: THIẾT KẾ TUYẾN

CHƯƠNG 2 : LÝ THUYẾT THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN

TUYẾN 2.1 Tính toán các yếu tố trên đường truyền

Trong khi chọn vị trí của hệ thống viba điểm nối điểm ta cần phải kiểm tra xem có vấn đề gì xảy ra không trong việc truyền dọc theo theo các tuyến viba thiết kế Do đó chúng ta cần phải nghiên cứu địa hình của đường truyền

2.2 Tính toán các tham số của tuyến

Mục tiêu tính toán đường truyền dẫn nhằm xác định tất cả các tổ hao

và các tăng ích trong một hệ thống và từ đó xác định độ dự trữ pha đinh, xác suất gián đoạn thông tin các yêu cầu phân tập và các loại Anten cũng như độ cao của Anten

2.3 Xác định ảnh hưởng của pha đinh lên tuyến

Mục đích xác định độ dự trữ pha đinh (với các chỉ tiêu BER), xác suất pha đinh phẳng nhiều tia (P0), xác suất tại ngưỡng thu, khoảng thời gian pha đinh T và xác định pha đinh phẳng dài hơn 10s

2.4 Tính toán độ khả dụng của tuyến

Tính khả dụng thể hiện theo phần trăm của thời gian là khả năng của một thành phần (thiết bị) thực hiện một chức năng yêu cầu, về phương diện

độ tin cậy nó là chỗ dựa của khả năng bảo dưỡng

2.5 Đánh giá chất lượng của tuyến

Dựa vào kết quả tính toán được để đánh giá hệ thống có đạt yêu cầu thiết kế hay không và đưa ra biện pháp khắc phục

Sinh viên: Vũ Kim Phong - 5 - Lớp:K43ĐVT

ha1

ha2

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CỤ THỂ

3.1 Tính toán các yếu tố trên đường truyền

Hình 3.1: Mặt cắt nghiêng đường truyền và miền Fresnen thứ nhất.

Thiết bị trên có các thông số phù hợp với yêu cầu thiết kế của đề tài

3.1.2 Tiêu chuẩn thiết kế khoảng hở và độ cao Anten

d1

d

F1

Chỗ lồi của mặt đất E i

Chiều cao cây cối

Khi truyền sóng từ Anten phát đến Anten thu bao gồm nhiều họ Fresnel dạng hình elip Đó là một họ đường vây quanh tia đường truyền thẳng Miền bên trong gọi là elip thứ nhất gọi là miền Fresnel thứ nhất Bất

kỳ tin hiệu nào từ Anten phát tới Anten thu lại tập trung vào miền Fresnel thứ nhất, do đó mọi vấn đề quan tâm khi ta thiết kế đó là elip thứ nhất Các miền Fresnel thứ 2,3…ít ảnh hưởng tới tiêu hao nhiễu xạ do công suất tín hiệu chứa trong các miền nhỏ đó

Công thức tính bán kính miền Fresnel thứ nhất xung quanh đường trực tiếp thay đổi dọc theo đường truyền được tinh theo công thức:

+ d1, d2 là khoảng cách từ Anten phát và thu tới vật cản cao nhất (Km)

+ d = d1 + d2 là khoảng cách giữa hai trạm (Km)

Khi này đường truyền trực tiếp giữa Anten thu phát cần một khoảng

hở thích hợp (F = α .Fi) trên vật chắn bất kỳ để đảm bảo được các điều kiện truyền lan trong không gian tự do có khí hậu nhiệt đới Do đó sử dụng báo cáo 338-5 của CCIR khuyến nghị thì ta cần tính toán độ cao của Anten trong trường hợp F = 60%Fi

3.1.4 Độ cao đường truyền

Sinh viên: Vũ Kim Phong - 7 - Lớp:K43ĐVT

+ Bán kính miền Fresnel thứ nhất

1 2 1

Bi = Ei (k) + Oi +Ti + ∆h

1 24

– Ei(k) là độ lồi của mặt đất

– Oi là độ cao của vật chắn (nhà cửa, đồi núi, )

– Ti là độ cao của cây cối

3.1.4 Độ cao của Anten

Chọn ha1 = 43m, thay vào công thức ta tính được ha2 = 43,36≈43,5m

Trên thực tế người ta thường cộng thêm khoảng dự phòng cho hai anten

ha1r = ha1 + Ph1

ha2r = ha2 + Ph2Với Ph1, Ph2 = 2 ÷ 6 (m)

3.2.1 Mô tả tuyến

+Tên và vị trí các trạm

Trạm A: Giới Phiên – Yên Bái

Trạm B: Tp Yên Bái – Yên Bái

+ Dung lượng của kênh

Thể hiện dung lượng của luồng tín hiệu số tối đa có thể truyền trên hệ thống Với yêu cầu của đề tài dung lượng kênh là luồng 155 Mb/s

+ Loại điều chế của thiết bị vô tuyến

Sử dụng phương pháp điều chế số 32QAM

+ Độ dài tuyến truyền dẫn: (d)

Nó là khoảng cách giữa hai anten tuy nhiên ta không thể lấy chính xác được thông số này vì nhiều lý do khác nhau, nên thường nó là khoảng cách giữa hai vị trí đặt trạm Đối với tuyến thiết kế này: d =30 Km

+ Độ dài của hai anten: ha1, ha2

Theo phương án thiết kế độ cao thực tế của hai anten so với mặt bằng

Trạm A: ha1r = 48 m

Trạm B: ha2r = 46 m

+ Loại tháp anten

Sử dụng loại tháp tự đỡ

3.2.2 Tính toán các tổn hao và tăng ích

Sinh viên: Vũ Kim Phong - 9 - Lớp:K43ĐVT

+ Tổn hao đường truyền tự do

+ Tổn hao do phi đơ ( LF )

Chọn phi đơ là ống dẫn sóng hình Elip tương ứng với tần số trung

tâm f=3,9 Ghz nên ta chọn ống EW34 (f=4 GHz) suy hao tương ứng sẽ là:

+ Tổn hao do rẽ nhánh

Được coi là tổn hao trong các bộ lọc RF (máy phát và máy thu), các

bộ xoay vòng và các bộ lọc RF bên ngoài có thể, chúng cho phép nối một vài hệ thống vô tuyến đến cùng một Anten

Chọn mỗi bên là: 2 (dB)

Vậy suy hao do rẽ nhánh là: Ln = 4 (dB)

+ Tổn hao do phối hợp và đấu nối

Chúng là các tổn hao do chuyển tiếp ống dẫn song, các bộ phận phối hợp, hệ thống nén ống dẫn song và phần của hệ thống phi đơ bao gồm các

bộ nối Giá trị này thuộc khoảng (0,5 dB ÷ 1 dB)

Chọn tổn hao ở mỗi cột là 1dB Vậy suy hao do phối hợp và đấu nối

Tra đồ thị ( H.8.27 - T166 Sách giáo trình Viba số tập 2 - Nhà xuất bản Bưu điện ) tiêu hao đặc trưng do các chất khí trong khí quyển, theo báo cáo 719 - 2 của CCIR với tần số f SC= 3,9 (GHz) tiêu hao xấp xỉ 0,0062 (dB/Km) Do đó tổn hao do khí quyển trên đường truyền 30 Km là:

1 β

' 1

β

'

β

* Tính T(ρ)

T(ρ) là tổn hao trên mặt cong

T(ρ) = 7,2 ρ -2 ρ2+3,6 ρ3-0,8 ρ4 với ρ cho bởi:

0,077

3 3,428.10

+ Công suất máy phát

Với thiết bị viba số ACATEL-9639LH công suất phát của máy có

Đây là tỷ số cung cấp ở đầu ra của máy phát trước các mạch rẽ nhánh

và công suất đưa đến máy thu tương ứng sau các mạch rẽ nhánh Tức là tiêu hao tổng thể giữa máy phát và máy thu Do đó tổn hao tổng của đường

truyền thực được tính

Lt = Pt – [Pt – (Tổng các tổn hao) + (Tổng các tăng ích)]

= (Tổng các tổn hao) - (Tổng các tăng ích)

= 165,546 – 103,52 = 62,026 (dB)

b Mức đầu vào máy thu

Nó bằng công suất đầu ra máy phát trừ đi tổn hao tổng Mức đầu vào máy thu được tính tại điểm chuẩn của máy thu sau bộ lọc rẽ nhánh

PR = Pt – Lt = 29 –62,026 = -33,026 (dBm)

c Các mức ngưỡng thu của máy thu

Chính là độ nhạy của máy thu Thông số này xác định tín hiệu thu được cực tiểu cho phép ở cổng vào Anten với một mức cố định BER cho phép

BER = 10-3⇒ RXa = - 73 (dBm)BER = 10-6⇒ RXb = - 69 (dBm)

3.3 Xác định ảnh hưởng của pha đinh lên tuyến

3.3.1 Độ dự trữ pha đinh

Đối với BER = 10-3

FMa = PR - RXa = -33,026 + 73 =39,974 (dB)Đối với BER = 10-6

FMb = PR - RXb =-33,026 + 69 =35,974(dB)Trong đó FM là độ dự trữ pha đinh (dB)

3.3.2 Xác suất pha đinh phẳng nhiều tia P 0

Po là hệ số thể hiện khả năng xuất hiện pha đinh nhiều tia được đánh giá theo công thức:

3.3.3 Xác suất đạt tới các ngưỡng RX a, RXb (P a & P b )

Là xác suất của pha đinh phẳng gây ra mà máy thu phải hoạt động ở

mức ngưỡng RXa, RX b tức là đầu vào máy thu đã vượt qua độ dự trữ pha

Zb = 0.548ln(10/Tb)=0,548ln(10/2,495) = 0,76Tra bảng các giá trị lỗi ở phụ lục sách viba số tập 2- Nhà xuất bản Bưu điện

3.3.9 Xác suất BER > 10− 6 trong hơn 60s do pha đinh phẳng

3.5 Đánh giá chất lượng của tuyến

Với các kết quả tính toán trên ta không cần sử dụng phân tập cho tuyến, tuyến hoạt động tốt

Sinh viên: Vũ Kim Phong - 17 - Lớp:K43ĐVT

BẢNG TÍNH TOÁN ĐƯỜNG TRUYỀN TUYẾN VIBA SỐ

Bái

Mức ngưỡng thu được RX a

(dBm)

a

RX = - 73 (dBm)Với BER = 10−3Mức ngưỡng thu được RX b

(dBm)

b

RX = - 69 (dBm)Với BER = 10−6

Độ dự trữ pha đinh phẳng FM a

(dB)

a

FM = 39,974 (dB)Với BER = 10−3

Độ dự trữ pha đinh phẳng FM b

(dB)

b

FM = 35,974 (dB)Với BER = 10−6

Tổn hao trong không gian tự do L0 (dB) = 133,8 (dB)

Tổn hao bộ phối hợp và đấu nối

Các hiệu ứng pha đinh phẳng Trạm A Trạm B

Khoảng thời gian pha đinh T T a =1,579( )s ; T b = 2, 495( )s

Xác suất để mạch trở nên không

dùng được Pu

86,381 10× −

Xác suất BER vượt 10-6 trong

Tất cả những kết quả đã đạt được chủ yếu là trên lý thuyết và qua mô hình mặt cắt ngang thể hiện được một phần tuyến viba số

Sinh viên: Vũ Kim Phong - 19 - Lớp:K43ĐVT

Bài tập lớn có thể được phát triển và nghiên cứu sâu hơn nữa để đạt được kết quả tốt hơn Mảng kiến thức trong viba số là rất lớn nhưng do thời gian và kiến thức của bản thân còn hạn chế nên bài tập lớn chỉ dừng lại ở mặt lý thuyết Mong thầy cô và các bạn góp ý, bổ sung để bài tập lớn được hoàn thiện.

Qua thời gian làm bài tập lớn thông tin vô tuyến em cũng xin chân thành gửi lời cảm ơn tới các thầy cô trong bộ môn điện tử viễn thông, các

bạn trong lớp K43ĐVT đặc biệt là cô Đoàn Thanh Hải đã hướng dẫn và

đóng góp ý rất nhiều cho em thực hiện tốt bài tập lớn này

Em xin chân thành cảm ơn!

TÀI LIỆU THAM KHẢO

VIỄN THÔNG – KHOA ĐIỆN TỬ - TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP.

2 GIÁO TRÌNH VIBA SỐ - TẬP 2 – NHÀ XUẤT BẢN BƯU ĐIỆN

3 GIÁO TRÌNH ANTEN VÀ TRUYỀN SÓNG – PHAN ANH

Sinh viên: Vũ Kim Phong - 21 - Lớp:K43ĐVT