Tài liệu Thiết kế tuyến vi ba số, chương 2 pptx

Trong việc chọn vị trí phải quan tâm đến phẩm chất truyền dẫn, độ tin cậy và tính kinh tế trong việc lắp đặt và bảo trì của một hệ thống liên lạc Viba điểm nối điểm.. Trong công việc chọ

CHƯƠNG 2: CHỌN VỊ TRÍ

1 Khái niệm tổng quát.

Trong việc chọn vị trí phải quan tâm đến phẩm chất truyền dẫn, độ tin cậy và tính kinh tế (trong việc lắp đặt và bảo trì) của một hệ thống liên lạc Viba điểm nối điểm Phẩm chất và độ tin cậy thường trái ngược với tính kinh tế Vì vậy, phải có sự giàn xếp giữa chúng

Ngay lúc bắt đầu việc chọn vị trí, các yêu cầu hệ thống Viba thiết kế cần được phải làm rõ, các mục chính như sau:

a) Vị trí (thành phố và thị trấn) sẽ kết nối với hệ thống

b) Các loại và số lượng của các tín hiệu sẽ được truyền

c) Các điểm được cấp tín hiệu và giao tiếp với các thiết bị trong cơ quan điện thoại

d) Kế hoạch mở rộng trong tương lai cho hệ thống

e) Các hệ thống Viba điểm nối điểm và chuyển tiếp đang tồn tại hoặc sẽ có trong tương lai có liên quan đến hệ thống sẽ thiết kế

f) Hệ thống sẽ dùng các chỉ tiêu chính của nó

g) Phẩm chất và độ tin cậy của truyền dẫn

Một cách vấn tắt, các thủ tục chọn vị trí được phân loại thành các bước sau a) Phác họa một vài tuyến có thể thực hiện trên bản đồ

b) Khảo sát vị trí

c) Thử nghiệm các truyền dẫn nếu cần thiết

d) Quyết định các vị trí sẽ sử dụng

2 Lựa chọn tuyến liên lạc điểm nối điểm

 Khoản cách các đường truyền Viba

Bảng 2-5-1 cho ta các khoảng cách đường truyền Viba cho các mạch trung kế các hệ thống Viba điểm nối điểm Các giá trị trong bản là các giá trị chung cho nhiều nơi

Băng RF (MHz) Khoản cách đường Viba tiêu chuẩn (Km)

2000

4000

6000

11000

7020%

5020%

5020%

3020%

Bảng 2-5-1: Khoản cách các đường truyền Viba tiêu chuẩn Khi vẽ một đường thiết kế trên bản đồ, các vị trí được chọn sao cho có các khoảng cách đường truyền tiêu chuẩn (càng gần bằng càng tốt) Nên tránh các đường truyền qua khoản cách quá daì so với giới hạn trên của mức tiêu chuẩn Bởi vì trong các đường truyền Viba dài như thế này thì xác suất các chuỗi tạp âm gây ra Fading có

thể tăng lên rất lớn, thậm chí khi mà tạp âm nhiệt có thể giữ ở một giá trị cho phép trong trường hợp truyền dẫn bình thường Khi một đường truyền Viba dài thì không tránh khỏi các khó khăn gây ra bởi địa hình Trong trường hợp này nên thực hiện phân tập không gian hoặc phân tập tần số

3.Sự bảo vệ cho các quĩ đạo vệ tinh.

Các hệ thống, liên lạc vệ tinh và các hệ thống Viba đất sử dụng băng sóng Viba (ví dụ: các băng tần từ 4-6 GHz) Do đó, cần phải thiết lập vài giới hạn kỹ thuật để tránh các giao thoa vô tuyến giữa hai hệ thống này Trong công việc chọn vị trí cho liên lạc Viba mặt đất, cần phải chú ý rằng các búp sóng của anten không được chỉ thẳng đến quĩ đạo vệ tinh tĩnh khi nó sử dụng cùng với tần số hệ thống liên lạc vệ tinh

Theo sự đề nghị của CCIR , các hệ thống Viba mặt đất được thiết kế sao cho trung tâm của búp sóng chính của bất kỳ anten nào trong hệ thống không được chỉ thẳng đến ít nhất là 20 từ quĩ đạo của vệ tinh

Trong trường hợp mà điều này không thực hiện được, thì gía trị cực đại của EIRP (Equivalent Isitropically Radiated Power) nên được giới hạn dưới 47 dBw cho bất kỳ anten nào chỉ thẳng đến quĩ đạo vệ tinh 0.50 , từ 47 đến 55 dBw khi góc này từ 0.50 - 1.50

2 sự kiểm tra tuyến viba:

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

1.Mặt cắt nghiêng của đường truyền

Bước đầu tiên để xác nhận trạng thái trực xạ của đường truyền là mặt cắt nghiêng của mỗi đường truyền được vẽ trên tờ mặt cắt nghiêng Độ cong của các đường chia độ ở trên tờ mặt cho phép vẽ đường cong chính xác của đường truyền như là một đường thẳng dựa vào khái niệm của hệ số K (hệ hiệu dụng bán kính trái đất)

a Sự thay đổi của K.

Gía trị của k thay đổi theo thời gian và địa điểm Nói chung K thay đổi theo vĩ độ nhưng không thay đổi theo kinh độ, ở các vùng phía nam thì K có giá trị kớn hơn so với các vùng phía Bắc, K lớn hơn trong mùa hè so với mùa đông Trong điều kiện bình thường các giá trị K cho sau đây có thể xem là hợp lí:

Trong các vùng nóng ẩm K= 6/5-4/3

Trong các vùng ôn hòa K=4/3

Trong vùng nhiệt đới K=4/3-3/2

Trong việc chọn vị trí phải tính toán đến mức dao động của K so với giá trị bình thường, bởi vì tính trực xạ đôi khi bị ngăn trở bởi các vật cảntrung bình khi K bị giảm nhỏ Ngược lại khi K có giá trị lớn hơn thì các vật chắn trở nên không còn tác dụng

che chắn sóng phản xạ đất mà các sóng này được che chắn tốt trong tình trạng K có giá trị bình thường

Nếu mức dao động của K càng lớn thì sự ổn định của hrệ thống càng nhỏ và càng tốn kém Ở Nhật khoảng dao động của K thường được lấy trong khoảng 2/3-2 Tuy nhiên, ở các vùng có khí hậu khác với Nhật giá trị này cần phải tính toán lại

b Xác nhận trạng thái trực xạ.

Để thỏa mãn chỉ tiêu của việc truyền dẫn sóng Viba với các giá trị có thể có của

K ta phải bảo đảm một số điều sau đây:

i/ Tất cả đới cầu Fresnel thứ nhất phải không có bất kỳ một vật cản nào nếu K lấy giá trị bình thường

ii/ Ít nhất là 2/3 bán kín của đới cầu Fresnel thứ nhất phải được giữ sao cho không có bất kỳ vật cản nào trong trường hợp K lấy gía trị nhỏ nhất

Khi hai trạng thái này điều thỏa mãn thì tuyến Viba xem như thỏa mãn trạng thái trực xạ

c/ Tờ mặt cắt ngiêng của đường truyền.

Trong hình 2-5-1 độ cao (x) của độ cong trái đất từ đường thẳng ở bất kỳ điểm nào (d1,d2) ở trong một mặt cắt ngiêng với một giá trị cho sẳn của K có thể tính bằng công thức sau đây:

d1d2

x =

2Ka

Trong đó :s

a: bán kín của trái đất bằng 6,37*106m

x,d1,d2 tính bằng mét

Hình 2-5-1: độ cong của biểu đồ thang đo

Theo công thức trên ta thấy x tỷ lệ thuận với bình phương của khoảng cách

x

d d2

Trong việc vẽ biểu đồ mặt cắt ngiêng chúng ta nên vẽ một bảngcác giá trị của

x với các giá trị khác nhau của d1 và d2 trong cùng một khoảng cách d như bảng 2-5-2 sau:

d1,d2 384 564 564 2496 2500 Km2

Bảng 2-5-2: Một ví dụ tính toán giá trị của x

-Tỉ lệ A=240km, B=120km,C=60km Hình 2-5-2 :Profile Sheet của đường truyền

1.Đới cầu Fresnel thứ nhất.

Đới cầu Fresnel thứ nhất đóng một vai trò quan trọng trong việc chuyển năng lượng sóng Viba giữa hai vị trí khác nhau trong thông tin tự do Vùng đới cầu Frenel thứ nhất là một khối Elip xoay, mặt của nó là một qũy tích, nó là tập hợp của những điểm mà sự khác nhau giữa tổng các khoảng cách của một tiêu điểm - điểm đó - tiêu điểm còn lại và khoảng cách thẳng giữa hai tiêu điểm là một hằng số /2.Vì vậy một tiêu điểm là vị trí phát và tiêu điểm còn lại là vị trí nhận

A

4000

3600

3200

2800

2400

2000

1600

1200

800

400

Vì sự khác nhau ở trong đới cầu Fresnel thứ nhất  /2 (hoặc 1800) tất cả các năng lượng sóng Viba trong đới cầu sẽ góp phần vào sóng chính giữa hai vị trí, do đó trong vùng này phải không có bất kỳ vật cản nào (K lấy giá trị bình thường) để đảm bảo trạng thái trực xạ

Bán kính của đới cầu Fresnel thứ nhất ở bất kỳ điểm nào giữa hai vị trí có thể tính bởi công thức:

 d1 d2

h0 = d

Trong đó:

h0 :bán kính của đới cầu Fesnel thứ nhất (m)

 :bước sóng(m)

d1,d2,d :khoảng cách (m) Như trong hình vẽ 2-5-4

Bán kính của đới cầu ngay chính giữa được tính bởi:

 d

H0 =

2

Trong thực tế, h0 có thể tính bằng đồ thị ở hình 2-5-4và h0 có thể tính là tích của h0 và P:

với sự điều chỉnh của hệ số p rút ra từ hình 2-5-5

d1 h0 hmd2

d

Hình 2-5-5 :Hệ số cho bán kính đới cầu thứ nhất ở điểm tùy chọn 3.Khoảng hở an toàn và tổn hao nhấp nhô.

Trong hình 2-5-6 khoảng hở an toàn hc giữa đường thẳng của tuyến trực xạ và gợn sóng cản trở hs được tính bằng:

d1 d1d2

hc =h1 - (h1-h2) - -hs

d 2Ka

d2 d1 d1d2

hc=h1  + h2- -hs

d d 2Ka

Trong đó:

h1: Độ cao của anten ở vị trí A so với mặt đất (m)

h2 :Độ cao của anten ở vị trí B so với mặt đất (m)

hs :Độ cao của vật chắn ở vị trí cách A một khoảng d1(m)

hc :Khoảng hở an toàn của vật chắn ở vị trí cách A một khoảng d1(m)

Hình 2-5-6: Khoảng hở an toàn của đường truyền

Nếu như đỉnh nhấp nhô cắt đới cầu Fresnel thứ nhất thì sự suy giảm truyền dẫn gọi là “Tổn thất nhấp nhô” (Ridge Loss) được cộng vào với tổn thất không gian tự do Tổn thất nhấp nhô gây ra bởi một đỉnh có thể tính dựa vào hình 2-5-6

Nếu có hai hoặc nhiều các đỉnh khác nhau tồn tại giữa hai vị trí thì tổn thất nhấp nhô tổng có thể tính bằng cách lập lại thủ tục trên theo từng bước một như ví dụ

ở hình 2-5-7 Giả định rằng có ba đỉnh nhấp nhô R1,R2 ,R3 giữa hai vị trí A và B Tổn thất nhấp nhô gây ra bởi R1 có thể tính được với giả định rằng điểm nhận B nó bị di chuyển tạm đến R2 Tổn thất nhấp nhô gây ra bởi R2 có thể tìm thấy bằng cách giả định điểm B di chuyển đến R3 và điểm phát A được di chuyển đến điểm A, Chiều cao của A, có được tính bằng cách kéo dài đường thẳng R1-R2 đến điểm giao nhau giữa đường thẳng này và đường thẳng đứng kẻ từ điểm A Tương tự như vậy tổn thất gây ra ở R3 có thể tính như là tổn thất nhấp nhô giữa các điểm B và A, Tổn thất nhấp nhô tổng là tổng các tổn thất nhấp nhô riêng biệt có từ các thủ tục ở trên

Sự ước lượng về tổn thất được sử dụng để kiểm tra sự suy giảm của sóng trực tiếp hoặc tìm kiếm hiệu ứng che để giảm sóng phản xạ từ mặt đất hoặc sóng truyền qua

Ay

A’

B ??

Hình 2-5-7 : Một tuyến viba có vài gờn bên trong.

Để tránh fading loại K nghiêm trọng hoặc sự méo dạng truyền dẫn gây ra bởi sóng

phản xạ từ mặt đất, đường truyền nên được lựa chọn để không một sóng phản xạ đáng

kể nào đến được điểm nhận Để kiểm tra sự ảnh hưởng của sóng phản xạ trong một

tuyến viba thiết kế, ta cần phải định điểm phản xạ để biết được tình trạng địa chất của

điểm phản xạ và cũng để xem sóng phản xạ có bị che bởi đỉnh nhấp nhô nào hay

không

Điểm phản xạ như là hình 2-5-8 có thể tìm bằng đồ thị ở hình 2-5-9 Đầu tiên

các hệ số C và m có thể tính bằng công thức sau:

h1– h2

C =——— trong đó h1 > h2

h1 + h2

d2

m = ————

4ka(h1+h2)

Trong đó : h1 , h2 : là chiều cao của hai anten (m)

K: là hệ số hiệu dụng bán kính trái đất

a đường kính trái đất

C , m : là các hệ số

Ở bước thứ hai thông số b có được bằng cách đặt C và m trong đồ thị Điểm

phản xạ có thể tính bởi:

d

d1 = —(1+b)

2

d

d2 = —(1-b) hoặc d – d1

2

R1

R2

R3

A

Hình 2-5-8:Sóng phản xạ đất

Hệ số phản xạ hiệu dụng và tổn thất phản xạ tương ứng được phân loại bởi tình trạng địa lý bởi điểm phản xạ được liệt kê ở trong bảng 2-5-3 Thường thì sẽ thích hợp hơn nếu suy giảm sóng phản xạ hơn 14 dB so với sóng trực tiếp Sóng phản xạ có thể suy giảm bởi:

i) Tính định hướng của anten ở cả hai vị trí

ii) Tổn thất phản xạ

iii) Tổn thất nhấp nhô nếu có

Tổng của các tổn thất này gọi là “Sự suy giảm hiệu dụng của sóng phản xạ“

Băng tần

(GHz)

Mặt nước

Hệ số Tổn thất

(dB)

Đồng luá

Hệ số Tổn thất (dB)

Vùng bằng phẳng

Hệ số Tổn thất (dB)

Thành phố , rừng

Hệ số Tổn thất (dB)

2

4

6

11

1 0

1 0

1 0

1 0

0.8 2

0.8 2

0.8 2

0.8 2

0.6 4

0.6 6

0.6 6

0.6 8

0.3 10

0.2 14

0.2 14

0.16 16 Hình 2-5-3 : Hệ số phản xạ và tổn hao

5 Góc thẳng đứng của đường truyền:

Sự tính toán về các góc thẳng đứng của các sóng phản xạ đất và các sóng trực tiếp đôi khi cần thiết cho đọnh ước lượng sự suy giảm của sóng phản xạ gây ra bởi độ định hướng của anten

Hình 2-5-9 : Góc thẳng đứng của đường truyền Các góc thẳng đứng như ở trong hình 2-5-9 có thể tính như sau:

a Các góc thẳng đứng của sóng trực tiếp

h1– h2 d

1 = -( ——— + ——)  2Ka

h2– h1 d

2 = -(——— + ——)

Trong đó : 1 , 2 : Các góc nằm ngang (rad)

h1 : độ cao của anten ở vị trí A so với mặt đất (m)

h2 : độ cao của anten ở vị trí B so với mặt đất (m)

b Các góc thẳng đứng của góc phản xạ

h1 d1

1 = -( — + —— )

d 2Ka

h2 d2

2 = -( — + —— )

d 2Ka

Trong đó : 1 , 2 là các góc thẳng đứng của sóng phản xạ (rad) h1 độ cao của anten ở vị trí A so với mặt đất (m) h2 độ cao của anten ở vị trí B so với mặt đất (m) c Các sóng thẳng đứng giữa sóng phản xạ và sóng trực tiếp

h1 h1– h2 d2

 1 = — - ——— - ——

d1  2Ka

h2 h2– h1 d1

2 = — - ——— - ——

d2  2Ka

Ở các công thức trên các góc được biểu diễn bằng Radian, chiều cao và

khoảng cách tính bằng mét

Nếu  > 0 thì  là một góc hướng lên

Nếu  < 0 thì  là một góc hướng xuống

 thường có giá trị âm do đó  ở các trường hợp đều là góc quay xuống

6 Biểu đồ độ cao:

Khi cả hai sóng trực tiếp và phản xạ đều đến được anten thu thì công suất tín

hiệu Viba nhận được thay đổi với độ cao của anten Điều này là do sự khác nhau về

độ dài của đường truyền giữa sóng trực tiếp và sóng phản xạ thay đổi với độ cao của

anten dẫn đến sự thay mối quan hệ về pha giữa hai sóng Sự thay đổi mức công suất

nhận được với chiều cao của anten nó được biểu diễn bằng biểu đồ độ cao như ở trong

hình 2-5-10

Hình 2-5-10 : Một ví dụ của biểu đồ độ cao

Các tính toán về sự khác nhau của đường truyền, chiều sâu và độ cao của biểu đồ độ cao đôi khi cần thiết cho việc quyết định khoảng cách thẳng đứng của các anten cho sự phân tập không gian sự nhận hoặc để tìm hệ số phản xạ hiệu dụng từ biểu đồ độ cao

a/ Chiều cao hiệu dụng của anten h1’và h2’ (Xem hình 2-5-10)

d12 d22

1= —— 2=——

2Ka 2Ka

h1’ = h1–1 h2’ = h2–2

b/ Sự khác nhau đường truyền

2h1’h2’

S = ———

d

c/ Độ sâu của biểu đồ độ cao , db ( xem hình 3-17 )

1

db = 20Log——— dB

1 - e

Trong đó e : hệ số phản xạ hiệu dụng

d/ Độ cao của biểu đồ độ cao , P1 và P2

d

Phía h1 P1= ——

2h2

d

Phía h2 P2 = ——

2h1