CHUYÊN đề VIỄN THÔNG TIÊN TIẾN xây DỰNG bài TOÁN THIẾT kế TUYẾN TRUYỀN dẫn VIBA số THEO MẠNG TRUYỀN dẫn điểm điểm

Hệ thống vi ba số là hệ thống thông tin vô tuyến số được sử dụng trong các đường truyền dẫn số giữa các phần tử khác nhau của mạng vô tuyến.. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VIBA SỐ 3

CHUYÊN ĐỀ VIỄN THÔNG TIÊN TIẾN

XÂY DỰNG BÀI TOÁN THIẾT KẾ TUYẾN TRUYỀN DẪN VIBA SỐ THEO MẠNG TRUYỀN DẪN ĐIỂM

ĐIỂM

GVHD: Ths HỒ VĂN CỪU SVTH: Đoàn Đình Bách Nhật - 3116500032

Tp HCM , Tháng 06 năm 2020

Nội dung

•CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VIBA SỐ

•CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÍ THUYẾT VỀ TUYẾN

TRUYỀN DẪN VIBA SỐ

•CHƯƠNG III TỔNG QUAN VỀ CẤU HÌNH MẠNG

ĐIỂM ,ĐIỂM

•CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ TUYẾN TRUYỀN DẪN

VIBA SỐ THEO CẤU HÌNH MẠNG ĐIỂM ĐIỂM

•KẾT LUẬN

2

CHUYÊN ĐỀ VIỄN THÔNG TIÊN TIẾN

1 Khái niệm

• Vi ba có nghĩa là sóng điện từ có bước sóng cực ngắn Hệ thống vi

ba số là hệ thống thông tin vô tuyến số được sử dụng trong các

đường truyền dẫn số giữa các phần tử khác nhau của mạng vô

tuyến Từ vi ba được sử dụng chung cho các hệ thống vệ tinh, di

động hay vô tuyến tiếp sức mặt đất, song ở nước ta từ vi ba đã

được sử dụng từ trước để chỉ các hệ thống vô tuyến tiếp sức.

• Thông tin vi ba là một trong những phương tiện truyền dẫn chủ yếu hiện nay bên cạnh thông tin quang và thông tin vệ tinh Đây là mạng thông tin vô tuyến sử dụng sóng vô tuyến có tần số từ 1 GHz đến 30 GHz và khoảng không gian làm môi trường truyền dẫn.

Hình 1.1 Mô Hình Hệ Thống Thông Tin Vô Tuyến

2 Tóm tắt quá trình phát triển viba số

• Thông tin sóng cực ngắn giữa hai điểm bắt đầu xuất hiện vào những năm

30 của thế kỷ XX, tuy nhiên lúc bấy giờ do khó khăn về mặt kỹ thuật nên chỉ làm việc ở dải sóng mét do vậy ưu điểm của thông tin siêu cao tần chưa được phát huy

• Năm 1935 đường thông tin vô tuyến tần số đầu tiên được thành lập ở New York và Philadenphia chuyển tiếp qua 6 địa điểm và truyền được 5 kênh thoại Sau chiến tranh thế giới thứ hai thì thông tin vô tuyến tần số phát triển bùng nổ Hệ thống vi ba số bắt đầu được hình thành vào những năm

50 và phát triển mạnh mẽ cùng với sự phát triển của kỹ thuật viễn thông

• Tại Việt Nam, hệ thống thông tin vi ba đầu tiên được lắp đặt là RVG-950 vào cuối tháng 6 năm 1969 Đầu năm 1988 hệ thống vi ba số AWA được đưa vào nước ta Đến năm 1990 thì hệ thống thiết bị vi ba số, vi ba nhiều kênh đã thay thế hoàn toàn hệ thống RVG-950

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VIBA SỐ

3 Hệ thống viba số

• 3.1 Mô hình hệ thống viba số

Hình 1.2 Mô hình hệ thống vi ba số

Một hệ thống vi ba số bao gồm một loạt các khối xử lý tín hiệu Chức năng của các khối như sau:

• - Khối ADC: biến đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số

• - Bộ ghép số: tập hợp các tín hiệu số từ các nguồn khác nhau thành tín hiệu băng tần gốc

• - Máy phát: xử lý tín hiệu băng tần gốc để đưa tới anten phát để bức xạ có

ra không gian

• - Máy thu: thu tín hiệu băng gốc từ kênh thông tin trên đường truyền vô tuyến

• - Khối DAC: biến đổi tín hiệu số thành tín hiệu tương tự

• - Bộ tách số: xử lý tín hiệu băng gốc và tách chúng thành các nguồn số

tương ứng

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VIBA SỐ

3.2 Đặc điểm và ứng dụng của hệ thống vi ba số

• - Hệ thống vi ba số hoạt động theo nguyên tắc tia nhìn thẳng;

• - Chịu tác động của các hiện tượng suy hao đường truyền, tổn hao do mưa, các vật

chắn

• - Với hệ thống dung lượng thấp thì chịu ảnh hưởng của pha đinh phẳng, còn hệ thống dung lượng cao chịu ảnh hưởng của pha đinh chọn lọc tần số.

• - Hệ thống vi ba số có thể được sử dụng làm:

• + Các đường trung kế số nối giữa các tổng đài số;

• + Các đường truyền dẫn nối tổng đài chính đến các tổng đài vệ tinh;

• + Các đường truyền dẫn nối các thuê bao với các tổng đài chính hoặc các tổng đài vệ tinh;

• + Các bộ tập trung thuê bao vô tuyến;

• + Các đường truyền dẫn trong các hệ thống thông tin di động để kết nối các máy di động với mạng viễn thông

• Các hệ thống truyền dẫn vi ba số là các phần tử quan trọng của mạng viễn thông, tầm quan trọng này ngày càng được khẳng định khi các công nghệ thông tin vô tuyến mới như thông tin di động được đưa vào sử dụng rộng rãi trong mạng viễn thông

4 PHÂN LOẠI HỆ THỐNG VIBA SỐ

Dựa vào tín hiệu truyền dẫn mà hệ thống vi ba được chia làm hai loại là hệ

60 kênh và 120 kênh Tần số sóng vô tuyến (0,4 - 1,5)GHz;

- Vi ba số băng trung bình (tốc độ trung bình): được dùng để truyền các tín hiệu

có tốc độ từ (8-34) Mbit/s, tương ứng với dung lượng kênh thoại là 120 đến

480 kênh Tần số sóng vô tuyến (2 - 6)GHz;

- Vi ba số băng rộng (tốc độ cao): được dùng để truyền các tín hiệu có tốc độ từ (34-140) Mbit/s, tương ứng với dung lượng kênh thoại là 480 đến 1920 kênh Tần số sóng vô tuyến 4, 6, 8, 12GHz

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VIBA SỐ

5 CÁC MẠNG VIBA SỐ

5.1 Mạng vi ba số điểm nối điểm

• Mô hình hệ thống vi ba số điểm nối điểm:

Hình 1.2 Hệ thống vi ba số điểm nối điểm

5 CÁC MẠNG VIBA SỐ

5.2 Mạng vi ba số điểm nối nhiều điểm

• Mô hình hệ thống vi ba số điểm nối nhiều điểm:

Hình 1.3 Hệ thống vi ba số điểm nối nhiều điểm

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VIBA SỐ

6 ƯU, NHƯỢC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG VIBA SỐ

• a) 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

6 ƯU, NHƯỢC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG VIBA SỐ

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 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VIBA SỐ

7 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

• Chương 1 đã trình bày tổng quan về hệ thống vi ba số, từ đây cho ta cái nhìn tổng quát về hệ thống vi ba số và cũng làm tiền đề cho việc thiết kế tuyến ở phần sau Ngoài ra, chương này cũng trình bày đặc điểm cua hệ thống,đồng thời trình bày ưu và nhược điểm của thông tin vi ba số, tránh được sai sót khi thiết kế sau này

• 1 CƠ SỞ TRUYỀN SÓNG VÔ TUYẾN TRONG HỆ THỐNG VIBA SỐ

1.2 Phân chia dải tần số vô tuyến và ứng dụng cho các mục đích thông tin

Ta biết rằng thông tin vô tuyến đảm bảo việc phát thông tin đi xa nhờ các sóng điện từ Môi trường truyền sóng (khí quyển trên mặt đất, vũ trụ, nước, đôi khi

là các lớp địa chất của mặt đất) là chung cho nhiều kênh thông tin vô tuyến

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THIẾT BỊ VI BA SỐ

Hạ

âm

 m thanh

Hồng ngoại

Tia nhìn thấy

Cực tím Tia X

Tia Gamma

Tia

vũ trụ

1022 Dải tần số radio Dải sợi quang

Tần số (Hz)

Hình 2.1 Phổ tần số vô tuyến và ứng dụng

1.3 Các phương thức truyền lan của sóng vô tuyến

Các sóng vô tuyến có thể được truyền từ anten phát đến anten thu bằng hai đường chính: tầng điện ly (sóng trời) hoặc đi sát mặt đất (sóng đất)

Hình 2.2 Các phương thức truyền sóng

• 1.3.2 Sóng trời

• Các sóng điện từ có hướng bức xạ cao hơn đường chân trời (tạo thành góc khá lớn

so với mặt đất) được gọi là sóng trời Sóng trời được phản xạ hoặc khúc xạ về trái đất từ tầng điện ly, vì thế còn gọi là sóng điện ly Tầng điện ly là vùng không gian nằm cách mặt đất chừng 50 – 80 km đến 1000 km Tầng này hấp thụ một số lượng lớn năng lượng của tia cực tím và tia X bức xạ của mặt trời, làm ion hóa các phân tử không khí và tạo ra electron tự do Khi sóng điện từ đi vào tầng điện ly, điện trường của sóng tác động lực lên các electron tự do, làm cho chúng dao động Khi sóng chuyển động xa trái đất, sự ion hóa tăng, song lại có ít hơn phân tử khí để ion hóa

Do đó, phần trên của khí quyển có số phần trăm phân tử ion hóa cao hơn phần

dưới Mật độ ion càng cao, khúc xạ càng lớn Nói chung, tầng điện ly được phân chia thành 3 lớp: lớp D, E, và F theo độ cao của nó; lớp F lại được phân chia thành lớp F1, F2 Độ cao và mật độ ion hóa của 3 lớp thay đổi theo giờ, mùa và theo chu

kì vết đen của mặt trời (11 năm) Tầng điện ly đậm đặc nhất vào ban ngày và mùa

hè Lớp D: là lớp thấp nhất, có độ cao 50 ÷ 100 km và nằm xa mặt trời nhất, do đó

có ion hóa ít nhất Như vậy lớp D ít có ảnh hưởng đến hướng truyền lan sóng vô tuyến Song các ion ở lớp này có thể hấp thụ đáng kể năng lượng sóng điện từ.

• 2 CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN LAN TRUYỀN SÓNG VÔ TUYẾN

• 2.1 Pha đinh

• Pha đinh là sự biến đổi cường độ tín hiệu sóng mang vô tuyến siêu cao tần thu được do sự thay đổi khí quyển và các phản xạ của đất và nước trong đường truyền sóng Nguyên nhân pha đinh có thể do thời tiết và địa hình làm thay đổi điều kiện truyền sóng Khi xảy ra pha đinh trong truyền dẫn vi

ba số, tại điểm thu cường độ sóng thu được lúc mạnh lúc yếu thậm chí có lúc mất thông tin

• Người ta chia hiện tượng pha đinh thành pha đinh phẳng và pha đinh lựa chọn tần số Hai loại pha đinh này có thể xuất hiện độc lập hoặc đồng thời dẫn đến gián đoạn thông tin Sự thay đổi tín hiệu tại anten thu do phản xạ nhiều tia gọi là pha đinh nhiều tia

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THIẾT BỊ VI BA SỐ

do Mưc suy hảo cuả song vo tuyề!n được phảt đị tư ảntền phảt đề!n ảntền thu trong khong gịản tư do ty lề thuản vợị khoảng cảch gịư#ả hảị ảntền vả tỉ lề nghịch vợị đo dảị bược song Suy hảo nảy goị lả suy hảo truyền lản trong khong gịản tư do, được tỉnh như sảu:

)

4lg(

20



d

L o  [dB] (2.1)

d [m]: Lả khoảng cảch truyền dả0n cuả song vo tuyề!n

 [m]: Lả bược song cuả song vo tuyề!n

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THIẾT BỊ VI BA SỐ

• 2.3 Suy hao do mưa

chủ yếu đối với các tuyến vô tuyến tầm nhìn thẳng trên mặt đất làm việc trong dải tần GHz Nó ảnh hưởng chủ yếu đến các đường

truyền ngắn và có tần số hoạt động cao Vì nó quyết định các tổn hao truyền dẫn và do đó quyết định khoảng cách lặp cùng với toàn

bộ giá thành của một hệ vô tuyến chuyển tiếp.

Suy hảo dB/km

6 GHz 10 GHz 20 GHz 40 GHz Mưả vưả 0.25 mm/h

Mưả lợn 5 mm/h Bả#o 50 mm/h Bả#o lợn 150 mm/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 2.2 Kết quả thực nghiệm về suy hao do hơi nước – khí hậu theo tần số sóng vô tuyến của

Alcatel

• 2.4 Sự can nhiễu của sóng vô tuyến

• Thông thường nhiễu xảy ra khi có thành phần can nhiễu bên ngoài trộn lẫn vào sóng thông tin Sóng can nhiễu có thể trùng hoặc không trùng tần số với sóng thông tin Chẳng hạn hệ thống Vi ba số đang sử dụng bị ảnh hưởng bởi

sự can nhiễu từ các hệ thống vi ba số lân cận nằm trong cùng khu vực, có tần số sóng vô tuyến trùng hoặc gần bằng tần số của hệ thống này, ngoài ra

nó còn bị ảnh hưởng bởi các trạm mặt đất của các hệ thống thông tin vệ tinh lân cận

• 2.5 CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT VỀ VIBA SỐ

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THIẾT BỊ VI BA SỐ

2.5.1 Phản bo! tản so! luong cảo tản

Tản so! luong cảo tản ợ đảy lả tản so! thu phảt cuả thịề!t bị vo tuyề!n, vịềc lưả chon phượng ản phản bo! tản so! phu thuoc vảo:

- Phượng thưc địều chề! so!;

- Cảch sảBp xề!p cảc luong cảo tản;

- ĐảEc tỉnh cuả moị trượng truyền song

Thềo khuyề!n nghị cuả cuả CCITT về vị bả so! thỉ dảị tản lảm vịềc nền chon tư 2 GHz đề!n 23GHz Nề!u song mảng gịư#ả cảc luong cảo tản khong được phản chịả đung thỉ co sư cản nhịề0u gịư#ả chung vả tảp ảm sề# tảEng lền Cảc luong lản cản nền cảch nhảu 29 đề!n 40 MHz vả phản cưc trưc gịảo

P

dBm TX

1 log 10 log

0

 [dBm] (2.5)

2.5.3 Đo nhảy mảy thu hảy ngượ#ng thu

Đo nhảy cuả mảy thu lả mưc tỉn hịều cảo tản to!ị thịềIu đề!n ợ đảu vảo mảy thu đềI no hoảt đong bỉnh thượng, nghỉ#ả lả thoả mả#n tỉ so! lo0ị bịt (BER) cho trược tượng ưng vợị to!c đo bỉt nhả!t định

2.5.4 Tỉ so! bịt lo0ị BER

BER = Số bit lỗi

Số bit được truyền đi (2.6)

ĐềI thong tịn đảt được đo tịn cảy cảo, đảm bảo cho thịề!t bị hoảt đong khong nhảm lo0ị thỉ tỉ so! nảy cảng nho cảng to!t, bỉnh thượng cu#ng phảị đảt 103, vợị chả!t lượng to!t hợn phảị đảt 106 Vợị yều cảu BER cho trược mảy thu phảị co mot ngượ#ng thu tượng ưng

2.5.5 Phượng thưc địều chề! vả gịảị địều chề!

Thong thượng trong vị bả so!, tuy thềo to!c đo bịt (dung lượng kềnh) ngượị tả thượng dung cảc phượng thưc địều chề! như QPSK (hoảEc 4PSK hảy QAM) hoảEc QAM nhịều mưc, chảRng hản (16QAM, 64QAM)

Phượng thưc gịảị địều chề! được chon tượng ưng vợị phượng thưc địều chề! thưc hịền tảị mảy phảt Thong thượng, trong vịềc gịảị địều chề! co 2 phượng phảp lả tảch song kề!t hợp, hoảEc tảch song khong kề!t hợp Tảch song kề!t hợp đoị hoị mảy thu sư khoị phuc lảị song mảng đong phả vợị đảị phảt nền cả!u hỉnh phưc tảp nhưng chả!t lượng tỉn hịều cảo hợn

so vợị tảch song khong kề!t hợp

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THIẾT BỊ VI BA SỐ

2.5.6 Trợ khảng vảo mảy thu vả trợ khảng rả mảy phảt

Vả!n đề pho!ị hợp trợ khảng đo!ị vợị mảch cảo tản rả!t quản trong, cảc bo phản kề!t no!ị vảo mảy phảt vả mảy thu phảị pho!ị hợp được trợ khảng Nề!u vịềc pho!ị hợp trợ khong to!t sề# lảm ảnh hượng đề!n chả!t lượng tỉn hịều, cong suả!t phảt hoảEc thu khong đảt cưc đảị, ngoảị rả con gảy rả song phản xả, gảy mả!t cản bảJng lảm gịảm đo nhảy mảy thu Thong thượng trợ khảng rả cuả mảy phảt vả trợ khảng vảo mảy thu được chuảIn hoả lả 50 do đo trợ khảng vảo rả cuả cảc bo loc, o!ng dả0n song, phị đợ phảị lả 50

2.5.7 To!c đo ợ bảEng tản go!c

To!c đo ợ bảEng go!c lả to!c đo dả#y so! lịều vảo rả mảy thu phảt vo tuyề!n

Vỉ du: Thịề!t bị vị bả so! RMD 1502/4 HDB3 2*2048kb/s

9470LX HDB3 4*2048kb/s

Mịnị-lịnk HDB3 2*2048kb/s

vợị trợ khảng 75  khong cản bảJng

• 2.6 CÁC PHƯƠNG THỨC ĐIỀU CHẾ TRONG HỆ THỐNG VIBA SỐ

• Các khái niệm

• Trong hệ thống vi ba số sử dụng các phương thức điều chế số Tùy

thuộc vào dung lượng kênh hệ thống có thể sử dụng các phương thức điều chế QPSK, 16 QAM hay 64 QAM

• Điều chế số là phương thức điều chế đối với tín hiệu số mà trong đó một hay nhiều thông số của sóng mang được thay đổi theo sóng điều chế

• Thông qua quá trình điều chế gắn tín hiệu mang tin vào tín hiệu sóng mang có phổ thích hợp hơn để:

• - Kết hợp các tín hiệu lại với nhau (sử dụng ghép kênh phân tần số) rồi

truyền đi qua một môi trường vật lý chung;

• - Bức xạ tín hiệu dùng các antenna có kích thước phù hợp thực tế;

• - Định vị phổ vô tuyến nhằm giữ cho giao thoa giữa các hệ thống ở dưới mức cho phép

• Quá trình điều chế và giải điều chế

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THIẾT BỊ VI BA SỐ

Hình 2.10 Sơ đồ mô tả quá trình điều chế và giải điều chế số

• Có 2 phương pháp đều chế:

• Phương pháp điều chế QPSK

• Phương pháp điều chế biên độ cầu QAM