LỜI NÓI ĐẦUi.vietnamdoc.net/data/file/2015/Thang07/22/he_thong... · Web viewThiết bị MINI-LINK có các ưu điểm nổi bật như thiết kế gọn nhẹ, công suất

VnDoc - Tải tài liệu, văn bản pháp luật, biểu mẫu miễn phí

LỜI NÓI ĐẦU

Với xã hội hiện đại như ngày nay, các hệ thống thông tin số hiện đang phát

triển rất mạnh mẽ trên toàn thế giới và đã thay thế hầu hết các hệ thống thông tin

analog. Ở nước ta, có thể nói rằng hiện nay gần như tất cả các hệ thống chuyển mạch

và truyền dẫn của ngành truyền thông đều được số hóa. Cùng với sự phát triển mạnh

mẽ của các hệ thống thông tin khác như thông tin di động, cáp quang, thông tin vệ

tinh… thì thông tin vi ba vẫn tiếp tục đóng vai trò quan trọng và được phát triển ngày

càng hoàn thiện với những công nghệ cao đáp ứng được những đòi hỏi không những

về mặt kết cấu mà cả về mặt truyền dẫn, xử lý tín hiệu, bảo mật thông tin…

Là một sinh viên, việc thiết kế một tuyến truyền Vi ba số sẽ giúp cho em có

thêm các kỹ năng về tư duy, thực tế, từ đó củng cố và mở rộng kiến thức chuyên ngành

đã được học ở trường, đặc biệt là khả năng tính toán phân tích và xử lý số liệu phù hợp

với thực tế.

Mặc dù bản thân em đã rất cố gắng nhưng do vốn kiến thức có hạn nên cuốn đồ

án này không thể tránh khỏi những thiếu sót nhất định, em rất mong nhận được sự chỉ

bảo và đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo trong khoa Điện tử và các bạn.

Qua đây, em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo ThS. Nguyễn

Đăng Thông đã tận tình giúp đỡ và hướng dẫn em hoàn thành đồ án này. Đồng thời

em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô giáo trong khoa Điện tử đã

truyền đạt cho em nhiều kiến thức trong thời gian học tại trường Đại học Sư Phạm Kỹ

Thuật Vinh.

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Đình Hoành

SVTH: Nguyễn Đình Hoành

1


MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU................................................................................................................1TÓM TẮT ĐỒ ÁN.........................................................................................................4DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT..............................................................................5DANH SÁCH HÌNH VẼ...............................................................................................7DANH SÁCH BẢNG BIỂU..........................................................................................9Chương 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VIBA SỐ................................................10

1.1 Khái niệm...........................................................................................................101.2 Tóm tắt quá trình phát triển của hệ thống vi ba..................................................101.3 Hệ thống vi ba số...............................................................................................101.3.1 Mô hình hệ thống vi ba số..............................................................................101.3.2 Đặc điểm và ứng dụng của hệ thống vi ba số..................................................121.4 Phân loại hệ thống vi ba số.................................................................................121.5 Các mạng vi ba số..............................................................................................13

1.5.1 Mạng vi ba số điểm nối điểm......................................................................131.5.2 Mạng vi ba số điểm nối nhiều điểm............................................................13

1.6 Ưu, nhược điểm của hệ thống vi ba số...............................................................141.7 Kết luận chương 1.............................................................................................15

Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THIẾT BỊ VI BA SỐ.......................................162.1 Cơ sở truyền sóng vô tuyến trong hệ thống vi ba số..........................................16

2.1.1 Khái niệm....................................................................................................162.1.2 Phân chia dải tần số vô tuyến và ứng dụng cho các mục đích thông tin.....162.1.3 Các phương thức truyền lan của sóng vô tuyến..........................................18

2.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến sự truyền lan sóng vô tuyến...................................212.2.1 Pha đinh.......................................................................................................222.2.2 Suy hao khi truyền lan trong không gian tự do...........................................242.2.3. Suy hao do mưa..........................................................................................242.2.4 Sự can nhiễu của sóng vô tuyến..................................................................25

2.3 Một số kỹ thuật giảm ảnh hưởng của pha đinh..................................................252.3.1 Phân tập theo không gian............................................................................252.3.2 Phân tập theo tần số.....................................................................................272.3.3 Chuyển mạch bảo vệ...................................................................................28

2.4 Các mã truyền dẫn..............................................................................................292.4.1 Mã HDB3....................................................................................................29


2


2.4.2 Mã CMI.......................................................................................................302.5 Các chỉ tiêu kỹ thuật của vi ba số.......................................................................31

2.5.1 Phân bố tần số luồng cao tần......................................................................312.5.2 Công suất phát.............................................................................................312.5.3 Độ nhạy máy thu hay ngưỡng thu...............................................................322.5.5 Phương thức điều chế và giải điều chế........................................................322.5.6 Trở kháng vào máy thu và trở kháng ra máy phát.......................................322.5.7 Tốc độ ở băng tần gốc.................................................................................33

2.6 Các phương thức điều chế trong hệ thống vi ba số............................................332.6.1 Các khái niệm..............................................................................................332.6.2 Phương thức điều chế QPSK.......................................................................352.6.3 Điều chế biên độ cầu phương QAM............................................................372.6.4 Giảm độ rộng băng tần truyền bằng phương pháp điều chế nhiều mức......40

2.7 Thiết bị vi ba số.................................................................................................412.7.1 Sơ đồ khối trạm đầu cuối và thiết bị Thu – Phát vi ba số............................412.7.2 Thiết bị Anten..............................................................................................432.7.3 Một số thiết bị vi ba số trên thị trường........................................................45

2.8 Kết luận chương 2.............................................................................................48Chương 3. THIẾT KẾ TUYẾN VI BA SỐ TỪ TP. VINH ĐẾN TT. NAM ĐÀN.....49

3.1. Các quy định chung về thiết kế tuyến vi ba số..................................................493.2 Cơ sở lý thuyết thiết kế tuyến.............................................................................49

3.2.1 Khảo sát vị trí đặt trạm................................................................................493.2.2 Nghiên cứu dung lượng yêu cầu..................................................................513.2.3 Chọn tần số làm việc...................................................................................513.2.4 Xác định bán kính miền Fresnel thứ nhất....................................................523.2.5 Tính chọn chiều cao của tháp anten............................................................533.2.6 Tính toán các tham số của tuyến.................................................................563.2.7 Tính toán các tham số chất lượng của tuyến...............................................583.2.8 Các chỉ tiêu kỹ thuật đánh giá chất lượng tuyến.........................................603.2.9 Đánh giá chất lượng tuyến và lắp đặt thiết bị đưa vào hoạt động...............61

3.3 Thiết kế tuyến từ TP. Vinh đến thị trấn Nam Đàn.............................................613.3.1 Khảo sát vị trí đặt trạm tại TP. Vinh và thị trấn Nam Đàn..........................613.3.2 Nghiên cứu dung lượng truyền dẫn và lựa chọn thiết bị.............................643.3.3 Vẽ mặt cắt của tuyến TP. Vinh – TT. Nam Đàn và tính toán các tham số của tuyến.....................................................................................................................65

3.4. Kết luận chương 3.............................................................................................70KẾT LUẬN..................................................................................................................73


3

VnDoc - Tải tài liệu, văn bản pháp luật, biểu mẫu miễn phíTÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................74

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Với đề tài “Thiết kế tuyến truyền vi ba số từ Thành phố Vinh – thị trấn Nam

Đàn” em đã trình bày cuốn đồ án này được trình bày thứ tự như sau:

Trước hết trình bày về các khái niệm, lịch sử ra đời, đặc điểm, các loại mạng và

đưa ra một số ưu nhược điểm của hệ thống vi ba số. Tiếp theo trình bày về cơ sở

truyền sóng trong hệ thống vi ba số, các chỉ tiêu kỹ thuật, mã truyền dẫn để làm tiền đề

cho quá trình thiết kế tuyến ở phần sau. Một vấn đề quan trọng nữa trong hệ thống vi

ba sô là các phương thức điều chế và ra một số thiết bị cũng được trình bày trong

cuốn đồ án này. Sau đó, từ những cơ sở lý thuyết trên thì tôi bắt đầu vào khảo sát thiết

kế một tuyến vi ba số thực tế từ thành phố (TP) Vinh đến thị trấn Nam Đàn thuộc

huyện Nam Đàn.Nhìn chung đồ án được thể hiện trong ba chương có cấu trúc rõ ràng :

Chương 1. Tổng quan về hệ thống vi ba số

Chương 2. Cơ sở lý thuyết và thiết bị vi ba số

Chương 3. Thiết kế tuyến vi ba số từ TP. Vinh đến thị trấn Nam Đàn


4


DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT

ADC (analog digital convert) Bộ biến đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số

DAC (digital analog convert) Bộ biến đổi tín hiệu số sang tín hiệu tương tự

MUX (multiplexer) Bộ ghép kênh

DEMUX (demultiplexer) Bộ tách kênh

TDMA (time division multiplexer

access)

Đa truy nhập theo thòi gian

CCIR Ủy ban tư vấn về thông tin vô tuyến quốc tế

ELF (extremely low frequency) Tần số cực kì thấp

VF (voice frequency) Tần số thoại

VLF (very low frequency) Tần số rất thấp

LF (low frequency) Tần số thấp

MF (medium frequency) Tần số trung bình

HF (high frequency) Tần số cao

VHF (very high frequency) Tần số rất cao

UHF (ultra high frequency) Tần số cực cao

SHF (supper low frequency) Tần số siêu cao

EHF(extremely low frequency) Tần số cực kì cao

HDB3(high dennsity binary with

maximum consecutive Zeros)

Mã nhị phân lưỡng cực mật độ cao không quá

3 bit 0 liên tiếp

CMI (code mark inversion) Mã đổi dấu

CCITT (international telegraph and

telephone consultative committee)

Hội đồng tư vấn điện thoại điện báo quốc tế

QPSK (quadrature phase shift Điều chế khóa dịch pha cầu phương


5


keying)

QAM (quadrature amplitude

modulation)

Điều chế biên độ cầu phương

ASK (amplitude shift keying) Điều chế khóa dịch biên độ

FSK (frequency shift keying) Điều chế khóa dịch tần số

PSK (phase shift keying) Điều chế khóa dịch pha

NRZ (non return to zero) Không trỏ về không

BPF (filter band pass) Bộ lọc băng thông

SNR (Signal-noise ratio) Tỷ số tín hiệu trên nhiễu

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 1.1 Mô hình hệ thống vi ba số.............................................................................11

Hình 1.2. Hệ thống vi ba số điểm nối điểm..................................................................13

Hình 1.3. Hệ thống vi ba số điểm nối nhiều điểm........................................................14

Hình 2.1. Phổ tần số vô tuyến và ứng dụng.................................................................16

Hình 2.2. Các phương thức truyền sóng.......................................................................19

Hình 2.3. HIện tượng tia sóng cong.............................................................................23

Hình 2.4. Các đường sóng từ phía phát đến phía thu...................................................24

Hình 2.5 Phân tập theo không gian sử dụng 4 anten....................................................27

Hình 2.6. Phân tập không gian và tần số sử dụng 3 anten............................................28

Hình 2.7. Nâng cao độ an toàn của tuyến bằng kênh dự phòng...................................29

Hình 2.8. Dạng sóng HDB3.........................................................................................29

Hình 2.9. Mã CMI........................................................................................................30

Hình 2.10. Sơ đồ mô tả quá trình điều chế và giải điều chế số....................................34

Hình 2.11. Sơ đồ nguyên lý điều chế tín hiệu QPSK...................................................35

Hình 2.12. Tín hiệu 4PSK............................................................................................36

Hình 2.14. Sơ đồ nguyên lý giải điều chế pha QPSK..................................................36

Hình 2.15. Sơ đồ nguyên lý điều chế tín hiệu M-QAM...............................................38


6

VnDoc - Tải tài liệu, văn bản pháp luật, biểu mẫu miễn phíHình 2.16. Biểu đồ không gian tín hiệu 16QAM.........................................................38

Hình 2.17. Biểu đồ không gian tín hiệu QAM nhiều trạng thái...................................39

Hình 2.18. Sơ đồ sắp xếp chòm sao của các phương pháp điều chế số.......................39

Hình 2.19. Sơ đồ nguyên lý giải điều chế M-QAM.....................................................40

Hình 2.20. Sơ đồ khối cơ bản tuyến phát.....................................................................41

Hình 2.21. Sơ đồ khối cơ bản tuyến thu.......................................................................42

Hình 2.22. Sơ đồ khối cơ bản một trạm đầu cuối......................................................42

Hình 2.23. Sơ đồ kích thước của một anten Parabol....................................................43

Hình 2.24. Biểu đồ bức xạ của anten Parabol..............................................................45

Hình 3.1. Mặt cắt đường truyền giữa hai trạm A và B.................................................50

Hình 3.2. Mặt cắt nghiêng đường truyền và miền Fresnel thứ nhất.............................53

Hình 3.3. Xác định độ cao tia B để làm hở một vật chắn.............................................54

Hình 3.4. Minh họa việc tính độ cao của một anten khi biết độ cao của anten kia......55

Hình 3.5 Vị trí đặt trạm vi ba số tại Vinh...................................................................62

Hình 3.6. Vị trí trạm tại tt.Nam Đàn............................................................................62

Hình 3.7. Khoảng cách tuyến Vinh – TT.Nam Đàn.....................................................63

Hình 3.8. Địa hình của tuyến TP. Vinh – TT. Nam Đàn............................................63

Hình 3.9. Vị trí của ngọn đồi tại vị trí C......................................................................64

Hình 3.10. Mặt cắt của tuyến TP. Vinh – TT.Nam Đàn.............................................65

DANH SÁCH BẢNG BIỂU

Bảng 2.1. Kí hiệu và phân chia băng tần theo CCIR.....................................................17

Bảng 2.2. Kết quả thực nghiệm về suy hao do hơi nước – khí hậu theo tần số sóng vô

tuyến của Alcatel...........................................................................................................25

Bảng 2.3. Mã truyền dẫn dùng trong vi ba số...............................................................31


7

VnDoc - Tải tài liệu, văn bản pháp luật, biểu mẫu miễn phíBảng 2.4. Độ lợi của an ten theo hiệu suất và tần số (số liệu của hãng Alcatel)...........44

Bảng 2.5. Góc phát xạ theo đường kính anten (số liệu của hãng Alcatel)....................45

Bảng 2.6 Kết quả tính toán............................................................................................71

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VIBA SỐ

1.1 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.

1.2 Tóm tắt quá trình phát triển của hệ thống vi ba

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.


8

VnDoc - Tải tài liệu, văn bản pháp luật, biểu mẫu miễn phíĐến năm 1990 thì hệ thống thiết bị vi ba số, vi ba nhiều kênh đã thay thế hoàn toàn hệ

thống RVG-950.

1.3 Hệ thống vi ba số

1.3.1 Mô hình hệ thống vi ba số

Sơ đồ tổng quát của một hệ thống truyền dẫn vi ba số

Hình 1.1 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.


Codec

Nguồn số

Thoại tương tự

ADC Bộ ghép số

Máy phát

Codec

Nguồn số

Thoại tương tự

DAC Bộ tách số

Máy thu

Đường truyền

FDM

FDM

9


- 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.

1.3.2 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.

1.4 Phân loại hệ thống vi ba số

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

thống vi ba số và hệ thống vi ba tương tự.


10


Dựa vào tốc độ bít của tín hiệu PCM cần truyền, ta có thể phân loại hệ thống vi

ba số như sau:

- Vi ba số băng hẹp (tốc độ thấp): được dùng để truyền các tín hiệu có tốc độ

2Mbit/s, 4 Mbit/s và 8 Mbit/s, tương ứng với dung lượng kênh thoại là 30 kênh, 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, 12 GHz .

1.5 Các mạng vi ba số

1.5.1 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

Mạng vi ba số điểm nối điểm hiện nay được sử dụng phổ biến. Trong các mạng

đường dài thường dùng cáp sợi quang còn các mạng quy mô nhỏ hơn như từ tỉnh đến

các huyện hoặc các ngành kinh tế khác người ta thường sử dụng cấu hình vi ba số


11

VnDoc - Tải tài liệu, văn bản pháp luật, biểu mẫu miễn phíđiểm - điểm dung lượng trung bình hoặc cao nhằm thoả mãn nhu cầu của các thông tin

và đặc biệt là dịch vụ truyền số liệu. Ngoài ra, trong một số trường hợp vi ba dung

lượng thấp là giải pháp hấp dẫn để cung cấp trung kế cho các mạng nội hạt, mạng

thông tin di động.

1.5.2 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

Mạng vi ba số này trở thành phổ biến trong một số vùng ngoại ô và nông thôn.

Mạng bao gồm một trạm trung tâm phát thông tin trên một anten đẳng hướng phục vụ

cho một số trạm ngoại vi bao quanh. Nếu các trạm ngoại vi này nằm trong phạm vi

(bán kính) truyền dẫn cho phép thì không cần dùng các trạm lặp, nếu khoảng cách xa

hơn thì sẽ sử dụng các trạm lặp để đưa tín hiệu đến các trạm ngoại vi. Từ đây, thông

tin sẽ được truyễn đến các thuê bao. Thiết bị vi ba trạm ngoại vi có thể đặt ngoài trời,


12

VnDoc - Tải tài liệu, văn bản pháp luật, biểu mẫu miễn phítrên cột v.v... mỗi trạm ngoại vi có thể được lắp đặt thiết bị cho nhiều trung kế. Khi

mật độ cao có thể bổ sung thêm thiết bị, được thiết kế để hoạt động trong các băng tần

1,5 GHz – 1,8 GHz và 2,4 GHz sử dụng một sóng mang cho hệ thống hoàn chỉnh.

Hiện nay các hệ thống điểm nối đến đa điểm 19GHz đã được chế tạo và lắp đặt

ở Châu Âu để cung cấp các dịch vụ số liệu (Kbit/s) Internet trong mạng nội hạt khoảng

cách 10Km. Trạm trung tâm phát tốc độ bit khoảng 8,2Mb/s và địa chỉ mỗi trạm lại sử

dụng kỹ thuật TDMA.

1.6 Ưu, nhược điểm của hệ thống vi ba sốa) 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 .

b) Nhược điểm

- Khi áp dụng hệ thống truyền dẫn số, phổ tần tín hiệu thoại rộng hơn so với hệ

thống tương tự.

- Khi các thông số đường truyền dẫn như trị số BER, S/N thay đổi không đạt

giá trị cho phép thì thông tin sẽ gián đoạn, khác với hệ thống tương tự thông tin vẫn

tồn tại tuy chất lượng kém;


13


- 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.

1.7 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.Từ đó tránh được sai sót khi thiết kế sau này.

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

2.1 Cơ sở truyền sóng vô tuyến trong hệ thống vi ba số

2.1.1 Khái niệm

Sóng điện từ là sự lan truyền trong không gian của điện từ trường. Sóng điện từ

bao gồm các loại sóng vô tuyến, tia hồng ngoại… tia X và tia Gamma.

Sóng vô tuyến điện là sóng điện từ có tần số thấp hơn 3000 GHz . Có hai loại sóng

vô tuyến thường thấy trong thực tế là sóng dọc và sóng ngang. Sóng dọc là sóng lan

truyền theo phương chuyển động của nó (tiêu biểu như sóng âm thanh lan truyền trong

không khí). Còn sóng ngang là sóng điện từ có vectơ cường độ điện trường và từ

truờng vuông góc với nhau và vuông góc với phương truyền sóng .

2.1.2 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.


14


Hình 2.1. Phổ tần số vô tuyến và ứng dụng

Việc phân kênh chủ yếu dựa vào tiêu chuẩn tần số. Phổ tần tổng cộng và miền

áp dụng của chúng. Phổ này kéo dài từ các tần số dưới âm thanh (vài Hz) đến các tia

vũ trụ (1022 Hz) và được chia tiếp thành các đoạn nhỏ gọi là các băng tần. Toàn bộ dải

tần số vô tuyến (RF) lại được chia ra thành các băng nhỏ hơn, có tên và kí hiệu như

bảng 2.1 theo Ủy ban tư vấn về Thông tin vô tuyến quốc tế CCIR.

Bảng 2.1. Kí hiệu và phân chia băng tần theo CCIR.

STT Phạm vi tần số Tên gọi

1 30 Hz ÷ 300 Hz Tần số cực kỳ thấp (ELF)

2 0.3 KHz ÷ 3 KHz Tần số thoại (VF)

3 3 KHz ÷ 30 KHz Tần số rất thấp (VLF)

4 30 KHz ÷ 300 KHz Tần số thấp (LF)

5 0.3 MHz ÷ 3 MHz Tần số trung bình (MF)

6 3 MHz ÷ 30 MHz Tần số cao (HF)

7 30 MHz ÷ 300 MHz Tần số rất cao (VHF)

8 300 MHz ÷ 3 GHz Tần số cực cao (UHF)

9 3 GHz ÷ 30 GHz Tần số siêu cao (SHF)

10 30 GHz ÷ 300 GHz Tần số cực kỳ cao (EHF)

11 0.3 THz ÷ 300 THz Hồng ngoại

12 0.3 PHz ÷ 3PHz Tia nhìn thấy

13 3 PHz ÷ 30 PHz Tia cực tím


Hạ âm

Âm thanh

100 102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1020

Siêu âm

AM radio

TV, FM

Vi ba, Vệ tinh,

radaHồng ngoại

Tia nhìn thấy

Cực tím Tia X

Tia Gamma

Tia vũ trụ

1022

Dải tần số radio Dải sợi quang

Tần số (Hz)

15


14 30 PHz ÷ 300 PHz Tia X

15 0.3 EHz ÷ 3 EHz Tia Gamma

16 3 EHz ÷ 30 EHz Tia vũ trụ

Các tần số cực kì thấp (ELF) là các tần số có giá trị nằm trong phạm vi 30 ÷ 300

Hz, chứa cả tần số điện mạng AC và các tín hiệu đo lường từ xa tần thấp.

Các tần số tiếng nói (VF) là các tần số có giá trị nằm trong phạm vi 300 Hz ÷ 3

KHz, chứa các tần số kênh thoại tiêu chuẩn.

Các tần số rất thấp (VLF) là các tần số có giá trị nằm trong phạm vi 3 ÷ 30 KHz,

chứa phần trên của dải nghe được của tiếng nói. Dùng cho các hệ thống an ninh, quân

sự và chuyên dụng của chính phủ như là thông tin dưới nước (giữa các tàu ngầm).

Các tần số thấp (LF) là các tần số có giá trị nằm trong phạm vi 30 ÷ 300 KHz

(thường gọi là sóng dài), chủ yếu dùng cho dẫn đường hàng hải và hàng không.

Các tần số trung bình (MF) là các tần số có giá trị nằm trong phạm vi 300 KHz ÷ 3

MHz (thường gọi là sóng trung), chủ yếu dùng cho phát thanh thương mại sóng trung

(535 đến 1605 KHz). Ngoài ra cũng sử dụng cho dẫn đường hàng hải và hàng không.

Các tần số cao HF là các tần số có giá trị nằm trong phạm vi 3 ÷ 30 MHz (thường

gọi là sóng ngắn). Phần lớn các thông tin vô tuyến 2 chiều (twoway) sử dụng dải này

với mục đích thông tin ở cự ly xa xuyên lục địa, liên lạc hàng hải, hàng không, nghiệp

dư, phát thanh quảng bá...v.v.

Các tần số rất cao (VHF) là các tần số có giá trị nằm trong phạm vi 30 ÷ 300 MHz

(còn gọi là sóng mét), thường dùng cho vô tuyến di động, thông tin hàng hải và hàng

không, phát thanh FM thương mại (88 đến 108 MHz), truyền hình thương mại (kênh 2

đến 12 với tần số từ 54 MHz đến 216 MHz).

Các tần số cực cao (UHF) là các tần số có giá trị nằm trong phạm vi 300 MHz ÷ 3

GHz (còn gọi là sóng đề xi mét), dùng cho các kênh truyền hình thương mại 14 ÷ 83,

các dịch vụ thông tin di động mặt đất, các hệ thống điện thoại tế bào, một số hệ thống

rada và dẫn đường, các hệ thống vi ba và thông tin vệ tinh.


16

VnDoc - Tải tài liệu, văn bản pháp luật, biểu mẫu miễn phí Các tần số siêu cao (SHF) là các tần số có giá trị nằm trong phạm vi 3 ÷ 30 GHz

(còn gọi là sóng cen ti mét), chủ yếu dùng cho vi ba và thông tin vệ tinh.

Các tần số cực kì cao (EHF) là các tần sô có giá trị nằm trong phạm vi 30 ÷ 300

GHz (còn gọi là sóng mi li mét), ít sử dụng cho thông tin vô tuyến.

Các tần số hồng ngoại là các tần số có giá trị nằm trong phạm vi 0,3 THz ÷ 300

THz, nói chung không gọi là sóng vô tuyến. Sử dụng trong hệ thống dẫn đường tìm

nhiệt, chụp ảnh điện tử và thiên văn học.

Các ánh sáng nhìn thấy là các ánh sáng có giá trị nằm trong phạm vi 0,3 PHz ÷ 3

PHz, dùng trong hệ thống sợi quang.

Các tia cực tím, tia X, tia gamma và tia vũ trụ.Rất ít sử dụng cho thông tin.

2.1.3 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).


17


Hình 2.2. Các phương thức truyền sóng

2.1.3.1 Các loại sóng đất

Sóng đất là sóng không bị thăng giáng bởi tầng điện ly, tức là sóng bề mặt và

sóng không gian.

a) Sóng bề mặt

Sóng bề mặt là sóng truyền lan dọc theo bề mặt trái đất. Khi truyền sóng bề mặt,

năng lượng sóng lướt trên bề mặt đất gần giống như sóng dọc theo đường dây. Thành

phần điện trường biến đổi của sóng bề mặt sẽ cảm ứng điện áp trong bề mặt trái đất,

tạo ra dòng điện chảy. Bề mặt trái đất cũng có điện trở và các tổn hao điện môi, gây

nên sự suy hao sóng bề mặt khi lan truyền. Sóng bề mặt lan truyền tốt nhất trên bề mặt

là chất dẫn điện tốt như nước muối, và truyền kém trên vùng sa mạc khô cằn. Tổn hao

sóng bề mặt tăng nhanh theo tần số, vì thế sóng bề mặt nói chung hạn chế ở các tần số

thấp hơn 2 MHz. Sóng bề mặt được dùng rộng rãi cho liên lạc tàu thủy - tàu thủy và

tàu thủy - bờ.

Các ưu điểm là:

- Với công suất phát đủ lớn, sóng bề mặt có thể dùng để liên lạc giữa 2 điểm bất

kì trên thế giới;

- Sóng bề mặt ít bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi điều kiện khí quyển.

Các nhược điểm của truyền lan sóng bề mặt là:

- Yêu cầu công suất phát khá cao.

- Yêu cầu anten kích thước lớn.

- Tổn hao thay đổi đáng kể theo loại đất.

b) Sóng không gian

Sóng không gian là một loại sóng quan trọng trong thông tin VHF, UHF và SHF.

Sóng truyền trong tầng đối lưu lan rộng đến 10 dặm trên bề mặt đất. Sóng truyền lan từ

anten phát đến anten thu theo ba đường, đó là sóng trực tiếp, sóng phản xạ từ đất và

sóng phản xạ từ tầng đối lưu.

Sóng trực tiếp


18


Sóng này phát xạ trực tiếp từ anten phát đến anten thu mà không bị phản xạ ở

đâu cả. Trong các điều kiện truyền lan bình thường, nó có biên độ lớn hơn so với một

sóng bất kỳ nào đến máy thu.

Sóng phản xạ từ đất

Sóng này đến anten thu sau khi phản xạ một vài lần từ mặt đất hoặc từ các vật thể

xung quanh. Sự phản xạ không những chỉ xuất hiện trên mặt phẳng đứng mà có thể

xuất hiện ở mặt phẳng ngang. Như vậy, sóng bị phản xạ từ một vật cản sẽ lệch so với

đường chính. Sóng phản xạ sẽ có biên độ và pha khác với biên độ và pha của sóng trực

tiếp. Nếu khoảng cách truyền lớn hơn một số lẻ bước sóng thì ở anten thu sóng phản

xạ lệch pha với sóng trực tiếp một góc 1800 và kết quả là triệt tiêu tín hiệu sóng tới đến

một mức độ nào đó. Mức độ đó phụ thuộc vào biên độ của sóng phản xạ .

Sóng phản xạ từ tầng đối lưu

Do thay đổi chỉ số khúc xạ của không khí theo độ cao so với mặt đất, nên sóng có

thể bị tạp âm xạ, và tùy theo góc sóng tới có thể xảy ra phản xạ toàn phần từ tầng đối

lưu. Trong trường hợp này xuất hiện một biên giới có tác dụng giống như một bề mặt

phản xạ, gửi sóng trở lại mặt đất. Một số tia này sẽ đến được anten thu, ở đây có thể

khử bớt sóng trực tiếp do có sự thay đổi pha và biên độ gây ra do phản xạ.

2.1.3.2 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


19

VnDoc - Tải tài liệu, văn bản pháp luật, biểu mẫu miễn phíion 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.

Lớp D biến mất về đêm. Lớp này phản xạ sóng VLF và LF, hấp thụ các sóng

MF và HF.

Lớp E: có độ cao 100 ÷ 140 km, còn gọi là lớp Kennelly - Heaviside theo tên

của hai nhà bác học khám phá ra nó. Lớp E có mật độ cực đại tại độ cao 70 dặm vào

giữa trưa khi mặt trời ở điểm cao nhất. Lớp E hầu như biến mất về đêm, hỗ trợ sự lan

truyền sóng bề mặt MF và phản xạ sóng HF một chút về ban ngày. Phần trên của lớp E

đôi khi được xét riêng và gọi là lớp E thất thường. Lớp này gây bởi hiện tượng nhật

hoa và hoạt động của vết đen mặt trời. Đây là lớp mỏng có mật độ ion hoá rất cao, cho

phép cải thiện không ngờ cự ly liên lạc.

Lớp F: gồm 2 lớp F1 và F2. Lớp F1 có độ cao 140 ÷ 250 km vào ban ngày. Lớp

F2 có độ cao 140 ÷ 300 km về mùa đông và 250 ÷ 350 km về mùa hè. Về đêm, 2 lớp

này hợp lại với nhau tạo thành một lớp. Lớp F1 hấp thụ và suy hao một số sóng HF,

cho qua phần lớn các sóng để đến F2 , rồi khúc xạ ngược về trái đất.

2.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến sự truyền lan sóng vô tuyến

2.2.1 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.


20

VnDoc - Tải tài liệu, văn bản pháp luật, biểu mẫu miễn phí2.2.1.1 Pha đinh phẳng

Pha đinh phẳng là pha đinh làm thay đổi đều tín hiệu sóng mang trên một dải

tần số,pha đinh này là mối quan đối với hệ thống dung lượng nhỏ,băng tần hẹp.

Pha đinh phẳng xuất hiện thường xuyên là do chùm tia sóng truyền đi bị cong.

Chùm tia sóng cực ngắn có thể bị chuyển hướng do sự thay đổi chỉ số khúc xạ của

không khí (hằng số điện môi). Hệ số k=4/3 được dùng để tính toán truyền sóng ở điều

kiện áp suất tiêu chuẩn. Tại đó tia sóng có độ cong bằng môth phần tư của độ cong mặt

đất thực.

Khi hai anten phát và thu được đặt trong điều kiện tiêu chuẩn, toàn bộ cường độ

tín hiệu sẽ nhận được bởi máy thu. Khi mật độ không khí thay đổi thì chỉ số khúc xạ

cũng thay đổi khác với điều kiện chuẩn làm cho chùm tia sóng có thể cong lên hay

cong xuống phụ thuộc chỉ số k. Khi k < 4/3 thường gọi là độ khúc xạ thấp hay điều

kiện dưới chuẩn tia sóng có hướng cong lên. Khi k > 4/3 thường gọi là độ khúc xạ cao

hay điều kiện trên chuẩn tia sóng có hướng cong xuống. Nói chung thì hầu như loại tia

sóng xuất hiện cong lên phía trên anten thu (Hình 2.3) .


21

Bán kính quả đất hiệu dụng K = Bán kính thật của quả đất


Hình 2.3. HIện tượng tia sóng cong

2.2.1.2 Pha đinh lựa chọn tần số

Pha đinh lựa chọn tần số làm thay đổi tín hiệu sóng mang với mức thay đổi phụ

thuộc vào tần số, pha đinh này ảnh hưởng lớn đến tuyến vi ba số dung lượng cao, băng

tần rộng.

Pha đinh nhiều đường khí quyển

Khi các điều kiện khí quyển là các lớp với sự tồn tại các mật độ khác nhau, sự

dẫn có thể xuất hiện. Nếu sự tập hợp các lớp làm cho các chùm tia sóng cực ngắn

không bị bẫy mà chỉ bị làm lệch hướng thì năng lượng sóng ngắn có thể đi tới anten

thu bằng nhiều đường khác nhau so với đường trực tiếp. Sự thu nhận nhiều đường gây

ra pha đinh do hai sóng thu hiếm khi được cùng pha. Nếu chúng đến hoàn toàn trái pha

thì có ít giây mất công suất thu có thể lên đến 30 dB hoặc hơn, đó là điều trở ngại

(Hình 2.4) .


22


Đường 1 trực tiếp; đường 2,3 lệch; đường 4 phản xạ

Hình 2.4. Các đường sóng từ phía phát đến phía thu

Pha đinh nhiều tia phản xạ từ đất

Sự phản xạ từ đất tạo thành sự thu nhiều đường tia sóng, nó sẽ là trở ngại khi các

tia sóng thu được ngược pha.

Khi phản xạ đất và pha đinh khí quyển xuất hiện đồng thời có thể xảy ra pha đinh

sâu tới 40 dB. Nếu các tác động sửa lỗi không được tiến hành thì thông tin có thể

ngừng trệ.

2.2.2 Suy hao khi truyền lan trong không gian tự do

Khoảng không mà trong đó các sóng truyền lan bị suy hao được gọi là không

gian tự do. Mức suy hao của sóng vô tuyến được phát đi từ anten phát đến anten thu

trong không gian tự do tỷ lệ thuận với khoảng cách giữa hai anten và tỉ lệ nghịch với

độ dài bước sóng. Suy hao này gọi là suy hao truyền lan trong không gian tự do, được

tính như sau:

[dB] (2.1)


23


d [m]: Là khoảng cách truyền dẫn của sóng vô tuyến.

l [m]: Là bước sóng của sóng vô tuyến

2.2.3. Suy hao do mưa

Ảnh hưởng do mưa là một trong những ảnh hưởng lan truyền 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.

Bảng 2.2. Kết quả thực nghiệm về suy hao do hơi nước – khí hậu theo tần số

sóng vô tuyến của Alcatel.

Suy hao dB/km

6 GHz 10 GHz 20 GHz 40 GHz

Mưa vừa 0.25 mm/h

Mưa lớn 5 mm/h

Bão 50 mm/h

Bão lớn 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

2.2.4 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.

2.3 Một số kỹ thuật giảm ảnh hưởng của pha đinh

Các kỹ thuật được sử dụng để giảm các ảnh hưởng của pha đinh là phân tập

không gian, phân tập tần số và chuyển mạch bảo vệ.

2.3.1 Phân tập theo không gian


24


Phân tập theo không gian là kỹ thuật thu hoặc phát một tín hiệu trên 2 anten

(hoặc nhiều hơn 2 anten) với cùng một tần số vô tuyến f.

Khoảng cách các anten của máy phát và máy thu được chọn sao cho các tín hiệu

riêng biệt được thu không tương quan nhau tương ứng với hệ số tương quan bằng “0”.

Trong thực tế không bao giờ đạt được giá trị bằng “0” này. Trong hệ thống thông tin

tầm nhìn thẳng người ta đưa ra một công thức bán kinh nghiệm biểu thị hệ số tương

quan không gian theo khoảng cách trục đứng:

rs = exp [-0,0021sf(0,4d)1/2] (2.2)

Với s: khoảng cách giữa 2 tâm của an ten [m]

f: Tần số sóng vô tuyến [GHz]

d: khoảng cách truyền dẫn [km]

Trong biểu thức này, ta bỏ qua sóng phản xạ đất.

Theo khuyến nghị 376-4 của CCIR, người ta chọn khoảng cách giữa các anten

sao cho hệ số tương quan không gian không vượt quá 0,6. Do đó có thể sử dụng hệ số

này để làm ngưỡng cho việc sử dụng phân tập.

Khả năng cải thiện tín hiệu thu do sử dụng một cặp anten được xác định bằng

độ lợi phân tập Ios:

(2.3)

Trong đó: s: khoảng cách giữa 2 tâm của 2 anten [m]

f: tần số sóng mang vô tuyến [GHz]

ar: Hệ số khuếch đại tương đối của anten phân tập so với anten chính ar =

10[(Ad-Am)/20]

Ad: là hệ số khuếch đại anten phân tập [dB]

Am: là hệ số khuếch đại anten chính [dB]

d: độ dài của tuyến truyền dẫn [Km]

Fm: độ dự trữ pha dinh phẳng


25


Bằng sự mô phỏng nhiều lần tìm được vị trí tốt nhất cho hai anten, khi không

thể tính được vị trí, thì khoảng cách hai anten phải lớn hơn 150l. Thông thường công

thức trên tính gần đúng cho một tuyến có chiều dài (20 ¸ 70)Km và tần số (2¸11)

GHz. Mô hình phân tập theo không gian.

Hình 2.5 Phân tập theo không gian sử dụng 4 anten

2.3.2 Phân tập theo tần số

Phân tập theo tần số là kỹ thuật thu hoặc phát một tín hiệu trên hai kênh (hoặc

nhiều hơn hai kênh) tần số sóng vô tuyến.

Hệ số cải thiện phân tập tần số có thể tính:

(2.4)

Trong đó: f: là tần số trung tâm của băng tần [GHz]

d: độ dài của đường truyền [km]

Df/f: là khoảng cách tần số tương đối biểu thị bằng %

Fm: là độ dự trữ pha đinh [dB]


26


Phương trình trên đúng với các giá trị tham số sau:

2GHz< f <11GHz; 30km< d <70km; Df/f £ 5%; Iof ³ 5

Mặc dù các hệ thống thông tin vô tuyến số phân tập theo tần số có thể cho các

hệ số cải thiện tốt hơn nhưng việc sử dụng phổ tần không đạt hiệu quả cao.

Ngoài ra để tăng hiệu quả chống pha đinh người ta sử dụng kết hợp phân tập

không gian và tần số (Hình 2.6).

Hình 2.6. Phân tập không gian và tần số sử dụng 3 anten

2.3.3 Chuyển mạch bảo vệ

Mục đích của chuyển mạch bảo vệ là để nâng cao độ khả dụng của hệ thống

bằng cách chuyển sang kênh dự phòng khi có hiện tượng sự cố thiết bị chính. Ngoài

ra, cũng có thể đạt được lợi ích khác khi thiết bị bảo vệ chống lại sự gián đoạn thông

tin do pha dinh lựa chọn tần số gây ra bằng cách chuyển sang hệ thống dự phòng

(nghĩa là kênh dự phòng được sử dụng khi kênh chính bị sự cố hoặc bị gián đoạn

thông tin do pha đinh).

Chất lượng và khả năng sẵn sàng của hệ thống vi ba số có thể nâng cao nhờ sử

dụng một hay 2 kênh dự phòng để thay thế có các kênh bị sự cố nhờ thiết bị chuyển


27

VnDoc - Tải tài liệu, văn bản pháp luật, biểu mẫu miễn phímạch tự động. Thông thường khi số kênh truyền dẫn nhỏ hơn hoặc bằng 7 (n ≤ 7) thì

dùng một kênh dự phòng, tương ứng với cấu hình (n+1). Trong thực tế dùng cấu hình

(1+1) gồm một kênh truyền dẫn và một kênh dự phòng nóng HSB (Hot Standby), có

thể hoạt động ở cao tần RF hoặc trung tần IF.

Hình 2.7. Nâng cao độ an toàn của tuyến bằng kênh dự phòng

Ngoài ra, người ta còn kết hợp giữa phân tập không gian và chuyển mạch bảo vệ

bằng cách sử dụng một anten riêng cho máy thu phát và dự phòng nóng, kết hợp phân

tập tần số và chuyển mạch bảo vệ tức là kênh dự phòng phát tín hiệu trên một tần số

sóng vô tuyến.

2.4 Các mã truyền dẫn

Trong hệ thống truyền dẫn thông tin vi ba thường sử dụng hai loại mã là HDB3

và CMI.

2.4.1 Mã HDB3

Mã HDB3 là mã nhị phân lưỡng cực mật độ cao không quá 3 bit 0 liên tiếp .

Mã HDB3 được mô tả như Hình 2.8


28

1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0

B 0 0 0 V B B B 0 0 V 0

t

t

t

Giá trị nhị

phân

Quy luật mã

hoá

Tín hiệu HDB3

+V

-V

0


Hình 2.8. Dạng sóng HDB3

Quy tắc mã hoá:

+ Mức logic 1 được mã hoá theo mức lưỡng cực.

+ Mức logic 0 được mã hoá theo trạng thái 0 thông thường.

+ Đối với dãy 4 số 0 liên tiếp thì được mã hoá theo một trong 2 trường hợp sau:

OOOV hoặc AOOV sao cho số bit A giữa 2 bit V là lẻ. Trong đó, số lần xuất hiện 4

bit 0 liên tiếp đầu tiên được mã hóa thành 000V. Số lần xuất hiện 4 bit 0 liên tiếp tiếp

theo, nếu đứng trước 4 bit 0 mà cùng dấu với bit “V” đứng trước gần nhất thì được mã

hóa thành A00V, còn nếu đứng trước 4 bit 0 mà ngược dấu với bit “V” đứng trước gần

nhất thì được mã hóa thành 000V.

Bit “A” là bit đảo dấu đúng quy tắc

Bit “V” là bit vi phạm quy tắc

Mã này khá thông dụng và ITU-T khuyến nghị sử dụng ở tốc độ bit 2,048Mbps;

8,448Mbps; 34,368Mbps theo tiêu chuẩn châu Âu (khuyến nghị G-703).

2.4.2 Mã CMI

Mã CMI là mã đổi dấu, đây chính là loại NRZ 2 mức.

Quy tắc mã hoá:

+ Mức logic 0 đổi dấu liên tục chiếm khoảng thời gian ½ chu kì T, và nửa chu

kì đầu là giá trị (-), nửa chi kì sau là giá trị (+).

+ Mức logic 1 chiếm khoảng thời gian cả chu kì T, và thay đổi dấu liên tục

trong cả chu kì đó.

Mã CMI


29


Hình 2.9. Mã CMI

Mã CMI được ITU-T khuyến nghị sử dụng ở tốc độ bit 140Mbps theo tiêu

chuẩn châu Âu (khuyến nghị G-703).

Theo khuyến nghị G-703 về các giao tiếp của CCITT cho chi tiết trở kháng, loại

đôi dây dẫn mức tín hiệu dạng khung, tải khung phân bố cũng như mã truyền dẫn ở

những tốc độ bit khác nhau dùng cho hệ Châu Âu.

Bảng 2.3. Mã truyền dẫn dùng trong vi ba số

Tốc độ bit (Mb/s) 2.048 8.448 34.368 139.246

Loại cáp S/C C C C

Trở kháng(W) 120/75 75 75 75

Mã đường HDB3 HDB3 HDB3 CMI

Dạng xung chuẩn Vuông Vuông Vuông Vuông

S: cáp đối xứng; C: Cáp đồng trục.

2.5 Các chỉ tiêu kỹ thuật của vi ba số

2.5.1 Phân bố tần số luồng cao tần

Tần số luồng cao tần ở đây là tần số thu phát của thiết bị vô tuyến, việc lựa

chọn phương án phân bố tần số phụ thuộc vào:

- Phương thức điều chế số;

- Cách sắp xếp các luồng cao tần;


30


- Đặc tính của môi trường truyền sóng.

Theo khuyến nghị của của CCITT về vi ba số thì dải tần làm việc nên chọn từ 2

GHz đến 23GHz. Nếu sóng mang giữa các luồng cao tần không được phân chia đúng

thì có sự can nhiễu giữa chúng và tạp âm sẽ tăng lên. Các luồng lân cận nên cách nhau

29 đến 40 MHz và phân cực trực giao.

2.5.2 Công suất phát

Công suất phát cũng giống như ở vi ba tương tự, phụ thuộc vào cự ly và độ nhạy

máy thu để đảm bảo tỉ số lỗi bit cho phép.

Đơn vị công suất phát tính bằng dBm, P0 = 1mw.

[dBm] (2.5)

2.5.3 Độ nhạy máy thu hay ngưỡng thu

Độ nhạy của máy thu là mức tín hiệu cao tần tối thiểu đến ở đầu vào máy thu để

nó hoạt động bình thường, nghĩa là thoả mãn tỉ số lỗi bit (BER) cho trước tương ứng

với tốc độ bít nhất định.

2.5.4 Tỉ số bit lỗi BER

(2.6)

Để thông tin đạt được độ tin cậy cao, đảm bảo cho thiết bị hoạt động không

nhầm lỗi thì tỉ số này càng nhỏ càng tốt, bình thường cũng phải đạt , với chất

lượng tốt hơn phải đạt . Với yêu cầu BER cho trước máy thu phải có một ngưỡng

thu tương ứng.

2.5.5 Phương thức điều chế và giải điều chế

Thông thường trong vi ba số, tùy theo tốc độ bit (dung lượng kênh) người ta

thường dùng các phương thức điều chế như QPSK (hoặc 4PSK hay QAM) hoặc QAM

nhiều mức, chẳng hạn (16QAM, 64QAM)...


31


Phương thức giải điều chế được chọn tương ứng với phương thức điều chế thực

hiện tại máy phát. Thông thường, trong việc giải điều chế có 2 phương pháp là tách

sóng kết hợp, hoặc tách sóng không kết hợp. Tách sóng kết hợp đòi hỏi máy thu sự

khôi phục lại sóng mang đồng pha với đài phát nên cấu hình phức tạp nhưng chất

lượng tín hiệu cao hơn so với tách sóng không kết hợp.

2.5.6 Trở kháng vào máy thu và trở kháng ra máy phát

Vấn đề phối hợp trở kháng đối với mạch cao tần rất quan trọng, các bộ phận kết

nối vào máy phát và máy thu phải phối hợp được trở kháng. Nếu việc phối hợp trở

không tốt sẽ làm ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu, công suất phát hoặc thu không đạt

cực đại, ngoài ra còn gây ra sóng phản xạ, gây mất cân bằng làm giảm độ nhạy máy

thu. Thông thường trở kháng ra của máy phát và trở kháng vào máy thu được chuẩn

hoá là 50W do đó trở kháng vào ra của các bộ lọc, ống dẫn sóng, phi đơ phải là 50W.

2.5.7 Tốc độ ở băng tần gốc

Tốc độ ở băng gốc là tốc độ dãy số liệu vào ra máy thu phát vô tuyến

Ví dụ: Thiết bị vi ba số RMD 1502/4 HDB3 2*2048kb/s

9470LX HDB3 4*2048kb/s

Mini-link HDB3 2*2048kb/s

với trở kháng 75 W không cân bằng.

2.6 Các phương thức điều chế trong hệ thống vi ba số

2.6.1 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 .


32


Thông qua quá trình điều chế gắn tín hiệu mang tin vào tín hiệu sóng mang có

phổ thích hợp hơn để:

- Làm cho tín hiệu mang tin tương xứng với các đặc điểm của kênh truyền;

- 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 .

Hình 2.10. Sơ đồ mô tả quá trình điều chế và giải điều chế sốGiả sử có 1 sóng mang hình sin như sau:

(2.7)

Trong đó: + A : biên độ của sóng mang

+ wo = 2pfo : tần số góc của sóng mang

+ fo : tần số của sóng mang

+ j(t) : pha của sóng mang


33

Tín hiệu băng tần vô tuyến

Máy thu Máy phát

Tín hiệu băng tần

gốc

Tín hiệu băng tần

gốc

Bộ điều chế

Sóng mang

Bộ giải điều chế


Tuỳ theo tham số được sử dụng để mang tin: có thể là biên độ A, tần số fo, pha

j(t) hay tổ hợp giữa chúng mà ta có các kiểu điều chế khác nhau:

+ Điều chế khóa dịch biên độ ASK : Sóng điều biên được tạo ra bằng cách thay

đổi biên độ của sóng mang theo biên độ tín hiệu băng gốc.

+ Điều chế khóa dịch tần số FSK : Sóng điều tần được tạo ra bằng cách thay đổi

tần số sóng mang theo biên độ tín hiệu băng gốc.

+ Điều chế khóa dịch pha PSK : Sóng điều pha được tạo ra bằng cách thay đổi

pha sóng mang theo biên độ tín hiệu băng gốc.

+ Điều chế biên độ và pha kết hợp hay điều chế cầu phương QAM.

Giải điều chế là quá trình ngược lại với quá trình điều chế, trong quá trình thu

được có một trong những tham số: biên độ, tần số, pha của tín hiệu sóng mang được

biến đổi theo tín hiệu điều chế và tuỳ theo phương thức điều chế mà ta có các phương

thức giải điều chế thích hợp để lấy lại thông tin cần thiết.

2.6.2 Phương thức điều chế QPSKa) Cơ sở toán học

Giả sử tín hiệu sóng mang được biểu diễn: (2.8)

Biểu thức tín hiệu băng gốc: s(t) là tín hiệu ở dạng nhị phân (0,1) hay là một dãy NRZ

(Non-Return Zero).

Khi đó, tín hiệu điều pha PSK có dạng:

(2.9)

Trong đó: Df = 2p/n là sự sai pha giữa các pha lân cận của tín hiệu.

Từ biểu thức (2.9), với n = 4, Df = p/2 thì ta có kiểu điều chế 4-PSK hay PSK cầu

phương (QPSK). Tín hiệu QPSK có dạng:

(2.10)

Tín hiệu băng gốc s(t) là xung lưỡng cực nhận 4 giá trị

b) Quá trình điều chế Sơ đồ nguyên lý bộ điều chế QPSK sử dụng một trong 4 pha lệch nhau 90o, được trình

bày như Hình 2.11.

Tín hiệu băng gốc được đưa vào bộ biến đổi nối tiếp thành song song, đầu ra

được hai luồng số liệu có tốc độ bit giảm đi một nửa, đồng thời biến đổi tín hiệu đơn

cực thành tín hiệu ±1. Hai sóng mang đưa tới hai bộ trộn làm lệch pha nhau 90o. Tổng


34

VnDoc - Tải tài liệu, văn bản pháp luật, biểu mẫu miễn phíhợp tín hiệu đầu ra 2 bộ trộn ta được tín hiệu 4-PSK. Tín hiệu ra ở 2 bộ trộn:

;

với a(t) = ±1, b(t) = ±1

Hình 2.11. Sơ đồ nguyên lý điều chế tín hiệu QPSK

Tín hiệu ra 4-PSK là: (2.11)

Hình 2.12. Tín hiệu 4PSK

c) Quá trình giải điều chế

Sơ đồ giải điều chế QPSK được trình bày như Hình 2.14.


35

s(t) Bộ quay pha 90o

P(t)

Sóng mang chuẩn f0(t) = cosv0t

b(t) = ±1

a(t) = ±1

SPC

a(t)

b(t)

P(t)

t

t

t

1

0

-1

1

0

-1

1

0

-1

-1-1 1-1

11-11

Hình 2.13. Biểu đồ vector của điều chế QPSK

P(t)Bộ quay pha 90o

Sóng mang chuẩn f0(t) =Pref1(t) = cosv0t

LPF2

LPF1

MạchLogic


Hình 2.14. Sơ đồ nguyên lý giải điều chế pha QPSK

Giả sử tín hiệu thu được là:

Với j(t) = np/2; n = 0,1,2,3. Và a(t) = ±1, b(t) = ±1.

Hai tín hiệu chuẩn vào bộ trộn:

Tín hiệu sau khi qua các bộ lọc:

(2.12.a)

(2.12.b)

2.6.3. Điều chế biên độ cầu phương QAM

Điều chế biên độ cầu phương QAM là phương pháp điều chế kết hợp giữa điều

chế biên độ ASK và điều chế pha PSK. Trong phương thức điều chế này, ta thực hiện

điều chế biên độ nhiều mức 2 sóng mang mà 2 sóng mang này được dịch pha 1 góc

90o. Tín hiệu tổng của 2 sóng mang này có dạng vừa điều biên vừa điều pha:

và


36


Tín hiệu s(t) là tổng của 2 thành phần ss(t) và sc(t) và được biểu diễn như sau:

(2.13)

Nhờ có biên độ thay đổi mà các trạng thái pha của sóng mang đã cách xa nhau,

do vậy khả năng mắc lỗi sẽ giảm, đây cũng chính là ưu điểm của QAM .

2.6.3.1 Quá trình điều chế

Sơ đồ điều chế QAM được mô tả như Hình 2.15

Hình 2.15. Sơ đồ nguyên lý điều chế tín hiệu M-QAM

Bộ chuyển đổi SPC chuyển đổi tín hiệu điều chế vào thành m chuỗi tín hiệu nhị

phân. Bộ biến đổi 2/L có chức năng chuyển đổi chuỗi nhị phân thành chuỗi tín hiệu có

mức. Ta có mối quan hệ giữa m và L mức như sau: m =log2L.

Ví dụ với L = 4 thì m = 2 và M = 16, ta có điều chế 16-QAM, và với L = 8 thì

m =3 và M = 64, ta có điều chế 64-QAM.


37

2/L LPF

2/L LPF

SPCBộ quay pha 90o

s(t)

Sóng mang

Tín hiệu M-QAMm chuỗi tín

hiệu nhị phân


Hình 2.16. Biểu đồ không gian tín hiệu 16QAM

Hình 2.17. Biểu đồ không gian tín hiệu QAM nhiều trạng thái


38

L2 - QAM

Các mức

Các mức M =64

M =16

M = 4

M=20

Am

7

5

- 1

1

3

- 7

- 5

-3

1- 1- 3- 5- 7 753 Am


Hình 2.18. Sơ đồ sắp xếp chòm sao của các phương pháp điều chế số

2.6.3.2 Quá trình giải điều chế

Sơ đồ giải điều chế QAM được cho như Hình 2.19

Tín hiệu M-QAM vào:

Tín hiệu chuẩn: và

Sau khi loại bỏ thành phần hài bậc cao ở các bộ lọc thông thấp ta sẽ có:

và

Hình 2.19. Sơ đồ nguyên lý giải điều chế M-QAM


39

Q(t)

Sóng mang chuẩn

LPF

LPF

Bộ quay pha 90o

ADC

ADC

s(t)PSC


Biên độ của tín hiệu giải điều chế có L = mức, trong đó M là số trạng thái

tín hiệu. Tín hiệu L mức được biến đổi bởi bộ biến đổi ADC thành n/2 tín hiệu 2 mức,

trong đó L = 2n/2 và M = L2. Với 16-QAM thì n = 4, L = 4 và với 64-QAM thì n = 6, L

= 8. Từ n tín hiệu này, bộ biến đổi PSC sẽ tạo nên tín hiệu giải điều chế.

2.6.4 Giảm độ rộng băng tần truyền bằng phương pháp điều chế nhiều mứcTheo định lý Nyquist: Độ rộng băng tần của kênh truyền ( ) (kênh thông thấp)

phải lớn hơn hoặc bằng tốc độ ký hiệu chia 2 để không có hiện tượng giao thoa

giữa các ký hiệu.

(2.14)

Trong hệ thống PCM: (2.15)

Với fs, b: lần lượt là tần số lấy mẫu, số bit trong từ mã.

Thay (2.15) vào (2.14) ta được biểu thức về độ rộng băng tần cần thiết của kênh truyền

để tránh hiện tượng giao thoa giữa các ký hiệu như sau:

(2.16)

Giả sử ta sử dụng phương pháp điều chế pha M trạng thái. Lúc đó tốc độ ký hiệu giảm

lần. Do đó, độ rộng băng tần cần thiết của kênh truyền cũng giảm lần so

với điều chế nhị phân hai mứcnhư biểu thức:

(2.17)

Ví dụ: Mã hoá PCM một kênh thoại với số bit trong từ mã là b = 8 bit thì

băng tần tối thiểu là: = 32KHz. Trong khi đó, phương pháp truyền

dẫn tín hiệu tương tự yêu cầu băng tần thoại 3,1KHz (0,3-3,4) KHz. Suy ra, phương

pháp truyền dẫn tín hiệu số có băng tần xấp xĩ 10 lần so với phương pháp tương tự.

Nếu sử dụng phương pháp điều chế 16-PSK có M=16 mức thì băng thông yêu cầu

giảm lần và tương đương 8 KHz.

2.7 Thiết bị vi ba số2.7.1 Sơ đồ khối trạm đầu cuối và thiết bị Thu – Phát vi ba số


40


Hình 2.20. Sơ đồ khối cơ bản tuyến phát

Hình 2.21. Sơ đồ khối cơ bản tuyến thu


41


Hình 2.22. Sơ đồ khối cơ bản một trạm đầu cuối

BPF (Filter Band Pass) : lọc băng tần

2.7.2 Thiết bị Anten

Anten là một giao diện chính giữa thiết bị điện và môi trường truyền sóng, tuỳ

thuộc vào tần số, công nghệ và công dụng.

Anten Parabol là loại anten được sử dụng phổ biến trong thông tin vi ba. Nó sử

dụng cho tần số từ 1GHz đến 60GHz, bộ phận phản xạ được chế tạo bằng kim loại

hoặc nhựa có phủ một lớp kim loại mỏng ở mặt lõm của anten. Khi tần số nhỏ hơn

4GHz bộ phận phản xạ có thể được chế tạo bằng việc phủ kim loại trên các thanh

mỏng để làm giảm trọng lượng anten và làm cho gió lướt xuyên.

Phần chính của một anten Parabol được mô tả như Hình 2.23


42A

D

0

Dây dẫn

sóng

F

B

q0

Phễu thu sóng

d


Hình 2.23. Sơ đồ kích thước của một anten Parabol

Sơ đồ cấu tạo của anten parabol được biểu diễn như Hình 2.23. Trong đó:

D: Đường kính anten [m]

d: Bề sâu lòng chảo, được tính từ tâm đến mặt miệng chảo [m]

F: Tiêu cự của chảo, được tính từ tâm chảo đến tiêu điểm F của nó.

Mối liên hệ giữa tiêu cự, bề sâu lòng chảo và đường kính chảo được biểu diễn

theo biểu thức: (2.18)

Khi pha của nguồn sơ cấp đặt ngay tâm F của Parabol thì các sóng bức xạ đều

đồng pha.

Độ lợi của anten parabol được tính theo biểu thức:

[dB] (2.19)

Trong đó: S: Diện tích (tiết diện) bề mặt an ten [m2]

h: Hiệu suất của anten từ (0,5 ¸ 0,7)

Bảng 2.4. Độ lợi của an ten theo hiệu suất và tần số (số liệu của hãng Alcatel)

Tần số 2GHz 4GHz 8GHz 13GHz 23GHz 38GHz

D / h 50% 50% 60% 60% 70% 70%

3,7m

2,4m

1,2m

0,6m

0,3m

32dB

28dB

38dB

34dB

28dB

45dB

42dB

36dB

46dB

40dB

34dB

46dB

40dB

34dB

44dB

38dB

Sự biến đổi của hình dạng anten parabol hoặc sai lệch tiêu cự đều có thể dẫn đến

suy giảm trị số độ lợi của nó. Các an ten có thể được dùng để phát hoặc thu nhận sóng

theo một hoặc 2 phân cực (phân cực đứng hoặc phân cực ngang).


43


Biểu đồ bức xạ

Phần chính của năng lượng được tập trung ở búp sóng chính nhưng một phần

năng lượng sẽ bị bức xạ theo các búp sóng phụ, điều này dẫn đến hiện tượng giao thoa

tại các điểm nút.

Góc mở q ở 3dB phụ thuộc vào đường kính anten và bước sóng được tính theo biểu

thức sau: (2.20)

Trong đó: D đường kính anten

l bước sóng

Hình 2.24. Biểu đồ bức xạ của anten Parabol

Bảng 2.5. Góc phát xạ theo đường kính anten (số liệu của hãng Alcatel)

Tần số 2GHz 4GHz 8GHz 13GHz 23GHz 38GHz


44


Đườ

ng k

ính

3,7m

2,4m

1,2m

0,6m

0,3m

2,80

4,401,40

2,20

0,70

1,10

2,20

0,70

1,30

2,70

0,80

1,50

3, 00

0,90

1,80

2.7.3 Một số thiết bị vi ba số trên thị trường

2.7.3.1 Thiết bị Vi ba MICROSTAR® của hãng HARRIS

MicroStar là giải pháp hoàn hảo cho nhu cầu truy nhập vô tuyến điểm-điểm.

Dòng sản phẩm Viba MicroStar của Harris cung cấp sự lựa chọn đa dạng về phương

pháp điều chế, dải tần (7-38 GHz) và dung lượng cho các dịch vụ thoại, dữ liệu và

hình ảnh.

Dòng sản phẩm viba PDH MicroStar sử dụng công nghệ số mới nhất và cung

cấp các giao thức quản lý mạng mở giúp khách hàng có thể tích hợp thiết bị một cách

thuận lợi vào mạng hiện có của mình.

MicroStar được thiết kế nhằm đem lại cho khách hàng giải pháp có hiệu suất cao

nhất, khả năng truyền tải dịch vụ nhanh chóng với chi phí thấp nhất.

Các đặc điểm chính

- Ăng ten phẳng tích hợp;

- Khả năng quản lý và điều khiển được lập trình hoàn toàn băng phần mềm

nhằm tăng độ linh hoạt và giảm chi phí dự phòng tối đa:

+ Dung lượng từ 2 đến 16 E1/T1

+ Các dải băng tần: 7/8/13/15/18/23/26/38 GHz.

+ Điều chế (QPSK hoặc 16 QAM).

- Hỗ trợ chế độ bảo vệ 1+1.

- Hỗ trợ card PCMCIA cho các kênh phụ trợ (kênh nghiệp vụ, RS-232 RTU,…)

cho phép tối đa độ linh hoạt và giảm chi phí.

- Có cổng Ethernet 10 BASE-T dành cho quản lý mạng, FTP,…

2.7.3.2 Thiết bị Viba Pasolink của NEC


45


Trong các kết nối truy nhập ở cự ly ngắn bao gồm mạng trục trong mạng di

động, dòng sản phẩm NEC PASOLINK cung cấp dung lượng truyền dẫn tốc độ cao.

Hệ thống hoạt động tại nhiều dải băng tần số vô tuyến trải rộng từ 4 đến 38 GHz với

dung lượng từ 8x2 Mbps đến 2x155 Mbps. Đối với sự lựa chọn kết nối giao diện mạng

LAN, PASOLINK cung cấp giao diện 10/100 BASE-T(X).

Bằng cách sử dụng ODU chuẩn, sự nâng cấp hệ thống lên dung lượng cao hơn

hoặc phương pháp điều chế tốt hơn có thể được tiến hành dễ dàng. NEC PASOLINK

cho phép lắp đặt thuận tiện, truyền tải dịch vụ nhanh chóng và là các giải pháp kinh tế

nhất đối với các nhu cầu truyền dẫn dung lượng cao cũng như trong các tình huống

khẩn cấp .


- Bao gồm khối ngoài trời (ODU), khối trong nhà (IDU)và Anten gọn nhẹ.

- Dung lượng lớn: 8x2, 16x2, 52, 155, 2 x 155 Mbps;

- Các dải tần: 4/5/6/7/8/11/13/15/18/23/26/28/32/38 GHz;

- Hỗ trợ nhiều cấu hình hệ thống: 1+0, 1+1 (HS), 1+1 (HS/SD), 1+1 (FD), 2+0

đồng kênh);

- Công suất phát (dBm): +27/+25/+23/+20/+15;

- Ngưỡng thu (dBm):

+ Đối với BER 10-3: -93,5 ÷ -81,5;

+ Đối với BER 10-6: -90 ÷ -78;

- Nguồn yêu cầu: 20 ÷ 60 VDC/-20 ÷ -60 VDC;

- Phương pháp điều chế QPSK;

- Độ khuyếch đại hệ thống cao và hiệu suất phổ cao;

- Có giao diện Ethernet tốc độ cao;

- Điều khiển công suất phát tự động;

- Quản lý và giám sát mạng từ xa bằng máy PC.

2.7.3.3 Thiết bị Viba MINI-LINK của Hãng ERICSSON

Thiết bị MINI-LINK là dòng thiết bị truyền dẫn Viba nổi tiếng thế giới của

ERICSSON, hãng sản xuất thiết bị viễn thông di động hàng đầu trên thế giới. Đã có


46

VnDoc - Tải tài liệu, văn bản pháp luật, biểu mẫu miễn phíhơn 500,000 bộ thiết bị MINI-LINK được bán ra trên toàn thế giới trong đó được dùng

phổ biến nhất là trong các mạng thông tin di động trong đó có các mạng di động của

Việt nam như Vinaphone, Mobifone và Viettel.

Thiết bị MINI-LINK có các ưu điểm nổi bật như thiết kế gọn nhẹ, công suất

tiêu thụ thấp, dung lượng lớn từ E1 cho đến STM-1, sử dụng dải tần rộng từ 7 đến 38

GHz. Hơn thế nữa hệ thống điểm-điểm của MINILINK có thể được sử dụng trong các

cấu hình vòng ring, hình sao và hình cây cùng với khả năng định tuyến được tích hợp

bên trong thiết bị .


- Gọn nhẹ, hiệu quả đầu tư cao, phù hợp với các nhu cầu mở rộng mạng lên

mạng thế hệ tiếp theo như mạng điện thoại di động 3G;

- Dải tần rộng: từ 7 GHz đến 38 GHz;

- Các phương pháp điều chế: C-QPSK, 64-QAM, 128-QAM;

- Dung lượng: từ 1E1 (2 Mbps) đến STM-1 (155 Mbps);

- Công suất phát: +10 dBm ÷ +28 dBm;

- Ngưỡng thu: -95 dBm ÷ -83 dBm (đối với điều chế C-QPSK) và từ -87 ÷ -80

dBm (đối với điều chế 16QAM);

- Anten: 0,2/0,3/0,6/1,2/1,8/2,4/3,0/3,7 (m);

- Nguồn cung cấp: 26 ÷ 60 VDC;

- Dải nhiệt độ: -500C ÷ 600C;

- Hỗ trợ các cấu hình: điểm – điểm, điểm – đa điểm, vòng ring, hình sao, hình

cây. Hỗ trợ chức năng định tuyến;

- Cấu hình và quản lý tại chỗ hoặc từ xa bằng phần mềm trên máy PC;

- Cung cấp cổng giao diện Ethernet tốc độ cao.

2.8 Kết luận chương 2

Chương 2 đã trình bày về các vấn đề cụ thể về vi ba số và một số thiết bị vi ba.

Những kiến thức này sẽ là cơ sở lý thuyết làm tiền đề và nền móng cho quá trình thiết

kế tuyến thực tế ở chương sau


47


Chương 3. THIẾT KẾ TUYẾN VI BA SỐ TỪ TP. VINH ĐẾN

TT. NAM ĐÀN

3.1. Các quy định chung về thiết kế tuyến vi ba số

Việc thiết kế tuyến thông tin nói chung và tuyến vi ba số nói riêng được tiến hành trên

cơ sở:

+ Dự án báo cáo khả thi đã được các cấp có thẩm quyền phê duyệt.

+ Hồ sơ khảo sát, thuyết minh chính xác về nội dung xây lắp, các số liệu tiêu chuẩn

cần đạt được.

+ Các văn bản thủ tục hành chính của cơ quan trong và ngoài ngành liên quan đến

địa điểm, mặt bằng xây dựng trạm.

+ Các tiêu chuẩn, quy trình, quy phạm xây dựng của nhà nước và của ngành .

+ Các định mức và dự toán có liên quan để áp dụng trong thiết kế.

+ Hồ sơ tài liệu thu thập được trong quá trình khảo sát và đo đạc.


48


Việc thiết kế cần phải đảm bảo đúng tiêu chuẩn, quy trình, quy phạm của nhà nước

ban hành như:

+ Đăng ký tần số làm việc của thiết bị với Cục tần số vô tuyến điện Quốc gia.

+ An toàn về phòng chống thiên tai, bão lụt.

+ An toàn khi có giông sét, đảm bảo chất lượng của các hệ thống chống sét, tiếp

địa cho thiết bị và tháp anten theo qui phạm của ngành...

3.2 Cơ sở lý thuyết thiết kế tuyến

3.2.1 Khảo sát vị trí đặt trạm

Để xác định vị trí đặt trạm thì cần phải tiến hành các công việc sau:

- Xác định tuyến trên bản đồ (cần tìm bản đồ địa hình của khu vực xây trạm).

- Tạo nên các bản vẽ mặt cắt nghiêng của tuyến.

Từ các yêu cầu thực tế của một tuyến 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 giả sử trạm A là trạm thứ nhất và trạm B là

trạm thứ hai. Sau đó vẽ một mặt cắt nghiêng của đường truyền. Hình dung mặt cắt này

như một con dao cắt rời quả đất dọc theo hướng của tia vô tuyến. Hình 3.1 thể hiện

mặt cắt đường truyền giữa hai trạm A và B.


49


Hình 3.1. Mặt cắt đường truyền giữa hai trạm A và B

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

vẽ mặt cắt 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:

E = (3.1)

E = (4/51)d1d2/k [m] (3.2)

Trong đó: r là bán kính quả đất 6370 [km]

d1 là khoảng cách từ trạm A đến điểm khảo sát [km]

d2 là khoảng cách từ trạm B đến điểm khảo sát [km]

k là hệ số bán kính của quả đất

E là độ lồi thực của mặt đất tại điểm đang xét [m]


50


Như vậy trên mặt cắt nghiêng này thể hiện được bề mặt của địa hình. Ngoài ra

nó cũng có thể biểu diễn được cả độ cao của cây cối các vật chắn trên đường truyền

nối hai trạm A, B chẳng hạn như các gò, đồi, các nhà cao tầng... Đối với khoảng truyền

dẫn dài, độ cong của mặt đất lớn thì cần phải tính toán đến độ nâng của vị trí trạm. Độ

nâng được vẽ dọc các đường thẳng đứng nên không đi dọc theo đường bán kính xuất

phát từ tâm quả đất .

3.2.2 Nghiên cứu dung lượng yêu cầu

Trước khi thiết kế bất kỳ một tuyến thông tin nào ta phải nghiên cứu dung

lượng truyền trên tuyến. Vi ba cũng vậy, ta phải nghiên cứu dung lượng của nó một

cách phù hợp. Nếu chọn dung lượng truyền quá lớn sẽ gây ra lãng phi và không có tính

kinh tế. Việc nghiên cứu dung lượng này dựa trên một số điểm như là:

+ Đặc điểm phát triển dân số ở các khu vực mà tuyến vi ba sẽ truyền đến.

+ Đặc điểm của vùng đó là thành phố, nông thôn, vùng nông nghiệp…

+ Tỷ lệ phát triển của các hoạt động kinh tế;

+ Tốc độ cải thiện điều kiện sống trong tương lai…

Dựa vào một số điểm như trên dự đoán dung lượng hiện tại cần truyền trên

tuyến và dung lượng sẽ phát triển trong vòng 10 đến 15 năm tới. Đặc biệt hệ thống

được thiết kế cho phép có thể mở rộng thêm trong tương lai.

3.2.3 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 chọn lựa tần số phải tránh can nhiễu

với các 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.

3.2.4 Xác định bán kính miền Fresnel thứ nhất

Miền Fresnel thứ nhất là miền không gian hình elip từ anten phát đến anten thu


51

VnDoc - Tải tài liệu, văn bản pháp luật, biểu mẫu miễn phívây xung quang tia trực tiếp. Đường biên của miền Fresnel thứ nhất tạo nên quỹ tích

sao cho bất kỳ tín hiệu nào đi đến anten thu qua đường này sẽ dài hơn so với đường

trực tiếp một nửa bước sóng (l/2) của tần số sóng mang. Nếu tồn tại một vật cản ở rìa

của miền Fresnel thứ nhất thì sóng phản xạ sẽ làm suy giảm sóng trực tiếp, mức độ suy

giảm tuỳ thuộc 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 sóng phản xạ này. Bán kính của miền Fresnel thứ nhất (F1) được xác định

theo công thức sau:

[m] (3.3)

[m]

Trong đó: d1, d2 [km] lần lượt là khoảng cách từ trạm A và trạm B đến điểm ở

đó bán kính miền Fresnel được tính toán.

d [km] là khoảng cách giữa hai trạm, d = d1 + d2

f là tần số sóng mang [GHz].

Trong thực tế, thường gặp đường truyền đi qua những địa hình khác nhau có thể

chắn miền Fresnel thứ nhất gây nên tổn hao trên đường truyền. Ở các loại địa hình này

có thể có vật chắn hình nêm trên đường truyền và các loại chướng ngại khác. Hình 3.2

chỉ ra mô hình của vật chắn trên đường truyền dẫn, trong đó F1 là bán kính miền

Fresnel thứ nhất, F (khoảng hở thực) là khoảng cách giữa tia trực tiếp và một vật chắn

hình nêm tại điểm tính toán miền Fresnel thứ nhất .


52


Hình 3.2. Mặt cắt nghiêng đường truyền và 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 đảm bảo sao cho tín hiệu không bị nhiễu xạ bởi vật chắn nằm

trong miền Fresnel thứ nhất là F = 0,577F1. Nghĩa là đường trực tiếp giữa máy thu và

máy phát cần một khoảng hở trên mặt đất hoặc trên một vật chắn bất kỳ ít nhất là vào

khoảng 60% bán kính miền Fresnel thứ nhất để đạt được các điều kiện truyền lan trong

không gian tự do.

3.2.5 Tính chọn chiều cao của tháp anten

Để tính độ 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 thiểu

của tháp anten để thu được tín hiệu.


53


Việc tính toán độ cao của tia vô tuyến cũng phải dùng đến sơ đồ mặt cắt

nghiêng đường truyền nối hai trạm trong đó có xét đến độ cao của vật chắn (O), độ

cao của cây cối (T) giữa tuyến và bán kính của miền Fresnel thứ nhất (F1). Biểu thức

xác định độ cao của tia vô tuyến như sau :

B = E(k) + (O + T) + C.F1 = [m] (3.4)

Trong đó: d, d1, d2, f được dùng như trong công thức (3.2)

k là hệ số bán kính của quả đất, k = 4/3

C là hệ số hở, C = 1

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

nhất nằm giữa tuyến.

Các độ cao của cây cối và vật chắn giữa tuyến được xác định từ bước khảo sát

đường truyền. Hình 3.3 biểu diễn mặt cắt đường truyền của tuyến cùng với các vật

chắn giữa tuyến và có xét đến miền Fresnel thứ nhất.

Sau khi đã có được độ cao tuyến, ta tính độ cao của anten để làm hở một vật

chắn nằm giữa tuyến (tức không gây nhiễu đến đường truyền vô tuyến).


54


Hình 3.3. Xác định độ cao tia B để làm hở một vật chắn

Ở bước khảo sát định vị trạm, ta đã xác định được độ cao của hai vị trí đặt trạm

so với mặt nước biển tương ứng là h1 và h2. Hai thông số này kết hợp với độ cao B của

tia như đã tính toán ở trên sẽ tính được độ cao của cột an ten còn lại khi biết trước độ

cao của một cột anten.

ha1 = h2 + ha2 + [B - (h2 + ha2)](d/d2) - h1 [m] (3.5)

ha2 = h1 + ha1 + [B - (h1 + ha1)](d/d1) - h2 [m] (3.6)

Trong đó: ha1, ha2 [m] là độ cao của một trong hai anten cần được tính

d1, d2 [km] là khoảng cách từ mỗi trạm đến vị trí đang xét


55



56


Hình 3.4. Minh họa việc tính độ cao của một anten khi biết độ cao của anten kia

Cách tính độ cao của anten nói trên được minh họa như Hình 3.4.

Như vậy, khi biết được độ cao của một an ten thì có thể tính được độ cao của an

ten kia sao cho không làm gián đoạn tia truyền của hai trạm.

Tuy nhiên, như đã đề cập ở phần trước, để đảm bảo cho hệ thống hoạt động

không chịu ảnh hưởng của các yếu tố trong tương lai thì độ cao an ten phải sử dụng

một khoảng dự phòng, phụ thuộc vào người thiết kế. Khi đó các độ cao của các an ten

thực tế phải là har1, har2 do đã được cộng với một lượng độ cao dự phòng là Ph1 hoặc

Ph2 như sau:

har1 = ha1 + Ph1 [m] (3.7)

har2 = ha2 + Ph2 [m] (3.8)

3.2.6 Tính toán các tham số của tuyến


57


Các tham số được sử dụng trong tính toán đường truyền như: Mức suy hao

trong không gian tự do, công suất phát, ngưỡng thu, các suy hao trong thiết bị ... có vai

trò quan trọng để xem xét tuyến có thể hoạt động được hay không và hoạt động ở mức tín

hiệu nào.

- Tổn hao trong không gian tự do

Tổn hao trong không gian tự do (A0) là tổn hao lớn nhất cần phải được xem xét

trước tiên. Đây là sự tổn hao do sóng vô tuyến lan truyền từ trạm này đến trạm kia

trong môi trường không gian được tính theo biểu thức sau:

A0 = 20lg = 20lg (3.9)

A0 = 92,5 + 20lg (f) + 20 lg (d) [dB] (3.10)

Trong đó:

f là tần số sóng mang tính bằng [GHz]

d là độ dài tuyến [km]

- Tổn hao phi đơ

Đây là tổn hao thiết bị (ống dẫn sóng) để truyền dẫn sóng giữa an ten và máy

phát/ máy thu. Khi tính toán suy hao này thì phải căn cứ vào mức suy hao chuẩn được

cho trước bởi nhà cung cấp thiết bị. Chẳng hạn với phi đơ sử dụng loại WC 109 có

mức tiêu hao chuẩn là 4,5dB/100m và cộng với 0,3dB suy hao của vòng tròn để

chuyển tiếp ống dẫn sóng thì tổn hao phi đơ máy phát (LTphd) và máy thu (LRphd) được

tính như sau:

LTphd = 1,5har1.0,045 + 0,3 [dB] (3.11)

LRphd = 1,5har2.0,045 + 0,3 [dB] (3.12)

Trong đó: har1 và har2 là độ cao của các anten đã được tính toán lượng dự

phòng.

- Tổn hao rẽ nhánh

Tổng tổn hao rẽ được coi là các tổn hao trong các bộ lọc RF (máy phát và máy

thu) các bộ lọc xoay vòng và các bộ lọc RF bên ngoài có thể,chúng cho phép một hệ


58

VnDoc - Tải tài liệu, văn bản pháp luật, biểu mẫu miễn phíthống song công chỉ sử dụng một anten cho các mục đích thu và phát hoặc một vài hệ

thống cùng nối đến một anten.

Tổn hao rẽ nhánh xảy ra tại bộ phân nhánh thu phát, 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 khí quyển

Các thành phần trong khí quyển gây ra các tổn hao mà mức độ của nó thay đổi

theo điều kiện thời tiết, thay đổi theo mùa, theo tần số sử dụng... Khi tính toán mức

suy hao này ta dựa theo các chỉ tiêu đã được khuyến nghị ở các nước châu Âu. chẳng

hạn đối với hệ thống thiết bị vô tuyến 18, 23 và 38GHz thì mức suy hao chuẩn Lsp0

được cho trong khuyến nghị vào khoảng 0,04 dB/km ¸ 0,19 dB/km và 0,9 dB/m, khi

đó tổn hao cho cả tuyến truyền dẫn được xác định là:

Lsp = Lsp0.d [dB] (3.13)

Với d là khoảng cách của tuyến tính bằng km.

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

Pr = Pt + G - At [dB] (3.14)

Trong đó: Pt là công suất phát

At: Tổn hao tổng

At = 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

G = Độ lợi của an ten A + độ lợi của an ten B

Pr: Công suất tại đầu vào máy thu

Pr là tham số quan trọng khi thiết kế đường truyền vi ba, tham số này là một chỉ

tiêu quyết định xem tuyến có hoạt động được hay không khi đem so sánh nó với mức

ngưỡng thu của máy thu.

3.2.7 Tính toán các tham số chất lượng của tuyến

Vì chất lượng đường truyền được đánh giá dựa trên tỷ số BER; các tỷ số BER

khác nhau sẽ cho một mức ngưỡng tương ứng và cũng có độ dự trữ pha đinh khác


59

VnDoc - Tải tài liệu, văn bản pháp luật, biểu mẫu miễn phínhau. Các tỷ số BER thường được sử dụng trong vi ba số là: BER = 10 -3 và BER = 10-6

tương ứng với hai mức ngưỡng RXa và RXb .

- Độ dự trữ pha đinh ứng với RXa và RXb là FMa và FMb được tính theo biểu

thức:

FMa = Pr - RXa với BER = 10-3 (3.15)

FMb = Pr - RXb với BER = 10-6 (3.16)

- Xác xuất pha dinh phẳng nhiều tia (P0) là một hệ số thể hiện khả năng xuất

hiện pha dinh nhiều tia được đánh gia theo công thức sau:

P0 = KQ . fB . dc (3.17)

Trong đó KQ = 1, 4 .10-8 ; B = 1 ; C = 3,5 là các tham số liên quan đến điều

kiện truyền lan về khí hậu và địa hình của sóng vô tuyến và các giá trị được sử dụng

theo khuyến nghị của CCIR.

- Xác suất đạt đến ngưỡng thu RXa,và RXb

Gọi Pa, Pb là xác suất đạt tới các giá trị ngưỡng thu tương ứng RXa và RXb

được tính như sau:

= (3.18)

Với FMa và FMb là độ dự trữ pha dinh ứng với các tỷ số BER = 10 -3, BER = 10-6 đã

được tính toán ở trên.

- Khoảng thời gian pha dinh

Ta và Tb là các giá trị đặc trưng cho các khoảng thời gian tồn tại pha đinh và

cũng ứng với FMa, FMb được tính theo công thức:

(3.19)

(3.20)

Với C2 = 56,6.d; a2 = 0,5; b2 = -0,5 lấy theo khuyến nghị.

- Xác suất pha dinh phẳng dài hơn 10s và 60s

P(10) và P(60) là xác suất xuất hiện pha dinh phẳng dài hơn 10s và 60s tương

ứng với các tỷ số BER khác nhau và được các định theo công thức:

P(Ta ³ 10) = P(10) = 0, 5 [1 - erf(Za)] = 0, 5 erfc (Za) (3.21)


60


P(Tb ³ 60) = P(60) = 0, 5 [1 - erf(Zb)] = 0, 5 erfc (Zb) (3.22)

Trong đó:

Za = 0,548ln(10/Ta)

Zb = 0,548ln(10/Tb)

Erfc(t) = là hàm sai số

- Xác suất BER vượt 10-3

Xác suất BER vượt 10-3 thể hiện sự gián đoạn thông tin nhưng trong thời gian

không quá 10s.

Xác suất (BER ³ 10-3) = P0. Pa = (3.23)

- Xác suất mạch trở nên không thể sử dụng được do pha dinh phẳng trong

khoảng thời gian lớn hơn 10s

Pu(10) là xác suất mạch sẽ có BER > 10-3 trong khoảng thời gian lớn hơn 10s tức

là mạch trở nên không sử dụng được và được tính theo công thức:

Pu(10) = P0 . Pa . P(10) (3.24)

- Khả năng sử dụng tuyến

Khả năng sử dụng tuyến được biểu thị bằng phần trăm và được xác định theo

Pu(10) như sau:

Av = 100(1 - Pu(10)) (3.25)

- Xác suất BER vượt 10-6

Xác suất BER vượt 10-6 thể hiện sự gián đoạn thông tin nhưng trong thời gian

không quá 60s.

Xác suất (BER ³ 10-6) = P0. Pb = (3.26)

- Xác suất mạch trở nên không thể sử dụng được do pha dinh phẳng trong

khoảng thời gian lớn hơn 60s

Pu(60) là xác suất mạch sẽ có BER > 10-6 trong khoảng thời gian lớn hơn 60s tức

là mạch trở nên không sử dụng được và được tính theo


61


Pu(60) = P0 . Pb . P(60) (3.27)

- Khả năng sử dụng tuyến

Khả năng sử dụng tuyến được biểu thị bằng phần trăm và được xác định theo

Pu(60) như sau:

Av = 100(1 - Pu(60)) (3.28)

Như vậy toàn bộ các tham số đã tính cho đường truyền cũng như các tham số để

đánh giá chất lượng tuyến được sử dụng để người thiết kế đưa ra các quyết định về khả

năng làm việc của tuyến, để tính xem tuyến có đủ cong suất cung cấp cho máy thu hay

không. Ngoài ra cũng dựa vào các tham số này để có thể hiệu chỉnh lại công suất máy

phát, quyết định dùng các biện pháp phân tập...

3.2.8 Các chỉ tiêu kỹ thuật đánh giá chất lượng tuyến

Ba chỉ tiêu chủ yếu để đánh giá chất lượng tuyến đó là :

- Độ không sử dụng đường cho phép (đối với đường trục):

Pucf = 0,06L/600 % với L<600km

Với L [km]

ví dụ: L=30km

Pucf = 0,06L/600 % = 0,06.30/600 % = 0,003%

- Độ không sử dụng được của mạng nội hạt (giá trị cho phép) là 0,0325% (tại

mỗi đầu cuối).

- Độ không sử dụng được (giá trị cho phép) của hành trình ngược là 0,0225%.

Mục đích các tính toán chỉ tiêu chất lượng là nhằm xác định xác suất vượt các

chỉ tiêu BER, bằng cách sử dụng các giá trị của các xác suất tìm ra trong các tính toán

đường truyền.

Các mục tiêu tỉ lệ lỗi bit BER được sử dụng sao cho BER không được lớn hơn

các giá trị sau:

+ 1.10-6 trong hơn 0,4.d/2500 % của tháng bất kỳ đối với thời gian hợp thành 1

phút, với 280km < d < 2500km.

+ 1.10-6 trong hơn 0,045 % của tháng bất kỳ đối với thời gian hợp thành 1 phút,

với d < 280km.


62


+ 1.10-3 trong hơn 0,054.d / 2500 % của tháng bất kỳ đối với thời gian hợp

thành 1 giây, với 280km < d < 2500km.

+ 1.10-3 trong hơn 0,006 % của tháng bất kỳ đối với thời gian hợp thành 1 giây,

với d < 280km.

3.2.9 Đánh giá chất lượng tuyến và lắp đặt thiết bị đưa vào hoạt động

Đây là một bước được tiến hành sau khi đã tính toán được khả năng làm việc

của tuyến và tính xong các tham số cần thiết để thiết lập tuyến có nghĩa là trên tính

toán thiết kế thì tuyến đã hoạt động. Tuy nhiên vẫn còn nhiều vấn đề tồn tại sẽ tác

động lên tuyến và có thể làm cho khả năng làm việc của tuyến không như mong muốn

của người thiết kế.

Nói chung việc đánh giá chất lượng của tuyến là dựa vào các giá trị đã tính

được ở các bước thiết kế trên.

Công việc cuối cùng là lắp đặt thiết bị đưa vào vận hành. Tiến hành cân chỉnh

anten để thu được tin hiệu từ máy phát. Và đây cũng là lúc để đối chiếu giữa việc tính

toán giữa thực tế và lý thuyết phù hợp với nhau hay không bằng việc đo thử các tín

hiệu ở hai bên thu và phát .

3.3 Thiết kế tuyến từ TP. Vinh đến thị trấn Nam Đàn

3.3.1 Khảo sát vị trí đặt trạm tại TP. Vinh và thị trấn Nam Đàn

Việc chọn vị trí đặt trạm phải phù hợp về mặt kỹ thuật và tiện lợi trong việc xây

dựng trung tâm giao dịch Bưu chính Viễn Thông. Dựa vào bản đồ của tỉnh Nghệ An

xác định được vị trí đặt trạm tại:

- TP. Vinh : Ta chọn điểm đặt trạm tại trung tâm viễn thông Nghệ An, trên đường

Trường Thi, cạnh đường Trần Thủ Độ, Phường Trường Thi,Nghệ An có độ cao so với

mực nước biển là 4 m, nằm trên đường Trần Phú, có kinh độ 18.668364 vĩ độ

105.691566.


63


Hình 3.5 Vị trí đặt trạm vi ba số tại Vinh

- Thị trấn Nam Đàn: có độ cao so với mực nước biển là 5 m, có kinh độ

18.696009 và vĩ độ 105.501709

Vị trí của trạm tại TT.Nam Đàn được xác định như trên bản đồ (Hình 3.6)


64


Hình 3.6. Vị trí trạm tại tt.Nam Đàn

Khoảng cách của tuyến được thể hiện trên bản đồ địa hình (Hình 3.7)


65


Hình 3.7. Khoảng cách tuyến Vinh – TT.Nam Đàn

Địa hình tuyến từ Tp. Vinh - TT. Nam Đàn được mô tả trên bản đồ

Hình 3.8. Địa hình của tuyến TP. Vinh – TT. Nam Đàn

Tuyến truyền dẫn từ TP. Vinh đến TT. Nam Đàn có độ dài 20 km. Tuyến có địa

hình không chênh lệch nhiều so với nhau, dọc theo tuyến có:

- Nhiều nhà cửa, cây cối nhưng có độ cao không đáng kể

- Cách trạm TP. Vinh 9 km có ngọn đồi người ta gọi là Rú Mượu,Nam Giang –

Nam Đàn – Nghệ an cao 20 m so với mực nước biển,chiều cao cây cối tại điểm ta xét

là 5 m,có kinh độ 18.684626 và vĩ độ 105.596409 (Hình 3.9)


66


Hình 3.9. Vị trí của ngọn đồi tại vị trí C

3.3.2 Nghiên cứu dung lượng truyền dẫn và lựa chọn thiết bị

Để nghiên cứu dung lượng truyền dẫn cho tuyến TP. Vinh – TT.Nam Đàn ta cần

phải khảo sát đặc điểm của hai vùng này.

TP. Vinh có diện tích 104,96 km2, dân số khoảng 435.208 người (theo thống

kê năm 2010). Đây là trung tâm kinh tế, chính trị, xã hội lớn của tỉnh Nghệ An. Do

vậy, nhu cầu sử dụng các dịch vụ viễn thông ở đây là rất lớn.

TT.Nam Đàn có diện tích 103,90 km2, dân số khoảng 59.433 người (theo thống

kê năm 2010). Đây là một trong những trung tâm kinh tế, chính trị của huyện Nam

Đàn. Đặc biệt, ở đây có tiềm năng về phát triển du lịch. Do vậy, nhu cầu về các dịch

vụ viễn thông đòi hỏi ngày càng cao.

Từ những phân tích trên tôi chọn dung lượng truyền dẫn cho tuyến TP.Vinh –

TT.Nam Đàn là 8*2 Mb/s.

Căn cứ vào đặc điểm của tuyến truyền dẫn đã khảo sát được ở mục 3.3.1, các

thiết bị vi ba số được giới thiệu ở chương 2 và dung lượng truyền dẫn như trên tôi lựa


67

VnDoc - Tải tài liệu, văn bản pháp luật, biểu mẫu miễn phíchọn thiết bị MINI – LINK (Ericson) với các thông số kỹ thuật như sau: - Tần số

trung tâm: 7 GHz

- Công suất phát: + 28 dBm

- Anten: 2,4 M với G = 42,5 dB

- Ngưỡng thu: + BER 10-3 là -91 dBm

+ BER 10-6 là -87 dBm.

- Ống dẫn sóng: WC có suy hao 0,1dB/m

- Dung lượng truyền dẫn: 8*2 Mb/s

- Mã đường truyền: HDB3

3.3.3 Vẽ mặt cắt của tuyến TP. Vinh – TT. Nam Đàn và tính toán các tham số của tuyến

Sau khi khảo sát vị trị đặt trạm và đặc điểm địa hình của tuyến truyền dẫn tôi

tiến hành vẽ mặt cắt của tuyến. Mặt cắt của tuyến được mô tả như Hình 3.10.

Hình 3.10. Mặt cắt của tuyến TP. Vinh – TT.Nam Đàn


68

VnDoc - Tải tài liệu, văn bản pháp luật, biểu mẫu miễn phí Khi vẽ được mặt cắt của tuyến ta tiến hành tính toán các tham số của tuyến để

xem tuyến hoạt động như thế nào và thiết kế như vậy có khả thi hay không. Sau đây là

phần tính toán:

- Độ lồi mặt đất:

- Bán kính miền Fresnel thứ nhất:

Ta có: Khoảng hở an toàn

0,6×14,56 =8,74 (m). (8,74 (m) là khoảng cách đảm bảo miền Fresnel sạch).

Như vậy miền Fresnel đảm bảo là miền Fresnel sạch.

- Độ cao của tia vô tuyến:

B = E(k) + (O + T) + F1C = 5,82 + ( 20 +5 ) + 14,56 = 45,38 (m)

- Tính chọn chiều cao anten:

Chiều cao của anten tại trạm TP.Vinh được chọn là 35 m. Từ đây, ta tính được

chiều cao của trạm thị trấn Nam Đàn như sau:

ha2 = h1 + ha1 + [B - (h1 + ha1)](d/d1) - h2 (m)

ha2 = 4 + 35 + [ 45,38 – (4 + 35)]( 20/11) – 5

ha2 46 (m)

Thực tế thì độ cao của anten được tính là:

har1 = ha1 + Ph1

har2 = ha2 + Ph2

Trong đó: Ph1 là độ cao dự phòng của anten phát.

Ph2 là độ cao dự phòng của anten thu.

Chọn Ph1 = Ph2 = 1 (m)

Vậy: har1 = 35 + 1 = 36 (m)

har2 = 46 + 1 = 47 (m)

- Tổn hao trong không gian tự do:


69


Với f lả tần số cóng mang tính bằng GHz.

d là độ dài tuyến.

=> Ls = 92,5 + 20lg7 + 20lg20 = 135,4 (dB)

- Tổn hao phi đơ:

+ Tổn hao phi đơ ở phía phát:

LTphd = 1,5 har1 . 0,1 + 0,3 (dB)

LTphd = 1,5 . 36 . 0,1 + 0,3 (dB)

= 5,7 (dB)

+ Tổn hao phi đơ ở phía thu:

LRphd = 1,5 har2 . 0,1 + 0,3 (dB)

LRphd = 1,5 . 47 . 0,1 + 0,3 (dB)

= 7,35 (dB)

Tổng tổn hao phi đơ: Lphd = LTphd + LRphd = 5,7 + 7,35 = 13,05 (dB)

+ Tổn hao rẽ nhánh: Đối với các thiết bị phát và thu sử dụng cho tuyến này thì

tổn hao rẽ nhánh là 1,5 dB cho mỗi trạm tức là Lrnh = 3 dB cho toàn tuyến.

+ Tổn hao do hấp thụ khí quyển (bỏ qua hấp thụ khí quyển)

Đối với tuyến thiết kế với tần số trung tâm là 7 GHz độ dài đường truyền là 20

Km thì tổn thất do sự hấp thụ của khí quyển là Lsp0 = 0,2 dB/Km. Vậy tổn thất khí

quyển của tuyến là :

Lsp = 20 . 0,2 = 4 (dB)

+ Tổn hao tổng cộng:

L = Ls + Lphd + Lrnh + Lsp = 135,4 + 13,05 + 3 + 4 = 155,45 (dB)

+ Tổng độ lợi của anten:

Đới với tuyến thiết kế thì độ lợi của mỗi anten là 42,5 dB. Như vậy tổng độ lợi là:

G = GHT + GĐL = 42,5 + 42,5 = 85 (dB)

+ Công suất máy phát: Pt = +28 dBm

+ Công suất tại đầu vào máy thu:

Pr = Pt + G – L


70


= 28 (dBm) + 85 (dB) – 155,45 (dB) = -42,45 (dBm)

+ Mức ngưỡng máy thu:

BER 10-3: RXa = -91 (dBm)

BER 10-6: RXb = -87 (dBm)

=> So sánh mức công suất vào máy thu với mức ngưỡng máy thu ta thấy mức

công suất vào máy thu lớn hơn mức ngưỡng máy thu, do đó tuyến có hoạt động.

+ Độ dự trữ pha đinh: tương ứng với hai mức ngưỡng thu RXa và RXb là FMa và

FMb

FMa = Pr – RXa = -42,45 – (-91) = 48,55 (dB)

FMb = Pr – RXb = -42,45 – (-87) = 44,55 (dB)

+ Xác suất pha đinh phẳng nhiều tia (P0):

P0 = KQ. fB.dC với KQ = 1,4.10-8; B = 1; C = 3,5

P0 = 1,4.10-8.71.203,5 = 3,5.10-3

+ Xác suất đạt đến ngưỡng thu RXa và RXb là Pa và Pb:

Pa =

Pb =

+ Khoảng thời gian pha đinh Ta và Tb ứng với FMa và FMb:

(3.19)

(3.20)

Với C2 = 56,6.d; a2 = 0,5; b2 = -0,5 lấy theo khuyến nghị.

Và tương tự :

+ Xác suất pha đinh phẳng dài hơn 10 s và 60 s:

P(Ta³10)=P(10)=0,5 [1-erf(Za)] = 0,5 erfc(Za)


71


P(Tb³10)=P(10)=0,5 [1-erf(Zb)] = 0,5 erfc(Zb)

Các giá trị Za và Zb được tính toán theo biểu thức:

Za = 0,548 ln(10/Ta) = 0,548 ln(10/1,599) = 1,005

Zb = 0,548 ln(10/Tb) = 0,548 ln(10/2,534) = 0,752

Trong đó : erfc(t) = , dùng phương pháp tính gần đúng.

Ta có: erfc(10) 0,820998

erfc(60) 0,157299

P(Ta³10)=P(10)=0,5 erfc(Za) = 0,5. 0,820998 . 1,005 = 0,413

P(Tb³60)=P(60)=0,5 erfc(Zb) = 0,5 . 0,157299 . 0,752 = 0,059

+ Xác suất BER ≥ 10-3 = P0.Pa

= 3,5.10-3 . 1,396.10-5 = 4,886.10-8

+ Xác suất tuyến không thể sử dụng được do pha đinh phẳng:

Pu = P0.Pa.P(10) = 4,886.10-8. 0,413 = 2,018.10-8

+ Khả năng sử dụng tuyến (%):

Av = 100(1 – Pu) = 100(1 – 2,018.10-8) = 99,99999798 %

+ Xác suất tuyến có BER ≥ 10-6 = P0.Pb

= 3,5.10-3 . 3,508.10-5 = 12,278.10-8

+ Xác suất tuyến có BER ≥ 10-6 trong 60 s:

= P0.Pb.P(60) = 12,278.10-8 . 0,059 = 7,244.10-9

+ Độ không sử dụng đường truyền cho phép (tuyến đường trục):

Với L = d = 20 km < 600 km

Ta có: Pucf = 0,06.L/600 % =0,06.20/600 % = 0,002%

- Độ không sử dụng được của mạng nội hạt (giá trị cho phép) là 0,0325% (tại

mỗi đầu cuối).

- Độ không sử dụng được (giá trị cho phép) của hành trình ngược là 0,0225%.


72


Mục đích các tính toán chỉ tiêu chất lượng là nhằm xác định xác suất vượt các chỉ tiêu

BER, bằng cách sử dụng các giá trị của các xác suất tìm ra trong các tính toán đường truyền.

Các mục tiêu tỉ lệ lỗi bit BER được sử dụng sao cho BER không được lớn hơn

các giá trị sau:

+ 1.10-6 trong hơn 0,4.d/2500 % của tháng bất kỳ đối với thời gian hợp thành 1

phút, với 280km < d < 2500km.

+ 1.10-6 trong hơn 0,045 % của tháng bất kỳ đối với thời gian hợp thành 1 phút,

với d < 280km.

+ 1.10-3 trong hơn 0,054.d / 2500 % của tháng bất kỳ đối với thời gian hợp

thành 1 giây, với 280km < d < 2500km.

+ 1.10-3 trong hơn 0,006 % của tháng bất kỳ đối với thời gian hợp thành 1 giây,

với d < 280km.

Đánh giá chất lượng tuyến:

Từ các thông số tính toán được ở trên ta thấy tuyến vi ba số từ TP. Vinh đến thị

trấn Nam Đàn có thể thực thi với độ tin cậy sử dụng đáp ứng tốt cho nhu cầu sử dụng

của bộ phận dân cư của cả hai vùng,đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về sử dụng dịch

vụ truyền tin tốc độ cao .

3.4. Kết luận chương 3

Qua chương này đã trình bày về cơ sở lý thuyết thiết kế tuyến vi ba số rồi từ đó áp

dụng vào thiết kế một tuyến vi ba số thực tế hoàn chỉnh phù hợp với nhu cầu truyền dẫn và có

khả năng phục vụ cho vùng từ TP. Vinh đến thị trấn Nam Đàn thuộc huyện Nam Đàn.


73


Sau khi tính toán ta có bảng tóm tắt các kết quả:

Bảng 2.6 Kết quả tính toán

Tần số làm việc f 7Ghz

Khoảng cách giữa 2 trạm d 20km

Độ cao của 2 trạm so với mực nước

biển

Trạm A:

Trạm B:

4m + 36m = 40m

5m + 47m = 52m

Chiều cao của các tháp anten:

Trạm A:

Trạm B:

36m

47m

Độ cao lớn nhất của vật chắn trên

đường truyền20m

Đường kính mỗi anten D 2,4m

Suy hao mỗi bộ lọc phân nhánh 1,5dB

Công suất phát Pt +28dBm

Ngưỡng thu của máy thu Pth -89dBm

Suy hao trong không gian tự do Ls 135,4dB

Suy hao do ống dẫn sóng (feeder) Lf 13,05dB

Độ lợi của mỗi anten G 42,5dB

Tổng suy hao và tăng ích L 155,45dB

Công suất tại đầu vào của máy thu Pr -44,9dBm

Mức ngưỡng máy thu:

BER 10-3 RXa = -91 dBm


74


BER 10-6 RXb = -87 dBm

Độ dự trữ pha đinh FMa

Độ dự trữ pha đinh FMb

48,5 dB

44,5 dB

Xác suất pha đinh phẳng nhiều tia 3,5.10-3

Xác suất đạt đến ngưỡng thu

RXa

Xác suất đạt đến ngưỡng thu

RXb

1,396.10-5

3,508.10-5

Khoảng thời gian pha đinh Ta

Khoảng thời gian pha đinh Tb

1,599s

2,534s

Xác suất pha đinh phẳng dài hơn

10s

Xác suất pha đinh phẳng dài hơn

60s

0,413

0,059

Xác suất BER ≥ 10-3 4,886.10-8

Xác suất tuyến không sử dụng được do

pha đinh phẳng2,018.10-8

Khả năng sử dụng tuyến 99,99999798%

Xác suất BER ≥ 10-6 12,278.10-8

Xác suất tuyến có BER ≥ 10-6 trong 60s 7,244.10-8

Độ không sử dụng đường truyền cho

phép0,002%


75


KẾT LUẬN

Hệ thống vi ba số là hệ thống sử dụng sóng điện từ ở tần số cao để truyền dẫn

thông tin số. Chất lượng và độ ổn định tuy không tốt như các hệ thống truyền dẫn dùng

cáp kim loại hoặc cáp quang nhưng 1 tuyến vi ba rất tiện lợi để truyền dẫn ở những nơi

có địa hình phức tạp, khó triển khai các hệ thống truyền dẫn bằng cáp,đặc biệt là khi

các hệ thống truyền tin khác gặp sự cố do thiên tai thì hệ thống vi ba số là sự thay thế

hữu hiệu.

Qua một thời gian thực hiện đề tài “Thiết kế tuyến vi ba số” này tôi đã có dịp áp

dụng những kiến thức mà các thầy cô giáo đã truyền đạt trong những năm học vừa

qua. Cũng qua đồ án này tôi đã học hỏi được nhiều kiến thức và kinh nghiệm quý báu

về nghề nghiệp của mình trong tương lai. Đồng thời hiểu thêm về hệ thống vi ba số và

quy trình thiết kế một tuyến vi ba số thực tế.

Do thời gian có hạn nên cuốn đồ án này vẫn chưa giải quyết được hết các vấn

đề của thiết kế một tuyến vi ba số thực tế để có thể đưa vào sử dụng. Vì vậy, tôi rất

mong được sự đóng góp ý kiến của tất cả mọi người để đề tài này được hoàn thiện

hơn.

Một lần nữa em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo ThS. Nguyễn Đăng

Thông và tất cả các thầy cô giáo trong khoa Điện tử cùng các bạn đã giúp đỡ tôi hoàn

thành cuốn đồ án này.

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Nghệ An, ngày 26 tháng 8 năm 2013

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Đình Hoành


76


TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Bùi Thiện Minh, Vi ba số tập 2. NXB Bưu điện 2006.

[2]. Trần Văn Khẩn, Đỗ Quốc Trinh, Đinh Thế Cường, Cơ sở kỹ thuật thông tin vô

tuyến, Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự, 2006.

[3]. Nguyễn Văn Tuấn, Vi ba – Vệ tinh, Đại học Lâm nghiệp Hà Nội.

[4]. Thông tin siêu cao tần, Học viện kỹ thuật quân sự.

[5]. Cục tần số vô tuyến điện, “Tần số vô tuyến điện và quản lý tần số vô tuyến điện”..

[6]. Nguyễn Tiến Ban, Kỹ thuật viễn thông, Học viện Bưu chính viễn thông 2007.

[7]. Internet

[8]. Maps.Google.com


77

Documents

LỜI NÓI ĐẦUi.vietnamdoc.net/data/file/2015/Thang07/22/he_thong... · Web viewThiết bị MINI-LINK có các ưu điểm nổi bật như thiết kế gọn nhẹ, công suất