Luận văn: Thiết kế Viba số

Chia sẻ: Nguyen Lan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:113

Thêm vào BST

Báo xấu

142
lượt xem 27
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Sau khi trình bày các kỹ thuật cơ bản sử dụng trong Viba số. Để tạo tiền đề cho việc thiết kế tuyến ta bắt tay vào phần lý thuyết thiết kế tuyến Viba số điểm nối điểm tổng quát. Nói chung công việc thiết kế trong một hệ thống vi ba điểm nối điểm trực xạ sẽ bao gồm các bước sau đây:

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn: Thiết kế Viba số

luaän aùn toát nghieäp Thieát Keá Tuyeán Viba Soá Luận văn Thiết kế Viba số 0
luaän aùn toát nghieäp Thieát Keá Tuyeán Viba Soá DẪN NHẬP Sau khi trình bày các kỹ thuật cơ bản sử dụng trong Viba số. Để tạo tiền đề cho việc thiết kế tuyến ta bắt tay vào phần lý thuyết thiết kế tuyến Viba số điểm nối điểm tổng quát. Nói chung công việc thiết kế trong một hệ thống vi ba điểm nối điểm trực xạ sẽ bao gồm các bước sau đây: Bước 1: Nghiên cứu dung lượng đòi hỏi. Bước 2: Chọn băng tầng vô tuyế để sử dụng. Bước 3: Sắp xếp các kênh RF. Bước 4: Quyết định các tiêu chuẩn thực hiện. Bước 5: Chọn vị trí và tính toán đường truyền. Bước 6: Cấu hình hệ thống. Bước 7: Sắp xếp bảo trì. Bước 8: Các tiêu chuẩn kỹ thuật. Bước 9: Lắp đặt và đo thử. Trên đây là 9 bước cơ bản để thiết kế một hệ thống Viba điểm nối điểm. 9 bước này mô tả đầy đủ các công việc cần thiết cho việc thiết kế một tuyến Viba. Ở các bước sau ta sẽ đi vào phần lý thuyết của việc thiết kế tuyến để tạo cơ sở cho việc thiết kế một tuyến cụ thể trong phần II. 1
luaän aùn toát nghieäp Thieát Keá Tuyeán Viba Soá BƯỚC 1 NGHIÊN CỨU DUNG LƯỢNG ĐÒI HỎI Trong việc thiết kế một hệ thống liên lạc điểm nối điểm việc tìm hiểu kĩ về dung lượng cần thiết là rất quan trọng. Nó là nền tảng cho các quyết định quan trọng ở phần sau:  Phải chú ý đến dung lượng phát sẽ triển trong vòng 10 hoặc 15 năm tới cũng như dung lượng cần thiết ở hiện tại. Việc dự đoán này dựa vào các điểm sau:  Dựavào đặc điểm phát triển dân số.  Đặc điểm vùng (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.  Hệ thống phải được thiết kế để cho phép có thể nới rộng thêm trong tương lai. Tuy nhiên, ở các nước đang phát triển (như ở thực trạng nước ta) thường khó dự đoán chính xác dung lượng cần thiết trong khoảng thời gian dài. Do đó không nên lắp đặc các hệ thống có dung lượng quá lớn cho các yêu cầu cho tương lai. Sẽ kinh tế hơn khi chọn các thiết bị có dung lượng nhỏ ở giai đoạn đầu tiên và nếu dung lượng này không đáp ứng được sau khi sử dụng vài năm, hệ thống có thể thay thế bởi một hệ thống khác có dung lượng lớn hơn còn hệ thống cũ được dùng ở tuyến cần dung lượng nhỏ hơn. Nên đôi khi xây dựng một hệ thống vừa phải và dể dàng thay thế khi có kỹ thuật mới trong tương lai thì kinh tế hơn. 2
luaän aùn toát nghieäp Thieát Keá Tuyeán Viba Soá BƯỚC 2 CHỌN BĂNG TẦN SỐ VÔ TUYẾN SỬ DỤNG. Đối với các ứng dụng của kỹ thuật Viba, băng tầng hoạt động của nó nằm trong khoảng từ 1GHz đến 15GHz. Trong đó các tần số vô tuyến được cấp phát cho các dịch vụ xác định được qui định bởi các luật vô tuyến. Chúng ta quan tâm đến dải tần từ 800MHz - 6425MHz và 7900MHz - 8100MHz. Luật vô tuyến mô tả luật cấm đoán của hệ thống trạm mặt đất sử dụng các băng tần số này, vì chúng chia băng tần với dịch vụ liên lạc vệ tinh. Trong trường hợp này công suất bức xạ hiệu dụng của máy phát và anten trong hệ thống L/S không vượt quá 55 dBw hoặc công suất đưa đến anten không được vượt quá 13dBw. Các yếu tố quan trọng khác trong việc gán định tần số bao gồm dung sai tần số và băng thông phát xạ. Luật vô tuyến không có tiêu chuẩn bắt buộc về băng thông. Tuy nhiên dung sai tần số của máy phát hoạt động trong vùng sóng Viba nên là 300*10-6 cho máy phát có công suất dưới 100W và 100*10 -6 cho máy phát có công suất trên 100W. Hiện nay tầng số vô tuyến sử dụng trong hệ thống liên lạc Viba thay đổi từ 1GHz - 15 GHz. Các giá trị tương đối của tần số RF phụ thuộc vào nhiều yếu tố. - Ở các tần số thấp thì kích thước thiết bị lớn công suất máy dễ dàng thực hiện, độ lợi anten lớn, tổn hao phải nhỏ, tổn thất không gian và dây dẫn tần khác chủ yếu sử dụng cho các đường trung kế ngắn hoặc đường trung kế phụ. Dung lượng cũng đóng vai trò quan trọng trong việc chọn băng tần hoạt động cho hệ thống, bảng sau cho ta các tham khảo về băng tần chọn và dung lượng. Băng tần Băng thông cho phép Dung lượng cực tiểu của các kênh thoại ( MHz) ( MHZ) đã được mã hóa 1495 - 1535 2 30 2110 - 2130 3,5 96 2160 - 2180 3,5 96 3700 - 4200 20 1152 5925 - 6425 30 1152 10700 - 11700 40 1152 BẢNG 2-2-1 : Các băng tần số cấp phát của FCC cho các hệ thống Viba số 3
luaän aùn toát nghieäp Thieát Keá Tuyeán Viba Soá BƯỚC 3 SỰ SẮP XẾP CÁC KÊNH RF Sự sắp xếp các kênh RF là một phần rất quan trọng trong việc thiết kế hệ thống. Nó đặc biệt quan trọng cho các hệ thống vô tuyến chuyển tiếp. Vì mức khác biệt về tín hiệu vô tuyến giữa ngõ vào và ngõ ra của một trạm lặp thay đổi từ 60 - 80 dB thì việc sử dụng cùng một tần số vô tuyến giữa ngõ ra và ngõ vào sẽ gây ra hiện tượng giao thoa động do phản hồi. Trong Viba chuyển tiếp ta thường sử dụng kế hoạch hai tần số hoặc kế hoạch bốn tần số. Kế hoạch bốn tần số được sử dụng rộng rãi vì lí do kinh tế. Nó cần hai tần số cho một mạch RF. Thường thì bốn anten sử dụng cho một trạm lắp đặt ngay cả với kế hoạch hai tần số cũng với các anten này có thể sử dụng cho hai hoặc nhiều hơn các kênh RF song công cùng trên một đường trên hình vẽ: f-2a f1a f-2a f-1b f-2b f-1b f-2b f-1c f-2c f-2c . f-1c . . . f-2a f-1c f-2a f-1a f-2b f-1b f-2c f-1c f-2c f-1c f-2c f-1c . . . Hình2 -3-1 trạm lặp kế hoạch hai tần số cho vài kênh RF song công. Kế hoạch bốn tần số đòi hỏi tỷ lệ trước sau (front to back) của mẫu bức xạ anten bởi mỗi anten hoạt động ở mỗi tần số khác nhau.  Sự sắp xếp các kênh RF. Bảng sau liệt kê sự giới thiệu của CCIR sự sắp xếp các kênh RF cho hệ vô tuyến chuyển tiếp cho mạch quốc tế: CCIR Rec Số kênh thoại tối đa của Tần số trung tâm Độ rộng băng RF một kênh RF (MHz) (MHz) 238 - 1 60/120 1808,2000,2203 200 385 60/120/300 7575 300 4
luaän aùn toát nghieäp Thieát Keá Tuyeán Viba Soá 279 - 1, 382 - 1 300/1800 1903,2101,4003 400 383 - 1 1800 6475 500 384 - 1 960/2700 6770 680 386 - 1 300/960 8350 300 387 960 1120 1000 Bảng 2 - 3 - 1 Các đề nghị của CCIR về sự sắp xếp các kênh của RF Hình 2 - 3 - 1 làm rõ ví dụ sắp xếp các kênh của RF dựa vào CCIR Rec 338 - 1. Các hệ thống phụ đòi hỏi cho các kênh phục vụ có thể kết hợp trong cùng một băng tần RF như là một hệ thống chính, có được điều kiện thuận lợi này các anten có thể sử dụng chung cho cả hai hệ thống. Một ví dụ sắp xếp các kênh RF cho một hệ thống phụ như thế cũng được cho ở hình 2-3-2 dựa vào CCIR Rec. Trong hình vẽ này cả hai mạch RF bình thường hoặc một mạch RF bình thường và một RF dự phòng được cung cấp cho các kênh phục vụ theo mỗi hướng cho phép phân tập tần số trung tần. Sự sắp xếp các kênh RF của hình 2-3-2 được làm rõ lại ở hình 2-3-4 bằng một nhận xét để cho ta mối quan hệ giữa 8 kênh đi và 8 kênh trở về ở một trạm lặp sử dụng kế hoặc hai tần số. Một trong 8 kênh có thể sử dụng như là một kênh dự phòng. Sự phân cực khác nhau được sử dụng cho các kênh kế cận nhau để giảm giao thoa RF. 5925 MHz 6175 MHz 6425MHz 250MHz 250 MHz 252.05MHz 1 3 5 7 2’ 4’ 6’ 8’ 2 4 6 8 1’ 3’ 5’ 7’ -248.9 (F) -249.5 (A) +248.9 (F) 29.65 MHz 44.5 MHz  hoặc  chỉ những kênh RF của hệ thống phụ. +249.5 (A) A: Biên độ giải điều chế. B: tần sồ điều chế. Hình 2-3-2 Sự sắp xếp kênh RF V H Hệ thống phụ V H 8’ 8’ 7’ 7’ 6’ 6’ 5’ 5’ 5 4’ 4’
luaän aùn toát nghieäp Thieát Keá Tuyeán Viba Soá 250MHZ 250 MHz Đối với các hệ thống Viba điểm nối điểm. Do không có cấu hình trạm lặp nên sự sắp xếp kênh RF trở nên đơn giản hơn rất nhiều khi đó ta cần quan tâm đến một số điểm sau. - Các tần số Viba khác có thể sử dụng trong các vùng liên quan. - Các trạm Viba có thể gây giao thoa đến hệ thống. - Việc thiết kế một hệ thống Viba mới không gây nhiễu cho một một số hệ thống Viba đang có và không bị các hệ thống này gây nhiễu. 6
luaän aùn toát nghieäp Thieát Keá Tuyeán Viba Soá BƯỚC 4 QUYẾT ĐỊNH TIÊU CHUẨN THỰC HIỆN Các tiêu chuẩn kỹ thuật có thể phân loại như sau: a/ Tiêu chuẩn hành chính. b/ Mục tiêu thiết kế (cho các nhà thiết kế các thiết bị). c/ Mục tiêu thiết kế (cho các nhà thiết kế hệ thống). d/ Sự vận hành hay các mục tiêu bảo dưỡng. Các mục tiêu này có thể giống nhau hoặc khác nhau nhưng chúng có ít nhiều liên hệ với nhau. Đầu tiên có những tiêu chuẩn cho tần số RF trong luật vô tuyến (Radio Regulations) Thiết lập bởi hiệp hội liên hệ quốc tế. Trong việc chọn băng tần số RF cũng như trong việc thiết kế các trạm vô tuyến mặt đất sử dụng cùng băng tần với hệ thống liên lạc vệ tinh, Ta xét đến những tiêu chuẩn này. Có khá nhiều các giới thiệu hoặc ghi chép của CCIR trong việc thiết kế một hệ thống Viba chuyển tiếp. Khi thiết kế tuyến Viba điểm nối điểm ta cần tham khảo những tiêu chuẩn này để làm nền tảng cho các tính toán của tuyến. Mỗi quốc gia có thể sử dụng các tần số băng tần vô tuyến riêng biệt trong vùng lãnh thổ của mình. Tuy nhiên tiêu chuẩn CCIR vẫn còn là hướng dẫn bổ ích trong việc thiết lập các tiêu chuẩn kỹ thuật cho các hệ thống trong nước có chất lượng cao. Những yếu tố quyết định sự tốn kém của một hệ thống Vi ba có dung lượng và độ dài cho sẵn là chất lượng truyền dẫn và độ tin cậy của hệ thống. Hệ thống sẽ không thích hợp nếu tiêu chuẩn hoạt động của đường trung kế thấp hơn tiêu chuẩn của CCIR. Đối với những đường thoại địa phương tiêu chuẩn của CCIR có thể chấp nhận được vì lí do kinh tế, chúng ta có thể cho phép khoản cách bước nhảy dài hơn, hoặc giảm công suất phát hoặc độ lợi Anten. Ngoài ra các đơn giản hoá về độ tin cậy. Hệ thống quan sát hệ thống dự phòng … cũng làm giảm chi phí. 7
luaän aùn toát nghieäp Thieát Keá Tuyeán Viba Soá BƯỚC 5 CHỌN VỊ TRÍ VÀ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TUYẾN I CHỌN VỊ TRÍ. 1. Khái niệm tổng quát. Trong việc chọn vị trí phải quan tâm đến phẩm chất truyền dẫn, độ tin cậy và tính kinh tế (trong việc lắp đặt và bảo trì) của một hệ thống liên lạc Viba điểm nối điểm. Phẩm chất và độ tin cậy thường trái ngược với tính kinh tế. Vì vậy, phải có sự giàn xếp giữa chúng. Ngay lúc bắt đầu việc chọn vị trí, các yêu cầu hệ thống Viba thiết kế cần được phải làm rõ, các mục chính như sau: a) Vị trí (thành phố và thị trấn) sẽ kết nối với hệ thống. b) Các loại và số lượng của các tín hiệu sẽ được truyền. c) Các điểm được cấp tín hiệu và giao tiếp với các thiết bị trong cơ quan điện thoại d) Kế hoạch mở rộng trong tương lai cho hệ thống. e) Các hệ thống Viba điểm nối điểm và chuyển tiếp đang tồn tại hoặc sẽ có trong tương lai có liên quan đến hệ thống sẽ thiết kế. f) Hệ thống sẽ dùng các chỉ tiêu chính của nó. g) Phẩm chất và độ tin cậy của truyền dẫn. Một cách vấn tắt, các thủ tục chọn vị trí được phân loại thành các bước sau. a) Phác họa một vài tuyến có thể thực hiện trên bản đồ. b) Khảo sát vị trí. c) Thử nghiệm các truyền dẫn nếu cần thiết. d) Quyết định các vị trí sẽ sử dụng. 2. Lựa chọn tuyến liên lạc điểm nối điểm.  Khoản cách các đường truyền Viba Bảng 2-5-1 cho ta các khoảng cách đường truyền Viba cho các mạch trung kế các hệ thống Viba điểm nối điểm. Các giá trị trong bản là các giá trị chung cho nhiều nơi. Băng RF (MHz) Khoản cách đường Viba tiêu chuẩn (Km) 2000 7020% 4000 5020% 6000 5020% 11000 3020% Bảng 2-5-1: Khoản cách các đường truyền Viba tiêu chuẩn Khi vẽ một đường thiết kế trên bản đồ, các vị trí được chọn sao cho có các khoảng cách đường truyền tiêu chuẩn (càng gần bằng càng tốt). Nên tránh các đường truyền qua khoản cách quá daì so với giới hạn trên của mức tiêu chuẩn. Bởi vì trong các đường truyền Viba dài như thế này thì xác suất các chuỗi tạp âm gây ra Fading có thể tăng lên rất lớn, thậm chí khi mà tạp âm nhiệt có thể giữ ở một giá trị cho phép trong trường hợp truyền dẫn bình thường. Khi một đường truyền Viba dài thì không tránh khỏi các khó khăn gây ra bởi địa hình. Trong trường hợp này nên thực hiện phân tập không gian hoặc phân tập tần số. 3.Sự bảo vệ cho các quĩ đạo vệ tinh. 8
luaän aùn toát nghieäp Thieát Keá Tuyeán Viba Soá Các hệ thống, liên lạc vệ tinh và các hệ thống Viba đất sử dụng băng sóng Viba (ví dụ: các băng tần từ 4-6 GHz). Do đó, cần phải thiết lập vài giới hạn kỹ thuật để tránh các giao thoa vô tuyến giữa hai hệ thống này. Trong công việc chọn vị trí cho liên lạc Viba mặt đất, cần phải chú ý rằng các búp sóng của anten không được chỉ thẳng đến quĩ đạo vệ tinh tĩnh khi nó sử dụng cùng với tần số hệ thống liên lạc vệ tinh. Theo sự đề nghị của CCIR , các hệ thống Viba mặt đất được thiết kế sao cho trung tâm của búp sóng chính của bất kỳ anten nào trong hệ thống không được chỉ thẳng đến ít nhất là 20 từ quĩ đạo của vệ tinh. Trong trường hợp mà điều này không thực hiện được, thì gía trị cực đại của EIRP (Equivalent Isitropically Radiated Power) nên được giới hạn dưới 47 dBw cho bất kỳ anten nào chỉ thẳng đến quĩ đạo vệ tinh 0.50 , từ 47 đến 55 dBw khi góc này từ 0.50 - 1.50. II SỰ KIỂM TRA TUYẾN VIBA Trong khi chọn vị trí của các hệ thống Viba điểm nối điểm ta cần phải kiểm tra xem có vấn đề gì xảy ra hay không trong việc truyền dẫn dọc theo các tuyến Viba thiết kế. Do đó, chúng ta cần phải nghiên cứu địa hình của các đường truyền. 1.Mặt cắt nghiêng của đường truyền Bước đầu tiên để xác nhận trạng thái trực xạ của đường truyền là mặt cắt nghiêng của mỗi đường truyền được vẽ trên tờ mặt cắt nghiêng. Độ cong của các đường chia độ ở trên tờ mặt cho phép vẽ đường cong chính xác của đường truyền như là một đường thẳng dựa vào khái niệm của hệ số K (hệ hiệu dụng bán kính trái đất). a. Sự thay đổi của K. Gía trị của k thay đổi theo thời gian và địa điểm. Nói chung K thay đổi theo vĩ độ nhưng không thay đổi theo kinh độ, ở các vùng phía nam thì K có giá trị kớn hơn so với các vùng phía Bắc, K lớn hơn trong mùa hè so với mùa đông. Trong điều kiện bình thường các giá trị K cho sau đây có thể xem là hợp lí: Trong các vùng nóng ẩm K= 6/5-4/3 Trong các vùng ôn hòa K=4/3 Trong vùng nhiệt đới K=4/3-3/2 Trong việc chọn vị trí phải tính toán đến mức dao động của K so với giá trị bình thường, bởi vì tính trực xạ đôi khi bị ngăn trở bởi các vật cảntrung bình khi K bị giảm nhỏ. Ngược lại khi K có giá trị lớn hơn thì các vật chắn trở nên không còn tác dụng che chắn sóng phản xạ đất mà các sóng này được che chắn tốt trong tình trạng K có giá trị bình thường. Nếu mức dao động của K càng lớn thì sự ổn định của hrệ thống càng nhỏ và càng tốn kém. Ở Nhật khoảng dao động của K thường được lấy trong khoảng 2/3-2. Tuy nhiên, ở các vùng có khí hậu khác với Nhật giá trị này cần phải tính toán lại. b. Xác nhận trạng thái trực xạ. Để thỏa mãn chỉ tiêu của việc truyền dẫn sóng Viba với các giá trị có thể có của K ta phải bảo đảm một số điều sau đây: i/ Tất cả đới cầu Fresnel thứ nhất phải không có bất kỳ một vật cản nào nếu K lấy giá trị bình thường . ii/ Ít nhất là 2/3 bán kín của đới cầu Fresnel thứ nhất phải được giữ sao cho không có bất kỳ vật cản nào trong trường hợp K lấy gía trị nhỏ nhất . Khi hai trạng thái này điều thỏa mãn thì tuyến Viba xem như thỏa mãn trạng thái trực xạ. c/ Tờ mặt cắt ngiêng của đường truyền. Trong hình 2-5-1 độ cao (x) của độ cong trái đất từ đường thẳng ở bất kỳ điểm nào (d1,d2) ở trong một mặt cắt ngiêng với một giá trị cho sẳn của K có thể tính bằng công thức sau đây: 9
luaän aùn toát nghieäp Thieát Keá Tuyeán Viba Soá d 1d2 x= 2Ka Trong đó :s a: bán kín của trái đất bằng 6,37*10 6m x,d 1,d 2 tính bằng mét. x d2 d Hình 2-5-1: độ cong của biểu đồ thang đo. Theo công thức trên ta thấy x tỷ lệ thuận với bình phương của khoảng cách. Trong việc vẽ biểu đồ mặt cắt ngiêng chúng ta nên vẽ một bảngcác giá trị của x với các giá trị khác nhau của d1 và d2 trong cùng một khoảng cách d như bảng 2-5-2 sau: d1 2 4 6 ........48 50 Km d2 98 96 94 52 50 Km d1,d 2 384 564 564 2496 2500 Km2 x 22,6 33,2 33,2 146,8 147,1 m Bảng 2-5-2: Một ví dụ tính toán giá trị của x A 4000 3600 3200 2800 2400 2000 1600 1200 800 400 10
luaän aùn toát nghieäp Thieát Keá Tuyeán Viba Soá - Tỉ lệ A=240km, B=120km,C=60km Hình 2-5-2 :Profile Sheet của đường truyền. 1.Đới cầu Fresnel thứ nhất. Đới cầu Fresnel thứ nhất đóng một vai trò quan trọng trong việc chuyển năng lượng sóng Viba giữa hai vị trí khác nhau trong thông tin tự do. Vùng đới cầu Frenel thứ nhất là một khối Elip xoay, mặt của nó là một qũy tích, nó là tập hợp của những điểm mà sự khác nhau giữa tổng các khoảng cách của một tiêu điểm - điểm đó - tiêu điểm còn lại và khoảng cách thẳng giữa hai tiêu điểm là một hằng số /2.Vì vậy một tiêu điểm là vị trí phát và tiêu điểm còn lại là vị trí nhận. Vì sự khác nhau ở trong đới cầu Fresnel thứ nhất  /2 (hoặc 1800) tất cả các năng lượng sóng Viba trong đới cầu sẽ góp phần vào sóng chính giữa hai vị trí, do đó trong vùng này phải không có bất kỳ vật cản nào (K lấy giá trị bình thường) để đảm bảo trạng thái trực xạ. Bán kính của đới cầu Fresnel thứ nhất ở bất kỳ điểm nào giữa hai vị trí có thể tính bởi công thức:  d1 d2 h0 = d Trong đó: h0 :bán kính của đới cầu Fesnel thứ nhất (m)  :bước sóng(m) d1,d2,d :khoảng cách (m) .Như trong hình vẽ 2-5-4. Bán kính của đới cầu ngay chính giữa được tính bởi:  d H0 = 2 Trong thực tế, h0 có thể tính bằng đồ thị ở hình 2-5-4và h0 có thể tính là tích của h0 và P: với sự điều chỉnh của hệ số p rút ra từ hình 2-5-5 . h0 hm d1 d2 d 11
luaän aùn toát nghieäp Thieát Keá Tuyeán Viba Soá Hình 2-5-5 :Hệ số cho bán kính đới cầu thứ nhất ở điểm tùy chọn . 3.Khoảng hở an toàn và tổn hao nhấp nhô. Trong hình 2-5-6 khoảng hở an toàn hc giữa đường thẳng của tuyến trực xạ và gợn sóng cản trở hs được tính bằng: d1 d1d2 hc =h1 - (h1 -h2) - -hs d 2Ka d2 d1 d1d2 hc=h1  + h2 - -hs d d 2Ka Trong đó: h1: Độ cao của anten ở vị trí A so với mặt đất (m). h2 :Độ cao của anten ở vị trí B so với mặt đất (m). hs :Độ cao của vật chắn ở vị trí cách A một khoảng d1(m). hc :Khoảng hở an toàn của vật chắn ở vị trí cách A một khoảng d 1(m). 12
luaän aùn toát nghieäp Thieát Keá Tuyeán Viba Soá Hình 2-5-6: Khoảng hở an toàn của đường truyền . Nếu như đỉnh nhấp nhô cắt đới cầu Fresnel thứ nhất thì sự suy giảm truyền dẫn gọi là “Tổn thất nhấp nhô” (Ridge Loss) được cộng vào với tổn thất không gian tự do. Tổn thất nhấp nhô gây ra bởi một đỉnh có thể tính dựa vào hình 2-5-6. Nếu có hai hoặc nhiều các đỉnh khác nhau tồn tại giữa hai vị trí thì tổn thất nhấp nhô tổng có thể tính bằng cách lập lại thủ tục trên theo từng bước một như ví dụ ở hình 2- 5-7. Giả định rằng có ba đỉnh nhấp nhô R1,R2 ,R3 giữa hai vị trí A và B. Tổn thất nhấp nhô gây ra bởi R1 có thể tính được với giả định rằng điểm nhận B nó bị di chuyển tạm đến R2. Tổn thất nhấp nhô gây ra bởi R2 có thể tìm thấy bằng cách giả định điểm B di chuyển đến R3 và điểm phát A được di chuyển đến điểm A,. Chiều cao của A, có được tính bằng cách kéo dài đường thẳng R1-R2 đến điểm giao nhau giữa đường thẳng này và đường thẳng đứng kẻ từ điểm A. Tương tự như vậy tổn thất gây ra ở R3 có thể tính như là tổn thất nhấp nhô giữa các điểm B và A,. Tổn thất nhấp nhô tổng là tổng các tổn thất nhấp nhô riêng biệt có từ các thủ tục ở trên. Sự ước lượng về tổn thất được sử dụng để kiểm tra sự suy giảm của sóng trực tiếp hoặc tìm kiếm hiệu ứng che để giảm sóng phản xạ từ mặt đất hoặc sóng truyền qua. Ay R2 R1 R3 A’ A B Hình 2-5-7 : Một tuyến viba có vài gờn bên trong. Để tránh fading loại K nghiêm trọng hoặc sự méo dạng truyền dẫn gây ra bởi sóng phản xạ từ mặt đất, đường truyền nên được lựa chọn để không một sóng phản xạ đáng kể nào đến được điểm nhận. Để kiểm tra sự ảnh hưởng của sóng phản xạ trong một tuyến viba thiết kế, ta cần phải định điểm phản xạ để biết được tình trạng địa chất của điểm phản xạ và cũng để xem sóng phản xạ có bị che bởi đỉnh nhấp nhô nào hay không. 13
luaän aùn toát nghieäp Thieát Keá Tuyeán Viba Soá Điểm phản xạ như là hình 2-5-8 có thể tìm bằng đồ thị ở hình 2-5-9. Đầu tiên các hệ số C và m có thể tính bằng công thức sau: h1 – h2 C =——— trong đó h1 > h2 h1 + h2 d2 m = ———— 4ka(h1+h2) Trong đó : h1 , h2 : là chiều cao của hai anten (m) K: là hệ số hiệu dụng bán kính trái đất a đường kính trái đất C , m : là các hệ số Ở bước thứ hai thông số b có được bằng cách đặt C và m trong đồ thị. Điểm phản xạ có thể tính bởi: d d1 = —(1+b) 2 d d 2 = —(1-b) hoặc d – d1 2 Hình 2-5-8:Sóng phản xạ đất Hệ số phản xạ hiệu dụng và tổn thất phản xạ tương ứng được phân loại bởi tình trạng địa lý bởi điểm phản xạ được liệt kê ở trong bảng 2-5-3. Thường thì sẽ thích hợp hơn nếu suy giảm sóng phản xạ hơn 14 dB so với sóng trực tiếp. Sóng phản xạ có thể suy giảm bởi: i) Tính định hướng của anten ở cả hai vị trí. ii) Tổn thất phản xạ. iii) Tổn thất nhấp nhô nếu có. Tổng của các tổn thất này gọi là “Sự suy giảm hiệu dụng của sóng phản xạ“ 14
luaän aùn toát nghieäp Thieát Keá Tuyeán Viba Soá Băng tần Mặt nước Đồng luá Vùng bằng Thành phố , rừng phẳng Hệ số Tổn thất Hệ số Tổn thất Hệ số Tổn thất Hệ số Tổn thất (GHz) (dB) (dB) (dB) (dB) 2 1 0 0.8 2 0.6 4 0.3 10 4 1 0 0.8 2 0.6 6 0.2 14 6 1 0 0.8 2 0.6 6 0.2 14 11 1 0 0.8 2 0.6 8 0.16 16 Hình 2-5-3 : Hệ số phản xạ và tổn hao 5. Góc thẳng đứng của đường truyền: Sự tính toán về các góc thẳng đứng của các sóng phản xạ đất và các sóng trực tiếp đôi khi cần thiết cho đọnh ước lượng sự suy giảm của sóng phản xạ gây ra bởi độ định hướng của anten. Hình 2-5-9 : Góc thẳng đứng của đường truyền Các góc thẳng đứng như ở trong hình 2-5-9 có thể tính như sau: a. Các góc thẳng đứng của sóng trực tiếp . h1 – h2 d 1 = -( ——— + ——)  2Ka h2 – h1 d 2 = -(——— + ——)  2Ka Trong đó : 1 , 2 : Các góc nằm ngang (rad) h1 : độ cao của anten ở vị trí A so với mặt đất (m). h2 : độ cao của anten ở vị trí B so với mặt đất (m). 15
luaän aùn toát nghieäp Thieát Keá Tuyeán Viba Soá b. Các góc thẳng đứng của góc phản xạ . h1 d1 1 = -( — + —— ) d 2Ka h2 d2 2 = -( — + —— ) d 2Ka Trong đó : 1 , 2 là các góc thẳng đứng của sóng phản xạ (rad) h1 độ cao của anten ở vị trí A so với mặt đất (m). h2 độ cao của anten ở vị trí B so với mặt đất (m). c. Các sóng thẳng đứng giữa sóng phản xạ và sóng trực tiếp . h1 h1 – h2 d2  1 = — - ——— - —— d1  2Ka h2 h2 – h1 d1 2 = — - ——— - —— d2  2Ka Ở các công thức trên các góc được biểu diễn bằng Radian, chiều cao và khoảng cách tính bằng mét. Nếu  > 0 thì  là một góc hướng lên Nếu  < 0 thì  là một góc hướng xuống  thường có giá trị âm do đó  ở các trường hợp đều là góc quay xuống. 6. Biểu đồ độ cao: Khi cả hai sóng trực tiếp và phản xạ đều đến được anten thu thì công suất tín hiệu Viba nhận được thay đổi với độ cao của anten. Điều này là do sự khác nhau về độ dài của đường truyền giữa sóng trực tiếp và sóng phản xạ thay đổi với độ cao của anten dẫn đến sự thay mối quan hệ về pha giữa hai sóng. Sự thay đổi mức công suất nhận được với chiều cao của anten nó được biểu diễn bằng biểu đồ độ cao như ở trong hình 2-5-10. 16
luaän aùn toát nghieäp Thieát Keá Tuyeán Viba Soá Hình 2-5-10 : Một ví dụ của biểu đồ độ cao . Các tính toán về sự khác nhau của đường truyền, chiều sâu và độ cao của biểu đồ độ cao đôi khi cần thiết cho việc quyết định khoảng cách thẳng đứng của các anten cho sự phân tập không gian sự nhận hoặc để tìm hệ số phản xạ hiệu dụng từ biểu đồ độ cao. a/ Chiều cao hiệu dụng của anten h1’và h2’ (Xem hình 2-5-10) d 12 d22 1= —— 2=—— 2Ka 2Ka h1’ = h1 –1 h2’ = h2 –2 b/ Sự khác nhau đường truyền . 2h1’h2’ S = ——— d c/ Độ sâu của biểu đồ độ cao , db ( xem hình 3-17 ) 1 db = 20Log——— dB 1 - e Trong đó e : hệ số phản xạ hiệu dụng . d/ Độ cao của biểu đồ độ cao , P1 và P2 d Phía h1 P1= —— 2h2 d Phía h2 P2 = —— 2h1 III. CÁC KIỂM TRA VỀ CHỈ TIÊU TRUYỀN DẪN 1. Giới Thiệu: Phẩm chất và độ tin cậy là hai yếu tố chính của chỉ tiêu truyền dẫn. Các yếu tố chính được kiểm tra ở trong việc lựa chọn vị trí là tạp âm nhiệt, tạp âm giao thoa và tạpâm đột biến nháy gây ra do Fading sâu, bởi vì chúng liên quan đến đường truyền của hệ thống. Tạp âm điều chế tương hỗ có thể quyết định bởi các đặc điểm của thiết bị Viba sử dụng. Vì vậy việc lựa chọn vị trí sẽ không quan tâm đến tạp âm điều chế tương hỗ. 2. Tạp âm nhiệt: Tỉ số của tín hiệu đối với tạp âm nhiệt ở ngõ ra máy thu được quyết định bởi mức tín hiệu nhận được và chỉ tiêu của thiết bị Viba sử dụng. Công suất tín hiệu nhận được trên một đường truyền Viba được tính bằng công thức: 17
luaän aùn toát nghieäp Thieát Keá Tuyeán Viba Soá Pr = Pt + Gt + Gr – L - Lf Trong đó : Pr : công suất tín hiệu nhận được (dBm) Pt : công suất ngõ ra máy phát (dBm) Gt: độ lợi của anten phát (dB) Gr: độ lợi của anten thu (dB) L : tổn thất không gian tự do (dB) Lf: tổn thất tổng trong các hệ thống Feeder ở trong cả hai đầu (dB) Tổn thất không gian tự do có thể tính bằng công thức sau đây: 4d L = 20Log ——  Trong đó : L : tổn thất không gian tự do (dB) m : chiều dài đường truyền (m)  : bước sóng (m) Tỉ số tín hiệu – tạp âm nhiệt trong một kênh điện thoại sử dụng SS-FM (Single side Band FM) được cho bởi công thức: Pr S02 S / N = 10Log ———— KT fF fm2 S0 S / N = 10LogPr – 10 LogKT fF + 20Log— fm Trong đó : S/N : tỉ số tín hiệu /tạp âm nhiệt trong một kênh điện thoại (dB) 10lg Pr : công suất tìn hiệu Viba nhận được (dBm) K:hằng số Boltzmann 1,38*10 -23 J/ 0K T: Nhiệt độ của bộ Mixer máy thu (Kenvin) f: Băng thông của kênh thoại . F :chỉ số tạp âm của máy thu . S0 :độ lệch tần số hiệu dụng . fm: Tần số tín hiệu ở băng gốc (cùng đơ vị với S0) Công thức trên cho ta thấy chỉ số công suất tín hiệu nhận được quyết định tỉ số : Tín hiệu /tạp âm nhiệt (S/N). 3.Giao thoa vô tuyến ngay trong một hệ thống Viba điểm nối điểm. a.Tổng quát. Có thể có rất nhiều nguyên nhân khác nhau gây ra giao thoa vô tuyến trong bản thân của hệ thống liên lạc. Trong việc chọn vị trí chủ yếu là giao thoa vô tuyến đồng kênh. Lượng giao thoa vô tuyến có thể được quyết định từ sự khác nhau của mức tín hiệu, tần số Viba,cực tính của hai sóng Viba. Trong việc kiểm tra giao thoa, giao thoa tạp âm được tính dựa vào sự khác nhau về mức, bỏ qua một bên các yếu tố khác, nếu kết qủa tính toán vượt khỏi giới hạn cho phép, tạp âm được tính lại với các yếu tố khác. Các tín hiệu Viba không mong muốn không chỉ tạo ra tạp âm giao thoa mà còn làm nhiễu loạn sự hoạt động của việc chuyển mạch kênh Viba Nếu mức của sóng không 18
luaän aùn toát nghieäp Thieát Keá Tuyeán Viba Soá mong muốn vượt qua mức nén của máy thu vậy máy thu sẽ tiếp tục hoạt động ngay cả khi nhận được tín hiệu mong muốn hoặc mức của nó rơi xuống dưới mức nén. Tỉ số tín hiệu/tạp âm giao thoa (S/I) của một kênh điện thoại có thể được viết như sau (giả định rằng cả hai tín hiệu mong muốn và không mong muốn có cùng kiểu điều chế). S/I=D/U +20 -Dữ liệu do Fading vi sai+Sự cải tiến do tần số khác+sự cải tiến do cực tính khác nhau Trong đó các thành phần được tính bằng dB D: Công suất tín hiệu mong muốn nhận được . U: Công suất tín hiệu không mong muốn nhận được. Giá trị 20 được rút ra từ những phần sau: 15 dB:Sự khác nhau giữa mức thử Tone và mức thử tạp âm tải 1 dB : Sự khác nhau về mức công suất giữa bãng thông 4 KHz và băng thông 3,1KHz 4 dB : độ dự trữ trong đường cong của ytính định hướng anten . Fading vi sai được đầu vào tính toán khi mà sóng không mong muốn đi qua một đường truyền khác với đường truyền của sóng mong muốn hoặc khi tần số của sóng không mong muốn khác với của sóng mong muốn thậm chí nếu các đường truyền đều giống nhau. Thường thì, Fading vi sai từ 5 - 10 dB thường áp dụng cho tần số trên 1 GHz. Trong trường hợp của giao thoa giữa hai kênh Viba kế cận, sự chọn lựa máy thu sẽ quyết định sự cải tiến do tần số khác nhau. Khi sóng không mong muốn được phân cực thẳng đứng và sóng không mong muốn được phân cực ngang hoặc ngược lại thì tỉ số D/U có thể giảm xuống khoảng 15 dB ở tần số trên 1GHz. b. Sự méo dạng do lan truyền. Giao thoa vô tuyến gây ra bởi một sóng phản xạ nên được đưa vào tính toán khi mà sóng phản xạ không đủ nhỏ để có thể đi qua. Trong đường truyền có sóng phản xạ, sóng phản xạ được xem như là sóng không mong muốn và gây ra sự méo dạng truyền dẫn. Nó là một kiểu méo dạng trễ. Tạp âm méo dạng truyền sẽ khác lớn hơn trong hệ thống siêu đa hợp (Super Multiplexed System) với dung lượng lớn hơn 1800 kênh điện thoại. Tạp âm méo dạng do truyền dẫn được quyết định bởi tỉ số D/U, thời gian trễ do sự khác nhau về đường truyền và dung lượng kênh điện thoại của kênh Viba. Trong trường hợp này D là sóng trực tiếp U là sóng phản xạ. Vì thế tỉ số D/U tương đương với sự suy giảm hiệu dụng của sóng phản xạ. Hình 2-5-11 cho ta mối quan hệ giữa tạp âm méo dạng trễ và thời gian trễ (hoặc sự khác nhau về đường truyền ở các dung lượng kênh điện thoại khác nhau). Tạp âm méo dạng truyề dẫn tương đương với tạp âm méo dạng trễ làm tỉ số D/U âm. Ví dụ: giả định rằng sự suy giảm của sóng phản xạ bởi tính định tính của anten ở các trạm phát và thu tương ứng là 10 dB và 5 dB và sự suy giảm ở điểm phản xạ là 12 dB thì, sự suy giảm hiệu dụng của sóng phản xạ sẽ là 10 +5 +12 =27 dB Nó không phụ thuộc vào tỉ số D/U nếu thời gian trễ là 10 ns và nếu dung lượng của kênh điện thoại là 960 và độ lệch tần số ở mức thử Tone là 200 KHz thì tạp âm méo dạng trễ tìm được là -59 dB từ hình 2-5-11. Vì vậy, tạp âm méo dạng truyền dẫn được tính là: -59 dBm -27 dBm =-86 dBm =2.5 pw 19