Bài tập lớn hệ thống viễn thông Thiết kế và tối ưu mạng truyền dẫn viba sử dụng công cụ pathloss

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THƠNG

BÁO CÁO NHĨM BÀI TẬP LỚN
HỆ THỐNG VIỄN THƠNG
Thiết kế và tối ưu mạng truyền dẫn viba sử dụng cơng cụ pathloss
:

Nguyễn Đình Chiến – 20182386
Hồng Trọng Minh Đức – 20182430
Phạm Quang Vinh – 20182889
Trịnh Phương Anh – 201828365
Phạm Quốc Thịnh – 20182804
Vũ Đức Thịnh – 20182806

:

TS. Nguyễn Hoàng Hải

Hà Nội, 1-2022
1


Mục lục

2


Danh mục hình vẽ.

3


1. CÔNG CỤ THIẾT KẾ: PHẦN MỀM THIẾT KẾ PATHLOSS.
1.1. Chức năng của phần mềm thiết kế PathLoss.
1.1.1. Mô đun tóm tắt.
Summary module là hiển thị ban đầu của chương trình, bao gồm các
chức năng:
• Cung cấp giao diện để nhập các thơng số của đường truyền. Các
bước tính tốn được thực hiện để tính mức tín hiệu thu. Các
phương pháp phân tích đường truyền tin cậy được thực hiện trong
module Worksheet. Một số thông số như site name hay call sign
phải nhập vào từ module này. Các giá trị khác như độ cao anten
có thể nhập và thay đổi từ các module thiết kế khác.
• Cung cấp giao diện cho các cơ sở dữ liệu của PạthLoss để phân
tích nhiễu.
• Thiếp lập các dạng truyền sóng: điểm - điểm, điểm – đa điểm hay
VHF – UHF.
1.1.2. Mô đun về dữ liệu địa hình.
Từ Terrain Data module ta tạo ra được các thơng tin về địa hình trên
đường truyền giữa hai trạm. Module bao gồm một bảng về khoảng cách
và độ cao tương ứng của địa hình giữa hai site. Module này cho phép tạo
và sửa chữa các thông số về độ cao và địa hình trên đường truyền theo
bằng cách:
• Nhập bằng tay các thơng số từ bản đồ địa hình.
• Nhập trực tiếp thơng tin từ bản đồ địa hình đã được số hóa.
• Chuyển đổi các dữ liệu sang dạn file text từ các nguồn dữ liệu
khác.
• Lấy thông tin độ cao và khoảng cách từ cơ sở dữ liệu về địa hình
(bản đồ số)

4


Module được thiết kế tối ưu cho việc nhập và thay đổi thơng số bằng
tay. Người thiết kế có thể dựa vào các khảo sát thực tế để thêm vật cản
trên đường truyền như: cây cối, nhà, tháp, hay hồ nước. Vật cản có thể
là vật cản đơn hay một khoảng (dãy) các vật cản.
1.1.3. Mô đun về ăng ten.
Trong antenna module, người thiết kế nhập các thông số xác định độ
cao anten nhằm thiết lập được khoảng hở thích hợp với hệ số bán kính
trái đất tương đương K, bán kính miền Fresnel thứ nhất và điều kiện về
độ cao anten. Khoảng hở đường truyền sẽ được xác định cho cả anten
chính và anten phân tập.
Có thể thay đổi độ cao của anten tuỳ ý hoặc chọn điều kiện tối ưu (tổng
bình phương của độ cao anten nhỏ nhất).
Trong Antenna module, có thể tính được giá trị của khoảng hở trên
đường truyền hiện tại khi nhập giá trị của tham số bán kính tương đương
của Trái đất K hay một giá trị phần trăm nào đó của bán kinh miền
Fresnel thứ nhất.
1.1.4. Mơ đun bảng làm việc.
Các phân tích tính tốn thơng số đường truyền cưối cùng được thực
hiện trong Microwave Worksheet module. Các bảng nhập các thông số
được chọn bằng cách click vào các biểu tượng thiết bị. Các kết quả tính
tốn sẽ được hiển thị trong một bảng thơng số. Trong module này có một
số đặc tính:
Phương pháp tính độ tin cậy: Việc tính tốn độ tin cậy của truyền dẫn
có thể theo một trong các phương pháp sau:
• ITU-R P.530-6 (tính độ nghiêng đường truyền, góc ngẩng và hệ số
khí hậu địa hình). Góc ngẩng được tính bằng cách xác định mặt phản

xạ trên đường truyền.

5


• ITU-R P.530-7 (tính độ nghiêng đường truyền và hệ số khí hậu địa
hình)
• Hệ số KQ.
• Hệ số KQ có bao gồm độ gồ ghề của địa hình.
Độ tin cậy có thể được biểu diễn bằng độ khả dụng hoặc độ khơng khả
dụng
• Tổng thời gian tín hiệu ở dưới mức cho phép tính theo tháng xấu
nhất hoặc tính theo hàng năm.
• Độ khơng khả dụng trong tháng xấu nhất và các giây lỗi nghiêng
trọng (SES).
Các hệ thống có sự cải thiện do phân tập
Suy hao do mưa: Sự gián đoạn thơng tin do lượng mưa lớn có thể tính
theo p Crane hoặc theo khuyến nghị ITU-R P.530 sử dụng một trong các
dữ liệu thơng kê về mưa sau:
• Khu vực mưa Crane.
• Khu vực mưa Crane điều chỉnh.
• Khu vực mưa ITU-R
• Dữ liệu của Canada cho 47 khu vực.
Các bộ lặp thụ động: Các đường truyền có bộ lặp thụ động tạo ra bằng
cách sử dụng bộ phản xạ vng góc đơn/kép, hoặc back-to-back anten.
Trên một đường truyền có thể có tối đa 3 bộ lặp. Chia đường truyền ra và
tính khoảng hở riêng cho từng đoạn sau đó kết hợp lại để tính các thơng số
cần thiết.
Mẫu: Một file pahtloss có thể sử dụng như một mẫu để nhập các thông
tin ban đầu của một đường truyền.

1.1.5. Mô đun đa đường.

6


Trong Multipath module các kỹ thuật bám theo đường đi của sóng
được sử dụng để phân tích các đặc tính phản xạ và đánh giá các điều kiện
truyền dẫn bất thường trên đường truyền Có hai cách biểu diễn:
• Constant Gradient: Dùng bán kính tương đối của Trái đất và các tia
sáng truyền theo đường thẳng. Chương trình biểu diễn đường đi của
tín hiệu và đo khoảng cách truyền cho cả sóng trực tiếp và sóng phản
xạ
• Variable Gradient: Biểu diễn Trái đất như một mặt phẳng để minh
họa những bất thường trong truyền sóng như hiện tượng ống dẫn hay
lỗ hổng
1.1.6. Mơ đun phản xạ.
Reflection module phân tích sự thay đổi mức tín hiệu thu trên
đường truyền có phản xạ. Tín hiệu thu được có thể là hàm của một trong
các tham số: độ cao của anten ở site 1, site 2, hệ số bán kính Trái đất K,
tần số, mức thuỷ triều.
Trước tiên ta phải chọn điểm đầu và cuối của mặt phản xạ. Ảnh
hưởng của hiện tượng phân tán tín hiệu (sự phân tán của tín hiệu phản
xạ do bề mặt cong của Trái đất), độ gồ ghề của địa hình, độ bao phủ của
mặt đất và suy hao trong khoảng hở có thê có trong các phép tính.
1.1.7. Mơ đun nhiễu xạ.
Các thuật tốn nhiễu xạ: Trước khi tính tốn nhiễu xạ cần xác định
loại vật cản có trên đường truyền.
Có 3 thuật tốn để xác định nhiễu xạ
• TIREM- Terrain Integrated Rough Earth Model
• NSMA- National Spectrum Managers Asscociation

• NSMA- National Spectrum Managers Asscociation
• PathLoss (là thuật tốn mà người thiết kế có thể thay đổi
được)
7


Mỗi thuật tốn có những quy tắc để xác định địa hình và các tham số
tính tốn, cùng phủ sóng cũng như phương pháp tính nhiễu khác nhau.

1.1.8. Mơ đun về vùng phủ.
Để phân tích vùng phủ sóng cần có cơ sở dữ liệu về địa hình. Quá
trình hiển thị vùng phủ sóng gồm ba bước:
Bước 1: Tạo dữ liệu về địa hình.
Bước 2: Tính suy hao kết hợp giữa nhiễu xạ và tán xạ với góc theo
phương thẳng đứng dọc theo mỗi khu vực
Bước 3: Xác định các thông số vơ tuyến và anten, các tiêu chuẩn về mức
tín hiệu và các yêu cầu đối với sự thay đổi về thời gian và vị trí.
Các tính tốn có thể điều chỉnh bằng cách thay đổi thông số ở các
bước thích hợp. Việc phân tích quan tâm đến góc ngẩng trên đường
truyền tầm nhìn thẳng và góc theo phương ngang trên các đường truyền
có vật cản. Và vùng phủ sóng được biểu diễn bằng cách mảng màu.
1.1.9. Mô đun hiển thị mặt cắt nghiêng của đường truyền.
Print Profile module cung cấp 3 định dạng:
• Biểu diễn với Trái đất phẳng. Ở định dạng này có thể hiển thị
bốn giá trị khác nhau của hệ số bán kính Trái đất K và phần
trăm của miền Fresnel.
• Biểu diễn với Trái đất cong dùng trục thẳng với một giá trị của
K và bốn giá trị phần trăm của miền Fresnel.
• Biếu diễn với Trái đất cong dùng trục congvới một giá trị của K
và bốn giá trị phần trăm của miền Fresnel.

Với các trường hợp có phân tập khơng gian, các phần trăm miền
Fresnel có thể xác định cho cả anten chính và anten phân tập.
1.1.10.Mô đun mạng.

8


Network module cung cấp một giao diện địa lý làm cho việc thiết kế
đường truyền giữa hai trạm dễ dàng hơn. Chức năng này làm công việc
thiết kế đơn giản đi một cách đáng kể khi thiết kế cho các dự án lớn.
Tính tốn về nhiễu trong hệ thống được tính tốn trong module này.
Trong q trình thiết kế, module này kiểm tra tất cả những thay đổi
từ tên các trạm, toạ độ, độ cao… để đảm bảo thống nhất dữ liệu.
Với network module, việc thiết kế có thể bắt đầu bằng cách nhập các
thông tin về các trạm hoặc các đường truyền được ghi sẵn trong một
định dạng file text hoặc một file pathloss. Chức năng này giúp việc nhập
thông tin cho các đường truyền cần thiết kế được thực hiện nhanh hơn.
Trong module này, ta có thể có các báo cáo về danh sách các trạm,
các thiết bị viba và các tần số đã dùng.
Các chức năng:
Từ module này có thể truy nhập vào các module khác, thuận tiện cho
việc thiết kế, chỉnh sửa các thông tin.
1.2. Các cơ sở lý thuyết dùng trong phần mềm thiết kế PathLoss.
Trong phần mềm PathLoss, việc tính tốn có thể dựa trên một số khuyến nghị
khác nhau của ITU-R, như khuyến nghị P.530-9 hay P.530-8. Việc lựa chọn cách
tính tốn dựa trên cơ sở nào phụ thuộc vào việc người thiết kế có đủ những cơng
cụ cần thiết hay khơng. Nếu có một bản đồ số có độ chính xác cao, có thể lựa chọn
phương pháp tính tốn dựa trên khuyến nghị ITU-R p.530-9. Khi đó, việc tính tốn
sẽ được phần mềm tính tự động và kết quả chính xác cao. Nếu khơng có bản đồ số
đạt độ chính xác cao, phải chọn cách tính theo khuyền nghị ITU-R P.530-8, khi đó

người thiết kế phải thiết lập các đặc tính như đặc điểm về địa hình, lượng mưa như
theo khảo sát thực tế.
Lựa chọn cở sở tính tốn trong phần lựa chọn phương pháp tính độ tin cậy
reliability method trong module worksheet.

9


2. SỬ DỤNG CÔNG CỤ PATHLOSS ĐỂ THIẾT KẾ.
Thiết kế này bao gồm 17 đường link, các tuyến đều sử dụng tần số 15Ghz.
Trong đó có 10 đường link có sẵn trong bản đăng kí. Và 7 đường link bổ sung để
kết nối các trạm thành một mạng truyền dẫn.

Hình 1: hình ảnh về mạng ở chế độ Map Grid.

Trong module Network

10


Hình 2: Hình ảnh mạng ở chế độ Net Work.

Hình 3: Danh sách các Site được thành lập.

Summary module.
11


Hình 4: Bản tóm tắt thiết kế tuyến.

Terrain Data module.

Hình 5: Nhập dữ liệu địa hình cho đường truyền.

Anten Height module.

12


Hình 6: Chọn chiều cao anten cho tuyến.

Multipath module.

Hình 7: Muti Path của tuyến.

Worksheet module.

13


Hình 8: Nhập độ tin cậy cho đường truyền.

Print Profile module.

Hình 9: Profile của tuyến.

Diffraction module.

14

Hình 10: Hình ảnh về tính nhiễu xạ của đường truyền.

Báo cáo từ bản thiết kế.

Hình 11: Bản báo cáo thiết kế tuyến.

15


3. TỔNG KẾT ĐÁNH GIÁ.
Nhóm đã hồn thành tốt nhiệm vụ trong bài tập lớn lần này, các thông số trong bài
đều đạt yêu cầu.
Để hoàn thành bài tập này thì cả nhóm đã làm việc nghiêm túc và cố gắng, qua đó
đã hiểu được các bước trong thiết kế một mạng truyền dẫn sóng viba.
Tuy nhiên do thời gian có hạn và đối tượng làm việc là một đề tài nhỏ so với hệ
thống thực tế thì vẫn cịn rất nhiều vấn đề cần cải tiến trong tương lai.

16