Thiết kế tuyến Viba số

luận án tốt nghiệp Thiết Kế Tuyến Viba Số

0






PHẦN I


LÝ THUYẾT THIẾT KẾ
TUYẾN
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
luận án tốt nghiệp Thiết Kế Tuyến Viba Số

1

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 đònh các tiêu chuẩn thực hiện.
Bước 5: Chọn vò 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.
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
luận án tốt nghiệp Thiết Kế Tuyến Viba Số

2

BƯỚC 1
NGHIÊN CỨU DUNG LƯNG ĐÒI HỎI

Trong việc thiết kế một hệ thống liên lạc điểm nối điểm việc tìm hiểu kó về
dung lượng cần thiết là rất quan trọng. Nó là nền tảng cho các quyết đònh 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 bò 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.

THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
luận án tốt nghiệp Thiết Kế Tuyến Viba Số

3

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 dòch
vụ xác đònh được qui đònh 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 dòch 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 đònh 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 trò tương đối của tần số RF phụ thuộc vào nhiều yếu tố.
- Ở các tần số thấp thì kích thước thiết bò 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
( MHz)
Băng thông cho phép
( MHZ)
Dung lượng cực tiểu của các kênh thoại
đã được mã hóa
1495 - 1535
2110 - 2130
2160 - 2180
3700 - 4200
5925 - 6425
10700 - 11700
2
3,5
3,5
20
30
40

30
96

96
1152
1152
1152
BẢNG 2-2-1 : Các băng tần số cấp phát của FCC cho các hệ thống Viba số
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
luận án tốt nghiệp Thiết Kế Tuyến Viba Số

4


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:

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.
f1a

f-1b

f-1c
.
.

f-2a

f-2b

f-2c
.
.

f-1b
f-1c
f-2a
f-2b
f-2c
f-2a
f-2b



f-2c
f-1b



f-1c
f-1c
f-2a

f-2c

f-2c

.
f-1a

f-1c

f-1c
.
.
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
luận án tốt nghiệp Thiết Kế Tuyến Viba Số

5
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 một kênh RF
Tần số trung tâm
(MHz)
Độ rộng băng RF
(MHz)
238 - 1
385
279 - 1, 382 - 1
383 - 1
384 - 1
386 - 1
387

60/120

60/120/300
300/1800
1800
960/2700
300/960
960
1808,2000,2203
7575
1903,2101,4003
6475
6770
8350
1120
200
300
400
500
680
300
1000


Bảng 2 - 3 - 1 Các đề nghò 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.








1 3 5 7 2’ 4’ 6’ 8’



2 4 6 8 1’ 3’ 5’ 7’



 hoặc  chỉ những kênh RF của hệ thống phụ.
A: Biên độ giải điều chế.
-248.9 (F)
-249.5 (A)
6425MHz
29.65 MHz
252.05MHz
250MHz
6175 MHz

250 MHz
5925 MHz
+248.9 (F)
+249.5 (A)
44.5 MHz
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
luận án tốt nghiệp Thiết Kế Tuyến Viba Số

6
B: tần sồ điều chế.
Hình 2-3-2 Sự sắp xếp kênh RF

V H Hệ thống phụ V H

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.
250MHZ
8’
7’
6’
5’
4’
3’

2’
8’
6’
4’
2’
7’
5’
3’
1’
1’
8
6
4
2
8
6
4
2
7
5
3
1
7
5
3
1
250 MHz
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
luận án tốt nghiệp Thiết Kế Tuyến Viba Số

7
- 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 bò các hệ thống này gây nhiễu.
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
luận án tốt nghiệp Thiết Kế Tuyến Viba Số

8

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 bò).
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 đònh 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 đòa 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.
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
luận án tốt nghiệp Thiết Kế Tuyến Viba Số

9

BƯỚC 5

CHỌN VỊ TRÍ VÀ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TUYẾN

I CHỌN VỊ TRÍ.
1. Khái niệm tổng quát.
Trong việc chọn vò 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 vò trí, các yêu cầu hệ thống Viba thiết kế cần
được phải làm rõ, các mục chính như sau:
a) Vò trí (thành phố và thò 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 bò 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 vò trí được phân loại thành các bước sau.
a) Phác họa một vài tuyến có thể thực hiện trên bản đồ.
b) Khảo sát vò trí.
c) Thử nghiệm các truyền dẫn nếu cần thiết.
d) Quyết đònh các vò 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 trò trong bản là các giá trò chung cho nhiều nơi.

Băng RF (MHz) Khoản cách đường Viba tiêu chuẩn (Km)
2000
4000
6000
11000
7020%
5020%
5020%
3020%

Bảng 2-5-1: Khoản cách các đường truyền Viba tiêu chuẩn
Khi vẽ một đường thiết kế trên bản đồ, các vò 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 d 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 trò cho phép
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
luận án tốt nghiệp Thiết Kế Tuyến Viba Số

10
trong trường hợp truyền dẫn bình thường. Khi một đường truyền Viba dài thì không
tránh khỏi các khó khăn gây ra bởi đòa hình. Trong trường hợp này nên thực hiện phân
tập không gian hoặc phân tập tần số.

3.Sự bảo vệ cho các q đạo vệ tinh.

Các hệ thống, liên lạc vệ tinh và các hệ thống Viba đất sử dụng băng sóng Viba
(ví dụ: các băng tần từ 4-6 GHz). Do đó, cần phải thiết lập vài giới hạn kỹ thuật để
tránh các giao thoa vô tuyến giữa hai hệ thống này. Trong công việc chọn vò trí cho
liên lạc Viba mặt đất, cần phải chú ý rằng các búp sóng của anten không được chỉ
thẳng đến q đạo vệ tinh tónh khi nó sử dụng cùng với tần số hệ thống liên lạc vệ tinh.
Theo sự đề nghò 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 2
0
từ q đạo của vệ tinh.
Trong trường hợp mà điều này không thực hiện được, thì gía trò cực đại của EIRP
(Equivalent Isitropically Radiated Power) nên được giới hạn dưới 47 dBw cho bất kỳ
anten nào chỉ thẳng đến q đạo vệ tinh 0.5
0
, từ 47 đến 55 dBw khi góc này từ 0.5
0
-
1.5
0

.
II SỰ KIỂM TRA TUYẾN VIBA

Trong khi chọn vò 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 đòa 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 trò của k thay đổi theo thời gian và đòa điểm. Nói chung K thay đổi theo vó độ
nhưng không thay đổi theo kinh độ, ở các vùng phía nam thì K có giá trò 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 trò 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 vò trí phải tính toán đến mức dao động của K so với giá trò bình
thường, bởi vì tính trực xạ đôi khi bò ngăn trở bởi các vật cảntrung bình khi K bò giảm
nhỏ. Ngược lại khi K có giá trò 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 trò bình thường.
Nếu mức dao động của K càng lớn thì sự ổn đònh 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 trò này cần phải tính toán lại.
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
luận án tốt nghiệp Thiết Kế Tuyến Viba Số

11
b. Xác nhận trạng thái trực xạ.
Để thỏa mãn chỉ tiêu của việc truyền dẫn sóng Viba với các giá trò 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
trò 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 trò 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 (d
1
,d
2
) ở trong một mặt cắt ngiêng với một giá trò cho sẳn của K có thể tính bằng
công thức sau đây:
d
1
d
2
x =
2Ka


Trong đó :s
a: bán kín của trái đất bằng 6,37*10
6
m

x,d
1,
d
2
tính bằng mét.











Hình 2-5-1: độ cong của biểu đồ thang đo.
Theo công thức trên ta thấy x tỷ lệ thuận với bình phương của khoảng cách.
Trong việc vẽ biểu đồ mặt cắt ngiêng chúng ta nên vẽ một bảngcác giá trò của
x với các giá trò khác nhau của d
1
và d
2
trong cùng một khoảng cách d như bảng 2-5-2
sau:
d
1
2 4 6 ........48 50 Km
d
2

98 96 94 52 50 Km
d
1
,d
2
384 564 564 2496 2500 Km
2
x 22,6 33,2 33,2 146,8 147,1 m
x
d
d2
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
luận án tốt nghiệp Thiết Kế Tuyến Viba Số

12
Bảng 2-5-2: Một ví dụ tính toán giá trò của x


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

1.Đới cầu Fresnel thứ nhất.
Đới cầu Fresnel thứ nhất đóng một vai trò quan trọng trong việc chuyển năng
lượng sóng Viba giữa hai vò 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 vò trí phát và tiêu điểm còn lại là vò trí nhận.
Vì sự khác nhau ở trong đới cầu Fresnel thứ nhất  /2 (hoặc 180

0)
tất cả các
năng lượng sóng Viba trong đới cầu sẽ góp phần vào sóng chính giữa hai vò trí, do đó
trong vùng này phải không có bất kỳ vật cản nào (K lấy giá trò bình thường) để đảm
bảo trạng thái trực xạ.
Bán kính của đới cầu Fresnel thứ nhất ở bất kỳ điểm nào giữa hai vò trí có thể
tính bởi công thức:

 d
1
d
2


h
0
= d

A
4000
3600
3200
2800
2400
2000
1600
1200
800
400
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN

luận án tốt nghiệp Thiết Kế Tuyến Viba Số

13
Trong đó:
h
0
:bán kính của đới cầu Fesnel thứ nhất (m)
 :bước sóng(m)
d
1,
d
2,
d :khoảng cách (m) .Như trong hình vẽ 2-5-4.
Bán kính của đới cầu ngay chính giữa được tính bởi:

 d
H
0
=
2
Trong thực tế, h
0
có thể tính bằng đồ thò ở hình 2-5-4và h
0
có thể tính là tích
của h
0
và P:
với sự điều chỉnh của hệ số p rút ra từ hình 2-5-5 .

d
1
h
0
h
m
d
2
d
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
luận án tốt nghiệp Thiết Kế Tuyến Viba Số

14














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 h
c
giữa đường thẳng của tuyến trực xạ và
gợn sóng cản trở h
s
được tính bằng:
d
1
d
1
d
2
h
c
=h
1
- (h
1
-h
2
) - -h
s

d 2Ka

d
2
d
1

d
1
d
2
h
c
=h
1
 + h
2
- -h
s
d d 2Ka

Trong đó:
h
1:
Độ cao của anten ở vò trí A so với mặt đất (m).
h
2
:Độ cao của anten ở vò trí B so với mặt đất (m).
h
s
:Độ cao của vật chắn ở vò trí cách A một khoảng d
1
(m).
h
c
:Khoảng hở an toàn của vật chắn ở vò trí cách A một khoảng d
1

(m).











THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
luận án tốt nghiệp Thiết Kế Tuyến Viba Số

15

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 vò 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 đònh rằng có ba đỉnh nhấp nhô R
1
,R
2
,R

3
giữa hai vò trí A và B. Tổn
thất nhấp nhô gây ra bởi R
1
có thể tính được với giả đònh rằng điểm nhận B nó bò di
chuyển tạm đến R
2
. Tổn thất nhấp nhô gây ra bởi R
2
có thể tìm thấy bằng cách giả
đònh điểm B di chuyển đến R
3
và điểm phát A được di chuyển đến điểm A
,
. Chiều cao
của A
,
có được tính bằng cách kéo dài đường thẳng R
1
-R
2
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 R
3
có thể tính như là tổn thất nhấp nhô giữa các điểm B và A
,
. Tổn thất nhấp nhô
tổng là tổng các tổn thất nhấp nhô riêng biệt có từ các thủ tục ở trên.

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

Ay







A
’


B ??

B ??
B ??
??
??




Hình 2-5-7 : Một tuyến viba có vài gờn bên trong.
R
1

R
2

R
3

A
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
luận án tốt nghiệp Thiết Kế Tuyến Viba Số

16

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 đònh điểm phản xạ để biết được tình trạng đòa chất của
điểm phản xạ và cũng để xem sóng phản xạ có bò che bởi đỉnh nhấp nhô nào hay
không.
Điểm phản xạ như là hình 2-5-8 có thể tìm bằng đồ thò ở hình 2-5-9. Đầu tiên
các hệ số C và m có thể tính bằng công thức sau:
h
1
– h
2

C =——— trong đó h
1
> h
2

h
1
+ h
2

d
2

m = ————
4ka(h
1
+h
2
)

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 thò. Điểm
phản xạ có thể tính bởi:
d
d
1
= —(1+b)
2
d
d
2
= —(1-b) hoặc d – d

1

2













Hình 2-5-8:Sóng phản xạ đất


THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
luận án tốt nghiệp Thiết Kế Tuyến Viba Số

17

Hệ số phản xạ hiệu dụng và tổn thất phản xạ tương ứng được phân loại bởi tình
trạng đòa 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 đònh hướng của anten ở cả hai vò trí.
ii) Tổn thất phản xạ.

iii) Tổn thất nhấp nhô nếu có.
Tổng của các tổn thất này gọi là “Sự suy giảm hiệu dụng của sóng phản xạ“


Băng tần



(GHz)
Mặt nước


Hệ số Tổn thất
(dB)

Đồng luá


Hệ số Tổn thất
(dB)
Vùng bằng
phẳng

Hệ số Tổn thất
(dB)
Thành phố , rừng


Hệ số Tổn thất
(dB)

2
4
6
11
1 0
1 0
1 0
1 0
0.8 2
0.8 2
0.8 2
0.8 2
0.6 4
0.6 6
0.6 6
0.6 8
0.3 10
0.2 14
0.2 14
0.16 16

Hình 2-5-3 : Hệ số phản xạ và tổn hao
5. Góc thẳng đứng của đường truyền:

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

THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
luận án tốt nghiệp Thiết Kế Tuyến Viba Số

18


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 .
h
1
– h
2
d


1
= -( ——— + ——)
 2Ka
h
2
– h
1
d

2
= -(——— + ——)
 2Ka

Trong đó : 
1
, 
2
: Các góc nằm ngang (rad)
h
1
: độ cao của anten ở vò trí A so với mặt đất (m).
h
2
: độ cao của anten ở vò trí B so với mặt đất (m).

b. Các góc thẳng đứng của góc phản xạ .
h
1
d
1


1
= -( — + —— )
d 2Ka


h
2
d
2


2
= -( — + —— )
d 2Ka
Trong đó : 
1
, 
2
là các góc thẳng đứng của sóng phản xạ (rad)
h
1
độ cao của anten ở vò trí A so với mặt đất (m).
h
2
độ cao của anten ở vò trí B so với mặt đất (m).

c. Các sóng thẳng đứng giữa sóng phản xạ và sóng trực tiếp .

h
1
h
1
– h
2
d
2


1
= — - ——— - ——
d
1
 2Ka

h
2
h
2
– h
1
d
1


2
= — - ——— - ——
d
2

 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
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
luận án tốt nghiệp Thiết Kế Tuyến Viba Số

19
Nếu  < 0 thì  là một góc hướng xuống
 thường có giá trò âm do đó  ở các trường hợp đều là góc quay xuống.

6. Biểu đồ độ cao:

Khi cả hai sóng trực tiếp và phản xạ đều đến được anten thu thì công suất tín
hiệu Viba nhận được thay đổi với độ cao của anten. Điều này là do sự khác nhau về
độ dài của đường truyền giữa sóng trực tiếp và sóng phản xạ thay đổi với độ cao của
anten dẫn đến sự thay mối quan hệ về pha giữa hai sóng. Sự thay đổi mức công suất
nhận được với chiều cao của anten nó được biểu diễn bằng biểu đồ độ cao như ở trong
hình 2-5-10.

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

Các tính toán về sự khác nhau của đường truyền, chiều sâu và độ cao của biểu
đồ độ cao đôi khi cần thiết cho việc quyết đònh 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 h
1
’và h
2
’ (Xem hình 2-5-10)
d
1
2
d
2
2


1
= —— 
2
=——

2Ka 2Ka

h
1
’ = h
1
–
1
h
2
’ = h
2
–
2


b/ Sự khác nhau đường truyền .
2h
1
’h
2
’
S = ———
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
luận án tốt nghiệp Thiết Kế Tuyến Viba Số

20
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 , P
1
và P
2


d
Phía h
1
P
1
= ——
2h
2

d
Phía h
2
P
2

= ——
2h
1

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 vò 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 đònh bởi các đặc điểm của thiết
bò Viba sử dụng. Vì vậy việc lựa chọn vò 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 đònh bởi
mức tín hiệu nhận được và chỉ tiêu của thiết bò Viba sử dụng.
Công suất tín hiệu nhận được trên một đường truyền Viba được tính bằng công
thức:
P
r
= P
t
+ G
t
+ G
r
– L - L
f

Trong đó :
P
r
: công suất tín hiệu nhận được (dBm)
P
t
: công suất ngõ ra máy phát (dBm)
G
t
: độ lợi của anten phát (dB)
G
r
: độ lợi của anten thu (dB)
L : tổn thất không gian tự do (dB)
L
f
: 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 :
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
luận án tốt nghiệp Thiết Kế Tuyến Viba Số

21
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:


P
r
S
0
2

S / N = 10Log ————
KT fF f
m
2

S
0

S / N = 10LogP
r
– 10 LogKT fF + 20Log—
f
m

Trong đó :
S/N : tỉ số tín hiệu /tạp âm nhiệt trong một kênh điện thoại (dB)
10lg P
r
: công suất tìn hiệu Viba nhận được (dBm)
K:hằng số Boltzmann 1,38*10

-23
J/
0
K
T: Nhiệt độ của bộ Mixer máy thu (Kenvin)
f: Băng thông của kênh thoại .
F :chỉ số tạp âm của máy thu .
S
0
:độ lệch tần số hiệu dụng .
f
m
: Tần số tín hiệu ở băng gốc (cùng đơ vò với S
0
)
Công thức trên cho ta thấy chỉ số công suất tín hiệu nhận được quyết đònh 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 vò trí chủ yếu là giao thoa vô tuyến
đồng kênh. Lượng giao thoa vô tuyến có thể được quyết đònh 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 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 đònh rằng cả hai tín hiệu mong muốn và không mong muốn có cùng kiểu
điều chế).

THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
luận án tốt nghiệp Thiết Kế Tuyến Viba Số

22
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 trò 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 đònh 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 đònh 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 đònh 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 đònh rằng sự suy giảm của sóng phản xạ bởi tính đònh 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
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
luận án tốt nghiệp Thiết Kế Tuyến Viba Số

23
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
giá trò này cho thấy tạp âm không có trọng số ở kênh trên cùng của băng gốc.

4.Giao thoa vô tuyến với các hệ số khác.
Giao thoa vô tuyến nên kiểm tra không chỉ trong hệ thống Viba thiết kế mà
còn với các hệ thống Viba khác. Những phần sau đây có thể là nguyên nhân của sự
giao thoa vô tuyến này.

a.Giao thoa vô tuyến với hệ thống Viba khác.

Khi các hệ thống Viba khác sử cùng băng tần với hệ thống Viba đang thiết kế
trong khoảng vài trăn Km, mức của sóng không mong muốn từ các hệ thống đó nên
được kiểm tra bởi tính đònh hướng của anten và các tổn thất lan truyền, để kiểm tra tỉ
số D/U có đạt yêu cầu hay không.

b.Giao thoa vô tuyến từ một Radar.

Một công suất rất lớn thường được bức xạ từ một anten xoay của Radar và
phổ tần số ngõ ra bao gồm rất nhiều tầng số tạp bởi vì sóng ngõ ra là các xung. Vì vậy
giao thoa vô tuyến đến một hệ thống Viba có thể xảy ra do sự bức xạ tạp của Radar
mặc dù tần số trung tâm của Radar khá xa so với hệ thống Viba.
Trong hình 2-5-13 mức của tín hiệu mong muốn ở trạm B được tính là:
D= P
t
-L
f
+G
t
- 
d

Trong đó:
D: Mức của sóng mong muốn ở trạm B.
P
t
: Công suất ngõ ra máy phát ở trạm A.
L
f
:tổn thất hệ thống nuôi ở trạm A.
G
t
:Độ lợi anten phát ở trạm A.

d
: Tổn thất do truyền dẫn của sóng mong muốn (Từ trạm A đến Trạm
B).
Mức của sóng không mong muốn ở trạm B được tính là :

U =P
r
-L
s
-L
r
+G
r
-
d
-D



Trong đó:
U : Mức của tín hiệu không mong muốnở trạm B
P
r
: công suất ngõ ra máy phát ở trạm Radar .
L
s
: Độ suy giảm ở tần số tạp liên quan tới công suất tính hiệu Radar cơ
bản .
L
r
: Tổn thất hệ thống nuôi ở trạm Radar.
G
r
:Độ lợi anten phát ở trạm radar .
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
luận án tốt nghiệp Thiết Kế Tuyến Viba Số

24

d
: Tổn thất lan truyền của sóng không mong muốn từ trạm Radar đến
trạm B.
D

:Độ suy giảm do tính đònh hướng anten ở một góc  ở trạm B.
Tỉ số D/Ucó thể tính từ hai công thức ở trên .Đối với mạch điện thoại thường
yêu cầu tỉ số D/U là 20 dB hoặc lớn hơn.

Radar
U


 B

D


A


Hình 2-5-13 :Giao thoa vôtuyến từ một Radar.

c.Giao thoa vô tuyến với hệ thống liên lạc vệ tinh.
Trong các hệ thống liên lạc vệ tinh, băng tần 6 GHz (5925MHz - 6425 MHz)
được cho các máy phát (liên lạc lên) và băng 4GHz (3700 MHz -4200 MHz) cho các
máy thu (liên lạc xuống) của các trạm mặt đất .Khi các trạm Viba mặt đất sử dụng
chung băng tần với một hệ thống liên lạc vệ tinh và truyền qua gần mặt đất, cần phải
kiểm tra giao thoa vô tuyến với hệ thống liên lạc vệ tinh .
Như ở trong hình 2-5-13 các giao thoa vô tuyến giữa hệ thống liên lạc vệ tinh
và hệ thống liên lạc Viba điểm nối điểm mặt đất có thể phân thành 4 trường hợp sau
(liên quan đến các đường truyền A, B, C, D).
Trong các đường truyền này các giao thoa từ hệ thống Viba mặt đất đến hệ
thống liên lạc vệ tinh ví dụ như tuyến C và D có ảnh hưởng nhiều hơn các tuyến A
vàB bởi vì mức tín hiệu nhân rất thấp ở trạm mặt đất và tính đònh hướng anten lớn của
vệ tinh
Như giao thoa C trong hình vẽ , tỉ số D/U ở trên mặt đất nên được kiểm trgiống

như là giao thoa do kết nối F/B nhận đã đề cập trước đó, đưa vào tính toán sự suy
giảm do tính đònh hướng của ten ở trạm mặt đất và trạm viba mặt đất.
Như giao thoa D CCIR Rec 406-1 giới hạn công suất đưa đến anten của hệ
thống liên lạc Viba điểm nối điểm mặt đất đến +13 dBw và EIRP (công suất bức xạ
đẳng hướng tương đương) của máy phát bò giới hạn tới +55 dBw.
Tuyến Viba điểm nối điểm mới nên được thiết kế sao cho trung tâm của búp
sóng chính của mọi anten sẽ không được hướng thẳng ít hơn 2
0
từ qũi đạo đến vệ tinh.
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN