Thiết kế tuyến viba số hà nội – bắc ninh

Lời nói đầu
Các hệ thống truyền thông vô tuyến đang phát triển bùng nổ trên thế giới và cả
ở Việt Nam. Trước yêu cầu ngày càng cao của người sử dụng dịch vụ thông tin di
động về chất lượng, dung lượng và tính đa dạng của dịch vụ. Đặc biệt là các dịch vụ
truyền dữ liệu tốc độ cao và đa phương tiện. Qua đó việc nghiên cứu và áp dụng các
công nghệ kỹ thuật tiên tiến để đáp ứng đươc nhu cầu này là một đòi hỏi cấp thiết.
Một trong các kỹ thuật đó là kỹ thuật vi ba số. Vi ba số là hệ thống truyền dẫn
sử dụng tần số siêu cao tần, với bước sóng cực ngắn, với khả năng ứng dụng rộng rãi
và thích nghi tốt với môi trường. Kỹ thuật vi ba số đang dần được sử dụng phổ biến
trong các tuyến truyền dẫn.
Là sinh viên chuyên nghành điện tử viễn thông, chúng em cần đi vào tìm hiểu
hệ thống vi ba số và nắm vững các bước thiết kế tuyến vi ba. Đó là hành trang cho
chúng em tiếp cận hệ thống viễn thông nói chung và hệ thống vi ba nói riêng.
Xuất phát từ những yêu cầu trên, chúng em chọn đề tài “THIẾT KẾ TUYẾN
VI BA SỐ HÀ NỘI – BẮC NINH”. Tuyến truyền dẫn đảm bảo truyền thông thoại và
dữ liệu giữa 2 khu vực. Trong nội dung hạn hẹp chỉ đưa ra những phần kỹ thuật sơ
lược nhất để thiết kế cho 1 tuyến vi ba số.
Đồ án này được chia làm 4 chương như sau:
Chương 1: Tổng quan về hệ thống vi ba.
Chương 2: Lý thuyết thiết kế tuyến.
Chương 3: Thiết kế tuyến viba Hà Nội – Bắc Ninh.
Chương 4: Tính toán bắng phần mềm chuyên dụng Pathloss.
Việc tiếp tục nghiên cứu và ứng dụng các tuyến truyền dẫn vi ba số sẽ mang lại
những hiệu quả to lớn cho các hệ thống vô tuyến về dung lượng cũng như chất lượng
dịch vụ của hệ thống.


Trong quá trình làm đồ án, dù đã có rất nhiều cố gắng song chúng em vẫn có nhiều
thiếu sót. Chúng em rất mong nhận được sự đóng góp từ phía thầy cô và các bạn. Cuối
cùng, chúng em xin gửi lời cảm ơn tới thầy TS Nguyễn Lê Cường đã đóng góp ý kiến
và giúp đỡ nhóm hoàn thành đồ án.

Nhóm xin chân thành cảm ơn!


MỤC LỤC


Chương I: Tổng quan về hệ thống vi ba số

Chương I
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VI BA SỐ
1.1 Giới thiệu chung
Cùng với sự phát triển như vũ bão của công nghệ viễn thông, đòi hỏi những người
làm chủ mạng lưới phải nắm vững những kiến thức cơ bản về công nghệ viễn thông
hiện đại, trong đó có vi ba số.
Ở chương này chúng em sẽ giới thiệu các khái niệm và đăc điểm chung của hệ
thống vi ba số, phân loại hệ thống vi ba số, ưu và nhược điểm của hệ thống vi ba số,
các mạng vi ba số điểm – điểm, điểm – đa điểm… Đồng thời cũng cho thấy các cơ sở
về sóng vô tuyến – fading.
1.1.1 Vi ba số là gì?
Vi ba số là hệ thống thông tin chuyển tiếp mặt đất sử dụng sóng điện từ ở tần
số GHz để truyền dẫn thông tin số.
Lượng thông tin được truyền dẫn bởi hệ thống vi ba thường là khá lớn ( ví dụ:
các luồng E1, E3, STM1…)
Vi ba số thuộc nhóm các hệ thống thông tin nhiều kênh.
1.1.2 Cấu trúc một tuyến vi ba số

Hình 1.1: Tuyến vi ba đơn giản nhất gồm 2 trạm đầu cuối

4

Chương I: Tổng quan về hệ thống vi ba số

1.1.3 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 dung cáp sợi quang còn các quy mô nhỏ hơn từ tỉnh đến các huyện
hoặc các nghành kinh tế khác người ta thường sử dụng vi ba điểm điểm dung lượng
trung bình hoặc cao nhắm thỏa mãn nhu cầu 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.

Hình 1.2: Hệ thống Viba điểm – điểm
1.1.4 Viba số điểm – đa 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 an ten 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,
trên 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
1,5GHz -1,8GHz và 2,4GHz sử dụng một sóng mang cho hệ thống hoàn chỉnh.

5


Chương I: Tổng quan về hệ thống vi ba số

Hình 1.3: Hệ thống Viba điểm – đa điểm

1.2 Đặc điểm của Viba số
Thông tin viba số là một trong ba phương tiện thông tin phổ biến hiện nay bên
cạnh thông tin vệ tinh và thông tin quang. Hệ thống viba số sử dụng sóng vô tuyến và
biến đổi các đặc tính của sóng mang vô tuyến bằng những biến đổi gián đoạn và
truyền trong không trung. Sóng mang vô tuyến được truyền đi có tính định hướng rất
cao nhờ các anten định hướng. Hệ thống viba 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. Hệ thống viba số có thể được sử dụng làm:
- Các đường trung kế số nối giữa các tổng đài số.
- Các đường truyền dẫn nối các thuê bao với các tổng đài chính hoặc các tổng
-

đài vệ tinh.
Các đường truyền dẫn nối các tổng đài chính đến 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.
So với các hệ thống truyền dẫn khác, hệ thống truyền dẫn vi ba số có rất nhiều
hạn chế do môi trường truyền dẫn là môi truờng hở và băng tần hạn hẹp. Truyền dẫn
vi ba số được thực hiện ở dải tần từ 1 GHz đến vài chục GHz, trong khi đó truyền dẫn
quang được thực hiện ở tần số vào khoảng 2.106 GHz (nếu coi λ=1500 nm) vì thế
băng tần truyền dẫn vi ba số rất hẹp so với quang.
Với những đặc điểm trên ta có thể thấy ưu và nhược điểm của hệ thống vi ba
như sau:
Ưu điểm:
• Do làm việc ở dải sóng siêu cao tần nên đảm bảo truyền được những tín hiệu
•
•

dải rộng.
Độ rộng dải tần siêu cao do đó nhiều đài có thể làm việc đồng thời.
Hệ thống có khả năng linh hoạt, nhanh chóng đáp ứng phục vụ thông tin cho

khách hàng mọi lúc mọi nơi và dịch vụ.
• Việc triển khai hay tháo gỡ hệ thống truyền dẫn rất cơ động, khi không cần
thiết có thể nhanh chóng chuyển sang lắp đặt ở vị trí khác của mạng viễn
•

thông.
Giá cả hệ thống và đầu tư ban đầu thấp. Ưu điểm này cho phép các nhà khai
thác phát triển mạng viễn thông nhanh chóng ở các vùng cơ sở hạ tầng viễn
thông chưa phát triển với vốn đầu tư thấp nhất.
6


Chương I: Tổng quan về hệ thống vi ba số

Nhược điểm:
• Dải tần số SCT có nhược điểm là chỉ truyền được trong phạm vi nhìn thẳng cự
ly dưới 70Km (tuỳ thuộc vào băng tần công tác). Vì vậy muốn truyền thông tin
đi xa cần thực hiện chuyển tiếp nhiều lần.
• Có tốc độ nhỏ hơn nhiều so với hệ thống cáp quang, và hiện nay ở đường chục
chỉ còn sử dụng ở những khu vực chưa kéo được cáp quang do địa hình phức
tạp.
• Chất lượng tín hiệu khi truyền dẫn viba chịu tác động rất lớn của các điều kiện
khí hậu, thời tiết như mưa, gió, mây mù, bão, tuyết…v.v
• Suy hao công suất tín hiệu khá lớn trong môi trường truyền dẫn. Chịu sự can
nhiễu lẫn nhau giữa các kênh thông tin vô tuyến và các hệ thống thông tin khác
nhau.

1.3

Cơ sở về sóng và fading.

1.3.1 Khái niệm về sóng vô tuyến – fading
Sóng vô tuyến là sóng điện từ có tần số từ 30KHz đến 300GHz và được chia ra
các băng tần LF, HF, VHF, UHF và băng tần cao dùng cho thông tin vệ tinh.
Các sóng vô tuyến có thể lan truyền theo các phương khác nhau được biểu diễn
như sau:

Sóng trời(tầng điện li)

Sóng đất

Sóng bề mặt

Sóng không gian

Sóng truyền
trục tiếp

Sóng phản xạ từ
tầng đối lưu

7

Sóng phản xạ
từ mặt đất

Chương I: Tổng quan về hệ thống vi ba số

Hình 1.3: Các phương thức truyền sóng vô tuyến.
1.3.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến sự lan truyền của sóng vô tuyến
Thông tin vi ba truyền sóng qua không gian nên chịu ảnh hưởng nhiều của môi
trường truyền sóng. Bao gồm các ảnh hưởng sau:
a) Suy hao khi truyền lan trong không gian tự do.
Khoảng không mà trong đó các sóng vô tuyến truyền lan không bị cản trở gọi
là không gian tự do. Mức suy hao của sóng vô tuyến được phát đi từ anten trong
không gian tự do tỷ lệ với bình phương khoảng cách. Mức suy hao này gọi là suy hao
khí quyển trong không gian tự do. Nó tỉ lệ nghịch với độ dài bước sóng.

Pr: Công suất tín hiệu tại Anten thu
λ
: Bước sóng của sóng điện từ
Pt: Công suất tín hiệu tại anten phát
d: Khoảng cách giữa 2 anten
≈

c: Vận tốc ánh sáng ( 3 x 108 m/s)
Suy hao trong không gian tự do
LdB = 10log

Pt
Pr

= 20log(

4πd
λ

) = -20log

8

λ

+ 20 logd + 21.98dB


Chương I: Tổng quan về hệ thống vi ba số

= 20 log(

4πfd
c

) = 20log(f) + 20log(d) – 147.56dB

Nếu khoảng cách là Km, tần số tính theo Ghz thì suy hao trong không gian tự
do tính theo dB là:
LdB = 92,4 + 20log
b)

λ

+ 20 logd

(dB)

Suy hao do ảnh hưởng của fading.
Trong thông tin vô tuyến, khi sóng vô tuyến truyền lan trong không gian, nó

chịu tác động của khí quyển hoặc tầng điện ly. Hiện tượng cường độ điện trường tại
điểm thu thay đổi theo thời gian do một số nguyên nhân trong không gian truyền lan
của sóng vô tuyến được gọi là fading.
Sự hấp thụ của khí quyển:
Chủ yếu là sự hấp thụ của nước. Mức độ hấp thụ của nước phụ thuộc vào điều
kiện cụ thể và nó tăng dần khi lượng nước trong không khí tăng lên. Đặc biệt, khi trời
mưa rất to có thể làm gây gián đoạn thông tin.
Sự khúc xạ:
Không khí càng lên cao càng loãng (chiết suất giảm), nên sóng điện từ có xu hướng
bẻ cong về mặt đất. Do đó, có thể gây ra hiện tượng fading nhiều đường.

Hình 1.3.2.1: Sự khúc xạ
Hiệu ứng ống dẫn:
Hiệu ứng ống dẫn xuất hiện khi sóng điện từ rơi vào vùng không khí đặc nằm
giữa hai vùng không khí loãng. Gây ra hiên tượng phản xạ toàn phần và sóng điện từ
không tới được anten thu.

9


Chương I: Tổng quan về hệ thống vi ba số

Hình 1.3.2.2: Hiệu ứng ống dẫn
c) Suy hao do mưa

λ
Sóng điện từ bị suy hao do mưa, đặc biệt là những sóng có bước sóng nhỏ ( <

10cm). Mức độ suy hao phụ thuộc vào cường độ mưa và tần số của sóng. Ví dụ ở tần
số 2GHz: nếu mưa to thì suy hao vào cỡ (0,22 – 0.4 dB/Km), nếu mưa rất to thì suy
hao vào cỡ 1,2dB/Km.
d) Ảnh hưởng của địa hình
Sự phản xạ từ mặt đất

Hình 1.3.2.3 : Sự phản xạ của mặt đất
Một phần năng lượn điện từ dến mặt đất, phản xạ trở lại không gian và
có thể tới được anten thu. Điều này gây ra hiện tượng fading nhiều đường.
Các miền Fresnel
Miền Fresnel sạch là khu vực tối thiểu không có vật chắn để sóng điện từ có thể
truyền qua. Hiện tượng phản xạ hoặc suy hao vật chắn xảy ra nếu miền Fresnel không
sạch. Khi vật chắn nằm ngoài miền Fresnel, năng lượng phản xạ về anten thu là bé so
với năng lượng trực tiếp. hiện tượng fading là không đáng kể.

10


Chương I: Tổng quan về hệ thống vi ba số

Khi vật chắn nằm ngay trên đường biên miền fresnel, năng lượng phản xạ về anten thu
là lớn và ngược pha với năng lượng trực tiếp. Dẫn đến hiện tượng fading nhiều đường
xảy ra.

Hình1.3.2.4 : miền Fresnel sạch

Hình1.3.2.5 : miền Fresnel không

sạch

1.4 Hiện tượng fading trong viba số
Hiện tượng fading là hện tượng biến thiên năng lượng điện từ tại anten thu do môi
trường truyền sóng gây ra.
Fading phẳng: làm thay đổi tín hiệu sóng mang trong một dải tần số ( thay đổi
giống nhau đối với các tần số trong dải).
Fading lựa chọn tần số:làm thay đổi tín hiệu sóng mang với mức thay đổi phụ
thuộc vào tần số, fading này ảnh hưởng lớn đến tuyến vi ba số dung lượng cao.
Hai lại fading có thể xuất hiện độc lập hay đồng thời. Vì vậy dẫn đến gián đoạn
thông tin. Sự thay đổi tín hiệu tại anten thu do phản xạ nhiều tia gọi là fading nhiều
tia.
Các kỹ thuật được sử dụng để làm giảm các ảnh hưởng của fading phẳng và fading
lựa chọn tần số nhiều tia là dùng biện pháp phân tập không gian và phân tập tần số để
nâng cao chất lượng của tín hiệu thu.
Phân tập theo không gian cùng với các anten đặt cách nhau theo chiều dọc kết hợp
với các bộ khử giao thoa phân cực giao thoa nhau. Hiệu quả của kỹ thuật này đảm bảo
không làm gián đoạn thông tin, thường được biểu thị bằng một hệ số nâng cao. Nhờ
áp dụng kỹ thuật phân tập theo không gian và theo tần số thời gian gián đoạn thông
giảm nhỏ hơn so với thời gian yêu cầu để hệ thống đạt được chỉ tiêu chất lượng đề ra.

11


Chương I: Tổng quan về hệ thống vi ba số

1.4.1 Phân tập theo không gian

Hình 1.4.1: Phân tập theo không gian
Sử dụng 1 anten phát, 1 máy phát và 2 anten thu, hai may thu. Hai anten thu đặt
cách nhau một khoảng đủ lớn về độ cao. Nếu hiện tượng fading lựa chọn tần số chỉ

xảy ra tại một anten thì không xảy ra tại anten còn lại.
1.4.2 Phân tập theo tần số

Hình 1.4.2: Phân tập theo tần số
Sử dụng 1 anten phát, 2 máy phát ở 2 tần số khác nhau với 1 anten thu, 2 may
thu ở 2 tần số đó. Hai tần só cách nhau 1 khoảng đủ lớn. nếu hiện tượng fading lựa
chọn tần số xảy ra ở 1 tấn số thì không xảy ra ở tần số còn lại.

12


Chương II: Lý thuyết thiết kế tuyến vi ba số

Chương II
LÝ THUYẾT THIẾT KẾ TUYẾN VI BA SỐ
2.1 Giới thiệu chung
Để thiết kế một hệ thống viba điểm nối điểm trực xạ gồm các bước cơ bản sau đây:
Bước 1:Nghiên cứu dung lượng đòi hỏi
Bước 2: Chọn băng tần sử dụng, thiết bị sử dụng, sắp xếp các kênh RF.
Bước 3: Tìm trạm trên bản đồ, khảo sát vị trí đặt trạm.
Bước 4: Dựng mặt cắt đường truyền và tính các thông số liên quan.
Bước 5: Xác định độ cao anten.
Bước 6: Tính toán đường truyền.
Bước 7: Các chỉ tiêu kỹ thuật.
Bước 8: Đánh giá chất lượng tuyến.

2.2 Nghiên cứu dung lượng đòi hỏi
Trong vệc thiết kế tuyến liên lạc điểm nối điểm việc tìm hiểu kĩ về dung lượng là
rất quan trọng. Nó là nền tảng cho các quyết định ở phần sau:
Phải chú ý dung lượng sẽ phát triển trong vòng 10 -15 năm tới cũng như dung

lượng cần thiết ở hiện tại. việc dự đoán này dựa vào một số đặc điểm sau:
•
•
•
•

Dựa vào đặc điểm phát triển dân số.
Đặc điểm vùng ( thành phố, nông thôn…)
Tỷ lệ phát trển các hoạt động kinh tế.
Tốc độ cải thiện điều kiện sống trong tương lai.

Hệ thống được thiết kế để cho phép có thể mở rộng thêm trong tương lai.
Tuy nhiên ở các nước đang phát triển (như ở nước ta) thường khó dự đoán
chính xác dung lượng cần thiết trong khoảng thời gian dài. Do đó, không nên lắp đặt
13


Chương II: Lý thuyết thiết kế tuyến vi ba số

các hệ thống có dung lượng quá lớn. Ta có thể sử dụng hệ thống có dung lượng nhỏ ở
giai đoạn đầu tiên sau đó có thể thay bởi 1 hệ thông có dung lượng lớn hơn.

2.3 Chọn băng tần số vô tuyến sử dụng, sự sắp xếp các kênh RF
2.3.1 Chọn băng tần số vô tuyến sử dụng.
Đối với các ứng dụng của kỹ thuật Viba, băng tần hoạt động 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. Luật vô tuyến mô tả luật cấm dải tần từ
800MHz - 6425MHz và 7900MHz - 8100MHz 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
300x10-6 cho máy phát có công suất dưới 100W và 100x10 -6 cho máy phát có công
suất trên 100W.
Hiện nay tần 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.

14


Chương II: Lý thuyết thiết kế tuyến vi ba số

Bảng 2.1. Các băng tần số cấp phát của FCC cho các hệ thống vi ba số
Băng tần

Băng

thông

cho Dung lượng cực tiểu của các kênh

phép ( MHZ)

thoại 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

( MHz)

2.3.2 Sự sắp xếp các kênh vô tuyến
Việc sắp xếp các kênh vô tuyến là việc rất quan trọng trong khi thiết kế hệ thống,
đặc biệt là hệ thống vô tuyến chuyển tiếp. Tín hiệu vô tuyến tại ngõ vào và ra của trạm
lặp thay đổi từ 60 – 80dB nên nếu ta sử dụng cùng một tần số vô tuyến giữa hai ngõ
thì sẽ gây hiện tượng dao động do phản hồi. Trong viba chuyển tiếp, ta thường sử
dụng kế hoạch hai tần số hoặc kế hoạch bốn tần số để tránh hiện tượng trên.
Trên thực tế, kế hoạch bốn tần số ít được sử dụng rộng rãi vì lý do kinh tế. Nó cần
hai tần số cho một kênh vô tuyến. Thông thường, bốn anten sử dụng cho một trạm lắp
đặt (kể cả với kế hoạch hai tần số, các anten này cũng có thể sử dụng cho hai hoặc
nhiều hơn các kênh vô tuyến song công trên cùng một đường.

15


Chương II: Lý thuyết thiết kế tuyến vi ba số

Kế hoạch 4 tần số đòi hỏi tỷ lệ trước sau (front to back) của mẫu bức xạ anten (vì
mỗi anten hoạt động ở một tần số khác nhau.
•

Sự sắp xếp các kênh vô tuyến
Bảng sau liệt kê sự sắp xếp các kênh vô tuyến theo khuyến nghị của CCIR cho hệ

vô tuyến chuyển tiếp quốc tế
Bảng 2.2: Sự sắp xếp các kênh vô tuyến theo khuyến nghị của CCIR
CCIR Rec

Số kênh thoại tối đa Tần số trung tâm Độ rộng băng RF
cho 1 kênh RF

(MHz)

16

(MHz)


Chương II: Lý thuyết thiết kế tuyến vi ba số

238 - 1

60/120

1808,2000,2203

200

385

60/120/300

7575

300

1903,2101,4003

400

1800

6475

500

960/2700

6770

680

300/960

8350

300

960

1120

1000

279 - 1, 382 - 300/1800
1
383 - 1
384 - 1
386 - 1
387

Các hệ thống phụ đòi hỏi để các kênh phục vụ có thể kết hợp trong cùng một băng
tần vô tuyến như là một hệ thống chính. Nếu có được điều kiện thuận lợi này thì các
anten có thể sử dụng chung cho cả 2 hệ thống.
Đối với các hệ thống viba điểm – điểm, do không có cấu hình trạm lặp nên sự sắp
xếp các kênh vô tuyến sẽ 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 tới hệ thống
Việc thiết kế một hệ thống viba mới không gây nhiễu cho các hệ thống đang tồn

tại và không bị ảnh hưởng ngược lại bởi các hệ thống này.

2.4 Tìm trạm trên bản đồ và khảo sát vị trí
2.4.1 Xác định tuyến trên bản đồ và khảo sát vị trí đặt trạm
Việc tìm vị trí đặt trạm sao cho phù hợp về mặt kỹ thuật và tiệm lợi cho việc xây
dựng.
Để xã đinh vị trí đặt trạm ta cần có:

•

Bản đồ tự nhiên cho biết độ cao so với mực nước biển của vùng có tuyến đi

qua.
• Sự phân bố dân cư của vùng đang khảo sát.
17


Chương II: Lý thuyết thiết kế tuyến vi ba số
•
•

Xác định những đồi núi , mô đất, tòa nhà cao tầng trong khu vực tuyến.
Chọn trong các vị trí vừa xác định ở trên, một vị trí thích hợp để đặt tháp

anten.
• Vị trí dặt trạm có độ cao đáng kể(có thể không phải là cao nhất), gần trung
tâm giao dịch để thuận tiện cho việc kéo feeder.
2.4.2 Tạo nên các bản vẽ mặt cắt nghiêng của tuyến.
Từ những yêu cầu thực tế của tuyến viba bao gồm: vị trí, khoảng cách trạm, dung
lượng truyền dẫn, địa hình tuyến đi qua… ta tiến hành đánh dấu hai đầu cuối của trạm
trên bản đồ của Sở đo đặc để xác định chính xác kinh độ, vĩ độ của mỗi trạm. Các
thông số tọa độ này được sử dụng để điều chỉnh các anten ở mỗi trạm trong giai đoạn
lắp đặt thiết bị.

Hình 2.4.2 : Mặt cắt nghiêng 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 k=4/3.
Phương trình sau cho ta xác định chỗ lồi của mặt đất:

E = (4/51)d1d2/k [m]
K là hệ số bán kính trái đất.
D1,d2[km] lần lượt là khoảng cách từ trạm A và trạm B đén điểm đang xét độ
lồi của mặt đất.

18


Chương II: Lý thuyết thiết kế tuyến vi ba số

Như vậy trên mặt cắt nghiêng này thể hiện được bề mặt của địa hình. Ngoài ra nó
cũng biểu diễn được cả độ cao của cây cối và các vật chắn trên đường truyền nối 2
trạm A và B chảng hạn như các gò, đồi, các nhà cao tầng…Đối với khoảng cách
truyền dẫn dài, độ cong của mặt đất lớn thì cần phải tính đến độ nâng vị trí của trạm.

2.5 Dựng mặt cắt đường truyền và tính các thông số liên quan
2.5.1 Dụng mặt cắt đường truyền cho từng tuyến
Vẽ mặt cắt đường truyền cho tùng tuyến
•

Kết nối hai trạm của từng tuyến, ta có các giao điểm với các đường đồng

mức.
• Dựa vào độ cao của các đường đồng mức và tỷ lệ bản đồ, ta xác định độ cao
và khoảng cách của từng điểm.
• Nối các giao điểm với nhau, ta được mặt cắt địa hình.

Hình 2.5.1: Vẽ mặt cắt đường truyền cho từng tuyến
2.5.2 Tính khoảng cách tia truyền phía trên vật chắn
Sau khi chọn được tần số làm việc cho tuyến, ta tính miền fressnel thứ nhất. Đó là

miền có dạng hình elip từ anten phát tới anten thu, là môi trường vây quanh tia truyền
thẳng. Đường biên của miền Fresnel thứ nhất tạo nên quỹ đạo sao cho bất kỳ tín iệu
nào đến anten thu qua đường này sẽ dài hơn so với đường trực tếp 1 nửa bước sóng
19


Chương II: Lý thuyết thiết kế tuyến vi ba số

của tần số sóng mang. Miền bên trong của miền elip thứ nhất gọ là miền Fresnel thứ
nhất. Nếu trong miền này có tòn tại vật cản thì sóng phản xạ sẽ làn suy giảm sóng
trực tiếp., mức độ suy giảm sẽ tùy thuộc biên độ sóng phản xạ. Bán kính miền fresnel
thứ nhất tính theo công thức sau:

F1=

d1 d 2
λ
d

d1d 2
df

= 17,32

[m]

D1,d2 lần lượt là khaongr 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

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. Trong
hình dưới chỉ ra mô hình vật chắn trên đường truyền dẫn, trong đó F 1 là bán kính
miền frsnel thứ nhất, F là khoảng hở thực: là khoảng cách giữa tia trực tiếp và vật
chắn hình nêm tại điểm tính toán miền Fresnel thứ nhất.
Theo các têu chuẩn thiết kế về khoảng hơt đườn truyền được khuyến nghị thì độ
cao tối thiểu của anten đảm bảo sao cho tín hiệu không bị nhiễu xạ bởi vật cahwns
nằm trong miền fressnel thứ nhất là F=0,6 F1

20


Chương II: Lý thuyết thiết kế tuyến vi ba số

Hình 2.5.2 :Mặt cắt nghiêng đường truyền và miền Fresnel thứ nhất

2.6 Xác định độ cao anten
Có 2 loại tháp anten là: tháp tự đỡ và tháp dây néo.
Để tính được độ cao ủa tháp anten thì ta phả xác định được đo cao của tia vô tuyến
truyền giữa hai trạm. tren cơ sở độ cao của tia đã có để tính độ cao tối thiểu của tháp
anten để thu được tín hiệu.
Việc tính toán độ cao của tia vô tuyến cũng phải dùng đến sơ đồ mặt cắt nghiêng
đường nói hai trạm, trong đó có xét đến dộ cao của vật chắn (O), đọ cao của cây cối
(T) giữa tuyến và bán kính của miền Fresnel thứ nhất(F 1). Biểu thức xá định độ cao
của tia vô tuyến như sau:

B = E + (O + T) + C.F1 =

 4 d1d 2 




 51
k

+ (O +T) + C.F1 [m]

Với C=1
Thông thường độ cao của tia B được tính toán tại điểm có vật chắn cao nhất nằm
giữa tuyến.

21


Chương II: Lý thuyết thiết kế tuyến vi ba số

Hình 2.6.1 : Xác định độ cao tia B để làm hở 1 vật chắn
Ở bước khảo sát định vị trí trạm, ta xác định được độ cao của hai vị trí đặt trạm so
với mặt nước biển tương ứng là h 1 h2. Hai thông số này kết hợp vớ độ cao B của tia
như đã tính ở trên sẽ tính được độ cao của cột anten còn lại khi biết trước độ cao của
một cột anten.
Ha1 = h2 + ha2 +[ B - (h2 + ha2)](d/d2) – h1 [m]
Ha2 = h1 + ha1 +[ B - (h1 + ha1)](d/d1) – h2 [m]
ha2, ha1 là độ cao của cột anen và d1, d2 [km] là khoảng cachstuwf mỗi trạm đến vị
trí dã tính toán độ cao của tia B.

Hình 2.6.2:Biểu đồ minh họa độ cao của một anten khi biết độ cao anten kia.

22

Chương II: Lý thuyết thiết kế tuyến vi ba số

Tuy nhiên như đã đề cập ở phần trước, để đảm bảo hệ thống hoạt động không
chịu ảnh hưởng của các yếu tố trong tương lai thì độ cao anten phải sử dụng
mootjkhoangr dự phòng, phụ thược vào người thiết kế.

2.7 Tính toán đường truyền
2.7.1 Các tổn hao
a) Tổn hao đường tuyền dẫn của không gian tự do
Loại tổn thất này đã được đề cập trong phần truyền sóng trong không gian. Nó
phụ thuộc vào tần số sóng mang và độ dài đường truyền và được tính bằng công thức
sau:
A0 = 92,5 + 20logf(GHz) + 20lgd(Km)
A0: là tổn thất đường truyền của không gian tự do (dB).
F: tần số trung tâm của sóng mang (GHz).
d: độ dài đường truyền (Km)

•
•
•

b) Tổn hao phi đơ
Đây là tổn hao thiết bị( ống dẫn sóng) để truyền dẫn sóng giữa anten 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.
c) Tổn hao rẽ nhánh
Tổn hao rẽ nhánh được coi là các tổn hao trong 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

thống song công chỉ sử dụng 1 anten cho các mục đích thu và phát hoặc vài hệ thống
nối đến 1 anten. Khoảng giá trị tổn hao rẽ nhánh thường là 2-8 dB.
d)Tổn hao các bộ phối hợp và các bộ đấu nối.
Chúng là tổn hao trong các chuyển tiếp ống dẫn sóng, các bộ phối hợp, hệ
thống nén ống dẫn sóng và phần feeder đi cùng các bộ nối. Chúng phụ thuộc vào
nhieuf yếu tố khác nhau như: cấu hình hệ thống, cách kết nối trạm, các loại ống dẫn
sóng và các loại đầu nối được sử dụng cho trạm.
•
•

Với các hệ thống phức tạp thì nó có giá trị từ 0,8 – 1 dB.
Với các hệ thống nhỏ thì nó có giá trị khoảng 0,5- 0,7 dB.

e)Tổn hao của bộ suy hao hoặc các vật chắn.

23


Chương II: Lý thuyết thiết kế tuyến vi ba số

Tổn hao của bộ suy hao: tổn hao naỳ chỉ xuật hiện khi có bộ suy hao trong hệ
thống các bộ suy hao được sử dụng trong các trườn hợp như là: công suất phát ra quá
lớn có thể gây giao thoa cho các tuyến lân cận hoặc vệ tinh lúc này bộ suy hao được
sử dụng đẻ giảm công suất phát từ anten, khi mức tín hiệu ra vào ở các bộ phạn trong
trạm không haonf toàn phù hợp với nhau gây ra méo dạng tín hiệu ngõ ra. Do đó,cần
giảm các tín hiệu sao cho phù hợp bằng cách sử dụng bộ suy hao
Tổn thất do vật chắn: nó xuất hiện khi tuyến thiết kế không thỏa mãn tầm nhìn
thẳng hay các vật chắn cắt miền Fresnel thứ nhất.
f) Tổn hao do hấp thụ khí quyển
Thường thì hấp thụ của khí quyển nên không gin co một tổn hao đặc trưng a

dB/Km. Nên khi tính toán cho 1 đường truyền cụ thể dài d Km thì tổn hao này sẽ bằng
a*d dB. Loại tổn hao này tăng theo tần số và có nhiều đột biến bất thường khi tần số
thay đổi.
Phương trình cân bằng công suất trong tính toán đường truyền:
Pr = Pt + G + At [dB]
Tr0ng đó: Pt là công suất phát
At là tổng tổn hao
G là độ lợi
Pr là công suất tại đầu vào máy thu. Nó là tham số quan trọng nhất 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 ngưỡng thu của máy thu.
2.7.2 Độ lợi
a) Độ lợi của anten
Độ lợi của anten là công suất bức xạ theo một hướng so với công suất bức xạ
theo một hướng bất kỳ bằng anten đẳng hướng.
Độ lợi của anten phụ thuộc vào hình dạng và kích thước của anten.
Đây là tổng các độ lợi của anten ở mối môt đầu cuối của tuyến. Độ lợ của anten
phụ thuộc vào đường kính của anten, tần số làm việc, góc mở hiệu dụng của anten và
được biểu diễn bằng công thức:
λ
G= 20lgD – 20lg + 10lg n + 9,943 dB
24


Chương II: Lý thuyết thiết kế tuyến vi ba số

Trong đó : D là đường kính đĩa anten(m)
λ

là bước sóng ở tần số trung tâm (m)

n là góc mở hiệu dụng của anten
b) Độ lợi máy phát
Đây là công suất đầu ra của chính máy phát không phải sau bất kỳ một mạch
lọc rẽ nhánh hay bộ lọc nào. Nó được đo bẳng dB.
c) Tổng tổn hao
Đây là tỉ số cung cấp ở đầu ra của máy phát trước các mạch rẽ nhánh và công
suất đưa lên máy thu tương ứng sau các mạch rẽ nhánh, trong diều kiện lan truyền và
các hoạt động của hệ thống thực. Nó là hiệu dB của các tổn hao trừ đi tổng các độ lợi
của anten và được kí hiệu là A1.
d)Mức đầu vào của máy thu
Nó bằng công suất đưa ra máy phát Pt trừ đi tổng tiêu hao A1 đã tính được biểu
diễn bẳng công thức sau:
Pr = Pt – A1 (dBm)
f)Các ngưỡng thu được
Rxa và Rxb là hai giá trị mức ngưỡng thu. Thực tế nó tương ứng với các tỉ lệ lỗi
bit 10-3 và 10-6 tương ứng. Mức ngưỡng 10-3 đưa vào máy tính toán độ suy giảm lý
thuyết, tỉ số sóng mang trên tạp âm để tạo ra một lượng giao thoa giữa các ký hiệu
không thể chấp nhận và mức 10-6 được đưa vào tính toán độ suy giảm tỉ số C/N để tạo
ra mục tiêu các khúc suy giảm chất lượng.
2.7.3 Tính toán các tham số chất lượng tuyến.
Vì chất lượng đường truyền được đánh giá dựa trên tye số BER, các tỷ số BER
khác nhau sẽ cho một mức ngưỡng tương ứng và cũng có đọ dự trữ fading khác nhau.
Các tỷ số BER thường được sửu dụng trong viba số là 10 -3 và 10-6 tương ứng với hai
mức ngưỡng Rxa và Rxb.
Độ dự trữ fading
Ứng với Rxa và Rxb là FMa và FMb được tính theo công thức:
FMa= Pr – Rxa với BER = 10-3
FMb = Pr – RXb với BER = 10-6
25