31
Chơng 3
thiết kế tuyến vi ba
3.1 Qui định chung
Việc thiết kế tuyến thông tin nói chung và tuyến vi ba số nói riêng đợc tiến hành
trên cơ sở:
+ Dự án báo cáo khả thi đã đợc các cấp có thẩm quyền phê duyệt.
+ Hồ sơ khảo sát, thuyết minh chính xác về nội dung xây lắp, các số liệu tiêu chuẩn cần
đạt đợc.
+ Các văn bản thủ tục hành chính của cơ quan trong và ngoài ngành liên quan đến địa
điểm, mặt bằng xây dựng trạm.
+ Các tiêu chuẩn, qui trình, qui phạm xây dựng của nhà nớc và của ngành
+ Các định mức và dự toán có liên quan để áp dụng trong thiết kế.
+ Hồ sơ tài liệu thu thập đợc trong quá trình khảo sát và đo đạc
Việc thiết kế cần phải đảm bảo đúng tiêu chuẩn, qui trình, qui phạm của nhà nớc
ban hành, nh:
+ Đăng ký tần số làm việc của thiết bị với Cục tần số vô tuyến điện Quốc gia.
+ An toàn về phòng chống thiên tai, bão lụt.
+ An toàn khi có giông sét, đảm bảo chất lợng của các hệ thống chống sét, tiếp địa
cho thiết bị và tháp anten theo qui phạm của ngành
3.1.2 Nội dung thiết kế
3.1.2.1 Phần thuyết minh
Thuyết minh tổng quan về cơ sở lập thiết kế kỹ thuật và các bản vẽ , tóm tắt các nội
dung thiết kế đợc chọn, đề ra các phơng án thiết kế, nêu các thông số và chỉ tiêu đạt
đợc của công trình theo phơng án đã chọn.
3.1.2.2 Phần bản vẽ
Đa ra các bản đồ tổng thể các vị trí của 2 trạm tỉ lệ 1/250.000 hoặc 1/500.000 tuỳ
theo yêu cầu cấp chính xác cần cho trớc và các bản vẽ tuyến cần thể hiện. Các bản vẽ

32

đoạn lắp đặt thiết bị. Ký hiệu trên bản đồ : trạm A là trạm thứ nhất và trạm B là trạm
thứ hai. Sau đó vẽ một mặt cắt nghiêng của đờng truyền. Hình dung mặt cắt này nh
một con dao cắt rời quả đất dọc theo hớng của tia vô tuyến. Hình 3.1 thể hiện mặt cắt
đờng truyền giữa hai trạm A và B.

33

Mặc dù mặt đất có độ cong nhng để đơn giản trong tính toán ngời ta thờng vẽ mặt
cắt nghiêng ứng với hệ số bán kính hiệu dụng của trái đất là k = 4/3.
Phơng trình sau cho ta xác định chỗ lồi của mặt đất:
h=
1000
kr2
dd
.1
21
(3.1)
r
1
là bán kính quả đất 6370 [km]
h = (4/51)d

Hình 3.1 mặt cắt đờn
g
tru
y
ền
g
iữa hai trạm A và B.
d
2
d
1

34
anten nh thế nào cho hợp lý . Khi sử dụng các thiết bị thì giá trị các tiêu chuẩn đợc
chọn theo khuyến nghị của CCIR .

3.5 Vẽ mặt cắt đờng truyền và tính các thông số liên quan
3.5.1 Tính khoảng cách tia truyền phía trên vật chắn
Sau khi đã chọn đợc tần số làm việc cho tuyến, ta tính miền Fresnel thứ nhất. Đó
là miền có dạng hình elip từ anten phát đến anten thu; là một môi trờng vây quanh tia
truyền thẳng. Đờng biên của miền Fresnel thứ nhất tạo nên quỹ tích sao cho bất kỳ tín
hiệu nào đi đến anten thu qua đờng này sẽ dài hơn so với đờng trực tiếp một nửa
bớc sóng (/2) của tần số sóng mang. Miền bên trong của elip thứ nhất này gọi là
miền Fresnel thứ nhất. Nếu tồn tại một vật cản ở rìa của miền Fresnel thứ nhất thì sóng
phản xạ sẽ làm suy giảm sóng trực tiếp, mức độ suy giảm tuỳ thuộc biên độ của sóng
phản xạ. Do đó việc tính toán đối với miền Fresnel thứ nhất đòi hỏi có tính chính xác
để việc thông tin giữa hai trạm không bị ảnh hởng đáng kể bởi sóng phản xạ này. Bán
kính của miền Fresnel thứ nhất (F1) đợc xác định theo công thức sau:
F
1

là bán kính miền
Fresnel thứ nhất, F là khoảng hở thực; là khoảng cách giữa tia trực tiếp và một vật chắn
hình nêm tại điểm tính toán miền Fresnel thứ nhất.
35 Theo các chỉ tiêu thiết kế về khoảng hở đờng truyền đợc khuyến nghị thì độ cao
tối thiểu của anten đảm bảo sao cho tín hiệu không bị nhiễu xạ bởi vật chắn nằm trong
miền Fresnel thứ nhất là F = 0,577F
1
. Nghĩa là đờng trực tiếp giữa máy thu và máy
phát cần một khoảng hở trên mặt đất hoặc trên một vật chắn bất kỳ ít nhất là vào
khoảng 60% bán kính miền Fresnel thứ nhất để đạt đợc các điều kiện truyền lan trong
không gian tự do.
3.5.2 Tính chọn chiều cao của tháp anten
Để tính độ cao của tháp anten thì trớc tiên phải xác định đợc độ cao của tia vô
tuyến truyền giữa hai trạm. Trên cơ sở của độ cao tia đã có để tính độ cao tối thiểu của
tháp anten để thu đợc tín hiệu.

,d
2
, f đợc dùng nh trong công thức (3.2)
Traỷm A
d
Traỷm B
F
ha
1
ha
2
Hình 3.2 Mặt cắt n
g
hiên
g
đờn
g
tru
y
ền và miền Fresnel thứ nhấ
t
ổồỡng trổỷc tióỳp
ọỹ lọửi mỷt õỏỳ
t

d
2
d
1
Khoaớng caùch

ha
1
= h
2
+ ha
2
+ [B - (h
2
+ ha
2
)](d/d
2
) - h
1
[m] (3.5)
ha
2
= h
1
+ ha
1
+ [B - (h
1
+ ha
1
)](d/d
1
) - h
2
[m]
Tuy nhiên nh đã đề cập ở phần trớc, để đảm bảo cho hệ thống hoạt động không
chịu ảnh hởng của các yếu tố trong tơng lai thì độ cao an ten phải sử dụng một
khoảng dự phòng, phụ thuộc vào ngời thiết kế. Khi đó các độ cao của các an ten thực
tế phải là har
1
, har
2
do đã đợc cộng với một lợng độ cao dự phòng là Ph
1
hoặc Ph
2
nh sau:
har
1
= ha
1
+ Ph
1
[m] (3.6)

1
B

Traỷm B Traỷm A
h
2
+ ha
2
d
1
d
2
B1
d
ha
1
B


38
Do tác động của pha đinh phẵng mức tín hiệu thu đợc có thể bị sụt đi so với mức
tín hiệu thu không bị pha đinh, trớc khi hệ thống còn làm việc đúng. Nh vậy tác động
của pha đinh là làm thay đổi mức ngỡng thu của máy thu. Do đó khi bị ảnh hởng của
pha dinh phẳng máy thu có thể nhận đợc tín hiệu rất yếu từ đờng truyền và có thể
làm gián đoạn thông tin nếu trờng hợp pha đinh mạnh. Việc tính toán một lợng pha
đinh dự trữ là cần thiết cho đờng truyền vô tuyến.
Độ dự trữ pha đinh phẳng Fm (dB) liên quan đến mức tín hiệu thu đợc không pha
dinh Wo (dB) và mức tín hiệu thu đợc thực tế thấp W(dBm) trớc lúc hệ thống không
còn hoạt động tính theo biểu thức:
Fm = 10 lg(w

= 20lg


d4
= 20lg
c
df

4
, (
f
c
=

), (3.9)
A
0
= 92,5 + 20lg (f) + 20 lg (d) [dB] (3.10)
Với f: là tần số sóng mang tính bằng [GHz]. d: độ dài tuyến [km]
+Tổn hao phi đơ:
Đây là tổn hao thiết bị (ống dẫn sóng) để truyền dẫn sóng giữa an ten và máy phát/
máy thu. Khi tính toán suy hao này thì phải căn cứ vào mức suy hao chuẩn đợc cho
trớc bởi nhà cung cấp thiết bị. Chẳng hạn với phi đơ sử dụng loại WC 109 có mức tiêu
hao chuẩn là 4,5dB/ 100m và cộng với 0,3dB suy hao của vòng tròn để chuyển tiếp ống
dẫn sóng thì tổn hao phi đơ máy phát (LTxat) và máy thu (LRxat) đợc tính nh sau:
LTxat = 1,5har
1
. 0,045 + 0,3 [dB] (3.11)
LRxat = 1,5har
2

Pr: Công suất tại đầu vào máy thu.
Pr là tham số quan trọng khi thiết kế đờng truyền vi ba, tham số này là một chỉ tiêu
quyết định xem tuyến có hoạt động đợc hay không khi đem so sánh nó với mức
ngỡng thu của máy thu.
3.7 Tính toán các tham số chất lợng của tuyến
Vì chất lợng đờng truyền đợc đánh giá dựa trên tỷ số BER; các tỷ số BER khác
nhau sẽ cho một mức ngỡng tơng ứng và cũng có độ dự trữ pha đinh khác nhau. Các
tỷ số BER thờng đợc sử dụng trong vi ba số là: BER = 10
-3
và BER = 10
-6
tơng ứng
với hai mức ngỡng RX
a
và RX
b
.
1. Độ dự trữ pha đinh ứng với RX
a
và RX
b
là FM
a
và FM
b
đợc tính theo biểu thức:
FM
a
= Pr - RX
a

.
Gọi P
a
; P
b
là xác suất đạt tới các giá trị ngỡng thu tơng ứng RX
a
và RX
b
đợc tính
nh sau:

a
P =
10
FM
a
10

(3.17)

=
b
P
10
FM
b
10



fCT
a
FM
a







=
(3.18)
2
2
10
.
2
10


fCT
b
FM
b






= 0, 548ln(10/T
b
)
Với erfc(t) = 1- erf(t)
Trong đó: erf(t) =
dte
t
t


0
2
2

là hàm sai số.
6. Xác suất BER vợt 10
-3

Xác suất BER vợt 10
-3
thể hiện sự gián đoạn thông tin nhng trong thời gian không
quá 10s.
Xác suất (BER 10
-3
) : xác suất (BER 10
-3
) = P
0
. P
a

10
-6
xác suất này đợc tính dựa theo xác suất P
0
và P
b
Xác suất (BER 10
-6
): Xác suất (BER 10
-6
)= P
0
. P
b
=
10
FM
0
b
10.P

(3.23)

42
9.Xác suất mạch có BER

10
-6
trong hơn 60s do pha dinh phẳng
Xác suất mạch có BER 10


Mục đích các tính toán chỉ tiêu chất lợng là nhằm xác định xác suất vợt các chỉ
tiêu BER, bằng cách sử dụng các giá trị của các xác suất tìm ra trong các tính toán
đờng truyền.
Các mục tiêu tỉ lệ lỗi bit BER đợc sử dụng sao cho BER không đợc lớn hơn các
giá trị sau:
+1.10
-6
trong hơn 0,4.d / 2500 % của tháng bất kỳ đối với thời gian hợp thành 1
phút, với 280km < d < 2500km.
+1.10
-6
trong hơn 0,045 % của tháng bất kỳ đối với thời gian hợp thành 1 phút,
với d < 280km.

43
+1.10
-3
trong hơn 0,054.d / 2500 % của tháng bất kỳ đối với thời gian hợp
thành 1 giây, với 280km < d < 2500km.
+1.10
-3
trong hơn 0,006 % của tháng bất kỳ đối với thời gian hợp thành 1 giây,
với d < 280km.
Các mục tiêu đặc trng
+Các phút suy giảm chất lợng: là khoảng thời gian 1 phút trong đó BER trung
bình xấu hơn 10
-6
, nghĩa là trong 1 phút này đã xuất hiện ít nhất 5 lỗi (giả sử 64Kbps).
+Các giây lỗi nghiêm trọng: là khoảng thời gian 1 giây, trong đó BER trung

hiện nay đòi hỏi phải đủ kênh thông tin cho truyền số liệu SCADA và các kênh thoại
cũng nh các kênh trung kế để nối liên tổng đài, ngoài ra cũng phải tính đến hệ thống
mở cho tơng lai sau này. Chọn phơng án tính toán tuyến vi ba giữa trạm biến áp
110Kv Thăng bình và trạm 110Kv Điện ngọc về Trung tâm Điều độ hệ thống điện
Miền trung (đã đợc xây lắp trong năm 2002)
Phạm vi tính toán: Với thiết bị vi ba đã có: Dùng loại MINI-LINK (của hãng
ERICSSON)
Đặc tính kỹ thuật của thiết bị
Tần số 7GHz
Công suất phát +28dBm
Ngỡng thu BER 10
-3
-91dBm
Ngỡng thu BER 10
-6
-87dBm
Anten 2,4m G
dB
= 42,5dB
ống dẫn sóng WC 42 0,1dB/m
Dung lợng 2*2Mb/s:
Mô tả tuyến:
Tuyến thông tin vi ba giữa Trung tâm Điều độ HTĐ Miền trung đã có trớc, do vậy
tuyến thông tin cho trạm biến áp 110Kv Thăng bình đợc thiết kế sử dụng kênh 2w cho
thoại, 4w E&M, và kênh data V28 để truyền tín hiệu SCADA/EMS về Trung tâm Điều
độ HTĐ Miền trung. Các thông số đợc xác định trên bản đồ quân sự tỷ lệ: 1/50.000,
có cự ly tuyến là 28km . Trên đờng truyền sóng qua địa hình bằng phẳng không có vật
chắn hình nêm. Tọa độ, độ cao của 2 trạm so với mực nớc biển đợc xác định bằng
máy thu định vị GPS
3.10. Thông số tuyến

108
0
21

02

Độ cao mặt đất (so với nớc biển) 5m 12m
Độ cao anten 30m Cần tính toán
Độ cao cây cối 7m 12m
3.11 Tính độ cao tháp anten khi có độ cao của anten kia
áp dụng công thức (3.4) tính độ cao của tia vô tuyến B
B = E(k) + (O + T) + C.F
1

B= (4/51)d
1
d
2
/k + (O + T) + 17,32[d
1
d
2
)/df]
1/2
[m] (3.26)
= 11,49 + 11+ 17,32 =39,81 m
ha

Khoảng
cách
(km)
0
1
2

15
5
30
40
35
25
45
Độ cao
tự nhiên
(m)
3
3
3
3
5
3
3
3
6
3
5
5
3
7
6
5
4
3
6
4

8
8
7
6
8
7
7
6
8
7
6
Mặt cắt tuyến VI BA: Điện Ngọc Thăng Bình
Điện Ngọc
Độ cao tự nhiên: 3mét
Độ cao an ten: 30 mét
Khoảng cách tuyến: 28km ; K=1,33
Tần số :7000Mhz ; Khoảng: 0,36
Thăng Bình
Độ cao tự nhiên: 6mét
Độ cao an ten: 35 mét

47
3.13 Tính tổn hao của đờng truyền
a/ Tính tổn hao đờng truyền không gian tự do
áp dụng công thức
A
0
= 92,5 + 20lg7 + 20lg 28 =138,5dB
b/ Tổn hao phi đơ
Tra bảng suy hao 0,1dB/m ở f=7GHz

r
= P
t
- A
1
=28 - 73 = - 45dBm
h/ Các mức ngỡng máy thu
L < 280km; BER

10
-3
0, 006% tháng bất kỳ
Giá trị của độ dự trữ phading phẵng
FM
a
= Pr - RX
a
= -45-(-91) = 46dB Với BER = 10
-3

FM
b
= Pr - RX
b
= -45-(-87)= 42dB Với BER = 10
-648
i/ Xác suất pha dinh phẵng nhiều tia

=630, 95. 10
-7
l/ Khoảng thời gian pha đinh:

2
2
10
2
10


fCT
a
FM
a







=

2
2
10
2
10









4,7610.7.28.6,56T
10
42.5,0
5,0
b
==









m/ Xác suất pha đinh phẳng dài hơn 10s:
P(T
a
10) = P
(10)
= 0,5 [1 - erf(Z
a
)] = 0,5 erfc (Z

2

, dùng phơng pháp tính gần đúng

2
t
e

1+(-t
2
) +
!
)1(
!3
)(
!2
)(
23222
n
ttt
n
n
++

+


erfc(t)



= P
o
*P
a
= 11,38 10
-3
*251,19.10
-7
= 2,858*10
-7
o/ Xác suất mạch không thể sử dụng do pha đinh phẵng P
u
:
P
u
= P
o
.P
a
.P
(10)
= 2,858*10
-7
*0.27133 = 0,77546*10
-749
p/ Khả năng sử dụng tuyến:
Khả năng sử dụng tuyến% A
Mô tả tuyến: Trạm A Trạm B
Số loại thiết bị: Mini Link E
Tên trạm Trạm 110kV Điện Nam Trạm 110kV Thăng Bình
Tần số: (MHz) 7157,75 7210,25
Tần số trung tâm 7GHz
Dung lợng kênh: (2 x 2) Mb/s
Loại điều chế máy phát: 4QAM
Tham khảo bản đồ đo đạc: 1/50000 (cục bản đồ quân đội )
Vĩ độ 15
0
5600 15
0
4314
Kinh độ: 108
0
1530 108
0
2102
Độ dài của đờng truyền dẫn: 28km
Độ cao của an ten: 30mét 35mét
Độ cao an ten phân tập: 0 0
Độ cao so với mực nớc biển 5mét 12mét


Kết Luận
Qua tính toán các thông số trên cho ta kết luận với cự ly tuyến từ Trạm 110Kv Điện
ngọc đến Trạm 110Kv Thăng bình cũng nh độ cao anten ở hai trạm, với thiết bị vi ba
số Minilink Microwave có các đặt tính kỹ thuật nh đã nêu ở trên cùng kết quả tính
toán đờng truyền :
Độ dự trữ pha dinh 46dB với BER 10
-3
, 42dB với BER 10
-6

Độ sử dụng tuyến 99, 9999% .
Với các thông số trên ta không cần sử dụng phân tập cho tuyến, tuyến hoạt động tốt

Các tổn hao: Trạm A Trạm B

b
P
b
=
10
42
10

= 630,95. 10
-7
Khoảng thời gian pha dinh T
a
s 2,99
Khoảng thời gian pha dinhT
b
s 4,76
Xác suất fdg > 10s P(10) 0,27133
Xác suất fdg > 60s P(60) 0,05835
Xác suất BER vợt 10
-3
2,858.10
-7

Xác suất để mạch trở nên không dùng đợc 0,000000077546
Độ sử dụng của tuyến % 99,99992245
Xác suất BER >10
-6
7,18 10
-3



Bắt đầu
Nhập các thông số cần thiết: tần số,
độ cao anten, khoảng cách giữa 2
trạm, độ cao so với mực nớc biển,
độ cao vật chắn, khoảng hở cho phép
Tính toán khoảng hở nhỏ nhấ
t
(Cl
min
)
So sánh với khoảng
hở cho phép:
Cl
min
> Cl
cho phép

Vẽ đồ thị mặt cắ
t
Kết Thúc

Sai
Đúng