Bài giảng Chương 5: Phân tích, Đánh giá chất lượng đường truyền dẫn số

TS.Võ Trường Sơn Bài giảng môn Truyền dẫn vô tuyến số 1 CHƯƠNG 5 Phân tích, ñánh giá chất lượng ñường truyền dẫn số (5 tiết LT + 1 tiết BT) TS.Võ Trường Sơn Bài giảng môn Truyền dẫn vô tuyến số 2 Nội dung chương 5 (5 tiết) 1Tính toán quỹ ñường truyền5.5 2 Phân tích quỹ ñường truyền dẫn vô tuyến số5.4 1 Công suất tín hiệu thu và tạp âm 5.3 0.5 Phân tích, ñánh giá tính khả dụng của hệ thống5.2 0.5 Các chỉ tiêu ñặc trưng ñối với hệ thống truyền dẫn số5.1 TS.Võ Trường Sơn Bài giảng môn Truyền dẫn vô tuyến số 3 Nội dung chương 5 (5 tiết) 1Tính toán quỹ ñường truyền5.5 2 Phân tích quỹ ñường truyền dẫn vô tuyến số5.4 1 Công suất tín hiệu thu và tạp âm 5.3 0.5 Phân tích, ñánh giá tính khả dụng của hệ thống5.2 0.5 Các chỉ tiêu ñặc trưng ñối với hệ thống truyền dẫn số5.1 TS.Võ Trường Sơn Bài giảng môn Truyền dẫn vô tuyến số 4 Các chỉ tiêu ñặc trưng
Tốc ñộ bit: số lượng bit phát ñi trong một giây
ðơn vị ño: bit/s, kbit/s, Mbit/s, Gbit/s, Tbit/s
Tính hiệu số ñược sử dụng trong các mạng thông tin số TS.Võ Trường Sơn Bài giảng môn Truyền dẫn vô tuyến số 5 Các chỉ tiêu ñặc trưng
Tỷ lệ lỗi bit (BER): số bit lỗi trên tổng số bit truyền
PDH:
BER <= 10^-6: chất lượng truyền bình thường
10^-6 < BER <= 10^-3: chất lượng giảm sút (cảnh báo vàng)
10^-3 < BER : chất lượng truyền rất xấu (cảnh báo ñỏ)
SDH:
BER <= 10^-9: chất lượng truyền bình thường
10^-9 < BER <= 10^-6: chất lượng giảm sút (cảnh báo vàng)
10^-6 <= BER : chất lượng truyền rất xấu (cảnh báo ñỏ) TS.Võ Trường Sơn Bài giảng môn Truyền dẫn vô tuyến số 6 Các chỉ tiêu ñặc trưng
Rung pha (Jitter):
Là sự ñiều chế pha không mong muốn của tín hiệu trong quá trình truyền dẫn số
Và là sự biến ñổi nhỏ các thời ñiểm có ý nghĩa của tín hiệu so với thời ñiểm lý tưởng
Khi rung pha xuất hiện, thời ñiểm chuyển mức tín hiệu số sẽ sớm hơn hoặc muộn hơn so với tín hiệu chuẩn
Rung pha do tín hiệu truyền có cự ly truyền khác nhau nên trễ khác nhau,
Lệch ñồng hồ giữa ñầu phát và thu
Lệch ñồng hồ giữa thiết bị SDH và luồng nhánh PDH TS.Võ Trường Sơn Bài giảng môn Truyền dẫn vô tuyến số 7 Các chỉ tiêu ñặc trưng: rung pha TS.Võ Trường Sơn Bài giảng môn Truyền dẫn vô tuyến số 8 Nội dung chương 5 (5 tiết) 1Tính toán quỹ ñường truyền5.5 2 Phân tích quỹ ñường truyền dẫn vô tuyến số5.4 1 Công suất tín hiệu thu và tạp âm 5.3 0.5 Phân tích, ñánh giá tính khả dụng của hệ thống5.2 0.5 Các chỉ tiêu ñặc trưng ñối với hệ thống truyền dẫn số5.1 TS.Võ Trường Sơn Bài giảng môn Truyền dẫn vô tuyến số 9 Tính khả dụng của hệ thống
ðộ khả dụng (availability) của hệ thống:
là khả năng thực hiện các chức năng yêu cầu tại thời ñiểm quy ñịnh
hoặc tại thời ñiểm bất kỳ trong khoảng thời gian quy ñịnh
với giả thiết là các ñiều kiện hoạt ñộng ñược ñáp ứng theo yêu cầu. TS.Võ Trường Sơn Bài giảng môn Truyền dẫn vô tuyến số 10 Tính khả dụng của hệ thống
ðộ khả dụng của một hệ thống là một thông số chất lượng,
Cho biết tỷ lệ phần trăm thời gian sẵn sàng làm việc của hệ thống (với các chỉ tiêu ñã thiết kế)
tính trên một khoảng thời gian quan trắc tiêu chuẩn.
Thực tế, ñộ khả dụng phụ thuộc vào tổ hợp của
ðộ tin cậy,
Hoạt ñộng bảo dưỡng
Hoạt ñộng hỗ trợ bảo dưỡng của thiết bị. TS.Võ Trường Sơn Bài giảng môn Truyền dẫn vô tuyến số 11 Tính khả dụng của hệ thống
Thí dụ, khi thiết kế một tuyến vi ba:
Người thiết kế sẽ phải tính toán ñộ khả dụng của hệ thống (dự tính theo một số phương pháp) bằng bao nhiêu,
Có ñạt tiêu chuẩn kỹ thuật ñề ra hay không
Thường là tiêu chuẩn quốc tế,
Ví dụ như tiêu chuẩn của ITU-R thường chỉ cho phép tổng thời gian gián ñoạn liên lạc của tuyến do pha-ñinh, ña ñường chọn lọc hay do mưa không quá 52 phút trên một năm. TS.Võ Trường Sơn Bài giảng môn Truyền dẫn vô tuyến số 12 Tính khả dụng của hệ thống
Một cách lý tưởng: tất cả các hệ thống ñều nên có ñộ khả dụng 100%
ðây là một ñiều không thể
Các nhà thiết kế ñều cố gắng ñể ñộ khả dụng là lớn nhất có thể. TS.Võ Trường Sơn Bài giảng môn Truyền dẫn vô tuyến số 13 Tính khả dụng của hệ thống 0.086 s2.6 s32 s0.000199.9999 0.86 s26 s5.3 m0.00199.999 8.6 s4.3 m53 m0.0199.99 1.44 m43 m8.8 h0.199.9 14.4 m7 h88 h199 29 m14 h175 h298 1.2 h36 h438 h595 2.4 h72 h876 h1090 4.8 h144 h1752 h2080 12 h360 h4380 h5050 24 h720 h8760 h1000 ngàyThángNăm Thời gian gián ñoạn trong mỗiThời gian gián ñoạn (%) ðộ khả dụng (%) TS.Võ Trường Sơn Bài giảng môn Truyền dẫn vô tuyến số 14 Tính khả dụng của hệ thống TS.Võ Trường Sơn Bài giảng môn Truyền dẫn vô tuyến số 15 Tính khả dụng của hệ thống
Có hai lý do chính làm mất tính khả dụng của hệ thống:
Lỗi do con người:
Gây ra trong quá trình bảo dưỡng
Do thiết kế, chế tạo thiết bị không phù hợp
Do hết tuổi thọ thiết bị
Lỗi bất khả kháng (không do con người):
Chủ yếu do sự thay ñổi ñiều kiện khí quyển
Do mở rộng, nâng cấp thiết bị, hệ thống
Thông thường, thời gian gián ñoạn thông tin do fading chiếm hơn 50% tổng thời gian gián ñoạn TS.Võ Trường Sơn Bài giảng môn Truyền dẫn vô tuyến số 16 Tính khả dụng của hệ thống
Lý do thứ ba: thiên tai
ðộng ñất
Hỏa hoạn
Khủng bố
Lý do này chiếm tỷ lệ rất nhỏ TS.Võ Trường Sơn Bài giảng môn Truyền dẫn vô tuyến số 17 Tính khả dụng của hệ thống
Quan tâm ñến ảnh hưởng của Fading:
Sự thay ñổi ñiều kiện khí quyển thường theo chu kỳ
ðộ sâu của fading nhiều ñường xuất hiện trên cơ sở thống kê
May mắn, Fading ñến 40 dB xuất hiện rất ít (chỉ 0.01%)
Không thể biết chính xác một hệ thống sẽ bị gián ñoạn bao nhiêu lần trong mỗi một tháng, năm
Tuy nhiên, có thể tính toán số lần trung bình từ thống kê TS.Võ Trường Sơn Bài giảng môn Truyền dẫn vô tuyến số 18 Tính khả dụng của hệ thống
Ở bảng trên: ñộ tin cậy 99% nghe có vẻ “hoành tráng”
Tuy nhiên: sẽ gây gián ñoạn thông tin 14.4 phút / ngày
Tùy thuộc vào các phân bố 14.4 phút trong 1 ngày
ðối với hệ thống số, một gián ñoạn có thể gây ngắt tất cả các cuộc gọi mất vài phút
cho ñến khi hệ thống Reset lại
ðiều này xảy ra khi xuất hiện fading sâu trong khoảng thời gian rất ngắn khoảng vài trăm ms TS.Võ Trường Sơn Bài giảng môn Truyền dẫn vô tuyến số 19 Tính khả dụng của hệ thống Ngắt chuyển mạch của tổng ñài 100 msKênh thoại Lỗi10 µsDữ liệu Lỗi1 msðiện báo (50 baud) Mất ñồng bộ100 µsVideo Ảnh hưởng nếu gián ñoạn vượt quá Tmax Thời gian gián ñoạn cực ñại có thể chấp nhận (Tmax) Loại lưu lượng Chỉ gián ñoạn 100ms cũng ñủ làm ngắt lưu lượng thoại TS.Võ Trường Sơn Bài giảng môn Truyền dẫn vô tuyến số 20 Tính khả dụng của hệ thống Chỉ gián ñoạn 100ms cũng ñủ làm ngắt lưu lượng thoại TS.Võ Trường Sơn Bài giảng môn Truyền dẫn vô tuyến số 21 Nội dung chương 5 (5 tiết) 1Tính toán quỹ ñường truyền5.5 2 Phân tích quỹ ñường truyền dẫn vô tuyến số5.4 1 Công suất tín hiệu thu và tạp âm 5.3 0.5 Phân tích, ñánh giá tính khả dụng của hệ thống5.2 0.5 Các chỉ tiêu ñặc trưng ñối với hệ thống truyền dẫn số5.1 TS.Võ Trường Sơn Bài giảng môn Truyền dẫn vô tuyến số 22 Công suất tín hiệu thu
Công suất thu tại máy thu: Pr = Pt - L
Trong ñó:
Pt = mức công suất phát
L = tổng suy hao và tăng ích: L = Lfs + Lb + Lf - Gt – Gr
Với:
Lfs = Suy hao trong không gian tự do (Xem chương 2)
Lb = Suy hao do mạng lọc phân nhánh (ñược cho bởi thiêt bị)
Lf = Suy hao do ống dẫn sóng (= ñộ dài x suy hao tiêu chuẩn)
Gt = ñộ lợi của Anten phát
Gr = ñộ lợi của Anten thu TS.Võ Trường Sơn Bài giảng môn Truyền dẫn vô tuyến số 23 Công suất tín hiệu thu ðộ lợi của Anten TS.Võ Trường Sơn Bài giảng môn Truyền dẫn vô tuyến số 24 Công suất tín hiệu thu ðộ lợi của Anten TS.Võ Trường Sơn Bài giảng môn Truyền dẫn vô tuyến số 25 Công suất tín hiệu thu ðộ lợi của Anten TS.Võ Trường Sơn Bài giảng môn Truyền dẫn vô tuyến số 26 Công suất tín hiệu thu
Bài tập 1: Cho một tuyến LOS có các thông số như sau:
Khoảng cách d=40 km,
Tần số công tác: 4 GHz,
ðường kính 2 anten: 1,2 m và 1,0 m, với e = 50%
Suy hao mỗi bộ lọc phân nhánh: 1dB,
ðộ dài fide 2 ñầu: 15m và 10m (suy hao tiêu chuẩn:1 dB /100m)
Tính tổng suy hao và tăng ích của hop.
ðáp số: 78.32 dB (kết qủa do VT47 tính). TS.Võ Trường Sơn Bài giảng môn Truyền dẫn vô tuyến số 27 Công suất tín hiệu thu
Bài tập 2: Cho một tuyến LOS có các thông số như sau:
Khoảng cách d=50 km,
Tần số công tác: 5 GHz,
ðường kính 2 anten: 1,2 m và 1,0 m, với e = 50%
Suy hao mỗi bộ lọc phân nhánh: 1dB,
ðộ dài fide 2 ñầu: 25m và 20m (suy hao tiêu chuẩn:1 dB /100m)
Công suất phát Pt = 1w
Tính công suất thu ñược tại máy thu.
ðáp số: 1.4 x 10^(-8) W (kết qủa do VT47 tính). TS.Võ Trường Sơn Bài giảng môn Truyền dẫn vô tuyến số 28 Tạp âm (nhiễu)
Các nguồn nhiễu chính:
Nhiễu trong hệ thống: tạp âm, sự không hoàn hảo, tiếng vọng
Nhiễu xuyên kênh: kênh kề cận, phân cực chéo ñồng kênh, máy phát với máy thu, phát sai tần số
Nhiễu xuyên hop:
Nhiễu từ các hệ thống ngoài: hệ thống vô tuyến khác, radar.v.v. TS.Võ Trường Sơn Bài giảng môn Truyền dẫn vô tuyến số 29 Tạp âm (nhiễu): Nhiễu xuyên kênh TS.Võ Trường Sơn Bài giảng môn Truyền dẫn vô tuyến số 30 Tạp âm (nhiễu): Nhiễu xuyên hop TS.Võ Trường Sơn Bài giảng môn Truyền dẫn vô tuyến số 31 Nội dung chương 5 (5 tiết) 1Tính toán quỹ ñường truyền5.5 2 Phân tích quỹ ñường truyền dẫn vô tuyến số5.4 1 Công suất tín hiệu thu và tạp âm 5.3 0.5 Phân tích, ñánh giá tính khả dụng của hệ thống5.2 0.5 Các chỉ tiêu ñặc trưng ñối với hệ thống truyền dẫn số5.1 TS.Võ Trường Sơn Bài giảng môn Truyền dẫn vô tuyến số 32 Phân tích quỹ ñường truyền dẫn vô tuyến số TS.Võ Trường Sơn Bài giảng môn Truyền dẫn vô tuyến số 33 Phân tích quỹ ñường truyền dẫn vô tuyến số
Gọi Pth là ngưỡng thu của máy thu
Công suất thu ñược phải lớn hơn ngưỡng thu một lượng, gọi là ñộ dự trữ Fading: FM = Pr – Pth
ðộ dự trữ Fading của mỗi hop ñược xác ñịnh cho từng hop, phụ thuộc vào ñiều kiện ñịa hình và khí hậu. TS.Võ Trường Sơn Bài giảng môn Truyền dẫn vô tuyến số 34 Nội dung chương 5 (5 tiết) 1Tính toán quỹ ñường truyền5.5 2 Phân tích quỹ ñường truyền dẫn vô tuyến số5.4 1 Công suất tín hiệu thu và tạp âm 5.3 0.5 Phân tích, ñánh giá tính khả dụng của hệ thống5.2 0.5 Các chỉ tiêu ñặc trưng ñối với hệ thống truyền dẫn số5.1 TS.Võ Trường Sơn Bài giảng môn Truyền dẫn vô tuyến số 35 Phân tích quỹ ñường truyền dẫn vô tuyến số
Cho một tuyến LOS có các thông số như sau:
Khoảng cách d=60 km,
Tần số công tác: 6 GHz,
ðường kính 2 anten: 1,0 m và 1,0 m, với e = 50%
Suy hao mỗi bộ lọc phân nhánh: 1dB,
ðộ dài fide 2 ñầu: 12m va 17m (suy hao tiêu chuẩn:1 dB /100m)
Công suất phát: Pt = 1W.
Ngưỡng thu của máy thu: 0.1 µW
Tính ñộ dự trữ fading thực tế.
ðáp số: Pr = -49.93 dBm; FMtt= -19.93 dB (VT47 tính) TS.Võ Trường Sơn Bài giảng môn Truyền dẫn vô tuyến số 36 Phân tích quỹ ñường truyền dẫn vô tuyến số
Cho một tuyến LOS có các thông số như sau :
Khoảng cách d=45 km,
Tần số công tác : 4,5 GHz,
ðường kính 2 anten: 1,2 m và 1,2 m, với e = 50%
Suy hao mỗi bộ lọc phân nhánh: 2dB,
ðộ dài fide 2 ñầu: 14m và 16m (suy hao tiêu chuẩn:1 dB /100m)
Công suất phát : Pt = 10W.
Ngưỡng thu của máy thu : 0.02 µW
ðộ dự trữ fading yêu cầu: FMyc = 20 dB
ðộ dự trữ fading thực tế ñáp ứng ñược yêu cầu không?
FMtt = 8,226 dB (VT47)