Tải bản đầy đủ

Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo một số thiết bị dùng trong hệ thống thông tin liên lạc trunking bộ đàm dải tần UHF

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
--------

HOÀNG VĂN THUỲ

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO
MỘT SỐ THIẾT BỊ DÙNG TRONG HỆ
THỐNG THÔNG TIN LIÊN LẠC
TRUNKING BỘ ĐÀM DẢI TẦN UHF

LUẬN VĂN THẠC SĨ
CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

NĂM – 2019


TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
--------


HOÀNG VĂN THUỲ

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO
MỘT SỐ THIẾT BỊ DÙNG TRONG HỆ
THỐNG THÔNG TIN LIÊN LẠC TRUNKING
BỘ ĐÀM DẢI TẦN UHF

Ngành: Công Nghệ Kỹ thuật Điện tử - Viễn thông
Chuyên ngành: Kỹ thuật Viễn thông
Mã số: 8510302.02

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT VIỄN THÔNG
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS. TS. BẠCH GIA DƯƠNG

NĂM – 2019


LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, em xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc đến GS.TS Bạch Gia Dương –
Giám đốc Trung tâm nghiên cứu Điện tử viễn thông, Khoa Điện tử viễn thông, đã
tận tình chỉ bảo, giúp đỡ và góp ý chi tiết cho em trong quá trình thiết kế và hoàn
thành các sản phẩm trong luận văn này.
Tiếp theo, em xin được gửi lời cảm ơn đến tất cả các Thầy Cô đã và đang
giảng dạy tại Khoa Điện tử - Viễn thông, Trường Đại học Công Nghệ đã giúp em
có những kiến thức cơ bản để làm hành trang trí thức mang theo cũng như để hoàn
thành luận văn này. Kính chúc Thầy Cô luôn dồi dào sức khoẻ, thành công.
Cuối cùng, em xin cảm ơn đến anh chị em, các bạn trong trung tâm nghiên
cứu Điện tử Viễn thông cũng như gia đình, bạn bè, đã luôn quan tâm, động viên
và giúp đỡ cho em trong thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp.
Xin chân thành cảm ơn!


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn tốt nghiệp “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo một
số thiết bị dùng trong hệ thống thông tin liên lạc Trunking bộ đàm dải tần UHF.”
là sản phẩm của quá trình nghiên cứu, tìm hiểu của cá nhân dưới sự hướng dẫn,
chỉ bảo tận tình của GS.TS Bạch Gia Dương và các thầy cô trong bộ môn, trong
khoa. Các số liệu, kết quả trình bày trong luận văn là hoàn toàn trung thực. Tôi
không sao chép các tài liệu hay công trình nghiên cứu của người khác để làm luận
văn này.


Trong luận văn có dùng một số tài liệu tham khảo như đã nêu trong tài liệu
tham khảo.
Nếu vi phạm tôi xin chịu mọi trách nhiệm.
Hà nội, ngày…... tháng…. năm 2019
Người thực hiện

Hoàng Văn Thùy


1
MỤC LỤC
1. Lý do chọn đề tài ........................................................................................... 6
2. Mục tiêu đề tài ............................................................................................... 6
3. Phương pháp nghiên cứu............................................................................... 6
4. Kết cấu của luận văn ..................................................................................... 7
CHƯƠNG 1: TỔNG QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG TRUNKING DẢI TẦN
UHF ....................................................................................................................... 8
1.1 Giới thiệu...................................................................................................... 8
1.2 Cấu trúc của hệ thống................................................................................... 8
1.2.1 Bộ xử lý trung tâm (Tổng đài) – (MSO/Central Switch) .................... 10
1.2.2 Trạm thu phát gốc .............................................................................. 14
1.2.3 Bàn điều phối ....................................................................................... 15
1.2.4 Máy chủ UNS cho ứng dụng giám sát GPS..................................... 16
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KỸ THUẬT SIÊU CAO TẦN ........... 18
2.1 Cơ sở lý thuyết về thiết kế mạch siêu cao tần............................................ 18
2.1.1 Phương trình truyền sóng ..................................................................... 18
2.1.2 Hệ số phản xạ ....................................................................................... 19
2.1.3 Hệ số sóng đứng................................................................................... 20
2.1.4 Giản đồ Smith ...................................................................................... 20
2.2 Phối hợp trở kháng. .................................................................................... 22
2.2.1 Kỹ thuật phối hợp trở kháng dùng các phần tử tập trung .................... 23
2.2.2 Phối hợp trở kháng dùng một dây nhánh/dây chêm ............................ 24
2.2.3 Phối hợp trở kháng bằng đoạn dây /4. ............................................... 24
3.1 Khái niệm bộ khuếch đại công suất ........................................................... 26
3.2 Các thông số quan trọng của bộ khuếch đại công suất. ............................. 26
3.2.1 Hệ số tạp âm Noise Figure ................................................................... 26
3.2.2 Hệ số khuếch đại .................................................................................. 27
3.2.3 Tính ổn định của hệ thống ................................................................... 29
3.2.4 Độ tuyến tính........................................................................................ 29
3.3 Bộ chia cộng công suất Wilkinson............................................................. 31
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG VÀ CHẾ TẠO .................................... 33
4.1 Yêu cầu thiết kế.......................................................................................... 33


2
4.1.1 Bộ khuếch đại công suất ...................................................................... 33
4.1.2 Bộ khuếch đại tạp âm thấp ................................................................... 34
4.2 Giải pháp thiết kế ....................................................................................... 34
4.2.1 Bộ khuếch đại công suất ...................................................................... 34
4.2.2 Bộ khuếch đại tạp âm thấp ................................................................... 36
4.3 Tính toán, mô phỏng .................................................................................. 37
4.3.1 Mạch khuếch đại công suất .................................................................. 37
4.3.2 Mạch tạp âm thấp ................................................................................. 41
4.4 Thực nghiệm, đo kiểm, đánh giá kết quả ................................................... 44
4.4.1 Chế tạo Layout mạch in ....................................................................... 44
4.4.2 Đo kết quả thực tế ................................................................................ 45
KẾT LUẬN ......................................................................................................... 55


3
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu

Ý nghĩa

Viết tắt

MSO

Mobile Switching Office

Tổng đài (chuyển mạch) di động

ZC

Zone Controller

Bộ điều khiển Zone (Site)

NMT

Network Management Terminal

Thiết bị quản lý mạng

ETI

Enhanced Management Terminal

Thiết bị quản lý kết nối điện thoại

UNS

Unified Network Service

Mạng dịch vụ ứng dụng

GPS

Global Positioning System

Hệ thống định vị toàn cầu

VMS

Virtual Managerment Server

Server quản lý ảo

NMS

Network Managerment System

Hệ thống quản lý mạng

PDR

Packet Data Router

Cổng giao tiếp dữ liệu

RNG

Radio Network Gateway

Cổng giao tiếp mạng vô tuyến

CSA

Common Server Architecture

Cấu trúc quản lý mạng chung

LAN

Local Area Network

Mạng cục bộ

RFDS

Radio Frequency Distribution
Hệ thống điều phối vô tuyến
System

VM

Virtual Machine

Máy ảo


4
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Cấu trúc tổng quát của hệ thống Trunking............................................ 9
Hình 1.2: Máy chủ ảo. ......................................................................................... 11
Hình 1.3: Trung tâm lưu trữ (DAS). ................................................................... 12
Hình 1.4: Lan Switch. ......................................................................................... 13
Hình 1.5: Thiết bị định tuyến lõi. ........................................................................ 13
Hình 1.6: Core Backhaul Switch. ........................................................................ 14
Hình 1.7: Cấu trúc trạm gốc. ............................................................................... 14
Hình 1.8: Bàn điều phối ...................................................................................... 16
Hình 1.9: Mô hình ứng dụng GPS ...................................................................... 17
Hình 2.1: Biểu diễn mạch tương đường đoạn đường truyền siêu cao tần. ......... 18
Hình 2.3: Sơ đồ phối hợp trở kháng. ................................................................... 22
Hình 2.4: Mạch phối hợp trở kháng hình chữ L. ................................................ 23
Hình 2.5: Phối hợp trở kháng bằng các đoạn dây nhánh. ................................... 24
Hình 2.6: Phối hợp trở kháng bằng dây chêm đôi song song. ............................ 24
Hình 2.7: Sơ đồ sử dụng đoạn dây /4. ............................................................... 25
Hình 3.1: Sơ đồ của mạng 2 cửa thông số S. ...................................................... 27
Hình 3.2: Mạng 2 cửa với nguồn và trở kháng tải. ............................................. 28
Hình 3.3: Điểm nén 1dB và Điểm chặn bậc 3 .................................................... 30
Hình 3.4: Mạch ghép chia công suất Wilkinson. ................................................ 31
Hình 3.5: Sơ đồ tương đương của bộ chia cộng Wilkinson ................................ 32
Hình 3.6: Sơ đồ tương đương bộ Wilkinson ở dạng hở mạch ............................ 32
Hình 4.1: Sơ đồ khối của bộ khuếch đại công suất. ............................................ 34
Hình 4.2: Hình dáng và cấu trúc chân của MRF648........................................... 35
Hình 4.3: Thông số trở kháng lối vào và lối ra của MRF648. ............................ 35
Hình 4.4: Cấu trúc và chức năng từng chân của SPF-3043. ............................... 36
Hình 4.5: Bảng tham số S-Parameter của Transistor SPF-3043. ........................ 36
Hình 4.6: Mạch phối hợp trở kháng lối vào cho Transistor MRF648. ............... 37
Hình 4.7: Kết quả mô phỏng phối hợp trở kháng lối vào Transistor MRF648. . 37
Hình 4.8: Mạch phối hợp trở kháng cho MRF648.............................................. 38
Hình 4.9: Kết quả mô phỏng mạch phối hợp trở kháng lối ra. ........................... 38
Hình 4.10: Mạch mô phỏng của Wilkinson trên vật liệu FR4. ........................... 39
Hình 4.11: Kết quả mô phỏng của mạch Wilkinson. .......................................... 39
Hình 4.12: Mạch Wilkinson thực tế. ................................................................... 40
Hình 4.13: Mô phỏng mạch lọc thông thấp. ....................................................... 40
Hình 4.14: Kết quả mô phỏng của bộ lọc thông thấp. ........................................ 40
Hình 4.15: Sơ đồ cơ bản của mạch phối hợp trở kháng. ..................................... 41
Hình 4.16: Sơ đồ nguyên lý của mạch phối hợp trở kháng lối vào. ................... 41
Hình 4.17: Kết quả mô phỏng tham S11, S21 lối vào. ....................................... 42
Hình 4.18: Sơ đồ nguyên lý của mạch phối hợp trở kháng lối ra. ...................... 42


5
Hình 4.19: Kết quả mô phỏng tham S11, S21 lối ra. .......................................... 42
Hình 4.20: Sơ đồ nguyên lý của mạch LNA. ...................................................... 43
Hình 4.21: Kết quả mô phỏng của mạch LNA. .................................................. 43
Hình 4.22: Layout của mạch khuếch đại............................................................. 44
Hình 4.23: Mạch khuếch đại công suất sau khi đã được hàn linh kiện. ............. 44
Hình 4.24: Mạch lọc thông thấp sau khi được lắp ráp. ....................................... 44
Hình 4.25: Mạch khuếch đại LNA sau khi layout. ............................................. 45
Hình 4.26: Mạch khuếch đại LNA sau khi hàn linh kiện. .................................. 45
Hình 4.27: Đo mạch cộng chia công suất Wilkinson......................................... 45
Hình 4.28: Công suất lối vào của bộ chia cộng công suất Wilkinson ................ 46
Hình 4.29: Công suất lối ra của mạch Wilkinson tại tần số 450 Mhz ................ 46
Hình 4.30: Công suất tại 2 lối ra của mạch Wilkinson ....................................... 47
Hình 4.31: Công suất lối ra tại 2 cổng của mạch Wilkinson tại tần số 440Mhz 47
Hình 4.32: Đo bộ lọc thông thấp tại tần số 500Mhz ........................................... 48
Hình 4.33: Đo bộ lọc thông thấp tại tần số 530Mhz và 570Mhz ........................ 48
Hình 4.34: Sơ đồ đo mạch khuếch đại công suất. ............................................... 49
Hình 4.35: Công suất tại lối vào của mạch công suất. ........................................ 49
Hình 4.36: Đo hệ số khuếch đại tại tần số 465Mhz. ........................................... 50
Hình 4.37: Kết quả đo công suất tại tần số 445Mhz. .......................................... 50
Hình 4.38: Kết quả đo công suất tại tần số 450Mhz. .......................................... 51
Hình 4.39: Kết nối mạch LNA với máy phát tín hiệu và máy phân tích phổ. .... 52
Hình 4.40: Đo hệ số khuếch đại khi có một tầng. ............................................... 52
Hình 4.41: Đo hệ số khuếch đại của mạch khi có 2 tầng. ................................... 53
Hình 4.42: Hệ số khuếch đại của mạch LNA khi có 2 tầng tại tần số 441Mhz.. 53
Hình 4.43: Hệ số khuếch đại của mạch LNA tại tần số 460Mhz........................ 54


6
LỜI NÓI ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Đất nước ta đang đẩy nhanh tiến độ quá trình hoá nền cách mạng công
nghiệp, phấn đấu để các bộ ngành đạt những tiêu chí của cách mạng công nghiệp
4.0. Hưởng ứng quá trình phát triển đẩy mạnh tiêu chí của cách mạng công nghiệp
4.0 ngành công an cũng đang từng bước thay đổi, hiện đại hoá các hệ thống thông
tin phục vụ các công tác nghiệp vụ cũng như nâng cao tính bảo mật. Từ những hệ
thống thông tin tương tự lỗi thời dần được thay đổi chuyển sang các hệ thống số
hoá. Trong khi đất nước chưa làm chủ được các công nghệ sản xuất, cũng như đặc
thù phương thức liên lạc của các lực lượng chiến đấu trong công an, quân đội là
liên lạc tức thì nhanh chóng, mệnh lệnh phải truyền đồng thời đến nhiều lực lượng
chiến đấu tại một thời điểm. Do vậy, thiết bị chúng ta phải đi nhập khẩu toàn bộ
những trang thiết bị của nước ngoài, xuất phát từ yêu cầu thực tiễn đó bản thân
nhận thấy chúng ta cần phải tự làm chủ để tạo ra được những thiết bị đó đặc biệt
là những khối cao tần. Chính vì vậy luận văn “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo một
số thiết bị dùng trong hệ thống thông tin liên lạc trunking bộ đàm dải tần UHF”
sẽ tập trung nghiên cứu thiết kế một số phần tử của hệ thống như bộ khuếch đại
tạp âm thấp, bộ khuếch đại công suất.
2. Mục tiêu đề tài
Mục đích chính của đề tài luận văn là định hướng nghiên cứu và thiết kế một
bộ khuếch đại công suất để nâng cao công suất phát của thiết bị nhằm mở rộng
vùng phủ sóng cũng như những tổn hao khi ghép nhiều máy phát trên bộ
Combiner. Ngoài ra luận văn cũng thiết kế một bộ khuếch đại tạp âm thấp để
khuếch đại tín hiệu thu được từ anten nhằm nâng cao chất lượng của tín hiệu thu
đồng thời để nâng cao công suất của tín hiệu để đảm bảo tín hiệu chia tới nhiều
máy thu trong một hệ thống Trunking. Một số tham số được lưu ý và khảo sát bao
gồm hệ số khuếch đại, băng thông , độ chính xác và độ ổn định…qua đó nâng cao
vùng phủ sóng của hệ thống Trunking.
3. Phương pháp nghiên cứu
Để thực hiện được luận văn, phương pháp nghiên cứu gồm:
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Tìm kiếm, phân tích, tổng hợp lý
thuyết về thiết kế mạch siêu cao tần; nghiên cứu phần mềm mô phỏng
mạch siêu cao tần ADS2009, phần mềm vẽ mạch in Altium Designer
2017.


7
- Phương pháp mô phỏng và thiết kế: Trên cơ sở lý thuyết đã tìm hiểu, thực
hiện tính toán thiết kế và mô phỏng trên phần mềm cao tần ADS. Sau khi
đạt chỉ tiêu kỹ thuật tiến hành vẽ sơ đồ nguyên lý và thiết kế mạch in PCB
cho bộ khuếch đại công suất cũng như bộ khuếch đại tạp âm thấp trên
phần mềm Altium Designer 2017.
- Phương pháp chế tạo và đo kiểm sản phẩm thực tế: Sau khi thiết kế xong
mạch in, tiến hành gia công mạch in và hàn linh kiện. Tiếp theo, sử dụng
các thiết bị để đo các thông số của mạch. Sau đó tiến hành đánh giá, hiệu
chỉnh tối ưu thiết kế.
4. Kết cấu của luận văn
Nội dung của luận văn gồm 4 chương:
- Chương 1: Tổng quan chung về hệ thống trunking.
- Chương 2: Cơ sở lý thuyết về kỹ thuật siêu cao tần.
- Chương 3: Lý thuyết bộ khuếch đại công suất và chia cộng công suất.
- Chương 4: Thiết kế, mô phỏng và chế tạo.


8
CHƯƠNG 1: TỔNG QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG
TRUNKING DẢI TẦN UHF
1.1 Giới thiệu
Các hệ thống thông tin liên lạc trong những năm gần đây ngày càng đạt được
những thành tựu vượt bậc và có tốc độ thay đổi chóng mặt. Cùng với xu hướng
đó các hệ thống thông tin dùng trong các lực lượng Công an, quân đội cũng ngày
thay đổi theo nhằm đáp ứng những nhu cầu thực tiễn. Thay vì những hệ thống bộ
đàm chung kênh tương tự từ trước những năm 2010 thì nay các hệ thống bộ đàm
đã dần được nâng cấp thành các hệ thống Trunking, hệ thống Tetra, hay Apco
25… nhằm nâng cao chất lượng thông tin, tăng dung lượng người sử dụng, giảm
thời gian chờ đợi mỗi cuộc, giảm tài nguyên tần số. Đồng thời hệ thống Trunking
cũng mang lại nhiều lợi ích như: thời gian truy nhập hệ thống nhanh, đa dạng các
loại hình dịch vụ (khởi tạo nhanh các loại hình liên lạc: cá nhân, nhóm, toàn
mạng…), khả năng mở rộng linh hoạt, tăng cường quản lý, giám sát thiết bị.
Hệ thống trunking số là hệ thống bộ đàm cho phép nhiều người sử dụng
chung một tài nguyên vô tuyến mà vẫn liên lạc độc lập với nhau hoặc theo từng
nhóm với nhau.
Những tính năng và đặc điểm của thông tin trunking.
- Thông tin bộ đàm không mất thời gian quay số chỉ nhấn nút là lập tức gọi
được luôn.
- Cung cấp nhiều hình thức liên lạc nhanh chóng: gọi nhóm, gọi cá nhân,
gọi toàn mạng.
- Gọi từ trung tâm điều phối giám sát.
- Dễ dàng ghép nhóm, chia nhóm.
- Giám sát thiết bị, vô hiệu thiết bị khi bị mất…
1.2 Cấu trúc của hệ thống.
Hệ thống Trunking là một trong những hệ thống tiên tiến với mục tiêu
đáp ứng những nhu cầu ngày càng cao về hiệu quả, chất lượng, bảo mật và
các yếu tố đa dịch vụ khác.
Sơ đồ mô hình kiến trúc tổng thể của hệ thống Trunking được mô tả như hình
vẽ dưới đây [5].


9

Hình 1.1: Cấu trúc tổng quát của hệ thống Trunking.
Một hệ thống Trunking bao gồm: một trạm trung tâm MSO, bàn điều phối
vùng và trạm thu phát BTS, Máy chủ ảo UNS cho các ứng dụng GPS, tất cả
được kết nối với nhau thông qua đường truyền IP.
o Trạm trung tâm (Tổng đài trung tâm)
Trạm trung tâm xử lý tất cả các cuộc gọi của hệ thống, được trang bị các
thiết bị như sau:
- Bộ điều khiển zone trung tâm (ZC), Thiết bị quản lý mạng (NM), Cổng
giao tiếp dữ liệu (PDG).
- Thiết bị truyền dẫn mạng dự phòng.
- Thiết bị kết nối điện thoại (ETI).
o Trung tâm quản lý mạng - Network Management Terminal
Hệ thống quản lý mạng bao gồm 3 trung tâm quản lý đầu cuối. Trong đó
1 sẽ được đặt ngay tại tổng đài MSO và 2 trung tâm quản lý từ xa.
o Máy chủ UNS (Unified Network Service) cho các ứng dụng định vị GPS
o Hệ thống điều phối - Dispatch Control Site
Hệ thống điều phối bao gồm bộ điều phối trung tâm và các bàn điều phối
mở rộng việc này giúp cho việc quản lý được dễ dàng và thuận tiện.


10
o Trạm thu phát gốc - Base Station Site.
Các trạm thu phát gốc bao gồm: 1 trạm đặt tại trung tâm được trang bị
các thiết bị chính như sau:
- Trạm gốc cung cấp kênh liên lạc.
- Thiết bị điều khiển vùng Site Controller với cấu hình dự phòng.
- Khối nguồn.
- Hệ thống điều phối tần số vô tuyến (RFDS) bao gồm: Bộ khuếch đại
công suất, Thiết bị ghép kênh phát Combiner & Thiết bị chia kênh thu
Receiver Multicoupler có khuếch đại thu.
- Thiết bị định tuyến vùng Site Router.
- Hệ thống anten - Antenna System.
1.2.1 Bộ xử lý trung tâm (Tổng đài) – (MSO/Central Switch)
Trạm gốc trung tâm sẽ là nơi điều phối, quản lý và xử lý các cuộc gọi
thuộc hệ thống Trunking. Thiết bị thuộc trạm trung tâm sẽ được mô tả ngắn
gọn theo những thông tin dưới đây.
Hệ thống Trunking được thiết kế dựa trên nền tảng cấu trúc quản lý mạng
chung (CSA), qua đó tích hợp tất cả các phần mềm quản lý theo nguyên lý
máy ảo (VM) trên thiết bị HP-based Virtual Management Server (VMS) thông
qua hệ điều hành ESXi hỗ trợ VMware (virtual servers). Bằng cách sử dụng
server dùng chung, các server ảo sẽ được dễ dàng chia sẻ bộ nhớ, tối ưu hóa
việc mở rộng và linh hoạt trong việc vận hành cũng như cung cấp dịch vụ [5].
Ảo hóa là công nghệ cho phép nhiều hệ điều hành, nhiều ứng dụng có
thể chia sẻ trên cùng một tài nguyên phần cứng. Nếu không được ảo hóa thì
mỗi thiết bị vật lý sẽ chỉ được chạy trên một hệ điều hành riêng, hay nói cách
khác với mỗi dịch vụ sẽ cần có một thiết bị phần cứng do đó làm tăng chi phí
thiết bị, tăng chi phí nguồn tiêu thụ cũng như không gian chiếm dụng.
Một server quản lý ảo (VMS)bao gồm: các ứng dụng dựa trên máy ảo Virtual Machine (VM) applications, VMware và phần mềm hệ thống ESXi.
Mỗi môi trường máy ảo có thể được nhìn nhận như một server riêng biệt có
khả năng hỗ trợ hệ điều hành riêng, cung cấp tính năng cấu hình, dịch vụ độc
lập. Các thiết bị, tính năng cung cấp bởi server ảo bao gồm:
- Hệ thống điều khiển Zone (ZC) được cấu hình có dự phòng, cung cấp
chức năng quản lý động và xử lý tất cả các cuộc gọi thoại


11
- Hệ thống quản lý mạng (NMS) là một bộ phần mềm và công cụ phần
cứng được cung cấp để quản lý hệ thống bộ đàm Trunking vùng rộng
cùng các phần tử thuộc mạng.
- Packet Data Gateway – Cung cấp dịch vụ gửi và nhận dữ liệu gói cho
các máy cầm tay/ di động, các thiết bị truyền dữ liệu khác thông qua
đường vô tuyến bằng cách chuyển đổi sơ đồ IP từ các đầu cuối không
dây đến các đầu cuối kết nối có dây với mạng. Hệ thống cũng bao gồm
các bộ định tuyến dữ liệu gói (PDR) và cổng giao tiếp mạng vô tuyến
(RNG).
a) Bộ điều khiển vùng- Zone controller
Bộ điều khiển vùng (ZC) là bộ xử lý trung tâm của hệ thống, có chức
năng quản lý thuê bao, quản lý các trạm xa, kênh liên lạc và hệ thống điều
khiển thoại trong hệ thống. ZC chạy trên nền tảng phần cứng là máy tính đa
năng kiêm server. ZC cũng hỗ trợ cấu hình dự phòng với một máy hoạt động
và một máy dự phòng nóng. Thiết kế dự phòng nóng cho phép nâng cấp phần
mềm hệ thống cho máy dự phòng trong khi máy chính vẫn tiếp tục xử lý
cuộc gọi.
Các chức năng chính của Zone Controller:
- Xử lý và khởi tạo tất cả các báo hiệu liên quan đến cuộc gọi.
- Điều khiển và phân phối tài nguyên vô tuyến.
- Xử lý việc đăng ký trạm cơ động và các công tác tạo lập nhóm.
- Quản lý trạm cơ động.
- Quản lý và phân phối tài nguyên kết nối điện thoại.
- Cung cấp thông tin vị trí cho thiết bị giao tiếp dữ liệu.

Hình 1.2: Máy chủ ảo.


12

Hình 1.3: Trung tâm lưu trữ (DAS).
DAS là một trung tâm lưu trữ nằm trong cấu trúc server ảo dùng chung
để cung cấp khả năng lưu trữ dữ liệu. Các đĩa cứng được cấu hình ở chế độ độc
lập để khi 1 đĩa cứng bị lỗi thì máy chủ vẫn hoạt động được trên ở cứng còn lại
trong khi chờ khắc phục ổ cứng hỏng.
Hệ thống quản lý mạng gồm có máy chủ quản lý mạng (NMS)và thiết bị
quản lý mạng (NMT). Phần mềm máy chủ quản lý mạng NMS cho phép người
dùng có thể thiết lập, cấu hình và giám sát hệ thống.
b. Các chức năng của máy chủ quản lý mạng – NMS Functions
Máy chủ quản lý mạng (NMS) bao gồm một gói phần mềm ứng dụng và
các thiết bị hỗ trợ để quản lý toàn bộ hệ thống vô tuyến chung kênh vùng rộng
cùng các thành phần khác.
NMS hỗ trợ FCAPS viết tắt của Fault – lỗi, Configuration – cấu hình,
Accounting – tính cước, Performance – vận hành và Security – bảo mật với
các dịch vụ sau:
5 chứng năng quản lý mạng chính là [5]:
- Quản lý lỗi (Fault Management): Các ứng dụng quản lý lỗi bao gồm việc
giám sát tình trạng hoạt động của mạng cũng như tình trạng của các thiết
bị thành phần mạng; hiển thị thông tin lỗi; chuyển thông tin lỗi; thể hiện
các thủ tục kiểm tra lỗi.
- Quản lý cấu hình hoạt động (Configuration Management): Các tính năng
quản lý cho phép truy cập và thay đổi thông số vận hành của thiết bị
trong hệ thống và các thiết bị đầu cuối (máy cơ động, máy cầm tay).
- Quản lý tính cước: NMS cung cấp khả năng kiểm tra dung lượng sử dụng
hệ thống bằng cách cung cấp một giao diện tùy chọn cho đơn vị thứ 3
dùng để tính cước cho các ứng dụng sử dụng.


13
- Quản lý vận hành: Các ứng dụng tiêu chuẩn và tùy chọn được cung cấp
để giám sát, báo cáo, điều khiển và tối ưu các tài nguyên của hệ thống.
- Quản lý bảo mật: NMS có những tính năng cho người sử dụng để cài đặt
và điều khiển quyền truy cập, xem, thay đổi thông tin trong cơ sở dữ liệu.
c. Hệ thống truyền dẫn – Network Transport Subsystem và kết nối
điện thoại.
Hệ thống truyền dẫn bao gồm: Các thiết bị chuyển mạch và các thiết bị
định tuyến lõi (Core Router)
- Thiết bị chuyển mạch mạng Ethernet - Ethernet Core (LAN) Switch
Thiết bị LAN Switch được dùng để tập hợp tất cả các giao diện Ethernet
cho các máy server, máy trạm, bộ định tuyến. LAN switch có khả năng quản
lý mạng để cung cấp khả năng quản lý lỗi chủ động. Thiết bị Core LAN switch
là thiết bị chuyển mạch mạng chính sử dụng để tập hợp tất cả các thành phần
hệ thống vào một hệ thống lõi [5].

Hình 1.4: Lan Switch.
- Thiết bị định tuyến lõi - Core Router (CR)
Thiết bị Core Routers định tuyến tất cả các tín hiệu điều khiển, tín hiệu
thoại, dữ liệu và lưu lượng vào ra hệ thống. Số lượng bộ định tuyến phụ thuộc
vào số lượng kênh truyền của hệ thống.

Hình 1.5: Thiết bị định tuyến lõi.


14
- Chuyển mạch lõi – Core Backhaul Switch
Chuyển mạch lõi giúp kết nối các trạm xa vào thiết bị định tuyến lõi Core
router.

Hình 1.6: Core Backhaul Switch.
1.2.2 Trạm thu phát gốc
Trạm chuyển tiếp Trunking cung cấp khả năng liên lạc 2 chiều giữa trạm
gốc với các máy đầu cuối.
Cấu trúc của trạm gốc:

Hình 1.7: Cấu trúc trạm gốc.
a. Trạm gốc Repeater
Trạm gốc Repeater cung cấp vùng phủ sóng vô tuyến tại các site. Mỗi
trạm thu phát gốc sẽ gồm một máy thu và một máy phát.
b. Bộ điều khiển trạm gốc Repeater
Bộ điều khiển trạm Site Controller bao gồm hai khối điều khiển kết nối
với nhau qua mạng LAN, và 2 điểm kết nối GPS từ xa. Một khối điều khiển
trạm sẽ hoạt động còn 1 khối sẽ standby để dự phòng. Việc dự phòng nóng đảm
bảo nếu có 1 thiết bị hỏng thì sẽ có không làm ảnh hưởng đến chức năng của hệ
thống.


15
Bộ điều khiển Site Controller cung cấp các tính năng điều khiển trạm như
sau:
- Quản lý trạm và các kênh liên lạc.
- Gửi yêu cầu đăng ký và kích hoạt.
- Cung cấp thông tin tham chiếu về thời gian và tần số cho các trạm thu
phát gốc.
- Giám sát các trạm gốc và các thiết bị phối ghép vô tuyến.
Dưới sự phân quyền của bộ quản lý vùng Zone Controller và tùy thuộc
vào tình trạng hoạt động của hệ thống, bộ điều khiển trạm Site Controller có
thể điều khiển hoạt động của trạm ở cả chế độ chung kênh vùng rộng và chế
độ chung kênh tại trạm (wide trunking và site trunking). Khi trạm không ở chế
độ chung kênh vùng rộng, Site Controller sẽ điều khiển các kênh vô tuyến tại
trạm, việc lựa chọn kênh điều khiển cũng như các lựa chọn và gán các kênh
liên lạc cho thuê bao đầu cuối.
c. Hệ thống phối ghép tần số vô tuyến
Hệ thống phối ghép tần số vô tuyến cung cấp khả năng làm việc giữa
trạm gốc và anten, bao gồm thiết bị ghép kênh phát combiner và thiết bị phân
kênh thu multicoupler.
d. Bộ định tuyến trạm
Giao diện làm việc giữa hệ thống trạm và thiết bị điều khiển vùng zone
controller là một bộ định tuyến. Các chức năng chính của bộ định tuyến tại trạm
gồm [5]:
- Truyền tải toàn bộ lưu lượng thoại và tín hiệu điều khiển của trạm.
- Cung cấp địa chỉ IP của trạm.
- Phân mảnh các gói tin IP có dung lượng lớn.
Bộ định tuyến tại trạm xa với khả năng quản lý mạng cung cấp việc quản
lý hệ thống đồng thời nhận và gửi các tín hiệu cảnh báo lỗi.
1.2.3 Bàn điều phối
Bàn điều phối bao gồm những thành phần sau:
- Một máy tính để bàn với màn hình 19” LCD cung cấp giao diện làm việc
giữa điều phối viên và thiết bị.
- Một khối xử lý thoại cung cấp giao diện giữa máy tính và các phụ kiện
khác nhau.


16
- 02 loa ngoài để chọn/ bỏ chọn tín hiệu thoại
- Một microphone là thiết bị đầu vào cho phép điều phối viên liên lạc với
thiết bị đầu cuối trong những ứng dụng cho phép
- Một bàn đạp chân sử dụng cho PTT
- Một tai nghe

Hình 1.8: Bàn điều phối
Bàn điều phối có thể được cấu hình cùng nhiều hệ thống bộ đàm chung
kênh và thông thường có thể giám sát nhiều nhóm thoại cùng lúc. Cho phép
ghép nối nhiều nhóm liên lạc với nhau một cách nhanh chóng tức thì, cũng
như giải toả các nhóm sau khi ghép.
1.2.4 Máy chủ UNS cho ứng dụng giám sát GPS
Giải pháp định vị ngoài trời sử dụng hệ thống định vị GPS cho phép người
dùng định vị, theo dõi các nhân viên và phương tiện của họ thông qua các thiết bị
GPS được tích hợp sẵn trong các bộ đàm. Các thông tin về vị trí sẽ được truyền
đi trong mạng vô tuyến trunking kỹ thuật số thông qua một cổng dữ liệu được gọi
là cổng dữ liệu mạng hợp nhất UNS - Unified Network Service
Unified Network Service (UNS) hoạt động như một cổng dữ liệu trao đổi các
thông tin về vị trí của các bộ đàm. Nó đơn giản quá trình tích hợp thông tin bằng
cách tiếp nhận các giao thức GPS riêng biệt (được gọi chung là LRRP) sau đó
chuyển đổi thành một giao thức chung, hợp nhất để từ đó đưa tới các ứng dụng
định vị GPS. Ngoài ra, UNS còn cung cấp tính năng định tuyến thông minh các
bản tin tới các thiết bị, từ đó giảm thiểu được lưu lượng truyền tải trong mạng.


17
Như được chỉ ra trong hình bên dưới, UNS kết nối tới mạng trunking và sử
dụng các dịch vụ dữ liệu gói để kết nối không dây tới các thiết bị đầu cuối [5].

Hình 1.9: Mô hình ứng dụng GPS


18
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KỸ THUẬT SIÊU CAO TẦN
2.1 Cơ sở lý thuyết về thiết kế mạch siêu cao tần
2.1.1 Phương trình truyền sóng
Thông thường, một đường dây truyền sóng có thể được mô tả như một hệ
gồm hệ gồm 2 dây dẫn song song. Đó là vì khi truyền dẫn sóng TEM ta phải có ít
nhất 2 vật dẫn.
Một phần tử rất ngắn của đường dây có độ dài ∆z (hình 2.1a) có thể được
biểu diễn bởi một mạng 4 cụm đơn giản gồm các phần tử tập trung (hình 2.1b)
[1].

Hình 2.1: Biểu diễn mạch tương đường đoạn đường truyền siêu cao tần.
Trong đó: R - Điện trở nối tiếp trên một đơn vị dài của cả hai dây Ω/m
L - Điện cảm nối tiếp trên một đơn vị dài của cả hai dây, H/m
G - Điện dẫn song song trên một đơn vị dài, S/m
C - Điện dung song song trên một đơn vị dài, F/m
Phương trình truyền sóng như sau [1]:
𝑉(𝑧)
𝑧

= −(𝑅 + 𝑖𝐿)𝐼(𝑧)

(2.1)

𝐼(𝑧)
= −(𝐺 + 𝑖𝐶)𝑉(𝑧)
𝑧
Với 2 = (𝑅 + 𝑖𝐿)(𝑅 + 𝑖𝐶)
Ta nhận thấy  là một số phức có thể viết:
 =  + i =√(𝑅 + 𝑖𝐿)(𝐺 + 𝑖𝐶)
Hệ phương trình (2.1) có thể được viết lại:
𝑑 2 𝑉(𝑧)
𝑑𝑧 2
𝑑 2 𝐼(𝑧)
𝑑𝑧 2

− 2 𝑉(𝑧) = 0
(2.2)
− 2 𝑉(𝑧) = 0}


19
Theo lý thuyết của phương trình vi phân, ta có nghiệm của phương trình (1.2)
𝑉(𝑧) = 𝑉0+ 𝑒 −𝑧 + 𝑉0− 𝑒 𝑧

(2.3)

𝐼(𝑧) = 𝐼0+ 𝑒 −𝑧 + 𝐼0− 𝑒 𝑧
Công thức (2.3) biểu thị các sóng điện áp và dòng điện trên đường dây, trong
đó số hạng chứa ez biểu thị cho sóng truyền theo hướng +z (sóng thuận), còn số
hạng chứa e-z biểu thị cho sóng truyền theo hướng –z (sóng ngược) [1].
𝑉0+ và 𝐼0+ biểu thị cho biên độ điện áp và dòng điện sóng thuận.
𝑉0− và 𝐼0− biểu thị cho biên độ điện áp và dòng điện sóng ngược.
2.1.2 Hệ số phản xạ
Nếu định nghĩa hệ số phản xạ là tỷ số của sóng phản xạ trên sóng tới thì từ
phương trình truyền sóng ta xác định được hệ số phản xạ tại z = 0 (vị trí mắc tải)
[1].
𝐹(0) =

𝑉0−
𝑉0+

=

𝑍𝐿 −𝑍0
𝑍𝐿 +𝑍0

(2.4)

Rõ ràng là biên độ của hệ số phản xạ [] có giá trị bằng hoặc nhỏ hơn 1 hay
[] ≤ 1.
Áp dụng (1.3) ta sẽ viết lại như sau:
𝑉𝑧 = 𝑉0+ [𝑒 −𝑖𝑧 + 𝑒 𝑖𝑧 ]
𝐼(𝑧) =

𝑉0+
𝑍0

[𝑒 −𝑖𝑧 − 𝑒 𝑖𝑧 ]

(2.5)
(2.6)

Các biểu thức (2.5) và (2.6) cho thấy rằng điện áp và dòng điện trên đường
truyền được xác định bởi sự “xếp chồng” của hai sóng là sóng tới và sóng phản
xạ. Do vậy, biên độ [V] và [I] tại mỗi vị trí z sẽ có giá trị khác nhau. Có những
điểm, biên độ [V] hoặc [I] luôn đạt giá trị cực đại, ngược lại có những điểm luôn
có giá trị cực tiểu, nghĩa là biên độ điện áp (hoặc dòng điện) có dạng dao động
theo z. Sóng này được gọi là “sóng đứng”. Như vậy sóng đứng sẽ xảy ra khi hệ số
phản xạ ≠ 0 [1].
Khi  = 0, trên đường truyền chỉ có một sóng là sóng tới, có dạng sóng chạy.
Như vậy sóng chạy sẽ xảy ra khi:  = 0 hay ZL = Z0 : ta nói đường truyền được
phối hợp trở kháng [1].


20
2.1.3 Hệ số sóng đứng
Các điểm mà biên độ điện áp có giá trị cực tiểu được gọi là điểm “nút” của
sóng đứng điện áp, còn các điểm mà biên độ điện áp có giá trị cực đại được gọi là
điểm “bụng”. Các điểm nút và điểm bụng của sóng đứng dòng điện cũng được
định nghĩa tương tự như trên. Rõ ràng là điểm nút của sóng đứng điện áp sẽ tương
ứng với điểm bụng của sóng đứng dòng điện và ngược lại [1].
Tỷ số biên độ của điện áp tại điểm bụng và điểm nút được gọi là hệ số sóng
đứng viết tắt là S [1].
𝑆=

𝑉max
𝑉min

=

1+[ ]
1−[ ]

(2.7)

Khi  = 0 (phối hợp trở kháng), ta có hệ số sóng đứng S = 1, nghĩa là biên
độ của sóng điện áp (hoặc dòng điện) có giá trị như nhau trên suốt chiều dài của
đường truyền. Sóng trên đường truyền được coi là sóng chạy. Từ (2.7) ta rút ra
được quan hệ giữa hệ số sóng đứng S và hệ số phản xạ  :
[]=

𝑆−1
𝑆+1

(2.8)

2.1.4 Giản đồ Smith
Được tạo ra bởi Phillip H.Smith (1905-1987) năm 1939 tại Bell Lab. Sự ra
đời của biểu đồ Smith đã làm giảm nhẹ đáng kể các tính toán về đường truyền. Ta
có thể nghĩ rằng ngày nay khi máy tính đã phát triển thì ứng dụng của biểu đồ
Smith này không quan trọng nữa nhưng ngược lại nó cho ta thấy sự tiện ích nhiều
hơn là của máy tính với biểu đồ thông thường. Ngày nay biểu đồ Smith là một
phần của thiết kế máy tính với các phần mềm thiết kế siêu cao tần. Nhờ có nó ta
có thể dễ dàng tính toán, hiểu được mạch lọc đường truyền siêu cao tần, dễ dàng
giải quyết các công việc của kỹ thuật siêu cao tần như vấn đề phối hợp trở kháng
[6].
Đồ thị Smith chính là biểu diễn hình học của hệ thức [1]:
𝑍𝐿 =

1+ 
1− 

𝑅0

(2.9)

Hay viết dưới dạng trở kháng chuẩn hóa như sau:
𝑧𝐿 =

1+ 
1− 

(2.10)

Trong đó zL = ZL/R0 chính là trở kháng chuẩn hóa theo R0.
Thay  = [ ]ei ta viết lại (2.10) dưới dạng:


21
𝑧𝐿 =

1+ | |𝑒 𝑖

(2.11)

1−| |𝑒 𝑖

Một giá trị bất kỳ của hệ số phản xạ  có thể được biểu diễn lên hệ tọa độ
cực dưới dạng một bán kính vector | | và góc pha . Như vậy, ứng với mỗi điểm
trên mặt phẳng của hệ số phản xạ có một giá trị của hệ số phản xạ hoàn toàn xác
định, và một giá trị trở kháng z hoàn toàn xác định [1].
Thay zL = rL + ixL và  = r + ii vào (2.9) ta nhận được:
𝑟𝐿 + 𝑖𝑥𝐿 =

(1+ 𝑟 )+𝑖 𝑖

(2.12)

(1− 𝑟 )−𝑖 𝑖

Trong đó: rL và xL lần lượt là điện trở và điện kháng của tải.
r và i là phần thực và phần ảo của hệ số phản xạ .
Trên mặt phẳng hệ số phản xạ (giới hạn trong vòng tròn bán kính bằng 1 và
|| ≤ 1) có thể vẽ được 2 họ đường cong, một họ gồm những đường đẳng điện
trở r = const và một họ gồm những đường đẳng điện kháng x = const [1].
Cân bằng phần thực và phần ảo của (2.12) ta được 2 phương trình:
𝑟𝐿 =
𝑥𝐿 =

1−2𝐿 − 2𝑖

(2.13)

(1−𝑟 )2 + 2𝑖
2 2𝑖

(2.14)

(1−𝑟 )2 + 2𝑖

Sau khi biến đổi (1.13) và (1.14) ta nhận được:
(𝑟 −

𝑟𝐿
1+𝑟𝐿

2

2

1

) + 2𝑖 = (1+𝑟 )

(𝑟 − 1)2 + (𝑖 −

(2.15)

𝐿

1 2
𝑥𝐿

1 2

) = (𝑟 )
𝐿

(2.16)

Mỗi phương trình trên biểu thị một họ đường tròn trong mặt phẳng r, i.


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×