Kênh vô tuyến và mô hình kênh vô tuyến Chất lượng của hệ thống thông tin phụ thuộc vào nhiều kênh truyền, nơi mà tín hiệu được truyền đi từ máy phát đến máy thu Không giống như kênh truyền hữu tuyến l.
Trang 1Kênh vô tuyến và mô hình kênh vô tuyến
Chất lượng của hệ thống thông tin phụ thuộc vào nhiều kênh truyền, nơi mà tín hiệu được truyền đi từ máy phát đến máy thu Không giống như kênh truyền hữu tuyến là ổn định và có thể dự đoán được, kênh truyền vô tuyến là hoàn toàn ngẫu nhiên và không hề dễ dàng trong việc phân tích Tín hiệu được phát đi qua kênh truyền vô tuyến, bị cản trở bởi các tòa nhà, núi non, cây cối… bị phản xạ, tán
xạ, nhiễu xạ các hiện tượng này được gọi chung là fading Và kết quả là ở máy thu, ta thu được rất nhiều phiên bản khác nhau của tín hiệu phát ảnh hưởng đến chất lượng của hệ thống thông tin vô tuyến Do đó nắm vững những đặc tính của kênh truyền vô tuyến là yêu cầu cơ bản để có thể chọn lựa các thích hợp các cấu trúc của hệ thống, kích thước của các thành phần và các thông số tối ưu của hệ thống
Thiết bị và hệ thống truyền dẫn vô tuyến
Cấu hình của hệ thống truyền dẫn vô tuyến
- Sơ đồ khối tổng quát của một hệ thống thu phát vô tuyến
- Chức năng của các thành phần cơ bản trong sơ đồ khối
Trang 2Để thực tổ chức thực hiện thông tin bằng đường vô tuyến, tại đầu phát cần có thiết
bị phát, tại đầu thu cần có thiết bị thu Thông thường đối với việc tổ chức thông tin theo 2 chiều, mỗi đầu cần phải có cả thiết bị phát và thiết bị thu Sơ đồ tổng quát của hệ thống thông tin vô tuyến được chỉ ra trên hình
-Thiết bị phát là tập hợp các phương tiện kỹ thuật, nằm giữa nguồn các tín hiệu điện
sơ cấp và môi trường truyền sóng
-Thiết bị thu là tập hợp các phương tiện kỹ thuật, nằm giữa môi trường truyền sóng
và nguồn tiêu thụ các tín hiệu điện sơ cấp
-Thiết bị phát bao gồm máy phát và hệ thống anten - phiđơ Máy phát thực
hiện ba chức năng cơ bản:
+ Biến đổi tín hiệu điện sơ cấp thành dạng tín hiệu cao tần phù hợp với dải tần số công tác của hệ thống
+ Tạo dải tần công tác với số lượng tần số công tác, độ ổn định tần số và độ chính xác tần số cho trước
+ Tạo ra công suất cao tần yêu cầu từ nguồn năng lượng tại chỗ Khi tính toán công suất phải tính đến cự ly liên lạc yêu cầu, hiệu quả anten phát và thu được dùng, phương pháp tiến hành liên lạc
+Máy phát thường gồm bộ kích thích, bộ khuếch đại công suất và thiết bị
phối hợp anten Bộ kích thích thực hiện biến đổi tín hiệu sơ cấp thành tín hiệu cao
tần sơ cấp (tín hiệu vô tuyến), tổng hợp mạng tần số công tác trong dải tần đã cho, sau đó chuyển tín hiệu vô tuyến sơ cấp đã chọn lên tần số công tác Bộ khuếch đại công suất bảo đảm khuếch đại tín hiệu cao tần lên đủ mức cần thiết, thường gồm nhiều tầng mắc nối tiếp Thiết bị phối hợp bảo đảm phối hợp máy phát với thiết bị anten về mặt trở kháng để anten bức xạ công suất cực đại, biến năng lượng điện thành năng lượng của sóng điện từ
-Thiết bị thu bao gồm hệ thống anten phiđơ và máy thu.
+Máy thu gồm có tuyến thu chung và tuyến thu riêng Anten thu nhận năng
lượng các sóng điện từ rồi nhờ phi đơ đưa tới lối vào máy thu Trong máy thu các
dạng tín hiệu được xử lý theo nguyên tắc Rộng - Hạn chế - Hẹp - Hạn chế cho
phép nâng cao độ chọn lọc, độ nhạy đối với các dạng tín hiệu Tuyến thu chung đóng vai trò Rộng - Hạn chế, tại đây tín hiệu có ích được khuếch đại, lọc dải rộng
và biến đổi về thành tín hiệu điện tần số trung gian Tuyến thu riêng đóng vai trò
Trang 3Hẹp - Hạn chế, tại đây các dạng tín hiệu được phân chia thành các tuyến riêng biệt tiếp tục được khuếch đại, lọc dải hẹp và biến đổi thành tín hiệu sơ cấp và đưa về dạng cần thiết cho sự hoạt động của thiết bị đầu cuối Nguồn tin có thể là tín hiệu dạng tương tự hoặc số Trong thông tin vô tuyến ta hay gặp dạng thiết bị thu - phát kết hợp (thường gọi là máy thu phát) trong đó máy phát và máy thu cùng chung một vỏ (tùy trường hợp sẽ có một số bộ phận dùng chung như anten, mạch ra máy phát kiêm mạch vào máy thu, bộ dao động chủ sóng máy phát kiêm dao động ngoại sai máy thu - bộ tổng hợp tần số, các bộ lọc trong các tuyến tần số )
Các phần tử nối ghép máy thu máy phát với anten: thiết bị anten-phiđơ
Các đặc tính kĩ thuật chính của hệ thống thông tin vô tuyến:
- Ngẫu nhiên hóa
- Khôi phục sóng mang
+Điều chế biên độ (hay còn gọi là điều biên, tiếng Anh: Amplitude Modulation, viết tắt là "AM") là một kỹ thuật được sử dụng trong điện tử viễn thông, phổ biến nhất là dùng để truyền thông tin qua một sóng mang vô tuyến Kỹ thuật này là thay đổi biên độ của tín hiệu sóng mang theo biên độ của tín hiệu thông tin cần gửi đi, hay nói cách khác là điều chế sóng mang bằng biên độ theo tín hiệu mang tin Ví dụ, thay đổi cường độ tín hiệu có thể được dùng để phản ánh các
âm thanh được tái tạo lại bởi một người nói, hoặc để xác định độ chói của các điểm ảnh truyền hình (Trái ngược với điều biên là điều tần, cũng thường được sử dụng
để truyền âm thanh, trong đó tần số truyền được thay đổi; và điều pha thường được
sử dụng trong điều khiển từ xa, trong đó pha của tín hiệu sóng mang được thay đổi)
- Khôi phục định thời
+Điều chế tần số (hay biến điệu tần số, tiếng Anh: Frequency modulation viết tắt là "FM") được áp dụng trong kỹ thuật vô tuyến điện và kỹ thuật xử lý tín hiệu Người ta truyền thông tin trên một sóng mang cao tần bằng hai cách Thay đổi tần số sóng mang theo tín hiệu cần truyền, trong khi biên độ của sóng mang cao tần không thay đổi, đó là kỹ thuật điều chế tần số Và điều chế biên
độ của sóng mang theo tín hiệu cần truyền mà tần số sóng mang vẫn giữ nguyên Ngoài ra còn nhiều phương pháp điều chế khác, như điều chế pha, điều chế mạch xung, điều chế biên mã, điều chế đơn biên
- Các bộ cân bằng tín hiệu :
+Bộ Equalizer là một thiết bị âm thanh có khả năng tăng và / hoặc cắt năng lượng (biên
độ) trong các dải tần số được chỉ định bằng cách sử dụng một hoặc nhiều mạch lọc Có nhiều loại EQ khác nhau được sử dụng trong các ứng dụng khác nhau ngày nay, nhưng về cơ bản, tất
cả chúng đều có chức năng tương tự.
Trang 4Graphic EQ
+Bộ cân bằng graphic được cấu hình để cung cấp cho bạn màn hình đồ họa của cài đặt
EQ Nhiều năm trước, Equalizer đều dựa trên núm xoay Khi các đơn vị bắt đầu EQ 15, 30 hoặc thậm chí 45 băng tần (tần số), thật khó để nhìn thấy những gì đang diễn ra trong nháy mắt Do
đó, Equalizer đã được phát triển sử dụng thanh trượt thay vì núm và nhanh chóng được các kỹ sư
âm thanh ưa chuộng do sự thuận tiện trong khi sử dụng Các kỹ sư thích cách dễ dàng nhìn thấy đường cong EQ tổng thể trong nháy mắt, vì vậy họ cũng thích sử dụng thanh trượt hơn là núm.
Parametric EQ
+Trong bộ Equalizer parametric, một số tham số kiểm soát các bộ lọc khác nhau có thể được áp dụng cho tần số âm thanh Bộ Equalizer parametric được sử dụng rộng rãi nhất trong các tình huống cần kiểm soát rất tốt tín hiệu âm thanh Để bộ cân bằng Equalizer là parametric, nó phải có quyền kiểm soát ít nhất là mức tăng, Q (băng thông của tần số được tăng / cắt) và tần số Trong hầu hết các trường hợp, mỗi điều khiển này nằm trên chiết áp quay Một số bộ Equalizer không có điều khiển Q nhưng chỉ là số rất ít Chúng được gọi là bộ cân bằng bán tham số (Equalizer semo-parametric).
- Các bộ trộn: Các bộ trộn sóng có chức năng trộn sóng thu của đài phát thanh (ft)với sóng cao tần (fd) để đảm bảo chất lượng đầu ra được mã hóa đồng điệu với nội dung cần đưa ra
Khai thác bảo dưỡng và quản lý hệ thống vô tuyến
Một số thiết bị truyền dẫn vô tuyến thực tế
Các loại thiết bị vô tuyến
-Thiết bị vô tuyến rất đa dạng về chủng loại, tùy thuộc theo chức năng, yêu cầu sử dụng, cấu trúc thiết bị và thiết kế của các nhà sản xuất khác nhau Với các tín hiệu cần truyền khác nhau, các bộ điều chế/ mã hóa và các bộ giải điều chế/giải
mã khác nhau dẫn đến có nhiều loại thiết bị vô tuyến khác nhau Ví dụ như các thiết bị vô tuyến bức xạ xung vô tuyến trực tiếp, thiết bị vô tuyến điều biên, điều pha, điều tần
-Ngoài ra các yêu cầu sử dụng, các dạng cấu trúc an ten, công suất phát khác nhau cũng góp phần tạo ra sự phong phú của các thiết bị vô tuyến Chính sự phong phú này dẫn đến sự phức tạp trong việc phân loại, quản lý, tiêu chuẩn hóa thiết bị
vô tuyến
-Một số loại thiết bị vô tuyến thường gặp trong thị trường điện tử viễn thông tin học gồm:
+Thiết bị thông tin vô tuyến công suất lớn, Thiết bị vô tuyến cố định; Thiết
bị thông tin di động tế bào số; Thiết bị thông tin vô tuyến mặt đất; Thiết bị thông tin vệ tinh cố định, di động mặt đất; Thiết bị thông tin vô tuyến định vị, dẫn đường; Thiết bị thông tin vô tuyến hàng không; Thiết bị thông tin vô tuyến hàng hải; Thiết
bị vô tuyến thông tin, an toàn và cứu nạn hàng hải; Thiết bị vô tuyến điện tử dân
Trang 5dụng; Thiết bị thu phát hình, phát thanh quảng bá; Thiết bị vô tuyến dùng trong y học, khoa học, thăm dò vũ trụ ; Thiết bị ra đa, phát xung trực tiếp; Thiết bị công nghệ tin học v.v
Định nghĩa về vệ tinh : vệ tinh nhân tạo được con người đặt lên quỹ đạo xác định , cho phép thực hiên trong vũ trụ làm những nhiệm vụ mà làm trên trái đất tốn kém và khó khăn hơn.
ứng dụng của vệ tinh
-vệ tinh viễn thông : inmarsat Iridium , thurayce, návstar ( gps , vinasat, truyền thoại
- vệ tinh quan trắc mặt đất : metosat ( quan sát 200triu km2 , độ phân giải 1km) lập bản đồ theo
giõi ,quy hoạc tài nguyên , đô thị , dự báo thời tiết
- vệ tinh nghiên cứu khoa học : các đặc trưng đất đai , thảm thực vật , tầng ozon
- vệ tinh quân sự ; thông tin liên lạc , trinh sát
Câu 1: Cấu trúc tổng quát của 1 HTTTVT? Vẽ sơ đồ khối và trình bày ưu nhược điểm, chức năng của các thành phần?
Tổng quan HTTTVT
Trang 6*Vệ tinh bao gồm:
- Tải: trang thiết bị, linh kiện thu phát, xử lý, tín hiệu thông tin (hay gồm hệ thống các anten thu ohast, và tất cả các thiết bị điện tử phục vụ cho việc truyền dẫn và xử lý tín hiệu)
- Nền: khung, vỏ, thiết bị phụ trợ giúp thiết bị hoạt động
- Sau khi được phóng vào vũ trụ, vệ tinh trở thành hệ thống thông tin ngoài trái đất Nó có nhiệm vụ thu tín hiệu dưới dạng sóng vô tuyến từ một trạm ở trái đất gửi lên, khuếch đại rồi phát trở về cho một trạm khác Quỹ đạo vệ tinh có 3 loại cơ bản:
+ Quỹ đạo tròn
+ Quỹ đạo elip
+ Quỹ đạo địa tĩnh
- Ưu điểm
+ có khả năng đa truy nhập
+ vùng phủ sóng, chỉ cần 3 vệ tinh địa tĩnh là can phủ sóng toàn cầu
+ có thể ứng dụng trong thông tin di động và nhiều loại hình dịch vụ khác
+ thích hợp với dịch vụ truyền hình (vệ tinh địa tĩnh)
+ hiệu quả kinh tế cao trong thông tin cư li lớn, đặc biệt trong thông tin xuyên lục địa
+ dung lượng thông tin lớn, độ tin cậy và chất lượng thông tin cao
- Nhược:
+ vốn đầu tư ban đầu cao
+ thời gian làm việc tương đối ngắn (7-10 năm)
+ có 1 số giới hạn sử dụng: quỹ đạo, phân chia tần số
+ phụ thuộc vào thiết bị phóng
Trang 7- Chức năng :
- Trạm mặt đất phát:
+ xử lý tín hiệu trực tiếp từ thiết bị người dùng hoặc thông qua mạng mặt đất
+ đổi tên thành sóng mang
+ phát lên với tần số phù hợp
- Trạm mặt đất thu:
+ thu tín hiệu sóng mang từ vệ tinh xuống
+ chuyển sóng mang xuống băng cơ sở
+ xử lý
+ cung cấp lại cho người dùng
Câu 2: Vẽ sơ đồ khối và trình bày chức năng các khối trong bộ phát đáp vệ tinh?
* Bộ phát đáp vệ tinh: là 1 tổ hợp máy phát và máy thu dải tần số qua vệ tinh, trong đó một tần hoặc nhiều tần có thể được phát đi
- bộ phát đáp được đặt trong vệ tinh để thu tín hiệu từ tuyến lên, biến đổi tần số KĐCS và truyền trở lại theo tuyến xuống.
Câu 3: Thế nào là vệ tinh địa tĩnh? Đkiện để trở thành vệ tinh địa tĩnh?
- Vệ tinh địa tĩnh là vệ tinh đứng yên tương đối so với một điểm xác định trên trái đất
- Điều kiện:
+ quỹ đạo của vệ tinh địa tĩnh phải nằm trên mặt phẳng xích đạo và có quỹ đạo tròn
+ có vùng vận tốc góc ( chu kì quay ) của trái đất = 23h56’ 4,1
+ chuyển động cùng hướng với trái đất
Câu 4: so sánh ưu và nhược điểm của K u ,C, K a
Trang 8Band C Band K u Band K a
-ưu: - ít chịu ảnh hưởng thời
tiết
- thiết bị có sẵn
- băng thông lớn
- thiết bị không có sẵn - băng thông lớn- không can nhiễu bởi sóng
viba -nhược: - băng thông hẹp
- dễ bị can nhiễu bởi
sóng viba
- chịu ảnh hưởng bởi thời tiết
- ít nhiều còn chịu ảnh hưởng sóng viba
- chịu ảnh hưởng bởi thời tiết
- thiết bị lớn, phức tạp
Câu 5: Các giải tần làm việc của HTTTVT? Trong giải tần Ka ( hoặc Ku) tần số tuyến lên và tuyến xuống được phân định ntn? Giải thích tại sao cơ sở phân định đó? Why lên cao hơn xuống?
dải tần C
- tuyến lên: 5,925GHz – 6,425GHz
- tuyến xuống: 3,7GHz – 4,2GHz
dải tần Ku
- tuyến lên : 14GHz – 14,5GHz
- tuyến xuống: 11,7GHz – 12,2GHz nhằm tránh tần số tăng và giảm giống nhau, vì nếu giống nhau gây can nhiễu cho nhau
F1 > F2 (uplink > downlink) vì: suy hao trong TTVT chú yes là suy hao do môi trường truyền dẫn, được xác định bằng CT : Loss= 20log(4 πd
c .f) với d không đổi, ta nhận thấy rằng f tăng thì suy hao Loss tăng
Để đảm bảo đầu thu có thể thu được tín hiệu sóng mang tại máy thu phải có công suất lớn hơn để nhạy thu Vì vậy, f tăng ,Loss tăng máy phát phải có công suất tăng để bù vào phần suy hao trong quá trình truyền dẫn hệ thống lớn, nguồn nuôi mạch, mà tiêu chí vệ tinh phải có kích thước nhỏ gọn, tiết kiệm năng lượng, trong khi trạm mặt đất không giới hạn về kích thước và nguồn cấp Nên để đơn giản trong việc xây dựng hệ thống, người ta thường chọn tần số tuyến lên F1 lớn hơn tần số tuyến dưới F2
Câu 6: khái niệm góc ngẫng, góc phương vị? vẽ để thể hiện góc đó?
- Góc phẳng: là góc hợp bởi 2 đường
+ tia nối từ trạm mặt đất đến trạm vệ tinh
+ tia tiếp tuyến với mặt đất tại điểm đặt trạm
- Góc phương vị: l à một góc đo trong hệ thống định vị cầu Như hình bên, góc phương vị là góc giữa vector bắc và ảnh chiếu vuông góc của ngôi sao xuống đường chân trời
+ tia nối từ trạm thu thẳng lên phương bắc
+ tia nối từ trạm thu đến hình chiếu của vệ tinh lên mặt đất
Dải tần (GHz) Ký hiệu
0,1 - 0,3 VHF
110 – 300 Mm
300 – 3000 µm
Trang 9Câu 7: Định luật Newton, keppler
Định luật kepplet thứ nhất : tâm của trái đất nằm trong 2 tiêu điểm của quỹ đao elip ( f hoặc f’ )
Điểm xa nhất của quỹ đạo so với tâm trái đất nằm ở phía tiêu điểm thứ 2, được gọi là viễn điểm Chiều cao của vệ tinh điện tĩnh so với trái đất là 35.768km
Định luật kepplet thứ I ; e = rmax - rmin
rmax+ rmin