Baocao nhom4

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG  ĐỒ ÁN MÔN HỌC CÁC HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG Đề tài TRUYỀN THÔNG VIBA Giáo viên hướng dẫn Ths Trương Tấn Quang[.]

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

- -

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CÁC HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG

Đề tài: TRUYỀN THÔNG VIBA

Giáo viên hướng dẫn: Ths Trương Tấn Quang

Sinh viên thực hiện:

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2020

MỤC LỤC

Lời nói đầu 3

I Tổng quan 4

1 Sơ lược về hệ thống truyền thông 4

2 Truyền thông viba 4

II Phân loại 6

1 Vi ba số 6

2 Viba tương tự 6

III Đặc điểm 7

IV Nguyên lý hoạt động 9

1 Tuyến phát 9

2 Tuyến thu 11

V Ứng dụng 12

VI Kết luận 13

VII Tài liệu tham khảo 14

VIII Bảng phân chia công việc 14

LỜI NÓI ĐẦU

Chúng ta đang sống trong kỉ nguyên của thông tin và truyền thông với sự gia tăng không ngừng nghỉ của các ứng dụng, sự kết nối trở nên đơn giản ngay cả với khoảng cách xa nhất, đặc biệt là sự bùng nổ của kĩ thuật và các thiết bị không dây

Với ưu điểm là sự tiện lợi, khả năng di động, tính hiệu quả, dễ triển khai, khả năng mở rộng, truyền thông không dây chính là sự lựa chọn hoàn hảo cho các bài toán truyền dữ liệu lại những nơi có địa hình phức tạp, điều kiện thời tiết khó khăn, những nơi mà cáp quang khó có thể tiếp cận

Hôm nay nhóm chúng em sẽ trình bày về một trong những kênh kết nối cơ bản của hệ

thống truyền thông là truyền thông viba Đây là loại kết nối không dây sử dụng sóng điện

từ để truyền thông tin

Kết quả mong muốn của đồ án này:

- hiểu rõ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống truyền thông viba

- Nhận biết ưu, khuyết điểm của truyền thông viba so với những hệ thống truyền thông khác

- Ứng dụng của truyền thông viba

Cảm ơn thầy đã xem đồ án của nhóm chúng em, trong quá trình thiết kế và trình bày chúng em không tránh khỏi những khó khăn, sai sót vì vậy mong thầy chỉ bảo, giúp đỡ chúng em để chúng em có kết quả tốt hơn trong môn học

I TỔNG QUAN:

1 Sơ lược về hệ thống truyền thông:

Một hệ thống truyền thông cơ bản sẽ bao gồm: Thiết bị gửi và nhận, các kênh truyền thông, thiết bị kết nối, các đặc tả truyền dữ liệu

Kênh kết nối chính là thành phần đảm bảo việc vận chuyển dữ liệu từ nơi này đến nơi khác (từ điểm A đến B) Hiện tại kênh kết nối bao gồm 2 loại cơ bản: kênh kết nối có dây (còn gọi là kết nối vật lí) và kênh kết nối không dây Truyền thông viba thuộc kênh kết nối không dây Kết nối không dây chính là loại kết nối sử dụng sóng điện từ để truyền thông tin

2 Truyền thông viba:

Nói tới truyền thông vi ba, có lẽ mọi người chưa rõ là cái gì Nhưng nói tới rađa và chương trình truyền hình vệ tinh chuyển phát thì mọi người chẳng lạ gì Trên thực tế thì rada và vệ tinh truyền thông đều sử dụng vi ba để phát hiện mục tiêu và tiến hành truyền thông khoảng cách xa

Mô hình của một hệ thống thông tin vi ba

Viba mặt đất (terrestrial microwave):

- Sử dụng sóng siêu cao tần (SHF), tần số 300MHz tới 300GHz

- Thông tin trong tầm nhìn thẳng, cự ly truyền phụ thuộc rất lớn vào chiều cao anten, nhằm tránh được các chướng ngại vật Thông thường anten được đặt trên các đỉnh núi hay đồi

- Viba truyền theo một hướng, cần có hai tần số khác nhau khi truyền theo hai chiều được tổ hợp thành anten thu - phát (transceiver) với các thiết bị cho phép chỉ dùng một anten cho hai tần số thu-phát

Bộ tiếp vận (repeater):

Để tăng cự lý của vi ba mặt đất, có thể dùng thêm nhiều bộ tiếp vận Hiện nay, hệ vi ba mặt đất với các trạm tiếp vận cung cấp cơ sở cho các hệ thống điện thoại hiện đại

Anten: Có hai dạng anten vi ba thường dùng:

- Chảo parabol (anten parabol):

• Cấu tạo: gồm bộ bức xạ sơ cấp, sử dụng anten chấn tử đối xứng hoặc anten loa, chúng được đặt tạo tiêu điểm của anten chảo parabol và mặt phản xạ mép hình tròn với trung tâm chảo cong cong hình parabol, bộ phận này giúp đảm bảo sự hội tụ, tập trung năng lượng, tín hiệu vào một phương, điểm hội tụ của anten chảo parabol

• Chức năng: Thu sóng truyền hình kỹ thuật số vệ tinh, thu trực tiếp tín hiệu nên cho hình ảnh sắc nét, rõ Thích hợp sử dụng mọi nơi trên lãnh thổ Việt Nam

Anten parabol

- Anten sừng (horn antenna):

• Cấu tạo: Anten viba được tạo bởi đầu ống loa của ống dẫn sóng tiết diện tròn hoặc chữ nhật có dạng như cái còi, cho các sóng vô tuyến bức xạ trực tiếp vào không gian Trong anten loa hình chữ nhật có thể chỉ có một hoặc cả hai kích thước đều tăng tuyến tính từ phía nhỏ gọi là họng loa đến miệng loa còn gọi là anten loe, anten còi, còi tỏa sóng

• Chức năng: Được sử dụng cho các nghiên cứu thiên văn, các ứng dụng vi sóng

horn antenna

II Phân loại:

1 Viba số:

Tùy vào tốc độ bit của tín hiệu PCM cần truyền, các thiết bị vô tuyến phải được thiết

kế phù hợp để có khả năng truyền dẫn tín hiệu đó, từ đó ta phân loại:

- Viba số băng hẹp (tốc độ thấp): được dùng truyền các luồng số có tốc độ 2Mbit/s và 8Mbit/s Tần số vô tuyến thường là 0.4 - 1.5 GHz

- Viba số băng trung bình: Dùng để truyền các tín hiệu số ( 8 – 34)Mbit/s Tần số sóng thông thường (2 – 6)GHz

- Viba băng rộng ( tốc độ cao): được dùng để truyền các tín hiệu có tốc độ (34-140)Mbit/s Tần số sóng thông thường là 4,6,8,12GHz

2 Viba Tương tự:

Là viba có đầu vào ra multiplex là các tín hiệu tương tự

Ưu điểm của viba số so với viba tương tự:

- Nhờ các bộ repeater nên tránh được sự nhiễu trên kênh truyền số, việc tái sinh này

có thể được tiến hành ở tốc độ bit cao nhất của bang tần gốc mà không cần đưa xuống tốc độ bit ban đầu

- Nhờ tính chống nhiễu tốt, các hệ thống viba số có thể hoạt động tốt với tỷ số C/N (sóng mang/ nhiễu) vừa phải (C/N > 30dB, theo khuyến nghị của CCIR) Điều này cho phép sử dụng lại tần số đó bằng phương pháp phân cực trực giao, tăng phổ hiệu dụng và dung lượng kênh

- Cùng một lượng truyền dẫn, công suất phát cần thiết nhỏ hơn so với hệ thống tương

tự, giảm chi phí thiết bị, tăng độ tin cậy, tiết kiệm nguồn Ngoài ra công suất phát nhỏ ít gây nhiễu cho các hệ thống khác

Một số khuyết điểm của hệ thống viba số so với viba tương tự:

- Khi áp dụng hệ thống truyền dẫn số, phổ tần tín hiệu thoại rộng hơn so với hệ thống tương tự

- Khi các thống số đường truyền dẫn như trị số BER, S/N thay đổi không đạt giá trị cho phép thì thông tin sẽ gián đoạn, khác với hệ thống tương tự thông tin vẫn tồn tại nhưng rất kém

- Hệ thống này dễ bị ảnh hưởng bởi méo phi tuyến do các đặc tính bão hòa, do linh kiện bán dẫn gây nên, đặc tính này không xảy ra cho hệ thống tương tự FM

- Các vấn đề trên được khắc phục nhờ áp dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật mới như điều chế số nhiều mức dùng thiết bị dự phòng và sử dụng các mạch bảo vệ

III ĐẶC ĐIỂM

- Do làm việc ở dải sóng siêu cao tần nên đảm bảo được việc truyền những tín hiệu dải rộng

- Độ rộng dải tần siêu cao khoảng 30GHz vì thế nhiều đài có thể làm việc đồng thời

- Hầu như không bị can nhiễu khí quyển và công nghiệp

- Trong dải sóng SCT dễ dàng tạo ra các hệ thống anten có tính định hướng cao, búp sóng hẹp nhờ vậy máy phát có thể giảm công suất và trên cùng một phạm vi ta

có thể triển khai nhiều hệ thống cùng làm việc mà không gây nhiễu lẫn nhau

- Triển khai nhanh và giá thành rẻ hơn so với các hệ thống thông tin dùng cáp (cáp quang hoặc cáp đồng trục) vì việc triển khai hệ thống cáp là rất tốn kém và trong khu vực đông dân cư có nhiều công trình xây dựng thì việc triển khai một hệ thống cáp là rất khó khăn

- Dễ dàng quản lý vì hệ thống viba chỉ giới hạn quản lý trong phạm vi của trạm vô tuyến dọc theo trục (trong khi đó hệ thống cáp phải quản lý toàn bộ tuyến cáp và đặc biệt phải đối đầu với nguy cơ đứt cáp)

- Dải sóng SCT có nhược điểm là chỉ truyền được chắc chắn trong tầm nhìn thẳng

cự ly không quá 50 km Vì vậy muốn 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 trục chỉ còn sử dụng ở những khu vực chưa kéo được cáp quang do địa hình phức tạp

- Chịu tác động của đường truyền: hấp thụ do hơi nước và oxi, suy hao do mưa và hiện tượng pha đinh đặc biệt đối với các hệ thống băng thông rộng phải chịu tác động của pha đinh đa đường chọn lọc theo tần số

- Băng tần viba:

Phổ viba thường được xác định là năng lượng điện từ có tần số khoảng từ 1GHz – 1000GHz, nhưng trước đây cũng bao gồm cả những tần số thấp hơn Những ứng dụng viba phổ biến nhất ở khoảng 1 – 40 GHz, Đây là tần số siêu cao (superhigh frequency – SHF) Khoảng băng tần viba được xác định theo bảng sau đây:

IV NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

Sơ đồ khối cơ bản của hệ thống vi ba số:

1 Tuyến phát:

Sơ đồ khối cơ bản tuyến phát

Nhiệm vụ:

- Biến đổi tín hiệu băng gốc thành tín hiệu dạng sóng

- Chuyển đổi tín hiệu lên băng tần công tác

- Khuếch địa tín hiệu, hạn chế phổ tín hiệu và bức xạ qua anten

Chức năng:

Đối với hệ thống viba số tín hiệu vào tuyến phát bao gồm dữ liệu dưới dạng số được đưa đến từ tổng đài hoặc từ trạm viba số khác:

- Mã hóa: mã hóa kênh nhằm sửa lỗi bằng cách đưa vào một lượng thông tin dư

- Khối điều chế: ánh xạ từ tín hiệu số băng thông gốc thành tín hiệu dạng sóng: các dạng điều chế cơ bản: FSK, PSK, QAM

a FSK:

+ Không nhạy cảm với méo biên độ

+ Thiết bị đơn giản

+ Hiệu quả phổ thấp

b PSK, QAM:

+ Hiệu quả phổ phụ thuộc vào mức điều chế M

+ Hiệu quả phổ tăng lần k = log2(M) lần:

Khi M = 4 thì 4-PSK và 4-QAM như nhau

Khi M = 8 thường sử dụng 8-PSK

Khi M > 8 thường sử dụng M-QAM

Các bộ lọc phát thường được lắp ngay sau bộ điều chế quyết định phổ tần của kênh Thông thường, là bộ lọc cos sine, nâng với hệ số uốn lọc a từ 0.2 đến 0.7

- Bộ trộn tầng nhằm đưa tín hiệu lên băng tần cần công tác Tùy thuộc vào tần số công tác mà hệ thống có thể thực hiện trộn nhiều lần hoặc thực hiện điều chế ngay ở cao tần

Tuy sơ đồ điều chế trực tiếp từ cao tần nhưng chỉ được sử dụng ở những thiết bị có tần số công tác thấp khoảng 1GHz và điều chế FSK do nhược điểm của sơ đồ này là khó đạt được một đặc tuyến điều chế tuyến tính và hơn nữa tần số trnng tâm của máy phát không ổn định Khi điều chế ở trung tần yêu cầu đối với tần số trung tần ftt>3Rb (Rb là tốc độ của luồng số liệu)

- Khuếch đại công suất: Có thể dùng đèn sóng chạy (TWT) hoặc bán dẫn Gallium-Arsenide (GaAs FET) cho ra công suất khoảng vài W Thông thường sau bộ khuếch

đại công suất thường lắp một mạch lọc phụ nhằm hạn chế sự mở rộng phổ do tính phi tuyến của bộ khuếch đại

- Hệ thống anten phidơ được sử dụng để dẫn sóng và bức xạ sóng điện từ vào môi trường Dây phi đơ thường gây ra một lượng tổn hao nhất định tỷ lệ với độ dài của phiđơ Anten thường có dạng parabol có tính định hướng cao và độ tăng ích lớn khoảng vài chục dB

2 Tuyến thu:

Sơ đồ khối cơ bản của tuyến thu

Nhiệm vụ:

- Thu nhận và chuyển đổi tín hiệu thu được về trung tần

- Chuyển đổi thành tín hiệu bang gốc

- Khôi phục xung clock

Chức năng:

- Ở tuyến thu, tín hiệu thu được đưa đến máy thu để chuyển đổi tín hiệu thu được

về tần số trung tần Máy thu thực chất là một thiết bị xử lý tín hiệu cao tần bao gồm một khối khuếch đại cao tần và bộ trộn tần

- Bộ khuếch đại tín hiệu cao tần có tác dụng tăng độ nhạy máy thu

Các bộ trộn tần kết hợp với các bộ lọc thông giải biến đổi tín hiệu siêu cao tần thu được về tần số trung tần Tùy theo yêu cầu chất lượng và dải tần công tác máy thu có thể thực hiện đổi tần 1 lần hoặc nhiều lần nhằm loại bỏ các tần số nhiễu ảnh, nhiều trung gian và nhiều lân cận

- Tín hiệu trung tần sẽ được đưa và bộ giải điều chế để chuyển từ tín hiệu dạng song về tín hiệu số Trên cơ sở của chuỗi tín hiệu số băng gốc sau khối giải điều chế,

tín hiệu xung clock được khôi phục và cung cấp cho các khối tái tạo xung và khối giải mã để thu được dữ liệu như đã phát đi ban đầu

V Ứng dụng:

Vi ba được dùng trong thông tin vệ tinh vì vi ba dễ dàng truyền qua khí quyển Trái Đất, ít bị nhiễu so với các bước sóng dài hơn Ngoài ra, trong phổ vi ba còn nhiều băng thông hơn phần còn lại của phổ radio

Vi ba cũng được dùng rộng rãi trong thông tin vô tuyến chuyển tiếp đến nỗi từ vi

ba thực tế đồng nghĩa với vô tuyến chuyển tiếp (thường gọi "liên lạc vi ba", "tuyến vi ba", "trạm vi ba" ) mặc dù có một số thiết bị vô tuyến chuyển tiếp hoạt động trong dải tần số 410-470 MHz (thuộc băng tần số cực cao UHF)

Radar cũng dùng bức xạ vi ba để phát hiện khoảng cách, tốc độ và các đặc trưng khác của những đối tượng ở xa, như ô-tô và các phương tiện giao thông

Các giao thức mạng không dây (wireless LAN) như Bluetooth và các chuẩn IEEE 802.11g và 802.11b dùng vi ba trong dải 2,4 GHz (thuộc băng tần ISM, tức băng tần công nghiệp, khoa học và y tế), còn chuẩn 802.11a dùng băng tần ISM dải 5,8 GHz Nhiều nước (trừ Hoa Kỳ) cấp phép cho dịch vụ truy cập Internet không dây tầm xa (đến 25 km) trong dải 3,5–4,0 GHz

Truyền hình cáp và truy cập Internet bằng cáp đồng trục cũng như truyền hình quảng bá dùng vài tần số vi ba thấp Một số mạng điện thoại di động tế bào cũng dùng dải tần số vi ba thấp

Vi ba có thể dùng để truyền tải điện đường dài; sau Chiến tranh thế giới thứ hai người ta đã khảo sát khả năng đó Thập niên 1970 và đầu thập niên 1980 NASA tiến hành nghiên cứu khả năng dùng hệ thống Vệ tinh sử dụng năng lượng Mặt Trời (SPS, Solar Power Satellite) với những tấm pin mặt trời lớn có thể truyền tải điện xuống bề mặt Trái Đất bằng vi ba

VI Kết luận:

Truyền thông viba nằm một phần rất quan trọng trong việc phát triển nền văn minh nhân loại trong quá khứ lẫn tương lai Tuy nhiên, việc lạm dụng có thể gây ra những tác hại đáng quan ngại không chỉ về hệ sinh thái mà còn sức khỏe con người

Do vi ba là sóng điện từ có tần số dao động trùng với tần số cộng hưởng của nhiều phân tử chất hữu cơ có trong sinh vật, dẫn đến các phân tử hữu cơ hấp thụ vi sóng mạnh Nó làm cho các phân tử protein bị biến tính, tức là thay đổi một số liên kết trong cấu trúc phân tử

Sự biến tính protein diễn ra theo các mức độ khác nhau, tùy theo cường độ và thời gian bị vi sóng tác động, và được gọi là bỏng vi sóng, phần lớn khó nhận thấy theo cảm giác:

- Ở mức nhẹ thì protein biến tính có thể vẫn tham gia vào hoạt động sống của tế bào Nếu phân tử protein đó là ADN thì sẽ gây lỗi di truyền, sự phân bào sau đó sẽ tạo ra các "tế bào lạ" dẫn đến ung thư

- Ở mức nặng hơn thì phân tử protein bị coi là chết, tế bào phải đào thải nó

- Nếu số phân tử biến tính chết nhiều vượt khả năng xử lý của tế bào thì tế bào đó chết Cơ thể sẽ dọn dẹp tế bào chết nếu mô còn sống Khi số tế bào chết nhiều, dẫn đến tắc mạch máu, mô sẽ mất nguồn máu nuôi dưỡng, thì mô đó chết Đó là trạng thái bỏng thật sự và ta mới nhận biết được

Vì thế làm việc với vi sóng như ra đa, lò vi sóng, điện thoại di động, laptop, cần tuân theo các quy định an toàn