Baocao nhom10

Hệ thống vi ba số sử dụng sóng vô tuyến vàbiến đổi các đặc tính của sóng mang vô tuyến bằngnhững biến đổi gián đoạn và truyền trong không gian.Sóng mang vô tuyến được truyền đi có tính đ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

- -Báo cáo: Các hệ thống truyền thông

Giảng viên: Trương Tấn Quang

Thành viên nhóm :

 Nguyễn Phi Long 18200164

 Nguyễn Anh Tiến 18200259

 Nguyễn Ngọc Anh Hào 18200095

 Nguyễn Văn Nhã 18200187

 Nguyễn Trọng Nhân 18200189

 Huỳnh Chánh Nguyên 18200182

có đường trục Hệ thống này dễ triển khai, ngay cả trongcác điều kiện địa hình gây nhiều trở ngại cho việc triểnkhai hệ thống dung lượng cao khác Truyền dẫn vi batầm nhìn thẳng cung cấp kết nối băng rộng tương đốiqua một tuyến đơn hay một chuỗi các tuyến nối đuôi.Một tuyến kết nối một thiết bị đầu cuối vô tuyến tới một

tuyến khác hoặc trạm lặp Khoảng cách của tuyến phụthuộc vào độ cao của anten.

- Bảng băng tần vi ba theo cách dùng của Hội vô tuyếnđiện Anh (Radio Society of Great Britain, RSGB).

1.1 Cự ly truyền sóng

- Sóng truyền thẳng có cự ly bị giới hạn bởi độ cong TráiĐất, do bán kính Trái Đất R = 6300 Km Gọi h1(m) vàh2(m) lần lượt là độ cao của anten phát và thu thì cự lythông tin tối đa cho tuyến vi ba là d(Km) là:

d = 3,57(√h1 + √h2 ) (Km)

- Sự khúc xạ không khí và bán kính giả tưởng của Trái Đất

 Trong khí quyển chiết suất khúc xạ đối với sóng caotần giảm dần theo độ cao, nên tia sóng bị uốn cong

về phía mặt đất làm tăng cự ly truyền Để dễ dàngtính cự ly truyền, ta coi như sóng cao tần truyềnthẳng, bán kính của Trái Đất tăng lên R’ = 4R/3 =

mà tín hiệu gặp phải trên đường truyền Thực chất đây

là một trong số rất nhiều các khối elip(3 chiều) đồngtâm, với 2 đỉnh elip là đầu thu và đầu phát tín hiệu.Ngoài đường truyền thẳng, thì tín hiệu truyền từ đầuphát tới đầu thu có thể phản xạ, tán xạ theo nhiềuđường khác nhau trong miền Fresnel này Đó là nguyênnhân gây ra sự lệch pha của tín hiệu tại đầu thu Cácvùng này thường được kí hiệu là: F1,F2,F3,….Nhưngthực tế chỉ có 3 miền Fresnel đầu tiên là có ảnh hưởngnhiều đến sự làn truyền đến sự lan truyền sóng vôtuyến

- - Tín hiệu trong miền Fresnel có thể lệch pha với tínhiệu gốc từ 0 0 đến 90 0 Ở miền Fresnel 2 là từ 90 0 đến 270 0.Miền Fresnel 3 là từ 270 0 đến 450 0 Thực tế cho thấy,không nên quá 40% miền Fresnel bị che khuất bới cácvật cản Tuy nhiên khuyến nghị cho hiệu suất tối ưu làkhông quá 20% Để có thể tính toán được miền Fresnel

có thể dùng công thức:

F n = √nλd 1d2

d 1+d 2

F n: bán kính miền Fresnel thứ nd1,d2: khoảng cách từ điểm P( điểm tính bánkính) tới đầu phát và đầu thu Nếu P nằm chínhgiữa đầu phát và đầu thu thì bán kính đó đạt giátrị cực đại Khi đó d1 = d2; D = d1 + d2; λ = c/f Ta sẽ có công thức đơn giản hơn:

r = 8.657 √D

f

- Nhờ việc tính toán miền Fresnel, ta có thể dễ dàng tínhtoán được chiều cao cần thiết của các cột anten để cóthể đảm bảo được truyền tín hiệu không bị cản trở quánhiều(< 40%) Vật chẵn giữa 2 anten không được vượtquá 60% miền Fresnel thứ nhất để không ảnh hưởng

đến tầm nhìn truyền sóng vô tuyến hoặc phải nâng caoanten.

3.

Hệ thống vi ba

hệ

thống thông tin giữa 2 điểm cố định bằng sóng vô tuyến

có hướng tính cao nhờ các anten định hướng Có 2 dạng

viba:vibasốvàvibatương tự

- Nếu đường truyền xa hoặc gặp chướng ngại vật, người

ta sử dụng các trạm chuyển tiếp(Repeater) chỉ thu nhậntín hiệu, khuếch đại rồi phát lại

3.1 Vi ba số

- Thông tin vi ba số là một trong 3 phương tiện thông tinphổ biến hiện nay( bên cạnh thông tin vệ tinh và thôngtin quang) Hệ thống vi ba số sử dụng sóng vô tuyến vàbiến đổi các đặc tính của sóng mang vô tuyến bằngnhững biến đổi gián đoạn và truyền trong không gian.Sóng mang vô tuyến được truyền đi có tính định hướngrất cao nhờ các anten định hướng Hệ thống vi ba số là

hệ thống thông tin vô tuyến được sử dụng trong cácđường truyền dẫn số giữa các phần tử khác nhau củamạng vô tuyến Hệ thống vi ba số có thể được sử dụnglàm:

 Các đường trung kế kết nối giữa các tổng đài số

 Các đường truyền dẫn nối tổng đài chính đến cáctổng đài vệ tinh

 Các đường truyền dẫn nối các thuê bao với cáctổng đài chính hoặc các tổng đài vệ tinh

 Các bộ tập trung thuê bao vô tuyến

 Các đường truyền dẫn trong các hệ thống thông tin

di động để kết nối các máy di động với mạng viễnthông

3.2 Mô hình hệ thống vi ba số

- Một hệ thống vi ba số bao gồm các khối xử lý tín hiệu.Các khối này có thể được phân loại theo các mục sauđây:

 Biến đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số

 Tập hợp các tín hiệu số từ các nguồn khác nhauthành tín hiệu băng gốc

 Xử lý tín hiệu băng gốc để truyền trên kênh thôngtin

 Truyền tín hiệu băng gốc trên kênh thông tin

 Thu tín hiệu băng gốc từ kênh thông tin

 Xử lý tín hiệu băng gốc thu được để phân thành câcnguồn khác nhau tương ứng

- Biến đổi ADC và DAC có thể được thực hiện bằng mộttrong các phương pháp sau đây: Điều và giải điều xungmã(PCM); xung mã logarit(Log(PCM)); xung mã visai(DPCM); xung mã vi sai tự thích nghi(ADPCM); ĐiỀU

và giải điều delta(DM); Delta tự thích nghi(ADM) Tậphợp các tín hiệu số từ các nguồn khác nhau thành tínhiệu băng gốc và phân chia tín hiệu số từ tín hiệu bănggốc được thực hiện nhờ quá trình ghép – tách Có 2 hệthống ghép – tách chủ yếu: theo thời gian TDM và theotần số FDM Trong FDM có các tập hợp nhóm, siêunhóm, chủ nhóm và 16 siêu nhóm FDM của các kênh

âm tần thường cần thiết giao tiếp với hệ thống truyềndẫn số(nhờ các Codec) Việc xử lý tín hiệu băng gôc sthành dạng sóng vô tuyến thích hợp để truyền trên kênhthông tin phụ thuộc vào môi trường truyền dẫn vì mỗimôi trường truyền dẫn có đặc tính và hạn chế riêng.Việc xác đinh sơ đồ điều chế và giải điều chế thích hợpyêu cầu độ nhạy của thiết bị tương ứng với tỉ lệ lỗi bit

BER cho trước ở tốc độ truyền dẫn nhất định, phụ thuộcvào độ phức tạp cũng như giá thành của thiết bị.

3.3 Phân loại

- Phụ thuộc vào tốc độ bit của tín hiệu PCM cần truyền, cácthiết bị vô tuyến phải được thiết kế, cấu tạo phù hợp đề cókhả năng truyền dẫn các tín hiệu đó Có thể được phân loạinhư sau:

 Vi ba số băng hẹp(tốc độ thấp): được dùng đểtruyền các tín hiệu có tốc độ 2 Mbit/s, 4 Mbit/s và 8Mbit/s, tương ứng với dung lượng kênh thoại là 30kênh, 60 kênh và 120 kênh Tần số sóng vôtuyến(0,4 – 1,5 GHz)

 Vi ba số băng trung bình(tốc độ trung bình): đượcdùng để truyền các tín hiệu có tốc độ từ(8 - 34)Mbit/s, tương ứng với dung lượng kênh thoại là

123 đến 480 kênh Tần số sóng vô tuyến(2 – 6)GHz

 Vi ba số băng rộng(tốc độ cao): được dùng đểtruyền các tín hiệu tốc độ từ(34 – 140)Mbit/s,tương ứng với dung lượng kênh thoại từ 480 đến

1920 kênh Tần số sóng vô tuyến 4, 6, 8, 12 GHz

3.4 Ưu điểm, khuyết điểm của vi ba số

- Ưu điểm: Vi ba số có băng tần Base Band ở dạng số

 Nhờ sử dụng các bộ tía tạo luồng số liệu(repeater)trên đường truyền nên tránh được nhiễu tích lũytrong các hệ thống số, việc tái sinh này có thể đượctiến hành ở tốc độ bit cao nhất của băng tần gốc

mà không cần đưa xuống tốc độ bit ban đầu

 Nhờ có tính chống nhiễu tốt, các hệ thống vi ba số

có thể hoạt động tốt với tỷ số C/N(sóngmang/nhiễu) vừa phải(C/N> 30 dB, theo khuyến

nghị của CCIR) Điều này cho phép sử dụng lại tần

số đó bằng phương pháp phân cực trực giao, tăngphổ hiệu dụng và dung lượng kênh

 Cùng một lượng truyền dẫn, công suất phát cầnthiết nhỏ hơn so với hệ thống tương tự, giảm chiphí thiết bị, tăng độ tin cậy, tiết kiệm nguồn, ngoài

ra công suất phát nhỏ ít gây nhiễu cho các hệ thốngkhác

- Khuyết điểm:

 Khi áp dụng hệ thống truyền dẫn số, phổ tần tínhiệu thoại rộng hơn so với hệ thống tương tự

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

 Hệ thống này dễ bị ảnh hưởng bơi méo phi tuyến

do các đặn tính bão hòa, do linh kiện bán dẫn gâynên, đặc tính này không xảy ra cho hệ thống tương

tự FM

 Các vấn đề trên đã được khắc phục nhờ áp dụngcác tiến bộ khoa học kĩ thuật mới như điều chế sốnhiều mức dùng thiết bị dự phòng và sử dụng cácmạch bảo vệ

3.5 Các mạng vi ba số

- Các mạng vi ba số được kết nối cùng với các trạm

chuyển mạch như là một bộ phận của mạng trung kếquốc gia hoặc trung kế riêng, hoặc là nối các tuyếnnhánh xuất phát từ trung tâm thu thập thông tin hoặckhác nhau đến trạm chính(ứng dụng trong các trung tâmchuyển mạch hoặc tổ chức các mạng Internet)

- Vi ba số điểm nối điểm: hiện nay được sử dụng phổ

biến Trong các mạng đường dài thường dùng cáp sợiquang còn các mạng quy mô nhỏ hơn như từ tỉnh đếncác huyện hoặc các ngành kinh khác người ta thường sửdụng cấu hình vi ba số điểm – điểm dung lượng trungbình hoặc cao nhằm thỏa mãn nhu cầu của các thông tin

và đặc biệt là dịch vụ truyền số liệu

- Vi ba số điểm nối đến nhiều điểm: ngày càng trở nên

phổ biến, nó bao gồm một trạm trung tâm phát thôngtin trên một anten đẳng hướng phục vụ cho một số trạmngoại vi bao quanh Nếu các trạm ngoại vi này nằmtrong phạm vi(bán kính) truyền dẫn cho phép thì khôngcần dùng các trạm lặp, nếu khoảng cách xa hơn thì sẽ sửdụng các trạm lặp để đưa tín hiệu đến các trạm ngoại vi

Từ đây, thông tin sẽ được truyền đến các thuê bao.Thiết bị vi ba trạm ngoại vi có thể đặt ngoài trời, trêncột,… mỗi trạm ngoại vi có thể được lắp đặt thiết bị chonhiều trung kế Khi mật độ cao có thể bổ sung thêmthiết bị, được thiết kế để hoạt động trong các băng tần1,5 GHz – 1,8 GHz và 2,4 GHz sử dụng một sóng mangcho hệ thống hoàn chỉnh Hiện nay, các hệ thống điểmnối đến đa điểm 19 GHz đã được chế tạo và lắp đặt ởChâu Âu để cung cấp các dịch vụ số liệu(Kbit/s) Internet

trong mạng nội hạt khoảng cách 10 Km Trạm trung tâm

phát tốc độ bit khoảng 8,2 Mb/s và mỗi trạm sử dụng kĩ

thuật TDMA

3.6 Điều chế và giải điều chế số

3.6.1 Điều chế

hay nhiều thông số của sóng mang được thay đổi theo

sóng điều chế Thông qua quá trình điều chế số, tin tức

ở vùng tần số thấp sẽ được chuyển lên vùng tần số cao

để có thể truyền đi xa

- Giả sử có 1 sóng mang hình sin như sau:

- Tùy theo tham số được sử dụng để mang tin: có thể làbiên độ A, tần số f0, pha ϕ (t) hay tổ hợp giữa chúng mà

ta có các kiểu điều chế khác nhau:

 Điều chế khóa dịch biên độ ASK(Amplitude ShiftKeying): Sóng điều biên được tạo ra bằng cách thayđổi biên độ của sóng mang theo biên độ tín hiệu bănggốc

 Điều chế khóa dịch tần số FSK(Frequency ShiftKeying): Sóng điều pha được tạo ra bằng cách thayđổi tần số sóng mang theo biên độ tín hiệu băng gốc

 Điều chế khóa dịch pha PSK(Phase Shift Keying): Sóngđiều pha được tạo ra bằng cách thay đổi pha sóngmang theo biên độ tín hiệu băng gốc

 Điều chế biên độ và pha kết hợp hay điều chế cầuphương QAM(Quadrature Amplitude Modulation)

3.6.2 Giải điều chế

- Là quá trình ngược lại với quá trình điều chế, trong quátrình thu được có một trong những tham số: biên độ,tần số, pha của tín hiệu sóng mang được biến đổi theotín hiệu điều chế và tùy theo phương thức điều chế mà

ta có các phương thức giải điều chế thích hợp để lấy lạithông tin cộng thiết.

3.6.3 Các phương thức điều chế và giải điều chế

- Hiện nay hầu hết các thiết bị vi ba số đều sử dụng

phương pháp điều chế pha(PSK) và điều chế cầuphương(QAM)

3.6.3.1 Phương thức điều chế PSK

- Là phương thức điều chế mà pha của tín hiệu sóng mangcao tần biến đổi theo tín hiệu băng tần gốc.

- Giả sử tín hiệu sóng mang được biểu diễn:

- Biểu diễn tín hiệu dạng cầu phương:

P(t) = cos(ω0t + ϕ + [s(t)∆Ф]/2) = cos([s(t)∆Ф]/2).cos(ω0t + ϕ) –

 Với các bit 1: P1(t) = cos(ω0t + ϕ + π2)

 Với các bit -1: P−1(t) = cos(ω0t + ϕ + π2)

 Như vậy, biên độ của tín hiệu BPSK không đổi trongquá trình truyền dẫn nhưng bị chuyển đổi trạng thái

- Giải điều chế:

Tín hiệu 2 – PSK được tổng hợp với sóng mang chuẩnthông qua bộ lọc thông thấp để loại bỏ thành phần hàibậc cao cho ta thu được tín hiệu ban đầu

- Pha của tín hiệu sóng mang chuẩn bằng với pha của tínhiệu thu nhận được, nên nếu tín hiệu thu là:

P(t) = √ 2cos(ω0t + ϕ + ¿

− ¿¿ ¿ π2) - √ 2sin(ω0t) với s(t) = −+¿¿ ¿¿ 1 thì tín hiệu chuẩn là −+¿¿ ¿¿ √ 2sin(ω0t) và tínhiệu giải điều chế là −+¿¿ ¿¿ s(t)

- Ngoài ra còn có điều chế pha 4 trạng thái 4 – PSK, điềuchế pha 8 trạng thái 8 – PSK(đọc ở phần tài liệu thamkhảo 1)

- Nhận xét:

 Khi số pha tăng lên thì tốc độ bit giảm, điều này làmgiảm băng thông, tiết kiệm được đường truyền dẫn,cho phép truyền được nhiều kênh thông tin

 Khi số pha tăng lên các tổ hợp bit sẽ càng gần nhauhơn làm tăng khả năng mắc lỗi của hệ thống

- Do vậy trong thông tin số tốc độ cao, để giảm khả năngmắc lỗi có thể sử dụng phương pháp điều chế biên độcầu phương QAM

3.6.3.3 Điều chế biên độ cầu phương QAM

- Là phương pháp điều chế kết hợp giữa điều chế biên độASK và điều chế pha PSK Trong phương thức điều chế này, tathực hiện điều chế biên độ nhiều mức 2 sóng mang mà 2sóng mang này được dịch pha 1 góc 90 0 Tín hiệu tổng của 2sóng mang này có dạng vừa điều biên vừa điều pha:

Q1 (t) = a(t).cos(ω0t +φ1)

Q2 (t) = b(t) sin(ω0t +φ2)

- Tín hiệu s(t) là tổng của 2 thành phần s c(t) và s s(t) đượcbiểu diễn như sau:

- Nhờ có biên độ thay đổi mà các trạng thái pha của sóngmang đã cách xa nhau, do vậy khả năng mắc lỗi giảm,đây là ưu điểm của QAM.

- Bộ chuyển đổi SPC chuyển đổi tín hiệu điều chế vàothành m chuỗi tín hiệu nhị phân Bộ biến đổi 2/L có chứcnăng chuyển đổi chuỗi nhị phân thành chuỗi tín hiệu có

L = √M mức Ta có mỗi quan hệ giữa m và L mức như sau:

- Biên độ của tín hiệu giải điều chế có L = √M mức, trong

đó M là số trạng thái tín hiệu Tín hiệu L mức được biếnđổi bởi bộ biến đổi ADC thành n/2 tín hiệu 2 mức, trong

đó L = 2n/2 và M = L2 Với 16 – QAM thì n =4, L = 4 và với

64 – QAM thì n = 6, L = 8 Từ n tín hiệu này, bộ biến đổiPSC sẽ tạo nên tín hiệu giải điều chế

3.6.3.5 Giảm độ rộng băng tần truyền bằng phương pháp điều chế nhiều mức

- Theo định lý Nyquist: Độ rộng băng tần của kênh truyền (B)(kênh thông thấp) phải lớn hơn hoặc bằng tốc độ kí hiệu chia

2 (r2) để không có hiện tượng giao thoa giữa các kí hiệu

B ≥ r s

2 (1.12)

- Trong hệ thống PCM,

r s = f sb (1.13)

f s,b: lần lượt là tần số lấy mẫu, số bit từ trong mã

- Thay (1.12) vào (1.13) ta được biểu thức về độ rộngbăng tần cần thiết của kênh truyền để tránh tín hiệntượng giao thoa giữa các kí hiệu như sau:

so với điều chế nhị phân 2 mức như biểu thức:

B ≥ 2logf s b

2M (1.15)

3.6.3.6 Các mã truyền dẫn

- Nếu cùng các số liệu được truyền đi liên tục, lỗi có thể phátsinh khi nhận chúng Vì thế việc phục hồi tín hiệu cực kì khókhăn Do đó, các tín hiệu nhị phân từ thiết bị ghép kênh đượcbiến đổi thành các mã truyền dẫn để giảm lỗi tín hiệu trongquá trình truyền.

- Để đạt được điều đó, các mã truyền dẫn phải thỏa mã cácyêu cầu sau đây:

- Phải phối hợp đặc tính phổ của tín hiệu với đặc tính củakênh truyền

- Đảm bảo các dãy bit phải độc lập thống kê với nhau đểgiảm lượng trượt, giảm sự phụ thuộc mẫu do các mẫulặp gây ra

- Dễ dàng tách được xung clock và tái sinh tín hiệu

- Đảm bảo độ dư cần thiết để giám sát lỗi truyền dẫn vàphát hiện được sự cố của thiết bị

- Phải duy trì độ dư thừa thông tin ở mức thấp có thểđược giảm tốc độ bit và giảm độ rộng băng tần tín hiệu

- Giảm các thành phần một chiều của tín hiệu đến mứcbằng 0

- Giảm các thành phần tần số thấp để giảm xuyên âm vàkích thước của bộ phận và các linh kiện trong mạch Tínhiệu nhị phân đơn cực có thành phần một chiều, cóchưa năng lượng lớn trong phổ tần số thấp vì vậy khôngthích hợp cho việc truyền dẫn

3.6.3.7 Các mã đường truyền(đọc ở tài liệu thamkhảo 1)

- Mã HDBN(High Density Binary with maximum of 3consecutive Zeros)

- Mã HDB3

- Mã CMI(Code Mark Inversion)

4 Ứng dụng sóng vi ba