Chương 6 Thiết Bị Và Hệ Thống Truyền Dẫn Vô Tuyến Số Bài Giảng Cơ Sở Kỹ Thuật Thông Tin Vô Tuyến

Slide 1 1Nguyễn Viết Đảm Cơ sở kỹ thuật TTVT KHOA VIỄN THÔNG 1 Chương 6 BÀI GIẢNG CƠ SỞ KỸ THUẬT THÔNG TIN VÔ TUYẾN Hà nội 02 2017 Nguyễn Viết Đảm Khoa Viễn thông 1 HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN T[.]

Trang 1

KHOA VIỄN THÔNG 1

Khoa Viễn thông 1

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Địa chỉ: PTIT- Km10- Đường Nguyễn Trãi, Quận Hà đông, Thành phố Hà nội

Điện thoại: 0912699394 Email: damnvptit@gmail.com

THIẾT BỊ VÀ HỆ THỐNG

TRUYỀN DẪN VÔ TUYẾN SỐ

Trang 2

NỘI DUNG

6.1 Giới thiệu chung

6.2 Sơ đồ khối hệ thống thu phát vô tuyến số

6.3 Ngẫu nhiên hóa

Trang 3

6.1 Giới thiệu chung

 Mục đích

Hiểu sơ đồ khối chung của một thiết bị truyền dẫn vô tuyến số

Hiểu được hoạt động của các phần tử cơ bản trong thiết bị truyền dẫn số

Thiết kế đơn giản các phần tử của thiết bị vô tuyến số

Nắm được các vấn đề chung khi quy hoach tần số cho hệ thống truyền dẫn số

Hiểu được hoạt động của các cấu hình vô tuyến số

Thiết kế cấu hình vô tuyến cho hoạt động cụ thể của một hệ thống vô tuyến số

 Chủ đề chính

Sơ đồ khối chung của một hệ thống thu phát số

Ngẫu nhiên hóa

Khôi phục sóng mang

Khôi phục định thời ký hiệu

Cân bằng miền thời gian và miền tần số

Bộ trộn

Các kiến trúc vô tuyến

Các vấn đề chung về quy họach tần số trong truyền dẫn vô tuyến số

Các cấu hình hệ thống truyền dẫn số

Trang 4

bler

Scram-Radio mux

RFP A

Bộ lọc SCT phát

Descra m-bler

Radio

Bộ lọc SCT thu

Khai thác

Duplexer (Bộ ghép song công)

Đồng bộ

Isolator

Ghép luồng

Up Conv -erter

Down Conv- erter

Điều chế

TLO1

GiảI điều chế

RLO1

MODEM

Khuyếch đại IF

Khối khuyếch đại IF

TLO2

RLO2

6.2 Sơ đồ khối hệ thống thu phát vô tuyến số

Trang 5

 Khái quát:

Đảm bảo tính ngẫu nhiên của luồng số phát; trong khoảng thời gianquan sát bất kỳ: Số bit 1 và số bit 0 là như nhau

 Chức năng:

 Tăng chuyển đổi mức trong luồng số => Dễ khôi phục định thời

 Phổ tín hiệu RF đồng đều trong băng tần, tránh phổ vạch dẫn đếnkhóa pha nhầm ở máy thu

 Góp phần giảm nhiễu giữa các kênh vô tuyến

 Thực hiện:

 Ngẫu nhiên hoá đồng bộ (ngẫu nhiên hoá khởi động lại)

 Ngẫu nhiên hoá dị bộ (ngẫu nhiên hoá tự đồng bộ)

6.3 Ngẫu nhiên hóa

Trang 6

 Tạo luồng số nhị phân giả ngẫu nhiên, PRBS (Pseudo Random

Binary Sequence)

 Có tính ngẫu nhiên

 Tạo ra theo quy luật (có chu kỳ)

 Cộng modul2 luồng số phát với luồng PRBS

F = A  B = A + B (hµm kh¸c dÊu ) Khi ¸p dông, nÕu A : sè liÖu truyÒn, C: chuçi PR BS:

) C C ( A A

C

Trang 7

 Xây dựng dựa trên cơ sở các đa thức tạo mã, với phần tử là các Flop đóng vai trò bộ trễ và các mạch hồi tiếp cộng modul2

Flip- Sơ đồ tổng quát bộ tạo PRBS:

 Độ dài cực đại luồng PRBS

1

Khóa đóng nếu Khóa mở nếu g g i i 01 m m 1

Trang 8

Phân loại

 Ngẫu nhiên hóa đồng bộ (khởi động lại)

 Ngẫu nhiên hóa dị bộ (tự đồng bộ)

THĐB

Môi trường truyền dẫn

THĐB

THĐB: tín hiệu đông bộ khung

Số liệu được truyền "không trong suốt”

Trang 9

 Khoá pha vòng nhân pha

 Khoá pha vòng Costas

Nguyên tắc: Trước hết loại trừ sự phụ thuộc pha của tín hiệu thu vào tín

hiệu điều chế, sau đó dùng nó để khoá pha cho bộ daođộng nội

Acos 2 f t+(i-1)   

Sơ đồ khoá pha vòng nhân pha

6.4 Khôi phục sóng mang

Trang 10

Trang 11

Tín hiệu BPSK thu y(t)

Đến bộ quyết định mức Giải điều

chế M-PSK

Lọc vòng

điện áp sai pha được tách ra ở

xử lý băng

tách sóng

Trang 12

 Tín hiệu sau các bộ lọc thông thấp LPF cho BPSK (hình 7.6a):

Trang 13

Bộ giải mã

vi sai

Bộ mã hóa vi sai

Bộ nhớ

Đồng hồ

A B

Thông tin của luồng số được

phải là giá trị pha tuyệt đối)

Luồng nhị phân

điều chế

Từ bộ giải điều chế

Trang 14

Lấy mẫu

Lấy trị tuyệt đối

Lọc vòng VCO

Tạo sóng

ký hiệu Sớm

0 T 2

Trang 15

Lấy trị tuyệt đối

Lọc vòng VCO

Tạo sóng

ký hiệu Sớm

+1 -1

Trang 16

6.6 Bộ cân bằng

Mục đích:

Giảm thiểu nhiễu giao thoa giữa các ký hiệu ISI ở băng tần gốc cũng như giảm thiểu méo dạng sóng tín hiệu sau điều chế RF do kênh pha đinh chọn lọc tần số gây ra.

ngang

tán phổ ở dạng tạo ra đặc tính phổ bù trừ ngược với phân tán trong băng do pha đinh nhiều tia.

Trang 17

6.6 Bộ trộn

Chuçi xung vµo TrÔ T

Trang 18

 Sử dụng một tần số cho cả thu và phát  Hiệu quả sử dụng tần số

 Không có xuyên nhiễu thu – phát

 Cần đồng bộ khung thời gian thu/phát.

 Kiến trúc FDD (Frequency Division

Duplex):

Tín hiệu phát/thu của một máy thuê bao đồng thời

được phát/thu trên hai băng tần tần con khác nhau.

 Sử dụng hai tần số cho thu và phát đồng thời

 Triệt nhiễu giữa phát và thu bằng bộ lọc song

công

FDD thường được dùng khi không thể sử dụng TDD do quy định tần số hoặc triển khai FDD thuận lợi hơn; băng thông đường lên/xuống của FDD cố định và bằng nhau

Tuy TDD cần có các biện pháp chống nhiễu, nhưng TDD có ưu điểm:

 Cho phép điều chỉnh tỷ lệ đường lên/đường xuống để hỗ trợ hiệu quả lưu lượng đường lên/đường xuống không đối xứng.

 Do tính đổi lẫn kênh đường lên/đường xuống => hỗ trợ tốt cho truyền dẫn thích ứng, MIMO, OFDM, AMC và các công nghệ anten tiên tiến vòng kín khác.

 Do chỉ cần một kênh mang tần số => cho phép thích ứng tốt đối với các cấp phát tần số khác nhau

 Thiết kế máy phát thu TDD ít phức tạp hơn => rẻ tiền hơn.

Trang 19

 Kiến trúc HFDD:

Pdet: Mức công suất

Temp: Đồng bộ thời gian

TxAGC: Tự động điều chỉnh khuyếch đại phát

SPI: Hiện thị công suất phát

6.7 Kiến trúc vô tuyến với ghép song công

Khai thác ưu điểm TDD vào FDD

Trang 20

Chương 7

CƠ SỞ KỸ THUẬT THÔNG TIN VÔ TUYẾN

Hà nội 02-2017

Nguyễn Viết Đảm

QUY HOẠCH TẦN SỐ VÀ CẤU HÌNH

HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN VÔ TUYẾN SỐ

Trang 22

Phân tập không gian kết hợp dự phòng nóng, SD+HS

Phân tập không gian với các máy phát chia công suất, SD+ST

Phân tập không gian bằng cách kết hợp trung tần

Phân tập không gian dạng phân tán trong băng cực tiểu

Phân tập tần số với chuyển mạch 1+1

Hệ thống chuyển mạch n+1 với phân tập tần số

Hệ thống chuyển mạch n+1 với phân tập không gian

Trang 23

 Nhiễu hệ thống truyền dẫn vô tuyến

 Nhiễu là các thành phần không mong muốn nhận được tại máy thu

o Môi trường truyền dẫn hở

o Băng tần hạn hẹp

 Nhiễu hệ thống

Tuyến 3 trạm, công tác trên hai kênh vô tuyến và bốn cặp tần số

Trang 24

 Nhiễu hệ thống truyền dẫn vô tuyến

 Phân loại nhiễu phổ biến

Loại nhiễu I: Nhiễu kênh vô tuyến song công, do máy phát gây ra cho máy thu

cùng kênh (tại đầu cuối)

Loại nhiễu II: Nhiễu do máy phát gây ra cho máy thu khác kênh vô tuyến (chủ yếu

là kênh lân cận)

Loại nhiễu III: Nhiễu do máy phát gây ra cho máy thu ngược hướng truyền sóng

(trạm back to back, búp sóng ngược)

Loại nhiễu IV: Nhiễu máy phát gây ra cho máy thu cùng kênh vô tuyến nhưng

vượt trạm (trạm xa)

 Một số biện pháp tránh nhiễu điển hình:

 Dùng anten có hướng, phân cực sóng tốt (V và H)

 Tái sử dụng tần số với khoảng cách đủ xa

 Tổ chức các trạm so le tránh nhìn thẳng

7.2 Quy hoạch tần số vô tuyến

Trang 25

 Phương pháp phân bổ tần số vô tuyến điển hình

 Tổ chức truyền thông song công:

– Mỗi kênh vô tuyến có một tần số – Việc thu phát thực hiện luân phiên theo thời gian, TDD

– Mỗi kênh vô tuyến có hai tần số làm việc đồng thời, FDD – Khoảng cách hai tần số đủ lớn để tránh nhiễu giữa phát và thu

 Cơ quan hoạch định tần số

• Liên minh viễn thông quốc tế - phần vô tuyến, ITU-R, UN

• Cục tần số, Bộ thông tin và truyền thông

Trang 26

 Sơ đồ phân bố tần số

Ấn định băng tần cho mặt đất và vệ tinh (1 GHz đến 13 GHz)

Mặt đất, f [GHz] Vệ tinh, f[GHz]

1,427 – 1,535 2,5 – 2,535 1,7 – 2,7 2,655 – 2,690

5,85 – 5,925 5,85 – 5,925 5,925 – 6,245 5,925 – 6,245 6,245 – 7,110 7,25 – 7,30 7,110 – 7,250 7,975 – 8,025 7,300 – 7,975 8,025 – 3,4 8,025 – 8,5 10,95 – 11,2 10,7 – 11,7 11,45 – 11,7 11,7 – 13,25 12,5 – 12,75

Trang 27

V : Phân cực đứng

H : Phân cực ngang

Nửa băng tần thấp

Nửa băng tần cao

Nửa băng tần cao a)

b)

c)

Trang 28

 Khái quát:

 Vai trò:

 Đảm bảo điều kiện khai thác tin cậy của hệ thống (hiện tượng phadinh)

 Tránh các sự cố do thiết bị, do đường truyền

7.3 Cấu hình hệ thống truyền dẫn vô tuyến số

Trang 29

Luồng vào

Luồng ra Kết hợp

Búp dưới (Tới máy thu chính)

Ký hiệu:

TX: Máy phát RX: Máy thu SW: Chuyển mạch

f1

f1 f1'

Trang 30

 Chuyển mạch bảo vệ

 Nhiệm vụ:

Chuyển mạch thiết bị để chuyển thông tin từ đường truyền dẫn có sự

cố sang đường truyền dẫn dự phòng

• Dự phòng ấm, Warm Standby: Chỉ các phần quan trọng của thiết bị

dự phòng được cấp nguồn để tiết kiệm nguồn

• Dự phòng nóng, Hot Standby: Thiết bị dự phòng được cấp nguồnđầy đủ, sẵn sàng làm việc ngay

Trang 31

 Dự phòng nóng, HS

o Các thiết bị A, B đều được cấp nguồn

o Chuyển mạch phát ở phần cao tần, chuyển mạch thu ở phần luồng số

30 - 60 ms.

Mức 4: Chuyển mạch với thời

gian gián đoạn dài

- 1dB -7dB

CM

TxA

TxB TxA

Trang 32

Anten chÝnh Kho¶ng c¸ch chiÒu cao 3-30m LÖnh RCS

Phân tập không gian kết hợp máy phát chia công suất (SD+ST)

• Mỗi cặp máy phát, thu nối tới một anten: Chính và phân tập

• Ngoài chuyển mạch theo sự cố hoặc chất lượng đường truyền, máy phát còn chuyển mạch theo lệnh chuyển mạch kênh về (RCS) do máy thu đầu kia gửi lại.

Anten chÝnh

Anten ph©n tËp

Kho¶ng c¸ch chiÒu cao 3-30m

TxB

RxB

CM

TxA RxA

Sè liÖu vµo

Sè liÖu ra

Trang 33

Phân tập tần số với chuyển mạch bảo

DEMOD

CM Tx

Trang 34

Phõn tập khụng gian với chuyển mạch bảo vệ: FD+PS(n+1)

Máy thu bảo vệ P Các máy thu từ 2 đến N

Anten chính

Anten phân tập

Giải

điều chế

Bộ kết hợp trung tần

Các bộ trộn

Bộ dao động nội

LNA

Vào Rx

RF IF

Trang 35

PHÂN TÍCH

ĐƯỜNG TRUYỀN VÔ TUYẾN SỐ

Trang 36

8.1 Giới thiệu chung

8.2 Phân tích đường truyền vô tuyến số

• Tính toán công suất thu

• Tính toán tạp âm nhiệt

• Tỉ số tín hiệu trên tạp âm

• Dự trữ đường truyền

8.3 Phân tích tính toán đường truyền vô tuyến số mặt đất

• Dự trữ phađinh và nhiễu

• Tính toán dự trữ đường truyền vô tuyến số

8.4 Phân tích đánh giá đường truyền thông vệ tinh

• Tỉ số tín hiệu trên tạp âm đường lên

• Tỉ số tín hiệu trên tạp âm đường xuống

• Tỉ số tín hiệu trên tạp kết hợp tạp âm điều chế giao thoa

8.5 Tổng kết

NỘI DUNG

Trang 37

Vai trò:

 Phân tích đường truyền số là công việc quan trong trong quá trình thiết kế đường truyền dẫn vô tuyến

 Đáp ứng đường truyền dẫn yêu cầu

• Dung lượng thông tin: R

• Thông số máy phát, anten phát: EIRP

• Thông số máy thu, anten thu: G/T

Thực hiện:

 Tính toán quỹ đường truyền từ máy phát  máy thu

 Tính toán các thành phần tổn hao truyền dẫn

 Xác định các thông số khuyếch đại để đảm bảo tỉ số S/N tại máy thu

Trang 38

• Thông số anten parabol

– Góc nửa công suất

Trang 39

• Công suất

• Công suất phát: P

• Công suất đầu vào anten phát: P

T

• Công suất thu: P

• Công suất đầu ra anten thu: P

rf 1 ph1

Tx rf 1 ph1

PP

ph 2 rf 2

R ph 2 rf 2

P P

Trang 40

• Tính công suất thu

– Mô hình hệ thống truyền dẫn vô tuyến đơn giản

• Công suất thu

Trang 41

– Đặc trưng cho phần thiết bị phát là tham số EIRP

– Công suất đầu ra anten thu

8.2 Phân tích đường truyền vô tuyến số

P G EIR P = P G =

L L

Trang 42

– Tổn hao truyền sóng

– Tổn hao cơ bản trong không gian tự do

2 p

10 km 10 GHz

4 .dL

Trang 43

 Tính công suất tạp âm nhiệt

 Công suất tạp âm nhiệt

 Mật độ phổ công suất tạp âm nhiệt

 Hệ số tạp âm NF

in out

SNR NF

SNR



Cho thấy SNR sẽ bị giảm đi bao nhiêu lần sau khi tín hiệu thu đi qua phần tử thu, đặc trưng cho tạp âm do bản thân mạch điện khi hoạt động

Trang 44

N =A(N + N ) N

N

ai

aii

out

i

r in

Trang 45

 Tính công suất tạp âm nhiệt

 Nhiệt độ tạp âm của phần tử thu T

T  NF 1 290K 

 Thiết bị thu gồm M phần tử KĐ mắc nối tầng, NF tổng và nhiệt độ tập

âm quy đổi đầu vào

Trang 46

 Tỉ số tín hiệu trên tạp âm

 Nhiệt độ tạp âm của phần tử thu T

 Thiết bị thu gồm M phần tử KĐ mắc nối tầng, NF tổng và nhiệt độ tập

âm quy đổi đầu vào

Trang 47

 Dự trữ đường truyền vô tuyến số

Tiêu đề	Chương 6 Thiết Bị Và Hệ Thống Truyền Dẫn Vô Tuyến Số
Tác giả	Nguyễn Viết Đảm
Trường học	Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Chuyên ngành	Kỹ Thuật Thông Tin Vô Tuyến
Thể loại	Bài giảng
Năm xuất bản	2017
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	47
Dung lượng	9,51 MB