Đồ án tốt nghiệp thiết kế tuyến truyền vi ba số từ thành phố vinh – thị trấn nam đàn

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các hệ thống thông tin khác như thông tin di động, cáp quang, thông tin vệtinh…, thì thông tin vi ba vẫn tiếp tục đóng vai trò quan trọng và được phát

LỜI NÓI ĐẦU

Với xã hội hiện đại như ngày nay, các hệ thống thông tin số hiện đang pháttriển rất mạnh mẽ trên toàn thế giới và đã thay thế hầu hết các hệ thống thông tinanalog Ở nước ta, có thể nói rằng hiện nay gần như tất cả các hệ thống chuyển mạch

và truyền dẫn của ngành truyền thông đều được số hóa Cùng với sự phát triển mạnh

mẽ của các hệ thống thông tin khác như thông tin di động, cáp quang, thông tin vệtinh…, thì thông tin vi ba vẫn tiếp tục đóng vai trò quan trọng và được phát triển ngàycàng hoàn thiện với những công nghệ cao đáp ứng được những đòi hỏi không những

về mặt kết cấu mà cả về mặt truyền dẫn, xử lý tín hiệu, bảo mật thông tin…

Là một sinh viên, việc thiết kế một tuyến truyền Vi ba số sẽ giúp cho em cóthêm các kỹ năng về tư duy, thực tế, từ đó củng cố và mở rộng kiến thức chuyên ngành

đã được học ở trường, đặc biệt là khả năng tính toán phân tích và xử lý số liệu phù hợpvới thực tế

Mặc dù bản thân em đã rất cố gắng nhưng do vốn kiến thức có hạn nên cuốn đồ

án này không thể tránh khỏi những thiếu sót nhất định, em rất mong nhận được sự chỉbảo và đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo trong khoa Điện tử và các bạn

Qua đây, em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo ThS Nguyễn Đăng Thông đã tận tình giúp đỡ và hướng dẫn em hoàn thành đồ án này Đồng thời

em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô giáo trong khoa Điện tử đãtruyền đạt cho em nhiều kiến thức trong thời gian học tại trường Đại học Sư Phạm KỹThuật Vinh

Sinh viên thực hiện

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

TÓM TẮT ĐỒ ÁN 4

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT 5

DANH SÁCH HÌNH VẼ 7

DANH SÁCH BẢNG BIỂU 9

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VIBA SỐ 10

1.1 Khái niệm 10

1.2 Tóm tắt quá trình phát triển của hệ thống vi ba 10

1.3 Hệ thống vi ba số 10

1.3.1 Mô hình hệ thống vi ba số 10

1.3.2 Đặc điểm và ứng dụng của hệ thống vi ba số 12

1.4 Phân loại hệ thống vi ba số 12

1.5 Các mạng vi ba số 13

1.5.1 Mạng vi ba số điểm nối điểm 13

1.5.2 Mạng vi ba số điểm nối nhiều điểm 13

1.6 Ưu, nhược điểm của hệ thống vi ba số 14

1.7 Kết luận chương 1 15

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THIẾT BỊ VI BA SỐ 16

2.1 Cơ sở truyền sóng vô tuyến trong hệ thống vi ba số 16

2.1.1 Khái niệm 16

2.1.2 Phân chia dải tần số vô tuyến và ứng dụng cho các mục đích thông tin 16

2.1.3 Các phương thức truyền lan của sóng vô tuyến 18

2.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến sự truyền lan sóng vô tuyến 21

2.2.1 Pha đinh 22

2.2.2 Suy hao khi truyền lan trong không gian tự do 24

2.2.3 Suy hao do mưa 24

2.2.4 Sự can nhiễu của sóng vô tuyến 25

2.3 Một số kỹ thuật giảm ảnh hưởng của pha đinh 25

2.3.1 Phân tập theo không gian 25

2.3.2 Phân tập theo tần số 27

2.3.3 Chuyển mạch bảo vệ 28

2.4 Các mã truyền dẫn 29

2.4.1 Mã HDB3 29

2.4.2 Mã CMI 30

2.5 Các chỉ tiêu kỹ thuật của vi ba số 31

2.5.1 Phân bố tần số luồng cao tần 31

SVTH: Nguyễn Đình Hoành

2

2.5.2 Công suất phát 31

2.5.3 Độ nhạy máy thu hay ngưỡng thu 32

2.5.5 Phương thức điều chế và giải điều chế 32

2.5.6 Trở kháng vào máy thu và trở kháng ra máy phát 32

2.5.7 Tốc độ ở băng tần gốc 33

2.6 Các phương thức điều chế trong hệ thống vi ba số 33

2.6.1 Các khái niệm 33

2.6.2 Phương thức điều chế QPSK 35

2.6.3 Điều chế biên độ cầu phương QAM 37

2.6.4 Giảm độ rộng băng tần truyền bằng phương pháp điều chế nhiều mức 40

2.7 Thiết bị vi ba số 41

2.7.1 Sơ đồ khối trạm đầu cuối và thiết bị Thu – Phát vi ba số 41

2.7.2 Thiết bị Anten 43

2.7.3 Một số thiết bị vi ba số trên thị trường 45

2.8 Kết luận chương 2 48

Chương 3 THIẾT KẾ TUYẾN VI BA SỐ TỪ TP VINH ĐẾN TT NAM ĐÀN 49

3.1 Các quy định chung về thiết kế tuyến vi ba số 49

3.2 Cơ sở lý thuyết thiết kế tuyến 49

3.2.1 Khảo sát vị trí đặt trạm 49

3.2.2 Nghiên cứu dung lượng yêu cầu 51

3.2.3 Chọn tần số làm việc 51

3.2.4 Xác định bán kính miền Fresnel thứ nhất 52

3.2.5 Tính chọn chiều cao của tháp anten 53

3.2.6 Tính toán các tham số của tuyến 56

3.2.7 Tính toán các tham số chất lượng của tuyến 58

3.2.8 Các chỉ tiêu kỹ thuật đánh giá chất lượng tuyến 60

3.2.9 Đánh giá chất lượng tuyến và lắp đặt thiết bị đưa vào hoạt động 61

3.3 Thiết kế tuyến từ TP Vinh đến thị trấn Nam Đàn 61

3.3.1 Khảo sát vị trí đặt trạm tại TP Vinh và thị trấn Nam Đàn 61

3.3.2 Nghiên cứu dung lượng truyền dẫn và lựa chọn thiết bị 64

3.3.3 Vẽ mặt cắt của tuyến TP Vinh – TT Nam Đàn và tính toán các tham số của tuyến 65

3.4 Kết luận chương 3 70

KẾT LUẬN 73

TÀI LIỆU THAM KHẢO 74

SVTH: Nguyễn Đình Hoành

3

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Với đề tài “ Thiết kế tuyến truyền vi ba số từ Thành phố Vinh – thị trấn Nam

Đàn” em đã trình bày cuốn đồ án này được trình bày thứ tự như sau:

Trước hết trình bày về các khái niệm, lịch sử ra đời, đặc điểm, các loại mạng vàđưa ra một số ưu nhược điểm của hệ thống vi ba số Tiếp theo trình bày về cơ sởtruyền sóng trong hệ thống vi ba số, các chỉ tiêu kỹ thuật, mã truyền dẫn để làm tiền đềcho quá trình thiết kế tuyến ở phần sau Một vấn đề quan trọng nữa trong hệ thống vi

ba sô là các phương thức điều chế và ra một số thiết bị cũng được trình bày trongcuốn đồ án này Sau đó, từ những cơ sở lý thuyết trên thì tôi bắt đầu vào khảo sát thiết

kế một tuyến vi ba số thực tế từ thành phố (TP) Vinh đến thị trấn Nam Đàn thuộchuyện Nam Đàn.Nhìn chung đồ án được thể hiện trong ba chương có cấu trúc rõ ràng :Chương 1 Tổng quan về hệ thống vi ba số

Chương 2 Cơ sở lý thuyết và thiết bị vi ba số

Chương 3 Thiết kế tuyến vi ba số từ TP Vinh đến thị trấn Nam Đàn

SVTH: Nguyễn Đình Hoành

4

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT

ADC (analog digital convert) Bộ biến đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu sốDAC (digital analog convert) Bộ biến đổi tín hiệu số sang tín hiệu tương tự

TDMA (time division multiplexer

access)

Đa truy nhập theo thòi gian

CCIR Ủy ban tư vấn về thông tin vô tuyến quốc tếELF (extremely low frequency) Tần số cực kì thấp

VLF (very low frequency) Tần số rất thấp

MF (medium frequency) Tần số trung bình

VHF (very high frequency) Tần số rất cao

UHF (ultra high frequency) Tần số cực cao

SHF (supper low frequency) Tần số siêu cao

EHF(extremely low frequency) Tần số cực kì cao

HDB3(high dennsity binary with

maximum consecutive Zeros)

Mã nhị phân lưỡng cực mật độ cao không quá

3 bit 0 liên tiếp

CCITT (international telegraph and

telephone consultative committee)

Hội đồng tư vấn điện thoại điện báo quốc tế

QPSK (quadrature phase shift

keying)

Điều chế khóa dịch pha cầu phương

QAM (quadrature amplitude

modulation)

Điều chế biên độ cầu phương

ASK (amplitude shift keying) Điều chế khóa dịch biên độ

FSK (frequency shift keying) Điều chế khóa dịch tần số

PSK (phase shift keying) Điều chế khóa dịch pha

NRZ (non return to zero) Không trỏ về không

BPF (filter band pass) Bộ lọc băng thông

SNR (Signal-noise ratio) Tỷ số tín hiệu trên nhiễu

SVTH: Nguyễn Đình Hoành

5

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 1.1 Mô hình hệ thống vi ba số 11

Hình 1.2 Hệ thống vi ba số điểm nối điểm 13

Hình 1.3 Hệ thống vi ba số điểm nối nhiều điểm 14

Hình 2.1 Phổ tần số vô tuyến và ứng dụng 16

Hình 2.2 Các phương thức truyền sóng 19

Hình 2.3 HIện tượng tia sóng cong 23

Hình 2.4 Các đường sóng từ phía phát đến phía thu 24

Hình 2.5 Phân tập theo không gian sử dụng 4 anten 27

SVTH: Nguyễn Đình Hoành

6

Hình 2.6 Phân tập không gian và tần số sử dụng 3 anten 28

Hình 2.7 Nâng cao độ an toàn của tuyến bằng kênh dự phòng 29

Hình 2.8 Dạng sóng HDB3 29

Hình 2.9 Mã CMI 30

Hình 2.10 Sơ đồ mô tả quá trình điều chế và giải điều chế số 34

Hình 2.11 Sơ đồ nguyên lý điều chế tín hiệu QPSK 35

Hình 2.12 Tín hiệu 4PSK 36

Hình 2.14 Sơ đồ nguyên lý giải điều chế pha QPSK 36

Hình 2.15 Sơ đồ nguyên lý điều chế tín hiệu M-QAM 38

Hình 2.16 Biểu đồ không gian tín hiệu 16QAM 38

Hình 2.17 Biểu đồ không gian tín hiệu QAM nhiều trạng thái 39

Hình 2.18 Sơ đồ sắp xếp chòm sao của các phương pháp điều chế số 39

Hình 2.19 Sơ đồ nguyên lý giải điều chế M-QAM 40

Hình 2.20 Sơ đồ khối cơ bản tuyến phát 41

Hình 2.21 Sơ đồ khối cơ bản tuyến thu 42

Hình 2.22 Sơ đồ khối cơ bản một trạm đầu cuối 42

Hình 2.23 Sơ đồ kích thước của một anten Parabol 43

Hình 2.24 Biểu đồ bức xạ của anten Parabol 45

Hình 3.1 Mặt cắt đường truyền giữa hai trạm A và B 50

Hình 3.2 Mặt cắt nghiêng đường truyền và miền Fresnel thứ nhất 53

Hình 3.3 Xác định độ cao tia B để làm hở một vật chắn 54

Hình 3.4 Minh họa việc tính độ cao của một anten khi biết độ cao của anten kia 55

Hình 3.5 Vị trí đặt trạm vi ba số tại Vinh 62

Hình 3.6 Vị trí trạm tại tt.Nam Đàn 62

Hình 3.7 Khoảng cách tuyến Vinh – TT.Nam Đàn 63

Hình 3.8 Địa hình của tuyến TP Vinh – TT Nam Đàn 63

Hình 3.9 Vị trí của ngọn đồi tại vị trí C 64

Hình 3.10 Mặt cắt của tuyến TP Vinh – TT.Nam Đàn 65

SVTH: Nguyễn Đình Hoành

7

DANH SÁCH BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Kí hiệu và phân chia băng tần theo CCIR 17

Bảng 2.2 Kết quả thực nghiệm về suy hao do hơi nước – khí hậu theo tần số sóng vô tuyến của Alcatel 25

Bảng 2.3 Mã truyền dẫn dùng trong vi ba số 31

Bảng 2.4 Độ lợi của an ten theo hiệu suất và tần số (số liệu của hãng Alcatel) 44

Bảng 2.5 Góc phát xạ theo đường kính anten (số liệu của hãng Alcatel) 45

Bảng 2.6 Kết quả tính toán 71

SVTH: Nguyễn Đình Hoành

8

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VIBA SỐ

Thông tin vi ba là một trong những phương tiện truyền dẫn chủ yếu hiện naybên cạnh thông tin quang và thông tin vệ tinh Đây là mạng thông tin vô tuyến sử dụng

SVTH: Nguyễn Đình Hoành

9

sóng vô tuyến có tần số từ 1 GHz đến 30 GHz và khoảng không gian làm môi trườngtruyền dẫn.

1.2 Tóm tắt quá trình phát triển của hệ thống vi ba

Thông tin sóng cực ngắn giữa hai điểm bắt đầu xuất hiện vào những năm 30 củathế kỷ XX, tuy nhiên lúc bấy giờ do khó khăn về mặt kỹ thuật nên chỉ làm việc ở dảisóng mét do vậy ưu điểm của thông tin siêu cao tần chưa được phát huy

Năm 1935 đường thông tin vô tuyến tần số đầu tiên được thành lập ở New York

và Philadenphia chuyển tiếp qua 6 địa điểm và truyền được 5 kênh thoại Sau chiếntranh thế giới thứ hai thì thông tin vô tuyến tần số phát triển bùng nổ Hệ thống vi ba

số bắt đầu được hình thành vào những năm 50 và phát triển mạnh mẽ cùng với sự pháttriển của kỹ thuật viễn thông

Tại Việt Nam, hệ thống thông tin vi ba đầu tiên được lắp đặt là RVG-950 vàocuối tháng 6 năm 1969 Đầu năm 1988 hệ thống vi ba số AWA được đưa vào nước ta.Đến năm 1990 thì hệ thống thiết bị vi ba số, vi ba nhiều kênh đã thay thế hoàn toàn hệthống RVG-950

Hình 1.1 Mô hình hệ thống vi ba số

Một hệ thống vi ba số bao gồm một loạt các khối xử lý tín hiệu Chức năng của cáckhối như sau:

- Khối ADC: biến đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số

- Bộ ghép số: tập hợp các tín hiệu số từ các nguồn khác nhau thành tín hiệubăng tần gốc

- Máy phát: xử lý tín hiệu băng tần gốc để đưa tới anten phát để bức xạ có rakhông gian

- Máy thu: thu tín hiệu băng gốc từ kênh thông tin trên đường truyền vô tuyến

- Khối DAC: biến đổi tín hiệu số thành tín hiệu tương tự

- Bộ tách số: xử lý tín hiệu băng gốc và tách chúng thành các nguồn số tươngứng

FDM

11

1.3.2 Đặc điểm và ứng dụng của hệ thống vi ba số

- Hệ thống vi ba số hoạt động theo nguyên tắc tia nhìn thẳng;

- Chịu tác động của các hiện tượng suy hao đường truyền, tổn hao do mưa, cácvật chắn

- Với hệ thống dung lượng thấp thì chịu ảnh hưởng của pha đinh phẳng, còn hệthống dung lượng cao chịu ảnh hưởng của pha đinh chọn lọc tần số

- Hệ thống vi ba số có thể được sử dụng làm:

+ Các đường trung kế số nối giữa các tổng đài số;

+ Các đường truyền dẫn nối tổng đài chính đến các tổng đài vệ tinh;

+ Các đường truyền dẫn nối các thuê bao với các tổng đài chính hoặc các tổngđài 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 cácmáy di động với mạng viễn thông

Các hệ thống truyền dẫn vi ba số là các phần tử quan trọng của mạng viễnthông, tầm quan trọng này ngày càng được khẳng định khi các công nghệ thông tin vôtuyến mới như thông tin di động được đưa vào sử dụng rộng rãi trong mạng viễnthông

- Vi ba số băng trung bình (tốc độ trung bình): được dùng để truyền các tín hiệu

có tốc độ từ (8-34) Mbit/s, tương ứng với dung lượng kênh thoại là 120 đến 480 kênh.Tần số sóng vô tuyến (2 - 6)GHz;

SVTH: Nguyễn Đình Hoành

12

- Vi ba số băng rộng (tốc độ cao): được dùng để truyền các tín hiệu có tốc độ từ(34-140) Mbit/s, tương ứng với dung lượng kênh thoại là 480 đến 1920 kênh Tần sốsóng vô tuyến 4, 6, 8, 12GHz

1.5 Các mạng vi ba số

1.5.1 Mạng vi ba số điểm nối điểm

Mô hình hệ thống vi ba số điểm nối điểm

MUX/DEMUX

RX/TX RX/TX

MUX/DEMUX

Hình 1.2 Hệ thống vi ba số điểm nối điểm

Mạng vi ba số điểm nối điểm hiện nay được sử dụng phổ biến Trong các mạngđường dài thường dùng cáp sợi quang còn các mạng quy mô nhỏ hơn như từ tỉnh đếncác huyện hoặc các ngành kinh tế khác người ta thường sử dụng cấu hình vi ba sốđiểm - điểm dung lượng trung bình hoặc cao nhằm thoả mãn nhu cầu của các thông tin

và đặc biệt là dịch vụ truyền số liệu Ngoài ra, trong một số trường hợp vi ba dunglượng thấp là giải pháp hấp dẫn để cung cấp trung kế cho các mạng nội hạt, mạngthông tin di động

1.5.2 Mạng vi ba số điểm nối nhiều điểm

Mô hình hệ thống vi ba số điểm nối nhiều điểm

SVTH: Nguyễn Đình Hoành

13

Trung kế Nội hạt

Trạm trung tâm

RX/TX MUX/

DEMUX

RX/TX MUX/

DEMUX RX/TX

MUX/

DEMUX

MW MW

MW

Trạm ngoại vi 2

Trạm ngoại vi 1 Trạm ngoại vi 3

Hình 1.3 Hệ thống vi ba số điểm nối nhiều điểm

Mạng vi ba số này trở thành phổ biến trong một số vùng ngoại ô và nông thôn.Mạng bao gồm một trạm trung tâm phát thông tin trên một anten đẳng hướng phục vụcho một số trạm ngoại vi bao quanh Nếu các trạm ngoại vi này nằm trong phạm vi(bán kính) truyền dẫn cho phép thì không cần dùng các trạm lặp, nếu khoảng cách xahơn thì sẽ sử dụng các trạm lặp để đưa tín hiệu đến các trạm ngoại vi Từ đây, thôngtin sẽ được truyễn đến các thuê bao Thiết bị vi ba trạm ngoại vi có thể đặt ngoài trời,trên cột v.v mỗi trạm ngoại vi có thể được lắp đặt thiết bị cho nhiều trung kế Khimật độ cao có thể bổ sung thêm thiết bị, được thiết kế để hoạt động trong các băng tần1,5GHz – 1,8GHz và 2,4GHz sử dụng một sóng mang cho hệ thống hoàn chỉnh

Hiện nay các hệ thống điểm nối đến đa điểm 19GHz đã được chế tạo và lắp đặt

ở Châu Âu để cung cấp các dịch vụ số liệu (Kbit/s) Internet trong mạng nội hạt khoảngcách 10Km Trạm trung tâm phát tốc độ bit khoảng 8,2Mb/s và địa chỉ mỗi trạm lại sửdụng kỹ thuật TDMA

1.6 Ưu, nhược điểm của hệ thống vi ba số

tính, facsimile, telex, video được tổng hợp thành luồng bit số liệu tốc độ cao đểtruyền trên cùng một sóng mang vô tuyến;

- Nhờ sử dụng các bộ lặp tái sinh luồng số liệu nên tránh được nhiễu tích luỹtrong hệ thống số Việc tái sinh này có thể được tiến hành ở tốc độ bit cao nhất củabăng 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 tỉ

số sóng mang/nhiễu (C/N) > 15dB Trong khi đó hệ thống vi ba tương tự yêu cầu(C/N) lớn hơn nhiều (> 30dB), theo khuyến nghị của CCIR) Điều này cho phép sửdụng lại tần số đó bằng phương pháp phân cực trực giao, tăng phổ hiệu dụng và dunglượng kênh;

- Cùng một dung lượng truyền dẫn, công suất phát cần thiết nhỏ hơn so với hệthống tương tự làm 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

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

Các vấn đề trên đã được khắc phục nhờ áp dụng các tiến bộ kỹ thuật mới nhưđiều chế số nhiều mức, dùng thiết bị dự phòng (1+n) và sử dụng các mạch bảo vệ

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THIẾT BỊ VI BA SỐ

2.1 Cơ sở truyền sóng vô tuyến trong hệ thống vi ba số

2.1.1 Khái niệm

Sóng điện từ là sự lan truyền trong không gian của điện từ trường Sóng điện từbao gồm các loại sóng vô tuyến, tia hồng ngoại, …, tia X và tia Gamma

Sóng vô tuyến điện là sóng điện từ có tần số thấp hơn 3000 GHz Có hai loại sóng

vô tuyến thường thấy trong thực tế là sóng dọc và sóng ngang Sóng dọc là sóng lantruyền theo phương chuyển động của nó (tiêu biểu như sóng âm thanh lan truyền trongkhông khí) Còn sóng ngang là sóng điện từ có vectơ cường độ điện trường và từtruờng vuông góc với nhau và vuông góc với phương truyền sóng

2.1.2 Phân chia dải tần số vô tuyến và ứng dụng cho các mục đích thông tin

Ta biết rằng thông tin vô tuyến đảm bảo việc phát thông tin đi xa nhờ các sóngđiện từ Môi trường truyền sóng (khí quyển trên mặt đất, vũ trụ, nước, đôi khi là cáclớp địa chất của mặt đất) là chung cho nhiều kênh thông tin vô tuyến

Hình 2.1 Phổ tần số vô tuyến và ứng dụng

Việc phân kênh chủ yếu dựa vào tiêu chuẩn tần số Phổ tần tổng cộng và miền

áp dụng của chúng Phổ này kéo dài từ các tần số dưới âm thanh (vài Hz) đến các tia

vũ trụ (1022 Hz) và được chia tiếp thành các đoạn nhỏ gọi là các băng tần Toàn bộ dảitần số vô tuyến (RF) lại được chia ra thành các băng nhỏ hơn, có tên và kí hiệu nhưbảng 2.1 theo Ủy ban tư vấn về Thông tin vô tuyến quốc tế CCIR

AM radio

TV, FM

Vi ba,

Vệ tinh, rada

Hồng ngoại

Tia nhìn thấy

Cực tím Tia X

Tia Gamma

Tia vũ trụ

1022

Dải tần số radio Dải sợi quang

Tần số (Hz)

16

Bảng 2.1 Kí hiệu và phân chia băng tần theo CCIR.

Các tần số cực kì thấp ( ELF ) là các tần số có giá trị nằm trong phạm vi 30 ÷ 300

Hz, chứa cả tần số điện mạng AC và các tín hiệu đo lường từ xa tần thấp

Các tần số tiếng nói ( VF ) là các tần số có giá trị nằm trong phạm vi 300 Hz ÷ 3

KHz, chứa các tần số kênh thoại tiêu chuẩn

Các tần số rất thấp ( VLF ) là các tần số có giá trị nằm trong phạm vi 3 ÷ 30 KHz,chứa phần trên của dải nghe được của tiếng nói Dùng cho các hệ thống an ninh, quân

sự và chuyên dụng của chính phủ như là thông tin dưới nước (giữa các tàu ngầm) Các tần số thấp ( LF ) là các tần số có giá trị nằm trong phạm vi 30 ÷ 300 KHz(thường gọi là sóng dài), chủ yếu dùng cho dẫn đường hàng hải và hàng không

Các tần số trung bình ( MF ) là các tần số có giá trị nằm trong phạm vi 300 KHz ÷

3 MHz (thường gọi là sóng trung), chủ yếu dùng cho phát thanh thương mại sóng

SVTH: Nguyễn Đình Hoành

17

trung (535 đến 1605 KHz) Ngoài ra cũng sử dụng cho dẫn đường hàng hải và hàngkhông.

Các tần số cao HF ) là các tần số có giá trị nằm trong phạm vi 3 ÷ 30 MHz (thường

gọi là sóng ngắn) Phần lớn các thông tin vô tuyến 2 chiều (twoway) sử dụng dải nàyvới mục đích thông tin ở cự ly xa xuyên lục địa, liên lạc hàng hải, hàng không, nghiệp

dư, phát thanh quảng bá v.v

Các tần số rất cao ( VHF ) là các tần số có giá trị nằm trong phạm vi 30 ÷ 300 MHz

(còn gọi là sóng mét), thường dùng cho vô tuyến di động, thông tin hàng hải và hàngkhông, phát thanh FM thương mại (88 đến 108 MHz), truyền hình thương mại (kênh 2đến 12 với tần số từ 54 MHz đến 216 MHz)

Các tần số cực cao ( UHF ) là các tần số có giá trị nằm trong phạm vi 300 MHz ÷ 3GHz (còn gọi là sóng đề xi mét), dùng cho các kênh truyền hình thương mại 14 ÷ 83,các dịch vụ thông tin di động mặt đất, các hệ thống điện thoại tế bào, một số hệ thốngrada và dẫn đường, các hệ thống vi ba và thông tin vệ tinh

Các tần số siêu cao ( SHF ) là các tần số có giá trị nằm trong phạm vi 3 ÷ 30 GHz(còn gọi là sóng cen ti mét), chủ yếu dùng cho vi ba và thông tin vệ tinh

Các tần số cực kì cao ( EHF ) là các tần sô có giá trị nằm trong phạm vi 30 ÷ 300

GHz (còn gọi là sóng mi li mét), ít sử dụng cho thông tin vô tuyến

Các tần số hồng ngoại là các tần số có giá trị nằm trong phạm vi 0,3 THz ÷ 300

THz, nói chung không gọi là sóng vô tuyến Sử dụng trong hệ thống dẫn đường tìmnhiệt, chụp ảnh điện tử và thiên văn học

Các ánh sáng nhìn thấy là các ánh sáng có giá trị nằm trong phạm vi 0,3 PHz ÷ 3

PHz, dùng trong hệ thống sợi quang

Các tia cực tím, tia X,tia gamma và tia vũ trụ.Rất ít sử dụng cho thông tin.

2.1.3 Các phương thức truyền lan của sóng vô tuyến

Các sóng vô tuyến có thể được truyền từ anten phát đến anten thu bằng hai đườngchính: tầng điện ly (sóng trời) hoặc đi sát mặt đất (sóng đất)

SVTH: Nguyễn Đình Hoành

18

Khí quyển trái đất

Bề mặt trái đất Sóng bề mặt

Sóng phản xạ

từ đất Sóng nhìn thẳng (LOS)

là chất dẫn điện tốt như nước muối, và truyền kém trên vùng sa mạc khô cằn Tổn haosóng bề mặt tăng nhanh theo tần số, vì thế sóng bề mặt nói chung hạn chế ở các tần sốthấp hơn 2 MHz Sóng bề mặt được dùng rộng rãi cho liên lạc tàu thủy - tàu thủy vàtàu thủy - bờ

 Các ưu điểm là:

- Với công suất phát đủ lớn, sóng bề mặt có thể dùng để liên lạc giữa 2 điểm bất

kì trên thế giới;

- Sóng bề mặt ít bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi điều kiện khí quyển

 Các nhược điểm của truyền lan sóng bề mặt là:

SVTH: Nguyễn Đình Hoành

19

- Yêu cầu công suất phát khá cao.

- Yêu cầu anten kích thước lớn

- Tổn hao thay đổi đáng kể theo loại đất

b) Sóng không gian

Sóng không gian là một loại sóng quan trọng trong thông tin VHF, UHF và SHF.Sóng truyền trong tầng đối lưu lan rộng đến 10 dặm trên bề mặt đất Sóng truyền lan từanten phát đến anten thu theo ba đường, đó là sóng trực tiếp, sóng phản xạ từ đất vàsóng phản xạ từ tầng đối lưu

Sóng trực tiếp

Sóng này phát xạ trực tiếp từ anten phát đến anten thu mà không bị phản xạ ởđâu cả Trong các điều kiện truyền lan bình thường, nó có biên độ lớn hơn so với mộtsóng bất kỳ nào đến máy thu

Sóng phản xạ từ đất

Sóng này đến anten thu sau khi phản xạ một vài lần từ mặt đất hoặc từ các vật thểxung quanh Sự phản xạ không những chỉ xuất hiện trên mặt phẳng đứng mà có thểxuất hiện ở mặt phẳng ngang Như vậy, sóng bị phản xạ từ một vật cản sẽ lệch so vớiđường chính Sóng phản xạ sẽ có biên độ và pha khác với biên độ và pha của sóng trựctiếp Nếu khoảng cách truyền lớn hơn một số lẻ bước sóng thì ở anten thu sóng phản

xạ lệch pha với sóng trực tiếp một góc 1800 và kết quả là triệt tiêu tín hiệu sóng tới đếnmột mức độ nào đó Mức độ đó phụ thuộc vào biên độ của sóng phản xạ

Sóng phản xạ từ tầng đối lưu

Do thay đổi chỉ số khúc xạ của không khí theo độ cao so với mặt đất, nên sóng cóthể bị tạp âm xạ, và tùy theo góc sóng tới có thể xảy ra phản xạ toàn phần từ tầng đốilưu Trong trường hợp này xuất hiện một biên giới có tác dụng giống như một bề mặtphản xạ, gửi sóng trở lại mặt đất Một số tia này sẽ đến được anten thu, ở đây có thểkhử bớt sóng trực tiếp do có sự thay đổi pha và biên độ gây ra do phản xạ

đất từ tầng điện ly, vì thế còn gọi là sóng điện ly Tầng điện ly là vùng không gian nằmcách mặt đất chừng 50 – 80 km đến 1000 km Tầng này hấp thụ một số lượng lớn nănglượng của tia cực tím và tia X bức xạ của mặt trời, làm ion hóa các phân tử không khí

và tạo ra electron tự do Khi sóng điện từ đi vào tầng điện ly, điện trường của sóng tácđộng lực lên các electron tự do, làm cho chúng dao động Khi sóng chuyển động xatrái đất, sự ion hóa tăng, song lại có ít hơn phân tử khí để ion hóa Do đó, phần trêncủa khí quyển có số phần trăm phân tử ion hóa cao hơn phần dưới Mật độ ion càngcao, khúc xạ càng lớn Nói chung, tầng điện ly được phân chia thành 3 lớp: lớp D, E,

và F theo độ cao của nó; lớp F lại được phân chia thành lớp F1, F2 Độ cao và mật độion hóa của 3 lớp thay đổi theo giờ, mùa và theo chu kì vết đen của mặt trời (11 năm).Tầng điện ly đậm đặc nhất vào ban ngày và mùa hè Lớp D: là lớp thấp nhất, có độ cao

50 ÷ 100 km và nằm xa mặt trời nhất, do đó có ion hóa ít nhất Như vậy lớp D ít cóảnh hưởng đến hướng truyền lan sóng vô tuyến Song các ion ở lớp này có thể hấp thụđáng kể năng lượng sóng điện từ

Lớp D biến mất về đêm Lớp này phản xạ sóng VLF và LF, hấp thụ các sóng

MF và HF

Lớp E: có độ cao 100 ÷ 140 km, còn gọi là lớp Kennelly - Heaviside theo têncủa hai nhà bác học khám phá ra nó Lớp E có mật độ cực đại tại độ cao 70 dặm vàogiữa trưa khi mặt trời ở điểm cao nhất Lớp E hầu như biến mất về đêm, hỗ trợ sự lantruyền sóng bề mặt MF và phản xạ sóng HF một chút về ban ngày Phần trên của lớp Eđôi khi được xét riêng và gọi là lớp E thất thường Lớp này gây bởi hiện tượng nhậthoa và hoạt động của vết đen mặt trời Đây là lớp mỏng có mật độ ion hoá rất cao, chophép cải thiện không ngờ cự ly liên lạc

Lớp F: gồm 2 lớp F1 và F2 Lớp F1 có độ cao 140 ÷ 250 km vào ban ngày LớpF2 có độ cao 140 ÷ 300 km về mùa đông và 250 ÷ 350 km về mùa hè Về đêm, 2 lớpnày hợp lại với nhau tạo thành một lớp Lớp F1 hấp thụ và suy hao một số sóng HF,cho qua phần lớn các sóng để đến F2 , rồi khúc xạ ngược về trái đất

2.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến sự truyền lan sóng vô tuyến

2.2.1 Pha đinh

SVTH: Nguyễn Đình Hoành

21

Pha đinh là sự biến đổi cường độ tín hiệu sóng mang vô tuyến siêu cao tần thuđược do sự thay đổi khí quyển và các phản xạ của đất và nước trong đường truyềnsóng Nguyên nhân pha đinh có thể do thời tiết và địa hình làm thay đổi điều kiệntruyền sóng Khi xảy ra pha đinh trong truyền dẫn vi ba số, tại điểm thu cường độ sóngthu được lúc mạnh lúc yếu thậm chí có lúc mất thông tin.

Người ta chia hiện tượng pha đinh thành pha đinh phẳng và pha đinh lựa chọntần số Hai loại pha đinh này có thể xuất hiện độc lập hoặc đồng thời dẫn đến giánđoạn thông tin Sự thay đổi tín hiệu tại anten thu do phản xạ nhiều tia gọi là pha đinh nhiềutia

Khi hai anten phát và thu được đặt trong điều kiện tiêu chuẩn, toàn bộ cường độtín hiệu sẽ nhận được bởi máy thu Khi mật độ không khí thay đổi thì chỉ số khúc xạcũng thay đổi khác với điều kiện chuẩn làm cho chùm tia sóng có thể cong lên haycong xuống phụ thuộc chỉ số k Khi k < 4/3 thường gọi là độ khúc xạ thấp hay điềukiện dưới chuẩn tia sóng có hướng cong lên Khi k > 4/3 thường gọi là độ khúc xạ caohay điều kiện trên chuẩn tia sóng có hướng cong xuống Nói chung thì hầu như loại tiasóng xuất hiện cong lên phía trên anten thu (Hình 2.3)

Hình 2.3 HIện tượng tia sóng cong

2.2.1.2 Pha đinh lựa chọn tần số

Pha đinh lựa chọn tần số làm thay đổi tín hiệu sóng mang với mức thay đổi phụthuộc vào tần số, pha đinh này ảnh hưởng lớn đến tuyến vi ba số dung lượng cao, băngtần rộng

Pha đinh nhiều đường khí quyển

Khi các điều kiện khí quyển là các lớp với sự tồn tại các mật độ khác nhau, sựdẫn có thể xuất hiện Nếu sự tập hợp các lớp làm cho các chùm tia sóng cực ngắnkhông bị bẫy mà chỉ bị làm lệch hướng thì năng lượng sóng ngắn có thể đi tới antenthu bằng nhiều đường khác nhau so với đường trực tiếp Sự thu nhận nhiều đường gây

ra pha đinh do hai sóng thu hiếm khi được cùng pha Nếu chúng đến hoàn toàn trái phathì có ít giây mất công suất thu có thể lên đến 30 dB hoặc hơn, đó là điều trở ngại(Hình 2.4)

SVTH: Nguyễn Đình Hoành

23

Đường 1 trực tiếp; đường 2,3 lệch; đường 4 phản xạ

Hình 2.4 Các đường sóng từ phía phát đến phía thu

Pha đinh nhiều tia phản xạ từ đất

Sự phản xạ từ đất tạo thành sự thu nhiều đường tia sóng, nó sẽ là trở ngại khi cáctia sóng thu được ngược pha

Khi phản xạ đất và pha đinh khí quyển xuất hiện đồng thời có thể xảy ra pha đinhsâu tới 40 dB Nếu các tác động sửa lỗi không được tiến hành thì thông tin có thểngừng trệ

2.2.2 Suy hao khi truyền lan trong không gian tự do

Khoảng không mà trong đó các sóng truyền lan bị suy hao được gọi là khônggian tự do Mức suy hao của sóng vô tuyến được phát đi từ anten phát đến anten thutrong không gian tự do tỷ lệ thuận với khoảng cách giữa hai anten và tỉ lệ nghịch với

độ dài bước sóng Suy hao này gọi là suy hao truyền lan trong không gian tự do, đượctính như sau:

)

4 lg(

20



d

L o  [dB] (2.1)

d [m]: Là khoảng cách truyền dẫn của sóng vô tuyến.

l [m]: Là bước sóng của sóng vô tuyến

2.2.3 Suy hao do mưa

Ảnh hưởng do mưa là một trong những ảnh hưởng lan truyền chủ yếu đối với cáctuyến vô tuyến tầm nhìn thẳng trên mặt đất làm việc trong dải tần GHz Nó ảnh hưởngchủ yếu đến các đường truyền ngắn và có tần số hoạt động cao Vì nó quyết định các

SVTH: Nguyễn Đình Hoành

24

tổn hao truyền dẫn và do đó quyết định khoảng cách lặp cùng với toàn bộ giá thànhcủa một hệ vô tuyến chuyển tiếp.

Bảng 2.2 Kết quả thực nghiệm về suy hao do hơi nước – khí hậu theo tần số

sóng vô tuyến của Alcatel.

≈ 00.081.25.5

0.0130.455.518

0.071.51327

2.2.4 Sự can nhiễu của sóng vô tuyến

Thông thường nhiễu xảy ra khi có thành phần can nhiễu bên ngoài trộn lẫn vàosóng thông tin Sóng can nhiễu có thể trùng hoặc không trùng tần số với sóng thôngtin Chẳng hạn hệ thống Vi ba số đang sử dụng bị ảnh hưởng bởi sự can nhiễu từ các

hệ thống vi ba số lân cận nằm trong cùng khu vực, có tần số sóng vô tuyến trùng hoặcgần bằng tần số của hệ thống này, ngoài ra nó còn bị ảnh hưởng bởi các trạm mặt đấtcủa các hệ thống thông tin vệ tinh lân cận

2.3 Một số kỹ thuật giảm ảnh hưởng của pha đinh

Các kỹ thuật được sử dụng để giảm các ảnh hưởng của pha đinh là phân tậpkhông gian, phân tập tần số và chuyển mạch bảo vệ

2.3.1 Phân tập theo không gian

Phân tập theo không gian là kỹ thuật thu hoặc phát một tín hiệu trên 2 anten(hoặc nhiều hơn 2 anten) với cùng một tần số vô tuyến f

Khoảng cách các anten của máy phát và máy thu được chọn sao cho các tín hiệuriêng biệt được thu không tương quan nhau tương ứng với hệ số tương quan bằng “0”.Trong thực tế không bao giờ đạt được giá trị bằng “0” này Trong hệ thống thông tintầm nhìn thẳng người ta đưa ra một công thức bán kinh nghiệm biểu thị hệ số tươngquan không gian theo khoảng cách trục đứng:

rs = exp [-0,0021sf(0,4d)1/2] (2.2)

SVTH: Nguyễn Đình Hoành

25

Với s: khoảng cách giữa 2 tâm của an ten [m]

f: Tần số sóng vô tuyến [GHz]

d: khoảng cách truyền dẫn [km]

Trong biểu thức này, ta bỏ qua sóng phản xạ đất

Theo khuyến nghị 376-4 của CCIR, người ta chọn khoảng cách giữa các antensao cho hệ số tương quan không gian không vượt quá 0,6 Do đó có thể sử dụng hệ sốnày để làm ngưỡng cho việc sử dụng phân tập

Khả năng cải thiện tín hiệu thu do sử dụng một cặp anten được xác định bằng

độ lợi phân tập Ios:

) 40 / (

10 4

9

4 2 2

d a f s Ios

Trong đó: s: khoảng cách giữa 2 tâm của 2 anten [m]

f: tần số sóng mang vô tuyến [GHz]

ar: Hệ số khuếch đại tương đối của anten phân tập so với anten chính ar =

10[(Ad-Am)/20]

Ad: là hệ số khuếch đại anten phân tập [dB]

Am: là hệ số khuếch đại anten chính [dB]

d: độ dài của tuyến truyền dẫn [Km]

Fm: độ dự trữ pha dinh phẳng

Bằng sự mô phỏng nhiều lần tìm được vị trí tốt nhất cho hai anten, khi khôngthể tính được vị trí, thì khoảng cách hai anten phải lớn hơn 150 Thông thường côngthức trên tính gần đúng cho một tuyến có chiều dài (20 ¸ 70)Km và tần số (2¸11)GHz Mô hình phân tập theo không gian

SVTH: Nguyễn Đình Hoành

26

Chuyển

mạch

Div R2'

Chuyển mạch

Div R1'

T1 R2

T2 R1

f

f fd

d: độ dài của đường truyền [km]

f/f: là khoảng cách tần số tương đối biểu thị bằng %Fm: là độ dự trữ pha đinh [dB]

Phương trình trên đúng với các giá trị tham số sau:

2GHz< f <11GHz; 30km< d <70km; f/f £ 5%; Iof ³ 5

Mặc dù các hệ thống thông tin vô tuyến số phân tập theo tần số có thể cho các

hệ số cải thiện tốt hơn nhưng việc sử dụng phổ tần không đạt hiệu quả cao

Ngoài ra để tăng hiệu quả chống pha đinh người ta sử dụng kết hợp phân tậpkhông gian và tần số (Hình 2.6)

SVTH: Nguyễn Đình Hoành

27

Chuyển

mạch

Chuyển mạch

Hình 2.6 Phân tập không gian và tần số sử dụng 3 anten

Chất lượng và khả năng sẵn sàng của hệ thống vi ba số có thể nâng cao nhờ sửdụng một hay 2 kênh dự phòng để thay thế có các kênh bị sự cố nhờ thiết bị chuyểnmạch tự động Thông thường khi số kênh truyền dẫn nhỏ hơn hoặc bằng 7 (n ≤ 7) thì

dùng một kênh dự phòng, tương ứng với cấu hình (n+1) Trong thực tế dùng cấu hình

(1+1) gồm một kênh truyền dẫn và một kênh dự phòng nóng HSB (Hot Standby), cóthể hoạt động ở cao tần RF hoặc trung tần IF

SVTH: Nguyễn Đình Hoành

28

Tx/Rx Kênh x

Thiết

bị chuyển mạch

tự động

Tx/Rx Kênh 1

Tx/Rx Kênh x

Tx/Rx Kênh 1

Tx/Rx Kênh x

Tx/Rx Kênh 1

Tx/Rx Kênh x Chặng truyền dẫn Chặng truyền dẫn

Phân đoạn chuyển mạch

Hình 2.7 Nâng cao độ an toàn của tuyến bằng kênh dự phòng

Ngoài ra, người ta còn kết hợp giữa phân tập không gian và chuyển mạch bảo vệbằng cách sử dụng một anten riêng cho máy thu phát và dự phòng nóng, kết hợp phântập tần số và chuyển mạch bảo vệ tức là kênh dự phòng phát tín hiệu trên một tần sốsóng vô tuyến

2.4 Các mã truyền dẫn

Trong hệ thống truyền dẫn thông tin vi ba thường sử dụng hai loại mã là HDB3

và CMI

2.4.1 Mã HDB3

Mã HDB3 là mã nhị phân lưỡng cực mật độ cao không quá 3 bit 0 liên tiếp

Mã HDB3 được mô tả như Hình 2.8

Quy tắc mã hoá:

+ Mức logic 1 được mã hoá theo mức lưỡng cực

+ Mức logic 0 được mã hoá theo trạng thái 0 thông thường

+ Đối với dãy 4 số 0 liên tiếp thì được mã hoá theo một trong 2 trường hợp sau:OOOV hoặc AOOV sao cho số bit A giữa 2 bit V là lẻ Trong đó, số lần xuất hiện 4bit 0 liên tiếp đầu tiên được mã hóa thành 000V Số lần xuất hiện 4 bit 0 liên tiếp tiếptheo, nếu đứng trước 4 bit 0 mà cùng dấu với bit “V” đứng trước gần nhất thì được mãhóa thành A00V, còn nếu đứng trước 4 bit 0 mà ngược dấu với bit “V” đứng trước gầnnhất thì được mã hóa thành 000V

 Bit “A” là bit đảo dấu đúng quy tắc

 Bit “V” là bit vi phạm quy tắc

Mã này khá thông dụng và ITU-T khuyến nghị sử dụng ở tốc độ bit 2,048Mbps;8,448Mbps; 34,368Mbps theo tiêu chuẩn châu Âu (khuyến nghị G-703)

2.4.2 Mã CMI

Mã CMI là mã đổi dấu, đây chính là loại NRZ 2 mức

Quy tắc mã hoá:

+ Mức logic 0 đổi dấu liên tục chiếm khoảng thời gian ½ chu kì T, và nửa chu

kì đầu là giá trị (-), nửa chi kì sau là giá trị (+)

+ Mức logic 1 chiếm khoảng thời gian cả chu kì T, và thay đổi dấu liên tụctrong cả chu kì đó

Mã CMI

Giá trị

Tín hiệu CMI

Mã CMI được ITU-T khuyến nghị sử dụng ở tốc độ bit 140Mbps theo tiêuchuẩn châu Âu (khuyến nghị G-703)

Theo khuyến nghị G-703 về các giao tiếp của CCITT cho chi tiết trở kháng, loạiđôi dây dẫn mức tín hiệu dạng khung, tải khung phân bố cũng như mã truyền dẫn ởnhững tốc độ bit khác nhau dùng cho hệ Châu Âu

2.5 Các chỉ tiêu kỹ thuật của vi ba số

2.5.1 Phân bố tần số luồng cao tần

Tần số luồng cao tần ở đây là tần số thu phát của thiết bị vô tuyến, việc lựachọn phương án phân bố tần số phụ thuộc vào:

- Phương thức điều chế số;

- Cách sắp xếp các luồng cao tần;

- Đặc tính của môi trường truyền sóng

Theo khuyến nghị của của CCITT về vi ba số thì dải tần làm việc nên chọn từ 2GHz đến 23GHz Nếu sóng mang giữa các luồng cao tần không được phân chia đúngthì có sự can nhiễu giữa chúng và tạp âm sẽ tăng lên Các luồng lân cận nên cách nhau

1 log 10 log

Độ nhạy của máy thu là mức tín hiệu cao tần tối thiểu đến ở đầu vào máy thu để

nó hoạt động bình thường, nghĩa là thoả mãn tỉ số lỗi bit (BER) cho trước tương ứngvới tốc độ bít nhất định

2.5.4 Tỉ số bit lỗi BER

(2.6)

Để thông tin đạt được độ tin cậy cao, đảm bảo cho thiết bị hoạt động khôngnhầm lỗi thì tỉ số này càng nhỏ càng tốt, bình thường cũng phải đạt 10  3, với chấtlượng tốt hơn phải đạt 10  6 Với yêu cầu BER cho trước máy thu phải có một ngưỡngthu tương ứng

2.5.5 Phương thức điều chế và giải điều chế

Thông thường trong vi ba số, tùy theo tốc độ bit (dung lượng kênh) người tathường dùng các phương thức điều chế như QPSK (hoặc 4PSK hay QAM) hoặc QAMnhiều mức, chẳng hạn (16QAM, 64QAM)

Phương thức giải điều chế được chọn tương ứng với phương thức điều chế thựchiện tại máy phát Thông thường, trong việc giải điều chế có 2 phương pháp là táchsóng kết hợp, hoặc tách sóng không kết hợp Tách sóng kết hợp đòi hỏi máy thu sựkhôi phục lại sóng mang đồng pha với đài phát nên cấu hình phức tạp nhưng chấtlượng tín hiệu cao hơn so với tách sóng không kết hợp

2.5.6 Trở kháng vào máy thu và trở kháng ra máy phát

Vấn đề phối hợp trở kháng đối với mạch cao tần rất quan trọng, các bộ phận kếtnối vào máy phát và máy thu phải phối hợp được trở kháng Nếu việc phối hợp trởkhông tốt sẽ làm ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu, công suất phát hoặc thu không đạtcực đại, ngoài ra còn gây ra sóng phản xạ, gây mất cân bằng làm giảm độ nhạy máythu Thông thường trở kháng ra của máy phát và trở kháng vào máy thu được chuẩnhoá là 50W do đó trở kháng vào ra của các bộ lọc, ống dẫn sóng, phi đơ phải là 50W

2.5.7 Tốc độ ở băng tần gốc

SVTH: Nguyễn Đình Hoành

32

Tốc độ ở băng gốc là tốc độ dãy số liệu vào ra máy thu phát vô tuyến

Ví dụ: Thiết bị vi ba số RMD 1502/4 HDB3 2*2048kb/s

9470LX HDB3 4*2048kb/s

Mini-link HDB3 2*2048kb/s

với trở kháng 75 W không cân bằng

2.6 Các phương thức điều chế trong hệ thống vi ba số

2.6.1 Các khái niệm

Trong hệ thống vi ba số sử dụng các phương thức điều chế số Tùy thuộc vàodung lượng kênh hệ thống có thể sử dụng các phương thức điều chế QPSK, 16 QAMhay 64 QAM

Điều chế số là phương thức điều chế đối với tín hiệu số mà trong đó một haynhiều thông số của sóng mang được thay đổi theo sóng điều chế

Thông qua quá trình điều chế gắn tín hiệu mang tin vào tín hiệu sóng mang cóphổ thích hợp hơn để:

- Làm cho tín hiệu mang tin tương xứng với các đặc điểm của kênh truyền;

- Kết hợp các tín hiệu lại với nhau (sử dụng ghép kênh phân tần số) rồi truyền

đi qua một môi trường vật lý chung;

- Bức xạ tín hiệu dùng các antenna có kích thước phù hợp thực tế;

- Định vị phổ vô tuyến nhằm giữ cho giao thoa giữa các hệ thống ở dưới mứccho phép

Quá trình điều chế và giải điều chế

SVTH: Nguyễn Đình Hoành

33Tín hiệu băng

tần vô tuyến

Máy thu Máy phát

Tín hiệu

băng tần

gốc

Tín hiệu băng tần gốc

Bộ điều chế

Sóng mang

Bộ giải điều chế

Hình 2.10 Sơ đồ mô tả quá trình điều chế và giải điều chế số

Giả sử có 1 sóng mang hình sin như sau:

(t) hay tổ hợp giữa chúng mà ta có các kiểu điều chế khác nhau:

+ Điều chế khóa dịch biên độ ASK : Sóng điều biên được tạo ra bằng cách thayđổi biên độ của sóng mang theo biên độ tín hiệu băng gốc

+ Điều chế khóa dịch tần số FSK : Sóng điều tần được tạo ra bằng cách thay đổitần số sóng mang theo biên độ tín hiệu băng gốc

+ Điều chế khóa dịch pha PSK : Sóng điều pha được tạo ra bằng cách thay đổipha sóng mang theo biên độ tín hiệu băng gốc

+ Điều chế biên độ và pha kết hợp hay điều chế cầu phương QAM

Giải điều chế là quá trình ngược lại với quá trình điều chế, trong quá trình thuđược có một trong những tham số: biên độ, tần số, pha của tín hiệu sóng mang đượcbiến đổi theo tín hiệu điều chế và tuỳ theo phương thức điều chế mà ta có các phươngthức giải điều chế thích hợp để lấy lại thông tin cần thiết

Biểu thức tín hiệu băng gốc: s(t) là tín hiệu ở dạng nhị phân (0,1) hay là một dãy NRZ(Non-Return Zero).

Khi đó, tín hiệu điều pha PSK có dạng:

P(t)  cos{ 0t   [s(t)   ] / } (2.9)Trong đó:  = 2/n là sự sai pha giữa các pha lân cận của tín hiệu.

Từ biểu thức (2.9), với n = 4,  = /2 thì ta có kiểu điều chế 4-PSK hay PSK cầu

phương (QPSK) Tín hiệu QPSK có dạng:

} 4 ).

( cos{

) (t 0t  s t 

t t

a

t

M1( )  ( ) cos 0 ;M2(t) b(t) sin 0t

với a(t) = ±1, b(t) = ±1

Hình 2.11 Sơ đồ nguyên lý điều chế tín hiệu QPSK

Tín hiệu ra 4-PSK là: P(t) a(t) cos 0.tb(t) sin 0t (2.11)

Hình 2.13 Biểu đồ vector của

điều chế QPSK

Hình 2.12 Tín hiệu 4PSK

c) Quá trình giải điều chế

Sơ đồ giải điều chế QPSK được trình bày như Hình 2.14

Hình 2.14 Sơ đồ nguyên lý giải điều chế pha QPSK

Giả sử tín hiệu thu được là: ( )]

4 cos[

2 )

P ref1( t ) 2 cos( 0t )

P ref2( t ) 2 sin(0t )

Tín hiệu sau khi qua các bộ lọc:

) t ( a )

t ( a ] ) t ( cos[

) t (

2

1 2

4

) t ( b )

t ( b ] ) t ( sin[

) t (

2

1 2

4

2.6.3 Điều chế biên độ cầu phương QAM

Điều chế biên độ cầu phương QAM là phương pháp điều chế kết hợp giữa điềuchế biên độ ASK và điều chế pha PSK Trong phương thức điều chế này, ta thực hiệnđiều chế biên độ nhiều mức 2 sóng mang mà 2 sóng mang này được dịch pha 1 góc

90o Tín hiệu tổng của 2 sóng mang này có dạng vừa điều biên vừa điều pha:

Q1(t) a(t) cos[ o.t 1(t)] và Q2(t) b(t) sin[ o.t  2(t)]

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

Q(t) Q1(t) Q2(t) a(t) cos[ o t  1(t)] b(t) sin[ o t 2(t)] (2.13)Nhờ có biên độ thay đổi mà các trạng thái pha của sóng mang đã cách xa nhau,

do vậy khả năng mắc lỗi sẽ giảm, đây cũng chính là ưu điểm của QAM

m chuỗi tín hiệu nhị phân