ĐIỆN tử VIỄN THÔNG viba chuong 1,2 gui sv khotailieu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VI BA SỐ - Căn cứ phân loại theo mục đích sử dụng: + Hệ thống viễn thông riêng nội bộ là mạng thông tin phục vụ cho thông tin riêng, nội bộ của các cơ quan, đơn

Trong hệ thống thông tin siêu cao tần bao gồm:

+ Hệ thống thông tin vi ba là hệ thống thông tin siêu cao tần các trạm chuyển tiếp

được đặt trên mặt đất.

+ Hệ thống thông tin vệ tinh là hệ thống thông tin siêu cao tần các trạm chuyển tiếp

được đặt trên vệ tinh nằm ngoài quả đất.

+ Thông tin di động là giao tiếp viễn thông giữa máy di động MS với trạm thu phát gốc BTS cũng làm việc ở dải sóng siêu cao tần.

a

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

+ Trong dải sóng SCT dễ dàng tạo ra các hệ thống an ten 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.

Đặc điểm

+ Dễ dàng quản lý vì hệ thống vi ba 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 đặcbiệt 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 khi 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 ôxi, suy hao do mưa và hiện tượng pha đinh đặc biệt đối với các hệ thống băng rộng phải chịu tác động của pha đinh đa đường

(Chục mét) Tần số cao(HF) Phản xạ tầng điện ly thay đổi theo thời gian trong ngày, mùa và tấn số Vô tuyến nghiệp dư; phát sóng quốc tế; thông tin quân sự,

hàng không đường dài.

(cm) Tần số siêu cao (superhigh frequency-SHF) Lan truyền Los, suy hao nhanh theo lượng mưa, suy hao khí quyền

do ôxi và hơi nước, hấp thụ hơi nước cao ở 22GHz

Thông tin vệ tinh, thông tin vi ba.

30-300GHz

(mm) Tần (Extremely High Frequency số siêu siêu cao

EHF)

LoS, hấp thụ hơi nước tại 183GHz

và hấp thụ ô xi tại 60 và 119GHz Rada, vệ tinh thử nghiệm.

10 3 -10 7 GHz Hồng ngoại, ánh sáng nhìn

thấy và tia cực tím LoS Thông tin quang

5

thông thường dùng để nối các trung tâm chuyển mạch di

động Dải tần thường sử dụng khoảng 15 GHz vì ở dải tần này cho phép thu gọn kích thước của an ten và thiết bị Do chặng ngắn nên không cần phân tập để chống lại hiện

tượng pha đing Nguyên nhân gây gián đoạn liên lạc chủ

yếu gây do mưa nên cần có hệ số khuyếch đại lớn và chặng ngắn Với chặng lớn hơn thường sử dụng dải tần L6GHz, U6GHz hoặc 11GHz dung lượng thấp Dải tần này không chịu ảnh hưởng pha đing do mưa nên có thể bảo đảm cự ly liên lạc xa hơn.

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ VI BA SỐ

- Căn cứ phân loại theo mục đích sử dụng:

+ Hệ thống viễn thông riêng ( nội bộ ) là mạng thông tin phục vụ cho thông tin riêng, nội bộ của các cơ quan, đơn vị không dùng để kinh doanh.

+ Hệ thống viễn thông công cộng: là hệ thống giành cho mọi đối tượng sử dụng và

sử dụng để kinh doanh, yêu cầu chất lượng cao, thuận tiện, đơn giản, dễ sử dụng.

- Căn cứ phân loại theo quy mô của mạng:

+ Mạng nội hạt: phục vụ cho 1 khu vực địa lý, khu vực dân cư ( tỉnh, thành phố)

+ Mạng quốc gia ( mạng liên tỉnh) phục vụ thông tin giữa các vùng, các khu vực, các tỉnh thành.

+ Mạng quốc tế: dùng để phục vụ thông tin giữa các nước.

- Căn cứ phân loại theo địa lý:

+ Mạng viễn thông nông thôn: mật độ thưa, không tập trung.

+ Mạng viễn thông thành phố: mật độ dày đặc, tập trung nhiều.

- Căn cứ phân loại theo phương pháp xử lý truyền dẫn tín hiệu:

+ Hệ thống viễn thông tương tự

+ Hệ thống viễn thông số.

Chủ yếu đi vào viễn thông công cộng, viễn thông số.

a

Các chỉ tiêu chất lượng cơ bản của hệ thống vi ba:

Đối với các hệ thống thông tin số hiện tại, các tín hiệu số là các tín hiệu

nhận giá trị trong tập hữu hạn các giá trị có thể có và có thời gian tồn tại hữu hạn Khi tập các giá trị có thể có của tín hiệu gồm hai phần tử 0 và 1 thì hệ thống được gọi là nhị phân và tín hiệu khi đó được gọi là bít Gọi giá trị của

bít thứ k là Dk và thời gian tồn tại của nó là Tk (Tk =T và là hằng số với mọi

k) Ở đầu thu tín hiệu khôi phục lại là và có độ rộng là k, nếu kạ Dk thì tín

hiệu thứ k được gọi là bị lỗi, nếu kạ T tín hiệu thứ k được gọi là có jitter

Cũng như các hệ thống truyền dẫn số khác, chỉ tiêu chất lượng cơ bản của

hệ thống vi ba số là xác suất bít lỗi và jitter (rung pha hay còn được gọi là

trượt trong một số tài liệu) Xác suất lỗi bít BER (Bit-Error Ratio) được định

nghĩa là:

BER=P{kạ Dk}, với P{.} là xác suất (1.1)

Khi k= T+dT thì được gọi là jitter (1.2)

Tuỳ từng loại dịch vụ mà các hệ thống có các đòi hỏi khác nhau về BER và

jitter Đối với các hệ thống truyền thoại, yêu cầu BER<10-6 và do thoại ít

nhạy với jitter nên có thể cho phép jitter khá cao

a

Tính không khả dụng của hệ thống là khoảng thời gian không thể làm

việc được, bắt đầu khi BER >10-3 trong mỗi giây và kéo dài 10 s liên tiếp (10 s này là khoảng thời gian không làm việc được) Thời gian

không làm việc được kết thúc khi BER <10-3 trong mỗi giây và kéo dài

a

- Ph ương thức điều chế và giải điều chế ng th c i u ch v gi i i u ch ức điều chế và giải điều chế điều chế và giải điều chế ều chế và giải điều chế ế và giải điều chế à giải điều chế ải điều chế điều chế và giải điều chế ều chế và giải điều chế ế và giải điều chế

- Trë kh¸ng vµo m¸y thu vµ trë kh¸ng ra m¸y ph¸t

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ VI BA SỐ

Tiêu chuẩn với hệ thống thực

Đối với tuyến có cự ly L<280 km

Phút suy giảm chất lượng < 0,045% thời gian 1 tháng bất kỳ

Giây lỗi trầm trọng < 0,006% thời gian của tháng bất kỳ

Đối với tuyến có cự ly 280km<L<2500 km

Phút suy giảm chất lượng < (L/2500)x 0,4% thời gian 1 tháng bất kỳ

Giây bị lỗi trầm trọng < (L/2500)x 0,054 % thời gian của 1 tháng bất kỳ

Chỉ tiêu về độ khả dụng của hệ thống L < 600 km là 0,06

(L/600) %

a

1 Sơ đồ khối của một trạm đầu cuối thực tế:

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 đại tín hiệu, hạn chế phổ tín hiệu và bức xạ qua an ten.

Hình 1 Sơ đồ khối cơ bản tuyến phát. a

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 hoá: Mã hoá kênh nhằm sửa lỗi bằng cách đưa vào một lượngthông tin dư.

- Khối điều chế ánh xạ từ tín hiệu số băng gốc thành tín hiệu dạng sóng: Các

dạng điều chế cơ bản FSK, PSK, QAM Z

FSK : + Không nhạy cảm với méo biên độ

+ Thiết bị đơn giản.

+ Hiệu quả phổ thấp

PSK và QAM hiệu quả phổ phụ thuộc vào mức điều chế M

Hiệu quả phổ tăng 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 được lắp ngay sau bộ điều chế quyết định phổ tần của kênh

Thông thường là bộ lọc cosine nâng với hệ số uốn lọc  từ 0.2 đến 0.7.

a

CHƯƠNG 2 CẤU TRÚC HỆ THỐNG VIBA SỐ

- Bộ trộn tần nhằm đưa tín hiệu lên băng tần công tác Tuỳ thuộc 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 1 GHz vàđiều 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 trung tâm của máy phát không ổn định Khi

điều chế ở trung tần yêu cầu đối với tần số trung tần là 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 an ten 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 An ten thường có dạng parabol có tính định hướng cao và độ tăng ích lớn khoảng vài chục dBi

Tuyến thu

Nhiệm vụ:

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

- Chuyển đổi thành tín hiệu băng 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 các bộ trộn tần

CHƯƠNG 2 CẤU TRÚC HỆ THỐNG VIBA SỐ

Hình 2 Sơ đồ khối cơ bản tuyến thu.

Bộ khuếch đại tín hiệu cao tần có tác dụng tăng độ nhạy máy thu (Giải thích)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 Tuú 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, nhiễu trung gian và nhiễu lân cận (Giải thích)

Tín hiệu trung tần sẽ được đưa vào bộ giải điều chế để chuyển từ tín hiệu dạng sóng 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 ở đầu phát

Sơ đồ khối của một trạm đầu cuối thực tế:

Hình 2 Sơ đồ khối cơ bản tuyến thu.

CHƯƠNG 2 CẤU TRÚC HỆ THỐNG VIBA SỐ

Hình 3 Sơ đô khối tuyến thu phát của trạm đầu cuối

a

2 Sơ đồ khối trạm trung gian:

Nhiệm vụ của trạm trung gian

Khuếch đại tín hiệu nhằm bù lại những tiêu hao trên đường truyền

Dịch tần số nhằm tránh hiện tượng tự kích (tín hiệu phát lọt vào đầu thu)

Tái tạo tín hiệu số băng gốc, loại bỏ tạp âm tích luỹ Chức năng này không nhất thiết phải có ở tất cả các trạm trung gian

Có những sơ đồ của trạm trung gian như sau:

Máy thu và máy phát thực hiện chuyển đổi tần số, tín hiệu cao tần được

chuyển đổi về tần số trung tần ở máy thu Tín hiệu được giải điều chế để

chuyển tín hiệu thu được thành tín hiệu số băng gốc sau đó được đưa đên khối tái tạo xung nhằm gạt bỏ tạp âm tích luỹ Tín hiệu đầu ra của khối tái tạo xung được đưa được đưa vào khối điều chế để chuyển tín hiệu băng gốc thành tín hiệu dạng sóng Tại máy phát sẽ thực hiện việc chuyển đổi tín hiệu trung tần thành tín hiệu cao tần và bức xạ ra anten Đây là sơ đồ trạm trung gian phổ biến sử dụng cho những hệ thống có dung lượng trung bình và cao

a

CHƯƠNG 2 CẤU TRÚC HỆ THỐNG VIBA SỐ

Tại trạm trung gian không thực hiện việc tái tạo xung, giải điều chế và điều chế Máy thu thực hiện việc chuyển đổi tín hiệu về trung tần và chuyển sang máy phát Tại máy phát lại chuyển đổi tần số tín hiệu trung tần lên tần số tần số cao tần tương ứng với

phân hoạch tần số với việc sử dụng trạm trung gian theo sơ đồ hình 3 hệ thống thông

tin cho phép sử dụng chung kênh dự phòng với hệ thống vô tuyến tương tự và cắt

giảm những thiết bị cần thiết. a

Hình 5 Máy thu đổi tần với bộ tái tạo tín hiệu trung tần/băng gốc và máy phát điều chế trực tiếp

Hình 6 Trạm trung gian dịch chuyển tần số, không có bộ tái tạo tín hiệu

Hình 7 Trạm trung gian không có bộ tái tạo tín hiệu và không dịch chuyển tần

Kế hoạch bố trí tần số cho các trạm đa luồng vô tuyến

a Phương án luân phiên:

Mỗi 1 kênh cao tần sử dụng phương án 2 tần số Toàn bộ hệ

thống bao gồm các tần số thu và phát xen kẽ nhau.

a

CHƯƠNG 2 CẤU TRÚC HỆ THỐNG VIBA SỐ

+ Kế hoạch Co-channel Plan

Hình 9 Kế hoạch co chanel plan

Hình 8 Kế hoạch tần số luân phiên.

CHƯƠNG 2 CẤU TRÚC HỆ THỐNG VIBA SỐ

-Trong kế hoạch tái sử dụng tần số mỗi kênh được sử dụng hai lần nhờ sự phân biệt phân cực chéo giữa hai phân cực

- Trong kế hoạch luân phiên tần số các kênh được thêm vào giữa các kênh cùng phân cực

- Kế hoạch luân phiên tần số thuận lợi hơn khi thiết kế các bộ lọc phân biệt

độ phân cực chéo

- Khoảng cách giữa các kênh XS là khoảng cách giữa các kênh lân cận

cùng phân cực

- S là tốc độ symbol

- X là khoảng cách kênh được chuẩn hoá theo tốc độ symbol

- Tương ứng như vậy Y và Z là băng tần bảo vệ trung tâm và ở hai đầu băng tần được chuẩn hoá Việc lựa chọn kế hoạch tần số nào hoàn toàn phụ

thuộc vào độ nhạy của hệ thống với nhiễu.

- Nhìn chung kế hoạch tái sử dụng tần số có hiệu quả sử dụng phổ cao hơn nhưng việc việc sử dụng kế hoạch tái sử dụng tần số thường được sử dụng rộng rãi trong những hệ thống các chặng ngắn (20-30km) với những dạng điều chế đơn giản như QPSK (đây là dạng điều chế có tính chống nhiễu cao) Tuy nhiên việc sử dụng kế hoạch tái sử dụng tần

số ở những chặng dài hơn và những dạng điều chế phức tạp là không khả thi.

a

Các tần số phát có công suất lớn, các tần số thu có công suất nhỏ cho nên không thể sử dụng 1 ănten để thu và phát tín hiệu theo 1 hướng vì như vậy tín hiệu phát sẽ ảnh hưởng đến tín hiệu thu

Vì vậy mỗi 1 hướng tải sử dụng 2 anten để phát và thu riêng biệt.

Tại trạm trung gian lúc này phải sử dụng 4 anten 4 anten này thì phải dùng bộ lọc để ghép các máy thu vào 1 anten và các máy phát vào 1 anten

- Ưu điểm: yêu cầu với bộ lọc ghép đơn giản ( các tần số ở xa

nhau sẽ dễ lọc hơn các tần số ở xa nhau)

- Nhược điểm: Số anten sử dụng nhiều, 1 trạm trung gian phải

có 4 anten nên hiệu quả kinh tế thấp.

a

CHƯƠNG 2 CẤU TRÚC HỆ THỐNG VIBA SỐ

b Phương án phân nhóm:

Mỗi 1 kênh cao tần sử dụng phương án 2 tần số Toàn bộ hệ thống

được chia thành 2 nhóm tần số để thu và phát riêng biệt

Ví dụ: Hệ thống 3 kênh tần sử dụng 6 tần số

a

Toàn bộ hệ thống được chia thành 2 nhóm tần số để sử dụng thu

và phát riêng biệt Khoảng cách giữa 2 nhóm tần số chọn cách xa nhau.

Vì vậy tại trạm trung gian theo 1 hướng cho phép sử dụng 1 anten

để thu và phát ( cho 2 hướng)  số anten giảm đi 1 nửa.

Ưu điểm: Số anten sử dụng ít, hiệu quả kinh tế cao

Nhược điểm: Yêu cầu với bộ lọc phát phức tạp vì khoảng cách

giữa các tần số thu và tần số phát gần nhau.

 Phương án này thường được sử dụng ở các tuyến thông tin có

cự ly dài , tiết kiệm được rất nhiều anten.

a

CHƯƠNG 2 CẤU TRÚC HỆ THỐNG VIBA SỐ

2 Bố trí tần số cho trạm lặp:

+ Kế hoạch 2 tần số: Tại một trạm lặp (A) sử dụng 2 tần số sóng mang cho liên lạc hai hướng Máy thu trên cả hai hướng cùng làm việc trên tần số f1, trong khi đó máy phát trên cả hai hướng công tác trên cùng tần số f2 (xem hình 10).

a

Rx

Rx Tx

Rx Tx

2 Bố trí tần số cho trạm lặp:

+ Kế hoạch 4 tần số: Tại một trạm lặp (A), theo một hướng thu trên tần số f1 phát trên tần số f2, theo hướng ngược lại thu trên tần số f3 phát trên tần số f4 (xem h.11)

a

Rx

Rx Tx

Rx Tx

CHƯƠNG 2 CẤU TRÚC HỆ THỐNG VIBA SỐ

III Hiệu quả phổ của hệ thống viba số:

Khái niệm hiệu quả phổ của hệ thống vi ba số được phân biệt với độ rộng băng tần mà trên

đó là sóng mang đã được điều chế không tính đến ảnh hưởng của các can nhiễu nội bộ hệ thống và nhiễu giữa các hệ thống Thông thường được xác định qua tỷ số giữa tốc độ

truyền dẫn và độ rộng băng tần E=R/B [bit/s/Hz]

Trong đó:

R là dung lượng truyền dẫn tính theo bit/s

B là độ rộng băng tần

1 Hiệu quả phổ với các trạm đa luồng.

Tuy nhiên trong trường hợp đối với các trạm đa luồng có kế hoạch tần số gồm có N kênh

“go” và N kênh “return”, khoảng cách kênh là XS, và đô rộng băng tần tổng cộng là B thì hiệu quả sử dụng phổ phải tính đến tổn hao do các băng tần bảo vệ:

Trong đó:

A- tốc độ số liệu truyền trong mỗi kênh

b - độ rộng băng tần của kênh đó k1 cho ta thấy độ lấp đầy trên băng tần và k2 thể hiện sự tổn hao hiệu quả phổ do băng tần bảo vệ Ta có thể viết lại như sau:

RN la tốc độ truyền thông tin tổng cộng của hệ thống trên một hướng và 0.5B là

độ rộng băng tần đã sử dụng tương ứng.

a

B RN

B NXS

XS b b R

E  ( / )( / )( / 0 5 )  / 0 5

2 Hiệu quả phổ của kênh vô tuyến số:

Tốc dộ của hệ thống viba số được chuẩn hóa theo những khuyến nghị G.702, G.703 và G.704 cho hệ thống phân cấp số cận đồng bộ và

khuyến nghị G.707, G.708 và G.709 cho hệ thống phân cấp số đồng

bộ (SDH hoặc SONET).

Tốc dộ bít fb bao gồm :

DS1 (1,544 Mbps) DS3 (44.736 Mbps), E1 (2,048 Mbps) và E3 (34,368 Mbps), STS1 hoặc Sub-STM1 (51,84 Mbps) và STM-1 (155,52Mbps)

Tốc độ bít được truyền thực tế fbr qua hệ thống viba số thường cao hơn khoảng 6% (fbr= 1.06 fb) so với tốc độ chuẩn hóa do sự thêm vào

các bít thông tin phục vụ cho mã sửa sai và những thông tin phụ trợ khác phục vụ cho công tác quản trị nội bộ hoặc để thực hiện ghép

kênh vô tuyến theo chuẩn riêng.