Điện tử viễn thông chapter 1 DRT NVD khotailieu

VAI TRÒ CỦA TRUYỀN DẪN VÔ TUYẾN SỐ TRONG MẠNG VIỄN THỐNG Các hệ thống vô tuyến số được sử dụng làm các đường truyền dẫn số giữa các phần tử khác nhau của mạng viễn thông như: √ Đường tr

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN DẪN VÔ TUYẾN SỐ

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG

Các chủ đề được trình bầy trong chương

√ Vai trò của truyền dẫn vô tuyến số trong mạng viễn thông

√ Khái niệm và đặc điểm của truyền dẫn vô tuyến số

√ Các kỹ thuật nâng cao chất lượng và dung lượng truyền dẫn vô tuyến số

√ Sơ đồ khối chung của một kênh truyền dẫn vô tuyến số

Mục đích chương

√ Hiểu vai trò của truyền dẫn vô tuyến số trong mạng viễn thông

√ Biết ưu nhược điểm và các biện pháp cải thiện hiệu năng truyền dẫn vô tuyến số

√ Hiểu được tổng quan những vấn đề sẽ nghiên cứu ở các chương sau trong tài liệu

1.2 VAI TRÒ CỦA TRUYỀN DẪN VÔ TUYẾN SỐ TRONG MẠNG VIỄN THỐNG

Các hệ thống vô tuyến số được sử dụng làm các đường truyền dẫn số giữa các phần tử khác nhau của mạng viễn thông như:

√ Đường trung kế số nối giữa các tổng đài số

√ Đường truyền dẫn nối tổng đài chính với các tổng đài vệ tinh

√ Đường truyền dẫn nối các thuê bao với tổng đài chính hoặc tổng đài vệ tinh

√ Bộ tập trung thuê bao vô tuyến

√ Kết nối các máy di động với mạng viễn thông trong mạng thông tin di động

√ Kết nối máy cầm tay vô tuyến với tổng đài nội hạt trong hệ thống điện thoại không dây số

Hệ thống truyền dẫn vô tuyến số là phần tử quan trọng của mạng viễn thông, đặc biệt khi các công nghệ thông tin vô tuyến mới như thông tin di động được dùng rộng rãi

Sơ đồ tổng quát của mạng viễn thông số công cộng hình 1.1 thể hiện các vai trò cơ bản nói trên Từ hình 1.1 cho thấy các tổng đài nội hạt (LS: Local Switching Center) được nối với nhau trong mạng liên tổng đài qua tổng đài quá giang (TS: Transit Switching Center) nhờ mạng truyền dẫn số Môi trường truyền dẫn có thể là: quang, vô tuyến số mặt đất hoặc vệ tinh Trước hết các luồng số ra từ tổng đài được ghép chung thành một luồng tổng tốc độ cao nhằm chiếm dụng hết dung lượng kênh truyền dẫn được cấp phát, sau đó được đưa lên các thiết bị đầu cuối quang, vô tuyến số mặt đất hoặc vệ tinh rồi phát vào môi trường truyền dẫn tương ứng (nhằm sử dụng được các môi trường truyền dẫn vào mục đích truyền thông)

Mạng nội hạt là mạng cho phép kết nối các máy đầu cuối (TE: Terminal Equipment) với tổng đài nội hạt Việc kết nối này thường thông qua trạm tập trung thuê bao xa (RSC Remote Subscriber Concentrator) hay tổng đài vệ tinh Trước hết lưu lượng từ các thuê bao được tập trung thành các luồng số tốc độ cao, sau đó được truyền đến tổng đài nội hạt LS qua đường truyền dẫn như: quang, vi ba số mặt đất hoặc vệ tinh Bộ tập trung có thể là hữu tuyến hoặc vô tuyến Bộ tập trung vô tuyến (Radio Concentrator) thường dùng nguyên tắc

đa truy nhập như: FDMA (Frequency Division Multiple Access: đa truy nhập phân chia theo tần số), TDMA (Time Division Multiple Access: đa truy nhập phân chia theo thời gian) và CDMA (Code Division Multiple Access: đa truy nhập phân chia theo mã) để tập trung lưu lượng số từ các thuê bao vào tổng đài nhằm chiếm dụng hiệu quả tài nguyên vô tuyến khan hiếm

Loại thiết bị đầu cuối rất tiện lợi và ngày càng phổ biến là máy vô tuyến cầm tay, nó

có thể là thiết bị cầm tay của hệ thống di động hoặc máy điện thoại không dây số của mạng nội hạt, chúng được kết nối với tổng đài nội hạt LS qua đường truyền dẫn vô tuyến số mặt đất hoặc vệ tinh nhờ trạm thu/phát gốc vô tuyến (BS: Base Station) Công nghệ thường được dùng để kết nối các máy vô tuyến cầm tay với tổng đài là: FDMA, TDMA hoặc CDMA, OFDMA Trong tương lai các máy cầm tay vô tuyến có thể chiếm 50% các máy đầu cuối TE

Hình 1.1 Sơ đồ tổng quát mô tả ứng dụng truyền dẫn vô tuyến số trong mạng viễn thông

Sở dĩ truyền dẫn vô tuyến số đóng một vai trò rất quan trọng trong mạng viễn thông

hiện tại cũng như trong tương lai là vì hai lợi thế cơ bản: linh hoạt và di động Tuy nhiên,

truyền dẫn vô tuyến cũng tồn tại rất nhiều nhược điểm đòi hỏi các nhà thiết kế hệ thống cần có các biện pháp, giải pháp đối phó nhược điểm cũng như sử dụng dụng hiệu quả phương thức truyền dẫn này

1.3 ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN CỦA TRUYỀN DẪN VÔ TUYẾN SỐ

Nhược điểm và hạn chế của truyền dẫn vô tuyến số

Do môi trường truyền dẫn là môi truờng hở và băng tần hạn chế, nên hệ thống truyền dẫn vô tuyến số tồn tại rất nhiều hạn chế Môi trường truyền dẫn hở dẫn đến các ảnh hưởng cơ bản sau:

√ Chịu ảnh hưởng rất lớn vào môi trường truyền dẫn như: khí hậu thời tiết

√ Chịu ảnh hưởng rất lớn vào địa hình như: mặt đất, đồi núi, nhà cửa cây cối

√ Suy hao trong môi trường lớn

√ Chịu ảnh hưởng của các nguồn nhiễu trong thiên nhiên như: phóng điện trong khí quyển, phát xạ của các hành tinh khác (khi thông tin vệ tinh)

√ Chịu ảnh hưởng của nhiễu công nghiệp từ các động cơ đánh lửa bằng tia lửa điện

√ Chịu ảnh hưởng nhiễu từ các thiết bị vô tuyến khác

√ Dễ bị nghe trộm và sử dụng trái phép đường truyền thông tin

Ảnh hưởng rất nguy hiểm ở các đường truyền dẫn vô tuyến số là pha đinh Từ giáo trình truyền sóng và anten cho thấy: phađinh là hiện tượng thăng giáng thất thường (ngẫu nhiên) của cường độ điện trường ở điểm thu Nguyên nhân pha đinh thường là do sự thay đổi ngẫu nhiên trong môi trường như thời tiết và địa hình làm thay đổi điều kiện truyền sóng Pha đinh nguy hiểm nhất là pha đinh nhiều tia, xẩy ra khi máy thu nhận được tín hiệu không chỉ từ tia đi thẳng mà còn từ nhiều tia khác (phản xạ, tán xạ,…trong môi trường truyền sóng) Để đối phó với các ảnh hưởng này, các hệ thống truyền dẫn vô tuyến số thường được trang bị các hệ thống và thiết bị chống pha đinh hữu hiệu

Truyền dẫn vô tuyến số được thực hiện ở giải tần từ 1GHz đến vài trục GHz, trong khi đó truyền dẫn quang được thực hiện ở tần số vào khoảng 2.106GHz (tại λ=1500nm) vì thế băng tần truyền dẫn vô tuyến số rất hẹp so với truyền dẫn quang Nếu coi băng tần

truyền dẫn chiếm 5%=0,05 tần số mang trung tâm, thì: (1) đối với truyền dẫn vô tuyến ở

tần số 10GHz, độ rộng băng tần truyền dẫn cho phép vào khoảng10GHz× 0, 05 = 0, 5GHz;

(2) đối với truyền dẫn quang tại bước sóng λ=1500nm hay tần số f = Cλ = 8

9

3 10

1500 10−

×

×

=2.10 Hz14 =2.10 GHz5 băng tần truyền dẫn cho phép vào khoảng 2.105GHz×0,05=104GHz

Từ ví dụ này cho thấy, độ rộng băng tần cho phép truyền dẫn quang gấp 5

10 lần độ rộng băng tần truyền dẫn vô tuyến Ngoài ra dải tần số thấp (từ 1 đến 6 GHz) được ưa dùng hơn

vì suy hao ở vùng tần số này thấp hơn Điều này dẫn đến dung lượng truyền dẫn của các đường truyền dẫn vô tuyến số rất bị hạn chế

Ưu điểm: Tuy nhiên truyền dẫn vô tuyến số có hai ưu điểm tuyệt vời mà không hệ

thống truyền dẫn nào có thể sánh được:

Linh hoạt: Cho phép triển khai rất nhanh hệ thống truyền dẫn số chẳng hạn truyền

hình di động,v.v… Ưu điểm này cho phép các nhà khai thác phát triển mạng viễn thông nhanh chóng ở các vùng cơ sở hạ tầng viễn thông chưa phát triển với vốn đầu

tư thấp nhất

Di động: Chỉ có truyền dẫn vô tuyến mới đáp ứng được thông tin mọi nơi mọi thời

điểm Nhu cầu này không ngừng gia tăng ở thế kỷ 21 khi nhu cầu đi lại của con người ngày càng tăng

Ngoài các ưu điểm trên thông tin vô tuyến là phương tiện thông tin duy nhất cho các chuyến bay vào các hành tinh khác, thông tin đạo hàng, định vị

Để phát huy được các ưu điểm và đối phó các nhược điểm của truyền dẫn vô tuyến

số các nhà thiết kế các thiết bị và hệ thống truyền dẫn vô tuyến số phải sử dụng các biện pháp công nghệ xử lý số và các công nghệ vô tuyến hiện đại Dưới đây ta sẽ đề cập ngắn gọn các công nghệ này

1.4 CÁC KỸ THUẬT NÂNG CAO DUNG LƯỢNG VÀ CHẤT LƯỢNG TRUYỀN DẪN VÔ TUYẾN ĐIỂN HÌNH

Do đặc điểm của truyền thông không dây là: (i) Tài nguyên vốn có bị hạn chế; (ii)

Chất lượng bị ảnh hưởng nghiêm trọng bởi phađinh ngẫu nhiên từ địa hình, thời tiết, đặc biệt với tín hiệu băng rộng, trong khi đó nhu cầu chiến dụng tài nguyên vô tuyến ngày càng gia tăng cũng như yêu cầu tính đa dạng, chất lượng dịch vụ ngày càng cao Vì vậy, vấn đề khám phá tài nguyên, sử dụng hiệu quả tài nguyên nhưng vẫn đảm bảo chất lượng truyền luôn là những chủ đề được quan tâm nghiên cứu triển khai Dưới đây ta đề cập các kỹ thuật điển hình nhất

1.4.1 Các biện pháp khắc phục các nhược điểm của môi trường truyền sóng để nâng

cao chất lượng truyền dẫn vô tuyến điển hình

Để khắc phục các ảnh hưởng lên truyền dẫn vô tuyến số do môi trường truyền dẫn

hở, các biện pháp kỹ thuật sau đây thường được sử dụng:

√ Tổ chức quy hoạch sử dụng tài nguyên vô tuyến hợp lý

√ Tổ chức cấu hình hệ thống hợp lý

√ Sử dụng các công nghệ xử lý số phức tạp

√ Hoàn thiện các mạch điện vô tuyến

Tổ chức quy hoạch sử dụng tài nguyên vô tuyến

Để các thiết bị vô tuyến số không gây nhiễu cho nhau các thiết bị này không được sử dụng đồng thời các tài nguyên vô tuyến mà phải sử dụng chúng một cách luân phiên Ba tài nguyên vô tuyến sau đây cần được chia sẻ chung cho các thiết vô tuyến số để chúng không gây nhiễu cho nhau: tần số, thời gian và năng lượng Các hệ thống vô tuyến số sử dụng

luân phiên tài nguyên: (i) tần số được gọi là phân chia theo tần số (FD: Frequency Division); (ii) thời gian được gọi là phân chia theo thời gian (TD: Time division); (iii) mã

hay phân chia năng lượng (CD: Code Division) Ngoài ra, các hệ thống vô tuyến số sử dụng tài nguyên không gian (SD Space Division) như trường hợp hệ thống dùng MIMO

Để thực hiện phân chia theo tần số ITU-R và các tổ chức vô tuyến lớn khác của quốc

tế như: FCC của Mỹ (Federal Communication Commission: Uỷ ban thông tin liên bang), ARIB của Nhật (Association of Radio Industry and Bussiness: Liên hiệp kinh doanh và công nghiệp vô tuyến) đưa ra các khuyến nghị quy hoạch tần số Các khuyến nghị này quy định các kênh tần số được sử dụng, khoảng cách giữa các kênh này, phân cực giữa các kênh Dựa trên các khuyến nghị này các quốc gia sẽ quy hoạch tần số cho mình

Có thể nói rằng: Các hệ thống ghép kênh tạo ra các tài nguyên (tần số, thời gian, mã,

không gian) có tính duy nhất và khai thác triệt để tính duy nhất vào mục đích truyền thông

Tuy nhiên, ghép kênh chỉ cho phép chiếm dụng hết tài nguyên nhưng không sử dụng hiệu quả tài nguyên Để khắc phục nhược điểm này, các hệ thống vô tuyến dùng các phương pháp đa truy nhập, các phương pháp đa truy nhập được xây dựng trên cơ sở phân chia tài nguyên vô tuyến cho các người dùng khác nhau Theo đó, tồn tại các phương pháp đa truy nhập như: đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA, đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA, đa truy nhập phân chia theo mã CDMA, đa truy nhập phân chia theo không gian SDMA Việc tổ chức hợp lý các phương pháp đa truy nhập này thường được dùng trong các mạng thông tin di động và vô tuyến số nội hạt sẽ cho phép tăng đáng kể dung lượng của các hệ thống vô tuyến số Do tài nguyên vô tuyến bị hạn chế (băng tần truyền dẫn hẹp)

để tiết kiệm tài nguyên này các phương pháp quy hoạch tài nguyên vô tuyến phải cho phép tái sử dụng tốt nhất các tài nguyên vô tuyến

Xu hướng tất yếu của mạng thế hệ sau NGN, đặc biệt là mạng vô tuyến di động: Sử dụng hết, sử dụng hiệu quả tài nguyên và đảm bảo chất lượng dẫn đến khái niệm phân chia tài nguyên khả dụng, gán, cấp phát, phân bổ, định tuyến một cách hiệu quả, cũng như các

cơ chế động & thích ứng Nó cho phép đa dạng hóa về loại hình dịch vụ Tuy nhiên, lại tăng tính phức tạp trong quản lý tài nguyên (định tuyến, điều khiển luồng, tài nguyên địa chỉ)

Tổ chức cấu hình hợp lý

Tổ chức cấu hình cho các hệ thống truyền dẫn vô tuyến số đảm bảo sự hoạt động của các hệ thống này trong trường hợp xẩy ra sự cố Thường xẩy ra hai loại sự cố sau:

√ Sự cố thiết bị

√ Sự cố đường truyền (gây ra do phađinh)

Để đảm bảo truyền dẫn tin cậy, các hệ thống này thường được trang bị thêm các thiết

bị hay hệ thống bảo vệ

Đối với trường hợp sự cố thiết bị, bên cạnh thiết bị công tác còn có thiết bị dự phòng

để tiếp nhận truyền tin từ thiết bị công tác khi thiết bị này bị sự cố

Đối với trường hợp sự cố đường truyền, một hay nhiều đường truyền dẫn truyền dẫn

dự phòng được lập cấu hình bên cạnh các hệ thống thống công tác Khi đường truyền dẫn ở

hệ thống công tác bị sự cố, thông tin ở các hệ thống này sẽ được chuyển sang truyền ở các đường truyền dự phòng Phân tập được hiểu là: cùng một tín hiệu được truyền trên các đơn

vị tài nguyên khác nhau hoặc được truyền trên các đường truyền khác nhau Vì vậy, các đường truyền dự phòng ở các hệ thống này được gọi là các đường phân tập Tồn tại các phương pháp phân tập sau đây ở các hệ thống truyền dẫn vô tuyến số:

√ Phân tập không gian

√ Phân tập tần số

√ Phân tập phân cực

√ Phân tập góc

√ Phân tập thời gian

Ở dạng phân tập không gian, ta lợi dụng khả năng (xác suất) đồng thời xẩy ra phađinh ở hai điểm không tương quan trong không gian là rất nhỏ Vì thế nếu ở phía thu ta đặt hai anten thu ở hai điểm không tương quan trong không gian thì ta có thể luôn luôn thu được tín hiệu tốt và bằng các kết hợp (hoặc chọn) tín hiệu giữa hai đường truyền này ta sẽ được một tín hiệu tốt

Tương tự, ở dạng phân tập tần số, ta lợi dụng khả năng đồng thời xẩy ra phađinh ở hai tần số không tương quan với nhau là rất nhỏ Vì thế nếu sử dụng hai hệ thống truyền dẫn số ở hai tần số khác thì ta có thể luôn luôn thu được tín hiệu tốt và bằng các kết hợp (hoặc chọn) tín hiệu giữa hai đường truyền này ta sẽ được một tín hiệu tốt

Các dạng phân tập thứ ba và bốn cũng sử dụng thêm một hệ thống dự phòng ở phân cực và góc khác với hệ thống chính để kết hợp (hoặc chọn) tín hiệu giữa hai đường truyền tạo nên một tín hiệu tốt

Đối với dạng phân tập cuối cùng, luồng số cần truyền được chia thành các khối bản tin khác nhau, các khối bản tin này được truyền lặp ở một số thời điểm khác nhau để phía thu có thể chọn ra các khối bản tin tốt nhất

Tuy nhiên, từ quan điểm sử dụng hiệu quả tài nguyên, thì ở chừng mực nhất định phương pháp phân tập chiếm dụng tài nguyên không hiệu quả

Sử dụng các công nghệ xử lý tín hiệu số phức tạp

Để đối phó với ảnh hưởng của môi trường hở, các công nghệ xử lý tín hiệu số phức tạp hơn thường được dùng như:

√ Mã hoá kênh kiểm soát lỗi

√ Đan xen

√ Ngẫu nhiên hoá

√ Cân bằng thích ứng

√ Mật mã hoá tín hiệu để bảo mật thông tin và chống lại các kẻ truy nhập trái phép đường truyền

Chúng được thực hiện ở phần xử lý băng tần gốc để tăng khả năng chống phađinh và nhiễu Để tiết kiệm độ rộng băng tần truyền dẫn ngoài các biện pháp quy hoạch tài nguyên

vô tuyến hợp lý như đã nói ở trên, cần lựa chọn kỹ thuật điều chế thích hợp Kỹ thuật điều chế kết hợp mã hoá là kỹ thuật được quan tâm nhiều nhất cho mục đích này

Hoàn thiện các mạch điện vô tuyến

Các mạch điện vô tuyến ngày càng hoàn thiện để hoạt động có hiệu quả hơn và tiêu tốn ít năng lượng hơn Các công nghệ bán dẫn mới được đưa vào sử dụng trong các mạch điện siêu cao tần cho phép giảm kích cỡ thiết bị, tiêu thu ít năng lượng, tăng cường độ nhậy

và lọc nhiễu

1.4.2 Kỹ thuật nâng cao dung lượng và chất lượng truyền dẫn vô tuyến điển hình

Từ lịch sử phát triển đã cho thấy vấn đề sử dụng hiệu quả tài nguyên nhưng vẫn đảm bảo chất lượng truyền dẫn vô tuyến số được giải quyết bằng các giải pháp kỹ thuật, công nghệ như: FDMA, TDMA, SDMA, CDMA, sự kết hợp giữa chúng, ở đó đã khai thác khá triệt để tài nguyên thời gian, tần số, không gian, mã Vấn đề giải quyết ở đây được hiểu là việc khám phá tài nguyên vốn có (tập các tham số đặc trưng, các tính chất, các nhược điểm hạn chế của môi trường truyền), từ đó các giải pháp được đề xuất để khắc phục đối phó nhược điểm, đưa ra các công nghệ, giải pháp kỹ thuật để sử dụng hiệu quả tài nguyên Các

cơ chế, các công nghệ thích ứng, phân bổ (cấp phát) tài nguyên động, cơ chế điều khiển luồng, công nghệ IP, máy thu phát thông minh, vô tuyến định nghĩa bằng phần mềm SDR,

vô tuyến khả tri là những minh họa điển hình cho vấn đề này Chẳng hạn dựa vào các đặc tính kênh trong các miền được xét, đề xuất các giải pháp công nghệ điển hình như: Điều chế QAM thích ứng (AQAM); Mã hóa kênh thích ứng; Cân bằng kênh thích ứng; CDMA thích ứng; Chia sẽ mã động; Anten thích ứng; MIMO thích ứng; Phân bổ tài nguyên thích ứng trong các hệ thống OFDM (trên cơ sở các đặc tính kênh trong miền tần số, phân chia tài nguyên phổ tần của môi trường truyền và đưa ra các giải thuật cấp phát kênh con và phân bổ công suất cho các người dùng); Tạo búp sóng; Ghép kênh không gian

Thích ứng cho phép sử dụng hiệu quả tài nguyên (tăng dung lượng) của hệ thống nhưng vẫn đảm bảo chất lượng BER cũng như việc dung hòa các tham số đối lập của hệ thống Trong một phạm vi nhất định, thích ứng được hiểu là thay đổi các tham số đặc trưng của hệ thống theo kịch bản kênh truyền sao cho đạt được hiệu năng tốt nhất Các hệ thống này đều đạt được hiệu năng tốt nhất hay hiệu quả sử dụng tài nguyên tốt nhất cũng như khắc phục nhược điểm vốn có của môi trường truyền thông Vì vậy một cách sơ bộ có thể thấy rằng, một hệ thống thông minh sẽ phải có tính thích ứng cao, và cũng là xu hướng tất yếu của các hệ thống truyền tin hiệu đại, ở đó sẽ khẳng định sự hội tụ các công nghệ phần cứng cũng như phần mềm, hội tụ các tinh túy của các giải pháp kỹ thuật Một trong những

kỹ thuật thích ứng điển hình như điều chế và mã hóa kênh thích ứng AMC

Như vậy, từ lịch sử phát triển cũng như xu thế tất yếu của các hệ thống truyền thông thế hệ mới là sử dụng hiệu quả tài nguyên, đặc biệt là thông tin vô tuyến, các giải pháp nhằm tăng dung lượng truyền dẫn nhưng vẫn đảm bảo chất lượng, cũng như bài toán đảm bảo tính công bằng mềm dẻo trong việc phân bổ tài nguyên, bài toán phân bổ tài nguyên thích ứng trong mạng viễn thông và nhân tố ảnh hưởng lên vấn đề phân bổ tài nguyên Sự hội tụ và tích hợp các giải pháp kỹ thuật tiên tiến, tính khả thi nhờ các công nghệ như FPGA Hai kỹ thuật OFDM và MIMO được coi là kỹ thuật chủ đạo cho các hệ thống vô tuyến thế hệ sau như WIMAX và 4G:

1.5 CẤU HÌNH HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN VÔ TUYẾN SỐ VÀ PHÂN LOẠI 1.5.1 Cấu hình hệ thống truyền dẫn vô tuyến số

Sơ đồ khối chung của một kênh truyền dẫn vô tuyến số được cho ở hình 1.2 Vai trò của các khối chức năng trong sơ đồ hình 1.2 như sau:

1.5.1.1 Phía phát

Khối KĐ và giao diện đường số có các chức năng sau:

√ Phối kháng với đường số

√ Khuyếch đại và cân bằng cáp đường truyền số

√ Biến đổi mã đường vào mã máy

√ Tái sinh tín hiệu số

√ Khôi phục xung đồng hồ

Khối xử lý số băng gốc phát:

√ Ghép thêm các thông tin điều khiển và quản lý đường truyền

√ Mật mâ hoá các thông tin quan trọng

√ Mã hoá kênh chống lỗi

√ Ngẫu nhiên hoá tín hiệu số trước khi đưa lên điều chế

Khối điều chế và biến đổi nâng tần:

√ Điều chế sóng mang bằng tín hiệu số để chuyển đổi tín hiệu số này vào vùng tần số cao thuận tiện cho việc truyền dẫn

√ Đối với các máy phát đổi tần với điều chế thực hiện ở trung tần khối biến đổi nâng tần cho phép chuyển tín hiệu trung tần phát vào tần số vô tuyền trước khi phát

Khối khuyếch đại công suất:

√ Khuyếch đại công suất phát đến mức cần thiết trước khi đưa phát vào không trung

1.5.1.2 Phía thu:

Khuyếch đại tạp âm nhỏ:

√ Khuyếch đại tín hiệu thu yếu trong khi khuyếch đại rất ít tạp âm

Biến đổi hạ tần, khuyếch đại trung tần và giải điều chế:

√ Đối với máy thu đổi tần trước khi giải điều chế tín hiệu thu được biến đổi vào trung tần thu nhờ khối biến đổi hạ tần Trong quá trình biến đổi hạ tần do suất hiện tần số ảnh gương nên khối biến đổi hạ tần thường làm thêm nhiệm vụ triệt tần số ảnh gương

√ Đối với các máy thu đổi tần sau biến đổi hạ tần là khuyếch đại trung tần Nhiệm vụ của khối chức năng này là khuyếch đại, lọc nhiễu kênh lân cận và cân bằng thích ứng ở vùng tần số cũng như cân bằng trễ nhóm ở các phần tử của kênh truyền dẫn

√ Giải điều chế tín hiệu thu để phục hồi tín hiệu số

Xử lý số băng tần gốc thu: Thực hiện các chức năng ngược với khối xử lý số băng

gốc phát như:

√ Giải ghép xen

√ Giải mã kênh

√ Giải ngẫu nhiên

√ Phân luồng cho luồng số chính và luổng số điều khiển quản lý đường truyền

√ Cân bằng thích ứng ở vùng thời gian để giảm thiểu ảnh hưởng của phađinh

Khuyếch đại và giao điện đường số:

√ Khuyếch tín hiệu số đến mức cần thiết trước khi đưa ra ngoài máy

√ Biến đổi mã máy vào mã đường

√ Phối kháng với đường số

1.5.1.3 Giao diện môi trường truyền dẫn

Hệ thống anten-phiđơ và các thiết bị siêu cao tần cho phép các máy thu và máy phát giao tiếp với môi trường truyền dẫn vô tuyến Giao diện môi trường truyền dẫn và một số mạch siêu cao tần được khảo sát ở các giáo trình Anten-truyền sóng và kỹ thuật siêu cao tần

Hình 1.2 Sơ đồ khối chung của một kênh truyền dẫn vô tuyến số

1.5.2 Các mô hình kênh truyền thông, và phân loại

Trong quá trình thiết kế các hệ thống truyền thông để truyền tin thông qua các kênh vật lý, ta cần phải xác định, phân loại, lựa chọn mô hình kênh truyền, từ đó xây dựng các

mô hình toán sao cho phản ánh các đặc tính quan trọng nhất của môi trường truyền Vì thế,

mô hình toán được dùng trong việc thiết kế bộ lập mã kênh, bộ điều chế cũng như bộ giải

mã kênh, bộ giải điều chế ở máy phát và máy thu tương ứng Dưới đây, ta đề cập vắt tắt

các mô hình kênh thường được dùng để đặc tính hoá các kênh vật lý Ta cần lưu ý rằng, mức độ phức tạp của thiết bị và hệ thống truyền dẫn vô tuyến số cũng như mức độ phức tạp của các giải pháp, biện pháp đối phó nhược điểm, giải pháp sử dụng hiệu quả tài nguyên khan hiếm chủ yếu phụ thuộc bởi đặc tính của môi trường truyền cũng như mô hình kênh truyền thông

Kênh tạp âm cộng

Mô hình đơn giản nhất là kênh tạp âm cộng (hình 1.3a) Trong đó, tín hiệu phát s(t)

bị nhiễu bởi quá trình tạp âm ngẫu nhiên cộng x(t) Về mặt vật lý, quá trình tạp âm cộng có thể do các linh kiện điện tử và các bộ khuyếch đại ở máy thu hoặc do tạp âm đường truyền (được xét chi tiết ở chương 2) Nếu tạp âm được tạo ra do các linh kiện điện tử và các bộ khuyếch đại ở máy thu, thì nó thường được đặc tính hoá là tạp âm nhiệt Ở dạng thống kê, loại tạp âm này được đặc tính hoá là quá trình ngẫu nhiên phân bố Gausơ Vì vậy mô hình toán cho loại kênh này được gọi là kênh AWGN

y(t)=α.s(t)+x(t) (1.1) trong đó α là hệ số suy giảm

Kênh lọc tuyến tính

Nhiều kênh vật lý như kênh điện thoại hữu tuyến, thường dùng bộ lọc để giới hạn phổ tần của tín hiệu trong dải tần mong muốn nhằm tránh gây nhiễu cho các kênh khác Các kênh này thường được mô hình hóa ở dạng kênh lọc tuyến tính cùng với tạp âm cộng như được minh hoạ ở hình 1.3b Vì vậy, quan hệ tín hiệu vào/ra của kênh này được cho bởi

y(t) s(t) h(t) x(t)

∞h( )s(tτ τ τ)d x(t)

−∞

= ∫ − + (1.2)

trong đó: h(t) là đáp ứng xung kim của bộ lọc tuyến tính; ⊗ ký hiệu cho tích chập

Kênh lọc tuyến tính thay đổi theo thời gian

Các kênh vật lý như kênh âm thanh dưới nước, kênh vô tuyến tầng điện ly, môi trường truyền lan sóng đa đường thay đổi theo thời gian thường được đặc tính hoá bởi các

bộ lọc tuyến tính thay đổi theo thời gian Các bộ lọc này được đặc tính hoá bởi đáp ứng

xung kim kênh thay đổi theo thời gian h(τ;t), trong đó h(τ;t) là đáp ứng của kênh tại thời điểm t khi xung kim δ(t) được đưa vào kênh tại thời điểm t-τ Vì vậy, τ thể hiện cho trễ thời gian Kênh lọc tuyến tính thay đổi theo thời gian cùng với tạp âm cộng được cho ở hình 1.3c Quan hệ tín hiệu vào/ra của kênh được xác định bởi

y(t) = s(t) ⊗ h( ; t)τ + x(t) (1.3)

Mô hình cho môi trường truyền sóng đa đường là đáp ứng xung kênh được xác định bởi

L

k 1

h( ; t)τ a (t) (δ τ τ )

=

=∑ − (1.4) trong đó: {ak(t)} thể hiện cho các hệ số suy giảm phụ thuộc vào thời gian đối với đường truyền sóng thứ k; L là số đường truyền lan đa đường; { }τk là trễ thời gian của đường truyền sóng thứ k so với tia đi thẳng Tín hiệu thu khi này có dạng

k 1

y(t) a (t)s(t τ ) n(t)

=

=∑ − + ( 1.5)

Vì vậy, tín hiệu thu gồm L thành phần đa đường, trong đó mỗi thành phần bị suy hao bởi {a (t) k } và bị trễ bởi { }τk

n(t)

)

t

(

a) Kênh tạp âm cộng

) t ( s

h(t)

y(t)=s(t)⊗h(t) n(t)+

b) Kênh lọc tuyến tính với tạp âm cộng

) t ( n

) t (

h( ; t) τ

c) Kênh lọc tuyến tính phụ thuộc thời gian với tạp âm cộng

) t ( n

Hình 1.3 a)Kênh tạp âm cộng; b) kênh lọc tuyến tính cùng với tạp âm cộng; c) Kênh lọc

tuyến tính phụ thuộc thời gian cùng với tạp âm cộng

1.6 TỔNG KẾT

Chương này, ta đã tóm tắt vai trò và đặc điểm của truyền dẫn vô tuyến số trong mạng viễn thông Các khái niệm cơ bản trong truyền dẫn vô tuyến số Các kỹ thuật nâng cao dung lượng và chất lượng truyền dẫn vô tuyến số điển hình được đề cập Cấu hình hệ thống

truyền dẫn vô tuyến số và phân loại