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[.]

Cơ sở kỹ thuật TTVT KHOA VIỄN THÔNG BÀI GIẢNG CƠ SỞ KỸ THUẬT THÔNG TIN VÔ TUYẾN Chương THIẾT BỊ VÀ HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN VÔ TUYẾN SỐ Nguyễn Viết Đảm Khoa Viễn thông HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG Địa chỉ: PTIT- Km10- Đường Nguyễn Trãi, Quận Hà đông, Thành phố Hà nội Điện thoại: 0912699394 Email: damnvptit@gmail.com HàNguyễn nội 02-2017 Viết Đảm Cơ sở kỹ thuật TTVT NỘI DUNG 6.1 Giới thiệu chung 6.2 Sơ đồ khối hệ thống thu phát vơ tuyến số 6.3 Ngẫu nhiên hóa 6.4 Khơi phục sóng mang 6.5 Khơi phục định thời ký hiệu 6.6 Bộ cân 6.7 Bộ trộn 6.8 Kiến trúc vô tuyến với ghép song công 7.9 Tổng kết Nguyễn Viết Đảm Cơ sở kỹ thuật TTVT 6.1 Giới thiệu chung  Mục đích Hiểu sơ đồ khối chung thiết bị truyền dẫn vô tuyến số Hiểu hoạt động phần tử thiết bị truyền dẫn số Thiết kế đơn giản phần tử thiết bị vô tuyến số Nắm vấn đề chung quy hoach tần số cho hệ thống truyền dẫn số Hiểu hoạt động cấu hình vơ tuyến số Thiết kế cấu hình vơ tuyến cho hoạt động cụ thể hệ thống vơ tuyến số  Chủ đề Sơ đồ khối chung hệ thống thu phát số Ngẫu nhiên hóa Khơi phục sóng mang Khơi phục định thời ký hiệu Cân miền thời gian miền tần số Bộ trộn Các kiến trúc vô tuyến Các vấn đề chung quy họach tần số truyền dẫn vô tuyến số Các cấu hình hệ thống truyền dẫn số Nguyễn Viết Đảm Cơ sở kỹ thuật TTVT 6.2 Sơ đồ khối hệ thống thu phát vô tuyến số Ghép luồng S2 Ghép luồng S1 Khối băng tần gốc MODEM Mã hóa kênh Điều chế Radio mux Scrambler Khối khuyếch đại IF Khuyếch đại IF TLO1 Sn Khai thác Đồng Radio demux Giải mã kênh Up Conv -erter Khối khuyếch đại RF RFP A Isolator Duplexer (Bộ ghép song công) Bộ lọc SCT phát Anten TLO2 Circulator 50 W D2 Phân luồng D1 Descra m-bler GiảI điều chế Khuyếch đại IF RLO1 Down Converter LNA Bộ lọc SCT thu RLO2 Dn Nguyễn Viết Đảm Cơ sở kỹ thuật TTVT 6.3 Ngẫu nhiên hóa  Khái quát: Đảm bảo tính ngẫu nhiên luồng số phát; khoảng thời gian quan sát bất kỳ: Số bit số bit  Chức năng:  Tăng chuyển đổi mức luồng số => Dễ khôi phục định thời  Phổ tín hiệu RF đồng băng tần, tránh phổ vạch dẫn đến khóa pha nhầm máy thu  Góp phần giảm nhiễu kênh vô tuyến  Thực hiện:  Ngẫu nhiên hoá đồng (ngẫu nhiên hoá khởi động lại)  Ngẫu nhiên hoá dị (ngẫu nhiên hoá tự đồng bộ) Nguyễn Viết Đảm Cơ sở kỹ thuật TTVT 6.3 Ngẫu nhiên hóa  Tạo luồng số nhị phân giả ngẫu nhiên, PRBS (Pseudo Random Binary Sequence)  Có tính ngẫu nhiên  Tạo theo quy luật (có chu kỳ)  Cộng modul2 luồng số phát với luồng PRBS F=AB =AB + AB (hàm khác dấu ) Khi áp dụng, A : số liệu truyền, C: chuỗi PR BS: Ph¸t AC=S => AC + A C Thu SC => CS + CS Qua chøng minh sÏ tíi kÕt qu¶: CA  CA  A (C  C)  AI  A Nguyễn Viết Đảm Cơ sở kỹ thuật TTVT 6.3 Ngẫu nhiên hóa  Xây dựng dựa sở đa thức tạo mã, với phần tử FlipFlop đóng vai trị trễ mạch hồi tiếp cộng modul2  Sơ đồ tổng quát tạo PRBS: g1 D1 g m 1 g2 D2 Dm-1 Khóa đóng gi  Khóa mở gi   Độ dài cực đại luồng PRBS Dm g(x)  x m  g m 1x m 1  g1x  N  2m  Nguyễn Viết Đảm Cơ sở kỹ thuật TTVT 6.3 Ngẫu nhiên hóa Phân loại  Ngẫu nhiên hóa đồng (khởi động lại) Nếu bit luồng thu S bị  Ngẫu nhiên hóa dị (tự đồng bộ) mắc lỗi lỗi xẩy ba lần luồng số sau giải ngẫu nhiên Máy phát A Số liệu S Môi trường truyền dẫn S A Dm Dm-2 D21 D1 Scrambler Xung khởi động lại Xung khởi động lại Dm-1 THĐB Máy phát Số liệu Số liệu Máy thu S A C Dm Dm-1 Dm-2 g(x)  xm  xm1 1 THĐB: tín hiệu đông khung D1 D2 D3 D1 g ( x)  x m  x m1   C S x m 1 A S Môi trường truyền dẫn C C THĐB Máy thu x m Số liệu C D2  D3 D2 Dm-1 Dm-1 Dm Dm D1 Descrambler Số liệu truyền "không suốt” Descrambler Scrambler  S  A  C  A  S x m1  x m Nguyễn Viết Đảm  Cơ sở kỹ thuật TTVT 6.4 Khơi phục sóng mang  Khố pha vịng nhân pha  Khố pha vịng Costas Nguyên tắc: Trước hết loại trừ phụ thuộc pha tín hiệu thu vào tín hiệu điều chế, sau dùng để khố pha cho dao động nội Tín hiệu BPSK thu Acos  2fc t+(i-1)   y(t) BPF fc 2  y'(t) BPF 2fc Sóng mang khôi phục cos  2f c t   ' LPF cos    2f c t   '   / Ký hiệu: BPF : Bộ lọc băng thông LPF : Bộ lọc thơng thấp VCO : Bộ dao động điée khiển điện áp Sơ đồ khố pha vịng nhân pha Nguyễn Viết Đảm Ve (t) y"(t) 2  VCO Vòng khóa pha PLL Cơ sở kỹ thuật TTVT 6.4 Khơi phục sóng mang TÝn hiƯu thu BPSK Acos  2f c t+(i-1)     Qua läc BPF, nhân pha hai lần y t A cos  4f c t   i 1   2   A cos  4f c t Thành phần điều chế pha đà loại bỏ y t A cos  4f c t  2  cos  4f c t  2   A / 2.cos 8f c t  2  2   A / 2.cos   -   Ve  t   A / 2.cos2   -  Nguyễn Viết Đảm 10 Cơ sở kỹ thuật TTVT 7.3 Cấu hình hệ thống truyền dẫn vơ tuyến số  Chuyển mạch bảo vệ Luång sè vµo CH CH1 MOD Chia CH n CH n Luång sè vµo CH MOD Chia CH P MOD Chia Tx Tx P Chia MOD Chia MOD CH P Mạng Phân nhánh Tx Tx P CM Tx Ph©n phèi luång sè Luång sè CH DEMOD Rx CH P Rơ le Mạng Phân nhánh Tx CH P CH P Phân phối luồng số R¬ le Tx P CH1 CM Tx Luång sè CH Tx DEMOD Rx P CH CH P CH R¬ le DEMOD Rx R¬ le DEMOD Rx DEMOD Rx P CH n Mạng phân nhánh Rx CH P Rơ le CH n Mạng phân nhánh Rx CH P Ký hiệu: CH n: Kênh công tác; CH P: Kênh bảo vệ Tx: Máy phát; Rx: Máy thu; CM: Chuyển mạch Ký hiệu: CH1: Kênh công tác; CH P: Kênh bảo vệ Tx: Máy phát; Rx: Máy thu; CM: Chun m¹ch Phân tập tần số với chuyển mạch bảo vệ FD+PS(1+1) Phân tập tần số với chuyển mạch bảo vệ FD+PS(n+1) Nguyễn Viết Đảm 33 Cơ sở kỹ thuật TTVT 7.3 Cấu hình hệ thống truyền dẫn vơ tuyến số  Chuyển mạch bảo vệ Vµo Rx Máy thu Các trộn LNA Chuyển mạch N+1 Giải điều chế IF Bộ kết hợp trung tần Anten Bộ dao động nội RF Anten phân tập Các máy thu từ đến N Máy thu bảo vệ P Phân tập không gian với chuyển mạch bảo vệ: FD+PS(n+1) Nguyễn Viết Đảm 34 Cơ sở kỹ thuật TTVT KHOA VIỄN THÔNG BÀI GIẢNG CƠ SỞ KỸ THUẬT THƠNG TIN VƠ TUYẾN Chương PHÂN TÍCH ĐƯỜNG TRUYỀN VƠ TUYẾN SỐ Nguyễn Viết Đảm Khoa Viễn thơng HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG Địa chỉ: PTIT- Km10- Đường Nguyễn Trãi, Quận Hà đông, Thành phố Hà nội Điện thoại: 0912699394 Email: damnvptit@gmail.com HàNguyễn nội 02-2017 Viết Đảm 35 Cơ sở kỹ thuật TTVT NỘI DUNG 8.1 Giới thiệu chung 8.2 Phân tích đường truyền vơ tuyến số • • • • Tính tốn cơng suất thu Tính tốn tạp âm nhiệt Tỉ số tín hiệu tạp âm Dự trữ đường truyền 8.3 Phân tích tính tốn đường truyền vơ tuyến số mặt đất • Dự trữ phađinh nhiễu • Tính tốn dự trữ đường truyền vơ tuyến số 8.4 Phân tích đánh giá đường truyền thơng vệ tinh • Tỉ số tín hiệu tạp âm đường lên • Tỉ số tín hiệu tạp âm đường xuống • Tỉ số tín hiệu tạp kết hợp tạp âm điều chế giao thoa 8.5 Tổng kết Nguyễn Viết Đảm 36 Cơ sở kỹ thuật TTVT 8.1 Khái qt Vai trị:  Phân tích đường truyền số công việc quan trong trình thiết kế đường truyền dẫn vơ tuyến  Đáp ứng đường truyền dẫn u cầu • Dung lượng thơng tin: Rb (Mb/s) • Chất lượng: BER (Eb/N0)  Xác định thiết bị thu, phát cụ thể • Thơng số máy phát, anten phát: EIRP • Thơng số máy thu, anten thu: G/T Thực hiện:  Tính tốn quỹ đường truyền từ máy phát  máy thu  Tính tốn thành phần tổn hao truyền dẫn  Xác định thông số khuyếch đảm bảo tỉ số S/N máy thu Nguyễn Viết Đảm 37 Cơ sở kỹ thuật TTVT 8.1 Khái quát  Một số tính tốn • Thơng số anten parabol – Góc nửa công suất 3dB  21,1  70  d d (m) f (GHz) – Hệ số khuyếch đại  .d  G        G  20lg d (m)  20lg f (GHz)  10lg   20, Nguyễn Viết Đảm dBi  38 Cơ sở kỹ thuật TTVT 8.1 Khái quát  Một số tính tốn • Cơng suất • Công suất phát: PTx (tại đầu máy phát) • Công suất đầu vào anten phát: PT PTx PT  L rf 1.L ph1  PTx  L rf  L ph1 [dB] • Cơng suất thu: PRx (tại đầu vào máy thu) • Cơng suất đầu anten thu: PR PR PRx  L ph L rf  PR  L ph  L rf [dB] • Cơng suất xạ đẳng hướng tương đương: EIRP Nguyễn Viết Đảm 39 Cơ sở kỹ thuật TTVT 8.2 Phân tích đường truyền vơ tuyến số • Tính cơng suất thu – Mơ hình hệ thống truyền dẫn vô tuyến đơn giản G1 G2 Lp Tx Lph2 Lph1 Rx Lrf2 Prx Ptx Lrf1 • Cơng suất thu PTx G1 G2 PRx    Lrf1Lph1 Lp Lph2 Lrf Nguyễn Viết Đảm 40 Cơ sở kỹ thuật TTVT 8.2 Phân tích đường truyền vơ tuyến số • Tính cơng suất thu – Đặc trưng cho phần thiết bị phát tham số EIRP PTx G EIRP = PTx G = L rf1 L phd1 Không phải xét phần tử vô tuyến, phi ®¬, anten PR x G2 = EIR P L P L ph2 L rf2 PR x  dBm  = EIR P dBm  + G  dBi  - L P  dB  - L ph2  dB  - L rf2  dB  – Công suất đầu anten thu PR = EIRP .G R LP Nguyễn Viết Đảm 41 Cơ sở kỹ thuật TTVT 8.2 Phân tích đường truyền vơ tuyến số • Tính cơng suất thu – Tổn hao truyền sóng L P  L0  L A Trong đó: L0: Tổn hao không gian tự LA: Tổn hao khí La: Tổn hao hấp thụ khí L m: Tổn hao mưa L A  La  L m – Tổn hao không gian tự Lp  4..d       L p  dB  10 log10  L p   20 log10 d  km   20 log10 f  GHz   92, 45 Nguyễn Viết Đảm  dB  42 Cơ sở kỹ thuật TTVT 8.2 Phân tích đường truyền vơ tuyến số  Tính cơng suất tạp âm nhiệt Tạp âm nhiệt sinh chuyển động hỗn loạn điện tử phần tử máy thu: công suất tạp âm nhiệt  Công suất tạp âm nhiệt N  N f  k.T.f , W  Mật độ phổ công suất tạp âm nhiệt N N0   kT, f  Hệ số tạp âm NF W/Hz SNR in NF  SNR out Cho thấy SNR bị giảm lần sau tín hiệu thu qua phần tử thu, đặc trưng cho tạp âm thân mạch điện hoạt động Nguyễn Viết Đảm 43 Cơ sở kỹ thuật TTVT 8.2 Phân tích đường truyền vơ tuyến số  Tính cơng suất tạp âm nhiệt  Công suất tạp âm quy đổi đầu vào, Nai=Na/A Ni Nout=A(N i + Nai) A, Na N   SNR in Ni  Nai    Nai   NF  1 Ni   NF  Pr  SNR out Ni  Ni  Nai  Pr SNR in  Ni RNR out Nguyễn Viết Đảm 44 Cơ sở kỹ thuật TTVT 8.2 Phân tích đường truyền vơ tuyến số  Tính cơng suất tạp âm nhiệt  Nhiệt độ tạp âm phần tử thu T T   NF 1 290K  Thiết bị thu gồm M phần tử KĐ mắc nối tầng, NF tổng nhiệt độ tập âm quy đổi đầu vào NF  NF3  NFM  NFtol  NF1     A1 A1A A1A A M 1 T3 T2 TM Ttol  T1     A1 A1A A1A A M 1 Nhận xét: Tạp âm máy thu chủ yếu phần tử đầu vào máy thu gây ra, ảnh hưởng tạp âm phần tử sau bị giảm đáng kể (do phải chia cho tích hệ số khuyếch đại phần tử trước) 45 Nguyễn Viết Đảm Cơ sở kỹ thuật TTVT 8.2 Phân tích đường truyền vơ tuyến số  Tỉ số tín hiệu tạp âm  Nhiệt độ tạp âm phần tử thu T T   NF 1 290K  Thiết bị thu gồm M phần tử KĐ mắc nối tầng, NF tổng nhiệt độ tập âm quy đổi đầu vào NF  NF3  NFM  NFtol  NF1     A1 A1A A1A A M 1 T3 T2 TM Ttol  T1     A1 A1A A1A A M 1 Nhận xét: Tạp âm máy thu chủ yếu phần tử đầu vào máy thu gây ra, ảnh hưởng tạp âm phần tử sau bị giảm đáng kể (do phải chia cho tích hệ số khuyếch đại phần tử trước) 46 Nguyễn Viết Đảm Cơ sở kỹ thuật TTVT 8.2 Phân tích đường truyền vô tuyến số  Dự trữ đường truyền vô tuyến số  Vai trò Đảm bảo chất lượng truyền dẫn yêu cầu trường hợp không thuận lợi (pha đinh)  Dự trữ đường truyền M (SGK)  Eb   Eb  M     N Rx  N req  Eb   Eb      M  N Rx  N req Nguyễn Viết Đảm  dB 47 ... điểm TDD vào FDD Nguyễn Viết Đảm 19 Cơ sở kỹ thuật TTVT KHOA VIỄN THÔNG BÀI GIẢNG CƠ SỞ KỸ THUẬT THÔNG TIN VÔ TUYẾN Chương QUY HOẠCH TẦN SỐ VÀ CẤU HÌNH HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN VƠ TUYẾN SỐ Nguyễn... tần số Bộ trộn Các kiến trúc vô tuyến Các vấn đề chung quy họach tần số truyền dẫn vô tuyến số Các cấu hình hệ thống truyền dẫn số Nguyễn Viết Đảm Cơ sở kỹ thuật TTVT 6. 2 Sơ đồ khối hệ thống. .. Viết Đảm 34 Cơ sở kỹ thuật TTVT KHOA VIỄN THÔNG BÀI GIẢNG CƠ SỞ KỸ THUẬT THÔNG TIN VÔ TUYẾN Chương PHÂN TÍCH ĐƯỜNG TRUYỀN VƠ TUYẾN SỐ Nguyễn Viết Đảm Khoa Viễn thơng HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH