Truyền dẫn vô tuyến số

Trang 1

TRAN HOAI TRUNG (Chủ biên) VÕ TRƯỜNG SƠN - ĐÀM MỸ HẠNH

TRUYỀN DẪN Vô TUYẾN SŨ rie ĐẠI E Aig IÁO THONG ÿ VĂN TAI

PHAN HIỆU TẠI THÀNH PHO HO GHI MINE |

eee Sự ae we See 4

tity © Ge

019169

Trang 2

LỜI NÓI ĐẦU

Truyền dẫn vô tuyến | số là một học phần quan trọng trong Chương trình đào tạo chuyên ngành Kỹ thuật viên thông, Ky thuật thông tin và truyền thơng Nó phục vụ sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật viên thông, Kỹ thuật thông tin và truyền thông với số lượng sinh viên khoảng 120 mỗi năm Ngồi ra, nó cịn được sử dụng cho sinh viên tại Phân hiệu Thành phố Hồ Chí Minh của Trường Hiện nay, các Trường như Đại học Bách khoa, Học viện Cơng nghệ Bưu chính viễn thông, Học viện Kỹ thuật Quân sự đã có giáo trình cho Học phân này, tuy nhiên mỗi Trường có cách xây dựng đề cương và giáo trình Học phần riêng, Đề phục vụ cho sinh viên hai chuyên ngành nói trên, quyền giáo trình này sẽ giúp các sinh viên có thé học hiệu quả hơn, nâng cao chất lượng giảng dạy trên lớp của giảng viên

Với kinh nghiệm giảng dạy nhiều năm học phần này, kết hợp với những công trình khoa học cơng bố khác trong và ngoài nước, nhóm biên soạn đã mạnh dạn viết giáo trình, với mục đích phục vụ cho các sinh viên trong Trường

Truyền dẫn vô tuyến số là môn học nên tảng trong lĩnh vực viễn thông, giúp các

sinh viên năm bắt những kiến thức cơ bản về kiến trúc các máy phát, máy thu, môi

trường truyền sóng cũng như các kỹ thuật thực hiện trong hệ thống phát - thu

Giáo trình được chia làm 5 chương trong đó chương 1 nêu định nghĩa, vai trò, phân bố băng tần và sơ đồ khối chung các hệ thống truyền dẫn vô tuyến sô Chương 2 mô tả ảnh hưởng của mơi trường truyền sóng đến hệ thống truyền dẫn vơ tuyến SỐ do tính mở của môi trường, đặc tính truyền dẫn của sóng điện từ, khi lan truyền qua môi trường, các pha đỉnh của tín hiệu mà máy thu nhận được cũng như các giải pháp chung nâng cao chất lượng tín hiệu thu được Chương 3 tập trung các kỹ thuật cơ bản trong truyền dẫn vô tuyến số gồm một mã hóa kênh, điều chế, ngẫu nhiên hóa tại máy phát và máy thu Chương 4 mô tả các thành phần cụ thể trong máy phát, máy thu phát triển thành một số dạng kiến trúc thu phát được sử dụng Chương 5 liên quan đến việc tính tốn quỹ đường truyền, nhắn mạnh các tham số thu cần quan tâm như độ nhạy thu, dải động của máy thu Các tham số công suất tín hiệu, cơng | suất nhiễu cả bên máy phát, máy thu được tính đến trong quỹ đường truyền này Hệ số tạp âm, nhiệt độ tạp âm cũng được quan tâm trong chương này

Chủ biên, TS Trần Hồi Trung đóng góp 75 % nội dung, tập trung viết các chương 3, 4 và 5, TS Võ Trường Sơn đóng góp 15 % nội dung, tập trung viết chương 2, Th§ Đàm Mỹ Hạnh đóng góp 10 % nội dung, tập trung viết chương 1

Nhóm biên soạn

Trang 3

DANH MỤC CÁC CHU VIET TAT

Chir Chữ viết đầy đủ tiếng Anh -_ Chữ viết đầy đủ tiếng Việt

viet tat

2G Second-generation Thế hệ 2 `

3G Third-generation Thé hé 3:

3GPP | The 3rd Generation Partnership Project | Dy an hop tac thé hé 3 4G Fourth Generation Thé hé 4

8- VSB | 8-level Vestigial SideBand Băng phụ lọc tinh tám mức AGC Automatic Gain Control Điều khiển độ lợi tự động

AM Amplitude modulation Điều chế biên độ

AMSS_ | Aircraft Maintenance Support Services | Dịch vụ hỗ trợ duy trì hàng

không

ARQ Automatic Retransmission Request Yêu cầu truyền lại tự động ASCI | American Standard Code for Mã chuẩn Mỹ cho trao đổi

Information Interchange thông tin

ASK Amplitude-shift keying Diéu ché dich bién dé

ATSC Advanced Television Systems Hiệp hội Hệ thống truyền hình Committee _| nang cao

AWGN | Additive white Gaussian noise Nhiéu Gauss trắng cộng

BB _| Baseband Băng gốc

BER Bit error rate Tốc độ lỗi bit BPF Band pass filter Lọc thông qua băng

BPSK Binary phase shift key Điều chế địch pha nhị phân CCIR Comité Consultatif Internationa des Hiệp hội tư vẫn vô tuyến quốc

Radiocommunications tÊ -

CDMA | Code Division Multiple Access Da truy nhap theo ma

CELP Code-excited linear prediction Dự đoán tuyến tính dự đốn mã CMOS_ | Complementary metal-oxide- † Bán dẫn kim loại ơ xít phức hợp

semiconductor

CMW Centimeter Song cm

COFDM | Coded Orthogonal F requency Division Ghép kénh phan chia theo tan Multiplexing SỐ trực giao được mã hóa

CSMA | Carrier-sense multiple access -| Đa truy nhập cảm nhận sóng mang DAB Digital Audio Broadcasting Quang ba 4m thanh sé

DC | Direct current Dòng điện một chiều '

DMW Decimeter Sóng dm

Trang 4

Chir Chữ viết đầy đủ tiếng Anh Chữ viết đầy đủ tiếng Việt viết tắt

DPCM | Differential Pulse Code Modulation Điều chế xung mã vi sai

DPSM _| Digital power sound module Mô đun âm thanh công suất số

DVB Digital Video Broadcasting Quảng bá Video số EHF Extremely high frequency Tần số cực kỳ cao

EIRP Equivalent Isotropically Radiated Power | Công suất bức xạ đẳng hướng

ELF Extremely low frequency Tan sé cuc ky thap

ETSI European Telecommunications Viên tiêu chuẩn viễn thông Standards Institute Châu Au

EVM Error vector magnitude Biên độ vector lỗi -

FCC Federal Communications Commission | Hiệp hội thông tin liên bang - FDD Frequency Division Duplex '§ong công theo tần số |

FEC Forward Error Corection Sửa lỗi trước

FET Field Effect Transistor Tran z1 to hiệu ứng trường FM Frequency modulation Điều chế tần số

FRS Family Radio Service Dich vụ vô tuyến gia đình FSK Frequency-shift keying Điều chế dịch tần số

GEO Geosynchronous Equatorial Orbit Quỹ đạo vệ tỉnh địa tĩnh

GMSK_ | Gaussian Minimum Shift Keying -| Điều chế dịch tối thiêu Gauss

GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu GSM Global System for Mobile Hệ thống thông tin di động

communication toàn cầu

HF High Frequency Tan sé cao

HFDD | Half FDD Bán sóng cơng FDD

HPA High power amplifier Khuéch dai céng suat cao

IEEE The Institute of Electrical and Viện Kỹ thuật Điện- Điện tử

Electronics Engineers

IF Intermediate frequency Tần số trung gian

IM Intermodulation Tự điều chế IP Intercept Point Diém giao

ISI Inter symbol interference Nhiễu ảnh hưởng liên ký hiệu ISM Industrial, scientific and medical Công nghiệp, khoa học và y khoa ITU : | International Telecommunication Tổ chức viễn thông quốc tế

Union

LAN Local area network Mạng nội bộ

LF Low frequency Tân số thấp

Trang 5

Chir Chữ viết đầy đủ tiếng Anh

Chữ Chữ viết đầy đủ tiếng Việt

viet tat

LNA Low noise amplifier Khuếch đại tạp âm thấp

LO Local oscillator Bộ đao động nội LOS Line of sight Đường nhìn thắng LPF Low pass filter Loc théng thap

LSB Low side band Bang tan bén thap

LTE Long Term Evolution Cuộc cách mạng thời gian dài LUF Lowest usable high frequency Tần số sử dụng thấp nhất ` MAN Metropolitan area network Mang trung tam

MDS Minimum detectable signal Tín hiệu tách sóng tối thiểu

MF Medium frequency Tần số trung bình

| MODEMI Modultion/Demodulation Điều chế/ Giải điều chế

MSK | Minimum-shift keying Điêu chế dich tối thiêu

MUE Maximum usable frequency Tần số sử dụng lớn nhất NTSC National Television System Committee| Hiệp hội Hệ thống truyền hình

Ti Quốc gia

OFDM | Orthogonal Frequency Division Ghép kênh phân chia theo tần Multiplexing SÔ trực giao -

OFDMA | Orthogonal Frequeney Division Multi Đa truy nhập phân chia theo tần Access : SỐ trực giao

| OSI Open Systems Interconnection Kết nối hệ thống mở

PA Power amplifier Khuếch đại công suất

PAL Phase Alternating Line Dòng thay đổi theo pha PAN Personal area network Mạng cá nhân

PCM Pulse-code modulation Điều chế xung mã

PCS Personal Communications Service Dịch vụ thông tin cá nhân PRBS Pseudo Random Binary Sequence Chuỗi nhị phân giả ngẫu nhiên PSK Phase-shift keying Diéu ché dich pha

QAM Quadrature amplitude modulation Diéu ché bién dé truc pha QPSK Quadrature Phase Shift Key Điều chế dịch pha trực giao RC Remote Control Điều khiển xa ˆ 1¬ RF Radio frequency Tân số vô tuyến

RSL Receive Signal Level Mức tín hiệu thu

Rx Receiver May thu

SCT Subcutaneous Transmitter System Hệ thống phát phân hướng

Trang 6

Chữ Chữ viết đầy đủ tiếng Anh Chữ viết đầy đủ tiếng Việt

viet tat

SECAM | SEquentiel Couleur A Mémoire Mau tuan tự với bộ nhớ

SER Symbol error rate Tốc độ lỗi ký tự

SFDR Spurious-Free Dynamic Range Dải động tự do không giả

SHF Super high frequency Tần số siêu cao

SNR Signal to noise ratio Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu TDD Time Division Duplex Song công theo thời gian

TWT Traveling Wave Tube Amplifiers Bộ khuếch đại đèn sóng chạy

Tx Transmitter May phat UHF Ultra high frequency Tần số cực cao UHF CB | Citizen band Băng tần dân sự

UMTS | The Universal Mobile Hé thống viễn thông di động Telecommunications System toan cau

USB Upper side band Băng tần bên cao

VCO Voltage-controlled oscillator _ Bộ dao động điều khiển bởi điện áp

VF Voice frequency Tần số thoại

VHF Very High Frequency Tần số rất cao VLF Very low frequency Tần số rất thấp VLF -Very high frequency Tan sé rat cao

VSAT | Very-Small-ApertureTerminal Đầu cuỗi có khe hở rất nhỏ WAN Wide area network Mạng diện rộng

WiMAX | Worldwide Interoperability fo Tương tích toàn thế giới cho Microwave Access truy nhập vi ba

| WLAN | Wireless Local Area Network Mạng nội bộ vô tuyến

WPAN | Wireless Personal Area Network Mạng cá nhân vô tuyến

Scrambler Bộ trộn giả ngẫu nhiên

Descrambler Giải trộn giả ngẫu nhiên

Circulator Bộ phân hướng

Flat Fading Pha đỉnh phẳng

Frequency Fading Pha đỉnh tần số

Trang 7

DANH MUC HINH VE

Hình 1.1 Ứng dụng truyền dẫn vô tuyến sỐ -c ¬¬ 14

Hình 1.2 Phố tần số vô tuyến và ứng dụng [13] -.2-s -«- " 24 Hình 1.3 Sơ đồ khối hệ thống truyền dẫn số (a); sơ đồ máy phát và máy thu (b) 29

Hình 1.4 Sơ đồ thiết bị phát, thu vơ tuyến -. cc©cscccecvecseerrerree _ 31

Hình 2.1 Các loại sóng vơ tuyn s 5-55 set EAE111313E21 AE 1x 1erxrree 35

Hình 2.2 Không gian lan truyền qua mặt đất CON, -c co TH ninh 38

Hình 2.3 Các loại sóng điện từ [11] .-. -cccsccccseeee HH ấu nu 40 Hình 2.4 Ảnh hưởng của anten đến tầm nhìn thẳng [11] -ccccccccccee 41

Hình 2.5 Hiện tượng ống sóng [11] 2.2222.eztrtrtretrtrerrrr 41

Hình 2.6 Các lớp điện ly trong thời gian ngày và tối [I] <2<<<sss<se 42

Hình 2.7 Minh họa các lớp D, E và E [1] «ccvee eecrxesrrzerrxerrrecrrrrree 43

Hình 2.8 Không gian của “phản xạ” điện ly ĐT ng in 44- Hình 2.9 Sơ đồ khái niệm của phân cực tuyến tính -. s-ccccsecesrrsrrserxee 50 Hình 2.10 Tia sóng và mặt sóng [1 I] - -‹- ¬ 51

Hình 2.11 Mặt cầu từ nguồn đẳng hướng [1 I]: " sesso 52

Hinh 2.12 Suy hao do khi quyén trong điều kiện chuẩn -. - 55-55: 53

Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống thu phát vô tuyến — 61

Hình 3.2 Bộ tạo mã giả ngẫu nhiên [15] Yee Hee 62

Hình 3.3 Vị trí bộ tạo mã giả ngẫu nhiên [15] _ 63

Hình 3 4 Sơ đồ bộ mã hóa kênh ssseesonsnsnsveseceseensssssescssenensansveseceeensssasesseeseee 64

Hinh 3.5 Ma hoa khéi tuyén tinh ccescsscssesscsseseessesesscsecsvessssssessessesesssesessecsecassees 65

Hình 3.6 Khoảng cách Hamming 3bït [15] ¬ ¬ 66 Hình 3.7 Sơ đồ bộ mã hóa vịng [15† -22ss2xxeeEEkvrtrketrtrrsrrerree ¬ 68

Hình 3.8 Bộ thu mã vịng [15] . ¿2 ©2+£+E££+k£E+s£EEEEES2EEE2EEEEEeErkrrrrrrrrree 69

Hình 3 9 Sơ đồ mã hóa xoắn + tEttirriiirer 69

Hình 3.10 Mã hóa xoắn với K=3, k=T, M=3 vessssccccccsesecssesecccsssscsccescesseeeesensnsnsesseeeeee 70

Hình 3 11 So dé trang thái của ví dụ mã hóa xoắn -. se ©zs+reevssrrxeee 70

Hình 3 12 Sơ đồ lưới của mã hóa xoắn- các đường dẫn sống sót 7Ì

Trang 8

Hinh 3.13 BO diéu ché ASK .cccccccccccscscssesscsscsessesscssesecasscescsscsesscsessesececssssvsresssecssvevees 76

Hình 3.14 Tách sóng ASK đị bộ +: 2222221211111 EttEEEEE .1.1 ke 76

Hình 3.15 Tách sóng ASK đồng b6 csssssssesesssscscsssssssseceessesssssessssssecesesssssuneeseeeeeees 71

Hình 3 16 Dạng sóng và khơng gian trạng thái PSK [2] 77

Hình 3.17 Tach sóng tương hỗ tối ưu cho điều chế M-PSK 79 Hình 3.18 Khơng gian trạng thái cho QPSK, 16- QAM và 64- QAM [15] 80 Hình 3.19 Bộ thu tối ưu cho giải điều chế QAM tương hỗ se sex 81

Hình 3 20 B6 thu tuong hd cho didu ch M-FSK ccessccssssssssscsssccsssssssssesseescnsseseee 83

Hình 3 21 So sánh các phương pháp điều chế [15] "D 84 Hình 4.1 Phần tử điều chế- giải điều chế, trộn tần trong máy thu phát tổng quát 89 Hình 4.2 Ví dụ bộ trộn tần thu dùng MOSFET -2s 2222 2EE2zEErrsrrre 90 Hình 4.3 Nâng tần trực giao cho điều chế số - set tErkecrkirkrerkrervees 91 Hình 4.4 Kết nối bộ phối hợp trở kháng đến đầu ra bộ khuếch đại công suất 92

Hình 4.5 Ví dụ bộ khuếch đại công suất dùng Trasistor CE .6-cs«-cse¿ 93

Hình 4.6 Nguyên lý trộn hạ tần có tần số ảnh [13] .-¿- 5c xsrerxersresreecee 94

Hình 4.7 Bộ trộn hạ tần có loại trừ tần số ảnh [13] cccrixrrererrree 94

Hình 4.8 Mạch cân bằng trong miễn thời gian 2-55 Srerxervsrkere 96 -

Hình 4.9 Hiện tượng ISI [13] ‹ essusesapessusssecssscsseseseessncassessecsauecanseens 96

Hình 4.10 Bộ cân bằng miền tần số [13 kg 97

Hình 4.12 Mạng phân nhánh SCT 2 ©t©tSx92E1E2EEE1227E11271E12211112E1e 22 Xe 98

Hinh 89 0n 99

Hình 4.14 Kiến trúc TDD [13] . -cc-cecrxgHt gi 99

Hình 4.15 Kiến trúc HEDD [13] ¿2 55° Set kvEEEEkEELSEEEtrkerkrrkrrrkrrkd 99

Hinh 4.16 Bo phat nang tan hai DUGC s cccsssssessseessecssesssessesssessesssesstessesssesssesseen 100 Hình 4.17 Máy phát nâng tần trực tiép cecccecsscsscsssssseesesssssseestesesssessesseecesnessesseeses 101

Hình 4.18 Máy thu siêu Heterodine với hai chuyển đổi tần số Hee 103

Hình 4.19 Câu hình máy thu Harley . - 2-2-5556 S2*S3* E2 ExeExEErrrkrrksrkerred 104 Hình 4.20 Xử lý miền tần số của máy thu Hartley - 5+ sec creskvzkrrkrrrered 104

Hình 4.21.Máy thu loại bỏ ảnh Weaver s:sssccce ban ren 105

Hinh 4.22 Xử lý tín hiệu trong miễn tần số của máy thu Weaver 105

Hình 4.23 Máy thu chuyển đổi trực tiếp -s-ccvtrscEEktrrirrrrtrrresrrkreere 106

Trang 9

Hình 4.24 Cấu trúc chung của máy thu Heterodyne net 107

Hình 4.25 Phổ thu của chuỗi máy thu tại đầu ra của các thiết bị nối tiếp S199 1195 xe 108

Hình 5.1 Mô tả mối quan hệ giữa nhiễu nền, IIP3 và dải động „ T13

Hình 5.2 Đáp ứng lọc thu với nhiễu kênh lân cận và đồng kênh ¬

Hình 5.3 Nhiệt độ tạp âm đầu vào máy thu -cccccccccccccecccccee " 120

Trang 10

DANH MUC BANG BIEU

Bang 1.1 Ky hiéu va phan chia bang tần theo CCIR [13] -: ¿ e-c-csec- 24

Bảng 5.1 Tính tốn đường truyền cho hệ thông UWB đa băng 115

Bảng 5.2 Tính tốn đường truyền cho hệ thống UWB đa băng 123

Trang 11

- Chương Í ¬ GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 VAI TRO TRUYEN DAN SO TRONG MANG VIEN THONG |

Truyền dẫn vô tuyến dựa trên nghiên cứu của James Clerk Maxwell, ngudi

phát triển lý thuyết toán học của điện từ trường, và Heinrich Hertz, người đưa ra thiết

bị tạo và tách chúng Guglielmo Marconi, nhận ra khả năng dùng, sóng này trong hệ thống truyền thông vô tuyến, đã nghiên cứu vào điện báo vô tuyến (1895), sử dụng

cuộn dây chuyển đổi từ Hert như là một máy phát và bộ tách sóng của Edouard Branly (trở kháng giữa hai cực của bộ tách sóng sẽ thay đổi theo tín hiệu thu được tác động lên thiết bị hiện điện báo), đây được coi như máy thu vô tuyến đầu tiên Khoảng cách hoạt động của thiết bị' này tăng lên khi thiết bị được cải tiến, vào năm

1901, Marconi thành công trong việc gửi chữ S qua đại dương Atlantic thông qua mã

Morse Vào năm 1204, ngài John A Fleming phát triển đèn điện tử chân không đầu

tiên, thiết bị có thể dị được sóng vơ tuyến dạng tín hiệu điện tử Hai năm sau đó

Lee de Forest tạo ra audion, một dạng triode, hay đèn 3 phần tử, thiết bị khơng chỉ

tách sóng tín hiệu vơ tuyến mà cịn khuếch đại chung [1], [2]

Phát thanh vô tuyến- truyền âm nhạc và thoại- được bắt đầu vào năm 1906 bởi

Reginald Fessiden và Ernst F W Alexanderson, nhưng mãi đến khi Edwin H Armstrong phat minh (1913), mạch cho máy thu tái tạo lại khi thu sóng khoảng cách xa trở lên hiện thực Phát triển chính cho truyền thoại vô tuyến ban đầu được cho thông tin tàu đến đất liền Theo đó (1920) tram KDKA tai Pittsburgh, PA, tram phat

âm thanh quảng bá thương mại đầu tiên tại Mỹ, khi mà cải tiến công nghệ trong ngành công nghiệp tăng lên, đã chuyển đổi thành truyền vô tuyến dân dụng Năm 1926, mạng phát âm thanh được hình thành, tạo ra một kỷ ngun vàng cho sóng vơ

tuyến Tạo ra bởi những hệ thống FM băng rộng hiện đại đầu tiên, Armstrong đã xây

dựng và hoạt động trạm phát thanh vô tuyến EM đầu tiên, KE2XCC, vào năm 1938

tại Alpine, NĨ Sản phẩm rẻ nhất trong thời kỳ suy thoái kinh tế đầu tiên là máy thu

vô tuyến trở thành vật dụng gia đình nói chung, đặc biệt là ở Mỹ Các nghiên cứu tiếp theo đưa ra những cải tiến kỹ thuật đáng kể và cho các ứng dụng như facsimile,

.Tadar và truyền hình Các chương trình vơ tuyến thay đổi một cách đáng kể, vào thập kỷ 1940 và 50 chứng kiến sự thay đổi hầu hết: các buổi trình diễn hài và kịch nói từ

phát thanh sang truyền hình Các chương trình phát thanh vô tuyến chủ yếu là nhạc và tin tức và là các budi trò chuyện với mức độ thấp hơn [1] ` *—

Truyền dẫn vô tuyến gồm nhiều máy phát và nhiều máy thu sau đó- sử dụng

rộng rãi cho truyền thông Cảnh sát và quân đội vả các thành phần kinh doanh khác | nói chung sử dụng truyền dẫn vô tuyến để duy: trì liên.lạc với các cá nhân hay các

Trang 12

_ nhóm riêng biệt Các sóng vơ tuyến băng tần dân sự CB, sóng vơ tuyến hoạt động ở tần số gần 27 MHz, sử dụng chủ yếu cho xe cộ truyền thông tin cho nhau khi di

chuyền, trở lên phổ biến vào thập kỷ 1970 Điện thoại tế bào, là một dạng phổ biến

khác của sóng sử dụng trong truyền thông [1]

Sự chuyên sang thế kỷ mới nhìn thấy sự chuyền hướng của truyền dẫn vô tuyến

số trong thông tin di động số vào thị trường với dịch vụ thuê bao vệ tỉnh tại Châu Âu

(1998) và tại Mỹ (2000) Hai năm sau đó, dịch vụ thuê bao vô tuyến số mặt đất bắt đầu tại Mỹ Chúng ta trải qua sự phát triển tế bào Năm 2002, số điện thoại đi động toàn thế giới vượt qua số điện thoại cố định Trước tháng 11, năm 2007, số lượng thuê bao di động toàn thế giới khoảng 3,3 tỷ, và trước 2007 khoảng 798 triệu người quanh thế giới truy nhập Internet hoặc các dịch vụ Internet khác sử dụng tối thiểu một điện thoại di động Đến năm 2017, số lượng thuê bao di động khoảng 4,77 tỷ người Từ 62,9 % số dân toàn thế giới sở hữu riêng một điện thoại di động sẽ tăng

đến 69 % năm 2019 Điều này làm điện thoại di động trở thành một thiết bị điện tử

phố biến nhất trên thế giới Ngoài các dịch vụ đa phương tiện như thoại, audio,

video, và số liệu, việc sử dụng thông tin vô tuyến đã tham gia nhiều vào lĩnh vực

cuộc sống của chúng ta, gồm chăm sóc sức khỏe, tự động hóa nhà ở, [2] Hệ

thống truyền thanh, truyền hình quảng bá, dịch vụ vệ tỉnh, các mạng không dây cũng không ngừng cải tiến cơng nghệ và có số thuê bao tăng nhanh chóng

Truyền dẫn vơ tuyến số đóng Vai trị quan trọng trong mạng viễn thông phục \ vụ cho bắt kỳ sự kết nối giữa các phần tử của mạng như làm đường truyền trung kế giữa hai tong đài, hai trạm mặt đất, hai router trong mang truyền tải (mạng lõi) hay kết nối thuê bao với mạng lõi trong mạng ngoại vi thông qua các thiết bị truy nhập (mạng truy nhập vơ tuyến) [13] Hình vẽ 1.1 mô tả ứng dụng của truyền dẫn vô tuyến số trong mạng viên thơng nói chung

Hệ thống võ tuyến —

chuyên dụng Hệ thông quảng bá

À , À x Tru én :

Phân cứng, phân mềm mang va may tinh tgs 1 dan vo x: y a LO Dién thoai té bao oa ng

tuyen so ¥ Hệ thống vé tinh

7 Hình 1.1 Ung dung truyén dan v6 tuyến số

Mục đích chính của truyền dẫn vô tuyến số là truyền thông tin từ một nơi đến _ một nơi khác thông qua môi trường can thiệp (nghĩa là, không gian, khơng khí, các vật liệu khơng dẫn điện) không cần dây Chức năng chính của truyền dẫn vô tuyến số

Trang 13

là sử dụng để phát tín hiệu âm thanh và hình ảnh, cho truyền dữ liệu được mã hóa

Ngồi ra, truyền dẫn vơ tuyến số được sử dụng trong Radar để phát ra tín hiệu và

nhận tín hiệu phản xạ của chúng từ các vật thể trên đường truyền Nó cịn được sử

dụng trong vô tuyến khoảng cách dài cho phép nhà du hành vũ trụ có thể liên lạc với Trái đất từ Mặt trăng và lẫy thông tin từ các thiết bị thăm dị khơng gian khi chúng

dùng thám hiểm các hành tỉnh ở xa Với định vị tàu thuyền và máy bay thì các thiết bị đo khoảng cách, la bàn vơ tuyến (thiết bị tìm hướng), và các tín hiệu định thời gian VÔ tuyến được sử dụng rộng rãi Các tín hiệu vơ tuyến truyền từ các vệ tỉnh định vị

tồn câu cũng có thể được sử dụng bởi các máy thu đặc biệt cho việc tìm ra chính xác Vi tri Truyén dẫn vô tuyến số, cả vệ tỉnh lẫn mặt đất đều đưa ra được sự chính xác và tăng cường độ âm thanh.Các thiết bị điều khiển từ xa khác nhau sử dụng truyền dẫn vô tuyến SỐ, gồm hệ thống vệ tỉnh nhân tạo điều khiển các van đóng mở

trong các đường ống dẫn nhiên liệu kích hoạt bởi các sóng vơ tuyến Sự phát triển

các transistor và các thiết bị vi điện tử dẫn đến sự phát triển các máy phát và máy thu

di động Điện thoại tế bào hay không dây thực chất là các thiết bị thu phát vô tuyến

sử dụng đường truyền vô tuyến từ di động đến trạm gốc Nhiều cuộc gọi thoại hàng ngày được chuyên tiếp thông qua truyền dẫn vô tuyến số hơn là truyền hữu tuyến; một vài cuộc gọi truyền vô tuyến qua vệ tỉnh Một SỐ thiên thể và khí giữa các vì sao có thê quan sát thơng qua kính thiên văn vô tuyến gồm một vài máy thu có độ nhạy cao và các anten định hướng lớn [11]

1.2 BAC DIEM TRUYEN DAN VA PHAN LOAI

Một vài yếu tố ảnh hưởng đến truyền dẫn của tín hiệu vơ tuyến và tại các tần số

khác nhau, một vài yêu tố sẽ ảnh hưởng lớn hơn Suy hao liên quan đến việc suy

giảm tín hiệu vơ tuyến khi nó lan truyền qua khí quyền Tất cả các tín hiệu vơ tuyến đều bị suy hao khi chúng lan truyền trong mưa hay bất kỳ một dạng nước nao trong

khơng khí (mây, tuyết, mưa tuyét), nhưng các tín hiệu vơ tuyến ở tần số cao hơn sẽ

suy hao lớn hơn ' so VỚI các tần so thấp hơn Ví dụ suy hao của tín hiệu vơ tuyến qua cơn bão có thê gấp 10 lần nếu như tần sỐ tín hiệu tăng gấp đơi từ 5 GHz đến 10 GHz

Điều này làm cho truyền dẫn vô tuyến số, đặc biệt ở những khoảng cách xa, sẽ rất

khó khăn ở các tần số trên (hon 10 GHz)

Các sóng vơ tuyến có thê bị bẻ cong và/ hoặc phản xạ khi chúng lan truyền qua

khí quyền Bởi do sự thay đổi mật độ khí quyền theo độ cao, các tín hiệu vô tuyến bị

bẻ cong hướng truyền khi chúng truyền từ một lớp khí quyên này sang một lớp khác

Sự n cong này cịn được gọi là khúc xạ Ngoài khúc xạ, nếu điều kiện khí quyền tốt, các sóng vô tuyến sẽ bị phản xạ bởi tầng điện ly, lớp trên cùng của khí quyên

Trái đất Sự phản xạ tại lớp điện ly cho phép một vài tín hiệu vơ tuyến có thê lan truyền vài nghìn dặm cho phép thông tin khoảng cách lớn có thê có trong phạm vi

tần số từ 3 đến 30 MHz (bang tan HF)

Mặc dù khúc xạ và phản xạ là hai khái niệm khác nhau nhưng khúc xạ xảy ra

khơng cần có phản xạ, có thể cho rằng phản xạ là một trường hợp đặc biệt của khúc

Trang 14

.liên quan đến tần số của nó Các tan số thấp hơn bị uốn cong (khúc xạ) dễ dàng và

phản xạ về Trái đất Các tín hiệu tần số cao hơn sẽ bị khúc xạ ít hơn so với các tần số thấp, và tại các tần số cao hơn thì khả năng bị bẻ cong hướng truyền càng ít

Tại một tần số xác định, các điều kiện khí quyển sẽ làm tín hiệu khúc xạ rất it,

va tín hiệu sẽ khơng phản xạ về Trái đất Điểm xảy ra hiện tượng này được gọi là tần số sử dụng được lớn nhất (MUF), trong phạm vi 10 đến 15 MHz, có thể nó cao hơn

khoảng 30 hoặc 40 MHz hay thấp hơn là 6 MHz phụ thuộc vào ngày, mùa và điều

kiện khí quyển Dưới tần số MUE, các tín hiệu vơ tuyến có thể sử dụng thông tin

khoảng cách lớn bằng cách phản Xạ ngược lại từ tầng điện ly Trên tần số MUF, tin hiệu sẽ truyền thắng qua khí quyên và đi vào không gian Ở những tần số cao hơn,

trên MUF, tín hiệu vô tuyến truyền hầu hết theo những đường thắng từ máy phát đến

máy thu, đặc tính truyền dẫn được mô tả như một đường nhìn thang LOS Các điều

kiện của đường nhìn thắng được áp dụng cho đường truyền vô tuyến trên MUF,

nhưng chủ yếu là ảnh hưởng đến các tần số trén 1 GHz

Khoảng cách của tín hiệu đường nhìn thẳng có thể lan truyền bị giới hạn bởi đường chân trời hay hơn một chút Tuy nhiên do Trái đất cong nên khoảng cách

truyền dẫn bị giới hạn bởi chiều cao của anten phát, chiều cao của anten cảng cao thì tín hiệu lan truyền càng xa hơn Ví dụ nếu anten phát đặt trên một quả đổi hay một

tháp cao, khoảng cách đường nhìn thẳng còn cao hơn nữa Truyền dẫn qua vệ tỉnh theo cách hiểu trên cịn có thể cho khoảng cách đường nhìn thẳng được mở rộng lớn nhất Truyền dẫn đường nhìn thắng u cầu khơng có chướng ngại vật giữa máy phát và máy thu- bất cứ cái gì giữa máy phát và máy thu, ví dụ như ngọn đồi hay tịa nhà

đều có thể chặn được tín hiệu Các điều kiện khí quyển có ảnh hưởng đáng kể đến truyền thơng tầm nhìn thắng Sự khác nhau trong nhiệt độ khí quyên hay lượng hơi nước trong khơng khí, đều có thể làm cho tín hiệu lan truyền xa hơn so với khoảng

cách đường nhìn thắng thông thường Điều kiện này được gọi là hiệu ứng “ống dẫn” hoặc siêu khúc xạ Tại những thời điểm đó, tín hiệu lan truyền rất nhiều đặm sau

đường chân trời như dang qua Trái đất trong điều kiện phẳng Điều kiện này xảy ra

phô biến đối với các khối nước lớn trên mặt đất Các điều kiện khí quyền cũng có thể bẻ hướng tín hiệu ra xa mặt đất, làm ngắn lại các đường truyền thực tế Việc xảy ra các hiện tượng hiếm gặp này làm thiết kế hệ thống và quản lý phổ trở nên phức tạp

Đối với các hệ thống đường nhìn thẳng, khoảng cách lớn khó xảy ra do các hiện tượng khúc xạ âm có thể làm tín hiệu không đến được máy thu trong vùng dịch vụ Nói cách khác, cùng một tần số không thể sử dụng lại cho nhiều đặm sau đường chân trời khi mà hiện tượng * “ống dẫn” hay siêu khúc xạ có thể mang thông tin ra xa ảnh hưởng ảnh hưởng đến các tín: hiệu hữu ích khác Một trong những chức năng cơ bản, của việc quản lý phổ quốc tế là ngăn chặn hoặc giảm các ảnh hưởng này [3], [5 ] ì

Ưu điểm của đặc tinh truyền dẫn vô tuyến số là tính di động Nó cho phép kết nối không dây cho phép các thiết bị đầu ci vơ tuyến có tính linh hoạt cao, đảm bao cung cap thông tin mọi lúc, mọi nơi Nó có khả năng linh hoạt như triển khai tuyến

truyền dẫn nhanh, dễ dàng với chất lượng đảm bảo và chỉ phí lắp đặt thap.Nhuge

Trang 15

hở do suy hao truyền sóng trong mơi trường lớn; chất lượng truyền dẫn không ỗ én

định như phụ thuộc vào thời tiết, địa hình; ảnh hưởng thường xuyên bởi các nguồn nhiễu bên ngoài như nguồn nhiễu tự nhiên (Phóng điện trong khí quyên, phát xạ sóng điện từ trong vũ trụ ) hay nguồn nhiễu nhân tạo (Nhiễu công nghiệp từ các tia lửa

điện của động cơ, từ các thiết bị vơ tuyến khác) Ngồi ra, truyền dẫn vô tuyến để bị

thu trộm và sử dụng trái phép đường truyền thông tin Tiếp theo, băng tần khai thác hạn ché: UHF + EHF (300MHz + 300GHz) khién dung luong truyén dan thấp Vị dụ riểu coi băng tần truyền dẫn chiếm 5% tần số mang trung tâm thì tại tần số vơ tuyến

ƒ =10GHz thì băng tần vô tuyến.cho phép là 10x 0,05 = 0,5 GHz Còn đối với thơng

: : ¬ c 3x 108 5

tin quang tại 4 =1500nm thì tan sd sdng mang la f =— =——————_ = 2x 10

| A 1500x107

GHz, băng tần truyền dẫn cho phép 2 x 102 x 0,05 = 0,1x10° GHz Cuối cùng là hiện

.tượng pha đỉnh do tín hiệu tại máy thu là giao thoa của tia trực tiếp và các tỉa phản

xạ, do môi trường truyền sóng ln thay đổi nên quá trình giao thoa cũng thay đổi,

dẫn đến cường độ điện trường tại điểm thu thay đổi, (pha đỉnh phang - Flat Fading), làm méo tín hiệu thu do chồng lấn các tín hiệu với các đường đi khác nhau, (pha đỉnh nhiều đường - Rayleigh Fading) Pha định này ảnh hưởng nghiêm trọng tới hệ thống _ số đo hiện tượng phân tán thời gian [13]

Khi phân loại truyền dẫn vơ tuyến số có thể dựa trên cách phân loại chỉ tiết dựa

trên đặc điểm hệ thông truyên dẫn như sau:

a Hệ thông quảng bá:

Với phát thanh quảng bá hiện nay, tiêu chuẩn quảng bá audio số DAB, còn được gọi là Eureka 147, đã phát triển DAB sử dụng cùng với các hệ thống AM và FM truyền thống Nó sử dụng một kỹ thuật điều chế gol là điều chế ghép kênh phân chia tần số trực giao mã hóa COFDM cho quảng bá nhiều luéng vô tuyến SỐ, là một dạng đặc biệt của hệ thống OFDM [6], [7], [9] Một vài quôc gia tiên tiến đã sử dụng hệ thống HD Radio, được chấp thuận bởi Hiệp hội truyền thông liên bang FCC cho phép truyền thông các số liệu và âm thanh sơ Nó sử dụng cơng nghệ truyền dẫn OFDM nhưng đưa vào các khoảng trống băng tần giữa các trạm quảng bá FM đang tổn tại Các kỹ thuật điều chế và mã hóa cho phép tín hiệu stereo chất lượng tương

đương đĩa compact có thê quảng bá từ vệ tỉnh hay trạm mặt đất [9]

Với truyền hình quảng bá, ngồi các tiêu chuẩn tương tự PAL/NTSC/SECAM, truyền hình số đã sử ‘dung tiêu chuẩn quảng bá Video số DVB Nhu DAB, DVB ciing sử dụng kỹ thuật điều chế OFDM Dé dam bảo quảng bá số độ phân giải cao tạo ra

tín hiệu số cùng phổ tần với tín hiệu tương tư hệ NISC, Hiệp hội hệ thống truyền hình nâng cao ATSC sử dụng điều chế 8- VSB (băng phụ theo chiều dọc) và sử dụng

- bộ mã hóa xoắn đặc biệt Nó địi hỏi các anten có hướng để chống lại hiện tượng đa đường, khi mà bộ cân bằng kênh h tương, đối khó so với điều chế OFDM sử dụng trong tiêu chuẩn DVB [9]

2 Wknvg Mại điệu QiHÁC! PHONG VĂN TẠI

PHẦN HIỂU TẠI THANH PHO be ef MINE

ere Fo wath y

}J 1%47 * Ue

019169

TDVTS * 17

Trang 16

b, Hệ thông vô tuyển chuyén dung:

Hệ thống vô tuyến gồm nhiều phần tử hoạt động độc lập sử dụng lan truyền sóng điện từ thực hiện một vài chức năng xác định trong ‹ đó có cả thơng tin, quảng

bá, vệ tỉnh và thông tin di động Tuy nhiện do sự phát triển mạnh của các 'loại hình 'thơng tin vệ tỉnh và di động nên tách riêng, hệ thống vô' tuyến sẽ tập trung vào các loại hình thơng tin còn lại, được gọi là hệ thống vô tuyến chuyên dụng Các loại hình

hệ thống vơ tuyến chuyên dụng có thể là hệ thống vô tuyến phòng cứu hỏa và cảnh

sát Hệ thống cảm nhận hay đo điều kiện khí quyên, và hệ thống tạo bản đồ trên Trái Đắt hoặc các hành tính Hệ thống với mục đích tìm kiếm hay xác định vị trí của một vat thé tai Trái Đất hoặc trong không gian Hệ thống dẫn đường liên quan đến các tần sé HF, VHF, str dung cho thông tin dẫn đường và thoại với các máy bay Các máy bay giữa các đại đương cũng trang bị các máy thu phát vệ tỉnh và vô tuyến HF Băng tần biển dùng cho sự phát triển ban đầu mạnh mẽ nhất của vô tuyến là sự cần thiết liên lạc với tầu ngồi tầm nhìn ở ngoài biển Từ những ngày ban đầu của vô tuyến, nhiều tàu được trang bị các máy phát sóng trung và sóng dài có cơng suất lớn Phân

bố các tần số cao HF được thiết kế cho các tàu, thậm chí hệ thống vệ tỉnh có thể ứng

_ dụng cho an toàn được thực hiện ở tần số 500 KHz và Các tần số khác 2182 KHz la tần số sóng trung hiện đang sử dụng cho thông tin khẩn cấp của hàng hải Sóng VHF hàng hải được sử dụng cho các bờ biển và thông tin phạm vi ngăn giữa tâu và các _ tram tại bờ biển Sóng vơ tuyến được kênh hóa, với nhiều kênh sử đụng cho các mục đích khác nhau; kênh 16 trong hàng hải được sử dụng để gọi và các khẩn cấp Hệ

thống vô tuyến nghiệp dư cần sự phân bỗ tân số vô tuyến nghiệp dư thay đổi trên thế

giới Một vài băng tần chung cho các nhà nghiệp dư trên thé giới, thường là tần số _ HF Cac băng tần khác là phân bố theo quốc gia hay vùng miễn chủ yếu do sự khác _ nhau về phân bố băng tần cho các dịch vụ khác, đặc biệt trong phần VHF và UHF _ của phổ vô tuyến Hệ thống dân sự và dịch vụ vô tuyến cá nhân được sử dụng trong đó vơ tuyến băng dân sự được phân bố cho nhiều quôc gia, sử dụng vơ tuyến kênh hóa trong phần HF trên của phổ (khoảng 27 MHz) Nó sử dụng cho các mục đích về sở thích, kinh doanh nhỏ và cá nhân Các phân bổ băng tần khác được sử dụng cho các dịch vụ tương tự trong các lĩnh vực khác nhau, ví dụ UHF CB được phân bổ tại ‘Uc Mot phạm vi rộng lớn các dịch vụ vô tuyến cá nhân tồn tại trên thế giới, chủ yếu nhấn mạnh thông tin phạm vi ngắn giữa các cá nhận hoặc cho các kinh doanh nhỏ, đơn giản hóa hoặc khơng u câu giây phép, và thường các máy thu phát FM sử dụng khoảng 1 W hoặc nhỏ hơn Công nghiệp, khoa học, y học dùng các băng tần - SM được ban đầu sử dụng cho ứng dụng không phải truyền thông như sử dụng năng lượng RF, như lị vi sóng, làm nóng bằng tần số RF và mục đích tương tự Tuy nhiên,

trong những năm gần đây, việc sử dụng băng tân này lớn nhất cho các hệ thống

Trang 17

khiển bằng vô tuyến có thể sử dụng một vài phần của › phổ không giấy phép trong băng từ 27 MHz đến 49 MHz, nhưng các mơ hình máy bay, tầu hoặc xe trên đất liền giá thành đắt có tần số điều khiển được xác định gan 72 MHz để tránh nhiễu bởi

những người dùng không giấy phép Thế kỷ 21 là một bước tiến đến hệ thống điều

khiển RC trai phổ gan 2,4 GHz Cac nhà khai thác vơ tuyến nghiệp dư có giây phép sử dụng một sô phan của băng tần 6 m tại Bắc Mỹ Điều khiển từ xa trong công nghiệp cho đường sắt và đây chuyển tự động sử dụng các băng tần phân bỗ thay đôi theo vùng Hệ thống nhận biết môi trường và/hoặc vật thể trong môi trường, gồm hệ thống Radar dùng đê nhận biết sự có mặt của các vật thê trong một vài vùng hay một phân của môi trường và đo sự chuyển động và/hoặc vị trí tương đối của chúng Hệ thống này ứng dụng Radar sử dụng các máy phát xung công suất tương đối cao và máy thu có độ nhạy cao, bởi vậy Radar được hoạt động trên các băng tần khơng sử dụng cho mục đích khác Hầu hết các băng tần Radar trong băng tần vi ba của phổ, mặc dù các ứng dụng quan trọng hiện nay cho việc đo kiểm sử dụng các máy phát

công suất lớn trong băng tần UHE Các sóng vô tuyến là kiểu phát xạ điện từ với các

bước sóng trong phổ điện từ dài hơn các ánh sáng hồng ngoại Các sóng vơ tuyến có tần số cao từ 300 GHz đến thấp như 3 KHz, thông qua một vài định nghĩa mô tả sóng trên I1 hoặc 3 GHz như sóng vi ba, hoặc gồm các sóng của bat kỳ tần số thấp hơn Tại 300 GHz, bước sóng tương ứng là l mm (0,039 in), va tai 3 KHz la 100 km (62 dặm) Như các sóng điện từ khác, chúng di chuyển với bước sóng ánh sáng [7] Hệ thống đưới nước là một ứng dụng khác của thông tin vô tuyến Sự khác nhau của truyền thông đưới nước với các hệ thống khác là truyền thông dưới nước thường ảnh hưởng lớn bởi đặc tính lan truyền đến sóng vơ tuyến Độ dẫn điện cao trong nước biển, do lượng muối, gây ra suy hao lớn cho sóng điện từ, làm sóng điện từ không truyền đi xa Các phương pháp sóng âm có những giới hạn của nó, chủ yếu băng tần rất hạn chế Nói chung các phương pháp sóng âm dùng cho khoảng cách xa tốc độ thấp, ngược lại phương pháp điện từ có thể sử dụng truyền thông phạm vi ngắn, toc độ cao Các hệ thống thông tin đưới nước dùng truyền dẫn số Các kỹ thuật truyền sóng dưới nước cân các kỹ thuật thu tương thích Lý do là kênh lan truyền dưới nước thay đổi và có hiện tượng đa đường Hầu hết các hệ thống vô tuyến được thiết kế theo đạng kênh không đổi thời gian Giả thiết này không đúng với truyền thông dưới 'nước Ứng dụng chính của truyền thông dưới nước là trong quân đội, tàu thủy đến tàu thủy, tàu thủy đến đất liền, tàu thủy đến trạm, mặc dù có những ứng dụng thương mại trong ngành xăng dầu như các xe tự hành dưới hước Các mạng cảm biến ứng dụng thông tin dưới nước thu nhận đữ liệu, quan sát môi trường, khám phá và giám sát biến cố Các khái niệm của truyền dẫn vô tuyến số nói chung được gắn với truyền thông dưới nược, ngoại trừ ‡ sự thay đổi kênh h truyền chưa được quan tâm [9]

c Điện thoại tễ bao:

Các hệ thống thông tỉn di động đã trải qua thé hệ 1, thế hệ 2, các tiêu chuẩn thể

hệ 3 đã bắt đầu sử dụng từ năm 2000, được đưa ra bởi Dự án hợp tác thế hệ 3 3GPP

Trang 18

truyền dẫn số dung lượng cao hơn Cuộc cách mạng từ cảđmaOne dén CDMA2000, |

được tiêu chuẩn hóa bởi 3GPP2 Một nét đặc trưng, cả hai hệ thống UMTS va

CDMA2000 sử dụng CDMA Ưu điểm chính của tiêu chuẩn thế hệ 3 so với thế hệ 2 là dung lượng thoại cao hon (kha năng hỗ trợ nhiều người dùng hơn), truy nhập Interner băng rộng và số liệu tốc độ cao Thế hệ thứ tư của các tiêu chuẩn tế bào là chủ đề chính hiên nay Có hai hệ thống đang được coi là hệ thống tế bào thế hệ thứ - tư Một là 3GPP LTE (Cuộc cách mạng thời gian đài) phiên bản 10 nâng cao và tiếp

theo Một cái khác là WïMAX (tương thích tồn thế giới cho truy nhập sóng vi ba),

một tiêu chuẩn IEEE 802.16 m Mặc dù WiMAX được thực hiện sớm hơn, 3GPP '

LTE trở nên một tiêu chuẩn 4G chính Sự khởi đầu chính vẫn là 3G, hệ thống thế hệ ˆ

4 được thiết kế từ mặt đất để cung cấp truy nhập Internet vô tuyến trong một vùng

lớn 3GPP LTE là cuộc cách mạng của 3GPP hỗ trợ kênh băng thông lớn hơn và một lớp vật lý mới dựa trên đa truy nhập phân chia tần số trực giao OFDMA, nơi mà các

sóng mang con được phân bố động cho các người dùng khác nhau OFDMA là phiên

bản đa truy nhập của ghép kênh phân chia theo tần số OFDM 3GPP LTE thêm một

vài khả năng mới, trong đó hỗ trợ hơn cho thông tin đa đầu vào- đa đầu ra MIMO khi

thêm đa anten tại trạm gốc và đi động, nó bởi vậy hỗ trợ tốc độ số liệu cao hơn

WiMAX dựa trên chuẩn IEEE 802.16 Cần thiết, một diễn đàn WïMAX (cho công

nghiệp) đang xác định một phân hệ các chức năng cho thực hiện, chứng nhận tương ứng và các thủ tục kiểm tra đảm bảo tính tương thích WiMAX cũng thực hiện

OFDMA, dù một số phiên bản trước đó sử dụng kỹ thuật hơi khác một chút dựa trên OFDM Các hệ thống thế hệ thứ tư sử dụng đa anten thông qua truyền thông MIMO Thế hệ thứ tư của hệ thống tế bào hứa hẹn có tốc độ số liệu cao hơn các hệ thống

trước cùng với việc nâng cao mạng như kiến trúc mạng truyền sau backhaul đơn

giản Nghiên cứu thế hệ thứ năm của tiêu chuẩn tế bào được bắt đầu tại 3GPP Các công nghệ khác nhau được quan tâm nhằm nâng cao thông lượng, chất lượng và giảm độ trễ cũng như giá thành Có nhiều quan tâm khi xem giới hạn thông tin

MIMO MIMO nhiều hứa hẹn hàng trăm anten tại trạm gốc đồng thời, và MIMO đủ

hướng sử dụng bức xạ ngang và đứng-cho nhiều người dùng Hệ thống MIMO sóng

mm sử dụng phố tần trên 30 GHz đang được quan tâm cho thế hệ thứ năm của các hệ

thống tế bào [2] [9]

4 Hệ thong vé tinh:

Cac vé tinh, trong viễn n thông, thực hiện như các bộ lặp giúp truyền dẫn điểm đến - điểm hay điểm đến đa điểm Truyền thống, vé tỉnh thông tin cung câp một phạm vi

rộng các ứng dụng, gồm thoại, quảng bá truyền hình, quảng bá âm thanh, địch vụ số liệu So với các hệ thống khác nó có ưu điểm vượt trội như phủ sóng rộng, khả năng

cung cấp các dịch vụ đến các vùng ngăn cách bởi địa lý hoặc đồi núi phức tạp Ví dụ, các dịch vụ vệ tính di động luôn hướng đến các người dùng di động mặt đất, người

dùng ngoài biển trong khơng gian Truyền hình chiếm khoảng 75 % thị trường vệ tỉnh cho các dịch vụ truyền thông Các hệ thống TV vệ tỉnh đầu tiên sử đụng điều chế

tương tự và yêu cầu anten đĩa nhận kích thước lớn Năm 1989, TDF 1 được phóng như Ja vệ tỉnh quảng bá trực tiếp truyền hình đầu tiên Hiện nay hầu hết các chương trình

Trang 19

TV được cung cấp bởi các vệ tinh quảng bá trực tiếp, nó dùng cơng nghệ truyền thơng số Một vài ví dụ dùng vệ tỉnh truyền thông hiện nay cho ứng dụng quảng bá TV là vệ

tinh Galaxy, EchoStar tai My, Astra va Eutelsat Hot Bird tai Chau Au, INSAT tai An Độ và JSAT tại Nhật Bản [8] Ứng dụng gần đây của quảng bá vệ tỉnh là âm thanh chất

lượng cao Trước đây, vệ tính được dùng cho dịch vụ quảng bá âm thanh chất lượng cao cho trạm phát thanh quảng bá AM và FM truyền thông Hiện nay, chúng được sử

dụng rộng rãi cho phát tín hiệu âm thanh trực tiếp đến máy thu người dùng Trong hệ thống phát thanh vệ tỉnh như SiriusXM dựa trên Sirius hay công nghệ XM, truyền

thông số được dùng truyền quảng bá đến các thuê bao Các thông tin khác được nhóm

lại trên đường truyền âm thanh vệ tỉnh như thông tin về lưu lượng hay thời tiết Ứng dụng nữa của vệ tính cho thơng tin số liệu Hệ thống vệ tỉnh cung cấp các dịch vụ truyền thông số liệu, gồm quảng bá, phát theo nhóm, dịch vụ điểm đến điểm một hướng hay cả hai hướng Các dịch vụ ví dụ như bản tin, nhăn tin, fax, tập hợp dữ liệu từ các mạng cảm biến, và tất nhiên truy nhập Internet không dây Các dịch vụ số liệu

đơn hướng hay cả hai hướng thường cung cấp bởi các đầu cuối khe hở rất nhỏ VSAT,

sử dụng vé tinh GEO Mang VSAT làm việc tốt cho các mạng trung tâm hóa với một

hệ thống host chính và một số hệ thống cách xa về địa lý Các vi dụ điển hình gồm các

kinh doanh nhỏ và vừa với một trạm trung tâm và các chỉ nhánh năm ở các vùng khác nhau Các mạng VSATT cũng được dùng cho truy nhập Internet tại các vùng nông thôn

[9]

@ Mang may tinh khong day:

Mạng máy tính khơng dây là một mạng máy tính sử dụng kết nối số liệu vô - tuyến giữa các nút mạng Kết nối mạng vô tuyến là phương pháp các nhà, mạng viễn

thông hay cơ sở kinh doanh tránh xử lý giá thành đắt khi đưa cáp vào tòa nhà, hay

kết nối giữa các điểm thiết bị khác nhau Các mạng viễn thơng vơ tuyến nói chung được thực hiện và được quản lý bởi thông tin vô tuyến Việc thực hiện này diễn ra tại

lớp vật lý của kiến trúc mạng mơ hình OSI Co nhiéu loai hinh mang vô tuyến được

dùng như mạng WLAN, WPAN vô tuyên cũng như mạng Ad-hoc vô tuyến, .[8] Mang WLAN: Mang nội bộ vô tuyến là một phần của các mạng Ethemet, mục tiêu ban đầu là cung cấp các gói dữ liệu từ một máy tính đến máy tính khác Tất cả các WLAN đều dùng tín hiệu số Mục tiêu ban đầu của WLAN là thực hiện một mạng nội bộ; hiên nay các mạng WLAN được coi là phương tiện chính cho truy nhập Internet không dây So với mạng di động, WLAN sử dụng các băng tần không cần giấy phép như bãng tần Công nghiệp, khoa học và y tế ISM, và hạ tầng thông tin - quôc gia không cần giấy phép U- NH tại Mỹ Điều này có nghĩa nó được hỗ trợ cho bất kỳ người nào với thiết bị được cấp phép nhưng dịch vụ không được đảm bảo WLAN có đặc điểm triết lý khác với mạng tế bào Trong khi cả hai có thể dùng chọ

truy nhập Internet không dây, WLAN ban đầu chỉ là sự mở rộng của hệ thống có dây

Trang 20

truy nhap môi trường MAC và thủ tục kết nối vô tuyến, quan tâm đến lớp 1 và 2 của mạng số liệu điển hình Nhóm này tập trung cả WLAN, liên minh Wifi là tổ chức có chứng nhận sản phẩm IEEE 802.11 đám bảo tính tương thích (Wifi có thể tương thích với IEEE 802.11, mặc dù chúng không giống nhau) Các phân nhóm khác của

TEEE 802.11 có những chữ khác nhau như IEEE 802.11b, IEEE 802.11a, IEEE

802.11g va JEEE 802.11n IEEE 802.11n 1a sự mở rộng thông lượng cao của IEEE

802.11g và IEEE 802.11a sử dụng truyền thông MIMO, kết hợp OFDM, cung cấp

tốc độ cao hơn Các mở rộng của IEEE802.11 là IEEE 802.11ac tập trung cho các

giải pháp tần số dưới 6 GHz, IEEE 802.11ad tập trung tần số cao hơn So với

802.11n, 802.11ac hỗ trợ khả năng MIMO tới 8 anten, và thông tỉn MIMO đa người dùng, trong đó điểm truy nhập AP liên kết với vài người dùng tại một thời điểm TEE802.1 1ad là giải pháp WLAN đầu tiên dùng sóng mm, cung cấp tốc độ đỉnh theo

đơn vị Gb/s Thế hệ tiếp theo của WLAN đang phát triển là IEEE 802.11ay, nó hỗ

trợ hoạt động nhiều người dùng với tốc độ đích 100 Gb/s và khoảng cách truyền dẫn

mở rộng từ 300 đến 500 m [9]

Mạng WPAN: Mạng vùng cá nhân PAN là mạng số dùng kết nối phạm vi ngắn, điển hình khoảng 10 m theo các hướng, dùng thay thế mạng không dây Các ứng dụng chính của WPAN là kết nỗi các thiết bị trong không gian cá nhân của người dùng, nghĩa là các thiết bị trên người hoặc gần đó như bản phím, tai nghe, màn hình, thiết bị chức năng Video hay Audio, máy tính bảng hoặc điện thoại thông

minh PAN được coi là một nhóm thông tin cá nhân quan người PAN dùng truyền

thông số PAN có một kiến trúc khác với WLAN- chúng hướng đên cơ chế tương tác

động theo kiêu ad- hoc Điều này có nghĩa thiết lập mạng thiết bị đến thiết bị theo cơ

chế ad- hoc mà không cần bộ điều khiển trung tâm (hoặc điểm truy nhập) PAN hoạt động trên phổ tần không cần cấp giấy phép Các mạng PAN phát triển theo nhóm làm việc IEEE 802.15 Tiêu chuẩn Bluetooth IEEE 802.15.1a và tiếp theo, là thủ tục `

phổ biến nhất Nó dùng kết nối không dây với các điện thoại, bàn phím khơng dây,

và chuột khơng dây Một tiêu chuẩn khác của PAN là IEEE 802.15.4, được biết với

tên gọi Zigbee, cho các ứng dụng nhúng công suất thấp như mạng cảm biến, điều

khiển nhà và tự động hóa, các giao thức công nghiệp IEEE 802.15.3c là mở rộng tốc

độ số liệu cao của 802.15 cho các sóng mm không cần giấy phép (khoảng 57 đến 64 GHz) không được thành công như WirelessHD, được thực hiện trong cộng đồng công nghiệp Các hệ thống này cung cấp kết nối băng tần lớn hơn 2 GB/s cho các ứng dụng như giao tiếp đa phương tiện độ phân giải cao HDMI và kết nối màn hình Video không dây Ranh giới giữa WLAN và PAN đang bị mờ hóa, với TEEE 802.11ad đang thực hiện nhiều chức nang của PAN 60 GHz Cac phat trién nay dang hdi tu voi IEEE 802.1 lay [9]

Trang 21

+

Hurrican Katrina, động đất tại Haiti, hoặc bão tại Philippin, phá hoại cơ sở hạ tầng

tế bào Một mạng Ad học di động có thé chuyển đổi điện thoại théng minh thành

một trạm gốc và một máy di động Mạng Ad hoc ứng dụng cho cả quân đội khi có tính di động cao và không phụ thuộc hạ tầng thông tin cô định: Người lính trong tương lai yêu cầu một mạng thông tin vô tuyến phân tan, dé ding, tin cậy tốc độ cao để truyền Video, hình ảnh, thoại, số liệu định vị trong trận đánh Mang Ad hoc có thể làm mạng lõi cho hầu hết các mạng PAN Với Bluetooth, ví dụ, thiết bị tự tổ chức thành mạng pico với một thiết bị chủ các các thiết bị khác là tớ Một ứng dụng gần đây của mạng Ad hoc là mạng kết nối xe cộ (được gọi là mạng VANET) Mạng VANET gồm thông tin xe đến xe hay xe đến đến hạ tầng thông tin tạo ra một cơ sở cho các xe được kết nối và tự động hóa Sự khác nhau giữa VANET với các mạng Ad hoc khác là các ứng dụng lớp trên An ninh là ứng dụng gốc của VANET Ví dụ, giao thức thông tin phạm vi ngắn cho phép xe trao đổi thông tin vị trí, thơng tin vận tốc cho các ứng dụng như cảnh báo tắc nghẽn phía trước [9]

Mạng cảm biến không dây: là một dạng đặc biệt của mạng vô tuyến Ad hoc, nó kết nối không dây với các cảm biến chuyên tiếp thông tin của một vài node được lựa chọn tại những thời điểm thích hợp Các ứng dụng nâng cao của mạng vô tuyến, xử lý tín hiệu và điện tử cho phép các node sensor đa chức năng, công suất thập, giá thành thấp và nhỏ về kích thước có khả năng cảm biến, xử lý đữ liệu và truyền thông Yếu tố quan trọng nhất của thiết kế mạng cảm biến không dây là thời gian sông của mạng ngắn do pin dung lượng giới "hạn Mạng điện lực là một ứng dụng tiêm năng của thông tin vô tuyến dùng mạng cảm biến Công suất điện dựa trên công nghệ hơn một trăm năm trong đó cơng suất được đưa vào trong mạng và tiêu thụ được đo bằng bộ đo điện, được đo không thường xuyên Người ta dùng mạng thông minh trong đó các cảm biến hỗ trợ cách tính giá thành theo yêu cầu hay cấp điện phân bố Các đặc điểm của mạng thông minh được đánh giá thông qua các bộ đo vô tuyến Nhận dạng tần số vô tuyến RFID là một kiểu đặc biệt thông tin sử dụng cho các ứng dụng sản xuất, vận chuyển hàng hoá, điều khiển dây chuyền sản xuất Hệ thống RFID gồm các thẻ RFID, được găn với sản phẩm và là chủ thể cho mục đích nhận dạng cùng với các bộ đọc RFID Các bộ đọc gửi yêu cầu đến các thẻ trong phạm vi vô tuyên của chúng về điều khiển thông tin, các thẻ gửi là thông tin nhận dạng được lưu trữ, điển hình sử dụng năng lượng từ tín hiệu yêu cầu Không cần truyền dẫn tích cực, tiêu thụ công suât cho truyền thông là rất “thấp RFID có thể sử dụng trong một mạng cảm biến như thành phần có cả cảm biến và các phương tiện thông tin để phát hiện, ví dụ néu thé RFID ( hang hoa duge gan thé) dang hién dién vat ly tai dia diém cu thé RFID được tiêu chuẩn hóa bởi EPCglobal va Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế ISO Thiét kế không pin của thẻ RFID làm thiết kế của nó khác với các hệ thống truyền thông khác [9]

Do có nhiều hệ thống truyền dẫn vô tuyến, để ngăn chặn nhiễu giữa các người dùng khác nhau, việc tạo ra sóng nhân tạo và dùng sóng vơ tuyến được thực hiện chặt chế theo luật, điều phối bởi thực thể quốc tế gọi là Hiệp hội Viễn thông quốc tế (ITU), tổ chức định nghĩa sóng vơ tuyến là “sóng điện từ có tần số tùy ý thấp hon 3000 GHz lan truyén trong khong gian khơng có ơng dẫn nhân tạo” Phổ tần số này được chia ra một số các băng tần vô tuyến trên cơ sở tần số, phân bổ chọ người dùng [4]

Trang 22

1.3 BANG TAN VA CACH PHAN BO BANG TAN TRONG HE THONG

Ta biét rang thong tin vô tuyến dam bao viéc phat thông tin đi xa nhờ các sóng điện từ Mơi trường truyền sóng (khí quyền trên mặt đất, vũ trụ, nước, đôi khi là các lớp địa chất của mặt đất) là chung cho nhiều kênh thông tin vô tuyến Việc phan | kénh chủ yếu dựa vào tiêu chuẩn tần số Một cách tông quát, phổ tần tổng cộng và miễn áp dụng của chúng được chỉ ra trên hình 1.2 [4]

" Dai tan số radio oe Dai soi quang =

` _ Miba, Tia

Am Siêu AM TV, vétinh, Héng nhin Tia Tia

Ha am thanh âm radio FM rada ngoai thay Cực tm Tia X mmmma vutru

HTT} Itt Tt TT tt ti tt tt Et

109 102 104 108 108 1070 102 1014 1018 1018 102 102

~~——————— Tầnsố (Hz)—————>

Hình I.2 Phổ tấn số vô tuyến và ứng dụng [13]

Phổ này kéo dài từ các tần số dưới âm thanh (subsonic - vài Hz) đến các tỉa vũ trụ (1022 Hz) và được chia tiêp thành các đoạn nhỏ gọi là các băng tân Toàn bộ dải tần số vô tuyến (RF) lai duge chia ra thanh cac bang nhỏ hơn, có tên và kí hiệu như bảng 1-1 theo Ủy ban tư vấn về Thông tin vô tuyến quốc tế CCTR [4], [13]

Các đặc tính vật lý của sóng vơ tuyến, kết hợp với đặc tính truyền dẫn khác nhau xác định bao xa và ở đâu tín hiệu có thể lan truyền và làm các tần số khác nhau

phù hợp với các kiểu khác nhau của dịch vụ Dưới đây là một mô tả chung các băng tần khác nhau, một vài sử dụng chúng và các yếu tố ảnh hưởng đến truyền dẫn tín

hiệu vơ tuyến trong chúng

Bang 1.1 Ky hiéu va phan chia bang tan theo CCIR [13]

Trang 23

STT —- Kýhiệu ` ˆ ; Băng tần - Il |J03THz:3TH |Hồngngg 12 |3THz-30THz ' - |Hồngngoại I3 |30THz-300THz ` - ` |Hồngngoại 14 | 0,3 PHz - 3 PHz — | Tia nhìn thấy 15 |3PHz-30PHz |Tiacwetim 16 | 30 PHz - 300 PHz — |TiaX -

17 |0,3 EHz-3 Ehz | Tia Gamma

18 |3 EHz-30 EHz Tia vũ trụ

Chú thích: 1 THz (terahertz) = 1012 MHz 1 PHz (petahertz) = 1015 THz _ 1EHz (exahertz) = 1018 PHz

e Tần số rất thấp, thấp và trung bình: trong phan này của băng tần, các pang tan duoc ky hiéu la VHF, LF va MF, tín hiệu lan truyền trong dạng “ sóng đất”, thể đi chuyên trên bề mặt Trái đất, uốn theo đường cong của nó Các sóng đất mắt rất nhiều năng lượng tới Trái đất khi chúng di chuyển trên bề mặt của Trái đất, và cơng suất cao địi hơi với thông tin khoảng cách xa trong phần này của phd Song dat di chuyén xa hơn đối với nước SO VỚI đất liền Ở biên dưới của vùng tân số này, _ truyền dẫn được sử dụng cho truyền thông tốc độ thấp với tàu thuyền và định vị đạo hàng Các dịch vụ di động hàng hải, ví dụ, có các phân phối trong băng này cho thông tin với các tàu thuyền trên biển Các trạm quảng bá vô tuyến AM truyền thống có thể hoạt động tại một phần của băng này, tại MF, điển hình từ 540 đến 1605 KHz Suy hao trong những thời gian ban ngày sẽ giới hạn phạm vỉ của các

trạm AM này, nhưng vào ban đêm, khi suy hao nhỏ hơn, tín hiệu vô tuyến AM sẽ

di chuyên với khoảng cách rất xa, có thể lên tới hàng tram dam Để ngăn chặn những ảnh hưởng tại các thời điểm này đến các trạm vô tuyến ở xa sử dụng cùng một tần số, một vài trạm có thể được yêu cầu giảm công suất truyền theo hướng đến các trạm xa [4] Có thể mơ tả đặc tính chung của các sóng dải tần cực kỳ thấp đến trung bình như sau: Các tần số cực kì thấp (ELF - Extremely Low Frequencies)

co gia tri nam trong pham 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 - Voice Frequencies) có giá

trị năm trong phạm vi 300 Hz + 3 KHz, chứa các tần số kênh thoại tiêu chuẩn Các

tần sé rất thấp (VLF - Very Low Frequencies) | có giá trị nằm trong phạm vi 3 + 30

KHz, chứa phần trên của dải nghe được của tiếng nói Có suy hao thấp và đặc tính lan truyền tin cậy trong cả ngày, dùng cho thông tin đường dài Dùng cho các hệ thong 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 - Low Frequencies) bi hấp thụ ban ngày

nhiều hơn VLF- sử dung cho thong tin hang hai vả mục đích dẫn đường, có giá trị

Trang 24

nam trong pham vi 30 + 300 KHz (thuong gọi là sóng dai), chu yếu dùng cho dẫn đường hàng hải và hàng không Các tần số trung bình (ME - Medium Frequencies) co gia tri nam trong pham vi 300 KHz + 3 MHz (thường gọi là sóng trung), chủ yêu dùng cho phát 13 thanh thương mại sóng trung (535 đến 1605 KHz) Ngoài ra cũng sử dụng cho dẫn đường hàng hải và hàng không Suy hao cao vào ban ngày và suy

hao ít vào ban đêm- phù hợp cho thông tin quảng bá và thông tin hàng hải

e_ Các tần số cao HF:Trong phạm vi tần số này, được ký hiệu là HE, lan truyền “sóng trời” là thành phần khác sóng dat Trong khi song đất có thể khơng tổn tại ngồi 100 dặm; thì sóng trời có thể bị uốn cong về Trái đất từ lop của những phân tử bị ion hóa trong khí quyển (lớp điện ly) Khi tín hiệu quay về Trái đất, nó có thê bị phản xạ một lần nữa, quay về lớp điện ly rồi sau đó quay về Trái đất lần thứ hai Tín hiệu bị một số lần “ va chạm” khi nó di chuyển trên Trái đất Những phản xạ này giúp cho tín hiệu truyền với khoảng cách lớn Tuy nhiên, có thê một số trường hợp ít xảy

ra là các biến đổi lớn khơng tiên đốn được tại lớp điện ly, bao gồm các tia mặt trời,

sẽ ảnh hưởng đến thông tin HF Các sóng ngắn HF sẽ sử dụng chủ yếu cho các nhà khai thác vô tuyến khác di động, các cơ quan Chính phủ cho quảng bá quốc tế, những người sử dụng vô tuyến băng dân sự, và cho thông tin hàng hải hay bay quốc tế Đường kết nối điện thoại sử dung song HF, hầu như hiện nay được thay thé bang vệ tỉnh và vệ tinh Inmarsat đóng một vai trị quan trọng trong thông tin hang hải được hỗ trợ bởi HF trước đó Tương tự, những dịch vụ vệ tỉnh di động hàng khơng AMSS có thể bổ trợ hay thay thế cho kênh HF được sử dụng cho các máy bay khi chúng ra khỏi phạm vi của các trạm VHE khi chúng liên lạc khi trên hay gần mặt đất Khi sử dụng ít của các hệ thống vô tuyến HF cho thông tin nội địa được dùng cho các nước đã cơng nghiệp hóa như Mỹ, các nước đang phát triển tìm ra HF hiệu quả cho một số các nhu câu thông tin nội địa của họ Điều này dẫn đến sự mâu thuẫn khi phan bé bang tan HF quốc tế: các nước đã phát triển muốn sử dụng băng tần cho quảng bá quôc tế và thông tin di động đường dai, trong khi các nước đang phát triển đáng muốn tận dụng nó cho các hệ thống thông tin điểm- đến- điểm nội địa của họ [4] Đặc tính của sóng HF có giá trị năm trong phạm vi 3 + 30 MHz (thường gọi là sóng ngắn) Phần lớn các thông tin vô tuyến 2 chiều (two- way) sử dụng dải này với mục đích thơng tin ở cự ly xa xuyên lục địa, liên lạc hàng hải, hàng không, nghiệp dư, phát thanh quảng bá v.v Đặc tính lan truyền thay đổi theo thời gian trong ngày, mùa và tần số được sử dụng cho thống tỉn khoảng cách xa [13]

e Các tần số VHE, UHF và tần số SHF dưới 10 GHz: Các sóng đất, cho phép thông tin quá đường chân trời tại các tần số thập hơn (VLF, LF, ME) sẽ sớm bị mất

Trang 25

duong nhin thang nay có thê khá lớn đặc biệt là các đường trên nước Có những thời điểm, điều kiện khí quyền có thể tạo ra hiệu ứng ”đường ông” qua một mặt nước lớn

Khi nó di chuyển đến thành ống, nó lại phản xạ trở lại và truyền giữa mặt nước và đỉnh thành ống, có thể tới hang tram feet trên bé mat Trái đất Các tín hiệu bị bẫy này

có thể di chuyển hàng trăm dặm Để tối thiểu hóa ảnh hưởng từ tín hiệu đường ống,

các trạm cùng tần số phải để khoảng cách đủ lớn Yêu cầu này giới hạn việc tái sử dụng tần số có thể đạt được Phần này của phổ sử dụng cho nhiều thông tin quan trọng và các dịch vụ giải trí, gồm tín hiệu quảng bá truyền hình, sóng FM, thơng tin, di động mặt đất Các tần số này cũng được sử dụng cho các dịch vụ tìm vị trí bằng vơ

tuyến của các Radar khoảng cách đài (1350 MHz đến khoảng 2900 MHz), Radar cho hạ cánh máy bay (khoảng 9000 MHz) và cho các hệ thống chuyển tiếp điểm - đến- điểm (băng tần thay đổi giữa 2000 và 8000 MHz) Trong những năm gân đây, các vệ tinh truyền thông đã sử dụng băng tần này nhiều hơn Một phần băng tần này giữa 1 dén 10 GHz dang có những giá trị nhất định Nó bị giới hạn bởi nhiễu vũ trụ và nhiễu

nền tại đầu thấp hơn của nó và suy hao tổng hợp tại đầu trên của nó, nhưng ở giữa,

thơng tin có thể được truyền rất tốt Ngày nay, do các đặc tính truyền dẫn tốt của nó, 1- 3 GHz, và chủ yếu sử dụng trong thông tin di động, gồm các dịch vụ thông tin cá nhân (PCS) va cho các công nghệ quảng bá mới như quảng bá â âm thanh s6 DAB [4] Dac tinh tan số của các sóng VHF, UHF va SHF như sau: các tần số rat cao (VHF) có giá trị nằm trong phạm vi 30 + 300 MHz (cịn gọi là sóng mét), thường dùng cho

vô tuyến di động, thông tin hàng hải và hàng không, phát thanh EM thương mại (88

dén 108 MHz), truyền hình thương mại (kênh 2 đến 12 với tần số từ 54 MHz đến 216

MHz) Có thể dùng cho đường truyền thẳng- không ảnh hưởng bởi tầng điện ly sử dụng cho truyền hình, truyền FM, radar, ; các tần số cực cao (UHF) có giá trị nằm trong phạm vi 300 MHz + 3 GHz (còn gọi là sóng đề xi mét), dùng cho các kênh truyền hình thương mại l4 + 83, các dịch vụ thông tin di động mặt đất, các hệ thống

điện thoại tế bào, một số hệ thống Radar và dẫn đường, các hệ thống vi ba và thông

tin vé tinh Sử dung cho duong truyén thang- str dung cho truyền hình và thông tin - khoảng cách ngắn; các tần số siêu cao (SHF) có giá trị nằm trong phạm vi 3 + 30 GHz (con gọi là sóng cen ti mét), chủ yếu dùng cho vi ba và thông tin vệ tỉnh giống

nhu UHF

e Tại tần số 10 GHz và trên nữa, truyền vô tuyến số trở nên khó khăn hơn Suy hao nhiều hơn của tín hiệu vô tuyến do mưa, tuyết, sương mù, mây và các dạng khác -

của nước trên đường đi tín hiệu Tuy nhiên, sự chồng chất sử dụng các băng tần dưới

10 GHz sẽ đây mạnh sự sử dụng các băng tần trên 10 GHz Một đặc điểm đáng lưu ý

của các tần số trên 10 GHz, bên cạnh việc chúng được sử dụng không nhiều, là một băng tần rất rộng đang có sẵn Ví dụ, băng tần HF từ 3 đến 30 MHz, là 27 MHz Băng

tần này đủ mang 900 kênh thoại (3 KHz cho một kênh) Tuy nhiên, phạm vi tần số từ 3

dén 30 GHz có độ rộng là 27000 MHz Băng tần này có thể chứa đến 9 triệu kênh

Trang 26

trị nằm trong phạm vi 0,3 THz + 300 THz, nói chung khơng gọi là sóng vô tuyến, sử

dụng trong hệ thống dẫn đường tìm nhiệt, chụp ảnh điện tử và thiên văn học; các ánh

sáng nhìn thấy có giá trị năm trong phạm vị 0,3 PHz + 3 PHz, dùng trong hệ thống sợi quang; các tỉa cực tim, tia X,-tia gamma va tia vii tru rat it str dung cho thong tin [5],

[6], [13]

1.4 SƠ DO KHOI CHUNG CUA MOT HE THONG TRUYEN DAN SĨ

"Trước khi nói về hệ thống truyền dẫn vô tuyến số trong mang vién théng, ching - ta nói về loại hình và lịch sử phát triển truyền dẫn này Khi truyền và nhận sóng vơ tuyến, người ta cần một máy phát và một máy thu Một sóng vơ tuyến được coi là một sóng mang các tín hiệu mang tin, thơng tin có thể được mã hóa trực tiếp trên sóng mang bằng cách làm truyền dẫn của nó bị ngắt quãng định kỳ (như trong điện báo có hai mức) hoặc tác động đến nó thơng qua một q trình xử lý được gọi là điều chế Thông tin thực tế của tín hiệu được điều chế có chứa trong các băng tần bên của nó, hoặc các tần số được cho thêm vào sóng mang, hơn là chính sóng mang đó [7]

- Có hai kiểu điều chế ban đầu được sử dụng trong vô tuyến đó là điều chế biên độ AM và điều chế tần số FM Điều chế tần số giảm tối thiểu nhiễu và cung cấp độ chính xác cao hơn điều chế biên độ, là phương pháp ban đầu của truyền thông quảng

bá Cả AM và FM đều là hệ thống truyền thông tương tự, chúng xử lý các âm thanh

thành các tín hiệu điện biến đổi liên tục để mô tả các sóng âm thanh

Sau đó, các sóng vơ tuyến sử dụng một hệ thống truyền dẫn trong đó các sóng truyền đi như các xung điện áp riêng rẽ giống như một dấy các con số; trước khi truyền

dẫn, một tín hiệu âm thanh tương tự được chuyển thành tín hiệu rời rạc, được phát đi

trong phạm vi tần số AM hoặc EM Một hệ thông truyền thông quảng bá số tốt có thể cho một việc thu tín hiệu chất lượng cao tại băng tần FM và thu chất lượng tương đối cao trong băng tần AM Hệ thống truyền dẫn vô tuyến số này dùng để truyền âm thanh

_ (thoại và âm nhạc) và hình ảnh (truyền hình) Các âm thanh và hình ảnh được chun

đơi thành tín hiệu điện thông qua một micro (âm thanh) hoặc một camera video (hình ảnh), chuyên thành tín hiệu số, được khuếch đại, và được sử dụng để điều chế một sóng mang, được tạo ra bởi một bộ tạo dao động trong máy phát Sóng mang cũng được khuếch đại, sau đó được đưa ra anten, thiết bị chuyên đổi tín hiệu điện thành các

sóng điện từ lan truyền trong không gian Các sóng như vậy có thể truyền với tốc độ

ánh sáng và được phát không chỉ theo đường nhìn thắng mà cịn khúc xạ từ tầng điện

ly Anten thu sẽ nhận một phần sóng lan truyền này, chuyên đổi sóng điện từ thu được

thành tín hiệu điện, và đưa nó đến máy thu Máy thu hiệu quả và phổ biến nhất cho lựa chọn tần số vô tuyến và khuếch đại tín hiệu là máy thu hai khối Trong máy thu này, tín hiệu thu được sẽ trộn tần với một tín hiệu từ bộ dao động nội dé tao ra tần số trung tần, có giá trị bằng tổng và hiệu của tín hiệu thu được và tần số đao động nội Một trong các tần số này được đưa đến bộ khuếch đại Bởi vì bộ khuếch đại IF hoạt động ở tần so don, gọi là tần số ) trung tần, nó có thê được chế tạo cho việc lựa chọn và khuếch đại tối ưu nhất Việc điều chỉnh tại máy thu vô tuyến sẽ thay đổi tần số đao động nội Nếu' tín hiệu thu được trên mức ngưỡng của máy thu và nêu máy thu được điều chỉnh đến tần số của tín hiệu, nó sẽ khuếch đại tín hiệu và truyền đến bộ giải điều chế, sẽ tách

tín hiệu mong muốn từ sóng mang

Trang 27

Có những sự khác nhau giữa máy thu AM va FM Trong truyén dan AM,

song mang không đổi về tần số và thay đổi theo biên độ (cường độ) theo sóng tại

micro; trong FM sóng mang không đôi về biên độ nhưng lại thay đổi theo tần số Bởi do nhiễu ảnh hưởng một phần đến tín hiệu vơ tuyến, chủ yêu ảnh hưởng đến biên độ, nên các máy thu EM băng rộng ít bị ảnh hưởng của nhiễu Trong máy thu EM, các thiết bị giới hạn hay loại trừ nhiễu chủ yếu phục vụ cho sự thay đổi tần số Các thiết bị khác trong máy thu EM tương tự như máy thu AM nhưng được thiết kế

-và lắp ráp cần thận hơn đê tận dụng những ưu điểm của EM EM có thể được sử dụng cho hệ thống truyền âm thanh cho truyền hình Trong cả máy thu vơ tuyến và trun hình, chỉ khi tín hiệu cơ bản được tách ra khỏi sóng mang khi đó sẽ câp đến loa hay màn hình (thường là đèn tia cathode), nơi mà chúng chuyên thành âm thanh và hình ảnh nhìn thấy, tương ứng

Hình 1.3 đưa ra một sơ đồ khối ứng dụng cho cả thông tin tương tự và thông tin số (nói chính xác, “khối đồng bộ” chủ yêu được sử dụng cho hệ thông số) không chỉ cho AM và EM tương tự, mà còn cho các hệ thống điều chế số khác Hiếm khi

nhà thiết kế hệ thông điều khiển kênh truyền, và thậm chí hiểm hơn nữa, nhà thiết kế

điều khiển cả nguôn tin Bởi vây phân tích và thiết kế tập trung vào các khối máy

phát và máy thu Thiết kế, tất nhiên, cần quan tâm đến đặc tính nguồn tin và đặc tính kênh truyền, Với việc quan tâm đến các khối máy phát và máy thu, cho một hệ thống

thông tin số, chúng có thể chia nhỏ theo mục đích của chúng ta như hình 1.3 [12]

Đơng bộ ¬ | 1 Ỉ 1 \ I i | v Ỷ

Nguồn _| May phat Kénh _| May thu Nguoi

ˆ ˆ dùng

Máy phát Máy thu

- “ ` “ ` ` `

on" ° N Z⁄ _ `

“ `: 134 `

on ` “ TS < "N a es,

Mã hóa Mã hóa | | Điều chế Giải điều | | Giải mã Giải mã

x > A —> A A > A

nguôn kênh chê kênh nguôn

Hình 1.3 Sơ đồ khối hệ thống truyền dẫn số (a); sơ đồ máy phát và máy thu (b)

Trang 28

Quan tâm đến khối phát: Nguồn tin điển hình đầu tiên sẽ qua khối mã hóa

nguồn để chuẩn bị các bản tin nguồn Chỉ tiết khối mã hóa nguồn phụ thuộc vào nguồn tin và có thể được chia nhỏ hơn nữa Với nguồn thoại hay video, nó bao gồm

tối thiêu khối chuyên đổi tương tự sang số, với bàn phím nó có thể là khối ánh xạ mã

ASCII, Mật mã hóa số liệu có thể được quan tâm như một phần của nó Lý tưởng

khối mã hóa nguồn có thể bỏ các phần dư thừa khỏi bản tin nguồn, mơ tả nó thơng

qua một ky tự được lẫy ra từ một bộ ký tự hữu hạn và truyền ký tự này của khoảng 1s giây Điển hình khối ký tự nảy là nhị phân và bộ mã hóa nguồn tạo ra một luồng hay một chuỗi bit Loại bỏ dự phòng làm cho tốc độ nguồn tin (được đo bằng bit⁄s) sẽ giảm, theo cách hiểu là băng tần của phổ tần yêu cầu sẽ giảm Khi loại bỏ một vài dự phịng thơng qua khối mã hóa nguồn, nó sẽ được bù khi cần thêm một số dự phòng tại khối mã hóa kênh Dự phòng được thêm vào theo cơ chế điều khiển cho các mục đích phát hiện và sửa lỗi

Khối mã hóa kênh bởi vậy sẽ ánh xạ chuỗi ký tự đầu vào thành một chuỗi ký tự

đầu ra Để phát chuỗi ký tự này trên kênh truyền vật lý cần có năng lượng và điều

nảy thực hiện qua khối điều chế Nó nhận ký tự xảy ra trong khoảng thời gian 7s

(khoảng ký tự) và ánh xạ nó đến một khoảng thời gian có sóng liên tục, sóng tại đầu ra của hệ thống thông tin số thuộc tập hữu hạn các sóng có thể Điều nay là sự khác

biệt lớn so với hệ thống truyền thông tương tự; trong đó khối điều chế sẽ ánh xạ trực

tiếp bản tin tương tự đến tín hiệu liên tục theo thời gian để truyền Khi tín hiệu tương

tự được mô tá bằng số liệu mà giá trị của nó thay đổi trong một khoảng liên tục, đầu

ra của hệ thống thơng tin tương tự có thể coi là một số khơng giới hạn các sóng có

thể Như đã nêu, thì việc thiết lập hữu hạn các bản tin số và sóng được điều chế làm

cho hệ thống thông tin số tin cậy hơn đồng hành của nó thơng qua việc áp dụng các

thuật tốn xử lý tín hiệu nâng cao tại cá máy phát và máy thu

Việc chia nhỏ của các khối máy phát vẫn được thực hiện theo truyền thống

Các khối mã hóa kênh/ điều chế có thê được kết hợp để tạo ra các mô hình điều chế

_ có mã hóa Hơn nữa, các ba khối mã hóa nguồn, mã hóa kênh và điều chế có thể

được kết hợp vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu

Tại máy thu, tín hiệu thu đơn giản chỉ theo hướng ngược lại hoạt động của

máy phát, ngoại trừ nó khơng đơn giản do ảnh hưởng của nhiễu Nếu kênh truyền

không lọc hay khơng phá hại tín hiệu, khơng thêm nhiễu vào tín hiệu, và nếu khơng

có tạp âm từ những người sử dụng khác, nó đơn giản Tuy nhiên, một vài hoặc tất cả các suy giảm này đều tổn tại trong các kênh vật lý Bởi vậy, một điều cần làm của các nhà thiết kế máy là chống lại sự suy giảm này Để phân tích và thiết kế, cần có những mơ hình kỹ thuật thích hợp Mơ hình kênh truyền phụ thuộc vào môi trường mà tín hiệu được điều chế truyền qua Quan tâm đến các hệ truyền dẫn định hướng như dây xoắn đôi, cáp đồng trục và cáp sợi quang Trong các hệ thống này thì nhiễu nền chủ yếu là Gauss Tuy nhiên, chúng có thể đưa ra được việc ảnh

hưởng tín hiệu khi mà tín hiệu phát bị mở rộng va gây ảnh hưởng liên ký tự nghĩa:

Trang 29

thời gian quan tâm Trong đường day xoan đôi và cáp đồng trục, việc giãn thời gian tín hiệu xảy ra do đặc tính băng tần hữu hạn, trong khi trong cáp sợi quang là do sự tán xạ của ánh sáng khi nó di chuyển xuống sợi quang

Trong truyền dẫn vô tuyến số, kênh không gian cho truyền thông ` vệ tỉnh, điển

hình chỉ cho nhiễu Gauss đến tín hiệu thu Kênh vi ba mặt đất cũng tương tự nhưng

tín hiệu phát có thể là chủ đề của phản xạ, tán xạ, khúc xạ và phản xạ, những nguyên nhân dẫn đến Pha đỉnh Pha đỉnh là hiện tượng suy giảm chính trong thong tin di động nơi mà đường tín hiệu từ máy phát đến máy thu thay đổi nhanh chóng Trong

thơng tin di động, bởi do một lượng lớn người sử dụng cần được phục vụ trong một

vùng địa lý cụ thể, ảnh hưởng từ những người sử dụng khác là một nhân tố và các

điều chế/ giải điều chế cần phải phản ảnh điều này

Như nói ở trên, nhà thiết kế hệ thống thông tin điển hình khơng điều khiển hay rat it điều khiển nguồn tin hoặc kênh truyền Một điều cơ bản liên quan đến thiết kế máy phat/may thu Trong phan này các yếu tơ chính tập trung đến là khối điều chế/ giải điều chế, được gọi chung là modem, đó là phan cần thiết cho tất cả các hệ thống

thông tin số [8], [12]- non ha

Đề tô chức thực hiện thông tin bằng đường vô tuyến, tại đầu phát cần có thiết bị phát, tại đầu thu cần có thiết bị thu Thông thường đối với việc tổ chức thông tin theo 2 chiều, mỗi đầu cần phải có cả thiết bị phát và thiết bị thu Thiết bị phát là tập hợp ‹ các phương tiện kỹ thuật, nằm giữa nguồn các tín hiệu điện so cấp và mơi trường truyền sóng Thiết bị thu là tập hợp các phương tiện kỹ thuật, nằm giữa mơi trường

truyền sóng và nguồn tiêu thụ các tín hiệu điện sơ cấp như hình 1.4

Thiết bị phát bao gồm máy phát v và thé lệ thông anten - phi đơ Máy phát thực hiện

ba chức năng cơ bản [13]:

1 Biến đơi tín hiệu điện sơ cấp thành h dang tín hiệu cao tần n phù hợp với đải tần số công tác của hệ thống,

2 Tạo dải tần công tác với số lượng tần số công tác, độ ổn định tần số và độ:

chính xác tần số cho trước,

3 Tạo ra công suất cao tần yêu cầu từ nguồn năng lượng tại chỗ

Thiết bị phát - Thiết bị thu

Máy phát +} May thu

_ Hình 1.4 Sơ đỗ thiết bị phải, thu vô tuyén |

Trang 30

Khi tinh tốn cơng suất phải tính đến cự ly liên lạc yêu cầu, hiệu quả anten phát và thu được dùng, phương pháp tiến hành liên lạc

Máy phát thường gồm bộ điều chế, bộ khuếch đại công suất và thiết bị phối hợp anten Bộ điều chế thực hiện biến đổi tín hiệu sơ cấp thành tín hiệu cao tần sơ

cấp (tín hiệu vơ tuyến), sử dụng tần số công tác trong dải tần đã cho, sau đó chuyển tín hiệu vô tuyến sơ cấp đã chọn lên tần số công tác Bộ khuếch đại công suất bảo đảm khuếch đại tín hiệu cao tần lên đủ mức cần thiết, thường gồm nhiều tầng mắc

nối tiếp Thiết bị phối hợp báo đảm phối hợp máy phát với thiết bị anten về mặt trở

kháng để anten bức xạ công suất cực đại, biến năng lượng điện thành năng lượng của ˆ

sóng điện từ

Thiết bị thu bao gồm hệ thống anten phi do va may thu May thu gồm có tuyến

thu chung và tuyến thu riêng Anten thu nhận năng lượng các sóng điện từ rồi nhờ phi đơ đưa tới lối vào máy thu

Trong thông tin vô tuyến ta hay gặp dạng thiết bị thu - phát kết hợp (thường

gọi là máy thu phát) trong đó máy phát và máy thu cùng chung một vỏ (tuỳ trường hợp sẽ có một số bộ phận dùng chung như anten, mạch ra máy phát kiêm mạch vào

máy thu, bộ đao động chủ sóng máy phát kiêm đao động ngoại sai máy thu - bộ tổng

hợp tần số, các bộ lọc trong các tuyến tần số )

1.5 TÀI LIỆU THAM KHẢO VÀ CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG -

1.5.1 Tài liệu tham khảo a

1, http://www infoplease.com/encyclopedia/science/radio-development-radio-technolo gy-html | 2 Ke-Lin Du, MNS Swamy Wireless communication systems: from RF

subsystems to 4G enabling technologies, Cambridge University Press, 2010 3 U.S Congress, Office of Technology Assessemient, Wireless Technologies and

the National Information Infrastructure, OTA- IFC- 622 (Washington DC: U.S Government Printing Office, July 1995)

https://en wikipedia org/wiki/Radio _ spectrum

Artem Saakian, Radio Wave Propagation Fundamentals, Artech House, 2011 -Shama, Basic Radio & Television, Mc Graw- Hill, 2003

Nan

*®

Ha H Nguyen, Ed Shwedik, A ‘First Course in Digital Communications,

-Cambridge University Press, 2009

8 Richard E Blahut, Modem Theory: An Introduction to Telecommunications, Cambridge University Press, 2010 —

9 Robert W Heath Jr., Introduction to Wireless Digital Communication: A Signal

Processing Perspective, Prentice Hall, 2017

Trang 31

10 Hong-Chuan Yang, Introduction to Digital Wireless Communications, Institution of Engineering & Technology, 2017 Ỷ

11 Mainak Chowdhury, Arumita Biswas, Wireless Communication: Theory and Applications, Cambridge University Press, 2017

"12 Earl McCune, Practical Digital Wireless Signals, Cambridge University Press, 2010 13 Nguyễn | Phạm Anh Dũng, Truyền dẫn vô tuyến số, Học viện Công nghệ bưu

chính viễn thơng, 2012

1.5.2 Cầu hỏi ôn tập chương

_Câu 1.1 Cau 1.2 Cau 1.3 Cau 1.4 Cau 1.5 Cau 1.6 Cau 1.7 Câu 1.8 Câu 1.9 Câu 1.10 Câu 1.11 Câu 1.12 Cau 1.13

Lịch sử phát triên truyền dẫn vô tuyến số trải qua các dịch vụ nào?

Vai trò của truyền dẫn vô tuyên số trong hệ thông thông tin? Ưu nhược

điểm của truyền dẫn vô tuyên sô?

Nêu các hệ thông có sử dụng truyền dẫn vô tuyên số và đặc điểm?

Mục đích và chức năng của truyền dẫn vô tuyến số?

Đặc điểm của lan truyền sóng vơ tuyến trong các hệ thông vô tuyến số? Giải thích cơ chê phản xạ giúp sóng vơ tuyên có thê lan truyền xa hơn đường chân trời? Ảnh hưởng của khúc xạ lên các tần số xảy ra như thế

nào?

Định nghĩa tần số lớn nhất được sử dụng MUF? Ảnh hưởng của MUF đến các sóng vơ tun có tan so khác nhau như thê nào?

Ảnh hưởng của Trái đất cong lên đường truyền vơ tuyến tầm nhìn thắng và giải pháp? Ảnh hưởng của khí quyên lên quỹ đạo đường truyền? Giải

thích hiện tượng “ống dẫn” hay siêu khúc xạ?

Đặc điểm của các công nghệ vô tuyến sử dụng cho hệ thống quảng bá

hiện nay?

Các loại hình hệ thống vơ tuyến chuyên dụng và chức năng của chúng? Chức năng của thông tin vệ tinh và các dịch vụ được cung cấp hiện nay?

Đặc điểm công nghệ vô tuyến và ứng dụng của các mạng máy tính khơng dây?

Đặc điểm và ứng dụng của hệ thống vô tuyến sử dụng băng tần rất thấp, thấp và trung bình, Pang tan HF, bang tan VHF, UHF, SHE, băng tan trén

10 GHz?

Sơ đồ khối hệ thống truyền dẫn vô tuyến số? Chức năng chính của máy phát, máy thu? Sự kết hợp giữa máy phát và máy thu được thực hiện như thế nào trong thực tế?

TDVTS * 33

Trang 32

Câu 1.14 Đặc điểm của hệ thống truyền dẫn sử dụng điều chế AM và FM, sự khác nhau giữa hai hệ thống truyền dẫn này? Nhược điểm của hệ thống sử dụng điêu chê tương tự?

Câu 1.15 Mô tả quá trình truyền tín hiệu sẽ đi qua các khối nào trong hệ thống

truyên dẫn vô tuyến số? Mô tả chức năng của các khối? Các van dé can lưu tâm khi thiết kê một hệ thống truyền dẫn vô tuyên số?

Trang 33

Chuong 2 2 |

ˆ 'MÔI TRƯỜNG TRUYỀN SÓNG VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HUONG 2.1 LY THUYET CHUNG VE TRUYEN SONG VO TUYEN

Chúng ta có thể phân loại sóng vơ tuyến th cơ chế lan truyền Có hai kiểu lan truyền sóng vơ tuyến là: (1) lan truyén có định hướng và (ID lan truyền tự đo Lan

truyền tự do của sóng xảy ra giữa hai ‘anten trong lớp khí quyền của Trái đất, dưới

nước, hoặc trong không gian tự do, điều này khác với lan truyền có hướng, xây ra trong các hệ định hướng do con người tạo ra, như các hệ thống hữu tuyến, cáp đồng

trục, ống dẫn sóng và cáp sợi quang Tuy nhiên chỉ có các sóng lan truyền trong

không gian tự do được quan tam chi tiết trong chương này Các thuật ngữ sau đây được đưa ra để phân loại các sóng VÔ tuyến qua cơ chế truyền lan giữa 2 anten phát và anten thu [1] - - - - Vệ tỉnh Tầng điện ef a mmm Me a gf Te ——& - Quỹ đạo, “ “Tia phản xạ _Tia khúc xạ - Ta tán xạ -

Hình 2.1 Các loại sóng vơ tuyến

Trang 34

2.1.1 Các khái niệm sóng vơ tuyến

Một sóng vơ tuyến trực tiếp (hay đơn giản là sóng trực tiếp) là một sóng vơ tuyến lan truyền từ điểm phát đến điểm thu qua “một đường truyền khơng có chướng ngại vật” (nghĩa là quỹ đạo sóng có thé là đường thang hay gan nhu vay) Vi dy đường truyền sóng trực tiếp là đường truyền từ Trạm mặt đất lên đến vệ tinh (đường

lên), từ vệ tỉnh đến vệ tỉnh, từ vệ tỉnh đến Trạm mặt đất (đường xuống) trong hệ

thống truyền vệ tỉnh [1]

Một sóng vơ tuyến phản xạ (sóng phản xạ) là sóng vơ tuyến lan truyền đến

điểm thu qua phản xạ từ ranh giới của hai môi trường, nơi mà biên giới lớn hơn rất

nhiều so với bước sóng và thường có bề mặt gần phẳng Các ví dụ mơ tả sóng vơ tuyến lan truyền đến điểm thu thông qua các phản xạ là các phản xạ từ bề mặt Trái đất hay qua các kiến trúc như thắng cảnh, vật thể kim loại trong quỹ đạo, Các phản xạ gân lý tưởng xảy ra đối với các lớp bị ion hóa trong tầng điện ly, khi mà các

sóng tần số thấp (đến 30 MH?z) lan truyền giữa hai điểm A, B như hình 2.1 [1]

Các sóng vơ tuyến tán xạ (thứ cấp) xuất hiện khi các vật thể tán xạ xuất hiện trong quá trình lan truyền Trong vật lý hạt, tán xạ là hiện tượng các hạt bị bay lệch hướng khi va chạm vào các hạt khác Các tán xạ có thể được quan sát khi sóng vơ

tuyến từ các bề- mặt ngẫu nhiên, gồ ghế với kích thước trung bình của độ gồ ghê có thể bằng hoặc nhỏ hơn bước sóng, hoặc qua lan truyền trong mơi trường có những bất thường theo thời gian và không gian hoặc hình dạng ngẫu nhiên Cơ bản, những

tán xạ này được quan sát khi kích thước của các chướng ngại vật (hạt ngẫu nhiên) bằng hay nhỏ hơn bước sóng Một hạt nhỏ được coi như một nguồn phat xa thu cap (ảo) của nguồn phát xạ ngầu nhiên ban đầu Tổ hợp tín hiệu của các sóng thứ cấp sẽ tạo ra một trường tại điểm B (hình 2.1) Các sóng vơ tuyến từ các bất thường nhỏ của

cc điểm khúc xạ trong tầng đối lưu có thể coi là các sóng thứ cấp Các bất thường _ ngẫu nhiên xảy ra ở lớp dưới của khí quyền (tầng đối lưu) thậm chí trong điều kiện

khí quyền tốt chăng hạn như các bat ổn gây ra bởi các sự di chuyển theo chiều ngang và chiêu dọc của các khối khơng khí của khí quyên Các bất thường lớn ngẫu nhiên trong khơng khí khí quyền có khả năng tán xạ sóng vi ba hiệu quả trong một phạm vi góc rộng lớn Hiệu ứng này là cơ chế chính cho lan truyền DMW và CMW, sóng có

thể lan truyền theo chiều ngang với khoảng cách hàng trăm km Hiện tượng này được

gọi là hiện tượng lan truyên tán xạ tầng đôi lưu | (theo chiều ngang) xa của sóng vi ba hay lan truyền tán xạ tầng đối lưu [2] Lan truyền tán xạ gây ra bởi sự bat thuong ion hóa trong tang điện ly là một ví dụ khác của lan truyền sóng thứ cấp Các sự bất thường chủ yêu tạo ra bởi các hạt kích thước nhỏ (micromet) và bụi từ khoảng khơng bên ngồi Các hạt này chứa hàm lượng ion nhiều với kích thước khoảng vài “, Bởi vậy hiện tượng lan truyền tán Xạ qua các bất thường của lớp điện ly sẽ tác động chủ yếu đến các sóng trong băng tần VHE Lưu ý, các bụi trong không gian hay micromet có trong tầng điện ly thường xuyên, bởi vậy các kiểu sóng thứ cấp được quan sát thường xuyên trong ngày không quan trọng vào mùa nào [3]

Trang 35

tượng nhiễu xạ là hiện tượng quan sát được khi sóng lan truyền qua khe nhỏ hoặc mép vật cản (rõ nhất với các vật cản có kích thước tương đương với bước sóng), trong đó sóng bị lệch hướng lan truyền, lan toa vé moi phia tir vi tri vat can, va tự giao thoa với các sóng khác lan ra từ vật cản Như trong vật lý, các vật thể vật

liệu nào nằm trên đường truyền lan có thể coi là một chướng ngại vật gây nhiễu xạ

nếu các kích thước của nó có thể lớn hơn bước sóng Ngược lại nếu kích thước nhỏ hơn hoặc bằng bước sóng khơng gây ra tán xạ, sóng sẽ tràn quan nó và dễ dàng đến điểm thu phía sau chướng ngại vật [4]

Lan truyền sóng điện từ được mơ tả thông qua các phương trình của Maxwell, nó mơ tả rắng khi một điện từ trường thay đổi sẽ tạo ra một trường điện và một trường điện thay đổi sẽ tạo ra một trường từ Bởi vậy các sóng điện từ có thể lan truyền Đây là một lý thuyết phát triển khá tốt cho các sóng điện từ Với hầu hết mơ hình sóng lan truyền RF, nó có thể mơ hình hóa các sóng điện từ thông qua một vector (vector Poynting) theo hướng lan truyền [1] Trong không gian tự do, các sóng

được mơ hình hóa lan truyền từ nguồn theo mọi hướng, tạo ra một mặt sóng hình cầu Nguồn như vậy được bức xạ đẳng, hướng và trong một số trường hợp thực tế,

không tồn tại Khi khoảng cách từ nguồn tăng, sóng câu (pha) sẽ hội tụ thành một sóng phẳng tại mỗi vùng quan tâm, nơi mà lan truyền được hình thành hóa Hướng lan truyền của bất cứ điểm nảo trên mặt sóng đều là tích vector có hướng của vector

điện trường E và vector từ trường H Phân cực của sóng được định nghĩa là hướng của mặt phẳng chứa vector E Điều đó đồng thời anten thu được có phân cực giống

như hướng của sóng thu được, phân cực của sóng phát giống như phân cực của anten phát [1]:

P=ExH TU (2.1)

Tích này được gọi là vector Poynting Khi vector Poynting được chia bởi trở kháng đặc tính của không gian tự do, vector tạo ra co ca hướng lan truyền và mật độ công suất Mật độ cơng suất của bề mặt hình ‹ cầu ảo bao quanh nguồn RF được mô ta

[1]:

P

nda’

Trong đó d là đường kính của mặt cầu ảo, P là công suất tại nguồn, và S là mật

độ cơng suất tại hình cau tinh theo W/m’ tuong ứng Phương trình này chỉ ra mật độ công suất của sóng điện từ tỷ lệ nghịch với để, Nếu khoảng hở anten cố định để thu năng lượng điện từ tại điểm thu, thì cơng suất thu được cũng tỷ lệ với đ” [1].Tốc độ lan truyền sóng điện-từ phụ thuộc vào môi trường Trong không gian tự do, tốc độ lan truyền xấp xỉ [1]:

S=_ (Wim?) - (2.2)

c=3x10° (m/s) (2.3)

Tốc độ lan truyền qua khơng khí rat gần với không gian tự do, và cùng một giá trị được sử dụng chung Bước sóng của sóng điện từ được định-nghĩa là khoảng cách

Trang 36

di chuyển của sóng qua một chu kỳ (một giai đoạn) và được định nghĩa bởi hàm lambda chữ Hy lạp [1]:

Cc

A= f (2.4) |

Đơn vị của bước sóng được tính theo m hoặc đơn vị khác của khoảng cách Khi quan tâm đến lan truyền đường nhìn thẳng (LOS), cần thiết quan tâm đến

độ cong của Trái đất Độ cong của Trái đất là một giới hạn không gian cơ bản của lan

truyền LOS Cụ thể, khoảng cách giữa máy phát và máy thu lớn khi so sánh với độ cao anten, khi đó LOS không tồn tại Mô hình đơn giản nhất để xử lý Trái đất như

hình cầu với bán kính tương đương với bán kính xích đạo của Trái đất [5]

Từ đặc điểm không gian ở hình 2.2:

4?+r?=(r+h)”” (2.5) Boi vay: d’ =(2r+h)h (2.6) Va: d=~2rh (2.7) Bề mặt Trái đất lý tưởng

Hình 2.2 Khơng gian lan truyền qua mặt đất cong

Bán kính của Trái đất xấp xi 3960 đặm tại xích đạo Khí quyển đơn giản bẻ

cong các sóng RF ngang theo sự thay đôi của mật độ khí quyên với độ cao Nó có thể - làm cho bán kính Trái đât bị chỉnh sửa xâp xỉ lên 4/3 lần Bởi vậy [I]:

r=5250 (dặm) ~ , (2.8)

d= J223960_—“— 3` 5280 (2.9)

Và

Trang 37

Hoặc

d= Pa : (2.10)

Trong đó d là khoảng cách đường chân trời vơ tuyến tính theo đặm và h tính theo feet (5280 ft = 1 dặm) Sự xấp xỉ này cung cấp một phương thức nhanh chóng để xác định khoảng cách đến đường chân trời vô tuyến của từng anten, tong của chúng chính là khoảng cách LOS giữa 2 anten [1]

Một vài cơ chế truyền ngoài truyền lan LOS Cơ chế truyền lan không LOS thay đổi đáng kể theo tần số hoạt động Tại các tan s6 UHF va VHF, lan truyén gián tiếp được quan tâm Ví dụ của lan truyền không gián tiếp là các máy điện thoại tế bào, máy nhắn tin, và một vài thông tin quân đội Một LOS có thể hay không thê tồn tại cho các hệ thống này Nếu không có đường LOS, khúc xạ, phản xạ, và/ hoặc phản xạ đa đường là các chế độ lan truyền chính Khúc xạ là thuật ngữ thường dùng để chỉ hiện tượng song điện từ đổi hướng khi đi qua mặt phân cách giữa hai môi trường, trong suốt có chiết suất khác nhau Khúc xạ cũng có thể hiện tượng sóng điện từ bị uôn cong tại các tòa nhà, kết quả do hiệu ứng bóng râm của các tòa nhà một phần tham gia vào đường truyền Phản xạ là sự uốn cong của sóng điện từ do hiện tượng không đồng nhất của môi trường Đa đường là hiện tượng phản xạ của nhiều vật thể trong trường nhìn thấy, tạo ra nhiều bản copy song khac nhau dén may thu [5] Trong khi khơng có định nghĩa chính thức, lan truyền gián tiếp thường mô tả lan truyền mặt đất trong đó LOS bị chặn Trong các trường hợp này, phản xạ từ hay nhiễu xạ xung quanh các toa nhà và các lá cây có thể cung cap dui cudng d6 tin hiéu cho thong tin httu ich t6n tai Su hiéu

quả của thông tin gián tiếp phụ thuộc vào lượng dự phịng của đường thơng tin và

cường độ của tín hiệu phản xạ hay nhiễu xạ Tần số hoạt động có ảnh hưởng đáng kể

đến khả năng lan truyền sóng gián tiếp, với tần số thấp hơn làm việc tốt nhất Tần số HF có thể qua các tòa nhà và các tán cây rậm rạp một cách dễ dàng Tại cùng một thời

điểm, VHF và UHE có thể có hướng truyền tốt hơn khi bị nhiễu xa quanh hay phan xa/

tán xạ các vật thê trên đường truyền Trén UHF, lan truyền gián tiếp trở lên không hiệu quả và hiếm khi sử dụng Khi những đặc điểm của chướng ngại vật lớn hơn so với bước sóng, chướng ngại vật có xu hướng phản xạ và nhiễu xạ hơn là tán xạ tia sóng

[1]

2.1.2 Sóng đất, sóng trời, sóng khơng gian

Hiệu ứng lan truyền quá đường chân trời được phân loại với nhiều tên gọi như

sóng trời, sóng đối lưu và sóng đất Sóng trời dựa trên phản xạ điện ly/ khúc xạ Sóng đối lưu là những sóng lan truyền qua và duy trì trong lớp đối lưu phía dưới Sóng đất gồm các sóng bề mặt, lan truyền theo viền Trái đất và các sóng khơng gian, gồm các lan truyền LOS, trực tiếp cũng như các lan truyền theo bước nhảy Các sóng bức xạ

từ điểm phát có thể đến được các điểm thu theo những đường khác nhau Các sóng

truyền lan đọc theo bể mặt quả đất gọi là sóng đất hay sóng bề mặt; các sóng đi tới

các lớp riêng biệt của tầng ion và phản xạ lại gọi là sóng điện ly hay sóng trời; và sóng khơng gian (gồm sóng trực tiếp và sóng phán xạ từ mặt đất) như hình 2.2 [11]

Trang 38

Khí quyền Trai đất L— Anten thu E— Anten phat \ Song bẻ mặt x lệ mặt trai đất Hình 2.3 Các loại sóng điện từ [11] a Sw truyền lan sóng đất |

Song dat 1a song truyén lan doc theo bề mặt trái đất, do đó cịn được gọi là sóng bề mặt Sóng đất là sóng phân cực đứng bởi vì điện trường trong sóng phân cực ngang sẽ song song với bề mặt trái đất, và các sóng như thế sẽ bị ngăn mạch bởi sự dẫn điện của đất Thành phần điện trường biến đổi của sóng đất sẽ cảm ứng điện áp trong bề mặt trái đất, tạo ra dòng điện chảy Bề mặt trái đất cũng có điện trở và các tốn hao điện môi, gây nên sự suy hao sóng đất khi lan truyền Sóng đất lan truyền tốt nhất trên bề mặt là chất dẫn điện tốt như nước muối, và truyền kém trên vùng sa mạc khơ can, Tén hao sóng đất tăng nhanh theo tần số, vi thé sóng đất nói chung hạn chế Ở các tần số thấp hơn 2 MHz Sóng đất được dùng rộng rãi cho liên lạc tàu thủy - tàu thủy và tàu thủy - bờ Sóng đất được dùng tại các tan sé thap đến 15 KHz Các nhược điểm của truyền lan sóng đất là: Sóng đất yêu cầu công suất phát khá cao; Sóng đất yêu cầu anten kích thước lớn; Tén hao thay đổi đáng kế theo loại đất Các ưu điểm là: Với công suất phát đủ lớn, sóng đất có thể dùng để liên lạc giữa 2 điểm bất kì trên - thé giới; Sóng đất ít bị ảnh hưởng bởi sự thạy đổi điều kiện khí quyền [11]

b Sự truyền lan sóng khơng gian

Trang 39

Anten phat Tia nhin thang LOS : Anten thu

Hình 2.4 Ảnh hưởng của anten dén tam nhin thang [11] c Sự truyền lan sóng trời

Các sóng điện từ có hướng bức xạ cao hơn đường chân trời (tạo thành góc khá lớn so với mặt đất) được gọi là sóng trời Sóng trời được phản xạ hoặc khúc xạ về

trái đất từ tầng điện ly, vì thế cịn gọi là sóng điện ly Tầng điện ly là vùng không

gian nằm cách mặt đất chừng 50 km đến 400 km Tầng này hấp thụ một số lượng lớn

năng lượng của tía cực tím và tỉa X bức xạ của mặt trời, làm ion hóa các phân tử khơng khí và tạo ra electron tự do Khi sóng điện từ đi vào tầng điện ly, điện trường của sóng tác động lực lên các điện tử tự do, làm cho chúng dao động Khi sóng chuyên động xa trái đất, sự ion hóa tăng, song lại có ít hơn phân tử khí để ion hóa Do đó, phần trên của khí quyền có số phần trăm phân tử ion hóa cao hơn phần dưới Mật độ ion càng cao, khúc xạ càng lớn [11]

Do các điều kiện ở tầng dưới khí quyền hay thay đổi nên mức độ khúc xạ thay

đôi theo thời gian Trường hợp đặc biệt gọi là truyền lan trong ống sóng xảy ra khi mật độ đạt mức sao cho các sóng điện từ bị bẫy trong tầng này giữa tầng điện ly và bề mặt trái đất, chủ yếu với các sóng VLF Các điều kiện ion hóa của tầng điện ly rất khác biệt giữa ngày và đêm nên các sóng có thể: phản xạ bởi các lớp của tầng này,

hoặc truyền thắng qua các lớp phụ thuộc vào tần số truyền và góc phát của chúng

Dưới điều kiện xác định của vị ‘tri phat, điều kiện ion hóa, góc phát, đa “bước nhảy”

hay phản xạ của tín hiệu giữa tầng điện ly và mặt đất là có thể Về bản đêm, các lớp dưới tầng điện ly biến mất, sự phản xạ bởi tầng điện ly cho phép tín hiệu có thể truyền xa với khoảng cách cực kỳ lớn “Các lớp khí quyên hoạt động như ống dẫn sóng và các sóng điện từ có thể lan truyền rất xa vòng theo độ cong trái đất và trong

ông (hình 2.5) [1] Khơng khí ấm hơn Bé mat trai đất S Sống bị bấy

Hiểu ung ong song

Hình 2.5 Hiện tượng Ống sóng [11]

Trang 40

2.1.3 Dac điểm truyền dẫn các lớp trong tang khi quyén

Tang đối lưu là tầng đầu tiên (thấp nhất) 10 km của khí quyên trong đó hiệu ứng thời tiết tồn tại Lan truyền tầng đỗi lưu gơm có phản xạ (khúc xạ) của RF từ các lớp có nhiệt độ và độ â âm thay đổi Truyền lan tầng đối lưu có độ tin cậy kém hơn

truyền lan tầng điện ly, nhưng hiện tượng xảy ra thường đủ trở thành môi quan tâm

trong lập kế hoạch tần số Hiệu ứng này thỉnh thoảng được gọi là hiệu ứng đường

ống, mặc dù về mặt kỹ thuật nó là một kênh hay đường ơ ống cao trong khí quyền [11] Tầng điện ly: Điện ly gồm vài lớp plasma được lon hóa bị bay bởi trường từ của Trái đất Nó điển hình được mở rộng từ 50 đến 2000 km trên bể mặt Trái đất và đơn giản được chia thành các cao độ như sau [1]:

D: 60- 90 km E: 90- 150 km F: 150- hon 500 km

Dac tinh của lớp điện ly là một hàm của mật độ điện tử, cái mà phụ thuộc vào cao độ, vĩ độ, mùa, và chủ yếu của điều kiện Mặt trời [11]

OE FiF2

x4 tee ặt trời Mặt trăng Me

Hình 2.6 Các lớp điện ly trong thời gian ngày và tối [1]

Điển hình, băng E và D không tồn tại (hoặc suy giảm) tại buổi tối và lớp F1 và

F2 kết hop (hinh 2.6) Đối với thơng tin sóng trời qua bất cứ một đường nào tại một thời điểm nào sẽ tổn tại tần số sử dụng được lớn nhất MUF trên đó các tín hiệu sẽ khơng phản xạ lâu hơn nữa, nhưng sẽ qua lớp F Cũng sẽ có một tần số thấp nhất

LUF cho bắt cứ đường nào, dưới đó lớp D sẽ suy hao quá nhiều tín hiệu để đảm bảo thơng tin có ý nghĩa Lớp D sẽ hấp thụ và ảnh hưởng đến tín hiệu RF từ 0,3 đến 4

MHz Dưới 300 KHz, nó sẽ uốn cong và phản xạ sóng RF, ngược lại sóng RF trên 4 MHz sẽ đi qua không bị ảnh hưởng Lớp D tồn tại trong suốt thời gian ban ngày và sẽ tiêu tan nhanh chóng khi tối (hình 2.6) [1]

Sự xoay vịng của Faraday là hiện tượng Xoay vòng ngẫu nhiên của phân cực sóng khi nó qua lớp điện ly Ảnh hưởng này khá phổ biến đưới 10 GHz Hiện tượng Faraday gay ra mot lượng đáng kế về suy hao phân cực cho các đường truyền vệ tỉnh không thê tránh được Hầu hết các hệ thống thông tin vệ tỉnh thường sử dụng phân cực tròn khi sự sai lệch của phân cực thẳng của một vệ tỉnh là khó vả trong một giá trị giới hạn có sự hiện diện của xoay Faraday [1]