Hệ thống thông tin VIBA và vệ tinh

- Có 2 dạng viba: Viba tương tự và viba số - Nếu đường truyền xa hoặc gặp chướng ngại vật, người ta sử dụng các trạm chuyển tiếp Repeater chỉ thu nhận tín hiệu, khuếch đại rồi phát lại..

06/18/14 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ

TIỂU LUẬN

HỆ THỐNG THÔNG TIN VIBA VÀ VỆ TINH

• GVHD : TH.S BÙI THƯ CAO

6.1.TRUYỀN SÓNG VIBA

6.1.1 BĂNG TẦN VIBA

Phổ viba thường được xác định là năng lượng điện từ có tần số khoảng từ 1Ghz đến 1000Ghz.Những ứng dụng viba phổ biến nhất ở khoảng 1 đến 40Ghz:

Bảng trên theo cách dùng của hội vô tuyến điện Anh(RSGB)

Ký hiệu Dải tần Ký hiệu Dải tần

Băng L 1-2Ghz Băng Ka 26.5-40Ghz Băng S 2-4Ghz Băng U 40-60Ghz Băng C 4-8Ghz Băng E 60-90Ghz Băng X 8-12.4Ghz Băng F 90-140Ghz Băng Ku 12.4-18Ghz

Băng K 18-26.5Ghz

6.1.2 CỰ LY TRUYỀN SÓNG

6.1.3 TÁN XẠ TRÊN CHƯỚNG NGẠI VẬT (VÙNG FRESNEL)

• Anten cần có độ cao H = F + E + O

• Trong đó

E : độ cao hiệu chỉnh do độ cong mặt đất

O : độ cao chướng ngại vật

F : bán kính Fresnel

6.1.4 Hiện tượng Fading

• Fading là hiện tượng tại nơi thu nhận được đồng thời hai hay nhiều sóng cùng đến một lúc, các sóng này xuất phát cùng một nguồn nhưng di theo nhiều đường khác nhau

• Tùy thuộc vào hiệu các đường đi mà hiệu pha của chung cũng khác nhau

Nếu hiệu pha=2пn thì cường độ chung tăng cường nhau

Nếu hiệu pha=(2n+1)п thì cường độ chúng triệt tiêu nhau

• Hiện tượng Fading gây ra sự thu chập chờn,gây gián đoạn thông tin trong một thời gian ngắn trong kỹ thuật truyền hình, gây ra hiện tượng bóng ma

• Để khăc phục Fading,người ta sủ dụng phân tập tần số, hay phân tập không gian

6.1.5 ANTEN

• Việc lựa chọn kiểu anten phụ thuộc vào

- Độ lợi cần thiết để bù vào suy hao, sao cho độ lợi chung ở mức chấp nhận được

- Hướng tính của anten

- Tần số sóng mang đang sử dụng

- Giá thành và không gian dự tính

6.2.HỆ THỐNG VIBA

- Kết nối viba (microwave link) là hệ thống thông tin giữa hai điểm cố định bằng sóng vô tuyến có hướng tính cao nhờ các anten định hướng

- Có 2 dạng viba: Viba tương tự và viba số

- Nếu đường truyền xa hoặc gặp chướng ngại vật, người ta

sử dụng các trạm chuyển tiếp (Repeater) chỉ thu nhận tín hiệu, khuếch đại rồi phát lại

+ Trong thực tế chỉ sử dụng vài dải tần viba

+ Vùng tần số thấp có băng thông hẹp sử dụng cho các hệ thông nhỏ

6.2.1 KHÁI NIỆM VỀ HỆ THỐNG VIBA

+ Vùng tần số cao >12Ghz suy hao tăng do mưa

Việc thiêt lập hệ thống viba cần xét các điều kiện sau:

+ Ghép ký sinh của anten trên cùng một giá đỡ

+ Tương tác giữa các chùm viba gần nhau can nhiễu lẫn nhau+ Độ chọn lọc máy thu

+ Khả năng xoay phân cực của sóng ở các kênh lân cận nhau+ Khả năng sử dụng tối ưu dải tần của sóng mang

6.2.2 VIBA SỐ

• Là hệ thống thông tin vô tuyến số được sứ dụng trong các đường truyền dẫn số giữa các phần tử khác nhau của mạng vô tuyến hệ thống viba số có thể dược sử dụng làm :

- Các đường trung kế số nối giữa các tổng đài số

- Các đường truyền dẫn nối tổng đại chính đến các tổng đài

vệ tinh

- Các đường truyền dẫn nối thuê bao với các tổng đài chính hoặc các tổng đài vệ tinh

- Các bộ tập trung thuê bao vô tuyến

- Các đường truyền dẫn trong các hệ thống thông tin di động

để kết nối các may di động với mạng viễn thông

• Một trạm viba số bao gồm hai khối chính:

Khối thu phát vô tuyến (transceiver)

Khối tách ghép kênh (Multiplex và Demultiplex)

• Khối thu phát vô tuyến (Transceiver) bap gồm các phần

xử lý băng tần gốc chuyển mã (line-code) điều chế và giải điều chế, chuyển đổi tần số…

• Nếu đầu vào Multiplex bao PDH bao gồm thoại 2wire, 4wire, dữ liệu, thì đầu ra la luồng số cấp thấp E1(theo chuẩn châu Âu).

• Nếu đầu vào Multiplex bao gồm các luồng số cấp thấp, thì đầu ra là luồng số cấp cao

• Thoại trong multiplex có thể mã hóa dạng:

Xung mã (PCM)

Xung mã vi sai (DPCM)

Xung mã vi sai tự thich nghi (ADM)

6.2.3 PHÂN LOẠI VIBA SỐ

Theo tốc độ truyền ta có 3 loại:

+ Viba số băng hẹp (tôc độ thấp) : truyền tín hiệu có tốc độ 2,4,8 Mbit/s , tương ứng dung lượng kênh thoại 30,60,120 kênh Tần số song vô tuyến (0,4-1,5)Ghz

+ Viba số băng trung bình (tốc độ trung bình) : truyền tính hiêu có tốc độ từ 8-34 Mbit/s, tương ứng với dung lượng kênh thoại 120-180 kênh Tần số song vô tuyến 2-6 Ghz

+ Viba số băng rộng ( tốc độ cao): truyền tín hiệu có tốc độ

từ 34-140 Mbit/s , tương ứng với dung lượng kênh thoại

480-1920 kênh Tần số sóng vô tuyến 4,6,8,12 Ghz

6.2.4 SO SÁNH VIBA SỐ VỚI VIBA TƯƠNG TỰ

• VIBA TƯƠNG TỰ

- Viba tương tự có băng tần gốc Base Band ở dạng tương tự

- Đầu vào và đầu ra multiplex là các tín hiệu ở dạng tương tự

• Ưu điểm của hệ thống viba số : viba số có băng tần gốc Base Band ở dạng số

- Nhờ phương thức mã hoá và ghép kênh theo thời gian dung các vi mạch tích hợp cỡ lớn nên thông tin xuất phát từ các nguồn khác nhau ( diên thoai , máy tính, ) được tổng hợp thành luồng bit số liệu tốc độ cao để truyền trên cùng một sóng mang vô tuyến

- Nhờ sử dụng bộ lặp tái sinh luồng số liệu nên tránh được nhiễu tích luỹ trong hệ thống số Việc tái sinh này có thể được tiến hành ở tốc độ bit cao nhất của băng tần gốc mà không cần đưa xuống tốc độ bit ban đầu

- Nhờ có tính chống nhiễu tốt, các hệ thống viba số có thể hoạt động tốt với tỉ số sóng mang / nhiễu (C/N)>15dB ( viba tương tự yêu cầu (C/N)>30dB) Điều này cho phép sử dụng lại tần số đó bằng phương pháp phân cực trực giao, tăng phổ hiệu dụng và dung lượng kênh.

- Cùng một dung lượng truyền dẫn, công suất phát cần thiết nhỏ hơn so với hệ thống tương tự làm giảm chi phí thiết bị,

tăng độ tin cậy , tiết kiệm nguồn.Ngoài ra công suất nhỏ ít gây nhiễu

• Khuyết điểm của hệ thống viba số:

- Khi áp dụng hệ thống truyền dẫn số, phổ tần tín hiệu thoại rộng hơn so với hệ thống tương tự

- Khi các thông số đường truyền dẫn như trị số BER, S/N

thay đổi không đạt giá trị cho phép thì thông tin sẽ gián

đoạn, khác với hệ thống tương tự thông tin vẫn tồn tại tuy chất lượng kém

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

- Các vấn đề trên đã được khắc phục nhờ áp dụng các tiến bộ

kỷ thuật mới như điều chế số nhiều mức, dùng thiết bị dự phòng (1+n) và sứ dụng các mạch bảo vệ

6.3 Các đặc tính kỹ thuật

6.3.1 Các mã đường truyền ( line-code )

Các tín hiệu nhị phân từ thiết bị ghép kênh được biến đổi thành các mã truyền dẫn để giảm lỗi tín hiệu trong quá trình truyền Để đạt được điều đó các mã truyền dẫn phải thoả mãn yêu cầu sau:

* Phải phối hợp đặc tính phổ của tín hiệu với đặc tính của kênh truyền

ƒ * Dễ dàng tách xung đồng bộ và tái sinh tín hiệu

ƒ * Giảm thành phần một chiều của tín hiệu xuống mức

0

ƒ * Giảm các thành phần tần số thấp để giảm xuyên âm

và kích thước các bộ phận và các linh kiện trong

mạch.

™ Mã HDBn ( high density binary with maximum of 3

consecutive zero)

Mã HDBn là mã lưỡng cực có mật độ cao có cực đại

n số 0 , đây là loại mã cải tiến của mã AMI thực hiện việc thay thế N+1 số 0 liên tiếp bằng N+1 xung nhịp

chứa 1 xung phạm luật V và xung phạm luật này sẽ ở lại bít thứ N+1 của các mã số 0 liên tục

Với loại mã HDBn này thì dạng HDB3 thường sử dụng trong hệ thống truyền thông tin viba số.

™ Mã HDB3:

Mã HDB3 là mã lưỡng cực mật độ cao có cực đại 3 số

0 liên tiếp

Qui tắc mã hoá :

• Mức logic 1 dược mã hoá dạng lưỡng cực

• Mức logic 0 dược mã hoá dạng 0

• Nếu có 4 số 0 liên tiếp thì mã hoá 000V hay B00V , sao cho số bit B nằm giữa 2 bit V là lẻ

Mã CMI ( code mark inversion)

Mã CMI là mã đảo dấu mã

Theo khuyến nghị G703 về các giao tiếp của

CCITT cho chi tiết trở kháng , loại đôi dây dẫn mức tín hiệu dạng khung, tải khung phân bố cũng như mã truyền dẫn ở những tốc độ bít khác nhau dung cho hệ châu Âu.

6.3.2 Điều chế viba số

• Xác suất bit thu bị lỗi phụ thuộc vào nhiễu và phương pháp điều chế

• Người ta sử dụng băng thông BW vừa đủ để truyền số liệu

• Nếu BW quá nhỏ sẽ gây méo tín hiệu sau khi giải điều chế

• Nếu BW quá lớn sẽ lãng phí và gây can nhiễu giữa các kênh viba

Người ta thông thường sử dụng điều chế PSK vì:

• BW thấp hơn FSK

• Xác suất nhận tin sai là thấp hơn ( Với cùng tỉ số S/N)

• Dễ dàng nâng lên mPSK (m = 2,4,8, các kênh tốc độ < 140 Mbps)

• Các kênh tốc độ >= 140 Mbps sử dụng QAM ( m=16)

Kết quả khảo sát tỷ lệ lỗi bít của hệ thống OFDM dùng

mã xoắn (7, [133,171]) với các mức điều chế BPSK, QPSK, 8PSK và 16QAM, 32QAM

6.3.3 Các mô hình dự phòng thường

gặp

6.4.Hệ thống thông tin vệ tinh

6.4.1.Các loại quỹ đạo

 LEO: quỹ đạo trái đất tầm thấp từ 200 đến 1200 km

 ICO :quỹ đạo trái đất tầm trung từ 1200 đến 25386 km

 GSO: quỹ đạo địa tĩnh 35786 km

 HEO: quỹ đạo trái đất tầm cao trên 35786 km

6.4.2 Các đặc điểm của thông tin vệ tinh

 Có khả năng đa truy nhập:

- Phân chia đa truy nhập theo FDMA,TDMA,CDMA,SDMA

+ Theo FDMA

+ Theo TDMA

+ Theo CDMA

+ Theo SDMA

Phân chia đa truy cập theo phân phối kênh

 Chia ra làm 2 loại truy nhập là:

 Đa truy nhập phân phối trước (FAMA – Fixed Assiggned Multiple Access ) các kênh vệ tinh được phân bố cố định cho các trạm mặt đất khác nhau, bất chấp có hay không có các cuộc gọi phát đi

 Đa truy nhập phân phối theo yêu cầu (DAMA – Demand Assiggned Multiple Access ): là phương pháp truy nhập trong

đó các kênh vệ tinh được sắp xếp lại mỗi khi có yêu cầu thiết lập kênh đưa ra từ các trạm mặt đất liên quan

Phân chia đa truy nhập theo số kênh trên 1 sóng mang

Nếu xét theo quan điểm ghép kênh thì có thể được chia ra SCPC và MCPC

• SCPC ( Single Channel Per Carrier )

• MCPC ( Multiple Channel Per Carrier ) Các tín hiệu được ghép kênh trước khi

điều chế sóng mang

6.4.3 Truyền sóng trong thông tin vệ tinh

ƒ Tần số làm việc của thông tin vệ tinh

K hoảng tần số bị suy hao nhỏ là 1 đến 10 Ghz được gọi là cửa sổ tần số

• Khoảng tần số sử dụng nhiều hơn hiện nay trong thông tin vệ tinh là băng C có tần số 4 Ghz đến 6Ghz ( B = 500 MHz)

• Băng Ku từ 11 Ghz đến 14 Ghz bị hấp thụ lớn trong mưa nhưng cũng được sử dụng thường xuyên, do thiếu các băng tần

Để sử dụng hiệu quả tần số, có thể tiến hành các biện pháp sau đây :

 Giới hạn số vệ tinh phóng

o Sử dụng lại cùng một tần số bằng cách dùng phân cực vuông góc

o Chiếu xạ vùng phục vụ bằng nhiều búp sóng điểm từ vệ tinh và sử dụng tối đa tần số giống nhau với sự phân cách thích hợp các búp sóng này

o Tăng số bit trong 1 Hz sử dụng điều chế số nhiều mức,nhiều pha

 Phân cực sóng

tin vệ tinh sóng phân cực thẳng và sóng phân cực tròn

 Sóng phân cực thẳng có thể được tạo ra bằng cách dẫn các tín hiệu từ một ống dẫn sóng chữ nhật đến một anten loa

• Người ta chia ra 2 loại phân cực thẳng là phân cực đứng và phân cực ngang

ƒ Phân loại Anten

o Anten parabol, có sơ cấp đặt tại tiêu điểm

o Anten cassegrain

o Anten lệch ( bù)

Độ lợi của anten Gmax

• Gmax : Độ lợi cực đại ở hướng bức xạ của anten

• λ [m] : Bước sóng = c/f (c: vận tốc ánh sáng, f: tần số)

• Aeff [ m2] : Diện tích độ mở hiệu dụng

• η : Hiệu suất của Antenn (55 đến 75%)

•D [m] : Đường kính độ mở của anten (mặt phản xạ)(m)

6.4.4Tính toán đường truyền vệ tinh

™ Mô hình thông tin vệ tinh

• T : Transmitter (Trạm phát)

• S : Satellite (Vệ tinh)

• R : Receiver (Trạm thu)

• U : Uplink (Tuyến lên)

• D : Downlink (Tuyến xuống)

 Các khái niệm về công suất phát và thu tín hiệu

cho khả năng phát tại anten

Công suất tín hiệu thu được PR bởi anten có độ lợi GR là

™ Nhiễu khác tuyến

Có bốn cách , trong đó các tuyến thông tin có thể nhiễu với nhau

• Vệ tinh thông tinh khác trạm mặt đất

• Trạm mặt đất khác vệ tinh thông tin

• Tuyến vi ba mặt đất vệ tinh thông tin

• Tuyến vi ba mặt đất trạm mặt đất

 Nhiễu cùng tuyến

6.4.5 Sơ đồ khối trạm mặt đất

6.4.6 Sơ đồ khối của trạm lặp vệ tinh

56

Các vệ tinh GPS

1.1 Phần không gian

•Gồm 24 vệ tinh, chia thành 6

quỹ đạo, nghiêng 550 so với

xích đạo, bay ở độ cao 20.200

1.2 Phần điều khiển

Gồm 1 trạm điều khiển trung tâm, các anten mặt đất và các trạm giám sát.

58

Trạm anten mặt đất ở đảo Guam Trạm kiểm soát trung tâm

60

Thiết bị GPS

1.3 Phần sử dụng

Bao gồm các thiết bị thu GPS và các đối tượng sử dụng thiết bi này

61

Đối tượng sử dụng bao gồm:

•Trong nông nghiệp

•Trong hàng không

•Trong giao thông vận tải

•Trong quân sự

•Trong xây dựng

2.2 Cấu trúc tín hiệu

• Tín hiệu GPS được truyền đi ở 2 tần số: L1= 1,575.42 MHz và L2= 1,227.6 MHz (± 5 kHz do hiện tượng Dopller)

• Gồm có 2 mã là mã C/A (coarse (clear)/acquisition ) và mã P (precision )

• tần số L1 chứa cả tín hiệu C/A và P(Y), trong khi tần số L2 chỉ có chứa duy nhất tín hiệu P(Y)

• Đoạn mã được chia thành 37 đoạn khác nhau, 32 đoạn được dùng để phát cho các vệ tinh khác nhau, 5 đoạn mã còn lại (33 – 37) được dự trữ cho các mục đích khác

• Thông tin điều hướng trong mã P được điều chế với tần số 50 Hz

• Được mã hóa bởi mã Y nên còn được gọi là mã P(Y)

• Có độ chính xác cao và được sử dụng cho quân đội Mỹ và đồng minh

Mã C/A

• Được điều chế BPSK với tốc độ chip là 1.023 MHz

• Một chu kỳ mã C/A gồm 1,023 chip truyền hết trong 1 ms Chuỗi này được lặp lại liên tục

• Mỗi vệ tinh có mỗi mã C/A khác nhau, mỗi chuỗi dài 12,5 phút

• Cần tối thiểu 30 s để máy thu xác định được vị trí

• Trong thông tin định hướng, thời gian được tính bằng giây và kéo dài trong 1 tuần

• Kết thúc 1 tuần, vòng lặp các subframe và 25 page được bắt đầu phát lại

từ đầu mà không quan tâm đến subframe hay page nào được phát đi sau cùng

Cấu trúc mã C/A

Nội dung các subframe

SUBFRAME 1: Chứa các thông tin

•Các thông số hiệu chỉnh thời gian

•Các thông số thiên văn

•Các thông số về địa lý trái đất

SUBFRAME 4 VÀ 5:

•Dữ liệu lịch niên giám

•Các thông tin về khí tượng (tình trạng tầng điện ly, tầng đối lưu)

•Tình trạng tín hiệu vệ tinh

•Lỗi máy thu

– Nhiễu máy thu

– Lỗi đồng hồ máy thu

– Lỗi đa đường

•Lỗi quá trình truyền tín hiệu

– Trễ qua tầng điện ly và đối lưu