Tổng quan về thông tin viba số và thiết bị viba số fhd 2 2 34

Trong giới hạn của cuốn đồ án này em xin trình bày hai nội dung chínhsau: Tổng quan về thông tin viba số và Thiết bị viba số FHD 2.2.34 Với sự chỉ bảo nhiệt tình của thầy giáo hớng dẫn v

Lời nói đầu Trong phát triển xà hội, thông tin đóng vai trò quan trọng Sự đòi hỏi nhu cầu thông tin phải xác, hiệu ngày gia tăng, thành phố lớn mà vùng nông thôn, vùng núi Điều khiến thông tin toàn cầu nói chung Việt Nam nói riêng phải phát triển đòi hỏi nhiều thiết bị thông tin đại, phù hợp với nhu cầu ngày tăng ngời thời đại Việt Nam tất hệ thống mạng xuyên quốc gia mạng bu điện tỉnh đà phát triển với tốc độ cao Số hoá mạng lới mục tiêu mà nghành bu điện thực với công nghệ truyền dẫn số tốc độ cao, dung lợng lớn đợc áp dụng phổ biến đặc biệt cáp quang Song bên cạnh truyền dẫn vi ba số thiếu mạng quốc gia, phù hợp với địa hình Việt Nam tính kinh tế cao Nó đợc sử dụng để dự phòng cho cáp quang đờng trục xuyên quốc gia công nghệ truyền dẫn cho mạng viễn thông nông thôn Trong giới hạn đồ án em xin trình bày hai nội dung chÝnh sau: Tỉng quan vỊ th«ng tin viba sè Thiết bị viba số FHD 2.2.34 Với bảo nhiệt tình thầy giáo hớng dẫn kiến thức đợc trang bị trình học tập, em đà hoàn thành đồ án với nội dung viÕt vỊ hƯ thèng viba sè Do thêi gian nghiên cứu kinh nghiệm có hạn nên đồ án không tránh khỏi thiếu sót Em mong đợc bảo, góp ý thầy cô bạn Hà Nội, ngày / / 200 Sinh viên Nguyễn Hùng Cờng Lời cảm ơn Em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ nhiệt tình thầy giáo hớng dẫn Phan Văn Phơng toàn thể thầy cô giáo khoa Điện Tử Viễn Thông, Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội đà giúp đỡ em suốt trình học tập nh giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn Công ty cổ phần viễn thông tin học bu điện (CT - IN) thuộc Tỉng c«ng ty bu chÝnh viƠn th«ng ViƯt Nam, cïng anh phòng kỹ thuật đà tạo điều kiện thuận lợi giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Sinh viên Nguyễn Hùng Cờng Phần I: Lý thuyết chung Chơng I: Tổng quan thông tin viba số 1.1 Khái niệm viba số 1.1.1 Khái niệm: Những năm gần đây, với phát triĨn nh vị b·o cđa c«ng nghƯ viƠn th«ng - tin học giới, nhiều loại hình dịch vụ phong phú đáp ứng nhu cầu ngày cao ngời Trong đó, hệ thống thông tin vô tuyến dải sóng ngắn kênh đáp ứng với yêu cầu thông tin ngày Chính mà hệ thống thông tin nhiều kênh đà phát triển Hệ thống thông tin nhiều kênh dải sóng cực ngắn gọi tắt thông tin viba Thông tin nhu cầu thiếu ngời Nói đến thông tin đồng thời nói đến giao lu trao đổi tin tức Mặt khác, với phát triển ngành thông tin nói chung, kỹ thuật thông tin viba phát triển nhanh chóng Từ hệ thống thông tin tơng tự ghép kênh theo tần số theo thời gian đến đà chuyển sang hệ thống thông tin viba số nhiều kênh có độ ổn định cao, thiết bị gọn nhẹ Bên cạnh đờng thông tin viba đặt mặt đất, sử dụng đờng thông tin viba chuyển tiếp qua vệ tinh với cự ly thông tin khoảng vài chục nghìn km Vì thông tin điểm trái đất với Khả truyền tín hiệu đờng thông tin viba ngày đa dạng phong phú Hiện ngời ta truyền đờng truyền thông tin viba tín hiệu nh: thoại, truyền thanh, truyền hình, số liệu, Trong mạng thông tin số, hệ thống viba số nhận tín hiệu từ tổng đài số từ nguồn thông tin số khác (tín hiệu truyền hình đà đợc mà hoá thành dạng số khác chẳng hạn ), thực điều chế số, sau thực trộn tần chuyển phổ tín hiệu đà điều chế số lên tần số vô tuyến công tác truyền anten định hớng Theo dung lợng (tốc độ bit tổng cộng B đầu vào) hệ thống viba số đợc phân thành: + Các hệ thống dung lợng thấp: B < 10Mb/s + Các hệ thống dung lợng trung bình: B (10100)Mb/s + Các hệ thống dung lợng cao: B >100Mb/s 1.1.2 Định nghĩa viba số: Viba số phơng thức truyền dẫn sử dụng lợng sóng điện từ có tần số cực cao chứa đựng nội dung tin tức đà đợc số hoá, truyền lan không gian khí trực tiếp từ Anten nhìn thẳng đến Anten Dải tần cđa vi ba sè: SHF (Super high frequency ): MiỊn tần số siêu cao tần Tần số f = (3  30) GHz Bíc sãng  =1 dm ®Õn cm 1.2 Sơ đồ khối tổng quát viba số: hình bên a) Khối ghép kênh (Mux-multiplexer) Các máy ghép kênh sở PCM luồng số khác ghép chung với để tạo thành luồng số có tốc độ cao cấp bậc cao thiết bị nhận luồng số đầu vào kết hợp chúng thành luồng số có tốc độ bit cao đầu đợc gọi máy ghép kênh tín hiệu số máy ghép kênh sở PCM 30 kênh thoại chứa khối có chức sau đây: + khối kênh (channel cards) chøa 30 kªnh + khèi giao tiÕp 2Mb/s (2Mb/s interface) + khèi xư lý b¸o gäi (signalling processor) b) Khèi m¸y ph¸t (TX-transmitter) M¸y ph¸t thùc hiƯn c¸c chức sau đây: + điều chế sóng mang từ máy ghép kênh tới + điều tần kênh nghiệp vụ giám sát + khuyếch đại tín hiệu sau điều chế để đạt đợc công suất đầu theo yêu cầu Máy phát hệ thống viba số băng hẹp có chức sau: - khối mạch in băng tần sở ph¸t (Tx baseband PBA) - khèi kÝch thÝch (Exciter) - Khối khuyếch đại công suất (power amplifier) - khối mạch in hiển thị (display PBA) c) Khối máy thu (Rx receiver) Máy thu có nhiệm vụ giải điều chÕ tÝn hiƯu thu, tÝn hiƯu thu bao gåm c¸c thành phần sau : + luồng số liệu đợc điều chế + tín hiệu kênh nghiệp vụ kênh giám sát Máy thu hệ thống thông tin viba số băng hẹp bao gồm khối sau: + module biến đổi hạ tần (converter module) + module trung tần (IF module) + băng tần sở thu (Rx baseband PBA) + khối mạch in hiển thị (display PBA) d) Bộ phân nhánh siêu cao tần (dup: duplexer) Bộ phân nhánh siêu cao tần cho kết hợp máy thu máy phát dùng chung anten Duplexer tham gia chọn lọc giảm nhỏ nhiễu kênh lân cận RF Phát Lọc phát Circulator RF Thu Läc Trong bé duplexer gåmthu cã: + bé läc ph¸t + lọc thu + phân nhánh Sơtín đồhiệu bộ(circulator) duplexer Sóng điện từ đợc định hớng theo chiều mũi tên Chơng II: Truyền sóng 2.1 Phân loại tần số vô tuyến Hiện với phát triển công nghệ truyền dẫn thiết bị thu phát thông tin ngày cao đại với ®êi cđa c¸p quang nhng viƯc trun dÉn b»ng vi ba thiếu đợc mạng viễn thông điện tử Nó phần thông tin vô tuyến, sử dụng khoảng không gian làm môi trờng truyền dẫn với phơng pháp thông tin phía phát xạ thông tin sóng điện từ tần số siêu cao, phía thu nhận sóng điện từ từ phía phát qua không gian tách lấy tín hiệu gốc: Viba sử dụng để dự phòng cáp quang trục dọc lớn, sử dụng chủ yếu cho trạm thông tin có cự ly ngắn nơi có địa hình đồi núi hay đảo xa đất liền Một vấn đề lớn đặt với thông tin vô tuyến chế truyền sóng vô tuyến, việc sử dụng thiết bị truyền thông phụ thuộc vào tần số vô tuyến sử dụng Theo tiêu chuẩn quốc tế băng tần số vô tuyến đợc phân loại theo bảng sau: Bảng 1.1: phân loại chế sử dụng sóng vô tuyến Tần số Phân loại băng VHF Cơ Chế truyền sóng vô tuyến Cự ly thông tin lĩnh vực sử dụng Sóng đất Điện ly 30 300 KHz LF Sóng đất Thông tin đạo hàng quân khắp giới 1500km đạo hàng vô tuyến (0.3 3) MHz MF (3 30) MHz HF Sóng đất (cự ly ngắn) Sãng trêi (cù ly dµi) Sãng trêi (30  300) MHz VHF Sãng trêi, lu sãng ®èi lu (0.3  3) GHz DHF Sãng trêi, lu sãng ®èi lu (3 30) GHz 3HF VIBA (30 300) GHz EHF mm (3  30) KHz Sãng trêi Sãng trêi Ph¸t cè định hàng không, đạo hàng, liên lạc nghiệp d 36 MHz ; thông tin liên lạc địa 630 MHz : thông tin di động, thông tin kinh doanh nghiệp d quân quốc tế Thông tin thực thi, VHF, FM, đa thông tin Rađa, đa thông tin, di động Thông tin vệ tinh, thông tin cố định đa Thông tin cho tơng lai Qua bảng 1.1 ta thấy dải tần đợc quy định cho viba (0.3 30) GHz Trên thực tế sóng viba sóng có tần số lớn 100 MHz tức có bớc sóng nhỏ 3m 2.2 Các đờng truyền lan sóng vô tuyến Có loại sóng thờng thấy thùc tÕ lµ sãng däc vµ sãng ngang Sãng däc sóng truyền lan theo phơng chuyển động nh sóng âm truyền không khí Sóng ngang (phát xạ điện từ ) sóng truyền lan theo hớng vuông góc với phơng chuyển động Một sóng điện từ không gian ba chiều gồm hai thành phần: điện từ E thành phần từ B H ( B =H ) Các thành phần trực giao với Các sóng vô tuyến đợc truyền lan theo phơng thức khác mặt đất Sóng truyền từ Anten phát đến anten thu bằg hai đờng chính: - tầng điện ly ( sóng trời ) - Hoặc sát mặt đất (sóng đất) Sóng đất thân đợc chia thành hai loại : + Sóng bề mặt + Sóng không gian Đối với sóng không gian có đờng để qua khoảng cách anten phát anten thu + Sóng trực tiếp + Sóng phản xạ từ đất + Sóng phản xạ từ tầng đối lu Sau ta xem loại sóng 2.2.1 Các sóng đất Sóng đất sóng không bị thăng giáng tầng điện ly, tức sóng bề mặt sóng không gian 2.2.1.1 Sóng bề mặt Khi truyền sóng bề mặt lợng sóng lớt bề mặt đất gần giống nh sóng dọc theo đờng dây Phơng pháp truyền sóng sử dụng tầng vô tuyến tơng đối thấp dới 30MHz Khi tăng tần số lên tiêu hao đất tăng nhanh, tiêu hao phụ thuộc vào số điện dẫn điện môi Hiệu dụng đất 30 MHz đất có tác dụng nh dây dẫn tiêu hao cao truyền lan sóng VHF, UHF, SHF 2.2.1.2 Sóng không gian Phơng thức truyền sóng hầu nh đợc sử dụng cho tất hệ thống đợc khảo sát Sóng truyền tầng đối lu lan rộng đến 10 dặm bề mặt đất Năng lợng sóng truyền từ Anten phát đến Anten thu theo đờng thẳng phản xạ mặt đất phản xạ từ tầng đối lu Sóng không gian loại sóng quan trọng thông tin VHF, UHF, SHF Sóng trực tiếp: Sóng phát xạ trực tiếp từ Anten thu mà không bị phản xạ đâu điều kiện truyền lan bình thờng, có biên độ lớn so với sóng đén máy thu Sóng phản xạ đất: Sóng đến Anten thu sau đà để phản xạ vài lần từ vật thể xung quanh, phản xạ xuất mặt phẳng đứng mà xuất mặt phẳng ngang Nh sóng bị phản xạ từ vật cản lệch so với đờng Sóng phản xạ có biên độ pha khác với biên độ pha sóng trực tiếp Nếu khoảng cách truyền lớn số lẻ bớc sóng anten thu sóng phản xạ lệch pha với sóng trực tiếp 1800 kết triệt tiêu tín hiệu sóng tới đến mức độ Mức độ phụ thuộc vào biên độ sóng phản xạ Sóng phản xạ tầng đối lu: Do thay đổi số khúc xạ không khí theo độ cao so với mặt đất nên sóng bị tạp âm xạ tuỳ theo góc sóng tới xảy phản xạ toàn phần từ tầng đối lu trờng hợp xuất biên giới có tác dụng nh bề mặt phản xạ, gửi sóng trở lại mặt đất Một số tia đến đợc Anten thu, khử bớt sóng trực tiếp có thay đổi pha biên độ gây phản xạ 2.2.2 Các chế truyền sóng Trong điều kiện thời tiết quang đÃng có loại chế truyền sóng cần đợc xem xét là: - Khúc xạ - Tạp âm xạ - Phản xạ Sau xem vắn tắt dạng phân loại chế truyền sóng thành nhóm: - chế bề mặt: gồm truyền lan tầm nhìn thẳng - chế khối: sóng đất * Các chế bề mặt: Bề mặt đất việc chủ yếu việc phản xạ tạp âm xạ sóng vô tuyến trái lại bầu khí bề mặt trái đất đóng góp chủ yếu vào khúc xạ cua sóng Hiện tợng truyền theo ống dẫn hầu nh nguyên nhân gây giao thoa đờng tầm nhìn thẳng vợt tầm nhìn (Tán xạ không đối lu ) xuất bề mặt vị trí cao 200m so với mặt đất Trong tất chế bề mặt, truyền sóng xảy gần nh đờng vòng lớn * Các chế khối: Các chế xuất tán xạ cấu trúc vi mô tầng đối lu bao gồm tán xạ tầng đối lu thăng giáng số khúc xạ tầng khí Những hạt rắn, lỏng nh ma, ma đá gây nên tán xạ Tán xạ hạt nhỏ không hạn chế đờng vòng lớn, nhng phụ thuộc nhiều vào đặc tính phát xạ hình thể tơng quan Anten sóng truyền thẳng sóng phản xạ tu đất tầng điện ly tầng đối luu sóng trời sóng phản xạ đối luu sóng bề mặt Hình 1.2 : Đờng sóng vô tuyến 2.2.2.1 Khúc xạ Tất sóng điện từ bị khúc xạ qua môi trờng có số khúc xạ sang môi trờng có số khúc xạ khác Trong bầu khí thay đổi số khúc xạ hầu nh diễn cách từ từ mật độ không khí giảm theo độ cao với tốc độ không đổi (theo lý thuyết) Trên 30MHz lợng nớc không khí đóng vai trò chủ yếu thay đổi số khúc xạ, số điện môi nớc lớn xấp xỉ lần so với không khí Trong bầu khí bình thờng độ ẩm, khối lợng nớc khối lợng không khí không đổi Điều có nghĩa số điện môi số khúc xạ Cả hai giảm liên tục tăng độ cao, ảnh hởng chung thay đổi số khúc xạ phơng thẳng đứng bầu khí làm uốn cong sóng mặt phẳng thẳng đứng Khi truyền từ máy phát ®Õn m¸y thu ®é cong cđa ®êng thay ®ỉi theo thời gian thay đổi nhiệt độ, áp xuất độ ẩm Trong điều kiện truyền lan bình thờng, đờng uốn xa dần bề mặt thực trái đất làm cho tầm nhìn vô tuyến mổ rộng cách rõ rệt Khi gadien hệ số khúc xạ thẳng đứng tăng đờng sóng vô tuyến bị uốn cong phía bề mặt trái đất làm giảm khe hở vợt qua địa hình phía dới Tình trạng gây ảnh hởng dó mặt đất, cối gây nên vật cản Trong điều kiện nh vậy, pha đinh vật cản xuất Một thiết kế đờng vô tuyến tốt cần phải tránh điều xảy cách đảm bảo tầm nhìn thẳng từ máy phát đến máy thu, qua việc đặt độ cao Anten cách thích hợp, loại tổn hao bất thờng điều kiện khúc xạ xấu Các thay đổi số khúc xạ n cần vài phần triệu đà cã thĨ ¶nh hëng tíi sù lan trun cđa sãng vô tuyến Các giá trị n xấp xỉ (bình thờng 1,00035 ), lúc độ khúc x¹ N: N =( n-1 ) 106 (2.1 ) Sù biến đổi số khúc xạ theo độ cao xuất phát từ thực tế n phụ thuộc vào áp suất P (milibar), nhiệt độ (Kelvin , với áp xuất nớc e ( milibar) chúng thay đổi theo độ cao Đối với tần số lên đến 30 GHZ độ khúc xạ N cho bëi N= 77,6 P/T + 3,73 105 e/T N đơn vị (2.2 ) Biểu thức 5% áp xuất khí nằm 2001100mbar Nhiệt độ 240K 360K tần số vô tuyến nhỏ 30 GHz Số hạng 77,6P/T= N khô 3,73105e/T2 = N ớt Một hệ số có ý nghĩa thăng giảm lan truyền sóng vô tuyến thay đổi cách rộng rÃi số khúc xạ theo độ cao theo thời gian Giả sử hệ số khúc xạ không đổi, lúc sóng vô tuyến cung tròn bán kính r có quan hệ số khúc x¹ n theo: dn  r dh (2.3) ë h độ cao so với mặt đất có đơn vị đo với r bán kính hữu hiệu mặt đất ae thay đổi sè khóc x¹ cho bëi: 1 1 dn     ae a r a d h (2.4) a bán kính đất (6,37.10 3km) bán kính hiệu đất ae lµ: ae= k.a