đồ án kỹ thuật viễn thông Tổng quan về thông tin viba số và Thiết bị viba số FHD 2.2.34

Lời nói đầu Trong sự phát triển của xã hội, thông tin đóng một vai trò hết sức quan trọng. Sự đòi hỏi nhu cầu thông tin phải chính xác, hiệu quả ngày một gia tăng, không những ở thành phố lớn mà ngay cả những vùng nông thôn, vùng núi. ĐiÒu đó khiến thông tin toàn cầu nói chung và ở Việt Nam nói riêng phải luôn phát triển và đòi hỏi nhiều thiết bị thông tin hiện đại, phù hợp với nhu cầu ngày càng tăng của con người trong thời đại mới. Ở Việt Nam tất cả các hệ thống mạng xuyên quốc gia và mạng bưu điện tỉnh đã và đang phát triển với tốc độ rất cao. Số hoá mạng lưới là mục tiêu mà nghành bưu điện đang thực hiện với các công nghệ truyền dẫn số tốc độ cao, dung lượng lớn đang được áp dụng phổ biến đặc biệt là cáp quang. Song bên cạnh đó truyền dẫn bằng vi ba số là không thể thiếu trong mạng quốc gia, bởi nó rất phù hợp với địa hình ở Việt Nam và bởi tính kinh tế cao. Nó được sử dụng để dự phòng cho cáp quang trên các đường trục chính xuyên quốc gia và là công nghệ truyền dẫn chính cho mạng viễn thông nông thôn. Trong giới hạn của cuốn đồ án này em xin trình bày hai nội dung chính sau: Tổng quan về thông tin viba số và Thiết bị viba sè FHD 2.2.34 Với sự chỉ bảo nhiệt tình của thầy giáo hướng dẫn và những kiến thức được trang bị trong quá trình học tập, em đã hoàn thành cuốn đồ án này với nội dung viết về hệ thống viba sè. Do thời gian nghiên cứu và kinh nghiệm có hạn nên cuốn đồ án này sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong được sự chỉ bảo, góp ý của các thầy cô và các bạn. Hà Nội, ngày / / 200 Sinh viên Nguyễn Hùng Cường Lời cảm ơn Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy giáo hướng dẫn Phan Văn Phương cùng toàn thÓ các thầy cô giáo khoa Điện Tử Viễn Thông, Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội đã giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập cũng như giúp em hoàn thành cuốn đồ án tốt nghiệp này. Em xin chân thành cảm ơn Công ty cổ phần viễn thông – tin học bưu điện (CT - IN) thuộc Tổng công ty bưu chính viễn thông Việt Nam, cùng các anh trong phòng kỹ thuật đã tạo điều kiện thuận lợi giúp em hoàn thành cuốn đồ án tốt nghiệp này. Sinh viên Nguyễn Hùng Cường Phần I: Lý thuyết chung Chương I: Tổng quan về thông tin viba sè 1.1. Khái niệm cơ bản về viba sè 1.1.1. Khái niệm: Những năm gần đây, cùng với sự phát triển như vũ bão của công nghệ viễn thông - tin học thế giới, nhiều loại hình dịch vụ phong phú đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con người. Trong đó, hệ thống thông tin vô tuyến ở dải sóng ngắn Ýt kênh không thể đáp ứng với yêu cầu thông tin ngày nay. Chính vì vậy mà hệ thống thông tin nhiều kênh đã phát triển. Hệ thống thông tin nhiều kênh ở dải sóng cực ngắn gọi tắt là thông tin viba. Thông tin là một trong những nhu cầu không thể thiếu đối với con người. Nói đến thông tin cũng đồng thời nói đến sự giao lưu trao đổi tin tức. Mặt khác, cùng với sự phát triển của ngành thông tin nói chung, kỹ thuật thông tin viba cũng phát triển nhanh chóng. Từ hệ thống thông tin tương tự ghép kênh theo tần số và theo thời gian đến nay đã chuyển sang hệ thống thông tin viba số nhiều kênh có độ ổn định cao, thiết bị gọn nhẹ. Bên cạnh các đường thông tin viba đặt trên mặt đất, chúng ta còn sử dụng đường thông tin viba chuyển tiếp qua vệ tinh với cự ly thông tin khoảng vài chục nghìn km. Vì vậy có thể thông tin tại mọi điểm bÊt kỳ trên trái đất với nhau. Khả năng truyền tín hiệu trên đường thông tin viba cũng ngày một đa dạng và phong phú hơn. Hiện nay người ta có thể truyền trên đường truyền thông tin viba các tín hiệu như: thoại, truyền thanh, truyền hình, số liệu, Trong mạng thông tin số, các hệ thống viba số nhận tín hiệu từ tổng đài số hoặc từ các nguồn thông tin số khác (tín hiệu truyền hình đã được mã hoá thành dạng số khác chẳng hạn ), thực hiện điều chế số, sau đó thực hiện trộn tần chuyển phổ tín hiệu đã điều chế số lên tần số vô tuyến công tác rồi truyền đi bằng anten định hướng. Theo dung lượng (tốc độ bit tổng cộng B ở đầu vào) các hệ thống viba số được phân thành: + Các hệ thống dung lượng thấp: B < 10Mb/s. + Các hệ thống dung lượng trung bình: B ∈ (10÷100)Mb/s. + Các hệ thống dung lượng cao: B >100Mb/s. 1.1.2. Định nghĩa viba sè: “Viba số” là một phương thức truyền dẫn sử dụng năng lượng của sóng điện từ có tần số cực cao chứa đựng các nội dung tin tức đã được số hoá, truyền lan trong không gian khí quyển trực tiếp từ Anten nhìn thẳng đến Anten kia. Dải tần của vi ba sè: SHF (Super high frequency ): Miền tần số siêu cao tần Tần sè f = (3 ÷ 30) GHz Bước sóng λ =1 dm đến 1 cm 1.2. Sơ đồ khối tổng quát của viba sè: hình bên a) Khối ghép kênh (Mux-multiplexer). Các máy ghép kênh cơ sở PCM hoặc các luồng số khác có thể ghép chung với nhau để tạo thành một luồng số có tốc độ cao hơn ở cấp bậc cao hơn các thiết bị nhận các luồng số ở đầu vào và kết hợp chúng thành một luồng số có tốc độ bit cao hơn ở đầu ra được gọi là các máy ghép kênh tín hiệu số trong máy ghép kênh cơ sở PCM 30 kênh thoại chứa các khối có chức năng chính sau đây: + khối kênh (channel cards) chứa 30 kênh. + khối giao tiếp 2Mb/s (2Mb/s interface). + khối xử lý báo gọi (signalling processor) b) Khối máy phát (TX-transmitter). Máy phát thực hiện các chức năng chính sau đây: + điều chế sóng mang từ máy ghép kênh tới . + điều tần các kênh nghiệp vụ và giám sát . + khuyếch đại tín hiệu sau khi điều chế để đạt được công suất ở đầu ra theo yêu cầu. Máy phát trong hệ thống viba số băng hẹp có các chức năng chính sau: - khối mạch in băng tần cơ sở phát (Tx baseband PBA) - khối kích thích (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 chính là giải điều chế tín hiệu thu, tín hiệu thu bao gồm các thành phần sau : + luồng số liệu được điều chế . + tín hiệu kênh nghiệp vụ và kênh giám sát . Máy thu trong hệ thống thông tin viba số băng hẹp bao gồm các khối chính sau: + module biến đổi hạ tần (converter module). + module trung tần (IF module). + băng tần cơ 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 và máy phát dùng chung mét anten. Duplexer tham gia chọn lọc và giảm nhỏ nhất nhiễu của kênh lân cận. RF Thu. Läc thu Läc ph¸t RF Ph¸t. Circulator S¬ ®å bé duplexer. Trong bé duplexer gồm có: + bộ lọc phát. + bộ lọc thu. + bộ phân nhánh tín hiệu (circulator). Sóng điện từ được định hướng theo chiều mũi tên. Chương II: TRUYỀN SÓNG 2.1. Phân loại tần số vô tuyến Hiện nay với sự phát triển của công nghệ truyền dẫn và thiết bị thu phát thông tin ngày càng cao và hiện đại với sự ra đời của cáp quang nhưng việc truyền dẫn bằng vi ba là không thể thiếu được trong mạng viễn thông điện tử. Nó là một phần trong thông tin vô tuyến, nó sử dụng khoảng không gian làm môi trường truyền dẫn với phương pháp thông tin là phía phát bức xạ thông tin bằng sóng điện từ ở tần số siêu cao, phía thu nhận sóng điện từ từ phía phát qua không gian và tách lấy tín hiệu gốc: Viba chỉ sử dụng để dự phòng cáp quang trên những trục dọc lớn, và sử dụng chủ yếu cho các trạm thông tin có cự ly ngắn và ở những nơi có địa hình đồi núi hay đảo rất xa đất liền. Một vấn đề lớn đặt ra với thông tin vô tuyến là cơ chế truyền sóng vô tuyến, và việc sử dụng thiết bị truyền thông phụ thuộc vào tần số vô tuyến sử dụng. Theo tiêu chuẩn quốc tế thì băng tần số vô tuyến được phân loại theo bảng sau: BẢNG 1.1: PHÂN LOẠI CƠ CHẾ VÀ SỬ DỤNG SÓNG VÔ TUYẾN Tần sè Phân loại băng Cơ Chế truyền sóng vô tuyến Cù ly thông tin và lĩnh vực sử dông (3 ÷ 30) KHz VHF Sóng đất ÷ Điện ly Thông tin đạo hàng quân sự khắp thế giới 30 ÷ 300 KHz LF Sóng đất 1500km đạo hàng vô tuyến (0.3÷ 3) MHz MF Sóng đất (cự ly ngắn) Sóng trời (cự ly dài) Phát thanh cố định hàng không, đạo hàng, liên lạc nghiệp dư (3 ÷ 30) MHz HF Sóng trời 3÷6 MHz ; thông tin liên lạc địa 6÷30 MHz : thông tin di động, thông tin kinh doanh và nghiệp dư quân sự quốc tế. (30 ÷ 300) MHz VHF Sóng trời, lưu sóng đối lưu Thông tin thực thi, VHF, FM, đa thông tin (0.3 ÷ 3) GHz DHF Sóng trời, lưu sóng đối lưu Rađa, đa thông tin, di động (3÷ 30) GHz 3HF VIBA Sóng trời Thông tin vệ tinh, thông tin cố định ra đa (30 ÷300) GHz EHF mm Sóng trời Thông tin cho tương lai Qua bảng 1.1 ta thấy dải tần được quy định cho viba là (0.3 ÷ 30) GHz. Trên thực tế sóng viba là một sóng có tần số lớn hơn 100 MHz tức là có bước sóng nhỏ hơn 3m. 2.2. Các đường truyền lan sóng vô tuyến Có 2 loại sóng thường thấy trong thực tế là sóng dọc và sóng ngang. Sóng dọc là sóng truyền lan theo phương chuyển động của nó như sóng âm thanh truyền trong không khí. Sóng ngang (phát xạ điện từ ) là sóng truyền lan theo hướng vuông góc với phương chuyển động của nó. Một sóng điện từ trong không gian ba chiều gồm hai thành phần: điện từ E và thành phần từ B hoặc H ( B =µH ). Các thành phần này trực giao với nhau. Các sóng vô tuyến có thể được truyền lan theo các phương thức khác nhau trên mặt đất. Sóng có thể truyền từ Anten phát đến anten thu bằg hai đường chính: - bằng tầng điện ly ( sóng trời ) - Hoặc đi sát mặt đất (sóng đất) Sóng đất bản thân được chia thành hai loại : + Sóng bề mặt + Sóng không gian Đối với sóng không gian có 3 đường để đi qua khoảng cách giữa anten phát và anten thu đó là + Sóng trực tiếp + Sóng phản xạ từ đất + Sóng phản xạ từ tầng đối lưu Sau đây ta xem từng loại sóng một 2.2.1. Các sóng đất Sóng đất là sóng không bị thăng giáng bởi tầng điện ly, tức là sóng bề mặt và sóng không gian. 2.2.1.1. Sóng bề mặt Khi truyền sóng bề mặt năng lượng sóng lướt trên bề mặt đất gần giống như sóng đi dọc theo đường dây. Phương pháp truyền sóng này chỉ sử dụng đối với các tầng vô tuyến tương đối thấp dưới 30MHz. Khi tăng tần số lên thì tiêu hao do đất tăng nhanh, vì tiêu hao phụ thuộc vào hằng số điện dẫn và điện môi Hiệu dụng của đất trên 30 MHz đất có tác dụng như một dây dẫn kém và tiêu hao là quá cao đối với sự truyền lan sóng VHF, UHF, SHF. 2.2.1.2. Sóng không gian Phương thức truyền sóng này hầu như được sử dụng cho tất cả các hệ thống được khảo sát. Sóng truyền trong tầng đối lưu lan rộng đến 10 dặm trên bề mặt đất. Năng lượng sóng truyền từ Anten phát đến Anten thu theo một đường thẳng hoặc phản xạ ở mặt đất hoặc phản xạ từ tầng đối lưu. Sóng không gian là một loại sóng quan trọng trong thông tin VHF, UHF, SHF. Sóng trực tiếp: Sóng này phát xạ trực tiếp từ Anten thu mà không bị phản xạ ơ đâu cả. trong các điều kiện truyền lan bình thường, nó có biên độ lớn hơn so với một sóng bất kỳ nào đén máy thu. Sóng phản xạ đất: Sóng này đến Anten thu sau khi đã để phản xạ một vài lần từ các vật thể xung quanh, sự phản xạ không những chỉ xuất hiện trên mặt phẳng đứng mà có thể xuất hiện trên mặt phẳng ngang. Như vậy sóng bị phản xạ từ một vật cản sẽ lệch so với đường chính. Sóng phản xạ sẽ có biên độ và pha khác với biên độ và pha của sóng trực tiếp. Nếu khoảng cách truyền lớn hơn một số lẻ bước sóng thì ở anten thu sóng phản xạ lệch pha với sóng trực tiếp 180 0 và kết quả triệt tiêu tín hiệu sóng tới đến một mức độ nào đó. Mức độ đó phụ thuộc vào biên độ của sóng phản xạ. Sóng phản xạ tầng đối lưu: Do sù thay đổi chỉ số khúc xạ của không khí theo độ cao so với mặt đất nên sóng có thể bị tạp âm xạ và tuỳ theo góc sóng tới có thể xảy ra phản xạ toàn phần từ tầng đối lưu. trong trường hợp này xuất hiện một biên giới có tác dụng như một bề mặt phản xạ, gửi sóng trở lại mặt đất. Một số tia này sẽ đến được Anten thu, ở đây có thể khử bớt sóng trực tiếp do có sự thay đổi về pha và biên độ gây ra do phản xạ. 2.2.2. Các cơ chế truyền sóng Trong các điều kiện thời tiết quang đãng có 3 loại cơ chế truyền sóng cần được xem xét đó là: - Khúc xạ - Tạp âm xạ - Phản xạ Sau đây chúng ta sẽ xem một vắn tắt các dạng. có thể phân loại các cơ chế truyền sóng thành 2 nhóm: - cơ chế bề mặt: gồm sự truyền lan trong tầm nhìn thẳng - cơ chế khối: sóng đất * Các cơ chế bề mặt: Bề mặt quả đất là việc chủ yếu trong việc phản xạ và tạp âm xạ sóng vô tuyến trái lại bầu khí quyển trên bề mặt trái đất đóng góp chủ yếu vào sự khúc xạ cua sóng. Hiện tượng truyền theo ống dẫn hầu như là nguyên nhân gây giao thoa trên cả 2 đường tầm nhìn thẳng và vượt tầm nhìn (Tán xạ không đối lưu ) có thể xuất hiện ở cả bề mặt và ở các vị trí cao trên 200m so với mặt đất. Trong tất cả các cơ chế bề mặt, truyền sóng xảy ra gần như một đường vòng lớn. * Các cơ chế khối: Các cơ chế này xuất hiện do sự tán xạ trong cấu trúc vi mô của tầng đối lưu và bao gồm tán xạ tầng đối lưu sự thăng giáng chỉ số khúc xạ của tầng khí quyển. Những hạt rắn, lỏng như mưa, mưa đá cũng gây nên tán xạ. Tán xạ do các hạt nhỏ không hạn chế trong đường vòng lớn, nhưng phụ thuộc nhiều vào các đặc tính phát xạ và hình thể tương quan của Anten. sãng trêi sãng ph¶n x¹ ®èi luu tÇng ®èi luu tÇng ®iÖn ly sãng bÒ mÆt sãng truyÒn th¼ng sãng ph¶n x¹ tu ®Êt Hình 1.2 : Đường đi của sóng vô tuyến 2.2.2.1. Khúc xạ Tất cả các sóng điện từ đều bị khúc xạ khi đi qua môi trường có chỉ số khúc xạ này sang môi trường có chỉ số khúc xạ khác. Trong bầu khí quyển sự thay đổi chỉ số khúc xạ hầu như diễn ra một cách từ từ vì mật độ không [...]... Vy ta cú s khi iu ch FSK Lọc thông thấp fask Điều chế Lọc thông dải fo Lọc thông dải Giải điều chế Khôi phục fask S(t) Trong s khi iu ch FSK thng dựng mch dao ng iu khin Hình 1.11-Sơ đồ khối điều chế và giải điều chế ASK bng in ỏp VCO (Voltage Control Osilator) Mi tn s phỏt ra ng vi mt mc in ỏp (mc 0 hoc mc 1).Mch di iu ch thng l b dao ng cng hng hai tn s 3.4 iu pha số PSK (: Phase Shift Keying)... ni B dao ng ni cú th c biu th bng hiu s ca trng thỏi dng súng tớn hiu c ng b mt cỏch cn thn vi tn s v pha ca súng mang thu c S(t) fask Lọc thông Điều chế fo Lọc thông dải Giải điều chế Lọc thông dải Khôi phục Hình kt Sơ đồ 3.2.2 ASK khụng1.7 - hp khối điều chế và giải điều chế ASK fask S(t) Tỏch súng ng bao thc hin n gin hn tỏch súng kt hp vỡ khụng yờu cu s kt hp pha tớn hiu trong quỏ trỡnh tỏch súng... fading chớnh l cỏc fading phng, tỏc ng ch yu n thit k h thng viba số dung lng bộ lm gim u tớn hiu súng mang i qua di tn s V fading la chn, tỏc ng n thit k h thng viba số dung lng cao Cỏc phõn loi nh trờn vi iu kin khong h tuyn phự hp, cho tn hao tp õm x l khụng ỏng k, v vi s phn x t phn chiu n c hn ch, nguyờn nhõn ch yu ca fading trờn cỏc tuyn viba tm nhỡn thng l s bin i bt ng u v ch s khỳc x ca khớ quyn... kờnh thụng tin Thi gian thớch hp c coi l phự hp vi thi gian chuyn mch l 10ms 2.3.5.3 Cõn bng t thớch nghi i vi cỏc h thng s, vic x lý tớn hiu min thi gian cú th l loi tt hn trong 2 loi k thut cõn bng, vỡ nú x lý trc tip vi giao thoa gia cỏc ký hiu Thụng tin iu khin cú th ly ra cn c vo s tng quan giao thoa m nú xut hin ti cỏc thi im quyt nh vi cỏc ký hiu lõn cn khỏc nhau to ra nó Sau ú, thụng tin iu khin... súng mang 180so vi pha trong khong tớn b(t) Số liệu hiu trc ú, khi s nh phõn 1 ó c phỏt i Mỏy thu gii iu ch tin 0 hoặc 1 Acosot nhị phânphõn bng cỏch so sỏnh pha ca tớn hiu thu vi pha trc ú trong Xử lý Điều tc nh b(t) khiển khong trc logic X mức S (t) i b(t-T) Acosot Trễ T (a) n(t) Bộ tích phân và gom Lấy mẫu Lọc giới hạn tạp âm X Mạch Quyết định Trễ T Đồng bộ (b ) Hình 1.15 a) Bộ điều chế DPSK... v: ASK vào Bộ lọc thông thấp Đầu ra nhị phân Cos(ct) Hình 1.13 - Tách sóng BPSK Vỡ khụng cú s hng súng mang ri rc trong tớn hiu BPSK nờn cú th s dng mt PLL ly ra chun súng mang ch khi mt súng mang ch mc thp c phỏt i cựng vi tớn hiu BPSK ny Nu khụng thỡ cú th s dng mt vũng lp Costas hoc mt vũng lp cu phng tng hp chun súng mang t tớn hiu DSB-SC ny tích phân (tc l BPSK) cung cp cho tỏch súng và gom... nhp nhng pha 180 phi mẫu gii quyt.Vn ny vào cú th gii quyt c bng cỏch s dng mó hoỏ vi phõn ti u vo Ra mỏy phỏt v gii mó vi phõn ti u ra mỏy thu Tách X (tc l xỏc sut li thp trong trng hp cú ngỡng cú tỏch súng BPSK ti u tp õm trng ký sinh AWGN) thỡ b lc thụng thp c thay bng mt b lc tớch hp phục Khôi 3.4.2 PSK kt hp (CPSK): sóng mang Đồng bộ Hình 1.14 - Sơ đồ khối bộ điều chế kết hợp PSK Hỡnh 1.14... chu trỡnh vi chu k vi phỳt hình 1.3 sự thay đổi đuờng truyền sóng vô tuyến theo các hệ số khác nhau - Tỏn x vi nhng m ln, mnh cú th do tớn hiu i qua khúi hoc khụng khớ núng - Phn x t mt cu trỳc lp, kt hp vi tớn hiu khỏ n nh cú mc trung bỡnh thay i theo chu trỡnh nh hng nhp nhỏy l mt vn quan trng i vi cỏc tuyn viba dung lng cao hot ng cỏc tn s ln hn 10GHz trong mụi trng thnh ph Nu s dng cỏc anten... hin bt kỡ tiờu hao tp õm no, nu khụng cú mt vt cn trong min Fresnel th nht Ngoi min Fresnel th nht cũn cú mt h Elớp xung quanh ng bao th nht ny, ú l cỏc min Fresnel 2,3,4 chỳng cú nh hng ít n vic to ra tiờu hao nhiu ỏng k vỡ cụng sut tớn hiu cha trong ú quỏ nh Bỏn kớnh ca h Elớp xung quanh ng trc tip thay i dc theo ng truyn c hiu theo: 1/ 2 1/ 2 Fn = [ n. d 1 d 2 /( d1 + d 2 )] = [ n. d1 d 2 / d ] (2.8)... r v cú quan h ch s khỳc x n theo: 1 dn = r dh (2.3) õy h l cao so vi mt t cú cựng n v o vi r bỏn kớnh hu hiu ca mt t ae do sự thay i ca ch s khỳc x cho bi: 1 1 1 1 dn = = + ae a r a d h (2.4) õy a l bỏn kớnh qu t (6,37.10 3km) nu bỏn kớnh hiu ca qu t l ae l: ae= k.a thỡ: k= ae = a 1 1 = a.d n d 1+ 1 + a N 10 6 dh dh (2.5) õy: k l h s bỏn hiu ca qu t d n/dh l gradien ( bin thiờn ) ca ch số khỳc . Tổng quan về thông tin viba số và Thiết bị viba sè FHD 2. 2 .34 Với sự chỉ bảo nhiệt tình của thầy giáo hướng dẫn và những kiến thức được trang bị trong quá trình học tập, em đã hoàn thành cuốn đồ. ngành thông tin nói chung, kỹ thuật thông tin viba cũng phát triển nhanh chóng. Từ hệ thống thông tin tương tự ghép kênh theo tần số và theo thời gian đến nay đã chuyển sang hệ thống thông tin viba. truyền thông tin viba các tín hiệu như: thoại, truyền thanh, truyền hình, số liệu, Trong mạng thông tin số, các hệ thống viba số nhận tín hiệu từ tổng đài số hoặc từ các nguồn thông tin số khác