Giáo trình hệ thống viễn thông

II ------ Giáo trình Hệ thống viễn thông H Hệệ tthhốốnngg vviiễễnn tthhôônngg Baøi 1: TOÅNG QUAN VEÀ CAÙC HEÄ THOÁNG VIEÃN THOÂNG caûm bieán Xöû lyù tín hieäu Keânh truyeàn tai Le lieu Th ho an c t h T ho an ng t in Nguoàn tin qu an gv av ib as o I. Khaùi nieäm : - Heä thoáng vieãn thoâng laø taäp hôïp taát caû caùc phöông tieän kyõ thuaät ñeå truyeàn daãn tin töùc töø nôi phaùt ñeán nôi thu . - Tuøy theo caùc muïc ñích khaùc nhau maø ngöôøi ta coù nhieàu caùch phaân loaïi heä thoáng vieãn thoâng . • Phaân loaïi theo tính chaát coâng vieäc : H TV T Chuyeån maïch ( toång ñaøi ) . Truyeàn daãn ( Vi ba ,veä tinh ) . Vi ba lieân laïc trong phaïm vi ngaén . Veä tinh lieân laïc trong phaïm vi daøi . • Phaân loaïi theo cô cheá truyeàn tin : Heä thoáng ñôn coâng ( Truyeàn tín hieäu theo moät chieàu nhaát ñònh ) . H TV T Heä thoáng song coâng ( Truyeàn tín hieäu hai chieàu cuøng moät luùc ) . Heä thoáng baùn song coâng ( Truyeàn tín hieäu hai chieàu khoâng ñoàng thôøi ) . - Caáu hình cô baûn cuûa moät HTVT : Xöû lyù tín hieäu caûm bieán ngöô c Nhaän tin +Nguoàn tin : Nôi phaùt ra tin töùc caàn truyeàn ñi . + Caûm bieán : Bieán tin töùc thaønh tín hieäu ñieän . + Xöû lyù tín hieäu : Bieán tín hieäu thaønh moät tín hieäu khaùc ñeå truyeàn daït hieäu quaû cao trong truyeàn daãn . + Keânh truyeàn :Ñöôøng truyeàn tín hieäu . Ñoái vôùi caùc HTVT hieän nay coù 3 keânh truyeàn chính . Caùp kim loaïi ( Truyeàn ngaén,toác ñoä truyeàn thaáp ). Voâ tuyeán ( Truyeàn trong khoâng khí ) . Caùp quang ( Cheá taïo baèng thuûy tinh ) . II. Caùc thoâng soá ñaùnh giaù chaát löôïng cuûa caùc HTVT : 1) Ñoä suy hao cuûa ñöôøng truyeàn : Ñoä suy hao : Laø tyû soá giöõa coâng suaát tín hieäu ngoõ vaøo chia cho coâng suaát tín hieäu ngoõ ra . Trong caùc HTVT coâng suaát vaø ñoä suy hao ñeàu tính theo ñôn vò chuaån hoùa laø deciben (dB) . P / PC • Coâng suaát : [p] = 10log 10 Neáu Pc = 1W Neáu Pc = 1mW [p] coù ñôn vò laø dBW . [p] coù ñôn vò laø dBm. • Ñoä suy hao: [A] = 10log Pin Pout 10 = [Pin] - [Pout] ( ñôn vò : dB ) . Vd: Ñoåi 100W ra dBm vaø dBW. TThh..ss LLêê TThhaannhh TTâânn H Hệệ tthhốốnngg vviiễễnn tthhôônngg [P] dBW = 10 log 100 10 [P] dBWm = 10log = 2*10 = 20 dBW 100*10 3 10 = 5*10 = 50 dBm log ba = M ⇒ b = aM bα a = α log ba as log o log aa = 1 log (ab.c ) = log ba + log ca ib b c a log =log ba − log ca av log 1a = 0 qu an gv * Chuù yù Khi coâng suaát tính baèng W taêng gaáp 2 thì coâng suaát tính baèng dB taêng theâm 3 ñôn vò 100W # 20dBW = 50dBm 200W # 23dBW = 53dBm 50W # 17dBW = 47dBm P1 P1 # [P1] = 10log 10 2 P1 2 P1 = 10log 10 P2 = 2P1 ⇒ [P2] = 10log 10 +10 log10 P1 ⇒ [ P1] = 10 log10 tai Le lieu Th ho an c t h T ho an ng t in P1(W) P1*10 P1 [P1]dBm = 10log 10 = 10 log10 + 10 log10 10 3 3 1W # 0 dBW = 30 dBm 2W # 3 dBW = 33 dBm 4W # 6 dBW = 36 dBm 8W # 9 dBw = 39 dBm 16W # 12 dBw = 42 dBm 32W # 15 dBw = 45 dBm 64W # 18 dBw = 48 dBm Vd Ñoåi 11dBW = ( 20 - 9 ) dBw = 100 : 9 = 12,5 W 10W # 10 dBW 100W # 20 dBW 1000W # 30 dBW 10000W # 40 dBW Ñoåi dBm ra mW 17dBm = (20 – 3) = 100 : 2 = 50mW 19dBm = (10 + 9) = 10 * 8 = 80mW 2) Thôøi gian treå : TThh..ss LLêê TThhaannhh TTâânn H Hệệ tthhốốnngg vviiễễnn tthhôônngg 6 − π 100 100 (rad) gv Pha cuûa tín hieäu taïi ñaàu thu π π av ⇒ Ñoä treå pha ωℑ = 100 π * 10 − 4 = ib as o Laø khoaûng thôøi gian maø tín hieäu truyeàn töø nôi phaùt ñeán nôi thu trong caùc heä thoáng vieãn thoâng thôøi gian treå toái ña cho pheùp laø 100ms Tín hieäu taïi ñaàu thu : uR(t) = α uT(t - ℑ ) α : Ñoä suy hao ℑ : Thôøi gian treå vd :Tín hieäu taïi ñaàu phaùt uT (t) = A cos (100 π t + π / 6 ) (t = ms) Xaùc ñònh pha cuûa tín hieäu taïi ñaàu thu caùch nôi phaùt 30km d 3 * 10 4 Thôøi gian treå : ℑ = = = 10 − 4 (s) 8 c 3 * 10 tai Le lieu Th ho an c t h T ho an ng t in qu an 3) Baêng thoâng cuûa heä thoáng : laø khoaûng taàn soá maø ñaûm baûo cho heä thoáng hoaït ñoäng ôû cheá ñoä bình thöôøng . 1 Taàn soá caét : Laø taàn soá maø taïi ñoù ñoä lôïi giaûm ñi laàn (tính theo dB thì ñoä lôïi 2 giaûm 3 laàn) 1/0.7 -3dB fc f fc f Baêng thoâng baèng ñoä roäng phoå (khoaûng thôøi gian giöõa taàn soá nhoû nhaát fmin vaø fmax cuûa tieáng noùi con ngöôøi . Baêng thoâng cuûa heä thoáng (BW) : BW =fmax - fmin (Hz) Ñoái vôùi moät heä thoáng lyù töôûng thì seõ coù baêng coâng baèng ñoä roäng phoå cuûa tín hieäu . 4) Ñoä meùo tín hieäu : Moät heä thoáng tuyeán tính laø heä thoáng coù quan heä giöõa tín hieäu ñaàu phaùt vaø ñaàu thu theo phöông trình ñöôøng thaúng . Heä thoáng phi tuyeán laø heä thoáng coù quan heä giöõa tín hieäu ñaàu phaùt vaø ñaàu thu theo phöông trình ñöôøng cong . Meùo tín hieäu trong heä thoáng phi tuyeán chia laøm hai loaïi : Meùo haøi . Meùo ñieàu cheá töông hoå . + Meùo haøi : f1 f1 ,2f1…. Phi tuyeán Caùc taàn soá 2f1 ,3f1… nf1 goïi laø haøi TThh..ss LLêê TThhaannhh TTâânn H Hệệ tthhốốnngg vviiễễnn tthhôônngg tai Le lieu Th ho an c t h T ho an ng t in qu an gv av ib as o Nhö vaäy haøi laø nhöõng thaønh phaàn taàn soá môùi xuaát hieän ôû ngoõ ra cuûa phi tuyeán vaø coù taàn soá gaáp soá nguyeân laàn taàn soá tín hieäu ngoõ vaøo .Thaønh phaàn haøi coù taàn soá gaáp n laàn ngoõ vaøo goïi laø haøi n laàn . Meùo haøi : laø meùo gaây ra do caùc thaønh phaàn haøi . + Meùo ñieàu cheá töông hoå . Trong maïch phi tuyeán neáu cho tín hieäu ngoõ vaøo coù nhieàu taàn soá thì ôû ngoõ ra ngoaøi caùc thaønh phaàn haøi coøn coù caùc thaønh phaàn khaùc coù taàn soá khoâng gaáp moät soá nguyeân laàn taàn soá ngoõ vaøo . Caùc thaønh phaàn naøy ñöôïc goïi laø saûn phaàm ñieàu cheá töông hoå . Meùo ñieàu cheá töông hoå laø meùo gaây ra do caùc saûn phaåm ñieàu cheá töông hoå . 5) Nhieãu: Laø moät tín hieäu khoâng mong muoán nhöng xuaát hieän trong tín hieäu thu ñöôïc . coù nhieàu caùch phaân loaïi nhieãu khaùc nhau . Phaân theo nguoàn goác : Nhieãu Can nhieãu : xuaát phaùt beân ngoaøi heä thoáng Taïp aâm (tieáng oàn ) : Xuaát phaùt beân trong heä thoáng Phaân theo ñaëc tính taàn soá : Nhieãu traéng : nhieàu thaønh phaàn taàn soá taïo neân Maøu : Moät thaønh phaàn taàn soá taïo neân Phaân loaïi theo caùch thöùc taùc ñoäng cuûa nhieãu Nhieãu coäng tín hieäu caàn thu coäng vôùi tín hieäu nhieãu Nhaân tín hieäu caàn thu vôùi tín hieäu nhieãu Trong caùc heä thoáng vieãn thoâng ñeå ñaùnh giaù chaát löôïng cuûa tín hieäu thu ñöôïc ngöôøi ta thöôøng duøng ñaïi löôïng tyû soá tín hieäu treân nhieãu . S Tín hieäu /nhieãu : vieát taét hay SNR N S PS ⎡ S ⎤ = ; dB = [Ps] – [PN] N PN ⎢⎣ N ⎥⎦ S ngöôøi ta coøn duøng ñaïi löôïng tyû leä Trong caùc heä thoáng soá ngoaøi ñaïi löôïng N bit loãi kyù hieäu BER BER = soá bít loãi / toång soá bít thu ñöôïc III . Tín hieäu vaø phaân tích tín hieäu 1. Khaùi nieäm tín hieäu : Laø moät bieåu hieän vaät lyù cuûa tin töùc noù ñöôïc taïo ra nhôø vaøo boä caûm bieán .Tuøy theo muïc ñích khaùc nhau maø ngöôøi ta phaân chia tín hieäu theo nhieàu caáp , VD : micro ,camera . + Phaân loaïi theo tính lieân tuïc . Tín hieäu Töông töï : truyeàn hình , phaùt thanh . Soá : Ñieän thoaïi di ñoäng . → Tín hieäu töông töï laø tín hieäu lieân tuïc caû veà thôøi gian laån bieân ñoä . TThh..ss LLêê TThhaannhh TTâânn H Hệệ tthhốốnngg vviiễễnn tthhôônngg . ib • TT ttthhhuuu Hieäu quaû neùn tín hieäu cao . as o Tín hieäu soá laø tín hieäu lieân tuïc veà thôøi gian nhöng khoâng lieân tuïc veà bieân ñoä . * Caùc öu ñieåm cuûa tín hieäu soá so vôùi tín hieäu töông töï : • Khaû naêng baûo maät tín hieäu soá toát hôn . • Khaû naê¨ng choáng nhieãu cao ñeå taùch nhieåu Soá thu +∞ ∫ x2(t) dt tai Le lieu Th ho an c t h T ho an ng t in Ex = qu an gv av + Phaân theo tính tuaàn hoaøn : 2 loaïi Tín hieäu tuaàn hoaøn x(t) = x( t-T ) Ngaåu nhieân X(t) = 220sin (100 π t) f = 50hz X(t+0.02) = 220sin[100 π (t+0.02)] = 220sin[100 π t +2 π ] = 220sin 100 π t + Phaân theo naêng löôïng vaø coâng suaát : • Naêng löôïng tín hieäu : Laø tín hieäu coù naêng löôïng höõu haïn 0