Thiết Kế Tuyến Vi Ba Số LỜI MỞ ĐẦU Trong thời đại bùng nổ thông tin và phát triển xã hội như hiện nay thì việc giao lưu mọi mặt giữa các quốc gia trên thế giới, các khu vực hay đơn giản chỉ là các vùng trên cùng một lãnh thổ là rất cần thiết. Việc giao lưu đó có thể diễn trên nhiều phương thức như: thông tin vệ tinh, thông tin quang, hay thông tin vi ba số……Song truyền bằng sóng vô tuyến trên các đường vi ba giữ một vai trò quan trọng, và đựơc sử dụng ở nhiều lĩnh vực khác nhau: phát thanh, truyền tin, an ninh, đồng bộ hay dự phòng…. Ưu điểm nổi bật của hình thức thông tin sóng ngắn hay vi ba số đơn giản chất lượng vẫn đảm bảo…Nhưng nhược điểm của hình thức này là thông tin không ổn định và chịu nhiều ảnh hưởng của môi trường, đặc biệt là hiện tượng fading. Do vậy mà việc thiết kế tuyến vi ba đòi hỏi phải cụ thể và chính xác. Là một sinh viên, việc thiết kế một tuyến truyền vi ba số đã giúp cho em có thêm các kỹ năng về tư duy và kỹ năng thực tế, từ đó giúp chúng em có thể củng cố và mở rộng kiến thức chuyên ngành, đặc biệt là khả năng tính toán, phân tích và xử lý số liệu phù hợp với thực tế. Bài thiết kế được chia làm các phần chính sau: - Tổng quan về hệ thống vi ba số - Nêu lên các yêu cầu thiết kế và trình tự thực hiện thiết kế tuyến - Nêu các tính toán thực tế. - Xây dựng chương trình mô phỏng. Bài thiết kế được thực hiển trong thời gian ngắn, và những hiểu biết còn hạn chế. Do vậy không thể tránh khỏi những sai sót. Qua đây,em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến cô Nguyễn Thị Bích Hạnh đã hướng dẫn em hoàn thành đồ án này. SVTH: Trần Thị Yến Phượng Trang 1
Thiết Kế Tuyến Vi Ba Số CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VI BA SỐ 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG. Cùng với sự phát triển như vũ bão của công nghệ viễn thông – tin học thế giới, với kế hoạch tăng tốc phát triển của ngành Bưu Điện trong giai đoạn 1996 – 2010, mạng lưới viễn thông Việt Nam ngày càng hiện đại hơn, đòi hỏi những người làm chủ mạng lưới phải nắm chắc những kiến thức cơ bản về công nghệ viễn thông hiện đại, trong đó có vi ba số. Ở chương này sẽ giới thiệu những kiến thức cơ bản về lý thuyết truyền dẫn tín hiệu số, các khái niệm và đặc điểm chung của hệ thống vi ba số, phân loại các hệ thống vi ba số, ưu điểm và khuyết điểm của hệ thống vi ba số, các mạng Vi ba số điểm-điểm và điểm-nhiều điểm, điều chế và giải điều chế… Đồng thời cũng cho thấy các cơ sở về sóng vô tuyến – fading. 1.1.1 Vi ba số là gi? Vi ba số là hệ thống thông tin chuyển tiếp mặt đất sử dụng sóng điện từ ở tần số GHz để truyền dẫn thông tin số. Lượng thông tin được truyền dẫn bởi hệ thống vi ba thường là khá lớn (ví dụ : các luồng E1, E3.E4, STM1 .) Vi ba số thuộc nhóm các hệ thống thông tin nhiều kênh. 1.1.2 Cấu trúc một tuyến vi ba số. Hình 1.1 Tuyến vi ba đơn giản nhất bao gồm 2 trạm đầu cuối SVTH: Trần Thị Yến Phượng Trang 2
Thiết Kế Tuyến Vi Ba Số 1.1.3 Vi ba số điểm nối điểm. Mạng vi ba số điểm nối điểm hiện nay được sử dụng phổ biến. Trong các mạng đường dài thường dùng cáp sợi quang còn các mạng quy mô nhở hơn như từ tỉnh đến các huyện hoặc các ngành kinh tế khác người ta thường sử dụng cấu hình vi ba số điểm – điểm dung lượng trung bình hoặc cao nhằm thỏa mãn nhu cầu của các thông tin và đặc biệt là dịch vụ truyền số liệu. Ngoài ra, trong một số trường hợp vi ba dung lượng thấp là giải pháp hấp dẫn để cung cấp trung kế cho các mạng nội hạt, mạng thông tin di động. Hình 1.2 Mô hình của hệ thống vi ba số điểm nối điểm tiêu biểu. MUX/DEMUX : Thiết bị ghép kênh/ phân kênh MOD/DEMOD : Thiết bị điều chế / giải điều chế Tx/Rx : Máy phát / thu vô tuyến 1.1.4 Vi ba số điểm nối nhiều điểm. Mạng vi ba số này ngày càng trở thành phổ biến, nó bao gồm một trạm trung tâm phát thông tin trên một anten đẳng hướng phục vụ cho một số trạm ngoại vi bao quanh. Nếu các trạm ngoại vi này nằm trong phạm vi ( bán kính) truyền dẫn cho phép thì không cần dùng các trạm lặp, nếu khoảng cách xa hơn thì sẽ sử dụng các trạm lặp để đưa tín hiệu đến các trạm ngoại vi. Từ đây, thông tin sẽ được truyền đến các thuê bao. Thiết bị vi ba trạm ngoại vi có thể đặt ngoài trời, trên cột v.v . mỗi trạm ngoại vi có thể được lắp đặt thiết bị cho nhiều trung kế. Khi mật độ cao có thể bổ sung thêm thiết bị, được thiết kế để hoạt động trong các băng tần 1,5GHz – 1,8GHz và 2,4GHz sử dụng một sóng mang cho hệ thống hoàn chỉnh. Hiện nay các hệ thống điểm nối đến đa điểm 19GHz đã được chế tạo và lắp đặt ở Châu Âu để cung cấp các dịch vụ số liệu(Kbit/s) Internet trong mạng nội hạt khoảng SVTH: Trần Thị Yến Phượng Trang 3 RX/TX T đt N ha äp ,d 1, d2 ,h c i N ha äp ,d 1, d2 ,h c i RX/TX MUX/ DEMUX MUX/ DEMUX
Thiết Kế Tuyến Vi Ba Số cách 10Km. Trạm trung tâm phát tốc độ bit khoảng 8,2Mb/s và mỗi trạm sử dụng kỹ thuật TDMA. Hình 1.3 Mô hinh của hệ thống vi ba số điểm nối điểm tiêu biểu 1.2 ĐIỀU CHẾ SỐ. - Để có thể truyền dẫn các thông tin số bằng sóng điện từ, cần phải tiến hành điều chế số. - Điều chế số là kỹ thuật gắn thông tin số vào dao động hình sine (sóng mang), làm cho sóng mang có thể mang thông tin cần truyền đi. - Ta cũng có thể hiểu: điều chế số là sử dụng thông tin số tác động lên các thông số của sóng mang, làm cho các thông số của sóng mang biến thiên theo quy luật của thông tin. - Để có thể truyền dẫn các thông tin số bằng sóng điện từ, cần phải tiến hành điều chế số. Sóng mang hình sine có dạng: SVTH: Trần Thị Yến Phượng Trang 4 RX/TX MUX/ DEMUX MW Sóng vi ba Trung kế Nội hạt TX/RX Trạm trung tâm Trạm ngoại vi 3 Trạm ngoại vi 1 Trạm ngoại vi 2 RX/TX MUX/ DEMUX RX/TX MUX/ DEMUX Sóng vi ba Sóng vi ba
Thiết Kế Tuyến Vi Ba Số x(t) = A cos(2πf c t + þ) - Có ba thông số của sóng mang có thể mang tin : là biên độ (A), tần số (fc) và góc pha (þ). - Do đó, ta có thể tác động lên một trong 3 thông số của sóng mang để có các phương pháp điều chế tương ứng. - Ngoài ra, ta cũng có thể tác động lên một lúc 2 thông số của sóng mang để có phương pháp điều chế kết hợp. 1.2.1 Các phương pháp điều chế số Có các phương pháp điều chế sau : Amplitude – shift keying (ASK) : điều chế khóa – dịch biên độ. Frequency – shift keying (FSK) : điều chế khóa – dịch tần số. Phase – shift keying (PSK) : điều chế khóa – dịch pha. Quadrature Amplitude Modulation (QAM) : điều chế biên độ cầu phương. đây là phương pháp kết hợp giữa ASK và PSK Hình 1.4 Các phương pháp điều chế số a. Điều chế ASK ( 2 ASK) - Mức thấp nhất là ASK hai mức (2 ASK) - Bit 1 nhị phân được biểu diễn bằng một sóng mang có biên độ là hằng số. - Bit 0 nhị phân: không xuất hiện sóng mang. Dạng tín hiêu 2 - ASK SVTH: Trần Thị Yến Phượng Trang 5
Thiết Kế Tuyến Vi Ba Số Hình 1.5 Tín hiệu ASK hai mức Ta có thể tạo ra được 4 ASK, 16 ASK… tuy nhiên các loại điều chế này có khả năng chống nhiễu kém. b. Điều chế FSK (FSK hai mức) - Mức thấp nhất là FSK hai mức (2 FSK, PFSK) - Cả hai bit nhị phân 0 và 1 được biểu diễn ở hai tần số sóng mang khác nhau: c. Dạng tín hiệu 2 - FSK Hình 1.6 Tín hiệu ASK hai mức d. PSK - PSK hai mức (BPSK) - Sử dụng hai góc pha biểu diễn cho 2 bit nhị phân Tín hiệu PSK 2 mức Hình 1.7 Tín hiệu FSK hai mức SVTH: Trần Thị Yến Phượng Trang 6