ĐIỆN tử VIỄN THÔNG viba chuong 1,2 gui sv khotailieu

CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VI BA SỐ Trong hệ thống thông tin siêu cao tần bao gồm: + Hệ thống thông tin vi ba hệ thống thông tin siêu cao tần trạm chuyển tiếp đặt mặt đất + Hệ thống thông tin vệ tinh hệ thống thông tin siêu cao tần trạm chuyển tiếp đặt vệ tinh nằm đất + Thông tin di động giao tiếp viễn thông máy di động MS với trạm thu phát gốc BTS làm việc dải sóng siêu cao tần a CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VI BA SỐ Đặc điểm + Do làm việc dải sóng siêu cao tần nên đảm bảo việc truyền tín hiệu dải rộng + Độ rộng dải tần siêu cao nhiều đài làm việc đồng thời + Hầu khơng bị can nhiễu khí cơng nghiệp + Trong dải sóng SCT dễ dàng tạo hệ thống an ten có tính định hướng cao, búp sóng hẹp nhờ máy phát giảm công suất phạm vi ta triển khai nhiều hệ thống làm việc mà không gây nhiễu lẫn + Triển khai nhanh giá thành rẻ so với hệ thống thông tin dùng cáp (cáp quang cáp đồng trục) việc triển khai hệ thống cáp tốn khu vực đơng dân cư có nhiều cơng trình xây dựng việc triển khai hệ thống2 cáp khó khăn CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VI BA SỐ Đặc điểm + Dễ dàng quản lý hệ thống vi ba giới hạn quản lý phạm vi trạm vô tuyến dọc theo trục (trong hệ thống cáp phải quản lý toàn tuyến cáp đặcbiệt phải đối đầu với nguy đứt cáp) + Dải sóng SCT có nhược điểm truyền chắn tầm nhìn thẳng cự ly khơng q 50 km Vì muốn thông tin xa cần thực chuyển tiếp nhiều lần + Có tốc độ nhỏ nhiều so với hệ thống cáp quang đường trục sử dụng khu vực chưa kéo cáp quang địa hình phức tạp + Chịu tác động đường truyền: hấp thụ nước ôxi, suy hao mưa tượng pha đinh đặc biệt hệ thống băng rộng phải chịu tác động pha đinh đa đường chọn lọc theo tần số.a Băng tần Ký hiệu Đặc tính lan truyền Phạm vi ứng dụng 3-30KHz (Chục km) Tần số thấp (VLF) - Sóng mặt đất - Lan truyền cự ly xa - Mức tạp nhiễu khí lớn ứng dụng nhiều cho thơng tin nước (solar) 30-300KHz (Km) Tần số thấp (LF) - Tương tự VLF bị hấp Vô tuyến hàng hải thụ vào ban ngày 300-3000KHz (Trăm mét) Tần số trung bình (MF) - Sóng mặt đất sóng trời ban Vô tuyến định vị hàng hải, đêm tần số cho cứu hộ vô - Suy hao thấp ban đêm cao vào tuyến quảng bá AM ban ngày - Tạp khí 3-30MHz (Chục mét) Tần số cao (HF) Phản xạ tầng điện ly thay đổi theo Vơ tuyến nghiệp dư; phát sóng thời gian ngày, mùa số quốc tế; thông tin quân sự, hàng không đường dài 30-300MHz (mét) Tần số cao (VHF) Lan truyền theo tần nhìn thẳng Truyền hình VHF, phát (LoS) FM, thông tin đạo hàng AM, thông tin vi ba 0,3-3GHz (dm) Tần số cực cao (ultrahigh Lan truyền theo tầm nhìn thẳng frequency-UHF) 3-30GHz (cm) Tần số siêu cao (superhigh Lan truyền Los, suy hao nhanh theo Thông tin vệ tinh, thông tin vi frequency-SHF) lượng mưa, suy hao khí quyền ba ơxi nước, hấp thụ nước cao 22GHz 30-300GHz (mm) Tần số siêu siêu cao LoS, hấp thụ nước 183GHz Rada, vệ tinh thử nghiệm (Extremely High Frequency hấp thụ ô xi 60 119GHz EHF) 103-107GHz     Hồng ngoại, ánh sáng nhìn LoS thấy tia cực tím Truyền hình UHF, radar, thơng tin vi ba Thông tin quang CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VI BA SỐ CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VI BA SỐ 1.3 Phân loại vi ba số - Theo cự ly liên lạc + Tuyến dài (cự ly liên lạc lớn hon 400km): thường đường trục có dung lượng lớn so sánh với cáp quang Dải tần sử dụng rộng rãi từ đến GHz CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VI BA SỐ + Tuyến ngắn (cự ly liên lạc 400km): dung lượng thấp, thông thường dùng để nối trung tâm chuyển mạch di động Dải tần thường sử dụng khoảng 15 GHz dải tần cho phép thu gọn kích thước an ten thiết bị Do chặng ngắn nên không cần phân tập để chống lại tượng pha đing Nguyên nhân gây gián đoạn liên lạc chủ yếu gây mưa nên cần có hệ số khuyếch đại lớn chặng ngắn Với chặng lớn thường sử dụng dải tần L6GHz, U6GHz 11GHz dung lượng thấp Dải tần không chịu ảnh hưởng pha đing mưa nên bảo đảm cự ly liên lạc xa CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VI BA SỐ - Căn phân loại theo mục đích sử dụng: + Hệ thống viễn thơng riêng ( nội ) mạng thông tin phục vụ cho thông tin riêng, nội quan, đơn vị không dùng để kinh doanh + Hệ thống viễn thông công cộng: hệ thống giành cho đối tượng sử dụng sử dụng để kinh doanh, yêu cầu chất lượng cao, thuận tiện, đơn giản, dễ sử dụng - Căn phân loại theo quy mô mạng: + Mạng nội hạt: phục vụ cho khu vực địa lý, khu vực dân cư ( tỉnh, thành phố) + Mạng quốc gia ( mạng liên tỉnh) phục vụ thông tin vùng, khu vực, tỉnh thành + Mạng quốc tế: dùng để phục vụ thông tin nước - Căn phân loại theo địa lý: + Mạng viễn thông nông thôn: mật độ thưa, không tập trung + Mạng viễn thông thành phố: mật độ dày đặc, tập trung nhiều - Căn phân loại theo phương pháp xử lý truyền dẫn tín hiệu: + Hệ thống viễn thơng tương tự + Hệ thống viễn thông số Chủ yếu vào viễn thông công cộng, viễn thông số a CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VI BA SỐ Các tiêu chất lượng hệ thống vi ba: Đối với hệ thống thông tin số tại, tín hiệu số tín hiệu nhận giá trị tập hữu hạn giá trị có có thời gian tồn hữu hạn Khi tập giá trị có tín hiệu gồm hai phần tử hệ thống gọi nhị phân tín hiệu gọi bít Gọi giá trị bít thứ k Dk thời gian tồn Tk (Tk =T số với k) Ở đầu thu tín hiệu khơi phục lại có độ rộng k, kạ Dk tín hiệu thứ k gọi bị lỗi, kạ T tín hiệu thứ k gọi có jitter Cũng hệ thống truyền dẫn số khác, tiêu chất lượng hệ thống vi ba số xác suất bít lỗi jitter (rung pha hay gọi trượt số tài liệu) Xác suất lỗi bít BER (Bit-Error Ratio) định nghĩa là: BER=P{kạ Dk}, với P{.} xác suất (1.1) Khi k= T+dT gọi jitter (1.2) Tuỳ loại dịch vụ mà hệ thống có đòi hỏi khác BER jitter Đối với hệ thống truyền thoại, yêu cầu BER10-3 Các phút suy giảm chất lượng khoảng thời gian phút BER > 10-6 Tính khơng khả dụng hệ thống khoảng thời gian làm việc được, bắt đầu BER >10-3 giây kéo dài 10 s liên tiếp (10 s khoảng thời gian không làm việc được) Thời gian không làm việc kết thúc BER 4/3 vùng khí hậu nóng ẩm, trường hợp gọi siêu khúc xạ, đặc biệt dM/dh tiến gần đến 0, dN/dh gần đến - 157 đơn vị N/km tia song song bề mặt trái đất, lượng truyền xa Hiện tượng dẫn đến pha-đing nhiễu xạ Trong thiết kế tuyến vô tuyến tiếp sức thường chọn K khoảng [1,1 1,6] tuỳ thuộc vào điều kiện địa lý Trong điều kiện cá biệt giá trị k nhỏ k → vô cùng, nhiên điều kiện xẩy ra, có thời gian xuất khơng đáng kể Dạng hình học tia sóng với giá trị khác k cho 54 hình vẽ CHƯƠNG 3: LAN TRUYỀN SÓNG VÀ HIỆN TƯỢNG PHA ĐINH Sự truyền dẫn sóng cực ngắn qua khí trộn (well-mixed) Hiện tượng thiểu khúc xạ siêu khúc xạ: 55 CHƯƠNG 3: LAN TRUYỀN SÓNG VÀ HIỆN TƯỢNG PHA ĐINH Sự truyền dẫn sóng cực ngắn qua khí trộn (well-mixed) Hiện tượng ống sóng Đây trường hợp đặc biệt khúc xạ sóng Trong điều kiện đó, hai lớp khí có mật độ khơng khí nhau, hình thành hai lớp lớp khí có mật độ khơng khí khác hẳn Điều tương tự hình thành ống dẫn sóng mà tia sóng phát với góc tới truyền dẫn "ống sóng", làm cho tia sóng bị lạc theo hướng khác mà không đến điểm thu Ống sóng thường xẩy vùng có vĩ độ thấp, mật độ khơng khí cao, vị trí gần mặt nước có nhiệt độ thay đổi thường xuyên với tốc độ thay đổi nhanh Hiện tượng hình 56 CHƯƠNG 3: LAN TRUYỀN SÓNG VÀ HIỆN TƯỢNG PHA ĐINH Sự truyền dẫn sóng cực ngắn qua khí trộn (well-mixed) Hiện tượng ống sóng n0 nv Tia LOS n0 Hình Hiện tượng ống dẫn sóng 57 b Hiện tượng nhiễu xạ (difraction) Hiện tượng nhiễu xạ tượng sóng vơ tuyến bị uốn cong quanh vật cản vật cản có đỉnh nhọn hay bề mặt có dạng hình cầu Tính chất nhiễu xạ phụ thuộc vào kích thước chướng ngại vật bước sóng vơ tuyến chúng gây tiêu hao gọi tiêu hao nhiễu xạ Như biết miền Fresnel thứ chứa hầu hết công suất tín hiệu đến máy thu Nếu tồn vật thể rìa miền Fresnel thứ tia phản xạ ngược pha với tia trực tiếp điểm thu gây suy giảm tín hiệu điểm thu Trong thực tế khơng có vật cản miền Fresnel thứ khơng có tiêu hao tạp âm phản xạ Các miền Fresnel thứ 2, 3, … ảnh hưởng đến việc tạo tiêu hao nhiễu xạ cơng suất chứa miền khơng đáng kể 58 Bán kính họ elip xung quanh đường trực tiếp thay đổi dọc theo đường truyền biểu diễn theo công thức: nd1 d Fn 17,3 fd n = 1,2,3 [m] Trong đó: f: Là tần số cơng tác, tính (GHz) d1: Là khoảng cách từ điểm phản xạ tới điểm đầu (cuối), tính (km) d2: Là khoảng cách từ điểm phản xạ tới điểm cuối (đầu) tính (km) d: Là khoảng cách từ ăng-ten phát tới ăng-ten thu tính (km) Đối với loại địa hình khác chắn miền Fresnel thứ có tổn hao nhiễu xạ khác Các loại địa hình mặt đất phẳng, hình nêm, hình tròn… Đới Fresnel Đới Fresnel1 d d1 F1 tia LOS H0 d2 Hình 7: Điểm đặc biệt địa hình nằm khơng gian truyền sóng 59 Tổn hao nhiễu xạ vật chắn hình nêm Với vật chắn lý tưởng hố giống nêm có đầu nhọn ta tính tốn tổn hao nhiễu xạ gần sau: 60 Hình 10 Vật chắn hình nêm Tham số hiểu tham số đặc trưng cho cho tham số hình học lựa chọn xác định theo phương trình sau 61  h.  /  .1 / d1  / d           1 / d1  / d     2h. /   1/ 1/ 1/   2d   /   1/ Trong h độ cao đỉnh vật chắn so với đường nằm ngang tia sóng nối hai điểm đầu cuối Nếu vật chắn hình h âm d1, d2 khoảng cách đến hai đầu cuối đường truyền tính từ vật chắn d độ dài đường truyền d=d1+d2 θ góc nhiễu xạ tính radian dấu dấu h 1, 2 góc xác định hình 10 có dấu theo dấu h Tất tham số h, d θ biểu thị đơn vị 62 Với tham số γ >-1 tổn hao nhiễu xạ gây vật chắn hình nêm tính gần theo hai công thức sau: L() 13  20 lg   dB xác xác định tổn hao nhiễu xạ theo cơng thức:  L() 6,4  20 lg    1 1/    dB 63 Bài tập: Cho đường truyền dẫn vi ba có độ dài 50 km Một dãy núi cắt ngang đường truyền (có thể coi gần vật cản hình nêm) nằm cách trạm 30 km có độ cao 100m so với mặt nước biển Tính tổn hao nhiễu xạ gây dãy núi Độ cao hai an ten 70m so với mực nước biển Hệ số bán kính trái đất hiệu dụng k=4/3, tần số = 3Ghz 64 Tổn hao nhiễu xạ gây vật chắn tròn a Hình 11 Vật chắn hình tròn đường truyền 65 L(r )  L()  T (  )  Q( X ) L(γ) xác định giống vật chắn hình nêm với hệ số a   sin( / 2) 2( d a  R. / 2).( d b  R. / 2) /( d ) / Các tham số xác định hình vẽ 11 T(ủ) tổn hao mặt cong vật chắn T (  ) 7,2     3,6   0,8   da  db  R   1/   d a  d b (R /  )  1/ Q(X) tổn hao tính theo cơng thức  T (  ) X /   Q ( X )  12,5 X 17 X   29 lg X     X 0  X 4 X 4 66 X  R /   1/     /  1/ .    a Tổn hao nhiễu xạ với địa hình trung bình Tổn hao nhiễu xạ gây địa hình trung bình xác định Theo cơng thức sau: L  20.F / F1  10 Đây công thức thiết lập dựa kinh nghiệm thiết kế F1 bán kính miền Fresnel thứ Đại lượng F/F1 khoảng hở chuẩn hoá 67 ... theo phương pháp xử lý truyền dẫn tín hiệu: + Hệ thống viễn thông tương tự + Hệ thống viễn thông số Chủ yếu vào viễn thông công cộng, viễn thông số a CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VI BA SỐ Các tiêu chất... phục vụ thông tin vùng, khu vực, tỉnh thành + Mạng quốc tế: dùng để phục vụ thông tin nước - Căn phân loại theo địa lý: + Mạng viễn thông nông thôn: mật độ thưa, không tập trung + Mạng viễn thông. .. theo mục đích sử dụng: + Hệ thống viễn thông riêng ( nội ) mạng thông tin phục vụ cho thông tin riêng, nội quan, đơn vị không dùng để kinh doanh + Hệ thống viễn thông công cộng: hệ thống giành