Điện tử viễn thông chapter 7 DRT NVD khotailieu

Chương 7: Thiết bị hệ thống truyền dẫn vô tuyến số Chương THIẾT BỊ VÀ HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN VÔ TUYẾN SỐ 7.1 GIỚI THIỆU CHUNG Các chủ đề trình bầy chương √ Sơ đồ khối chung hệ thống thu phát số √ Ngẫu nhiên hóa √ Khơi phục sóng mang √ Khơi phục định thời ký hiệu √ Cân miền thời gian miền tần số √ Bộ trộn √ Các kiến trúc vô tuyến √ Các vấn đề chung quy họach tần số truyền dẫn vô tuyến số √ Các cấu hình hệ thống truyền dẫn số Mục đích chương √ Hiểu sơ đồ khối chung thiết bị truyền dẫn vô tuyến số √ Hiểu hoạt động phần tử thiết bị truyền dẫn số √ Thiết kế đơn giản phần tử thiết bị vô tuyến số √ Nắm vấn đề chung quy hoach tần số cho hệ thống truyền dẫn số √ Hiểu hoạt động cấu hình vơ tuyến số √ Thiết kế cấu hình vơ tuyến cho hoạt động cụ thể hệ thống vơ tuyến số 7.2 CẤU HÌNH HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN VÔ TUYẾN SỐ Sơ đồ khối tổng quát thống thu phát vô tuyến số cho hình 7.1, hình cho thấy hệ thống vô tuyến số bao gồm khối sau đây: Ghép kênh Khối băng tần gốc Khối MODEM (điều chế giải điều chế) Khối khuyếch đại IF (trung tần) Khối khuyếch đại RF (vô tuyến) Khối ghép song công Duplexer Tại phía phát: Các nguồn số phát Si ghép chung ghép luồng Luồng ghép ghép chung với luồng điều khiển từ khối khai thác Radio mux (ghép luồng vơ tuyến), sau luồng ghép chung đưa lên mã hóa kênh Luồng số đầu mã hóa kênh ngẫu nhiên hóa ngẫu nhiên hóa (Scrambler) Sau ngẫu nhiên hóa luồng số điều chế sóng mang trung tần phát (IF: intermediate frequency) Dao động sóng mang tạo dao động nội phát thứ (TLO1) Tín hiệu điều chế trung tần khuyếch đại khuyếch đại trung tần phát, sau chuyển đổi vào tín hiệu tần số vơ tuyến (RF: radio frequency) biến đổi nâng tần (Up converter) Tại tín hiệu trung tần trộn với tín hiệu đến từ dao động nội phát TLO2 để tín hiệu tần số vơ tuyến RF (gọi tắt tín hiệu vơ tuyến) Tiếp theo, tín hiệu vơ tuyến đưa lên khuyếch đại vơ tuyến Sau tín hiệu vơ tuyến đưa qua cách ly siêu cao tần, nhiệm vụ cách ly chống tín hiệu phản xạ ngược (tín hiệu phản xạ ngược có -208- Chương 7: Thiết bị hệ thống truyền dẫn vô tuyến số thể lớn đầu khuyếch đại bị hở mạch làm hỏng khuyếch đại RF) Sau cách ly tín hiệu vơ tuyến đưa qua lọc phát siêu cao tần để đặt phổ tín hiệu vơ tuyến vào băng thơng quy định nhằm tránh gây nhiễu cho thiết bị thu phát khác Để ghép chung vào anten với tín hiệu thu, circulator sử dụng Circulator van ferrit siêu cao tần, cho sóng siêu cao truyền theo chiều (chiều mũi tên hình vẽ) Tín hiệu đầu lọc phát siêu cao tần theo chiều mũi tên vào anten phát xạ ngồi Một phần tín hiệu tiếp vào lọc SCT thu, bị phản xạ ngược trở lại vào chiều mũi tên đến điện trở 50Ω bị hấp thụ điện trở (điện trở 50Ω có giá trị trở kháng sóng cáp nối tần số vô tuyến để đạt phối hợp trở kháng) Hình 7.1 Sơ đồ khối tổng quát hệ thống thu phát vơ tuyến số Tại phía thu: Sóng vô tuyến thu từ anten qua circulator theo chiều mũi tên đưa đến lọc thu siêu cao tần SCT Sau lọc thu SCT tín hiệu vô tuyến đưa đến khuyếch đại tạp âm thấp (LNA: Low noise amplifier) Nhiệm vụ LNA khuyếch đại tín hiệu thu làm giảm tỷ số tín hiệu tạp âm (SNR: signal to noise ratio) Sau LNA, tín hiệu thu đưa đến biến đổi hạ tần (Down converter) để chuyển tần số tín hiệu thu từ tần số vơ tuyến RF vào tần số trung tần thu IF Tại biến đổi -209- Chương 7: Thiết bị hệ thống truyền dẫn vơ tuyến số hạ tần tín hiệu thu RF trộn với tín hiệu đến từ dao động nội thu RLO2 đầu tín hiệu thu IF Tiếp theo tín hiệu thu IF đưa lên khuyếch đại trung tần thu để khuyếch đại đến mức cần thiết cho tầng sau Để giảm ảnh hưởng phađinh gây đầu vào máy thu, khuyếch đại IF thu tự động điều chỉnh hệ số khuyếch đại tùy theo mức tín hiệu đầu vào (dải điều chỉnh lên đến 80dB) Quá trình tự động điều chỉnh khuyếch đại gọi tự điều khuyếch (AGC: Automatic Gain Control) Ngồi ra, khuyếch đại IF thu có mạch điều chỉnh méo pha biên tín hiệu thu méo đặc tính pha tần biên tần đường truyền dẫn gây Sau khuyếch đại trung tần thu, tín hiệu thu đưa lên giải điều chế Đầu giải điều chế đưa lên giải ngẫu nhiên (Descrambler) Sau luồng số thu đưa lên giải mã kênh, phân kênh vô tuyến (Radio Demux) Tại phân kênh vô tuyến luồng lưu lượng luồng điều khiển tách riêng Luồng điều khiển đưa lên khối khai thác để điều hành hệ thống luồng lưu lượng đưa đến phân luồng Bộ phân luồng phân chia luồng tổng đến nơi nhận (Di) 7.3 XỬ LÝ TÍN HIỆU VÀ CÁC PHẦN TỬ CỦA THIẾT BỊ VƠ TUYẾN SỐ 7.3.1 Ngẫu nhiên hóa Ở vô tuyến số luồng số trước đưa lên điều chế sóng vơ tuyến ngẫu nhiên hố lý sau: √ Tăng thêm chuyển đổi mức luồng số để dễ dàng khôi phục lại đồng hồ từ tín hiệu thu Điều cần thiết để tái sinh lại luồng số thu √ Làm cho phổ tín hiệu vơ tuyến sau điều chế tập trung đồng vùng, tránh tình trạng phổ vạch dẫn đến khoá pha nhầm đầu thu √ Trong số trường hợp, ngẫu nhiên hoá kênh vô tuyến khác giảm nhiễu kênh chúng làm việc tần số gần Ngẫu nhiên hoá thực theo hai phương pháp: √ Ngẫu nhiên hoá đồng (hay ngẫu nhiên hoá khởi động lại) √ Ngẫu nhiên hoá dị (hay gọi ngẫu nhiên hố tự đồng bộ) Nguyên tắc chung hai phương pháp ngẫu nhiên hố nói luồng số cần phát cộng modul-2 với luồng số nhị phân giả ngẫu nhiên (PRBS: Pseudo Random Binary Sequence) tạo từ tạo mã giả ngẫu nhiên Các tạo mã giả ngẫu nhiên xây dựng sở đa thức tạo mã có cấu trúc chuỗi flip-flop mắc nối tiếp với hay ghi dịch có dạng tổng qt cho hình 7.2 g1 g m −1 g2 gi = gi = Hình 7.2 Sơ đồ tạo chuỗi giả ngẫu nhiên Bộ tạo chuỗi giả ngẫu nhiên hình 7.2 xác định đa thức thức tạo mã sau: g(x) = x m + g m−1x m −1 + +g1x + (7.1) -210- Chương 7: Thiết bị hệ thống truyền dẫn vơ tuyến số gi=0 tùy thuộc vào vị trí khóa hình 7.2 mở hay đóng Số phần tử nhớ ghi dịch xác định độ dài chuỗi PRBS Nếu đa thức tạo mã chọn hợp lý (đa thức nguyên thủy), độ dài chuỗi PRBS đạt giá trị cực đại bằng: N = 2m −1 Có hai sơ đồ ngẫu nhiên hóa: Ngẫu nhiên hóa đồng (khởi động lại) ngẫu nhiên hóa dị (tự đồng bộ) Nguyên lý hoạt động ngẫu nhiên hố tự đồng cho hình 7.3 g(x) = x m + x m −1 + Hình 7.3 Ngẫu nhiên hóa tự đồng Trong ngẫu nhiên hoá tự đồng luồng số phát thu tham gia vào trình tạo chuỗi giả ngẫu nhiên Trên hình 7.3: A luồng số cần phát; C tín hiệu điều khiển tạo từ tạo PRBS; S luồng số sau ngẫu nhiên hố đa thức tạo mã có dạng: g(x) =1 + x m −1 + x m (Lưu ý + theo mod-2) nên: C = S ( x m −1 + x m ) tín hiệu sau ngẫu nhiên hố có dạng ( S = A + C = A + S x m −1 + x m ) Nếu số liệu ổn định, sau qua cộng modul-2 trở thành giả ngẫu nhiên Tuy nhiên, có ngoại lệ: số liệu giống chuỗi giả ngẫu nhiên kết cộng modul2 cho chuỗi toàn Tất nhiên, xác suất xẩy trường hợp không lớn Chẳng hạn, m=7 N=2m-1= 127, xẩy trường hợp mẫu tín hiệu phải chứa 127 bit giống chuỗi giả ngẫu nhiên Xác suất xẩy trường hợp số 2127 nhỏ Trong số trường hợp, để tránh trường hợp ngẫu nhiên hoá phải nhẩy đến tổ hợp khác ghi Ở phía thu ta nhận luồng số sau giải ngẫu nhiên sau: ( A = S + C = S + x m −1 + x m ) -211- Chương 7: Thiết bị hệ thống truyền dẫn vô tuyến số Vậy, bit luồng thu S bị mắc lỗi lỗi xẩy ba lần luồng số sau giải ngẫu nhiên Hiện tượng nhân lỗi nhược điểm sơ đồ ngẫu nhiên hoá tự đồng Ưu điểm loại sơ đồ đơn giản sơ đồ đồng Sơ đồ ngẫu nhiên hoá đồng cho hình 7.4 Trong sơ đồ này, tạo PRBS phía phát lẫn phía thu định kỳ khởi động lại g(x) = x m + x m −1 + Hình 7.4 Ngẫu nhiên hóa đồng Nếu luồng số phát chứa ký hiệu đồng định kỳ, chẳng hạn tín hiệu đồng khung luồng số, ta dùng tín hiệu làm tín hiệu khởi động lại cho tạo PRBS phía phát lẫn phía thu Khác với ngẫu nhiên hố tự đồng bộ, ngẫu nhiên hố đồng tín hiệu PBRS tạo cách độc lập khơng có tham gia luồng số phát không xẩy nhân lỗi Nhược điểm ngẫu nhiên hố số liệu truyền khơng “suốt” phải có mốc đồng Ưu điểm tránh suy thối chuỗi nhị phân giả nhẫu nhiên vào chuỗi tồn khơng khơng xẩy nhân lỗi 7.3.2 Khơi phục sóng mang Trong phần ta xét số phương pháp khôi phục sóng mang để giải điều chế qn cho tín hiệu điều chế PSK Tồn hai phương pháp khôi phục sóng mang điển hình: • Khố pha vòng nhân pha • Khố pha vòng Costas Ngun tắc chung mạch khơi phục sóng mang là: trước hết loại trừ phụ thuộc pha tín hiệu thu vào tín hiệu điều chế, sau dùng để khố pha cho dao động nội 7.3.2.1 Khóa pha vòng nhân pha -212- Chương 7: Thiết bị hệ thống truyền dẫn vô tuyến số Sơ đồ khối khơi phục sóng mang khố pha vòng nhân pha cho tín hiệu BPSK cho hình 7.5 2× ϕ cos  × ( 2πf c t + θ ' )  cos ( 2πf c t + θ ' ) ϕ/2 2× ϕ Hình 7.5 Sơ đồ khơi phục sóng mang cho điều chế BPSK vòng khóa pha nhân Tín hiệu BPSK thu Acos ( 2πf c t+(i-1)π + θ ) đưa qua lọc thông băng BPF nhân pha hai lần: y′ ( t ) = A cos ( 4πf c t + ( i − 1) π + 2θ ) = A cos ( 4πf c t + 2θ ) (7.2) đó: i=1,2 θ góc pha ban đầu tín hiệu thu tín hiệu đưa đến từ VCO Từ phương trình (7.2), cho thấy thành phần điều chế pha loại bỏ Sau lọc thơng băng thứ hai nhân với tín hiệu nhân pha hai lần từ dao động điều khiển điện áp (VCO: voltage controlled oscillator): y′′ ( t ) = A cos ( 4πf c t + 2θ ) cos ( 4πf c t + 2θ′ ) = A / 2.cos ( 8πf c t + 2θ + 2θ′ ) + A / 2.cos ( θ - θ′ ) (7.3) θ' góc pha ban đầu tín hiệu VCO Sau lọc thông thấp ta điện áp sai pha đưa lên hiệu chỉnh cho tần số dao động nội VCO sau: Ve ( t ) = A / 2.cos2 ( θ - θ′ ) (7.4) Quá trình điều chỉnh pha dẫn đến sai pha 2(θ-θ') tiến tới không kết cuối có sóng mang khơi phục có pha với pha phía phát Có thể áp dụng sơ đồ cho M-PSK với vòng khố pha nhân pha M lần (xem phụ lục 3C) 7.3.2.2 Khơi phục sóng mang khố pha vòng Costas Sơ đồ khối vòng khố pha Costas cho hình 7.6 -213- Chương 7: Thiết bị hệ thống truyền dẫn vô tuyến số cos ( 2πf c t + θ ') − sin ( 2πf c t + θ ') Hình 7.6 Sơ đồ khơi phục sóng mang cho M-PSK vòng khóa pha Costas Khác với sơ đồ vòng nhân pha, sơ đồ điện áp sai pha tách xử lý băng gốc sau thực tách sóng Tín hiệu sau lọc thơng thấp LPF cho BPSK (hình 7.6a) xác định sau: u1 ( t ) = A / 2.cos ( i-1) π + θ- θ′  (7.5) u ( t ) = A / 2.sin ( i-1) π + θ- θ′  (7.6) i=1,2 θ, θ' góc pha ban đầu tín hiệu thu VCO Sau nhân lọc vòng thông thấp điện áp sai pha xác định sau: Ve ( t ) = A / 8.sin  ( i-1) π + ( θ- θ′ )  = A / 8.sin  ( θ- θ′ )  (7.7) Tín hiệu sai pha đưa lên để đồng chỉnh lại dao động VCO để sai pha trở nên nhỏ Từ (7.7) ta lại thấy trình xử lý pha, thành phần pha điều chế loại bỏ nhờ nhân pha hai lần Trong sơ đồ M-PSK M-QAM (7.6b) thành phần loại bỏ nhờ nhân pha bốn lần So với sơ đồ nhân pha M lần, khoá pha vòng Costas thực vùng tần số thấp nên có mạch điện đơn giản hơn, M tăng 7.3.2.3 Mã hoá vi sai Đảm bảo độ đánh giá xác pha cao vấn đề khó hai sơ đồ Phương pháp để giải vấn đề mã hoá vi sai cho luồng số trước đưa lên điều chế Trong phương pháp thông tin luồng số truyền giá trị -214- Chương 7: Thiết bị hệ thống truyền dẫn vô tuyến số trạng thái pha tuyệt đối sóng mang mà dạng "bước nhẩy pha" Để vậy, pha sóng mang M-PSK M-QAM điều chế sau: θ ( t ) = θ ( t − T ) + ∆θ, ∆θ = θ ( t ) − θ ( t − T ) (7.8) đó: θ(t-T) trạng thái pha tín hiệu điều chế ký hiệu trước; θ(t) trạng thái pha tín hiệu điều chế thời; T độ rộng ký hiệu; ∆θ hiệu số pha mang thông tin luồng số điều chế Tại phía thu cách sử dụng giải mã vi sai ta lấy hiệu số pha xác: ∆θ = θ′ ( t ) − θ′ ( t − T ) (7.9) θ'(t) θ'(t-T) ước tính pha thời điểm xét thời điểm trước máy thu Nhờ vậy, ta khơi phục lại xác luồng số mà khơng cần độ xác ước tính pha cao Sơ đồ khối mã hoá giải mã vi sai cho QPSK cho hình 7.7 Nguyên lý hoạt động sơ đồ hình 7.7 dựa bảng 7.1 7.2 Hình 7.7 Sơ đồ mã hóa giả mã vi sai cho QPSK A 0 1 Bảng 7.1 B 1 θ(t) π/2 π 3π/2 u1(t) 0 1 Bảng 7.2 U2(t) 1 ∆θ π/2 π 3π/2 Các sơ đồ sử dụng mã hoá vi sai phía phát giải mã vi sai phía thu với khơi phục sóng mang gọi điều chế vi sai quán Mã hoá vi sai làm tăng thêm xác suất lỗi ký hiệu, việc xuất lỗi ký hiệu thời điểm xét kéo theo lỗi ký hiệu thời điểm sau 7.3.3 Khôi phục định thời ký hiệu Việc đồng ký hiệu phát thu thực theo ba cách: Phát riêng đồng hồ, nhiên cách tốn công suất chiếm phổ -215- Chương 7: Thiết bị hệ thống truyền dẫn vô tuyến số Dùng mạch tách sóng khơng qn để lấy đồng hồ, đồng hồ thường ổn định sóng mang, cách phức tạp Khơi phục đồng hồ sau giải điều chế, cách tránh nhựơc điểm cách Dưới ta xét sơ đồ đồng mở cổng sớm-muộn hình 7.8 làm ví dụ Hình 7.8a cho thấy sơ đồ đồng gồm hai nhánh tính tương quan: nhánh mở cổng sớm xung định thời s(t+δ) nhánh mở cộng muộn xung định thời s(t-δ) Các nhánh lấy mẫu thời điểm T Sau lấy giá trị tuyệt đối, ta đầu hai nhánh tính tương quan sau: T y1 = ∫ s(t + δ)d(t ± τ)dt (7.10) T y = ∫ s(t − δ)d(t ± τ)dt (7.11) đó: s(t) xung định thời; δ dịch thời cho xung định thời để mở cổng sớm hay muộn nhánh tính tương quan; d(t) số liệu nhận từ khối xử lý băng tần gốc; τ dịch thời số liệu so với định thời (+ định thời muộn, - định thời sớm) Khi định thời τ=0 (xem hình 7.8b), trường hợp ta có: T T −δ 0 T T δ y1 = ∫ s(t + δ)d(t)dt = ∫ s(t + δ)d(t)dt =(T-δ) y = ∫ s(t − δ)d(t)dt = ∫ s(t − δ)d(t)dt =( T-δ) (7.12) Như điện áp sai lỗi Ve= y1 − y =0 (các hình gạch chéo hình 7.8b) Nếu định thời sớm -τ≠0 (xem hình 7.8c), ta có: T T −δ τ y1 = ∫ s(t + δ)d(t − τ)dt = T y = ∫ s(t − δ)d(t)dt = ∫ s(t + δ)d(t − τ)dt =(T-δ-τ) T ∫ s(t − δ)d(t − τ)dt =( T-δ+τ) (7.13) δ−τ Như điện áp sai lỗi Ve= y1 − y =-2τ (các hình gạch chéo hình 7.8c) Sau lọc vòng điện áp sai lỗi điều chỉnh định thời muộn cho dao động điều chỉnh điện áp (VCO) -216- Chương 7: Thiết bị hệ thống truyền dẫn vô tuyến số T ∫ (.)d t T ∫ ( ) d t | y1 | | y1 | | y2 | | y2 | Hình 7.8 Sơ đồ khơi phục đồng hồ mở cổng sớm-muộn (a); xung vào lọc phối hơp (b); xung lọc phối hơp (c) 7.3.4 Các cân tín hiệu Các cân tín hiệu như: Bộ cân miền thời gian, cân miền tần số xét chương 7.3.5 Các trộn Các trộn phần tử sơ đồ điều chế, giải điều chế chuyển đổi tần số Tồn số cấu hình trộn, cấu hình có ưu điểm riêng phù hợp với ứng dụng cụ thể Trong phần ta xét nguyên lý trộn áp dụng trộn cho biến đổi hạ tần có loại trừ tần số ảnh 7.3.5.1 Nguyên lý chung Các trộn hoạt động dựa tính phi tuyến đặc tính Vơn-Ampe (hình 7.9a) Quan hệ dòng điện diode với điện áp xác định theo cơng thức: i = α1v + α v + α3 v3 + ⋯ (7.14) điện áp thuận (hình 7.9b), i = α1v − α v + α3 v3 −⋯ (7.15) điện áp ngược (hình 7.9b), đó: v = VRF cos ( ωt ) ± VLO cos ( ωt ) (7.16) -217- Chương 7: Thiết bị hệ thống truyền dẫn vô tuyến số Thành phần tần số ảnh (thường ký hiệu ωI) thành phần có tần số đối xứng với thành phần có tần số ωRF theo kiểu ảnh gương (xem hình 7.11a) Tần số lọc trung tần đầu trộn có nhiêm vụ lọc thành phần trung tần tín hiệu hữu ích để đưa đến khyếch đại trung tần Trong trường hợp tín hiệu nhiễu có tần số tần số ảnh hiệu số với tín hiệu dao động nội dẫn đến tín hiệu nhiễu trung tần (xem hình 7.11a,b) ωL = ωRF + ωIF ωRF ωLO ωIF ωL = ωRF − ωIF ωI = 2ω LO − ωRF ωI = 2ω LO − ωRF ωIF ωIF ωRF ωLO ωIF Hình 7.11 Tần số ảnh Tín hiệu qua lọc trung tần ta khơng thể loại bỏ Vì tín hiệu nhiễu ảnh gương phải loại bỏ mạch vào máy thu trình biến đổi từ RF IF Dưới ta xét trộn cho phép loại trừ tần số ảnh thường sử dụng biến đổi hạ tần 7.3.5.2 Bộ trộn loại trừ tần số ảnh Theo định nghĩa tần số ảnh tần số đối xứng với tần số vô tuyến thu fRF qua tần số dao động nội thu fLO cách tần số fLO khoảng tần số trung tần fIF Nếu tần số lọt vào khuyếch đại trung tần trở thành tín hiệu nhiễu lọc trung tần khơng thể loại Ở máy thu vơ tuyến số tần số ảnh thường loại trộn hạ tần biến đổi tần số fRF vào fIF Mạch trộn loại trừ tần số ảnh xây dựng sở mạch trộn cân hình 7.12 Có thể giải thích hoạt động trộn loại trừ tần số ảnh sau Giả sử tín hiệu RF gồm biên tần cao (USB: Upper Side Band) biên tần thấp (LSB: Lower Side Band): v RF = v U cos ( ωLO + ωIF ) t  + v L cos ( ωLO + ωIF ) t  (7.18) đó: VRF tín hiệu vô tuyến; VU VL thành phần biên tần cao thấp tương ứng; ωLO tần số dao động nội; ωIF tần số trung tần Hình 7.12 Mạch trộn loại trừ tần số ảnh -219- Chương 7: Thiết bị hệ thống truyền dẫn vô tuyến số Khi đầu vào hai trộn là: A VRF = B VRF = VU cos [ (ωLO + ωIF )t ] + VL cos [ (ωLO − ωIF )t ] (7.19) VU V cos (ωLO +ωIF )t + 900  + L cos (ωLO −ωIF )t + 900  2 (7.20) Sau trộn với tín hiệu LO sin(ωLOt), đầu IF bằng: VIFA = kVU sin ( ωIF t ) − kVL sin ( ωIF t ) (7.21) VIFB = kVU sin ( ωIF t + 900 ) − kVL sin ( ωIF t − 900 ) (7.22) Kết hợp hai tín hiệu cầu sai động 900 đầu nhánh IF tín hiệu: V1 = ( ) k  VU sin ( ωIF t ) − VL sin ( ωIF t ) + VU sin ωIF t + 1800 − VL sin ( ωIF t )   = − 2kVL sin ( ωIF t ) (7.23) thành phần biên tần thấp LSB Đầu nhánh IF được: V2 = ( ) ( ) ( ) ( ) k  VU sin ωIF t − 900 − VL sin ωIF t − 900 + VU sin ωIF t + 900 − VL sin ωIF t − 900  2 (7.24) thành phần biên tần cao Thông thường đạt loại bỏ tần số ảnh 30 dB 7.4 MÁY PHÁT THU VÔ TUYẾN VỚI GHÉP SONG CÔNG Trong phần ta xét kiến trúc vô tuyến khác sử dụng thiết bi vô tuyến Phần vô tuyến thiết bị vơ tuyến số sử dụng các kiến trúc sau: ghép song công phân chia theo tần số (FDD: Frequency Division Duplex), bán ghép song công phân chia theo tần số (HFDD: Half Frequency Division Duplex) ghép song công phân chia theo thời gian (TDD: Time Division Duplex) 7.4.1 Kiến trúc FDD Hình 7.13 minh họa kiến trúc FDD Ta lưu ý rằng, phần tô đậm phần đắt thiết bị vơ tuyến Hình 7.13 Kiến trúc vơ tuyến FDD -220- Chương 7: Thiết bị hệ thống truyền dẫn vô tuyến số Kiến trúc cho phép loại bỏ triệt để nhiễu tuyến phát tuyến thu cách sử dụng lọc song công Việc phải sử dụng lọc tuyến thu làm cho giá thành kiến trúc cao Tuy nhiên, việc sử dụng chuyển mạch siêu cao tần kiến trúc TDD dẫn đến cần phải giải vấn đề đồng thời gian thiết kế cấu trúc đơn giản hơn Phần mềm lớp MAC (Medium Access Control: điều khiển truy nhập môi trường) đơn giản khơng phải xử lý vấn đề đồng thời gian 7.4.2 Kiến trúc TDD Kiến trúc TDD minh họa hình 7.14 Các phần tô đậm phần đắt thiết bị vô tuyến Các hệ thống TDD sử dụng băng tần cho phát thu Vì cần dao động nội lọc siêu cao tần cho phát thu Bộ tổng hợp tần số lọc siêu cao tần phần dẫn đến giá thành thiết bị vơ tuyến bị đắt Ngoài nhờ việc giảm số lượng phần tử nửa so với hệ thống FDD nên kích thước thiết bị giảm kể (lưu ý giao động nội có kích thước lớn phải sử dụng khung cộng hưởng) Do thu tín hiệu, đường phát bị ngắt, nên TDD loại bỏ nhiễu lọt từ phát vào thu Nhược điểm của TDD giảm thông lượng số liệu thu phải dừng phát Phần mềm lớp MAC phức tạp phải giải đồng nhiều khe thời gian nhiều người sử dụng (đa truy nhập) chế độ phát thu Hình 7.14 Kiến trúc TDD 7.4.3 Kiến trúc HFDD Kiến trúc HFDD minh họa hình 7.15 Kiến trúc HFDD cho phép đạt ích lợi hệ thống TDD cho phép sử dụng chế FDD Trong kiến trúc phân cách tần số phát thu thực khối vô tuyến đầu vào thiết bị Tuy nhiên, lọc trung tần dùng chung cho phát thu Hai dao động nội (tổng hợp tần số) sử dụng Tuy nhiên, tổng hợp tần số trung tần không cần thay đổi tần số cho tuyến thu phát -221- Chương 7: Thiết bị hệ thống truyền dẫn vơ tuyến số Hình 7.15 Kiến trúc HFDD 7.5 KHAI THÁC, QUẢN LÝ, VÀ BẢO DƯỠNG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN VÔ TUYẾN SỐ 7.5.1 Quy hoạch tần số 7.5.1.1 Các tổ chức liên quan đến việc hoạch định tần số Để đảm bảo hoạt động có tổ chức cho hệ thống vô tuyến khác nhau, tổ chức quốc tế nghiên cứu quy định luật lệ sử dụng phương tiện vô tuyến thành lập Ba tổ chức quốc tế lớn nghiên cứu vấn đề liên quan đến vô tuyến là: Liên minh viễn thông quốc tế vô tuyến (ITU-R: International Telecommunications UnionRadio Sector) thuộc Liên Hợp quốc; Uỷ ban thông tin liên bang cuả Mỹ (FCC: Federal Communications Commision); Liên đồn kinh doanh cơng nghiệp vơ tuyến Nhật (ARIB: Association of Radio Industry and Busines) Các khuyến nghị luật lệ tổ chức quy định áp dụng chung cho thiết bị vô tuyến châu Âu, Bắc Mỹ Nhật Phần lớn thiết bị vô tuyến sử dụng nước ta dựa khuyến nghị ITUR Nhiệm vụ tổ chức nghiên cứu vấn đề khai thác kỹ thuật đặc biệt liên quan đến thông tin vô tuyến phát hành khuyến nghị vấn đề quan điểm tiêu chuẩn hoá viễn thơng tồn cầu ITU-R chia thành 11 nhóm nghiên cứu Các nhóm thường tiến hành nghiên cứu vấn đề nhiều năm Bốn năm ITU-R triệu tập hội nghị tồn thể lần để thơng qua cơng trình nghiên cứu đưa khuyến nghị ITU-R đưa văn thể mục tiêu kết cơng trình nghiên cứu dạng sau: √ Nghị định: Văn đưa hướng dẫn tổ chức, phương pháp hay chương trình nghiên cứu ITU-R; hầu hết nghị định chuẩn bị thông qua hội nghị toàn thể √ Quyết định: Văn đưa hướng dẫn tổ chức công tác nhóm nghiên cứu; hầu hết văn định xác định điều khoản tham khảo nhóm cơng tác √ Đặt vấn đề: Văn phát biểu vấn đề khai thác hay kỹ thuật để nhận giải đáp √ Chương trình nghiên cứu: Được sử dụng cần để định nghĩa xác phận định công tác cần thiết để giải đáp vấn đề √ Báo cáo: Có thể phát biểu để thông báo nghiên cứu nhóm nghiên cứu vấn đề thực -222- Chương 7: Thiết bị hệ thống truyền dẫn vô tuyến số √ Khuyến nghị: Giải đáp vấn đề hay chương trình nghiên cứu, ITU-R coi đủ hoàn thiện để làm sở cho cộng tác quốc tế Thông thường nước đưa hoạch định tần số nước sở khuyến nghị tổ chức quốc tế nói Nước ta sử dụng thiết bị vơ tuyến nước có tổ chức nói nên thiết bị vơ tuyến sử dụng tần số theo khuyến nghị tổ chức Để nhập thiết bị vô tuyến sử dụng nước, trước hết quan sử dụng thiết bị vô tuyến phải nghiên cứu lựa chọn tần số theo khuyến nghị quốc tế, sau phải xin đăng kiểm tần số Cục quản lý tần số thuộc Bộ Bưu Viễn thơng Để tránh gây nhiễu nước láng riềng tần số thiết bị vô tuyến sử dụng cần phải thông báo với ITU-R Trong phần ta nghiên cứu hoạch định tần số khác dựa khuyến nghị cuả tổ chức nói 7.5.1.2 Sơ đồ phân bố tần số Để sử dụng hiệu dải tần vô tuyến kênh vô tuyến trạm vô tuyến không gây nhiễu cho Uỷ ban tư vấn quốc tế vô tuyến (ITU-R) nghiên cứu đề xuất khuyến nghị phân bố tần số cho hệ thống thiết bị vô tuyến Uỷ ban quản lý tần số nước dựa khuyến nghị để đưa quy định sử dụng tần số nước Thông tin vô tuyến số thường sử dụng băng tần từ 800 MHz trở lên ITU-R quy định việc sử dụng tần số cho mục đích khác nhau: thơng tin, đạo hàng Các băng tần ấn định cho thông tin mặt đất vệ tinh vùng tần số từ GHz đến 13 GHz cho bảng 7.3 Bảng 7.3 Ấn định tần số cho thông tin mặt đất vệ tinh tần số từ GHz đến 13 GHz Mặt đất, f [GHz] Vệ tinh, f[GHz] 1,427 – 1,535 1,7 – 2,7 3,3 – 3,5 3,3 – 4,2 4,4 – 5,0 5,85 – 5,925 5,925 – 6,245 6,245 – 7,110 7,110 – 7,250 7,300 – 7,975 8,025 – 8,5 10,7 – 11,7 2,5 – 2,535 2,655 – 2,690 3,4 – 3,7 3,7 – 4,2 4,4 – 4,7 5,85 – 5,925 5,925 – 6,245 7,25 – 7,30 7,975 – 8,025 8,025 – 3,4 10,95 – 11,2 11,45 – 11,7 11,7 – 13,25 12,5 – 12,75 Một số băng tần nhiều hệ thống thiết bị sử dụng, số băng tần khác sử dụng Việc lựa chọn tần số phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: tổn hao, hệ số khuyếch đại anten, sử dụng trước đây, khả bị nhiễu, có sẵn thiết bị v.v Các tham số để lựa chọn tần số cho đường thơng tin tầm nhìn thẳng (LOS: Line of Sight) độ sâu phađinh đặc tính phađinh, suy hao mưa, tổn hao phiđơ, -223- Chương 7: Thiết bị hệ thống truyền dẫn vô tuyến số hệ số khuyếch đại anten v.v Tổn hao đường truyền dẫn điểm đến điểm tỷ lệ với bình phương khoảng cách anten đặt cách xa mặt đất, tổn hao đường truyền dẫn di động anten không cách xa mặt đất nên tỷ lệ với khoảng cách mũ n>2 Hệ số khuyếch đại anten tỷ lệ với bình phương tần số Tần số cao ảnh hưởng phađinh lên đường truyền dẫn lớn Hình 7.16 Sơ đồ tổ chức tần số cho kênh song công phát thu FDD a) đơn cực; b)xen cực; c) đồng kênh Các thiết bị vô tuyến thường sử dụng chung anten cho thu phát Để tổ chức kênh vơ tuyến song cơng (hai chiều) có hai cách Cách thứ cần tần số cho thu lẫn phát, nhiên phát thu không gây nhiễu cho phát thu phải luân phiên theo thời gian Phương pháp gọi ghép song công phân chia theo thời gian (TDD: Time Division Duplexing) Đây phương pháp thường sử dụng hệ thống thông tin di động hay đa truy nhập nhập vô tuyến với phân bổ kênh động Cách thứ hai đòi hỏi phải sử dụng hai tần số: cho phát cho thu, phương pháp gọi ghép song công phân chia theo tần số (FDD: Frequency Division Duplexing), với cách này, băng tần -224- Chương 7: Thiết bị hệ thống truyền dẫn vô tuyến số khuyến nghị để sử dụng cho hệ thống thông tin vô tuyến số thường chia thành hai nửa băng tần: nửa băng tần thấp nửa băng tần cao Tần số nửa băng cao ký hiệu f’n, tần số nửa băng thấp ký hiệu fn Tần số phát chọn nửa băng, tần số thu chọn nửa băng Khoảng cách hai tần tần số phát thu kênh vô tuyến song công gọi khoảng cách phát thu hay song công ký hiệu ∆y Khoảng cách hai tần số cạnh nửa băng gọi khoảng cách hai kênh lân cận ký hiệu ∆x Để tăng phân cách hai kênh lân cận hai tần số cạnh sử dụng phân cực khác nhau: phân cực ngang (H) đứng (V) Trường hợp gọi phân bố đan xen cực (hình 7.16b) Để tiết kiệm băng tần kênh vơ tuyến sử dụng tần số, để đảm bảo phân cách hai thiết bị vô tuyến sử dụng tần số thiết bị phải sử dụng phân cực khác nhau: sử dụng phân cực ngang H thiết bị sử dụng phân cực đứng V chẳng hạn Trường hợp gọi phân bố đồng kênh (hình 7.16c) Tổng qt, ta biểu diễn phân bố tần số theo hai nửa băng tần sau: f n = f − A + ∆x.n f n′ = f n + ∆y (7.25) đó: fn, f’n tần số phát/thu nửa băng tần thấp/cao tương ứng; ∆x phân cách kênh lân cận; ∆y phân cách song công; A số phụ thuộc vào phân bố cụ thể; n số thứ tự kênh; f0 tần số trung tâm Ở thiết bị thu phát trạm phát tín hiệu thực tần số (nằm nửa băng tần) thu tín hiệu thực tần số khác (nằm nửa băng tần khác) (hình 7.17) f 1' f 2' f 3' f 1' f 2' f 3' f1 f2 f3 f1 f2 f3 Hình 7.17 Minh họa phân bố tần số ba trạm vi ba ABC B trạm trung gian Nếu tín hiệu tần số fn có phân cực phát thu kênh vô tuyến thực anten phân cực đơn Tuy nhiên anten phát/thu tín hiệu phân cực (các tần số kênh chẵn chẳng hạn) tín hiệu khác phân cực khác (kênh lẻ chẳng hạn) (hình 7.18) Hình 7.18 Anten hai phân cực: V-phân cực đứng, H-phân cực ngang 7.5.2 Cấu hình hệ thống truyền dẫn vô tuyến số -225- Chương 7: Thiết bị hệ thống truyền dẫn vơ tuyến số Cấu hình hệ thống vô tuyến số phải đảm bảo điều kiện khai thác tin cậy hệ thống Có thể liệt kê nhân tố gây cố kênh truyền dẫn sau: Các nhân tố gây phađinh điều chỉnh thiết bị thiết kế tuyến Các nhân tố gây hoạt đông khai thác (bảo dưỡng, mở rộng hệ thống ) Các thảm họa (cháy, cố hệ thống fiđơ ) Các sơ đồ bảo vệ tổ chức phân tập cho phép giảm thiểu cố nói 7.5.2.1 Các dạng phân tập Phađinh nhiều tia gây ảnh hưởng lên chất lượng truyền dẫn vơ tuyến số Các sơ đồ phân tập cho phép giảm thiểu ảnh hưởng Phân tập định nghĩa truyền dẫn thơng tin nhiều kênh có tương quan pha đinh so với nhỏ hay nói độc lập với Nhiều biện pháp phân tập khác sử dụng vô tuyến số để chống pha đinh như: Phân tập tần số; Phân tập không gian; Phân tập phân cực; Phân tập góc; Phân tập thời gian Chúng xét chương 7.5.2.2 Cấu hình n+1 với chuyển mạch bảo vệ Chuyển mạch bảo vệ hệ thống truyền dẫn thực hai nhiệm vụ: Chuyển mạch bảo vệ thiết bị để chuyển thơng tin truyền từ kênh truyền dẫn có thiết bị bị cố sang kênh truyền dẫn dự phòng hoạt động bình thường Chuyển mạch bảo vệ đường truyền để chuyển thơng tin truyền từ kênh truyền dẫn có đường truyền sóng bị cố sang kênh truyền dẫn có đường truyền sóng bình thường Đối với hệ thống chuyển mạch thứ nhất: hệ thống truyền dẫn phải có hai thiết bị giống thiết bị bình thường để truyền thơng tin gọi thiết bị cơng tác thiết bị dự phòng Khi thiết bị thứ bị cố chuyển mạch chuyển thông tin sang thiết bị thứ hai Tuỳ thuộc vào tình trạng bật nguồn thiết bị dự phòng người ta chia thành: (1) Dự phòng ấm, có phận quan trọng thiết bị dự phòng cấp nguồn (để tiết kiệm lượng); (2) Dự phòng nóng, tồn thiết bị dự phòng cấp nguồn Việc sử dụng loại dự phòng tùy thuộc vào điều kện cấp điện nguồn tầm quan trọng đường truyền dẫn Ở đường truyền dẫn quan trọng người ta thường sử dụng dự phòng nóng Hệ thống chuyển mạch thứ hai: sử dụng phương pháp phân tập để có hai đường truyền dẫn: đường công tác (kênh công tác) đường dự phòng (kênh dự phòng) Hệ thống dự phòng với n kênh cơng tác chung kênh dự phòng gọi hệ thống chuyển mạch bảo vệ n+1 Thông thường thuật ngữ "bảo vệ" "phân tập" dùng lẫn cho Tuy nhiên, bảo vệ thường ngụ ý mức an tồn thơng tin dài hạn (nhiều 10 giây SES/sự kiện) phân tập thường ngụ ý mức an tồn thơng tin ngắn hạn (ít 10 giây mắc lỗi nghiêm trọng/sự kiện) Khi sử dụng sơ đồ bảo vệ giảm đáng kể khả cố kênh truyền dẫn dài han (có gián đoạn lưu lượng) gây kiện: • Giảm cấp, cố thiết bị: 1+1, tồn module dự phòng (dự phòng nóng) n+1, module dự trữ cho hai hay nhiều module • Mất đồng chỉnh cố hệ thống anten: -226- Chương 7: Thiết bị hệ thống truyền dẫn vơ tuyến số • • • • • Chuyển mạch máy phân chia+kênh Phân tập tần số hai anten (nếu phép) Cấu hình xuyến tự sửa Suy giảm công suất (mưa, nối ghép, ) Xuyến tự sửa Ngoài cố khai thác bảo dưỡng thiết bị sai dẫn thơng tin lâu Tổ chức phân tập tối ưu cho phép giảm đáng kể cố thông tin pha đinh ngắn hạn đường truyền vô tuyến số Các cấu hình phân tập giảm bớt giảm dự trữ pha đinh nhiễu Hiệu hoạt động sơ đồ bảo vệ phân chia theo mức sau: • Mức (tốt nhất): Chuyển mạch số liệu không bị lỗi phađinh hay cố thiết bị, ngồi thể tính phân tập cao • Mức 2: Thơng thường chuyển mạch số liệu đồng Hitless (đôi đồng bộ) chuyển mạch phân tập thu khơng lỗi • Mức 3: Chuyển mạch xuyến trục không đồng non-hitless với thời gian gián đoạn thấp (khoảng 30-60 ms) • Mức 4: Chuyển mạch xuyến trục không đồng với thời gian gián đoạn dài • Mức 5: Chuyển mạch phần (một chiều hay anten) • Mức 6: Khơng bảo vệ không phân tập Xét sơ đồ bảo vệ sau: • Dự phòng nóng (HS) • Phân tập khơng gian (SD) • Phân tập khơng gian kết hợp với máy phát chia cơng suất (SD+ST) • Phân tập không gian với kết hợp trung tần hệ thống bảo vệ xuyến phân tập không gian với kết hợp trung tần hệ thống n+1 • Phân tập góc (AD) • Phân tập tần số (FD) • Phân tập lai ghép (HD) Dự phòng nóng, HS Sơ đồ dự phòng nóng cho hình 7.19 Ở sơ đồ thiết bi thu phát A B cấp nguồn Các cảm ứng đánh giá công suất đầu máy phát TxA TxB để định chuyển mạch Bộ chia công suất cho phần lớn công suất vào máy thu RxA phần công suất thấp vào máy thu RxB (với tỷ lệ chia 1/7 dB) không sử dụng tỷ lệ chia thông thường 3/3 dB Lý sử dụng chia không đối xứng là: sử dụng chia 3/3 dB tổn hao dB làm giảm tỷ số tín hiệu tạp âm CNR lớn Chuyển mạch thu chọn thông tin từ máy thu cho chất lượng tốt -227- Chương 7: Thiết bị hệ thống truyền dẫn vơ tuyến số Hình 7.19 Cấu hình dự phòng nóng Phân tập khơng gian kết hợp dự phòng nóng, SD+HS Sơ đồ phân tập khơng gian kết hợp dự phòng nóng cho hình 7.20 Sơ đồ sử dụng hai anten đặt cách theo chiều cao từ 3-30 m để đạt đươc không tương quan hai tín hiệu thu (khoảng cách vào khoảng 150 λ, λ bước sóng cơng tác) Hình 7.20 Cấu hình phân tập khơng gian kết hợp dự phòng nóng Phân tập khơng gian với máy phát chia công suất, SD+ST Sơ đồ phân tập không gian kết hợp với máy phát chia cơng suất hình 7.21 CM TxA Sè liƯu vµo TxB Anten chÝnh LƯnh RCS RxA Số liệu Khoảng cách chiều cao 3-30m CM Anten ph©n tËp RxB Hình 7.21 Cấu hình phân tập không gian kết hợp máy phát chia công suất (SD+ST) Trong sơ đồ máy phát với máy thu nối đến hai anten đặt cách theo chiều cao Trong hai anten anten anten phân tập Các máy thu chuyển mạch không lỗi đồng xẩy pha đinh ngắn hạn máy thu bị cố Nhưng máy phát không chuyển mạch theo cố giảm cấp sơ đồ dự phòng nóng thơng thường mà chuyển mạch theo giảm cấp mức thu tín hiệu BER hai máy thu hai đầu đường truyền Khi xẩy cố như: đồng chỉnh anten chính, truyền sóng kiểu ống dẫn, cố ống dẫn sóng (lọt nước ) lệnh chuyển mạch kênh (RCS) máy thu đầu gửi trở lại để -228- Chương 7: Thiết bị hệ thống truyền dẫn vô tuyến số chuyển mạch tự động máy phát đầu sang anten tốt Cần lưu ý nhiều nghiên cứu cho thấy phân tập không gian đạt chất lượng cao hai anten đặt cách theo chiều cao mà theo phương ngang Do đặc điểm tháp anten đứng nên hai anten thường đặt cách theo chiều cao Phân tập không gian cách kết hợp trung tần Sơ đồ tổ chức phân tập không gian cách kết hợp trung tần cho hình 7.22 Bộ kết hợp trung tần thường đươc sử dụng thay cho chuyển mạch không lỗi đồng đầu máy thu phân tập Kết hợp trung tần đảm bảo cải thiện ngưỡng dB so với chuyển mạch số liệu thiết kế phù hợp với đặc tính pha đinh phân tán ca ng truyn Vào Rx Các trộn LNA Luồng số Giải điều chế IF Bộ kết hợp trung tần Anten Bộ dao động nội RF Anten phân tËp Hình 7.22 Cấu hình phân tập khơng gian với kết hợp trung tần Phân tập không gian dạng phân tán băng cực tiểu Phương pháp thường sử dụng phân tập không gian kết hợp hai tín hiệu thu hai anten để nhận tín hiệu thu cực đại hay kết hợp đồng pha hai tín hiệu Tuy nhiên phương pháp khơng triệt bỏ hoàn toàn phân tán băng Đó tín hiệu thu ngồi sóng trực tiếp chứa sóng giao thoa tín hiệu giao thoa có thời gian trễ định so với sóng trực tiếp Vì để giảm thiểu độ phân tán tín hiệu băng phân tập khơng gian thiết để cho sóng giao thoa có pha ngược Phương pháp gọi phân tập không gian dạng phân tán băng cực tiểu (MID-SD: Minimum in Band Dispersion type Space Diversity) Nguyên lý sơ đồ MID-SPD xét chương Phân tập tần số với chuyển mạch 1+1 Tổ chức phân tập tần số (FD) với chuyển mạch 1+1 cho hình 7.23 Ở cấu hình kênh công tác kênh bảo vệ sử dụng hai cặp tần số khác khoảng cách đủ lớn để tránh pha đinh xẩy đồng thời hai kênh Luồng số cần phát truyền hai kênh, phía thu thực đánh giá chất lượng truyền dẫn Nếu chất lượng truyền dẫn thấp ngưỡng cho phép, chuyển mạch thực chuyển lưu lượng từ kênh cơng tác sang kênh dự phòng Chuyển mạch thực hai mức: mức vi mạch (ở giải điều chế DEMOD) mức Rơle Bộ phân phối luồng số thực phân phối luồng số đầu kênh công tác bảo vệ đến chuyển mạch vi mạch DEMOD Rơle -229- Chương 7: Thiết bị hệ thống truyền dẫn vơ tuyến số Hình 7.23 Cấu hình phân tập tần số chuyển mậch bảo vệ 1+1 Hệ thống chuyển mạch n+1 với phân tập tần số Sơ đồ hệ thống chuyển mạch n+1 phân tập tần số với hai đầu phát thu cho hình 7.24 Ở hệ thống n kênh công tác hoạt động n cặp tần số phân cách chia sẻ chung kênh phân tập đươc gọi kênh bảo vệ Vì n kênh cơng tác có chung kênh bảo vệ nên phải có quy định ưu tiên để tránh xung đột kênh xẩy nhu cầu chuyển mạch đồng thời từ nhiều kênh công tác Hoạt động chuyển mạch xẩy sau Chuyển mạch không mắc lỗi Erorrless chuyển mạch đồng Hitless khởi xướng từ phía thu Phía thu đánh giá chất lượng truyền dẫn theo tiêu đặt trước (BER chẳng hạn) Nếu giảm cấp vượt ngưỡng phía thu gửi theo đường nghiệp vụ đến phía phát yêu cầu chuyển mạch Phía phát kiểm tra kênh bảo vệ xem có rỗi đảm bảo chất lượng hay khơng Đồng thời xem xét mức độ ưu tiên kênh yêu cầu, đảm bảo u cầu chuyển mạch phía phát thực chuyển mạch cách chia công suất kênh công tác kênh bảo vệ (còn gọi đấu cầu) Lưu lượng phát đồng thời hai kênh đến phía thu Máy thu thực đồng hai luồng số thu từ hai kênh sau thực chuyển mạch -230- Chương 7: Thiết bị hệ thống truyền dẫn vô tuyến số Luång sè vµo CH CH1 MOD Chia CH n CH P Chia MOD Chia MOD Tx Tx P CH n Mạng Phân nhánh Tx CH P Tx P CM Tx Phân phối luồng số Luồng số CH Rơ le DEMOD Rx R¬ le DEMOD Rx DEMOD Rx P CH n CH P R¬ le CH CH n Mạng phân nhánh Rx CH P Ký hiệu: CH n: Kênh công tác; CH P: Kênh bảo vệ Tx: Máy phát; Rx: Máy thu; CM: Chuyển mạch Hỡnh 7.24 Hệ thống chuyển mạch n+1 với phân tập tần số Hệ thống chuyển mạch n+1 với phân tập không gian Sơ đồ hệ thống chuyển mạch n+1 sử dụng phân tập khơng gian hình 7.25 Hình 7.25 Hệ thống chuyển mạch bảo vệ n+1 với phân tập không gian -231- Chương 7: Thiết bị hệ thống truyền dẫn vô tuyến số Ở hệ thống n kênh công tác làm việc n cặp tần số phân cách chia sẻ chung kênh phân tập không gian đươc gọi kênh bảo vệ Vì n kênh cơng tác có chung kênh bảo vệ nên phải có quy định ưu tiên để tránh xung đột kênh xẩy nhu cầu chuyển mạch đồng thời từ nhiều kênh công tác Phân cấp ưu tiên phụ thuộc vào: tầm quan trọng kênh cơng tác, tình trạng giảm cấp kênh cơng tác thời điểm yêu cầu chuyển mạch kênh công tác Phân tập lai ghép, HD (SD+FD) Phân tập lai ghép phân tập không gian phân tập tần số cho hình 7.26 Ở sơ đồ phân tập lai ghép hai phát thu A B làm việc hai cặp tần số khác Phía thu chọn luồng số có chất lượng tốt từ hai kênh có tần số khác hai kênh đến từ hai anten phân tập không gian Hình 7.26 Cấu hình phân tập lai ghép SD+FD Phân tập lai ghép kết hợp phân tập không gian phân tập phân cực, SD+PD Sơ đồ tổ chức phân tập lai ghép phân tập không gian với phân tập phân cực hình 7.27 Hình 7.27 Cấu hình phân tập lai ghép SD+PD Ở tổ chức phân tập lai ghép đầu người ta sử dụng anten phân cực kép: phân cực đứng phân cực ngang, đầu người ta sử dụng hai anten phân cực đơn chéo nhau: phân cực đứng phân cực ngang đặt cách theo chiều cao Phía anten phân cực kép phát luồng số hai phân cực, phía thu hai phân cực chéo hai anten khác thực chọn kênh cho chất lượng tốt Phân tập không gian phát Trong phần trước ta xét phân tập không gian thu sở sử dụng hai máy thu tín hiệu từ hai điểm khác không gian Các công nghệ thông tin di động -232- Chương 7: Thiết bị hệ thống truyền dẫn vô tuyến số sử dụng phân tập khơng gian phát cho phương thức ghép song công theo thời gian TDD CDMA Ở phương thức phân tập phía phát phát lưu lượng hai anten khác Phía thu chọn lưu lượng từ anten có chất lượng tốt kết hợp tín hiệu nhận từ hai anten phát để đạt tín hiệu tốt 7.6 TỔNG KẾT Chương xét sơ đồ khối tổng quát thiết bị truyền dẫn vô tuyến số, mơ tả chức phần tử thiết bị vô tuyến số như: Ghép kênh; Khối băng tần gốc; Khối MODEM (điều chế giải điều chế); Khối khuyếch đại IF (trung tần); Khối khuyếch đại RF (vô tuyến); Khối ghép song công Duplexer Trong chương ta phân tích chi tiết hoạt động số khối xử lý tín hiệu số thiết bị vơ tuyến số như: ngẫu nhiên hóa, mã hóa vi sai, khôi phục định thời ký hiệu, cân miền thời gian Các khối xử lý tín hiệu tương tự trung tần tần số vô tuyến như: cân miền tần số, trộn, trộn loại trừ tần số ảnh phân tích chương Cuối chương cấu hình vơ tuyến số FDD, TDD HFDD trình bày Chương xét hai vấn đề quan trọng hệ thông truyền dẫn vô tuyến số: quy hoạch tần số cấu hình hệ thống truyền dẫn vơ tuyến số Mọi tổ chức muốn đứng khai thác hệ thống truyền dẫn số phải cấp phép sử dụng băng thông tần số mà hệ thống vô tuyến số hoạt động Về mặt quốc tế có ba tổ chức lớn giới đưa quy định sử dụng tần số là: ITU-R, FCC ARIB Các thiết bị vô tuyến số giới thường sử dụng tần số theo quy định cuả tổ chức Tại Việt Nam tổ chức đăng kiểm tần số Cục quản lý tần số Bưu Viễn thơng Cần lưu ý có số dải tần miễn phép ISM (Industrial, Scientific and Medical band) Người khai thác thiết bị vô tuyến dải tần miễn phép không cần xin phép sử dụng Để đảm bảo độ ổn định cho hệ thống truyền dẫn số cần lập cấu hình hợp lý cho hệ thống Các cấu hình cho phép giảm thiểu cố kênh truyền dẫn gây nhân tố: (1) Các nhân tố gây phađinh điều chỉnh thiết bị thiết kế tuyến; (2) Các nhân tố gây hoạt đông khai thác (bảo dưỡng, mở rộng hệ thống ); (3) Các thảm hoạ (cháy, cố hệ thống fiđơ ) Sự cố đường truyền dẫn vô tuyến số thường phân thành hai loại chính: (1) cố hỏng thiết bị; (2) cố đường truyền sóng Đối với cố thứ cần lập cấu hình dự phòng cố thứ hai cần sử dụng cấu hình phân tập khác Chuyển mạch từ hệ thống bị cố sang hệ thống hoạt động bình thường gọi chuyển mạch bảo vệ Ngoài ra, chương xét kiểu dự phòng thiết bị khác như: dự phòng nguội, dự phòng ấm dự phòng nóng Hơn nữa, ta đề cập cấu hình phân tập khác như: phân tập tần số, phân tập không gian, phân tập phân cực, phân tập góc phân tập thời gian Cấu hình chuyển mạch bảo vệ n+1 xét -233- ... 5,925 – 6,245 6,245 – 7, 110 7, 110 – 7, 250 7, 300 – 7, 975 8,025 – 8,5 10 ,7 – 11 ,7 2,5 – 2,535 2,655 – 2,690 3,4 – 3 ,7 3 ,7 – 4,2 4,4 – 4 ,7 5,85 – 5,925 5,925 – 6,245 7, 25 – 7, 30 7, 975 – 8,025 8,025 –... sai cho QPSK cho hình 7. 7 Nguyên lý hoạt động sơ đồ hình 7. 7 dựa bảng 7. 1 7. 2 Hình 7. 7 Sơ đồ mã hóa giả mã vi sai cho QPSK A 0 1 Bảng 7. 1 B 1 θ(t) π/2 π 3π/2 u1(t) 0 1 Bảng 7. 2 U2(t) 1 ∆θ π/2 π... v3 + ⋯ (7. 14) điện áp thuận (hình 7. 9b), i = α1v − α v + α3 v3 −⋯ (7. 15) điện áp ngược (hình 7. 9b), đó: v = VRF cos ( ωt ) ± VLO cos ( ωt ) (7. 16) -2 17- Chương 7: Thiết bị hệ thống truyền dẫn vô