Điện tử viễn thông vi ba so (v1) khotailieu

CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VI BA SỐ 1.1 Giới thiệu chung Hệ thống truyền dẫn hệ thống bao gồm thiết bị, phương tịên dùng để truyền tín hiệu từ nơi đến nơi khác Ngày nay, theo phương tiện truyền dẫn, HTTT bao gồm loại hệ thống chủ yếu sau: + HTTT dùng cáp đồng trục, mơi trường truyền dẫn cáp đồng trục (coaxial cable) Các hệ thống sử dụng cáp đồng trục có dung lượng khơng cao, cự ly khoảng lặp ngắn khả động Các hệ thống loại dần thay sử dụng tình cụ thể định + HTTT sóng cực ngắn (microwave) với mơi trường truyền dẫn vơ tuyến giải sóng cực ngắn, bao gồm loại hệ thống thông tin vệ tinh, thông tin vô tuyến tiếp sức (radio-relay) thông tin di động; Các hệ thống thơng tin vệ tinh có dung lượng trung bình song bù lại có cự ly liên lạc từ lớn đến lớn Các hệ thống sử dụng làm trục xuyên lục địa phục vụ cho tuyến khó triển khai loại hình liên lạc khác (như tuyến liên lạc đất liền-hải đảo, đất liền-các giàn khoan dầu, đất liền-các tàu viễn dương ) Ngoài ra, hệ thống vệ tinh địa tĩnh sử dụng cho hệ thống phát quảng bá truyền hình Trong tương lai gần, hệ thống vệ tinh quỹ đạo thấp trung bình triển khai, hệ thống vệ tinh sử dụng cho thơng tin di động phủ sóng tồn cầu Các hệ thống thơng tin di động phục vụ đầu cuối di động, nói chung có dung lượng thấp Khả di động ưu lớn hệ thống Các hệ thống vô tuyến tiếp sức mặt đất (terrestrial radio-relay) có dung lượng từ thấp tới cao, có khả thay tốt tuyến cáp đồng trục mạng nội hạt lẫn đường trục Với thời gian triển khai tương đối thấp, tính động hệ thống vơ tuyến tiếp sức mặt đất hẳn số loại hệ thống khác Một ưu điểm hệ thống dễ triển khai, điều kiện địa hình gây nhiều trở ngại cho việc triển khai loại hệ thống dung lượng cao khác thị, qua vùng có địa hình rừng núi với cự ly chặng liên lạc lên đến 70 km, trung bình từ 40 dến 45 km + HTTT quang sợi (fiber-optic) với môi trường truyền dẫn cáp sợi quang học (gọi tắt cáp quang) Hệ thống cáp quang có dung lượng lớn nhất, giá rẻ (theo chi phí tính kênh thoại) thường sử dụng làm đường trục quốc gia, xuyên quốc gia, xuyên lục địa Nhược điểm HTTT cáp quang khả động hệ thống kém, chi phí lắp đặt ban đầu cao, số trường hợp cụ thể việc triển khai xem khó khăn + HTTT vô tuyến làm việc giải tần số từ 60MHz trở xuống 1.2 Hệ thống thông tin vi ba Từ tiếng Anh microwave có nghĩa sóng cực ngắn hay vi ba theo cách dịch qua tiếng Trung Quốc Từ vi ba sử dụng chung cho hệ thống vệ tinh, di động hay vô tuyến tiếp sức mặt đất, song nước ta từ vi ba sử dụng từ trước để hệ thống vơ tuyến tiếp sức Do đó, tài liệu kỹ thuật ta, nói vi ba nói tới hệ thống vơ tuyến tiếp sức mặt đất Thơng tin sóng cực ngắn hai điểm bắt đầu xuất vào năm 30 kỷ trước nhiên lúc khó khăn mặt kỹ thuật nên làm việc dải sóng mét ưu điểm thơng tin siêu cao tần chưa phát huy Năm 1935 đương thông tin VTTS thành lập Newyork Philadenphia chuyển tiếp qua địa điểm chuyền kênh thoại Và TTVTTS bùng nổ sau chiến tranh giới lần thứ hai Hệ thống vi ba số bắt đầu hình thành từ đầu năm 50 phát triển mạnh mẽ với phát triển kỹ thuật viễn thơng Mơ hình hệ thống thông tin vi ba 1.2.1 Giải tần số hệ thống vi ba: Tổng quan phân chia băng tần Băng tần Ký hiệu Đặc tính lan truyền 3-30KHz Tần số thấp (VLF) - Sóng mặt đất (Chục km) - Lan truyền cự ly xa - Mức tạp nhiễu khí lớn 30-300KHz Tần số thấp (LF) - Tương tự VLF (Km) bị hấp thụ vào ban ngày 300Tần số trung bình - Sóng mặt đất sóng 3000KHz (MF) trời ban đêm (Trăm mét) - Suy hao thấp ban đêm cao vào ban ngày - Tạp khí 3-30MHz Tần số cao Phản xạ tầng điện ly thay (Chục mét) (HF) đổi theo thời gian ngày, mùa số 30-300MHz (mét) 0,3-3GHz (dm) 3-30GHz (cm) 30-300GHz (mm) 103-107GHz Phạm vi ứng dụng ứng dụng nhiều cho thông tin nước (solar) Vô tuyến hàng hải Vô tuyến định vị hàng hải, tần số cho cứu hộ vô tuyến quảng bá AM Vơ tuyến nghiệp dư; phát sóng quốc tế; thông tin quân sự, hàng không đường dài Tần số cao (VHF) Lan truyền theo tần nhìn Truyền hình VHF, phát thẳng (LoS) FM, thơng tin đạo hàng AM, thông tin vi ba Tần số cực cao Lan truyền theo tầm nhìn Truyền hình UHF, (ultrahigh frequency- thẳng radar, thông tin vi ba UHF) Tần số siêu cao Lan truyền Los, suy hao Thông tin vệ tinh, thông (superhigh nhanh theo lượng mưa, tin vi ba frequency-SHF) suy hao khí quyền ơxi nước, hấp thụ nước cao 22GHz Tần số siêu siêu cao LoS, hấp thụ nước Rada, vệ tinh thử (Extremely High 183GHz hấp thụ ô xi nghiệm Frequency EHF) 60 119GHz Hồng ngoại, ánh sáng LoS Thơng tin quang nhìn thấy tia cực tím Thơng tin siêu cao tần làm việc dải sóng cực ngắn dùng để truyền tín hiệu có dải tần rộng Về lý thuyết, giải sóng dùng cho hệ thống vi ba từ 60MHz 60/80GHz Trong thực tế, hệ thống vi ba dạng thương phẩm thường làm việc giải sóng từ 60MHz đến 20 GHz, hệ thống công tác với giải tần số cao (60 ÷ 80 GHz) giai đoạn thử nghiệm Hệ thống thông tin siêu cao tần làm việc dải số: 60 MHz ÷ 80 GHz có dải tần làm việc rộng cao so với thông tin cao tần sử dụng làm phương tiện truyền dẫn viễn thơng cơng cộng siêu ngn = C fsiêu cao siêu cao,siêu ngắn Gọi Viba 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 diêu cao tần trạm chuyển tiếp đặt vệ tinh nằm ngồi đất + Thơng tin di động giao tiếp viễn thông máy di động MS với trạm thu phát gốc BTS làm việc dải sóng siêu cao tần 1.2.2 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 khoảng 30GHz 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 cơng 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 thống cáp khó khăn + 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 tồn 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 thơng 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 1.3 Phân loại vi ba số - Có nhiều phương pháp, để phân loại: + Theo dung lượng (tốc độ bít tổng cộng B đầu vào) hệ thống vi ba số phân thành: + Các hệ thống dung lượng thấp: B100 Mb/s + Theo cự ly liên lạc (haul) + 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 + Tuyến ngắn (cự ly liên lạc 400km): dung lượng thấp, thông thường 1DS1, 4DS1, 1E1, 4E1 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 - 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 1.4 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 D k có độ rộng T k, D k≠ Dk tín hiệu thứ ∧ k gọi bị lỗi, T k≠ 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{ D k≠ Dk}, với P{.} xác suất (1.1) ∧ Khi T k= T+δT δ T 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 giây kéo dài 10 s liên tiếp (10 s khoảng thời gian không làm việc được) Thời gian không làm việc kết thúc BER 60s, P(60) 41 Xác suất BER P0 10 − FM a / 10 vượt 10-3 42 Xác suất để P0 Pa P(10) mạch trở nên không dùng Pu 43 Độ khả dụng 100(1-Pu) % đường truyền % 44 Xác suất P0 10 − FM b / 10 BER>10-6 45 Xác suất P0 Pa P(60) -6 BER>10 khoảng > 60s 46 Hệ số cải thiện phân tập không gian Ios I = 1.2.10 −3 ( S ) ( f ) a 10 FM /10 d Bảng tra cứu tham số dùng cho tính tốn đường truyền Một số nước α2 β2 Pháp 0.5 -1 Đan mạch 0.33 Mỹ 0.5 -0.5 Thụy sỹ 0.59 -1.38 II Các tính tốn tiêu chất lượng khả sử dụng 58 r C2 56.6.sqrt(d) - Tính tốn tiêu chất lượng Các tính tốn tiêu chất lượng Độ dài đoạn (km) Số chặng tiếp phát đoạn Số lặp Xác suất BER >10-3 Tổng độ dài chặng tiếp phát N Số chặng tiếp phát có tái sinh tín hiệu N ∑ P 10 i =1 Xác suất BER >10-3 (Pha đing lựa chọn) N [ 0i 4∑ηi K i 2.d i =1 1.5 i − ( FM / 10 ) ( rbi log M )10 Tổng gián đoạn thông tin (BER>10-3) (4)+(5) Chỉ tiêu giây lỗi trầm trọng 0.006% L < 280km 0.054.L/2500 % 2500km Độ dự trữ vượt tiêu dB (BER>10-3) Độ cải thiện cân (BER>10-3) Ie 10 Độ cải thiện cân phân tập BER>10-3 Ios 11 Xác suất BER>10-6 10lg(%chỉ tiêu / %tính tốn) N ∑ P 10 i =1 Xác suất BER>10-6 (Pha đing lựa chọn) 13 Tổng BER>10-6 14 Chỉ tiêu phút suy giảm chất lượng ] 0i − ( FM bi / 10 ) Dựa vào đường cong signature tương ứng với BER >10-6 (11)+(12) 0.045% L < 280km 0.04.L/2500 % 280km < L < 2500km 15 Độ dự trữ tiêu dB (BER>10-6) 10lg(%chỉ tiêu / %tính tốn) 16 Độ cải thiện cân BER>10-6 Ie 17 Độ cải thiện cân phân tập BER>10-6 Ios Tính tốn khả sử dụng 18 Độ không sử dụng thiết bị, % 19 Độ không sử dụng mưa, p % 280km < L < 12 −6 0.15 10-3 FMa = 0.12(A0.01)p-(0.546+0.043lgp) 59 20 Độ không sử dụng pha đing nhiều tia phẳng, % N 100∑ P0i Pai P (10) i i =1 21 Độ không sử dụng pha đing lựa chọn theo 100.P(10).(Xác suất BER>10-3 tần số, % pha đing lựa chọn theo tần số) 22 Tổng độ không sử dụng được, % 23 Chỉ tiêu độ không khả dụng hệ thống, % (18)+(19)+(20)+(21) 60 0.06.L/600 % với L aK 12 + a®k1 + ap®1 ) ( có dự phòng) pha đinh chiếm → Tính độ dự trữ phađinh ∆Pp® = Pl − aΣ k − a®h ∆Pp® > ap®1 Từ quan hệ Wpđ f(T%) tính Tr%(max) thời gian gián đoạn liên lạc nh hng ca pha inh Y cầu: T1% T1* % T ongtự tính đợ c H1% Y cầu: H1% H1* % Khoảng tuyến đạt TÍNH AĐH Để tính phải biết cấu trúc thực địa hình khoảng tuyến đồ địa hình vẽ mặt phẳng khơng cho biết cấu trúc thực khoangr tuyến Vì phải tiến hành vẽ biểu đồ mặt cắt Biểu đồ mặt cắt phần giao bề mặt đất với mặt phẳng qua điểm đặt anten tâm đất để vẽ biểu đồ mặt cắt phải có dụng cụ: - Bản đồ địa hình tỷ lệ 1/100.000; 1/50.000 63 - Tờ giấy kẻ ôly - Thước cong - Bút chì Trên đồ địa hình xác định điểm tuyến trạm dùng thước thẳng nối điểm → đường khoảng tuyến Dựa vào tỉ lệ đồ địa hình tìm cự lý thực khoảng tuyến Các bước vẽ a Chuyển khoản tuyến từ đồ địa hình vào tờ ly Từ tỉ lệ đồ địa hình tính chiều dài thực khoảng tuyến R Đo AB cm: 56 cm → thực tế 56 km Trên tờ kẻ ô ly chuyển khoảng tuyến vào đường kẻ nằm ngang phía tờ ô ly phải chọn tỉ lệ tờ kẻ ô ly chiều dài độ cao 64 Chuyển điểm cao đường bình đồ đặc biệt từ đồ địa hình tờ kẻ ly b Vẽ đường cong mực nước biển qủa đất - Phía tờ ly vẽ hình chiếu A’, B’ AB - Chia đối xứng phía thành đoạn ( chia đôi giữa) ri2(km) - Đặt đoạn ∆y &i = = (m) Z điểm chia tương ứng vng góc với A’B’ phái - Dùng thước cong nối điểm phía đoạn ∆yi ta nhận đường cong mực nước biên khoảng tuyến Z xem tài liệu Thực tế chọn Z = 21,7 c Vẽ đường cong địa hình thực khoảng tuyến Đặt độ cao toạ độ tương ứng theo tỉ lệ độ cao chọn đường cong mực nước biển Dùng thước cong nối điểm lại, nhận đường cong thực khoảng tuyến d Tại điểm A’’, B’’ đặt chiều cao anten hA hB theo tỉ lệ chọn Ví dụ: = 60m ≈ 3cm, hB = 100m ≈ 5cm Dùng thước kẻ nối điểm anten đường nhìn thấy anten e Xác định tham số khoảng tuyến - Khoảng hở H khoảng cách đường thẳng nối anten với đỉnh vật chắn cao Nếu H ≤ tuyến bị chắn ( tuyến đóng) → khơng thơng tin Nếu H > không bị chấn → thông tin - Khoảng hở tương đối H0 khoảng cách đường thẳng nối anten với Fredren thứ tính đỉnh vật chắn cao tính theo đại số: H0 = K= RλK(1− K) f = 1,8G ÷ 2,2G RC R Nếu H < H0 tuyến nửa mở ( đỉnh vật chắn nằm miền Frednen thứ nhất) Nếu H > H0 tuyến mở hoàn toàn ( đỉnh vật chắn nằm đường Frednen) 65 TÍNH W ĐỌC ĐỊA HÌNH ĐỌC MỤC 7.2 Cho biết quan hệ Wđh, Pg, µ Pg = H H0 µ=3 R2K 2(1− K)2 R VCH0 TÍNH Wpha đinh Dựa vào tiêu chuẩn ban đầu cho H*% độ ổn định thơng tin → Tính độ khơng ổn định 100% - H % = T*% tạm thời phân bố ổn định cho khoảng tuyến Ví dụ: Tuyến có M khoảng tuyến T1* % = T* % M Sau từ đồ thị Wphađinh = f(T%) đồ thị hình 52 ( trang 55) có T1% f tìm Wphađinh Tính dự trữ pha đinh Pe2 ≥ WK + W®h1 + Wp®1 Thoả mãn bất phương trình → có độ dự trữ, độ dư thừa ( không thoả mãn phải tính lại) → Tính độ dự trữ pha đinh ∆Pp®= Pe − WK2 − W®h = Wp®max Từ đồ thị Wphađinh = f(T%) hình 52 Tính T1% ( cho phép gián đoạn T1% mà bù được) Tính H1% = 100% − T1% 66 H1% > H* % → thoả mãn Đã có dự trữ cho phađinh thiết kế tuyến đảm bảo Tồn tuyến có M T% = ∑ T1% M H% = 100% − ∑ T1% > H* % CÁC BƯỚC THIẾT KẾ Bài tập: - Trình bày bước vẽ biểu đồ mặt cắt - Vẽ biểu đồ mặt cắt khoảng tuyến theo số liệu cho trước - Xác định tham số khoảng tuyến H, H0, P(g), K, Rchẵn - Phương pháp tính Wđh cho khoảng tuyến vẽ - Phương pháp tính Wpđ cho khoảng tuyến vẽ chia bình qn độ khơng ổn định T* % cho khoảng tuyến ( cho M khoảng tuyến) - Phương pháp tính độ dự trữ pha đinh ∆Ppđ - Phương pháp tính độ ẩn đinh thông tin H% H% > H*% Từ đồ thị 5.2 W*1pđ ( tiêu chuẩn) Cho Pe ≥ WK + W®h1 + Wp®1 Tính độ dự trữ ∆Pp®= Pe − W − W®h → Wp®max thực tế K N1% = 100% − T1% Toàn tuyến N H% = ∑ Hi% i Yêu cầu: H% > H*% Cho R cự ly khoảng tuyến ri Bình độ A R 350 59 km ri Bình độ B 320m 67 r1 r2 r3 r4 r5 r6 r7 r8 r9 r10 r11 r12 r13 r14 Km Km 12 Km 18 Km 22 Km 28 Km 32 Km 36 Km 38 Km 42 Km 46 Km 50 Km 54 Km 57 Km 300 200 200 200 200 100 100 200 300 200 200 100 200 300 Độ cao anten tối đa 60 m vật chắn: bán kính vật chắn r2(km) R vc = 8y(m) 68 Tµi liƯu [1] Bïi ThiƯn Minh, bé bu chÝnh viƠn th«ng, vi ba sè, 2006 [2] Ferdo Ivannek et al.: “Terrestrial Microwave Communication” Artech House Ine 1989 [3] Frigyes I et al.: “Digital Microwave Transmission ” AkadÐmiai Kiadã, Budapest, 1989 [4] Rudolf Hecken, “Handbook on Digital Radio Relay System” Các từ viết tắt: FSK (frequency shift keying) : Khóa dịch tần PSK (phase shift keying) : Khóa dịch pha QAM (quadrature ampliture modulation) : Điều chế biên độ trực giao BPF (band pass filte) : Bộ lọc dải thông hay lọc thông dải Base-band : Băng gốc MOD (modulation) : Điều chế DEM (demodulation) : Giải điều chế MIX : Bộ trộn, trộn HPA : LPF (low pass filter) : Bộ lọc thông thấp DAC (digital analog conversation) :Bộ chuyển đổi tương tự số AMP (amplified) : khuyeech đại MAIN IF AMP (main intermediate frequency amplified):Khuếch đại âm tần Frond-end : Phía trước 69 ... truyền dẫn tín hiệu: + Hệ thống vi n thông tương tự + Hệ thống vi n thông số Chủ yếu vào vi n thông công cộng, vi n thông số 1.4 Các tiêu chất lượng hệ thống vi ba: Đối với hệ thống thơng tin... ngắn Gi l Viba Trong h 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... 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 vi n thông nông thôn: mật độ thưa, không tập trung + Mạng vi n thông