Giới hạn trên của xác suất lỗi:
Pe M QAM ≤ 2 erfc [3(C/N)(w/rs)2(M-1)]1/2 Một biểu thức chính xác hơn khi m là bội của hai:
Pe M QAM = 2[1-1/M] erfc [3(C/N)(w/rs)]/2(M-1)]1/2 {1-(1/2)[1-1/M] erfc [3(C/N)(w/rs)]/2(M-1)]1/2
Hình bên là đồ thị xác suất lỗi ứng với tỷ số C/N song biên với các giá trị M khác nhau, độ rộng băng thu w bằng tốc độ ký hiệu rs. Bảng các tham số của M QAM nêu lên C/N cần thiết để đạt đợc Pe = 104, cùng với số liệu tổng quát của M QAM phổ của M QAM và M PSK đều đồng nhất nh nhau và rút ra từ phơng trình với cùng số điểm tín hiệu. Tỷ số công suất trung bình của PSK và QAM :
Công suất trung bình M.PSK / Công suất trung bình M.QAM = 3M2/2 (M-1) π2
Các bit tọa độ hình sao Công suất Công C/N yêu cầu với Pe 10 -4 kí hiệu của tín hiệu trung bình suất
MQAM di,ei (A2để cho đỉnh Trung bình Đỉnh Trong pt 6.70) dB dB 2(4-QAM) (1,1) 2A2 2A2 11,8 11,8 4(16-QAM) (1,1), (1,3),(3,1),(3,3) 10A2 18A2 18,8 21,3 5(32-QAM) (1,1),(3,1),(5,1),(1,3) (3,3),(5,3),(1,5),(3,5) 20A2 34A2 21,8 24,1 6(64-QAM) (1,1),(3,1),(5,1),(7,1),(1,3),(3,3),(5,3),(7,3),(1,5),(3,5),(5,5),(7,5) (1,7),(3,7),(5,7),(7,7) 42A2 98A2 25,0 28,7 7(128-QAM) (1,1),(3,1),(5,1),(7,1),(9,1),(11,1),(1,3),(3,3),(5,3),(7,3),(9,3),(11,3) (1,5),(3,5),(5,5),(7,5),(9,5),(11,5),(1,7),(3,7),(5,7),(7,7),(9,7),(11,7) (1,9),(3,9),(5,9),(7,9),(1,11),(3,11),(5,11),(7,11) 82A2 170A2 27,9 31,1 8(256-QAM) (1,1),(3,1),(5,1),(7,1),(9,1),(11,1),(13,1),(15,1),(1,3),(3,3),(5,3),(7,3) (9,3),(11,3),(13,3),(15,3),(1,5),(3,5),(5,5),(7,5),(9,5),(11,5),(13,5)
(15,5),(1,7),(3,7),(5,7),(7,7),(9,7),(11,7),(13,7),(15,7),(1,9),(3,9),(5,9) (7,9),(9,9),(11,9),(13,9),(15,9),(1,11),(3,11),(5,11),(7,11),(9,11) (11,11),(13,11),(15,11),(1,13),(3,13),(5,13),(7,13),(9,13),(11,13)
(13,13),(15,13),(1,15),(3,15),(5,15),(7,15),(9,15),(11,15),(13,15),(15,15) 170A2 450A2 31,1 35,3
Tỷ số biểu thị bằng dB chỉ rõ sự khác nhau giữa hai loại điều chế với công suất cần phải tăng cho PSK. Bảng tỷ số công suất giữa M PSK và M QAM là giá trị của tỷ số này với M khác nhau:
M Công suất trung bình M PSK/Công suất trung bình M QAM dB 2 1
8 1.43 16 4.14 32 7.01 64 9.95
Bảng trên cho ta thấy các hệ thống PSK yêu cầu một công suất lớn hơn để phát đi cùng một lợng thông tin có xác suất lỗi cho trớc. Cả hai QAM và PSK đều có băng rộng hiệu dung nh nhau là log2 M, có thể suy ra rằng QAM là loại điều chế tốt nhất nhng tốn kém về độ phức tạp của mạch.
2.6 OFFSET QAM (OK QAM hay OQAM) hoặc Stagered QAM (SQAM).
Ta đã chứng minh rằng khi sử dụng tín hiệu hoá Q PSK cho phép giảm nhẹ giới hạn tỷ số tín hiệu trên tạp âm của chuẩn pha đến 3dB so với QPSK truyền thống. Hơn nữa khi có trợt pha d và tạp âm Gaussian cộng vào OQAM cũng đợc cải thiện hơn QAM với cùng độ rộng băng thông. Nhng sự cải thiện này tỷ lệ với số lợt vợt quá độ rộng băng đã có. Cùng với bất kỳ dạng xung Nyquist nào (sinωt/ωt) định thời dao động tối u bằng một nửa khoảng ký hiệu.
Ngời ta đã chứng minh rằng khi sử dụng khung tín hiệu cosin- tăng với trễ thời gian dao động nửa chu kỳ bit cũng tơng đơng nh tăng tỷ số tín hiệu trên tạp âm lên 3dB với độ rộng băng vợt quá 100%. Hình bên minh hoạ sơ đồ khối của hệ thống S QAM tài liệu tham khảo mô tả khái niệm tổng quát của các hệ thống truyền số liệu song song, trong đó sự dụng MQAM và SQAM.
Khoa ĐTVT - ĐHBK Hà nội Trang - 65 -
Xử lý số liệu Trễ Tb/2 Bộ dịch pha ∑ Bộ đổi tần trên Vào số liệu Bộ chuyển đổi 2 sang L mức Bộ chuyển đổi 2 sang L mức Bộ lọc thấp phát Bộ lọc thấp phát Dao động nội Lọc và khuyếch đại 900 00 Bộ điều chế cân bằng
Khoa ĐTVT - ĐHBK Hà nội Trang - 66 - ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ Xử lý số
liệu Khôi phục sóng mang
Số liệu ra Bộ chuyển đổi 2 sang L mức Bộ chuyển đổi 2 sang L mức Bộ lọc thấp thu Bộ lọc thấp thu Khôi phục định thời 900 00
Chơng III - Tổng quát về thiết bị vi ba số DM2G - 1000
3.1 Giới thiệu chung
3.1.1. Đặc điểm thiết bị
DM2G - 1000 là thiết bị vi ba số có dung lợng là 16 Mbit/s (gồm 8 luồng 2Mbit/s), tổ hợp các khối chức năng cần thiết, bao gồm cả phần Radio và Modem trong một khung giá máy đơn. Tất cả các khối chức năng đợc chia ra trên một số mạch điện nhỏ, gọn nhẹ với độ tích hợp linh kiện cao.
DM2G - 1000 dễ đóng gói, vận chuyển, lắp ráp và dễ dàng cho việc kiểm tra lại tuyến. Thiết bị bao gồm những chức năng chính nh sau:
-Nguồn cung cấp -Thu phát vô tuyến
-Điều chế và giải điều chế -Kênh nghiệp vụ
-Phân nhánh RF
-Panel hiển thị các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản -Kiểm tra và giám sát
-Điều khiển và giám sát từ xa
Tất cả các mạch chức năng và khối mạng phân nhánh (BR NTWK) gồm các khối: nguồn, phát, thu, điều khiển, giám sát, kênh nghiệp vụ... nằm gọn trong một thùng kim loại. Mặt trớc thùng có thể đợc tháo rời để quan sát. Khối mạng phân nhánh (BR NTWK) đợc gắn vào khoảng không gian phía dới các khối mạch (đáy thùng).
*Danh mục các khối chức năng + Khối phát (TX)
+ Khối xử lý phát (TDP) + Khối dao động (OSC) + Khối điều chế (MOD)
+ Khối khuyếch đại cao tần (HPA) + Khối thu (RX)
+ Khối nhận và giải điều chế IF (IF DEM) + Khối chuyển đổi tín hiệu thu (R CONV) + Khối băng tần cơ sở (B-U/U-B)
+ Khối giám sát logic (SVLG1) + Khối kênh nghiệp vụ (DSC2) + Khối nguồn (PS)
+ Khối hiển thị (DSPL) + Khối chuyển mạch (TSW) + Khối chuyển mạch thu (RSW) + Khối mạch phân nhánh (BR NTWK)
3.1.3 Cấu hình hệ thống .
DM2G - 1000 có thể phục vụ linh hoạt cho các tuyến vi ba cố định nói chung và các trạm vi ba di động nói riêng. Trong phạm vi cố định, DM2G - 1000 có thể tạo thàng một trạm đầu cuối, một trạm chuyển tiếp hoặc một trạm trung gian có xen rẽ. Chúng ta biểu diễn một tuyến với hai trạm đầu cuối dùng thiết thiết bị DM2G -1000 theo cấu hình 1+0 nh hình vẽ sau (chỉ minh hoạ một chiều).
Tín hiệu vào Tín hiệu ra
CCc
Anten phát Anten thu
Khoa ĐTVT - ĐHBK Hà nội Trang - 68 -
Cơ Sở Thu Cơ Sở Phát SW
Hình 3.1 - Sơ đồ ứng dụng DM2G - 1000 cho một tuyến cấu hình 1+0
+Thiết bị không có dự phòng 1+0.
+Cấu hình 1+1: Thiết bị dự phòng nóng (sơ đồ tơng tự nh trên nhng có hai khối phát và hai khối thu đi kèm các chuyển mạch phát và các chuyển mạch thu).
+Cấu hình n+1: Có rất nhiều máy hoạt động nhng chỉ có một máy dự phòng cho cả n máy.
3.1.4 Các chỉ tiêu kỹ thuật a- Đặc tính vô tuyến.
Thiết bị DM2G - 1000 hoạt động trên một dải tần từ 2000 đén 2100 và 2200 đến 2300 (MHz)
Trong băng tần đã cho, tần số đợc chia thành 5,6 cặp các cặp này thờng đi với nhau. DM2G - 1000 với tần số trung bình 2GHz đợc chia thành 5 cặp sau đây:
1) 2038 1’) 2213,5 2) 2052 2’) 2227,5
3) 2066 3’) 2241,5 4) 2080 4’) 2255,5 5) 2094 5’) 2269,5
Đơn vị: MHz. Nh vậy bớc nhảy liên tiếp giã hai tần số là 14 MHz, khoảng cách giữa tần số thu và tần số phát là 175 MHz.
Các tần số 1, 2, 3, 4, 5, gọi là tần số thấp. Các tần số 1’, 2’, 3’, 4’, 5’, gọi là tần số cao.
b- Đặc tính cơ khí và điều kiện hoạt động.
-Kích thớc vật lý: + Rộng : 448mm
+ Cao : 325mm
+ Sâu : 450mm
-Khối lợng: 30 kg
-Điều kiện về nguồn: Điện áp một chiều cung cấp (DC) là -24V hoặc -48V (-19V đến -60V).
-Điều kiện về môi trờng:
+ Nhiệt độ xung quanh: 0 đến 450C + Độ ẩm tơng đối: Tới 95%
+ Độ cao đặt máy: Đợc 4000 m so với mực nớc biển (thờng lợi dụng địa hình đồi, núi, vùng cao).
3.2 Chức năng các khối
Hình 3.2 - Sơ đồ khối tổng quát máy DM2G - 1000
Tổng quan sơ đồ gồm có:
+ Khối phát: 2 khối trong cơ cấu dự phòng nóng TX No1 và TX No2 + Khối thu: Cũng gồm hai khối RX No1 và RX No2
+ Khối băng tần cơ sở: B-U/U-B + Khối kênh nghiệp vụ số: DSC2 + Khối logic giám sát: SVLG1 + Khối hiển thị: DSPL1 (Display 1)
Khoa ĐTVT - ĐHBK Hà nội Trang - 70 -
Kênh nghiệp vụ số (DSC 2) Hiển thị (DSPL1) Logic gíam sát (SVLGC1) Tín hiệu nghiệp vụ DSC*1 DSC*2 DSC*1 DSC*2 Băng tần Cơ sở (B-U/) (U/B) Mạng phân nhánh (BR - NTWK) Khối phát1 Khối phát 2 Khối thu 1 Khối thu 2 IN OUT
3.2.1 Khối phát (TX).
Vì TX No1 giống hệt TX No2 nên ta trình bầy với 1 trong 2 thiết bị:
Khối phát gồm 4 khối chức năng sau:
+ Khối xử lý dữ liệu phát (TDP)
+ Khối dao động (OSC)
+ Khối điều chế (MOD)
+ Khối khuyếch đại công suất siêu cao tần (HPA)
a- Khối xử lý dữ liệu phát (TDP).
Tín hiệu từ băng tần cơ sở muốn phát đi phải đợc xử lý tại TDP:
• Nhiệm vụ của khối TDP
- Chuyển đổi từ nối tiếp ra song song - Chuyển đổi tốc độ dữ liệu: (2 luồng)
8,448 Mbit/s x 2 → 9,01764 Mbit/s x 2 - Ghép kênh dữ liệu của:
+ Bit dữ liệu chính (tới từ B-U/U-B) + Bit dữ liệu nghiệp vụ số (từ DSC2) + Bit đồng bộ khung
+ Bit kiểm tra chẵn lẻ + Bit điều khiển chèn + Bit nhận dạnh đờng - Trộn (Scrambling)
- Mã hoá vi sai
- Gửi tín hiệu cảnh báo.
Dao động (OSC) Điều chế (MOD) Khuyếch đại (HPA) Xử lý phát (TDP) Từ băng tần Ra mạch phân nhánh Từ DSC tới (B-U/U-B) Hình 3.3 - Sơ đồ khối phát
• Các thông số kỹ thuật:
- Dữ liệu chính vào: 8,448 Mbit/s x 2 từ B-U/U-B tơng thích với mức NRZ TTL (mã không trở về 0 với mức nguồn +5V)
- Tín hiệu đồng hồ vào: 8,448 Mbit/s x 2 (từ B-U/U-B). - Tín hiệu nghiệp vụ vào: 140,9kb/s x 2 từ DSC2. - Dữ liệu đồng hồ DSC vào: 140,9kb/s từ DSC2. - Dữ liệu chính ra: 9,01764 Mbit/s x 2 tới bộ điều chế
• Cảnh báo:
- Cảnh báo vào: B IN LOOS 1,2: Cảnh báo đợc báo tờ B-U/U-B khi tín hiệu lỡng cực bị mất. Mức cảnh báo là TTL (mức ‘H‘ 5V)
- Cảnh báo ra:
+ SIG IN: Xuất hiện cảnh báo khi tín hiệu chính hoặc tín hiệu DSC vào bị mất. Mức tín hiệu là TTL.
+ TPWR (cảnh báo công suất phát): Xuất hiện cảnh báo khi mức công suất phát nhỏ hơn công suất danh định 3dB. Mức cảnh báo là TTL (mức ‘H‘).
b- Khối dao động.
OSC: Tạo tín hiệu RF, đợc sử dụng cho hệ điều chế trực tiếp tín hiệu RF.
Nó tạo dao động nội, ttần số dao động nội TX chính là tần số phát (vì ở đây không điều chế tần số mà điều chế 4 - QAM).
Tần số dao động nội đợc tạo bởi khối dao động điều khiển điện áp (VCO) dới sự c- ỡng bức của mạch vòng khoá pha PLL (Phase-Lock-Loop).
• Các thông số kỹ thuật: - Dải tần: 2000 MHz đến 2150 MHz và 2150 MHz đến 2300 MHz. - Độ ổn định tần số: ± 10 ppm. - Mức ra RF: - 5dbm ± 1dbm. - Mức ra hiển thị (MON): - 15 dbm. • Hoạt động của mạch:
- Tần số dao động nội của VCO đợc điều khiển bằng vòng lặp khoá pha.
- Tần số PPL quy chiếu là 8MHz, tần số so sánh là 250 MHz và bớc gián đoạn là 500 KHz.
- Đầu ra VCO đợc khuyếch đại và lọc để trừ loại hài bậc cao, sau đó đa đến cổng RF OUT.
c- Khối điều chế (Modulation).
Khối này điều chế hai luồng tín hiệu 9,01764 Mbit/s đến bộ TDP.
Tín hiệu ngoại sai (dao độnh nội) đợc lấy từ bộ dao động OSC, nó điều chế sóng mang trực tiếp.
Phơng thức điều chế ở đây là điều biên cầu phơng (4-QAM, 4 mức là 00,01 10,11).
• Các thông số kỹ thuật:
- Dải tần: 2000 MHz đến 2150 MHz và 2150 MHz đến 2300 MHz. - Mức tín hiệu vào: -5dbm ± 1dbm.
- Tín hiệu ra điều chế: -5dbm ± 3dbm - Lỗi pha: Nhỏ hơn 50.
- Tín hiệu đã đợc điều chế: 800 mVpp
• Hoạt động của mạch:
- Tín hiệu ra RF (-5dbm) sau bộ TDP đợc khuyếch đại và chia làm hai phần bằng nhau bằng mạch phân chia sai động đa vào thực hiện điều chế. Tín hiệu này có tần số đúng bằng tần số sóng mang của máy phát ra.
- Hai luồng dữ liệu (S1 và S2) 9,01764 Mbit/s lấy ra sau bộ xử lý dữ liệu phát (TDP) đợc gửi tới bộ điều chế MOD (với phơng thức 4-QAM) để điều chế sóng mang phát. Tín hiệu ra từ bộ này là tín hiệu siêu cao tần đã đợc điều chế.
- Sau đó tín hiệu trên đợc đa vào bộ khuyếch đại HPA để xử lý,.
d- Khối khuyếch đại công suất siêu cao tần (HPA).
Tín hiệu đầu vào của HPA là tín hiệu ra sau khối MOD, có mức là (-5dbm), bộ HPA khuyếch đại nó lên đến (+33dbm) để phát đi.
• Các thông số kỹ thuật:
- Dải tần số: 2000 MHz đến 2150 MHz và 2150 MHz đến 2300 MHz - Mức tín hiệu vào: -5dbm (tín hiệu đã đợc điều chế).
- Mức công suất ra: + 33dbm
• Hoạt động của mạch:
HPA bao gồm một bộ khuyếch đại RF, VATT (bộ suy hao biến đổi), bộ phân chia và bộ khuyếch đại siêu cao tần.
Tín hiệu trên đầu ra của bộ HPA đợc đa tới bộ BR NTWK (mạng phân nhánh - Branching network)
Nh vậy khối phát TX gồm 4 chức năng chính và nhiều chức năng con nh đã kể trên cùng với nguyên lý hoạt động cũng nh các thông số kỹ thuật của chúng. Với sự quan sát thực tế chúng ta thấy rằng khối này rất gọn nhẹ dễ tháo rời vì nó là thiết bị số đợc cấu tạo bằng công nghệ vi điện tử (với các mảng mạch IC có độ tích hợp cao - LSI). Mặt khác công suất phát của máy là nhỏ (33dBm), vì các anten thu phát đặt cao, suy hao do môi tr- ờng truyền dẫn không trung nhỏ. Các mức điện một chiều DC cung cấp là thấp (-5V đến +10V), sẽ rất tiết kiệm, an toàn, công suất tiêu thụ toàn hệ thống là 110W (nhỏ).
3.2.2. Khối thu(RX).
Gồm RX No1 giống hệt RX No2. Ta chỉ cần xét 1 máy thu RX No1:
a- Chức năng cơ bản của khối.
+ Chuyển đổi tín hiệu thu 2GHz và dao động đồng bộ thành một tín hiệu trung tần IF 70 MHz.
+ Tạo dạng phổ của tín hiệu IF.
+ Điều chỉnh mức tín hiệu ra IF bằng bộ điều lợng AGC.
+ Giải điều chế tín hiệu 4-QAM: Loại bỏ sóng mang trung tần, thu lại luồng tín hiệu.
+ Phân chia luồng tín hiệu, tách ra dữ liệu chính, dữ liệu DSC, xung đồng hồ, bit kiểm tra chẵn lẻ, bit thông tin về chèn.
Khoa ĐTVT - ĐHBK Hà nội Trang - 74 -
Nhận IF và giải điều chế (IF DEM) Chuyển đổi Tín hiệu thu (R CONV) Đến DSC2 Từ mạng phân nhánh Đến khối băng tần cơ sở (U-B)
Hình 3.4 - Sơ đồ tổng quát khối thu1 (RX No1)
IF Xử lý thu Giải điều chế Dao động nội Trộn
tần Khuyếchđại thu Dao động đồng bộ Khuyếch đại IF Đến (U-B) Từ BR NTWK IF Đến kênh nghiệp vụ (DSC2)
b- Các thông số kỹ thuật. + Tần số thu: 2000 đến 2150 MHz và 2150 MHz đến 2300 MHz + Mức tín hiệu thu: -42 dbm ữ -90dbm/50Ω + Tạp âm: 4dB là điển hình + Độ ổn định tần số nội: 10 ppm c- Các cảnh báo.
+ PLL (tên cảnh báo): Báo hiệu rằng mạch PLL của dao động nội bị mất ổn định. + LEVEL (mức): Khi mức ra của trung tần nhỏ hơn (-15dBm) tại
R CONV
+ BER (tỷ lệ lỗi): Khi BER đợc phát hiện bởi việc kiểm tra chẵn lẻ quá một trong những giá trị đặt trớc. Một trong những BER dới đây có thể đặt trớc: 10-4, 105,106,107...
+ FRAME (khung): Xuất hiện khi đồng bộ khung cho luồng dữ liệu chính bị mất.
d- Các khối chức năng con.
RX No1 gồm 7 khối (xem sơ đồ): LNA, MIX,VCO SYN, IFA, DEM, VCO, RDP. * Khối LNA (khối khuyếch đại cao tần và hạn chế tạp âm thấp):
Khuyếch đại tín hiệu thu RF (2GHz) vì tín hiệu này bị suy hao trên đờng truyền nên còn rất nhỏ (mặc dù truyền dẫn số suy hao nhỏ hơn nhiều so với truyền dẫn analog). * Khối VCO SYN (khối tổ hợp dao động):
Bộ tạo dao động phục vụ cho việc trộn tần ở khối MIX. Bộ dao động này đợc sử