1.3.2.1.Giới thiệu chung
Súng vụ tuyến điện cú bước súng dưới một một đến cỡ mi-li-một được gọi là súng vi ba. Súng vi ba được dựng rộng rói trong nhiều lĩnh vực khoa học, cụng nghệ và ứng dụng thực tếđời sống. Thụng tin viễn thụng và truyền thụng quảng bỏ càng được dựng nhiều dẫn đến tài nguyờn mụi trường ngày càng quý giỏ. Hỡnh thức truyền tin dựa trờn mụi trường khụng gian mở và như vậy nú chịu tỏc động nhiều bởi mụi trường. Sự chồng chộo, xung đột súng mang tớn hiệu giữa cỏc hệ thống thụng tin khỏc nhau yờu cầu phải cú sự bảo vệ của chớnh mỡnh và quản lý ngày càng khoa học, chặt chẽ của nhà nước. Một trong cỏc phương tiện thụng tin vụ tuyến quan trọng của xó hội loài người là hệ truyền thụng tin điểm tới điểm trờn mặt đất, ngày nay gọi là hệ thống vi ba số. Do đặc điểm truyền súng trực tiếp từ điểm phỏt tới điểm thu nờn nú cũn cú tờn là thụng tin tầm nhỡn thẳng.
So với cỏc hệ thống truyền dẫn khỏc, hệ thống truyền dẫn vi ba số cú rất nhiều hạn chế do mụi trường truyền dẫn là mụi truờng hở và băng tần hạn hẹp. Truyền dẫn vi ba sốđược thực hiện ở dải tần từ 1 GHz đến vài chục GHz, trong khi đú truyền dẫn quang được thực hiện ở tần số vào khoảng 2.106 GHz (nếu coi λ=1500 nm) vỡ thế băng tần truyền dẫn vi ba số rất hẹp so với quang.
- Chất lượng tớn hiệu khi truyền dẫn vi ba chịu tỏc động rất lớn của cỏc điều kiện khớ hậu thời tiết như mưa, giú, mõy mự, bóo, tuyết, …
- Cỏc nguồn nhiễu thiờn nhiờn, vũ trụ như sấm sột, bóo từ cũng làm nhiễu thụng tin.
- Tỏc động của cỏc loại nhiễu điện từ do sản xuất cụng nghiệp và giao thụng vận tải như hàn điện, cỏc thiết bịđiện đỏnh lửa, xe ụ tụ, cỏc loại thiết bị dõn dụng, …
- Ảnh hưởng của địa hỡnh đối với súng truyền của đường truyền vi ba số giữa cỏc trạm truyền dẫn như nỳi, đồi, sụng, biển, nhà cao tầng, …
- Sự suy hao cụng suất tớn hiệu khỏ lớn trong mụi trường truyền dẫn .
- Sự can nhiễu lẫn nhau giữa cỏc kờnh thụng tin vụ tuyến và cỏc hệ thống thụng tin khỏc nhau .
- Điều kiện dễ dàng đối với sự xõm nhập chiếm kờnh trỏi phộp và độ an toàn về bảo vệ bớ mật thụng tin là vụ cựng khú khăn .
Tuy nhiờn phương thức truyền dẫn vi ba số cũng cú cỏc ưu điểm mà cỏc loại phương thức truyền dẫn khỏc khụng thể cú được, vớ dụ như:
- Hệ thống cú khả năng linh hoạt, nhanh chúng đỏp ứng phục vụ thụng tin cho khỏch hàng mọi lỳc mọi nơi và mọi dịch vụ . Nhu cầu di động sẽ khụng ngừng tăng trong tương lai.
- Việc triển khai hay thỏo gỡ hệ thống truyền dẫn rất cơ động, khi khụng cần thiết cú thể nhanh chúng chuyển sang lắp đặt ở vị trớ khỏc của mạng viễn thụng.
- Giỏ cả hệ thống và đầu tư ban đầu thấp. Ưu điểm này cho phộp cỏc nhà khai thỏc phỏt triển mạng viễn thụng nhanh chúng ở cỏc vựng cơ sở hạ tầng viễn thụng chưa phỏt triển với vốn đầu tư thấp nhất.
Ngoài cỏc ưu điểm trờn thụng tin vụ tuyến là phương tiện thụng tin duy nhất cho cỏc chuyến bay vào vũ trụ, thụng tin đạo hàng, định vị ....
Để phỏt huy được cỏc ưu điểm và khắc phục cỏc nhược điểm của truyền dẫn vi ba số, cỏc nhà thiết kế thiết bị và hệ thống truyền dẫn vi ba số phải sử dụng cỏc biện phỏp cụng nghệ xử lý số và cỏc cụng nghệ vụ tuyến hiện đại.
1.3.2.2.Hiện tượng pha đinh
Một ảnh hưởng rất nguy hiểm ở cỏc đường truyền dẫn vi ba số là pha đinh. Từ lớ thuyết truyền súng ta biết phađinh là hiện tượng thăng giỏng thất thường cuả cường độ điện trường ở điểm thu. Nguyờn nhõn pha đinh cú thể do thời tiết và địa hỡnh làm thay đổi điều kiện truyền súng. Khi xảy ra pha đinh trong truyền dẫn vi ba số, tại điểm thu cường độ súng thu được lỳc mạnh lỳc yếu thậm chớ cú lỳc mất thụng tin. Pha đinh nguy hiểm nhất là pha đinh nhiều tia xẩy ra do mỏy thu nhận được tớn hiệu khụng phải chỉ từ tia đi thẳng mà cũn từ nhiều tia khỏc phản xạ từ cỏc điểm khỏc nhau trờn đường truyền dẫn. Cỏc hệ thống truyền dẫn vi ba số phải được trang bị cỏc hệ thống và thiết bị chống pha đinh hữu hiệu.
Người ta chia hiện tượng pha đinh thành pha đinh phẳng và pha đinh lựa chọn tần số. Pha đinh phẳng là mối quan tõm đối với hệ thống dung lượng nhỏ băng tần hẹp. Pha đinh lựa chọn tần số cần quan tõm cho hệ thống truyền dẫn dung lượng cao, băng tần rộng. Pha đinh nhiều tia gõy ra hậu quả xấu nhất do nhiều tia súng đi quóng đường khỏc nhau cựng đến điểm thu với hiệu ứng lựa chọn làm mộo biờn độ và mộo thời gian trễ suốt độ rộng băng tần của kờnh truyền . Những sự mộo này tạo nờn sự giao thoa dấu hiệu S.I.S lớn hơn so với độ tăng của tạp õm nhiệt của tớn hiệu thu .
k < 4/3 a
k > 4/3 b
Khụng một loại pha đinh nào cú thể tiờn đoỏn được một cỏch chớnh xỏc bởi sự biến đổi của chỳng tuỳ thuộc vào điều kiện khụng khớ. Kinh nghiệm cho thấy điều kiện khớ hậu và địa hỡnh là nguyờn nhõn chớnh gõy ra pha đinh mà tất cả khả năng pha đinh chỉ cú thể xỏc định bằng thống kờ. Núi cỏch khỏc là chỉ cú thể dựa vào lý thuyết xỏc suất tớnh toỏn khả năng hệ thống vi ba số sẽ ngừng hoạt động với số phần trăm chắc chắn trong năm vỡ pha đinh. Trong phạm vi này số phần trăm dung sai là quỏ lớn. Người ta nghiờn cứu và đề xuất một số kỹ thuật nhằm cải thiện thời gian giỏn đoạn thụng tin.
Pha đinh phẳng
Pha đinh phẳng xuất hiện thường xuyờn là do chựm tia súng truyền đi bị cong. Chựm tia súng cực ngắn cú thể bị chuyển hướng do sự thay đổi chỉ số khỳc xạ của khụng khớ (hằng sốđiện mụi). Hệ số k = 4/3 được dựng để tớnh toỏn truyền súng ởđiều kiện ỏp suất tiờu chuẩn. Tại đú tia súng cú độ cong bằng một phần tư của độ cong mặt đất thực .
Bỏn kớnh quảđất hiệu dụng
k = Bỏn kớnh thật của quảđất
Khi hai an-ten phỏt và thu được đặt trong điều kiện tiờu chuẩn, toàn bộ cường độ tớn hiệu sẽ nhận được bởi mỏy thu. Khi mật độ khụng khớ thay đổi thỡ chỉ số khỳc xạ cũng thay đổi khỏc với điều kiện chuẩn làm cho chựm tia súng cú thể cong lờn hay cong xuống phụ thuộc chỉ số k . Khi k nhỏ hơn 4/3 thường gọi là độ khỳc xạ thấp hay điều kiện dưới chuẩn tia súng cú hướng cong lờn. Khi k lớn hơn 4/3 thường gọi là độ khỳc xạ cao hay điều kiện trờn chuẩn tia súng cú hướng cong xuống . Việc phụ thuộc nghiờm ngặt của sự cong một trong hai loại trờn cú thể gõy ra sự suy giảm đỏng kể cường độ trường tớn hiệu thu dẫn tới làm hỏng dịch vụ. Núi chung thỡ hầu như loại tia súng xuất hiện cong lờn phớa trờn an-ten thu. Đối với tia cong xuống, chựm khụng cong quỏ, một số năng lượng của chựm được phản xạ từ vật cản, sự pha đinh băng rộng được so sỏnh với sự quan hệ hẹp băng tần súng cực ngắn là pha đinh phẳng hoặc pha đinh khụng lựa chọn. Tuy nhiờn nếu số năng lượng được phản xạ từ vật cản và nú nhiễu với năng lượng đường trực tiếp thỡ pha đinh là lựa chọn tần số. Tương tựđối với chựm tia cong lờn, năng lượng khụng tới mỏy thu khỏc với đường trực tiếp, khi chựm tia cong xa xuất hiện pha đinh phẳng .
Tia súng cong lờn (a) Tia súng cong xuống (b) Hỡnh 1.50: Hiện tượng tia súng cong
Pha đinh lựa chọn tần số
Pha đinh nhiều đường khớ quyển
Khi cỏc điều kiện khớ quyển là cỏc lớp với sự tồn tại cỏc mật độ khỏc nhau, sự dẫn cú thể xuất hiện. Nếu sự tập hợp cỏc lớp làm sao cho cỏc chựm tia súng cực ngắn khụng bị bẫy mà chỉ bị
làm lệch hướng thỡ năng lượng súng cực ngắn cú thểđi tới an-ten thu bằng nhiều đừơng khỏc so với đường trực tiếp. Sự thu nhận nhiều đường gõy ra pha đinh do hai súng thu được hiếm khi cựng pha. Nếu chỳng đến hoàn toàn trỏi pha, cú ớt giõy mất cụng suất thu cú thể lờn đến 30 dB hoặc hơn, đú là điều trở ngại (hỡnh 1.51). 2 1 3 4
Đường 1 trực tiếp ; đường 2,3 lệch ; đường 4 phản xạ .
Hỡnh 1.51: Cỏc đường súng từ phỏt đến thu.
Pha đinh nhiều tia phản xạ từ mặt đất
Sự phản xạ từ mặt đất tạo thành sự thu nhiều đường tia súng nú sẽ là trở ngại khi cỏc súng thu được ngược pha. Khi phản xạđất và pha đinh khớ quyển xuất hiện đồng thời cú thể xảy ra pha đinh sõu tới 40 dB. Nếu những tỏc động sửa lỗi khụng được tiến hành thỡ thụng tin cú thể ngừng trệ. Pha đinh nhiều tia là pha đinh lựa chọn tần số, do sự ngược pha làm mất thụng tin nghĩa là cỏc tia súng đi cỏc quóng đường khỏc nhau nửa bước súng . Điều lưu ý là pha đinh sẽ khụng phải xuất hiện cựng một lỳc với mọi tần số RF .
1.3.2.3.Nhiễu và phõn bố tần số
1) Vấn đề nhiễu
Khi tồn tại cỏc hệ thống thụng tin vụ tuyến tương tự và số chỳng cú thể gõy can nhiễu lẫn nhau. Núi chung cú những vấn đề sau cần phải quan tõm :
- Can nhiễu hệ thống sốđến hệ thống số. - Can nhiễu hệ thúng tương tựđến hệ thụng số. - Can nhiễu hệ thống sốđến hệ thống tương tự.
Hệ thống số cú tớnh chống nhiễu cao hơn hệ thống tương tự cựng tớnh năng, vấn đề là nhiễu từ hệ thống sốđến cỏc bộ phận tương tự của hệ thống.
Để hoạt động chớnh xỏc thỡ yờu cầu tỷ số súng mang trờn nhiễu C/I phải từ 15dB ữ 20dB tuỳ theo kỹ thuật điều chế. Ở mạch phức hợp, cú nhiều dạng nhiễu khỏc nhau, phần tử mang tin phải giữ C/I từ 15 đến 20 dB cả khi pha đinh, nghĩa là mức kờnh nhiễu thấp hơn ngưỡng thu của kờnh bị tạp õm 15 ữ 20dB, thực tếđiều này phõn cho anten, lọc, ghộp nối, …
2) Cỏc nguồn nhiễu và tạp õm
+ Kờnh phõn cực chộo : được dựng cựng tần số nhằm tăng phổ tần và hiểu như “ dựng lại tần số ” mang. Bỡnh thường sự phõn biệt hai súng là thoả món, khi bị suy yếu pha đinh thỡ mức nhiễu cựng kờnh sẽ tăng.
+ Nhiễu kờnh lõn cận : xảy ra giữa cỏc hệ thống cựng hoạt động trờn một vựng nhưng khụng chung đường và địa điểm trạm ; hai hệ trờn một vựng khụng chung đường cựng trạm ; hai hệ chung đường …. như hỡnh 1.52.
Mỗi nguồn tạp õm làm tăng tỷ số lỗi và giảm độ dự trữ pha đinh phẳng. Để vượt qua độ suy giảm, duy trỡ được chỉ tiờu BER thỡ phải tăng mức cụng suất phỏt, nghĩa là tăng mức cụng suất thu.
Nhiễu từ cỏc kờnh lõn cận hoặc nhiễu từ kờnh cao tần lõn cận cựng cực tớnh cú quan hệ chặt chẽđến việc chọn khoảng cỏch giữa cỏc kờnh.
V f1
H f1 f1 Nhiễu phõn cực chộo Nhiễu bức xạ ngược
S N f1
f2
Nhiễu kờnh lõn cận cựng phõn cực Nhiễu vệ tinh hay hệ khỏc
Nhiễu vượt đoạn
Hỡnh 1.52: Một số dạng nhiễu ở vi ba số 3) Phõn bố tần số
Để chống nhiễu cần bố trớ băng tần hợp lý, CCIR khuyến nghị : hệ số phổ hiệu dụng ớt nhất là 2bit/s/Hz và tốc độ bớt phải bằng hoặc hơn độ rộng băng tần RF, khụng phụ thuộc phõn cực, vào tần số sử dụng lại hoặc cấu hỡnh hệ thống. Việc chọn băng tần cú tỏc dụng lớn đến đặc tớnh của thiết bị.
Cỏc băng tần của thiết bị vi ba số cú những ràng buộc bởi đặc điểm đó nờu ở trờn, nú cũn bị ràng buộc bởi yếu tố tớnh khả dụng của phổ tự do, sự phõn bố tần số và cỏc điều lệ quản lý khỏc. Băng tần được chia thành nửa băng tần thấp và nửa băng tần cao và phần phũng vệở rỡa băng ZS. Khoảng cỏch cực tiểu giữa hai nửa băng XS được quyết định bằng cỏch xột đến nhiễu của kờnh lõn cận và khoảng cỏch cực tiểu giữa tần số phỏt và thu (YS). Khoảng cỏch tần số thường được xỏc định tiờu chuẩn hoỏ theo tốc độ đấu hiệu rs của hệ thống. Việc sử dụng phõn cực đứng và ngang trong hệ thống số cú thể dựng tải tần như nhau, cỏc tớn hiệu thu tỏch biệt nhau thực hiện
phõn bố xen nhau, ởđú cỏc súng mang cú thể lệch đi bằng độ rộng nửa kờnh. Lỳc này dựng cỏc bộ lọc loại trừ súng khụng mong muốn. Hỡnh 1.53 biểu diễn phõn chia băng tần RF.
Nửa băng tần thấp Nửa băng tần cao XS YS
ZS
f1 f2 fn f0 f,1’ fn’
Hỡnh 1.53: Phõn bố băng tần
Đối với cỏc anten cú độ tăng ớch cao, cỏc hệ thống số làm việc với cựng tần số súng mang cú thể khai thỏc trờn một số hướng cú gúc hướng thấp đến 600 hoặc nhỏ hơn.
Vớ dụ, theo khuyến nghị 497-2CCIR cú thể phõn bố tần số vụ tuyến theo : Nửa băng tần dưới fn = (f0 – 295 + 35n) MHz
Nửa băng tần trờn fn = (f0 + 21 + 35n) MHz với n = 1, 2, 3, 4, 5 và 6.
+ f0 tần số trung tõm băng RF thuộc thiết bị.
+ fn tần số tõm phổ súng mang thứ n thuộc một nửa băng thấp. + fn’ tần số tõm phổ súng mang thứ n thuộc một nửa băng cao. Nếu hệ làm việc ở tốc độ 34Mbit/s thỡ theo khuyến nghị 497-2CCIR : Nửa băng tần dưới fn = (f0 – 295 + 28n) MHz
Nửa băng tần trờn fn’ = (f0 + 7 + 28n) MHz n = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8.
1.3.2.4.Một số biện phỏp bảo đảm chất lượng truyền dẫn ở vi ba số
Cỏc kỹ thuật sử dụng để chống lại cỏc ảnh hưởng của pha đinh phẳng và pha đinh lựa chọn tần số nhiều đường (súng) là phõn tập khụng gian hay phõn tập tần số, cỏc bộ cõn bằng tự thớch nghi hiệu chỉnh cỏc biến đổi tớn hiệu thu trong kờnh do đường truyền gõy ra. Phõn tập khụng gian cựng kết hợp cỏc bộ khử giao thoa phõn cực giao nhau nhằm nõng cao chất lượng trong lỳc cú pha đinh lựa chọn. Thời gian giỏn đoạn thụng tin phải giảm sao cho cỏc chỉ tiờu chất lượng của tuyến hay hệ thống cú thểđược thoả món.
1) Phõn tập theo khụng gian
Định nghĩa phõn tập theo khụng gian là truyền dẫn đồng thời một tớn hiệu, một kờnh vụ tuyến trờn hai anten (hay nhiều hơn) để thu hay để phỏt. Như tờn gọi, người ta dựng hai anten đặt cỏch nhau một khoảng cỏch nào đú để phỏt hay thu một tin được truyền từ nguồn tới đớch.
Khoảng cỏch giữa cỏc anten được chọn sao cho tớn hiệu thu được riờng biệt khụng tương quan nhau. Thực tế khụng bao giờ đạt được hệ số tương quan bằng “0” thậm chớ rất thấp song điều này khụng làm giảm lợi ớch của phõn tập.
Cỏc tớn hiệu thu được của hệ thống phõn tập khụng gian phải được tổ hợp lại như hỡnh 1.54. Sự tiến hành việc này bằng cỏch dựng một bộ tổ hợp cụng suất cực đại nhằm cực đại hoỏ cỏc tớn hiệu thu được làm san phẳng đỏp tuyến tần số biờn độ hay đỏp ứng tần số thời gian trễ nhúm của
tớn hiệu tổng hợp hay dựng một chuyển mạch BB phự hợp, lựa chọn tớn hiệu cú BER thấp. Nếu bộ chuyển đổi được khởi động bằng bộđo tỷ số lỗi bit nhanh nhất thỡ loại tổ hợp này rất hữu hiệu.
Số liệu f Số liệu ra vào f Chia tỏch chiều đứng Bộ tổ hợp an-ten Hỡnh 1.54: Phõn tập khụng gian
Cỏc phõn tớch cho thấy sự cải thiện độ tin cậy của hệ thống (hay giảm thời gian giỏn đoạn