Đề tài Thiết kế tuyến viba

Bộ giáo dục đào tạo Trường đại học Dân Lập Đông Đô Khoa Điện tử Viễn Thông Báo cáo thực tập Đề tài : thiết kế tuyến viba Giáo viên hướng dẫn : LÊ TÂN PHƯƠNG Sinh viên thực hiện : HOàNG TRUNG DũNG Lớp : ĐT3-K4 Hà Nội-2003 Mục lục Lời nói đầu...................................................................................................................................1 Chương I: Nghiên cứu tổng quan thông tin VIBA I.Thông tin viba...........................................................................................................................2 II.Cấu hình hệ thống viba.........................................................................................................3 1.Cấu hình hệ thống viba tượng tự.........................................................................................4 2.Cấu hình hệ thống viba số.....................................................................................................5 III.Các hệ thống anten hiện đại ……………………………………………………...............5 1.Hệ thống anten parabol với fiđơ ống dẫn sóng tròn………………………………........5 2.Hệ thống anten phản xạ -chiếu xạ cho băng đa tần……………………………….........6 3.Các đặc tính của vô tuyến viễn thông số…………………………………………............7 Chương II:Cơ sở về sóng vô tuyến và các hiện tượng vật lý ảnh hưởng đến truyền sóng vô tuyến. I.Các sóng đất……………………………………………………………………………...........8 1.Sóng bề mặt……………………………………………………………………………...........8 2.Sóng không gian……………………………………………………………………..............9 a.Sóng trực tiếp ………………………………………………………………………….........11 b.Sóng phản xạ đất……………………………………………………………………............11 c.Sóng phản xạ tầng đối lưu……………………………………………………………........12 II.Fading và cách phòng chống..............................................................................................14 1.Đặc điểm của fading.............................................................................................................14 2.Fading phản xạ từ mặt đất…………………………………………………………….......15 3.Fading nhiều tia hoặc fading RAYLEIGH......................................................................15 4.Fading lựa chọn......................................................................................................................17 5.Các ảnh hưởng của fading nhiều tia..................................................................................19 5.1.Giao thoa giữa các ký hiệu………………………………………………………….......21 5.2.Sự phân biệt phân cực trực giao trong hệ thống số trùng kênh..............................................................................................................................................23 6.Phương pháp giảm ảnh hưởng của fading nhiều tia đến gián đoạn thông tin...................................................................................................................................................23 6.1.Phân tập theo không gian……………….........................................................................25 6.2.Phân tập theo tần số………………………………………………………………...........26 III.Nhiễu và phân bố tần số.....................................................................................................26 1.Nhiễu.........................................................................................................................................26 1.1.Khái niệm.............................................................................................................................27 1.2.Các nguồn và hiệu ứng nhiễu RF...................................................................................27 a.Các nguồn nhiễu.....................................................................................................................27 b.Hiệu ứng nhiễu cao tần RF..................................................................................................28 1.3.Các phương pháp chống nhiễu........................................................................................28 2.Trượt và trôi.............................................................................................................................28 3.Chọn tần số trung tần............................................................................................................29 4.Sắp xếp tần số siêu cao.........................................................................................................29 Kết luận......................................................................................................................................40 Lời nói đầu Trong một mạng thông tin vô tuyến quốc gia thì mạng thông tin viba là thông tin vô tuyến-tầm nhìn thẳng .Nó là một phương thức truyền dẫn quan trọng và đặc biệt thích hợp cho vùng địa hình bằng phẳng. Truyền dẫn viba có ưu điểm là dễ tổ chức được đường truyền hơn so với các đường truyền dẫn có dây như cáp điện, cáp đồng trục ,cáp sợi quang. Đó là phương thức truyền dẫn chính cho mạng truyền dẫn đường trục hoặc dự phòng. Như chúng ta đã biết thông tin viba gồm có 2 hệ thống đó là hệ thống thông tin viba tương tự và hệ thống thông tin viba số. Nhưng với sự phát triển của viễn thông số và việc xây dựng mạng số liệu liên kết đa dịch vụ tích hợp số (ISDN) thì việc sử dụng hệ thống thông tin viba số đạt hiệu quả cao vì hệ thống này có một số ưu điểm tốt hơn so với hệ thống thông tin viba tương tự: * Hiệu quả kinh tế. * Tiết kiệm năng lượng nguồn cung cấp. * Kích thước thiết bị được giảm nhỏ. * Độ tin cậy thông tin cao. * Tính chống nhiễu cao. Đề tài báo cáo thực tập của em là: Nghiên cứu tổng quan thông tin viba số và xét các yếu tố ảnh hưởng đến truyền sóng viba.Dưới sự hướng dẫn thực tập của thầy LÊ TÂN PHƯƠNG khoa vô tuyến điện –trường Học viện Kỹ Thuật Quân Sự. Nay bản báo cáo thực tập của em đã hoàn thành gồm hai chương: Chương I:Nghiên cứu tổng quan về thông tin viba số. Chương II:Cơ sở về sóng vô tuyến và các hiện tượng ảnh hưởng đến truyền sóng vô tuyến . Trong quá trình viết báo cáo thực tập, em không thể tránh khỏi những sai sót,em kính mong các thầy cô giáo xem xét giúp đỡ và bổ khuyết . Em xin trân thành cảm ơn thầy giáo LÊ TÂN PHƯƠNG đã giúp đỡ em hoàn thành bản báo cáo này. Sinh viên thực hiện Hoàng Trung Dũng Chương I : Nghiên cứu Tổng quan về thông tin vi ba I.Thông tin viba: Là hệ thống thông tin siêu cao tần mặt đất thực hiên các loại dịch vụ khác nhau : Thoại, báo, ảnh, phát thanh truyền số liệu. Thực hiện chuyển tiếp đường dài, định hướng cao. Tên gọi khác: vệ tinh tiếp sức, hệ thống thông tin liên kết,hệ thống thông tin cố định. II. Cấu hình hệ thống vi ba. 1.Cấu hình hệ thống vi ba . Sơ đồ khối điển hình của hệ thống vô tuyến chuyển tiếp vi ba tương tự được minh hoạ ở hình 1.1. Các tín hiệu điện thoại từ cơ vụ được ghép kênh phân chia theo tần số ở trạm đầu cuối đường truyền đến dung lượng phù hợp cho mỗi hệ thống vi ba. Các tín hiệu điện thoại ghép chung kiểu phân chia theo tần số (FDM) sau đó được phát qua các cáp đồng trục đến các trạm đầu cuối vô tuyến. Hình 1.1 cấu hình chung hệ thống vi ba. Có thể phân loại các hệ thống vô tuyến chuyển tiếp tượng của NTT thành hai nhóm: + Các hệ thống đường trung kế sử dụng các tần số ( 4GHZ, 5GHZ,6GHZ). + Các hệ thống đường nội hạt sử dụng các tần số(2GHZ,11GHZ,15GHZ). 2. Cấu hình hệ thống viba số. Sơ đồ khối của một hệ thống vô tuyến chuyển tiếp số điển hình được cho ở hình 1.2. Lặp tái sinh thường được sử dụng ở các hệ thống vô tuyến chuyển tiếp vi ba số. Điều này có nghĩa là chuỗi xung băng gốc được tái sinh lại ở từng trạm lặp. Bộ lặp cơ sở trong hệ thống vô tuyến chuyển tiếp là một bộ lặp tái sinh, vì hệ thống lặp tái sinh gây ra giảm cấp ít ở tín hiệu được phát qua nhiều trạm lặp. Bộ lặp tái sinh thường gặp là bộ lặp taí sinh băng gốc, bộ lặp này giải điều chế các tín hiệu điều chế pha vi sai thu được, tái sinh bằng cách lấy mẫu theo xung đồng hồ và điều chế sóng mang băng tần cãcung đã tái sinh. ở đầu phát, hai luồng xung điều chế sóng mang sau khi biến mã ở mạch logíc để điều chế pha vi sai. Sau đó tín hiệu này được điều biên hoặc điều tần- bởi tín hiệu giám sát và được phát ra từ anten sau khi đi qua bộ lọc phân nhánh. ở đầu thu tín hiệu vi ba được biến đổi thành trung tần và khuếch đại. Sau đó nó được đưa đến mạch tách sóng pha và biến đổi ngược lại thành hai chuỗi xung. Các xung này được tái sinh và tạo lại dạng. Tín hiệu giám sát được lấy ra bằng cách chia đầu ra trung tần và tách sóng biên độ. Hình 1.2 Hệ thống vô tuyến chuyển tiếp vi ba số điển hình. III. Các hệ thống ăngten hiện đại. 1. Hệ thống anten parabol với fiđơ tròn. Hệ thống fiđơ và anten cho một hệ thống vô tuyến chuyển tiếp cần có suy hao truyền dẫn nhỏ và kinh tế. Ví dụ : Về hệ thống anten tiếp sóng ở băng tần 11GHZ hoặc 15GHZ hiện nay cho ở hình 1.3. hệ thống anten và fiđơ này bao gồm một anten parabol và một thiết bị tiếp sóng được xây dựng từ nhiêu thành phần. Mặt phản xạ parabol tiêu chuẩn có đường kính mặt mở 3,3m .bộ phat xạ sơ cấp dùng một ống dẫn sống tròn hoặc vuông góc .ống dẫn sóng tròn này là một ống dẫn sóng nhỏ có đường kính 17,3mm và chỉ cho phép phát ở một chế độ băng tần 11GHZ. ống dẫn sóng tròn này trang bị ống dẫn sóng cho một anten và hệ thống tiếp sóng.người ta sử dụng ống dẫn sóng tròn chuyển đổi kích thước để nối một ống dẫn sóng nhỏ với fiđơ chinh –là một ống dẫn sóng tròn có kích thước đường kính 51mm-để tiếp sóng với tổn hao nhỏ. Bộ lọc chế độ là một ống đẫn sóng tròn chứa một bộ hấp thụ để suy hao các chế độ cao hơn không mong muốn, đặc biệt là chế độ TM (từ ngang). TX TX TX RX RX RX Hình 1.3 Hệ thống tiếp sóng ở băng tần 11GHz hoặc 15GHz. Anten PARABOL (đường kính 3,3m) V H Bộ phát xạ sơ cấp của phân cực kép Chỗ uốn ống dẫn sóng tròn ống dẫn sóng tròn mềm ống dẫn sóng tròn chuyển đổi kích thước (đường kính 14,45mm – 50,0 mm) ống dẫn tròn chính (đường kính 51mm) Bộ lọc chế độ ống dẫn sóng thay đổi kích thước Bộ bù trừ tỷ số trục (14,45mm) Cửa sổ BF: bộ lọc phân nhánh H V Các máy phát ống dẫn sóng vuông mềm Các máy thu 2. Hệ thống anten phản xạ- chiếu xạ cho băng đa tần. ở một đường viba dung lượng truyền dẫn lớn sử dụng hai hoặc nhiều băng tần , việc xây dựng hệ thống anten và fiđơ cho mỗi băng tần là không kinh tế, nên dùng chung một hệ thống anten fiđơ cho băng đa tần mong muốn. Vì lý do này người ta đã triển khai một hệ thống anten phản xạ- chiếu xạ dùng chung cho ba băng tần: 4GHZ(3,6-4,2); 5GHZ(4,4-5,0) và 6GHz(5,925-6,425). Trong hệ thống anten fiđơ này, một số kênh vô tuyến dung lượng cao-như tín hiệu 200Mb/s trên 1 trong 6 kênh RF ở băng tần 5GHZ-có thể phát hoặc thu qua một hệ thống anten fiđơ, vì vậy chất lượng truyền dẫn cao hơn cần một băng tần rất rộng. Ví dụ: Về xây dựng hệ thống tiếp sóng và anten phản xạ loacho ba băng tần được trình bày ở hình 1.4. Một anten phản xạ loa có sẵn được sử dụng một băng tần rộng và hệ thống này cũng có thể sử dụng hai phân cực tuyến hình vuông góc (đứng và ngang) ở mỗi băng tần. Một ống sóng tròn để tiếp sóng có đường kính trong 69mm và độ dài đơn nguyên 5mm. ống dẫn sóng tròn mềm này trang bị dẫn sóng cho một anten và hệ thống tiếp sóng. Người ta sử dụng ống dẫn sóng tròn chuyển đổi kích thước để nối một ống dẫn sóng nhỏ với fiđơ chính-là một ống dẫn sóng tròn có đường kính 51mm-để tiếp sóng với tổn hao nhỏ. Bộ lọc chế độ là một ống dẫn sống tròn chứa một bộ hấp thụ để suy hao các chế độ cao hơn không mong muốn, đặc biệt là chế độ TM (từ ngang). 3. Các đặc tính của vô tuyến viễn thông số. Thứ nhất, hệ thống này có thể đảm bảo an toàn chất lượng truyền dẫn không phụ thuộc vào khoảng cách truyền dẫn vì nó không có tạp âm (các tạp âm này thường tích luỹ khi khuếch lặp) nhờ chức năng lặp tái sinh. Thứ hai, cùng một dung lượng truyền dẫn,công phát cần thiết nhỏ hơn so với hệ thống FM. Điều này cho phép sử dụng dễ dàng các lịnh kiện điện tử bán dẫn, làm cho thiết bị có kích thước nhỏ hơn và độ tin cậy cao hơn. hơn nữa,công suất nhỏ ít gây nhiễu cho hệ thống khác,vì vậy có thể dùng chung tần số giữa các phương tiện thông tin mặt đất và vệ tinh. Mục 4 GHz 5 GHz 6 GHz ống dẫn sóng tròn mềm WC-62 0,04 x 2 0,04 x 2 0,04 x 2 ống dẫn sóng tròn WC-62 0,02 x X 0 013 x X 0,01 x X Bộ lọc chế độ cao WC-51 0.2 x 2 0,3 x 2 0,3 x 2 Bộ bù trừ tỷ số trục IG41 (chỉ phía thu) 0,1 x 1 0,1 x 1 0,1 x 1 Bộ lọc phân nhánh băng tần 6GHz 0,4 x 2 0,4 x 2 0,4 x 2 Bộ lọc phân nhánh băng tần 4GHz 0,5 x 2 “ “ Bộ lọc phân nhánh băng tần 5GHz “ 0,5 x 2 “ ống dẫn sóng chữ nhật 0,03/m x Y 0,04 x Y 0.06 x Y ống dẫn sóng chữ nhật tròn mềm 0,2 x 2 0,2 x 2 0,2 x 2 Bộ cách ly 0,8 x 2 Suy hao phânnhánh của bộ lọc phân kênh 1,0 x 2 0,6 x 2 1,1 x 2 Tổn hao thuận của bộ lọc phân kênh 0,2 x 12 0,6 x 2 0,9 x 2 Tổng 8,38 + 0,02X +0,03Y 5,38 + 0,013X+ 0,04Y 6,18 + 0,01X+ 0,06 Bảng 1.1 Tổn hao của hệ thống fiđơ ( phía phát + phía thu) X : Độ dài ống dẫn sóng tròn (m) Y : Độ dài ống dẫn sóng chữ nhật Thứ ba, nhờ sử dụng hệ thống điều chế có tỉ số công suất sóng mang/ tạp âm (C/N) cần thiết với BER nhất định nhỏ hơn nhiều nên có thể thực hiện một hệ thống ít bị ảnh hưởng cuả nhiễu. Điều này cho phép xây dựng rất nhiều tuyến giữa hai địa điểm để tăng đáng kể hiệu quả sử dụng tần số. H ống dẫn sóng mềm WC-62 Bộ lọc chế độ cao WC-51 ống dẫn sóng tròn WC-62 Bộ bù trừ tỷ số trục (chỉ phía thu) Bộ lọc phân chia nhóm cho 6 GHz ống dẫn sóng được bọc ngoài WRJ-6A-B Bộ lọc phân chia nhóm cho 4GHz và 5GHz ống dẫn sóng đấu nối WRJ-6A ống dẫn sóng đấu nối WRJ-4A ống dẫn sóng đấu nối WRJ-48A Sóng phân cực đứng(V) 6GHz Sóng phân cực đứng(V) 5GHz Sóng phân cực đứng(V) 4GHz ống dẫn sóng mềm WRJ- 6B ống dẫn sóng mềm WRJ- 4A ống dẫn sóng mềm WRJ- 48A 6GHz 5GHz 4GHz 430 776 About 250 5000mm 5000 500 About 296 2767 ống dẫn sóng góc WRJ-48A-B Hình 1.4 Ví dụ về cấu trúc anten phản xạ loa và hệ thông fiđơ. Mặt khác, hệ thống vô tuyến chuyển tiếp số tồn tại 3 vấn đề kỹ thuật sau: + Khi áp dụng hệ thống này cho truyền dẫn tín hiệu thoại thì phổ tần rộng hơn so với hệ thống tương tự. + Khi đặc tính truyền dẫn thay đổi vượt quá giá trị cho phép thì sự giảm chất lượng sẽ tăng. + Hệ thống này dễ bị ảnh hưởng của méo phi tuyến do các đặc tính bão hoà, đặc tính này không gây tác hại cho hệ thống FM. Các vấn đề trên đã được thoả mãn bởi tiến bộ kỹ thuật mới bao gồm điều chế 16 QAM, nhiều kỹ thuật phòng chống và sử dụng các linh kiện điện tử bán dẫn. Hơn nữa, vì hệ thống vô tuyến chuyển tiếp số có thể sử dụng các thiết bị cơ sở gồm các nhà trạm và các tháp anten đã dùng trong các đường truyền dẫn tương tự. Chương II: Cơ sở về sóng vô tuyến và các hiện tượng ảnh hưởng đến truyền sóng vô tuyến. I.Các sóng đất. Có hai loại sóng thường thấy trong thực tế là sóng dọc và sóng ngang. Sóng dọc là sóng truyền theo phương chuyển động của nó. Một ví dụ đơn giản của loại truyền sóng này là sóng âm thanh truyền trong không khí. Còn phát xạ điện từ là các sóng ngang, tức là sóng truyền lan theo hướng vuông góc với phương chuyển động của nó. Các sóng vô tuyến có thể được truyền lan theo các phương thức khác nhau trên mặt đất. Sóng có thể truyền từ anten phát đến anten thu bằng 2 con đường chính : tầng điện ly (sóng trời) hoặc đi sát mặt đất (sóng đất ).Sóng đất bản thân được chia thành hai loại :sóng bề mặt và sóng không gian.Đối với sóng không gian có 3 đường để đi qua khoảng cách giữa anten phát và anten thu.Đó là sóng trực tiếp, sóng phản xạ từ đất, sóng phản xạ từ tầng đối lưu. 1.Sóng bề mặt Khi truyền sóng bề mặt, năng lượng sóng lướt trên bề mặt đất gần giống như sóng đi dọc theo đường dây. Phương pháp truyền sóng này chỉ sử dụng đối với các tần số tương đối thấp, dưới 30MHZ. Khi tăng tần số thì tiêu hao do đất tăng nhanh, vì tiêu hao phụ thuộc vào hằng số điện dẫn và điện môi hiệu dụng của đất.Trên 30MHZ, đất tác dụng như một dây dẫn kém và tiêu hao là quá cao đối với sự truyền lan sóng VHF,UHF, và SHF. 2.Sóng không gian. Là sóng truyền trong tầng đối lưu lan rộng đến 10 dặm trên bề mặt. Nặng lượng sóng truyền từ anten phát đến anten thu theo một đường thẳng hoặc phản xạ ở mặt đất hoặc phản xạ từ tầng đối lưu. a. Sóng trực tiếp. Sóng này phát xạ trực tiếp từ anten phát đến anten thu mà không bị phản xạ ở đâu cả. Trong các điều kiện truyền lan bình thường, nó có biên độ lớn hơn so với sóng bất kỳ nào đến máy thu. b. Sóng phản xạ đất. Sóng này đến anten thu sau khi phản xạ một vài lần từ mặt đất hoặc từ các vật thể xung quanh. Sự phản xạ không những chỉ xuất hiện trên mặt phẳng đứng, mà có thể xuất hiện trên mặt phẳng ngang,như vậy sóng bị phản xạ từ một vật cản sẽ lệch so với đường chính. Sóng phản xạ sẽ có biên độ và pha khác nhau so với sóng trực tiếp,nếu khoảng cách truyền lớn hơn một số lẻ lần bước sóng thì anten thu sóng phản xạ lệch pha với sóng trực tiếp một góc 180 và kết quả là triệt tín hiệu sóng tới đến một mức nào đó .Mức độ đó phụ thuộc vào biên độ của sóng phản xạ. c.Sóng phản xạ tầng đối lưu. Do thay đổi chỉ số khúc xạ của không khí theo độ cao so với mặt đất, nên sóng có thể bị tạp âm xạ, và tuỳ theo góc sóng tới có thể xảy ra phản xạ toàn phần từ tầng đối lưu. Trong trường hợp này xuất hiện một biên giới có tác dụng giống như một bề mặt phản xạ, gửi sóng trở lại mặt đật. Một số tia này sẽ đến được anten thu, ở đây có thể khử sóng trực tiếp do có sự thay đổi pha và biên độ gây ra do phản xạ. 3.Các yếu tố ảnh hưởng. a/- ảnh hưởng của khí quyển. Khí quyển của trái đất bao gồm các chất khí và hơi nước… tạo thành các lớp. Các điều kiện tự nhiên (như nhiệt độ, độ ẩm, áp suất) tác dụng lên các lớp dẫn đến sự thay đổi chỉ số khúc xạ giữa các lớp, gây ảnh hưởng(về đường đi,tổn hao năng lượng… của tia sóng) đối với sóng vô tuyến. Vì bất kỳ sóng điện từ nào cũng bị khúc xạ khi đi từ môi trường có chỉ số khúc xạ này sang môi trường có chỉ số khúc xạ khác. Nên ảnh hưởng chung của sự đổi chỉ số khúc xạ trong bầu khí quyển là làm uốn cong các tia sóng trong bề mặt thẳng đứng khi nó được truyền từ máy phát đến máy thu.Độ cong này thay đổi theo thời tiết, áp suất, độ ẩm… Trong điều kiện truyền lan bình thường đường uốn cong xa dần bề mặt trái đất sẽ làm cho tầm nhìn vô tuyến mở rộng rõ rệt. d1 d2 d k=∞ k<0 k=4/3 k=1 k<1 Hình 2.1: ảnh hưởng của k tới độ cong tia sóng b/-ảnh hưởng của địa hình. Bề mặt trái đất không bằng phẳng: đồi núi, các công trình xây dựng, cây cối … đã ảnh hưởng không nhỏ đến đường đi của sóng vô tuyến. Đặc điểm của sự ảnh hưởng này là sự uốn cong của các tia sóng khi gặp các vật cản. Sự uốn cong đó sẽ tăng lên khi bước sóng càng tăng.Các vật cản không cần thiết trên đường truyền thẳng của tia sóng có thể làm tổn hao năng lượng sóng, gọi là tổn hao nhiễu xạ.Điều này xuất phát từ khái niệm miền Fresnel có dạng elíp hình 2. 2. Chúng là môi trường vây quanh tia sóng đang truyền thẳng, có dạng elíp từ anten phát đến anten thu. Elíp đầu tiên có vị trí vỏ của miền (quỹ tích) sao cho một tín hiệu bất kỳ đến anten thu qua đường này sẽ vượt xa hơn 1\2 bước sóng của tần số sóng mang so với tín hiệu đi qua đường trực tiếp. Miền trong của elíp này gọi là miền Fresnel nhứ nhất. Nó chứa hầu hết công xuất đến máy thu. Nếu tồn tại một vật cản nào đó trong miền này thì sẽ gây ra suy hao tín hiệu đến điểm thu. Cường độ suy hao này phụ thuộc vào bước sóng của sóng mang và mức độ chắn của vật cản. +d = d1+d2: độ dài tuyến. +F: khoảng hở thực từ vật chắn đến đường truyền trực tiếp. +d1:khoảng cách từ một điẻm đầu cuối đến điểm ở đó bán kính miền Fre snel được tinhd toán (km). +d2:khoảng cách từ điểm đầu cuối kia đến điểm đó bán kính miền Fresnel. +ar: bán kính hữu hiệu của trái đất. d1 d2 d ac Bán kính tương đương của trái đất 0,6 F Vật chắn đường truyền trực tiếp Miền Fresnel 1 Hình 2.2: Mặt cắt đường truyền 1/ar= 1/a- 1/r +a:bán kính thực của trái đất. +r: bán kính cong của tia sóng. II.Fading và cách phòng chống Fading. 1.Đặc điểm của Fading. Fading là sự biến đổi tín hiệu cường độ sóng mang vô tuyến siêu cao tần thu được do sự thay đổi khí quyển và các phản xạ của đất và nước trong đường truyền sóng. Đây là mối quan tâm của các nhà thiết kế hệ thống viba.Có hai loại Fading chính là các Fading phẳng, tác động chủ yếu đến hệ thống viba số dung lượng bé làm suy giảm đều tín hiệu sóng mang đi qua dải tần số.Fading lưạ chọn tần số có ảnh hưởng đến hệ thống viba số dung lượng cao.Hai loại Fading này có thể xuất hiện độc lập với nhau hoặc xuất hiện đồng thời.Cách phân loại như trên với điều kiện khoảng hở tuyến phù hợp, để cho tổn hao tạp âm xạ là không đáng kể, và với sự phản xạ đất phản chiếu đơn được hạn chế,nguyên nhân chủ yếu của Fading trên các tuyến viba tầm nhìn thẳng là sự biến đổi bất đồng về chỉ số khúc xạ của khí quyển. Sự biến đổi này tạo điều kiện cho nhiều đường tín hiệu tầng đối lưu (nhiều tia) tồn tại và đó là các điều kiện cho Fading nhiều tia tầng đối lưu. 2.Fading phản xạ từ mặt đất. Nếu đường truyền vô tuyến chuyển tiếp đi qua mặt đất hoặc mặt nước có độ phản xạ cao,thì fading phụ thuộc vào phản xạ xuất hiện từ các tia này hơn là vào nhiều tia tầng đối lưu, đặc biệt nếu các đường ngắn.Đó là do phản xạ từ mặt đất làm cho cường độ tín hiệu thu thăng giám ngẫu nhiên vì các điều kiện hiệu phản xạ nhỏ hơn 10 dB so với mức tín hiệu của đường trực tiếp nếu tuyến đi qua các vùng như biển,hồ, các vùng bằng phẳng và ẩm ướt,đất ướt, và các thung lũng ẩm ướt.ở đây có thể có sự phản xạ toàn phần trong lớp khí quyển gần mặt đất khi có sương mù.Các đặc tính của fading phản xạ là khác nhau. 3.Fading nhiều tia hoặc fading RAYLEIGH. Đối với một tuyến được thiết kế tốt, sẽ không lệ thuộc vào fading nhiễu xạ hoặc các phản xạ bề mặt, truyền sóng nhiều tia là yếu tố chủ yếu trong fading dưới 8GHZ.Trên tần số này các ảnh hưởng của mưa có nhưng tầng lên để xác định độ dài của tuyến cho phép thông qua các mục tiêu gián đoạn làm việc của hệ thống. Nói chung người ta chấp thuận là với khoảng hở đường phù hợp và không có sự phản xạ phản chiếu duy nhất trên một đường, làm cho biên độ tín hiệu thu được có sự phân bố Rayleigh theo thời gian.Sự phân bố như vậy đặc trưng bởi tốc độ dốc 10 dB/decade với độ sâu fading hơn 10 dB trong các chặng tiếp phát bình thường và 20-30 dB đối với các chặng tiếp phát dài (>60km). 4.Fading lựa chọn tần số. Fading lựa chọn tần số chủ yếu ảnh hưởng tới các hệ thống viba số dung lượng trung bình (32Mb/s; 34Mb/s; 45Mb/s) và các hệ thống dung lượng cao(98Mb/s; 140Mb/s; 155Mb/s…). Các gián đoạn thông tin trong hệ thống này xuất hiện sớm hơn, do độ dự trữ fading phẳng chủ yếu gây méo biên độ và méo trễ nhóm trong suốt độ rộng băng tần cuả kênh thông tin.Fading lựa chọn đi kèm Fading nhiều tia có ảnh hưởng sâu sắc đến chỉ tiêu chất lượng của hệ thống. Tác động lựa chọn tần số của fading nhiều tia tạo lên tỷ số lỗi lớn hơn so với fading không lựa chọn ở cùng một biên độ trung bình. Do đó việc dự trữ fading phẳng là vô nghĩa khi nghiên cứu gián đoạn thông tin của hệ thống viba số. 5.Các ảnh hưởng của fading nhiều tia. 5.1.Giao thoa giữa các ký hiệu. Trong các sơ đồ điều chế cầu phương, có thể phân các méo tín hiệu thành 2 loại:” méo đồng pha” xuất hiện từ các méo liên quan đến kênh hoặc méo liên quan đến truyền lan, nhưng không ảnh hưởng tới tính đối xứng của các đặc tính biên độ và các đặc tính trễ nhóm, và “xuyên âm” hoặc méo cầu phương xuất phát từ tính bất đối xứng trong kênh. Độ dốc của biên độ là nguyên nhân chủ yếu của BER trong các hệ thống không có cân bằng tự thích nghi. Giao thoa đối với các tín hiệu đồng pha do độ nghiêng biên độ không sinh ra méo tín hiệu, nhưng với tín hiệu trực giao, méo tỷ lệ vơí đạo hàm bậc nhất theo thời gian của độ dốc.Các ảnh hưởng của thời gian trễ nhóm cũng vậy, trừ méo đối với tín hiệu cầu phương tỷ lệ với đạo hàm bậc hai theo thời gian. Tuy vậy sự không hoàn hảo của Parabol biên độ và thời gian trễ nhóm trong kênh sẽ ảnh hưởng đến kênh trung pha, nhưng không ảnh hưởng đến kênh cầu phương. Đối với các ảnh hưởng này kênh tăng tốc độ ký hiệu cùng với tăng nhanh độ nhậy đối với méo nhiều tia. 5.2.Sự phân biệt phân cực trực giao trong hệ thống số trùng kênh: Hiện nay, hiệu suất phổ của các hệ thống viba số chỉ đạt tới 1/2 so với các hệ thống tương tự FDM-FM. Để tăng gấp đôi hiệu suất phổ của một hệ thống vô tuyến số, chẳng hạn sử dụng các vô tuyến số QPRS để thu hiệu suất 4,5 bít/s/Hz, có thể sánh được với hiệu suất mà các hệ thống tương tự đạt được bằng cách sử dụng phân cực giao nhau. Tức là có hai sóng mang, một sóng mang được truyền theo phân cực ngang, còn sóng mang kia từ máy vô tuyến khác truyền theo phân cực đứng. Một lý do khác để nói tại sao sử dụng phân cực giao nhau đó là để tăng tính cách ly của các hệ thống vô tuyến số hoặc các hệ thống vô tuyến tương tự hoạt động trên các kênh RF lân cận. Vấn đề khi sử dụng hệ thống phân cực giao thoa là các ảnh hưởng nhiều tia có thể gây ra sự biến đổi phân cực sóng mang RF của kênh vì lan truyền qua khí quyển. Một số năng lượng lan truyền trong một phân cực được truyền sang phân cực trực giao và tạo ra một tín hiệu giao thoa trong máy thu của kênh phân cực trực giao. ảnh hưởng này như mọi người đều biết là giao thoa phân cực trực giao. 6. Các kỹ thuật chống fađing. * Các kỹ thuật sử dụng để chống lại các ảnh hưởng của fađing nhiều tia và fading phẳng là phân tập theo không gian về tần số, có tác dụng để nâng cao chất lượng của tín hiệu thu, và các bộ cân bằng kênh tự thích nghi hiệu chỉnh các các biến đổi của tín hiệu thu dù nhỏ hay lớn do môi trường truyền dẫn gây ra. Phân tập theo không gian cùng với các bộ khử giao thoa phân cực giao nhau, cũng giúp để nâng cao XPD trong các khoảng thời gian có fading lựa chọn.Bình thường thời gian gián đoạn thông tin phải giảm sao cho các chỉ tiêu chất lượng của tuyến hoặc của hệ thống có thể thoả mãn. 6.1Phân tập theo không gian. Là truyền tín hiệu trên một kênh thông tin nhưng sử dụng hai anten(hoặc hơn) để thu. Khoảng cách giữa hai anten thu được lựa chọn sao cho tín hiệu thu được không liên quan đến nhau. Trong hệ thống tầm nhìn thẳng người ta đưa ra công thức bán kính nghiệm biểu thị sự tương quan giữa không gian và thời gian theo khoảng cách trục đứng: Ps={-0,0021*s*f(0,4*d)1/2} +f:tần số (GHz). +d:độ dài tuyến. +s:khoảng cách giữa 2 anten Tín hiệu vào Tx đưa qua anten phát qua không gian tới hệ thống gồm 2 anten thu được hai tín hiệu Rx1 và Rx2 qua bộ liên kết thu được tín hiệu băng gốc. TX RX1 RX2 Vào ra Hình 2.3: Phân tập theo không gian 6.2.Phân tập theo tần số. Là truyền tín hiệu đồng thời trên hai hoặc nhiều kênh tần số vô tuyến bố trí trong cùng một dải tần.Mặc dù người ta đã chứng minh rằng các hệ thống vô tuyến số phân tập tần số có thể cho các hệ số cải thiện tốt, và tốt hơn so với các hệ số tiên đoán bởi vô tuyến tương tự, nhưng việc sử dụng thường bị hạn chế vì hiệu xuất sử dụng phổ tần đã không có hiệu quả cao. F1 TX TX RX1 RX2 Vào ra Hình 2.4: Phân tập theo tần số F2 III.Nhiễu và phân bố tần số: 1.Khái niệm: Trong một giai đoạn nào đó, các hệ thống vô tuyến số tồn tại cùng các hệ thống tương tự. Tình trạng này gây ra các vấn đề can nhiễu mà chúng sẽ xuất hiện, nếu một vùng đã định chỉ có các hệ thống số hoặc tương tự.Có ba vấn đề cần xem xét: +Can nhiễu số đến số. +Can tương tự đến số. +Can nhiễu số đến tương tự. 2. Các nguồn và hiệu ứng RF. a. Các nguồn nhiễu. Có ba lọai nhiễu chính: Từ một kênh phân cực chéo, từ một kênh phân cực lân cận và từ việc thu tần số của một chặng tiếp phát ngược hướng với chặng tiếp phát bị nhiễu. -Các nguồn nhiễu chính và yếu. Kèm theo bảng Báo cáo 779 của CCIR (trang bên). Ví dụ trên hình Ví dụ về các nguồn khác nhau Công suất Phân loại 1 2 4 8 7 Các nguồn fadinh với tín hiệu mong muốn Các kênh phân cực chéo (chú ý 2). Bức xạ vòng từ trước ra sau. Vượt chặng (3 chặng). Bức xạ vòng và vượt chặng. Các kênh lân cận cùng phân cực (có thể phụ thuộc vào fadinh lựa chọn tần số). Tạp âm máy phát. Tổng công suất (chú ý 1). Sl 1 Sl2 Sl4 Sl8 Sl7 Nt/ Sl + Nt Nhiễu chính Nhiễu yếu Nhiễu yếu Nhiễu yếu Nhiễu yếu hoặc nhiễu chính. X 6 5 3 D A S Các nguồn không fadinh với tín hiệu mong muốn. Tạp âm máy thu. Máy phát sang thu. Phản xạ bắt nguồn ở ngoài. Vượt chặng ngược lại (3 chặng). Bức xạ vòng ngược hướng. Các hệ số khác. Các hệ thống tương tự khác. Các vệ tinh. Tổng công suất (chú ý 1) Nr S2x S26 S25 S23 S2D S2A S2S/ S2+ Nr Nhiễu yếu Nhiễu yếu Nhiễu yếu Nhiễu chính Nhiễu yếu Nhiễu yếu Nhiễu yếu Ghi chú: S1 và S2 biểu diễn chung của mỗi nhóm trong hai nhóm nhiễu, được đánh giá theo các điều kiện fading. Nó không diễn giải một phép tổng của các công suất nhiễu tương đương với tạp âm GAUSS hay tạp âm trắng khi dùng để tính toán tỷ số lỗi. -Sự phân biệt cực hoá chéo được hiểu là hàm của tiêu hao do mưa và truyền sóng nhiều tia. b.Hiệu ứng nhiễu cao tần RF. Mỗi nguồn tạp âm trong bảng báo cáo của CCIR làm tăng tỷ số lỗi do sự dự trữ fading phẳng. Nhiễu kênh lân cận hoặc từ các kênh cao tần RF lân cận cũng được tính (nhiễu giữa các kênh). +ảnh hưởng chủ yếu của chúng là hạn chế độ dự trữ fading có thể sử dụng của những chặng có nhiễu xuất hiện. Hiệu ứng ảnh hưởng chủ quan đến truyền thông thoại theo sự suy giảm BER. V H f1 1 f1 f1 2. x Phân cực chéo Bức xạ trước ra sau f1 f2 7 Tuyến lân cận cùng phân cực f1 f1 f1 f1 f1 f1 f1 4. x 8. x Nhiễu vượt qua Bức xạ trước ra sau + vượt qua (a): fađinh lên tín hiệu mong muốn Nhiễu các hệ thống số khác. +Fading lên tín hiệu mong muốn. +Không có fading lên tín hiệu mong muốn. 3.Các phương pháp chống nhiễu. a. Anten không chỉ bức xạ tín hiệu hữu ích trong búp sóng chính, mà còn bức xạ một phần năng lượng về mọi hướng khác. Bức xạ búp sóng phụ là nguồn nhiễu do các máy thu vô tuyền khác. Để giảm nhỏ sự nhiễu lẫn nhau giữa các anten của các tuyến khác nhau làm việc trong cùng một băng tần, có thể sử dụng màn chắn bức xạ điện từ đặt cách xa anten cần bảo vệ một khoảng hoặc đặt trực tiếp lên anten. b. Sử những màn chắn đặc biệt để tăng tính loại trừ nhiễu trong các tuyến vi ba (báo cáo CCIR). Có thể dùng màn chắn vòng kép để bảo vệ các anten tăng ích cao. Nếu màn chắn”vòng kép” treo ngay vào cột anten sẽ giảm tác dụng của màn chắn trong miền chắn lớn nhất. Đặt màn chắn theo hướng của búp sóng nhiễu , thì có tác dụng như một riềm che. +Màn chắn “hình vuông kép” chỉ tạo ra hiệu ứng suy giảm nhỏ so với hiệu ứng của màn che hình xuyến và ưu điểm có tính triệt gần đối xứng trục. Hai loại màn chắn vòng kép và hình vuông kép có thể sử dụng để bảo vệ anten chống nhiễu từ bất kỳ hướng nào. Các màn chắn lắp trên anten giảm bức xạ búp phụ trong những góc riêng biệt. Màn chắn khe dùng có hiệu quả trong việc triệt búp sóng thừa của những anten dùng các tuyến” vượt đường chân trời”. c. Sử dụng những bộ gạt nhiễu’Báo cáo 830 của CCIR’ Trong những trường hợp mà các phương pháp truyền thông nhỏ phân cách tần số hoặc địa lý để đảm bảo cho các hệ thống vi ba làm việc bình thường, không giải quyết được, người ta sử dụng những bộ gạt nhiễu. +Các bộ gạt nhiễu trong hệ thống được ứng dụng trong kênh thông tin chính kết hợp với thông tin phụ.Lúc này,các bộ gạt nhiễu cho phép các kênh chính và phụ phân cách nhau với mức xuyên âm nhỏ không đáng kể và tăng một lượng tương đối kênh. Hai loại gạt nhiễu sử dụng cho mục đích chống nhiễu là: *Các thiết bị kênh đơn, xử lý hỗn hợp cộng của tín hiệu hữu ích và tín hiệu không mong muốn đến ở đầu máy thu. *Các thiết bị nhiễu kênh, trong đó một hoặc vài tín hiệu không mong muốn từ các kênh khác đến cộng với tín hiệu hữu ích ở đầu vào của các kênh. Hiện nay, ứng dụng chủ yếu là giải quyết vấn đề bảo vệ các trạm mặt đất chống nhiễu do các tuyến vi ba chuyển tiếp hệ thống FM hoặc AM gây ra. d. Báo cáo 651-1 của CCIR cho ta một phương pháp xác định khoảng cách tần số ”FD”. Nó là thước đo độ phân biệt khoảng cách tối thiểu yêu cầu giữa máy thu bị nhiễu và nguồn nhiễu như là một hàm có độ chênh lệch giữa tần số điều chỉnh của chúng. *Đồ thị FD chỉ rõ sự xa cách về tần số hoặc độ phân cách khoảng cách cho phép nguồn nhiễu và máy thu bị nhiễu cùng tồn tại trong một môi trường tần số không gian. d -3 0 11 25 39 53 67 Cách ly tần số Hình 2.6: Đồ thị khoảng cách tần số điển hình FD Độ suy giảm theo tần số Δf 0 11 12 23 44 55 66 77 88 99 IV.Trượt và trôi. Trượt và trôi là sự biến thiên ngắn và dài các thời điểm có ý nghĩa của tín hiệu số so với các thời điểm lý tưởng của chúng. Sự biến thiên của điểm có ý nghĩa ảnh hưởng tới các tín hiệu số. Mặt khác tín hiệu định thời gốc sử dụng để tạo ra dòng bít bị điều pha với một tín hiệu điều chế, đó là dạng sóng trượt. *Dạng sóng trượt có thể được biểu diễn bằng một hàm liên tục theo thời gian và độc lập với tín hiệu số bị ảnh hưởng. Độ trượt Tín hiệu có trượt Tín hiệu t1 t4 t1 t5 t6 t7 Hình 2.7: Dạng sóng trượt 1.Các nguồn trượt. a.Trượt hoặc trôi tần số là rất thấp do sự thay đổi thời gian trễ truyền dẫn của các cáp. b.Trượt tần số do sự bất ổn định của các nguồn đồng hồ gây ra. c.Trượt do tạp âm gây ra. d.Trượt gây ra do ghép tín hiệu. e.Nhiễu giao thoa giữa các ký hiệu gây nên méo dạng xung của mỗi bít. Điều này gây lên hiện tượng trượt do luồng bít đã được tái sinh. f.Trượt của bộ tái sinh xuất hiện do sự khôi phục thời gian không phù hợp trong các trạm lặp tái sinh số. 2.Các ảnh hưởng của trượt. *Tăng xác xuất của lỗi số. *Gây ra bộ lưu trữ, với hiệu ứng ngược lại là làm cạn bộ lưu trữ. *Suy giảm tin tức tương tự đã được mã hoá số do sự điều pha của các mẫu đã được khôi phục trong thiết bị biến đổi số, tương tự ở đầu cuối đường nối. 3.Các giới hạn của trượt và trôi. *Trong các mạng thông tin số, cần phải điều khiển được sự tích luỹ trượt và trôi. *Điều khiển trượt và trôi để chặn tỷ số lỗi trong một phạm vi hẹp. *Điều khiển trôi nằm trong phạm vi cho phép chỉ có thể đạt được nếu xét đến việc tạo ra trượt và tích luỹ trượt trong tất cả các thiết bị trên toàn mạng. 4.Chọn tần số trung tần đối với hệ thống. Đối với vô tuyến chuyển tiếp dung lượng lớn, báo cáo 788 của CCIR xét việc lựu chọn tần số trung gian (IF) dựa trên sự ảnh hưởng của nó đến khả năng thực,cỡ,giá cả,độ tin cậy của các hệ thống trang thiết bị (như: bộ điều chế, khuếch đại, trộn, giải điều chế). Hơn nữa, IF còn có tác dụng đến các đặc tính bức xạ, nhiễu không mong muốn của hệ thống làm việc ở tốc độ 100Mb/s, do đó chúng gây ảnh hưởng tới dặc tính của bộ lọc kênh. Các bộ lọc có thể gạt bỏ thoả đáng thành phần băng gốc, nhưng những thành phần bao trùm trong băng khi dùng bộ điều chế chuyển mạch thì không thể lọc ra khỏi và thành phần này có thể đủ lớn để tham gia vào độ méo toàn kênh. Với những giá trị IF cao có thể dễ dàng gạt bỏ những nguồn nhiễu này. Các kinh nghiệm cho thấy những giá trị của IF nên thoả mãn: FIF >khoảng 3*rs +rs :tốc độ tín hiệu số hoặc: FIF =(n-0.5)*DF +DF:khoảng cách kênh và n là số nguyên Do đó trong việc lựa chọn IF cần xét can nhiễu đi và đến từ các kênh lân cận và máy phát nội bộ. Một số tần số trung gian được sử dụng là: 140MHz, 360MHz, 1.2GHz, 1.25GHz và 1.7 GHz. 5 Sắp xếp tần số siêu cao. Ngày nay khi thiết kế tuyến Viba số ngoài những yêu cầu cần đảm bảo (như khoảng hở đường, tính toán các đặc tính của tuyến), ngưòi thiết kế tuyến vô tuyến còn phải xem xét thêm các yếu tố sau: +Các tần số viba khác nhau có thể sử dụng trong vùng có liên quan. +Các trạm Viba khác có thể gây nhiễu cho hệ thống +Hệ thống mới có gây nhiễu hoặc có bị các hệ thống khác làm nhiễu hay không. +Các trạm vệ tinh mặt đất có nằm trong cự ly sắp xếp yêu cầu đối với trạm vi ba dự định đặt. +Khả năng nhiễu của trạm dự định đối với các vệ tinh dự tính hoặc các vệ tinh tương lai trên xích đạo. Thường cơ quan chủ quản quan tâm đến các tần số, công suất phát, các loại tăng ích ăngten và tần số kênh. Thủ tục phối hợp một đường thông tin dự định hoặc nghiên cứu một đường thông tin đang có, liệu có bị nhiễu nghiêm trọng hay không. Thường thì bắt đầu bằng cách xét góc phương vị, cự li đường thông tin làm việc trong đường trực tiếp của trạm dự định thiết lập. Các góc phương vị đều đựơc tính cùng với suy giảm không gian tự do đối với mỗi đường thông tin. Khi công suất phát đi từ mỗi trạm với tăng ích của ăngten thu và phát ta có thể xác định được mức thu của mỗi tín hiệu đến từng máy thu riêng biệt. Kết luận Trải qua quá trình thực tập, em nhận thấy rằng mạng truyền dẫn vi ba số đã và đang đóng vai trò hết sức quan trọng trong việc số hoá mạng viễn thông hiện nay. Đặc biệt nó còn là công nghệ hỗ trợ không thể thiếu được khi tiến hành số hoá các đường truyền dẫn, và việc xây dựng mạng liên kết đa dịch vụ (ISDN) để cung cấp nhiều loại dịch vụ viễn thông như : Dịch vụ điện thoại, điện báo, số liệu và thông tin video. Cùng với sự phát triển của thông tin số thì quang cảnh xã hội và kinh doanh là sự tăng trưởng không ngừng trong việc sử dụng rộng rãi máy tính cũng như nhu cầu ghép nối thông tin số liệu với phương tiện đường truyền thông tin. Vì vậy việc sử dụng hệ thống vi ba số sẽ tiến nhanh trong việc số hoá toàn bộ mạng viễn thông.