Ôn tập Hệ thống viễn thông

December 12, 2011 Daniel F.S | 1 PHẦN : CƠ SỞ H TH NG VI N THÔNG 1.1. Băng thông  Ký hiệu: B [Hz]  Là dải tần số cho phép toàn bộ thành phần tín hiệu truyền qua không bị suy hao quá 3dB (VD: BGSM = 200kHz, BViba ~ MHz) 1.2. Tốc độ bit  Ký hiệu: Rbit [bit/s]  Là số bits truyền trong 1 giây  B tăng thì Rbit tăng 1.3. Tốc độ Baund  Ký hiệu: Rbaund [baund/s]  Là tốc dộ truyền dẫn  ⁄  M là số mức tín hiệu điều chế (MBPSK = 2; MQPSK = 4; M256-QAM = 256)  B ~ Rbaund 1.4. Hiệu suất băng thông  Ký hiệu: η *bit/s/Hz+  Là số bit/s trên 1Hz băng thông  ⁄ ⁄  M tăng  Rbit tăng, công suất tăng, SNR tăng, C/N tăng 1.5. Băng tần  GSM uplink 890÷915 MHz  GSM downlink 935÷960 MHz 1.6. Sóng mang  Dùng để tải tin  Hệ thống 1 sóng mang  Đơn sóng mang  Hệ thống nhiều sóng mang  Đa sóng mang 1.7. Điều chế, giải điều chế  Điều chế băng gốc: PCM, PCM vi sai, delta, PTM, PWM, PPM  Điều chế tương tự: AM (2 biên, 2 biên có nén, 1 biên), FM, PM  Điều chế số: PSK, BPSK, DPSK, FSK, QPSK, MPSK, QAM, OFDM 1.8. SNR (Signal to Noise Ratio)  ⁄  SNR = Psignal(dB) – Pnoise(dB) 1.9. C/N (Carries to Noise Ratio)  ⁄  C/N = PC(dB) – PN(dB) 1.10. Eb/N0  Eb: năng lượng 1 bit  N0: mật độ công suất tạp âm  o k = 1.38 × 10-23 J/K o T: Nhiệt độ tạp âm   (Eb/N0)dB = (C/N)dB – 10log(log2M) 1.11. Đơn vị Decibel  Điện áp: 20logU  Công suất 10logP  dBm = dBW + 30  Chú ý: Chỉ có “Công suất” có thứ nguyên mới sử dụng đơn vị dBm, dBW và có sự biến đổi qua lại giữa 2 đơn vị này. Các hệ số khác như suy hao, tăng ích bản chất chỉ là hệ số tỷ lệ, không có thứ nguyên  chỉ dùng dB.  VD: PRX(dBm) = PTX(dBm) – L(dB) + G(dB) December 12, 2011 2 | Daniel F.S PHẦN II: THÔNG TIN SỢI QUANG 2.1. CẤU RÚC SƠ ĐỒ 2.1.1. Mô hình tổng quát  Optical Transmitters (phát quang): Biến đổi E/O (Điện  Quang)  Communication Channel (kênh thông tin): Môi trường sợi quang  Optical Receivers (thu quang): Biến đổi O/E (Quang  Điện) 2.1.2. Máy phát quang  Nguồn quang (LASER/ LED): Tạo ra sóng mang quang.  Tần số sóng mang 185 200 THz (1520 ÷ 1620nm)  Băng C: 1530 ÷ 1565nm & Băng L: 1570 ÷ 1610nm  Bộ điều chế tạo luồng bít quang  Kỹ thuật điều chế trực tiếp (IM): dòng LD được điều chế để tạo dòng bit (không cần bộ điều chế ngoài) 2.1.3. Máy thu quang 2.1.4. Kênh thông tin December 12, 2011 Daniel F.S | 3 2.1.5. Nguyên lý truyền ánh sáng trong sợi quang Dựa vào hiện tượng phản xạ toàn phần, tuân theo định luật Snell  θ≥θc   n1: Chiết suất lớp lõi  n2: Chiết suất lớp áo 2.1.6. Cấu trúc sợi quang  Sợi quang: một dải thủy tinh silic rất mỏng  Cấu trúc: Lớp lõi và lớp áo  Hai nhân tố quan trọng:  Ánh sáng ít thất thoát khi đi dọc sợi  Sợi quang có thể uốn cong qua các góc mà ánh sáng vẫn có thể ở lại bên trong sợi và được truyền đi quanh các góc. 2.1.7. Khẩu độ số  √ √  với là độ chênh lệch chiết suất tương đối (n = (n1+n2)/2)  θmax là góc tới lớn nhất của tia sáng, để tia sáng đi được vào sợi quang và xảy ra phản xạ toàn phần.  Góc nhận ánh sáng là 2θmax 2.1.8. Tham số ảnh hưởng đến truyền quang  Suy hao: Tán xạ Rayleing và hấp thụ  Tán sắc: o Tán sắc đa màu:  Ánh sáng truyền trong sợi quang không đơn sắc mà có độ rộng phổ xác định.  Tốc độ lan truyền của các thành phần phổ là khác nhau (do chiết suất là hàm của bước sóng)  Các thành phần phổ có thời gian truyền lệch nhau gây ra tán sắc vật liệu o Tán sắc đa mode  Sợi truyền nhiều mode  Mỗi mode truyền có vận tốc nhóm khác nhau (mỗi mode có hằng số lan truyền khác nhau)  Các hiệu ứng phi tuyến:Tán xạ Brillouin, tán xạ Raman điều chế đồng pha (self phase modulation), four-wave mixing December 12, 2011 4 | Daniel F.S 2.1.9. Phân loại sợi quang theo chỉ số khúc xạ  Sự phân bố chiết suất trong sợi quang o n1: chiết suất lớn nhất của lõi (Tại r = 0) o n2: chiết suất lớp áo o r: khoảng cách từ tâm lõi đến điểm tính chiết suất o a: bán kính lõi o b: bán kính lớp áo o g: hệ số mũ quyết định dạng phân bố chiết suất  g = 1: dạng tam giác  g = 2: dạng parabol  g = ∞: dạng bậc thang  Multimode stepped index (chiết suất bước): Lõi lớn (100 μm ), các tia tạo xung ánh sáng có thể đi theo nhiều đường khác nhau trong lõi: thẳng, zig-zagtại điểm đến sẽ nhận các chùm tia riêng lẻ, vì vậy xung dễ bị méo dạng. ( ) {  Multimode graded index (chiết suất liên tục): Lõi có chỉ số khúc xạ giảm dần từ trong ra ngoài cladding. Các tia gần trục truyền chậm hơn các tia gần cladding. Các tia theo đường cong thay vì zig-zag. Các chùm tia tại điểm hội tụ, vì vậy xung ít bị méo dạng. December 12, 2011 Daniel F.S | 5  Single mode (đơn mode): Lõi nhỏ (8 μm hay nhỏ hơn), hệ số thay đổi khúc xạ thay đổi từ lõi ra cladding ít hơn multimode. Các tia truyền theo phương song song trục. Xung nhận được hội tụ tốt, ít méo dạng. 2.1.10. Tần số chuẩn hóa trong sợi đa mode  Số mode sóng trong sợi đa mode o Sợi SI: N = V2/2 o Sợi GI: N = V2/4  Điều kiện đơn mode V ≤ 2.405 (với SI) hoặc 3.518 (với GI)  Bước sóng cắt: Bước sóng tối thiểu đảm bảo cho sợi quang hoạt động đơn mode 2 2 2 1 405,2 2 nn a c    2 2 2 1 405,2 2 nn a     2.2. ĐẶC Đ ỂM VÀ ỨNG DỤNG CỦA THÔNG TIN SỢI QUANG 2.2.1. Đặc điểm  Suy hao thấp: L = 2000m, suy hao không thay đổi theo tần số tín hiệu  Dải thông rộng: hàng THz  Khối lượng và kích thước nhỏ  Không bị can nhiễu bởi sóng điện từ và điện công nghiệp  Tính an toàn: Không dẫn điện  Tính bảo mật: Sợi quang khó trích tín hiệu  Tính linh hoạt: Khả dụng cho hầu hết các dạng thông tin số liệu, thoại, video  Nhược điểm: Cần có quá trình biến đổi Điện-Quang; dòn, dễ gãy; sửa chữa phức tạp 2.2.2. Ứng dụng  Viễn thông o Mạng đường trục quốc gia o Đường trung kế o Đường cáp thả biển liên quốc gia  Dịch vụ tổng hợp o Truyền số liệu o Truyền hình cable December 12, 2011 6 | Daniel F.S PHẦN III: THÔNG TIN VIBA 3.1. CẤU RÚC SƠ ĐỒ Trạm chuyển tiếp Trạm đầu cuối Trạm đầu cuối  Trạm đầu cuối o Xử lý, lọc, khuếch đại, ghép kênh (ở băng tần cơ sở cao tần) o Ghép các dữ liệu, điều chế, mã hóa o Thu phát o Giao tiếp mạng khác  Trạm chuyển tiếp o Ghép kênh với mạng khác o Khuếch đại, sửa lỗi o Có thể điều chế, giải điều chế o Xử lý tín hiệu khuếch đại ở băng cơ sở 3.1.1. Sơ đồ khối tổng quát Giao tiếp tách ghép kênh Tx S Rx Mạng khác Bộ song công fT fR fT và fR phải khác nhau 3.1.2. Bộ phát (Tx) Điều chế Bộ tạo dao động nội 1 fIF Bộ tạo dao động 2 f=|f1-fIF| Khuếch đại cơ sở December 12, 2011 Daniel F.S | 7 3.1.3. Bộ thu (Rx) Giải điều chế Bộ tạo dao động 4 Bộ tạo dao động 3 KĐ Trung tần fIF 3.1.4. Điều chế và giải điều chế KĐ 90 o KĐ + 90 o + ADC ADC 3.1.5. Trạm chuyển tiếp Tx2 Rx1 Tx1 Rx2 Xen kẽ kênh giao tiếp Mạng khác 3.1.6. Sơ đồ RF-IF-RF IF RFRF December 12, 2011 8 | Daniel F.S 3.2. ĐẶC Đ ỂM H TH NG THÔNG TIN VIBA 3.2.1. Khái niệm  Viba = L.O.S microwave  Là hệ thống thông tin trong tầm nhìn thẳng sử dụng sóng SCT o Trong tầm nhìn thẳng (L.O.S): Antena Tx, Rx nhìn trực tiếp với nhau o Sóng SCT: f ~ GHz (λ ~ dm, cm) , λ ~ kích thước của mạch 3.2.2. Đặc điểm hệ thống  Tầm nhìn thẳng  Dùng anten bức xạ định hướng (parabol, gương). Góc mở θ3dB rất nhỏ  Kích thước anten D = 1.8m, 2m, 3m. Tần số làm việc GHz.  Hệ số tăng ích G lớn ~ vài chục dBi  Để có d lớn  dùng các trạm chuyển tiếp.  Hạn chế can nhiễu  tránh đặt các trạm chuyển tiếp trên cùng 1 đường thẳng (đặt sole).  Multi – path (đa đường) giảm, dopler giảm.  Công suất phát bức xạ giảm so với anten đẳng hướng.  Độ duy tần f tăng  Δf/f = const  Δf tăng  B tăng  truyền tốc độ cao (đa phương tiện), song công.  Độ nhạy giảm ( ) ( ) ( ) ( )  f tăng (λ giảm)  kích thước mạch, thiết bị, anten giảm, tăng ích G tăng.  f tăng  suy hao truyền sóng tăng (LFS : tổn hao trong không gian tự do) ( ) ( ) [ ] [ ]  f tăng (~ GHz)  cửa sổ vô tuyến  ảnh hưởng suy hao do mưa, thiết kế tuyến  dự trữ fading (~ vài chục dB)  Triển khai hệ thống nhanh linh hoạt, chi phí giảm.  Cần chú ý vật cản (bắt buộc vì L.O.S) 3.2.3. Ứng dụng December 12, 2011 Daniel F.S | 9 PHẦN IV: THÔNG TIN V TINH 4.1. CẤU RÚC SƠ ĐỒ 4.1.1. Cấu trúc hệ thống  Phần mặt đất GS: Các trạm mặt đất E.S  Phần không gian SS: o Vệ tinh (Satellite) o TT&C: Đo lường điều khiển và bám vệ tinh  E.S  SAT: Tuyến lên (uplink)  SAT  E.S: Tuyến xuống (downlink) (fup > fdown) 4.1.2. Trạm mặt đất E.S F.SHPA LNA Power Combiner Power Divider Tx1 TxN MUX + Interface Rx1 RxN DEMUX + Interface Mạng khác Thiết bị khác Mạng khác Thiết bị khác  F.S: Frequency Separator  HPA: High Power Amplier  LNA: Low Noise Amplier  Rx: Receiver  Tx: Transmitter December 12, 2011 10 | Daniel F.S 4.1.3. Vệ tinh F.S A A’ Demux (RF) Transponder Transponder Transponder Mux (RF) F.S 1 2 12 500 MHz GB = 4MHz 6.425 GHz 1 2 12 GB = 4MHz 4.2 GHz3.7 GHz BPF LPA A  Vệ tinh nhiều bộ phát đáp (Transponder) fOSC = 2.225 GHz  R.F (fup)  R.F (fdown) + K.đại, lọc  Công nghệ mới: Giải điều chế/ Điều chế: Xử lý tín hiệu ở băng cơ sở trên vệ tinh  Vệ tinh tái tạo/tái sinh 4.2. ĐẶC Đ ỂM H TH h i niệm  Vệ tinh (Satellite): Là những vật quay xung quanh Trái Đất, luôn cân bằng 2 cực đối ngược nhau (Lục h t uán tính ly tâm)  Hệ thống thông tin vệ tinh:  Hệ thống thông tin  Vệ tinh tham gia  Vệ tinh: Địa t nh & hi địa t nh  Vệ tinh địa t nh: uay cùng chiều quay Trái Đất, cùng vận tốc Trái Đất. Hành tr nh chuyển động của vệ tinh là đường tròn trong mặt phẳng xích đạo. December 12, 2011 Daniel F.S | 11 Đặc điểm  Có khả năng bao phủ vùng rộng lớn.  Có khả năng hoạt động không phụ thuộc vào các hệ thống mặt đất.  Có khả năng cung cấp thông tin điểm – điểm, điểm – đa điểm, hoặc quảng bá Ứng dụng  Viễn thông o Di động: Thông tin di động dùng vệ tinh o Truyền dẫn o Truyền số liệu (VS T(I ))-VTI  hát thanh, truyền h nh: Truyền h nh vệ tinh DVB-S  Hàng hải: Vệ tinh biển Inmarsat  Khí tượng thủy văn  Viễn thám December 12, 2011 12 | Daniel F.S PHẦN V: THÔNG TIN Đ 5.1. CẤU RÚC SƠ ĐỒ  HLR: Home Location Register: bộ đăng ký định vị thường trú  VLR: Visited Location Register: bộ đăng ký định vị tạm trú  AuC: Authentication Center: Trung tâm nhận thực  MSC: Mobile Switching Center: Trung tâm chuyển mạch di động 5.2 H TH Đ 5.2.1. Tế o  Cell – tế bào hay ô: là đơn vị cơ sở của mạng, tại đó trạm di động MS tiến hành trao đổi thông tin với mạng qua trạm thu phát gốc BTS (BS).  Trong đó o MS: Mobile Station - trạm di động. o BTS (BS): Base Tranceiver Station (Base Station) December 12, 2011 Daniel F.S | 13  hương thức phủ sóng: o an ten vô hướng và có hướng o 1 hoặc 3 anten  Các phương thức đa truy nhập o FDMA: Frequency Division Multiple Access - đa truy nhâp phân chia theo tần số o TDMA: Time Division Multiple Access - đa truy nhâp phân chia theo thời gian o CDMA: Code Division Multiple Access - đa truy nhâp phân chia theo mã  Mỗi hệ thống thông tin di động được cấp phát một hoặc nhiều băng tần xác định. Trong mỗi băng tần, các kênh vô tuyến của hệ thống sẽ được ấn định. Ví dụ: Băng tần GSM 900 được cấp phát là o UL: 890 MHz – 915 MHz o DL: 935 MHz – 960 MHz 5.2.2. GSM  Mạng thông tin di động mặt đất công cộng PLMN (Public Land Mobile Network) theo chuẩn GSM được chia thành 3 (4) phân hệ chính sau:  Phân hệ chuyển mạch - NSS - Network Switching Subsystem.  Phân hệ vô tuyến - RSS = BSS + MS - Radio SubSystem  Phân hệ vận hành và bảo dưỡng - OMS - Operation and Maintenance Subsystem December 12, 2011 14 | Daniel F.S PHẦN VI: B SỢ U C ỨC hẩu độ ố  √ √  với là độ chênh lệch chiết suất tương đối (n = (n1+n2)/2) ần ố chuẩn h a 6.1.3. Số mode sóng trong sợi đa mode o Sợi SI: N = V2/2 o Sợi GI: N = V2/4 6.1.4. Điều kiện đơn mode V ≤ 2.405 (với SI) hoặc 3.518 (với GI) 6.1.5. Bước sóng cắt: Bước sóng tối thiểu đảm bảo cho sợi quang hoạt động đơn mode 2 2 2 1 405,2 2 nn a c    2 2 2 1 405,2 2 nn a     u c ng uất  Yêu cầu : PRX > PMIN o PRX = Công suất tín hiệu tại đầu thu o PRX = PTX – Tổng tổn hao + Tổng tăng ích - PMARGIN o PTX = Công suất phát o PMARGIN ≈ 6 dB ( thường cho) o PMIN = Công suất nhỏ nhất để đạt được một ngưỡng BER quy định  Yêu cầu trong tính quỹ công suất o Tổn hao L = LIL + Lsợi + Lbn + Lnon-linear  LIL = Insertion Loss  Lsợi = Tổn hao do sợi  Lbn= Tổn hao do bộ nối  Lpt= Tổn hao phi tuyến December 12, 2011 Daniel F.S | 15 o Tăng ích G = Gkd + Gpt  Gkd = Tăng ích của bộ khuếch đại  Gpt = Tăng ích phi tuyến PRx [dBm] = PTx[dBm] – Σ Loss*dB+ – PMARGIN*dB+ + ΣG*dBi+ ≥ S*dBm+ (hoặc sens – độ nhạy máy thu)  Ch ý o Mỗi đầu phát/thu có một mối nối o Mỗi bộ khuếch đại dùng 2 mối nối  ( ) ( ) ( ) ( ) o P[dB] = PTx[dBm]- Psens[dBm] – Lconnector[dB] – Lequip[dB] o α*dB/km+ = αF + αH + αm  αF là suy hao trung b nh của cable  αH là suy hao trung b nh của mối hàn  αm là suy hao dự phòng cho cable nh giới hạn dải th ng  Rbaund = Rtrans = Rbit x k (k5B6B = 6/5; k1B2B = 2)  Để không bị giới hạn dải thông Dt ≤ Dmax  Độ tán sắc: [ ] √ o Độ tán sắc mode [ ] [ ] [ ]  Blimit: Giới hạn dải thông do tán sắc mode o Độ tán sắc màu: Dchr = Dmat + Dwg (Dwg<<Dmat  bỏ qua Dwg)  Dmat = dmat x Δλ x Lmax  dmat: Tán sắc chất liệu trên 1 đơn vị *ns/nm.km+  Δλ: Độ rộng phổ nguồn quang [nm]  Lmax [km]  Độ tán sắc cho ph p [ ] [ ] B B i Công suất từ nguồn sáng đưa vào sợi quang là Pin = 0dBm. Độ nhạy máy thu là sens = -51dBm. Sợi cáp có 9 mối hàn, tổn hao mỗi mối hàn là 0.5dB. Tổn hao bộ nối là 1.5 dB. Hệ số suy hao cáp α = 2dB/km. Dự phòng margin = 10dB. Tính độ dài cực đại để đảm bảo công suất. Giải: Pin = 0dBm α = 2dB/km Psens = -55dBm Pmargin = 10dB Lbn = 1.5dB Lmh = 0.5dB Tuyến quang sử dụng 2 bộ nối, để đảm bảo công suất: Pout = Pin – (Lmh×9 + Lbn×2 + α×D) – Pmargin ≥ Psens December 12, 2011 16 | Daniel F.S  D ≤ [Pin – (Lmh×9 + Lbn×2) – Pmargin - Psens]/α  D ≤ (0 – 0.5×9 - 1.5×2 – 10 + 55)/2 = 18.75 km B i Tuyến thông tin dùng cáp đồng trục có công suất tín hiệu vào là 10mW. Độ nhạy của máy thu là 1 µW. a. Tính cự ly tối đa của tuyến cáp đồng trục biết suy hao của cap là 20 dB/km. b. Nếu ta thay cáp đồng trục bằng cáp quang có hệ số suy hao 0,25 dB/km, tính cự ly tối đa của tuyến giả thiết bỏ qua suy hao mối hàn. c. Nếu mỗi cuộn cáp quang dài 2km và suy hao mối hàn là 0,1 dB, suy hao nối 1dB và suy hao ghép 1dB, tính cự ly truyền tối đa. Giải: a. S = 1µW = 10-3mW = -30dBm PRx = PTx – Lcable.D ≥ S  b. c. Giả sử dùng n cuộn cable  Số bộ nối = 2  Số mối hàn = Số mối ghép = n-1 PRx = PTx – (2×Lbộ nối + (n-1)×(Lmối hàn+Lghép) + 2×n×α) ≥ S  PTx – (2×1 + (n-1)×1.1 + 0.5×n) ≥ S  n≤ (PTx – S – 0.9)/1.6 = 24  Lmax = 48km B i Bộ phát có thể đưa vào sợi quang một bức xạ quang 10-3 W tại bước sóng 900nm. Suy hao của sợi quang α = 5dB/km. Bộ thu yêu cầu trung bình có 500photons cho một bit thông tin để đạt được BER chấp nhận được. Tốc độ bit là 105 bps. Không có mối hàn nào, suy hao do bộ nối là 1dB. Độ dài của tuyến liên kết là 20km. PMargin = 2dB Hỏi:  Tuyến liên kết có đảm bảo quỹ công suất không ?  Tính độ dài tối đa của tuyến liên kết để đảm bảo công suất mà không cần đặt thêm bộ khuếch đại nào  Cần đặt bộ khuếch đại có độ tăng ích bằng bao nhiêu, ở đâu? Biết rằng không có bộ khuếch đại nào có khả năng nhận tín hiệu vào nhỏ hơn -55dBm và tạo tín hiệu đầu ra lớn hơn 25dBm. Giải: PTx = 10 -3W = 0 dBm λ = 900 x 10-9m α = 5dB/km Rbit = 10 5 bps Lbn = 1dB Độ nhạy đầu thu: December 12, 2011 Daniel F.S | 17 Psens = 500photons/bit x 10 5 bps = 5 x 107 photons/s = 5 x 107 x hc/λ a. Psens = 5 x 10 7 x (6,626 x 10-34 x 3 x 108)/(900 x 10-9) = 1.1 x 10-11 W = 1.1 10-8 mW = -80 dBm. PRx [dBm] = PTx[dBm] – Σ Loss*dB+ – PMARGIN[dB] = 0 – (1 x 2 + 5 x 20) – 2 = -100 dBm < Psens = -80 dBm  Tuyến liên kết không đảm bảo quỹ công suất b. PRx = 0 – (1 x 2 + 5 x D) – 2 ≥ -80  D ≤ 15.2 km c. Gọi khoảng cách từ đầu phát đến đầu vào bộ khuếch đại là D1. V tín hiệu đầu vào bộ khuếch đại phải lớn hơn hoặc bằng -55dBm: P1 = PTx[dBm] – Σ Loss*dB+ – PMARGIN[dB] = 0 – (1 x 2 + 5 x D1) – 2 ≥ -55dBm  D1 ≤ 10.2 km G = -80dBm – (-100dBm) = 20dBm B i Hệ thống thông tin sợi quang dùng sợi quang đa mode có tốc độ 4 Mbps dùng mã 5B6B; công suất phát -20dBm, cự ly truyền 60km, suy hao bộ nối tổng cộng hai đầu 0,5 dB, suy hao trung bình của sợi là 0,25dB/km; suy hao mỗi mối hàn là 0,1dB, mỗi cuộn cáp dài 2km, giới hạn dải thông do tán sắc mode 1GHz.Km, tán sắc chất liệu dmat = 3ps/nm.km (ở bước sóng 1310nm); độ rổng phổ của nguồn quang 100nm, suy hao dự phòng cho thiết bị 2 dB, suy hao dự phòng cho cáp 0,05dB/km a/ Tính độ nhạy của máy thu quang (1,25 điểm) b/ Với cự ly truyền dẫn như trên, dải thông có bị giới hạn không? (1,25 điểm) Giải a/ Độ nhạy máy thu S=? Cự li : 60km  số cuộn cáp: 30  số mối hàn: 29 S[dBm] = PRx[dBm] = PTx[dBm]– Pmargin tb[dB]– Pmargin cáp[dB]– Lcáp [dB]– Lbộ nối [dB]– Lmối hàn[dB] S = -20 - 2 - 0.05x60 – 0.25x60 – 0.1x29 - 0.5 = - 43.4[dBm] b/ Giới hạn giải thông? Độ tán sắc tối đa cho ph p: Dmax[ns]= 1/(4Rtrans[Gbits/s]) Mã 5B6B  k = 6/5  Rtrans = Rbit x k = 4 x 6/5= 4.8[Mbps]=4.8x10 -3[Gbps]  Dmax = 1/(4x4.8x10 -3) = 52 [ns] Độ tán sắc: [ ] √ Độ tán sắc mode: Dmode[ns] = 0.44 x L[km]/(Blimit[GHz.km]) = 0.44 x 60/1 = 26.4[ns] Độ tán sắc màu: Dchr = Dmat + Dwg (Dwg<<Dmat  bỏ qua Dwg)  Dchr = Dmat = dmat*ps/nm.km+ x Δλ*nm+ x L*km+ = 3x100x60=18000*ps]=18[ns]  [ ] √ [ ] Do Dt < Dmax  không bị giới hạn dải thông December 12, 2011 18 | Daniel F.S B i Sợi quang tròn chiết suất bậc có đường kính lõi dk = 3 m. Chiết suất lõi n1 = 1.5, chiết suất vỏ n2 = 1.46. Bước sóng sử dụng λ0 = 1.3µm. a. Có bao nhiêu mode sóng truyền trong sợi quang? b. ác định giá trị lớn nhất của đường kính lõi mà sợi vẫn làm việc ở chế độ đơn mode? c. Nếu đường kính lõi lớn gấp 2 lần đường kính câu b th sợi truyền đi bao nhiêu mode? Giải: a. Khẩu độ số √ Tần số chuẩn hóa = √  V2 = 6.223 Sợi SI  N = V2/2 = 3 Vậy trong sợi quang có 3 mode sóng truyền qua. b. Điều kiện đơn mode: 2 2 2 1 405,2 2 nn a      dmax = 2a = 2.9 µm c. d1 = 2dmax  a1 = d1/2 = dmax = 2.9 µm  = √  V2 = 23.26  N = V2/2 = 11 December 12, 2011 Daniel F.S | 19 PHẦN VII: B B C ỨC ặt cắt c a tu ến  Miền Fresnel thứ nhất: o Vùng có dạng h nh elip quanh tia truyền thẳng từ anten phát đến anten thu o Đường biên tạo nên quỹ tích sao cho bất k tín hiệu nào đi đến anten thu qua đường này sẽ dài hơn so với đường trực tiếp 1 nửa bước sóng của tần số sóng mang  Bán kính miền Fresnel thứ nhất: o d1, d2*km+ lần lượt là khoảng cách từ trạm và trạm B đến điểm cần tính bán kính Fresnel o d*km+ là khoảng cách giữa 2 trạm, d = d1 + d2 o f là tần số sóng mang [GHz]  Độ cao của tia vô tuyến  O: độ cao vật chắn  T: độ cao cây cối giữa tuyến  F1 bán kính miền Fresnel thứ nhất  K: hệ số bán kính trái đất (k = 4/3)  C: hệ số hở (C = 1) ng uất c ạ đ ng hướng tương đương EIRP EIRP[dBm] = PTx[dBm] - LTx[dB] - LCTx[dB] + GTx[dBi] December 12, 2011 20 | Daniel F.S ng uất ở đầu o m thu Rx  Lp là suy hao truyền sóng, bao gồm suy hao trong không gian tự do LFS và các suy khác (mưa)  LFS[dB] = 92.44 + 20logd[km] + 20logf0[GHz]  PRx[dBm] = EIRP[dBm] - Lp[dB] - LRx[dB] - LCRx[dB] + GRx[dBi]  Psens[dBm] = -174 + 10logB[Hz] + NF[dB] + SNR[dB] o NF*dB+ là hệ số tạp âm của máy thu o SNR*dB+ là tỉ số tín hiệu trên tạp âm tối thiểu ở đầu ra hiệt độ tạ m Ts = Te + Ta  Te = T0 x (NF - 1) với T0 là nhiệt độ chuẩn 290K  Ta là nhiệt độ tạp âm thu, NF là hệ số tạp âm của máy thu  Nếu máy thu gồm nhiều tầng mắc nối tiếp, hệ số tạp âm được tính như sau: ∏ 7.1.5. ố Eb/N0 ( ) [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] ( ) [ ] (Eb/N0)dB = (C/N)dB – 10log(log2M) B B i Một tuyến thông tin viba có tần số làm việc 2GHz, tăng ích của anten phát 25dBi, cự ly thông tin 40km. Anten trạm thu có tăng ích 30dBi và nhiệt độ tạp âm anten 200K. nten được nối với máy thu có hệ số tạp âm 5dB với tốc độ bit 4Mbit/s và dùng phương thức điều chế 4–QAM. Công suất thu được tại đầu vào máy thu trạm mặt đất -78dBm. Giả thiết suy hao truyền sóng trong không gian tự do, bỏ qua các tổn hao khác. a. Tính công suất bức xạ đẳng hướng tương đương của trạm phát (EIRP). b. Tính hệ số phẩm chất trạm thu (G/T). c. Tính tỉ số sóng mang – tạp âm (C/N) và tỉ số Eb/N0 tại trạm thu. Giải: a.  EIRPTx = PTx + GTx – LTx (LTx = 0)  PRx = PTx + ∑G -∑L  ∑G = GTx + GRx  ∑L = Lpath (Vì chỉ có suy hao truyền sóng trong không gian tự do)  EIRPTx = PRx – GRx + ∑L ∑ [ ] [ ]  ∑L = 130.5 dB  EIRPTx[dBm]= -78[dBm] – 30[dBi] + 130.5[dB] = 22.5[dBm] December 12, 2011 Daniel F.S | 21 a. Te = T0(NF – 1) = 290×(10 0,5 – 1) = 627.06 K Ts = Ta + Te = 200 + 627.06 = 827.06 K = 29.18dBK GRx/Ts [dB] = GRx[dBi] – Ts[dBK] = 30 – 29.18 = 0.82dB/K c. C/N [dBm] = EIRP[dBm] - ∑L[dB]– 10logB + 228.6 + (GRx/T) [dB/K] = 22.5 – 130.5 – 10log (Rbit/log2M) + 228.6 + 0.82 (Rbit = 4Mbps ; M = 4) = 58.41 dBm Eb/N0 [dBm] = C/N [dBm] – 10log(log2M) = 58.41 – 10log2 = 55.4 dBm December 12, 2011 22 | Daniel F.S PHẦN VIII: B C ỨC hu a c a ệ tinh T[s] = 10-2 x (RE[km] + h[km]) 1,5  RE là bán kính Trái Đất = 6378 km  h là chiều cao t t ạm mặt đất S tới ệ tinh SAT √ ( ) ( ) ( )  {  SAT: kSS kinh độ u c ng uất: Như Viba B B i Một tuyến thông tin vệ tinh có tần số phát 6GHz, tổn hao cáp ở máy phát là 3dB, tăng ích của máy phát là 38dBi; cự ly thông tin là 37000km; tăng ích của anten là 28dBi; nhiệt độ tạp âm của anten thu là Ta = 205K, tổn hao cáp ở máy thu là 1dB, hệ số tạp âm của máy thu F=7.6dB; hệ thống thông tin truyền tải dòng bít bk dùng phương thức điều chế QPSK với tốc độ bit Rb = 32Mbps. a/ Tính công suất bức xạ đẳng hướng EIRP của trạm phát nếu công suất phát là 50W. (1 điểm) b/ Nếu yêu cầu phần thu có tỉ số sóng mang trên tạp âm (C/N) tối thiểu là 30dB, tính công suất phát tối thiểu. Giả thiết suy hao trong không gian tự do và bỏ qua các tổn hao khác (2 điểm) Giải a/ EIRP=? EIRP[dBw] = PTx[dBw] –LTx[dB] + GTx[dB] = 10log50 – 3 + 38 = 52[dBw] b/ (C/N)min = 30db  PTxmin = ? (C/N) [db] = EIRP[dBw] – LFs[dB] – LRx[dB] -10logB[Hz] + 228.6 + GRx -10logT  B = Rbit/log2M = 32x10 6/log24 = 41x10 6 (Hz)  F = 7.6 dB  T = Ta + Te = Ta + T0(F -1) = 205 +290(100.76-1) = 1583,7K  LFs[dB] = 20log(4πdf/C) = 20log(4π x37000x10 3x6x109/(3x108)) = 199,37[dB]  EIRPmin[dBw]= 30+199.37+1+10log41x106-228.6-28+10log(1583,7) = 81,9[dBw]  PTx[dBw]= EIRPmin[dBw]+LTx[dB]-GTx[dB] = 81.9+3-38 = 46.9[dBw] B i Hệ thống thông tin vệ tinh hoạt động ở băng tần (12,2 GHz đến 12,7 GHz) có công suất phát 120W, tăng ích của anten phát 34 dBi. Cự ly thông tin giữ vệ tinh và trạm mặt đất là 37000km. Anten thu trạm mặt đất có tăng ích 45dBi và nhiệt độ tạp âm anten 50K. nten được nối với máy thu có hệ số tạp âm 2,5dB và băng thông 20MHz. a. Tính công suất bức xạ đẳng hướng tương đương (EIR ) December 12, 2011 Daniel F.S | 23 b. Tính công suất tính hiệu nhận được tại đầu vào máy thu c. Tính tỉ số sóng mang – tạp âm (C/N) trước bộ giải điều chế trong máy thu trạm mặt đất Giải : a. EIRPTx = PTx + GTx – LTx (LTx = 0) = 10log120 [dBW] + 34 [dBi] – 0 = 54.79 [dBW] b.         dBLdBiGdBWEIRPdBP RxR ∑ [ ] [ ]  ∑L = 205.88 dB PR = 54.79 [dBW] + 45 [dBi] – 205.88 [dB] = -106.09 [dBW] c. Ts = Ta + Te = Ta + T0(NF - 1) = 50 + 290(10 0.25 - 1) = 275.7 K      HzBLKdB T G dBEIRP N S N C S ATx log106,228/)(   = 54.79 [dB] + 34 / 275.7 [dB/K] + 228.6 – 205.88 – 10log20x106 = 4.023 [dB] = 2.53 [dB] PHẦN IX: B Đ C ỨC  Số đa giác chung đỉnh (n là số cạch đa giác)  Khoảng cách 2 cell lân cận √  S kênh phân chia cho nhóm N tế bào  k = S/N (kênh cho 1 tế bào)  S = k x N  P tế bào  Dung lượng hệ thống là C = x k = x S/N  Nhiễu đồng kênh và dung lượng hệ thống ( ) ( ) ( )  Tỷ số công suất nhiễu tín hiệu trên công suất nhiễu đồng kênh bởi i0 (i0=6) tế bào xung quanh ∑ ∑ ( ) o D là khoảng cách 2 cell sử dụng cùng tần số o là tỷ số lặp lại kênh Q = √ o n là mũ suy hao December 12, 2011 24 | Daniel F.S B B i Di động song công. Độ rộng 1 kênh đơn là 25kHz. hổ tần 33MHz. a. Tính số kênh trong trường hợp N = 4,7,12. b. Nếu vùng dịch vụ có 50 tế bào, tính dung lượng C của hệ thống. Giải: Số kênh tổng cộng:  N = 4  Số kênh k = S/N = 660/4 = 165 C = P x k = 50 x 165 = 8250  N = 7, 12 : Tương tự B i êu cầu SIR ≥ 15dB. Tính tỷ số , N. Giả thiết n = 4. Giải: SIR ≥ 15dB  S/I ≥ 101.5 = 31.622  Qn/i0 ≥ 31.622  Q n ≥ 31.622 x i0 = 31.622 x 6 = 189.732 Với n = 4  ≥ 3.71 N = Q2/3 = 16/3 = 4.59  N = 7 B i GSM (ô). D0 = 1m với Công suất Rx(d0) = 1mW. Để đảm bảo  yêu cầu công suất I ≤ -100dBm. Giả thiết n = 3. Tính bán kính Cell R. N = 7, 4. Giải: a. N= 7, n = 3 Q = (3N)1/2 D = d thỏa mãn PRx(d)[dBm]=PRx(d0)[dBm] + n.10log(d0/d) ≥ -100dBm Thay số vào ta được d≤ 1010/3 = 2154.4m  D = 2154.4m Mà Q = D/R  R = D/Q = 2154.4/(3x7)1/2= 470.128m b. N = 4, n = 3 R = 621.9m