Xem mẫu

  1. CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VI BA SỐ 1.1 Giới thiệu chung Hệ thống truyền dẫn là 1 hệ thống bao gồm các thiết bị, phương tịên dùng để truyền tín hiệu từ nơi này đến nơi khác. Ngày nay, theo phương tiện truyền dẫn, các HTTT bao gồm các loại hệ thống chủ yếu sau: -HTTT dùng cáp đồng trục + Các hệ thống sử dụng cáp đồng trục có dung lượng không cao, cự ly khoảng lặp ngắn và khả năng cơ động kém. Các hệ thống loại này đang dần được thay thế và được sử dụng chỉ trong những tình huống cụ thể nhất định -HTTT vô tuyến sóng cực ngắn (microwave) Với môi trường truyền dẫn vô tuyến trên giải sóng cực ngắn, bao gồm các loại hệ thống thống tin vệ tinh. + Các hệ thống thông tin vệ tinh có dung lượng trung bình song bù lại có cự ly liên lạc từ lớn đến rất lớn. Các hệ thống này được sử dụng làm trục xuyên lục địa hoặc phục vụ cho các tuyến khó triển khai các loại hình liên lạc khác +Thông tin vô tuyến tiếp sức (radio-relay) Các hệ thống vô tuyến tiếp sức mặt đất (terrestrial radio-relay) có dung lượng từ thấp tới cao, có khả năng thay thế tốt các tuyến cáp đồng trục trong các mạng nội hạt lẫn đường trục. Với thời gian triển khai tương đối thấp, tính cơ động của các hệ thống vô 1 tuyến tiếp sức mặt đất hơn hẳn một số loại hệ thống khác
  2. CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VI BA SỐ +Thông tin di động Các hệ thống thông tin di động phục vụ các đầu cuối di động, nói chung có dung lượng thấp. Khả năng di động là ưu thế lớn nhất của các hệ thống này. -HTTT quang sợi (fiber-optic) Hệ thống cáp quang có dung lượng lớn nhất, giá rẻ (theo chi phí tính trên kênh thoại) do đó thường được sử dụng làm đường trục quốc gia, xuyên quốc gia, xuyên lục địa. Nhược điểm cơ bản của HTTT cáp quang là khả năng cơ động hệ thống kém, chi phí lắp đặt ban đầu khá cao, vì vậy trong một số trường hợp cụ thể thì việc triển khai được xem là rất khó khăn. HTTT vô tuyến làm việc trong giải tần số từ 60MHz trở xuống. a 2
  3. CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VI BA SỐ 1.2 Hệ thống thông tin vi ba Tiếng Anh microwave có nghĩa là sóng cực ngắn hay vi ba theo cách dịch qua tiếng Trung Quốc. Từ vi ba được sử dụng chung cho các hệ thống vệ tinh, di động hay vô tuyến tiếp sức mặt đất, song ở nước ta từ vi ba đã được sử dụng từ trước chỉ để chỉ các hệ thống vô tuyến tiếp sức. Do đó, hiện nay trong các tài liệu kỹ thuật của ta, nói vi ba là nói tới hệ thống vô tuyến tiếp sức mặt đất. Thông tin sóng cực ngắn giữa hai điểm bắt đầu xuất hiện vào những năm 30 của thế kỷ trước tuy nhiên lúc bấy giờ do khó khăn về mặt kỹ thuật nên chỉ làm việc ở dải sóng mét do vậy ưu điểm của thông tin siêu cao tần chưa được phát huy. Năm 1935 đương thông tin VT tiếp sức đầu tiên được thành lập ở Newyooc và Philadenphi chuyển tiếp qua 6 địa điểm và chuyền được 5 kênh thoại. TTVTTS bùng nổ sau chiến tranh thế giới lần thứ hai. Hệ thống vi ba số bắt đầu hình thành từ đầu những năm 50 và phát triển mạnh mẽ cùng với sự phát triển của kỹ thuật viễn thông. 3 a
  4. CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VI BA SỐ a Mô hình của một hệ thống thông tin vi ba Tr¹m chuyÓ tiÕ n p Tr¹m chÝ nh Tr¹m ®u cuèi Ç chÆ (hop) ng 4
  5. CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VI BA SỐ Tổng quan về phân chia các băng tần Băng tần Ký hiệu Đặc tính lan truyền Phạm vi ứng dụng 3-30KHz Tần số rất thấp (VLF) - Sóng mặt đất ứng dụng nhiều cho thông tin dưới (Chục km) - Lan truyền cự ly xa nước (solar) - Mức tạp nhiễu khí quyển lớn 30-300KHz Tần số thấp (LF) - Tương tự như VLF nhưng bị hấp Vô tuyến hàng hải (Km) thụ vào ban ngày 300-3000KHz Tần số trung bình (MF) - Sóng mặt đất và sóng trời ban đêm Vô tuyến và định vị hàng hải, các (Trăm mét) - Suy hao thấp ban đêm cao vào ban tần số cho cứu hộ và vô tuyến ngày quảng bá AM - Tạp khí quyển 3-30MHz Tần số cao Phản xạ tầng điện ly thay đổi theo Vô tuyến nghiệp dư; phát sóng (Chục mét) (HF) thời gian trong ngày, mùa và tấn số quốc tế; thông tin quân sự, hàng không đường dài. 30-300MHz Tần số rất cao (VHF) Lan truyền theo tần nhìn thẳng (LoS) Truyền hình VHF, phát thanh FM, (mét) thông tin đạo hàng AM, thông tin vi ba 5
  6. CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VI BA SỐ Tổng quan về phân chia các băng tần 0,3-3GHz Tần số cực cao (ultrahigh Lan truyền theo tầm nhìn thẳng Truyền hình UHF, radar, thông tin (dm) frequency-UHF) vi ba 3-30GHz Tần số siêu cao (superhigh Lan truyền Los, suy hao nhanh theo Thông tin vệ tinh, thông tin vi ba. (cm) frequency-SHF) lượng mưa, suy hao khí quyền do ôxi và hơi nước, hấp thụ hơi nước cao ở 22GHz. 30-300GHz Tần số siêu siêu cao LoS, hấp thụ hơi nước tại 183GHz Rada, vệ tinh thử nghiệm. (mm) (Extremely High Frequency và hấp thụ ô xi tại 60 và 119GHz EHF) 103-107GHz Hồng ngoại, ánh sáng nhìn LoS Thông tin quang thấy và tia cực tím 6
  7. CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VI BA SỐ Thông tin siêu cao tần làm việc ở dải sóng cực ngắn dùng để truyền tín hiệu có dải tần rộng. Về lý thuyết, giải sóng dùng cho các hệ thống vi ba là từ 60MHz cho tới 60/80GHz. Trong thực tế, đối với các hệ thống vi ba ở dạng thương phẩm thường làm việc trên giải sóng từ 60MHz đến 20 GHz, các hệ thống công tác với giải tần số cao hơn (60-80 GHz) hiện vẫn đang còn trong giai đoạn thử nghiệm. Hệ thống thông tin siêu cao tần làm việc ở dải tấn số: 60 MHz ÷ 80 GHz do có dải tần làm việc rất rộng và cao so với thông tin cao tần vì vậy được sử dụng làm phương tiện truyền dẫn chính trong viễn thông công cộng siêu ngắn 7 a
  8. CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VI BA SỐ Trong hệ thống thông tin siêu cao tần bao gồm: + Hệ thống thông tin vi ba là hệ thống thông tin siêu cao tần các trạm chuyển tiếp được đặt trên mặt đất. + Hệ thống thông tin vệ tinh là hệ thống thông tin siêu cao tần các trạm chuyển tiếp được đặt trên vệ tinh nằm ngoài quả đất. + Thông tin di động là giao tiếp viễn thông giữa máy di động MS với trạm thu phát gốc BTS cũng làm việc ở dải sóng siêu cao tần. 8 a
  9. CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VI BA SỐ 1.2.2. Đặc điểm + Do làm việc ở dải sóng siêu cao tần nên đảm bảo được việc truyền những tín hiệu dải rộng. + Độ rộng dải tần siêu cao khoảng 30GHz do đó nhiều đài có thể làm việc đồng thời. + Hầu như không bị can nhiễu khí quyển và công nghiệp + Trong dải sóng SCT dễ dàng tạo ra các hệ thống an ten có tính định hướng cao, búp sóng hẹp nhờ vậy máy phát có thể giảm công suất và trên cùng một phạm vi ta có thể triển khai nhiều hệ thống cùng làm việc mà không gây nhiễu lẫn nhau. + Triển khai nhanh và giá thành rẻ hơn so với các hệ thống thông tin dùng cáp (cáp quang hoặc cáp đồng trục) vì việc triển khai hệ thống cáp là rất tốn kém và trong khu vực đông dân cư có nhiều công trình xây dựng thì việc triển khai một hệ thống 9 cáp là rất khó khăn.
  10. CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VI BA SỐ 1.2.2. Đặc điểm + Dễ dàng quản lý vì hệ thống vi ba chỉ giới hạn quản lý trong phạm vi của trạm vô tuyến dọc theo trục (trong khi đó hệ thống cáp phải quản lý toàn bộ tuyến cáp và đặcbiệt phải đối đầu với nguy cơ đứt cáp). + Dải sóng SCT có nhược điểm là chỉ truyền được chắc chắn trong tầm nhìn thẳng cự ly không quá 50 km. Vì vậy khi muốn thông tin đi xa cần thực hiện chuyển tiếp nhiều lần. + Có tốc độ nhỏ hơn nhiều so với hệ thống cáp quang và hiện nay ở đường trục chỉ còn sử dụng ở những khu vực chưa kéo được cáp quang do địa hình phức tạp. + Chịu tác động của đường truyền: hấp thụ do hơi nước và ôxi, suy hao do mưa và hiện tượng pha đinh đặc biệt đối với các hệ thống băng rộng phải chịu tác động của pha đinh đa đường 10 chọn lọc theo tần số.a
  11. CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VI BA SỐ 1.3 Phân loại vi ba số - Có nhiều phương pháp, căn cứ để phân loại: Theo dung lượng (tốc độ bít tổng cộng B ở đầu vào) các hệ thống vi ba số được 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 là những đường trục có dung lượng lớn so sánh được với cáp quang. Dải tần được sử dụng rộng rãi từ 4 đến 6 GHz. 11
  12. CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VI BA SỐ 1.3 Phân loại vi ba số Tuyến ngắn (cự ly liên lạc dưới 400km): dung lượng thấp, thông thường 1DS1, 4DS1, 1E1, 4E1 dùng để nối các trung tâm chuyển mạch di động. Dải tần thường sử dụng khoảng 15 GHz vì ở dải tần này cho phép thu gọn kích thước của an ten và thiết bị. Do chặng ngắn nên không cần phân tập để chống lại hiện tượng pha đing. Nguyên nhân gây gián đoạn liên lạc chủ yếu gây do mưa nên cần có hệ số khuyếch đại lớn và chặng ngắn. Với chặng lớn hơn thường sử dụng dải tần L6GHz, U6GHz hoặc 11GHz dung lượng thấp. Dải tần này không chịu ảnh hưởng pha đing do mưa nên có thể bảo đảm cự ly liên lạc xa hơn. 12
  13. CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VI BA SỐ - Căn cứ phân loại theo mục đích sử dụng: + Hệ thống viễn thông riêng ( nội bộ ) là mạng thông tin phục vụ cho thông tin riêng, nội bộ của các cơ quan, đơn vị không dùng để kinh doanh. + Hệ thống viễn thông công cộng: là hệ thống giành cho mọi đối tượng sử dụng và sử dụng để kinh doanh, yêu cầu chất lượng cao, thuận tiện, đơn giản, dễ sử dụng. - Căn cứ phân loại theo quy mô của mạng: + Mạng nội hạt: phục vụ cho 1 khu vực địa lý, khu vực dân cư ( tỉnh, thành phố) + Mạng quốc gia ( mạng liên tỉnh) phục vụ thông tin giữa các vùng, các khu vực, các tỉnh thành. + Mạng quốc tế: dùng để phục vụ thông tin giữa các nước. - Căn cứ 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 cứ phân loại theo phương pháp xử lý truyền dẫn tín hiệu: + Hệ thống viễn thông tương tự + Hệ thống viễn thông số. Chủ yếu đi vào viễn thông công cộng, viễn thông số. 13 a
  14. CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VI BA SỐ 1.4. Các chỉ tiêu chất lượng cơ bản của hệ thống vi ba: Đối với các hệ thống thông tin số hiện tại, các tín hiệu số là các tín hiệu nhận giá trị trong tập hữu hạn các giá trị có thể có và có thời gian tồn tại hữu hạn. Khi tập các giá trị có thể có của tín hiệu gồm hai phần tử 0 và 1 thì hệ thống được gọi là nhị phân và tín hiệu khi đó được gọi là bít. Gọi giá trị của bít thứ k là Dk và thời gian tồn tại của nó là Tk (Tk =T và là hằng số với mọi k). Ở đầu thu tín hiệu khôi phục lại là và có độ rộng là k, nếu kạ Dk thì tín hiệu thứ k được gọi là bị lỗi, nếu kạ T tín hiệu thứ k được gọi là có jitter. Cũng như các hệ thống truyền dẫn số khác, chỉ tiêu chất lượng cơ bản của hệ thống vi ba số là xác suất bít lỗi và jitter (rung pha hay còn được gọi là trượt trong một số tài liệu). Xác suất lỗi bít BER (Bit-Error Ratio) được định nghĩa là: BER=P{kạ Dk}, với P{.} là xác suất (1.1) Khi k= T+dT thì được gọi là jitter (1.2) Tuỳ từng loại dịch vụ mà các hệ thống có các đòi hỏi khác nhau về BER và jitter. Đối với các hệ thống truyền thoại, yêu cầu BER
  15. CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VI BA SỐ Đối với tín hiệu truyền hình, nếu sử dụng điều chế xung mã (PCM) thường thì BER đòi hỏi cũng như đối với thoại song cần lưu ý là tốc độ truyền với truyền hình là khá cao. Khi sử dụng ADPCM (Adaptive Differential Pulse Coded Modulation: Điều chế xung mã vi sai tự thích nghi) để truyền hình thì yêu cầu BER 10-6 Tính không khả dụng của hệ thống là khoảng thời gian không thể làm việc được, bắt đầu khi BER >10-3 trong mỗi giây và kéo dài 10 s liên tiếp (10 s này là khoảng thời gian không làm việc được). Thời gian không làm việc được kết thúc khi BER
  16. CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VI BA SỐ Tiêu chuẩn với hệ thống thực Đối với tuyến có cự ly L
  17. CHƯƠNG 2 CẤU TRÚC HỆ THỐNG VIBA SỐ I. Sơ đồ khối cơ bản của hệ thống vi ba số: 1. Sơ đồ khối của một trạm đầu cuối thực tế: Sơ đồ khối cơ bản tuyến phát: Nhiệm vụ: Biến đổi tín hiệu băng gốc thành tín hiệu dạng sóng Chuyển đổi tín hiệu lên băng tần công tác Khuếch đại tín hiệu, hạn chế phổ tín hiệu và bức xạ qua an ten. Hình 1. Sơ đồ khối cơ bản tuyến phát.a 17
  18. CHƯƠNG 2 CẤU TRÚC HỆ THỐNG VIBA SỐ Chức năng: Đối với hệ thống viba số tín hiệu vào tuyến phát bao gồm dữ liệu dưới dạng số được đưa đến từ tổng đài hoặc từ trạm viba số khác. - Mã hoá: Mã hoá kênh nhằm sửa lỗi bằng cách đưa vào một lượngthông tin dư. - Khối điều chế ánh xạ từ tín hiệu số băng gốc thành tín hiệu dạng sóng: Các dạng điều chế cơ bản FSK, PSK, QAM. Z FSK : + Không nhạy cảm với méo biên độ + Thiết bị đơn giản. + Hiệu quả phổ thấp PSK và QAM hiệu quả phổ phụ thuộc vào mức điều chế M Hiệu quả phổ tăng k=log2(M) lần Khi M=4 thì 4-PSK và 4-QAM như nhau Khi M=8 thường sử dụng 8-PSK Khi M>8 thường sử dụng M-QAM Các bộ lọc phát được lắp ngay sau bộ điều chế quyết định phổ tần của kênh. Thông thường là bộ lọc cosine nâng với hệ số uốn lọc α từ 0.2 đến 0.7. 18 a
  19. CHƯƠNG 2 CẤU TRÚC HỆ THỐNG VIBA SỐ Chức năng: - Bộ trộn tần nhằm đưa tín hiệu lên băng tần công tác. Tuỳ thuộc tần số công tác mà hệ thống có thể thực hiện trộn nhiều lần hoặc thực hiện điều chế ngay ở cao tần. Tuy sơ đồ điều chế trực tiếp từ cao tần nhưng chỉ được sử dụng ở những thiết bị có tần số công tác thấp khoảng 1 GHz vàđiều chế FSK do nhược điểm của sơ đồ này là khó đạt được một đặc tuyến điều chế tuyến tính và hơn nữa tần số trung tâm của máy phát không ổn định. Khi điều chế ở trung tần yêu cầu đối với tần số trung tần là ftt > 3Rb (Rb là tốc độ của luồng số liệu) - Khuếch đại công suất: Có thể dùng đèn sóng chạy (TWT) hoặc bán dẫn Gallium-Arsenide (GaAs FET) cho ra công suất khoảng vài W. Thông thường sau bộ khuếch đại công suất thường lắp một mạch lọc phụ nhằm hạn chế sự mở rộng phổ do tính phi tuyến của bộ khuếch đại. - Hệ thống an ten phidơ được sử dụng để dẫn sóng và bức xạ sóng điện từ vào môi trường. Dây phi đơ thường gây ra một lượng tổn hao nhất định tỷ lệ với độ dài của phiđơ. An ten thường có dạng parabol có tính định hướng cao và độ tăng ích lớn khoảng vài chục dBi. 19
  20. CHƯƠNG 2 CẤU TRÚC HỆ THỐNG VIBA SỐ Hình 2. Sơ đồ khối cơ bản tuyến thu. Tuyến thu Nhiệm vụ: - Thu nhận và chuyển đổi tín hiệu thu được về trung tần - Chuyển đổi thành tín hiệu băng gốc - Khôi phục xung clock Chức năng: Ở tuyến thu, tín hiệu thu được đưa đến máy thu để chuyển đổi tín hiệu thu được về tần số trung tần. Máy thu thực chất là một thiết bị xử lý tín hiệu cao tần bao gồm một khối khuếch đại cao tần và các bộ trộn tần. 20