TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ VÀ TRUYỀN THÔNG

ThS. HOÀNG QUANG TRUNG

KỸ THUẬT VIBA SỐ TẬP BÀI GIẢNG

(Lưu hành nội bộ)

THÁI NGUYÊN - 2011

2

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VIBA SỐ

1.1. Giới thiệu

HTTT siêu cao tần (microwave) víi m«i tr−êng truyÒn dÉn v« tuyÕn trªn gi¶i

sãng cùc ng¾n, bao gåm c¸c lo¹i hÖ thèng th«ng tin vÖ tinh, th«ng tin v« tuyÕn

tiÕp søc (radio-relay) vμ th«ng tin di ®éng; C¸c hÖ thèng th«ng tin vÖ tinh cã dung l−îng trung b×nh song bï l¹i cã cù ly liªn l¹c tõ lín ®Õn rÊt lín. C¸c hÖ thèng nμy ®−îc sö dông lμm trôc xuyªn lôc ®Þa hoÆc phôc vô cho c¸c tuyÕn khã triÓn khai c¸c lo¹i h×nh liªn l¹c kh¸c (nh− tuyÕn liªn l¹c ®Êt liÒn-h¶i ®¶o, ®Êt liÒn-c¸c giμn khoan dÇu, ®Êt liÒn-c¸c tμu viÔn d−¬ng...). Ngoμi ra, c¸c hÖ thèng vÖ tinh ®Þa tÜnh cßn ®−îc sö dông cho c¸c hÖ thèng ph¸t qu¶ng b¸ truyÒn h×nh. Trong t−¬ng lai gÇn, khi hÖ thèng c¸c vÖ tinh quü ®¹o thÊp vμ trung b×nh ®−îc triÓn khai, c¸c hÖ thèng vÖ tinh cã thÓ ®−îc sö dông cho c¶ th«ng tin di ®éng phñ sãng toμn cÇu. C¸c hÖ thèng th«ng tin di ®éng phôc vô c¸c ®Çu cuèi di ®éng, nãi chung cã dung l−îng thÊp. Kh¶ n¨ng di ®éng lμ −u thÕ lín nhÊt cña c¸c hÖ thèng nμy.C¸c hÖ thèng v« tuyÕn

tiÕp søc mÆt ®Êt (terrestrial radio-relay) cã dung l−îng tõ thÊp tíi cao, cã kh¶ n¨ng thay thÕ tèt c¸c tuyÕn c¸p ®ång trôc trong c¸c m¹ng néi h¹t lÉn ®−êng trôc. Víi thêi gian triÓn khai t−¬ng ®èi thÊp, tÝnh c¬ ®éng cña c¸c hÖ thèng v« tuyÕn tiÕp søc mÆt ®Êt h¬n h¼n mét sè lo¹i hÖ thèng kh¸c. Mét −u ®iÓm n÷a cña c¸c hÖ thèng nμy lμ rÊt dÔ triÓn khai, ngay c¶ trong c¸c ®iÒu kiÖn ®Þa h×nh g©y nhiÒu trë ng¹i cho viÖc triÓn khai c¸c lo¹i hÖ thèng dung l−îng cao kh¸c nh− trong c¸c ®« thÞ, hoÆc qua c¸c vïng cã ®Þa h×nh rõng nói víi cù ly chÆng liªn l¹c lªn ®Õn 70 km, trung b×nh lμ tõ 40 dÕn 45 km.

3

Truyền dẫn viba tần nhìn thẳng (LOS-Line Of Sight) cung cấp kết nối băng

rộng tương đối qua một tuyến đơn hay một chuỗi các tuyến nối đuôi. Một

tuyến kết nối một thiết bị đầu cuối vô tuyến tới một tuyến khác hoặc trạm lặp.

Tuyến Viba tầm nhìn thẳng được minh họa như hình 1.1. Khoảng cách của

tuyến phụ thuộc vào độ cao của antenna.

Hình 1.1. Mô hình truyền viba chuyển tiếp

4

1.2. Hệ thống thông tin viba

Th«ng tin sãng cùc ng¾n gi÷a hai ®iÓm b¾t ®Çu xuÊt hiÖn vμo nh÷ng n¨m 30 cña thÕ kû tr−íc tuy nhiªn lóc bÊy giê do khã kh¨n vÒ mÆt kü thuËt nªn chØ lμm viÖc ë d¶I sãng mÐt do vËy −u ®iÓm cña th«ng tin siªu cao tÇn ch−a ®−îc ph¸t huy. N¨m 1935 ®−¬ng th«ng tin VTTS ®Çu tiªn ®−îc thμnh lËp ë Newyooc vμ Philadenphi chuyÓn tiÕp qua 6 ®Þa ®iÓm vμ chuyÒn ®−îc 5 kªnh tho¹i. Vμ TTVTTS bïng næ sau chiÕn tranh thÕ giíi lÇn thø hai. HÖ thèng vi ba sè b¾t ®Çu h×nh thμnh tõ ®Çu nh÷ng n¨m 50 vμ ph¸t triÓn m¹nh mÏ cïng víi sù ph¸t triÓn cña kü thuËt viÔn th«ng.

Hình 1.2. Mô hình hệ thống viba

5

Mô hình chức năng của hệ thống viba được minh họa như hình 1.2. Các trạm

đầu cuối là các tổng đài nội bộ thực hiện chức năng chuyển mạch tạo kết nối

giữa các thuê bao trên khoảng cách xa. Cụ thể một số lượng lớn các thuê bao

(khoảng 2000 thuê bao) có thể được hợp nhất để truyền trên một tuyến viba.

Tại đó, tín hiệu được chuyển sang tần số sóng viba (vào khoảng vài GHz tới

vài chục GHz) và được truyền qua khoảng cách từ 30 đến 60 Km từ trạm A

đến anten nhận của trạm lặp. Trạm lặp đơn giản là các bộ khuếch đại tín hiệu

và chuyển tiếp sử dụng tần sóng viba. Trạm đầu cuối B nhận tín hiệu sóng

viba, xử lý rồi phân bổ vào các kênh riêng rẽ.

6

Hình 1.3. Sơ đồ khối chức năng của hệ thống viba tầm nhìn thẳng

7

Dải tần số hoạt động của các hệ thống viba:

Th«ng tin siªu cao tÇn lμm viÖc ë d¶i sãng cùc ng¾n dïng ®Ó truyÒn tÝn hiÖu cã d¶i tÇn réng. VÒ lý thuyÕt, gi¶i sãng dïng cho c¸c hÖ thèng vi ba lμ tõ 60MHz cho tíi 60/80GHz. Trong thùc tÕ, ®èi víi c¸c hÖ thèng vi ba ë d¹ng th−¬ng phÈm th−êng lμm viÖc trªn gi¶i sãng tõ 60MHz ®Õn 20 GHz, c¸c hÖ

thèng c«ng t¸c víi gi¶i tÇn sè cao h¬n (6080 GHz) hiÖn vÉn ®ang cßn trong giai ®o¹n thö nghiÖm.

8

1.3. Phân loại hệ thống

Theo dung l−îng (tèc ®é bÝt tæng céng B ë ®Çu vμo) c¸c hÖ thèng vi ba sè ®−îc ph©n thμnh: - C¸c hÖ thèng dung l−îng thÊp: B < 10 Mb/s; - C¸c hÖ thèng dung l−îng trung b×nh: B = (10 - 100 Mb/s); - C¸c hÖ thèng dung l−îng cao: B > 100 Mb/s. Theo cù ly liªn l¹c (haul) - TuyÕn dμi (cù ly liªn l¹c lín hon 400km): th−êng lμ nh÷ng ®−êng trôc cã dung l−îng lín so s¸nh ®−îc víi c¸p quang. D¶i tÇn ®−îc sö dông réng r·i tõ 4 ®Õn 6 GHz. - TuyÕn ng¾n (cù ly liªn l¹c d−íi 400km): dung l−îng thÊp, th«ng th−êng 1DS1, 4DS1, 1E1, 4E1 dïng ®Ó nèi c¸c trung t©m chuyÓn m¹ch di ®éng. D¶i tÇn th−êng sö dông kho¶ng 15 GHz v× ë d¶i tÇn nμy cho phÐp thu gän kÝch th−íc cña an ten vμ thiÕt bÞ. Do chÆng ng¾n nªn kh«ng cÇn ph©n tËp ®Ó chèng l¹i hiÖn t−îng pha®ing. Nguyªn nh©n g©y gi¸n ®o¹n liªn l¹c chñ yÕu g©y do m−a nªn cÇn cã hÖ sè khuyÕch ®¹i lín vμ chÆng ng¾n. Víi chÆng lín h¬n th−êng sö dông d¶i tÇn L6GHz, U6GHz hoÆc 11GHz dung l−îng thÊp. D¶i tÇn nμy kh«ng chÞu ¶nh h−ëng pha ®ing do m−a nªn cã thÓ b¶o ®¶m cù ly liªn l¹c xa h¬n.

9

1.4. Ưu, nhược điểm của viba số

Ưu điểm:

+ Do lμm viÖc ë d¶i sãng siªu cao tÇn nªn ®¶m b¶o ®−îc viÖc truyÒn nh÷ng tÝn

hiÖu d¶i réng. + §é réng d¶i tÇn siªu cao kho¶ng 30GHz do ®ã nhiÒu ®μi cã thÓ lμm viÖc

®ång thêi. + HÇu nh− kh«ng bÞ can nhiÔu khÝ quyÓn vμ c«ng nghiÖp

+ Trong d¶i sãng SCT dÔ dμng t¹o ra c¸c hÖ thèng an ten cã tÝnh ®Þnh h−íng

cao, bóp sãng hÑp nhê vËy m¸y ph¸t cã thÓ gi¶m c«ng suÊt vμ trªn cïng mét ph¹m vi ta cã thÓ triÓn khai nhiÒu hÖ thèng cïng lμm viÖc mμ kh«ng g©y nhiÔu lÉn nhau. + TriÓn khai nhanh vμ gi¸ thμnh rÎ h¬n so víi c¸c hÖ thèng th«ng tin dïng c¸p

(c¸p quang hoÆc c¸p ®ång trôc) v× viÖc triÓn khai hÖ thèng c¸p lμ rÊt tèn kÐm vμ trong khu vùc ®«ng d©n c− cã nhiÒu c«ng tr×nh x©y dùng th× viÖc triÓn khai mét hÖ thèng c¸p lμ rÊt khã kh¨n. + DÔ dμng qu¶n lý v× hÖ thèng vi ba chØ giíi h¹n qu¶n lý trong ph¹m vi cña

tr¹m v« tuyÕn däc theo trôc (trong khi ®ã hÖ thèng c¸p ph¶i qu¶n lý toμn bé tuyÕn c¸p vμ ®ÆcbiÖt ph¶i ®èi ®Çu víi nguy c¬ ®øt c¸p).

10

Nhược điểm:

D¶i sãng SCT cã nh−îc ®iÓm lμ chØ truyÒn ®−îc ch¾c ch¾n trong tÇm nh×n th¼ng cù ly kh«ng qu¸ 50 km. V× vËy khi muèn th«ng tin ®i xa cÇn thùc hiÖn chuyÓn tiÕp nhiÒu lÇn.

Cã tèc ®é nhá h¬n nhiÒu so víi hÖ thèng c¸p quang vμ hiÖn nay ë ®−êng trôc chØ cßn sö dông ë nh÷ng khu vùc ch−a kÐo ®−îc c¸p quang do ®Þa h×nh phøc t¹p.

ChÞu t¸c ®éng cña ®−êng truyÒn: hÊp thô do h¬i n−íc vμ «xi, suy hao do m−a vμ hiÖn t−îng pha ®inh ®Æc biÖt ®èi víi c¸c hÖ thèng b¨ng réng ph¶i chÞu t¸c ®éng cña pha ®inh ®a ®−êng chän läc theo tÇn sè.

11

1.5. Các chỉ tiêu đặc trưng đối với các hệ thống vi ba số

1.5.1. Tỷ số lỗi thấp

CCITT đã đề nghị một chỉ tiêu thiết kế tỷ số lỗi 10-10

trên Km với hệ

thống truyền dẫn nối số chuẩn giả định 25000Km. Đối với HRDP 2500Km

cho một tỷ số lỗi 2,5x10-7

trừ tác động của thiết bị ghép kênh. Trong các hệ

thống viba số, tỷ số lỗi này sẽ phù hợp với tiêu chuẩn thiết kế hiện nay, đạt

được đối với ít nhât là 99% thời gian. Do đó giá trị thấp của tỷ lệ lỗi khoảng

10-7

là thích hợp cho truyền dẫn số chuẩn giả định 2500Km. CCITT đã

khuyến nghị là tỷ lệ lỗi bit đối với một đoạn bậc cao 25000Km trong đường

chuẩn giả định dài nhất không lớn hơn 10-6

trong hơn 4% của tạp âm phút

trong tháng bất kỳ.

1.5.2. Tỷ số lỗi cao

Khoảng thời gian mà tỷ số lỗi cao có thể vượt quá, làm ảnh hưởng rất

lớn đến thiết kế một hệ thống. Một yêu cầu là tỷ số lỗi cao không được vượt

quá 0,01% của tháng bất kỳ đối với một mạch 2500Km, sẽ có tác động đến

tính kinh tế của một hệ thống thực. Tuy vậy, một yêu cầu là tỷ số lỗi này

không được vượt quá 0,1% của tháng bất kỳ sẽ tạo nên một hệ thống kinh tế

hơn, nhưng người ta không so sánh với các hệ thống viba FDM-FM hiện có.

Các số liệu mà nó được chấp nhận, cũng là phù hợp, ở một nơi nào đó trong

hai cực trị này và là 0,054% của tháng bất kỳ khi sử dụng thời gian hợp thành

một giây.

12

1.5.3. Chỉ tiêu giây không lỗi trong một thời gian dài

Tỷ lệ lỗi bit (BER) không cho một đánh giá chính xác đặc tính của mạch

số liệu trừ khi biết phân bố của lỗi. Tiêu chuẩn tỷ số lỗi của khối đánh giá tốt

hơn, nhưng lại đòi hỏi về cỡ của khối số liệu và tốc độ số liệu, mà chúng lại

thay đổi từ ngườ sử dụng này sang người sử dụng khác.

Các chỉ tiêu giây không lỗi (EFS) là một phương pháp trong đó có thể

giải quyết được các giới hạn trên. CCITT đã công bố rằng đối với truyền đưa

số liệu thì sẽ đạt tới mục tiêu EFS 95% đối với đoạn chuyển mạch nội hạt nối

chuẩn giả định 25000Km, một giá trị 99,5% EFS đối với HRDP 2500Km là

phù hợp. Thực tế đây không phải là mối tương quan đơn giản giữ đặc tính

BER và đặc tính EFS trong thời gian dài đối với một hệ thống vô tuyến trong

thời gian fading nhiều tia, vì EFC là một hàm của tốc độ fading, trong lúc đó

BER không phụ thuộc vào tốc độ fading.

1.5.4. Chỉ tiêu đột biến lỗi

Khi sử dụng với các thiết bị tách kênh số thì sự xuất hiện của các đột

biến lỗi trong các hệ thống viba số dung lượng lớn sẽ gây ra các ảnh hưởng

không mong muốn đối với mạng lưới. Do đó, CCIR đã công bố một giới hạn

về kích thước cho phép và khoảng thời gian của các đột biến lỗi này, chủ yếu

để điều khiển giai đoạn ban đầu của nhiều cuộc gọi được lấy ra trong mạng

điện thoại.

13

1.6. Các chỉ tiêu đặc tính lỗi

1.6.1. Đường truyền số chuẩn giả định (HRDP)

Để xác định các chuẩn đặc tính lỗi của một hệ thống viba số, một điểm

cần thiết là phải hiểu định nghĩa đường truyền số chuẩn giả định. Điều này sẽ

cho một sự hướng dẫn để thiết kế thiết bị và các hệ thống sử dụng trong các

mạng thông tin quốc tế. Độ dài của đường truyền đối với các hệ thống có tốc

độ bit trên ghép số bậc thứ cấp (2048 kbit/s hoặc 1554 kbit/s) là 2500 Km.

Dưới đây là ví dụ về đường truyền số chuẩn giả định HRDP gồm 9 bộ ghép

kênh số tại mức phân bậc theo khuyến nghị của CCITT và bao gồm 9 đoạn vô

tuyến số giống nhau liên tiếp cùng độ dài.

14

2500 Km

1 2 3 4 5 6 7 8 9

64 Kbit/s 64 Kbit/s 64 Kbit/s 64 Kbit/s

- ThiÕt bÞ ghÐp kªnh sè bËc nhÊt

- ThiÕt bÞ ghÐp kªnh sè bËc kh¸c t¹i c¸c n­íc ph©n bËc do CCITT khuyÕn nghÞ

§o¹n v« tuyÕn sè

§­êng truyÒn dÉn sè chuÈn gi¶ ®Þnh ®èi víi c¸c hÖ thèng viba cã

dung l­îng trªn møc thø cÊp (Theo KhuyÕn nghÞ 566-1, CCIR)

15

1.6.2. Các đoạn vô tuyến số

Theo khuyến nghị 556 của CCIR, một đoạn vô tuyến số bao gồm hai

thiết bị đầu cuối vô tuyến liên tiếp và môi trường truyền dẫn liên kết giữa

chúng, cung cấp toàn bộ các phương thức phát và thu giữa hai khung phân bố

số liên tiếp. Do việc bổ sung các bit mào đầu kể cả trong thiết bị vô tuyến, nên

tốc độ bit từng đoạn vô tuyến số có thể khác so với mức phân cấp do CCITT

khuyến nghị hoặc khác so với việc ghép tổng hợp của nó.

1.6.3. Các tỷ số lỗi bit cho phép

Do ảnh hưởng lan truyền và các ảnh hưởng khác, nên đặc tính tỷ lệ lỗi

bit được biểu thị bằng ký hiệu thống kê là phần trăm thời gian. Trong khi thiết

lập các chỉ tiêu BER, một số yếu tố khác được đưa vào xem xét, đó là độ đo

lỗi bit yêu cầu trong một khoảng thời gian nhất định phụ thuộc vào độ lớn tỷ

số lỗi do hiện tượng đột biến lỗi đó và cần phải đưa trượt vào tính toán. Điều

đó có thể nói rằng, trong khi hoạt động bình thường, sẽ xuất hiện các khoảng

chu kỳ tỷ số lỗi bit cao, chúng sẽ gây ra các gián đoạn ngắn, chủ yếu do các

điều kiện truyền lan bất lợi làm giảm mức tín hiệu mong muốn hoặc tăng mức

tín hiệu tạp âm. HRDP tương ứng với mạch chỉ tiêu chất lượng bậc cao được

định rõ trong Khuyến nghị G.821 của CCITT, nó cũng tạo nên một phần của

ISDN và đối với nó CCITT đã xác lập một quy luật chia độ cho phép suy

giảm tổng cộng của mạch số chuẩn giả định. Sự chia này là:

16

1). Ít hơn 0.00016%/km tương ứng với 25000 km của những khoảng thời

gian 1 phút có tỷ lệ lỗi bit xấu hơn 10-6

. (chỉ tiêu các phút suy giảm).

2). Ít hơn 0.000128%/km, tương ứng với 25000 km của những khoảng

thời gian 1 giây để có một số lỗi bất kỳ. (chỉ tiêu các giây lỗi trầm trọng).

3). Ít hơn 0.05% của khoảng thời gian 1 giây để có một tỷ số lỗi xấu hơn

10-3

đối với HRDP 2500 km. (chỉ tiêu các giây lỗi).

Ví dụ đối với HRDP 2500 km sẽ sử dụng như sau:

1. Ít hơn 0.4% cho các khoảng thời gian 1 phút là có tỷ lệ lỗi bit xấu hơn

10-6

.

2. Ít hơn 0.32% cho các khoảng thời gian 1 giây có một số lỗi nào đó

(tương đương với 99.68% của các giây không lỗi).

3. Ít hơn 0.05% của khoảng thời gian 1 giây để có tỷ lệ lỗi bit xấu hơn là

10-3.

17

1.7. Cấu hình mạng viba

Thường các mạng vi ba số được nối cùng với các trạm chuyển mạch như

là một bộ phận của mạng trung kế quốc gia hoặc trung kế riêng, hoặc là nối

các tuyến nhánh xuất phát từ trung tâm thu thập thông tin khác nhau đến trạm

chính. (ứng dụng trong các trung tâm chuyển mạch hoặc tổ chức các mạng

Internet).

1.7.1 Viba số điểm nối điểm

Mạng vi ba số điểm nối điểm hiện nay được sử dụng phổ biến. Trong các

mạng đường dài thường dùng cáp sợi quang còn các mạng quy mô nhỏ hơn

như từ tỉnh đến các huyện hoặc các ngành kinh tế khác người ta thường sử

dụng cấu hình vi ba số điểm-điểm dung lượng trung bình hoặc cao nhằm thoả

mãn nhu cầu của các thông tin và đặc biệt là dịch vụ truyền số liệu. Ngoài ra,

trong một số trường hợp, viba dung lượng thấp là giải pháp hấp dẫn để cung

cấp trung kế cho các mạng nội hạt, mạng thông tin di động.

18

1.7.2 Vi ba số đa điểm

Mạng vi ba số này trở thành phổ biến trong một số vùng ngoại ô và nông

thôn. Mạng bao gồm một trạm trung tâm phát thông tin trên một an ten đẳng

hướng phục vụ cho một số trạm ngoại vi bao quanh. Nếu các trạm ngoại vi

này nằm trong phạm vi (bán kính) truyền dẫn cho phép thì không cần dùng

các trạm lặp, nếu khoảng cách xa hơn thì sẽ sử dụng các trạm lặp để đưa tín

hiệu đến các trạm ngoại vi. Từ đây thông tin sẽ được truyền đến các thuê bao.

Thiết bị vi ba trạm ngoại vi có thể đặt ngoài trời, trên cột.v.v... mỗi trạm ngoại

vi có thể được lắp đặt thiết bị cho nhiều trung kế. Khi mật độ cao có thể bổ

sung thêm thiết bị; được thiết kế để hoạt động trong các băng tần 1,5GHz -

1,8GHz và 2,4GHz sử dụng một sóng mang cho hệ thống hoàn chỉnh.

Hiện nay các hệ thống điểm nối đến đa điểm 19GHz đã được chế tạo và

lắp đặt ở Châu Âu để cung cấp các dịch vụ số liệu (Kbit/s) Internet trong

mạng nội hạt khoảng cách 10Km. Trạm trung tâm phát tốc độ bit khoảng

8,2Mb/s và địa chỉ mỗi trạm lại sử dụng kỹ thuật TDMA.

19

Hình 1.5: Cấu hình viba điểm-điểm, điểm-đa điểm

20

1.8. Các kỹ thuật điều chế sử dụng trong viba số

1.8.1. Điều chế và giải điều chế số

1.8.2. Các phương thức điều chế số trong viba

Trong viba số chủ yếu sử dụng các phương thức điều chế M-PSK và M-QAM

đa mức.

1.9. Các mã truyền dẫn sử dụng trong viba số

Trong viba số chủ yếu sử dụng các mã HDB3 và CMI.

21

CHƯƠNG 2. TRUYỀN SÓNG VIBA SỐ

2.1. Cơ bản về sóng vô tuyến

Sóng vô tuyến là sóng điện từ có tần số từ 30KHz đến 300GHz và được

chia ra các băng tần LF, HF, VHF, UHF và băng tần cao dùng cho thông tin

vệ tinh. Có hai loại sóng vô tuyến là sóng dọc và sóng ngang. Sóng dọc là

sóng lan truyền theo phương chuyển động của nó (tiêu biểu như sóng âm

thanh lan truyền trong không khí) còn sóng ngang là sóng điện từ có vectơ

cường độ điện trường và từ trường vuông góc với nhau và vuông góc với

phương truyền sóng.

Các sóng vô tuyến có thể được truyền từ anten phát đến anten thu bằng

hai đường chính: bằng sóng bề mặt và sóng không gian.

22

2.1.1. Sóng bề mặt

Khi sóng vô tuyến lan truyền dọc theo bề mặt trái đất, thì năng lượng

truyền dẫn bị tiêu hao. Mức độ tiêu hao này phụ thuộc vào hằng số điện dẫn

và điện môi hiệu dụng của đất. tương tự như khi sóng đi dọc theo đường dây.

Khi tần số sóng trên 30MHz đất có tác dụng như một dây dẫn kém gây tiêu

hao lớn. Do đó, trong thực tế khi truyền sóng trên mặt đất người ta thường

chọn sóng có tần số thấp.

2.1.2. Sóng không gian

Sóng không gian là một loại sóng quan trọng trong thông tin VHF,UHF

và SHF. Năng lượng truyền của sóng không gian từ anten phát đến anten thu

theo ba đường truyền tương ứng với sóng trực tiếp, sóng phản xạ từ mặt đất

và sóng phản xạ từ tầng đối lưu.

23

Bầu khí quyển chia ra làm 3 tầng:

+ Tầng đối luu: là lớp khí quyển từ mặt đất lên đến độ cao khoảng (10 -

15)km. Càng lên cao mật độ phần tử khí càng giảm, làm thay đổi phương

truyền của các tia sóng. Tầng này thích hợp cho việc truyền sóng ngắn.

+ Tầng bình lưu: là lớp khí quyển nằm trong miền từ tầng đối lưu lên

đến độ cao khoảng 60km, tầng này có mật độ phần tử khí thấp, chiết suất

khí có tác dụng làm khúc xạ tia sóng, đổi phương truyền, làm cho các tia

sóng phát từ mặt đất lên tầng bình lưu sẽ bị đổi phương truyền quay về

mặt đất. Do vậy rất thích hợp cho việc truyền sóng cực ngắn.

+ Tầng điện ly: là tầng khí quyển cao nằm từ độ cao (60 - 2000)km,

miền này hấp thụ nhiều tia tử ngoại có năng lượng lớn, các tia này có tác

dụng phân ly các phần tử

khí trở thành các ion tự do, ở tầng này mật độ phân tử khí giảm thấp. Khi

tia sóng được phát lên gần tầng điện ly thì cũng bị phản xạ bẻ cong và

quay trở lại mặt đất do vậy rất thích hợp cho việc truyền sóng ngắn.

24

- Sóng trực tiếp: Là sóng truyền trực tiếp từ anten phát đến anten thu không bị

phản xạ trên đường truyền. Trong điều kiện truyền lan bình thường, nó có

biên độ lớn nhất so với các sóng khác đến máy thu.

- Sóng phản xạ đất: Sóng này đến an ten thu sau lúc 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 còn có thể xuất hiện trên mặt phẳng ngang.

Sóng phản xạ tới anten thu có biên độ và pha khác với biên độ và pha của

sóng trực tiếp, làm tín hiệu thu không ổn định.

Nếu hiệu khoảng cách đường truyền của tia phản xạ và tia trực tiếp bằng

số lẻ lần nửa bước sóng thì ở anten thu sóng phản xạ lệch pha với sóng trực

tiếp một góc

1800 và kết quả làm suy giảm tín hiệu sóng trực tiếp, đến một mức độ nào đó

phụ thuộc vào biên độ của sóng phản xạ.

- 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 phản xạ, 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 đất.

Một số tia này sẽ đến an ten thu, có thể làm suy giảm sóng trực tiếp do sự

thay đổi pha và biên độ gây ra. Sóng truyền theo tầng đối lưu có thể lan rộng

đến 10 dặm (khoảng 15km).

25

2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự truyền lan của sóng vô tuyến

2.2.1. Suy hao khi truyền lan trong không gian tự do

Khoảng không mà trong đó các sóng truyền lan bị suy hao được gọi là

không gian tự do. Mức suy hao của sóng vô tuyến được phát đi từ anten phát

đến anten thu trong không gian tự do tỷ lệ thuận với khoảng cách giữa hai

anten và tỉ lệ nghịch với độ dài bước sóng. Suy hao này gọi là suy hao truyền

lan trong không gian tự do, được tính như sau:

lần lượt là khoảng cách truyền dẫn và bước sóng của

sóng vô tuyến.

26

2.2.2. ảnh hưởng của pha đinh và mưa

Pha đinh được định nghĩa là sự thay đổi cường độ tín hiệu sóng mang

cao tần thu được do sự thay đổi khí quyển và phản xạ đất, nước trong đường

truyền sóng. Thực tế cho thấy ảnh hưởng do mưa và pha đinh nhiều tia là

những ảnh hưởng lan truyền chủ yếu đối với các tuyến vô tuyến tầm nhìn

thẳng trên mặt đất làm việc trong dải tần GHz. Vì chúng quyết định các tổn

hao truyền dẫn và do đó quyết định khoảng cách lặp cùng với toàn bộ giá

thành của một hệ vô tuyến chuyển tiếp. Pha đinh nhiều tia tăng khi độ dài của

tuyến tăng tuy nhiên nó không phụ thuộc nhiều vào tần số. Còn tiêu hao do

mưa tăng lên khi tần số tăng. Chẳng hạn, đối với các tuyến sử dụng tần số trên

35GHz thường suy hao do mưa lớn do đó để đảm bảo chất lượng tín hiệu

truyền dẫn thì các khoảng cách lặp thường chọn dưới 20km, ngoài ra việc

giảm độ dài đường truyền sẽ làm giảm các ảnh hưởng của pha dinh nhiều tia.

Vậy đối với các đường truyền dài và có tần số hoạt động thấp thì pha

đinh nhiều tia là ảnh hưởng chính. Còn đối với các tuyến ngắn và có tần số

hoạt động cao hơn thì tiêu hao do mưa là ảnh hưởng chủ yếu.

27

Bảng 2.1 Kết quả thực nghiệm về suy hao do hơi nước - khí hậu theo tần số sóng vô

tuyến của Alcatel.

Cùng mức dự trữ phadinh 40dB, một đường truyền vi ba ở dải tần 38GHz sẽ

bị mất đi hoàn toàn do bão lớn, trong khi tuyến vi ba làm việc ở tần số 6GHz

vẫn tiếp tục hoạt động bình thường.

2.2.3. Sự can nhiễu của sóng vô tuyến

Thông thường nhiễu xảy ra khi có thành phần can nhiễu bên ngoài trộn

lẫn vào sóng thông tin. Sóng can nhiễu có thể trùng hoặc không trùng tần số

với sóng thông tin. Chẳng hạn hệ thống Vi ba số đang sử dụng bị ảnh hưởng

bởi sự can nhiễu từ các hệ thống vi ba số lân cận nằm trong cùng khu vực, có

tần số sóng vô tuyến trùng hoặc gần bằng tần số của hệ thống này, ngoài ra nó

còn bị ảnh hưởng bởi các trạm mặt đất của các hệ thống thông tin vệ tinh lân

cận.

28

2.3. Pha đinh và cách phòng chống

Pha dinh là sự biến đổi cường độ tín hiệu sóng mang cao tần tại anten

thu do có sự thay đổi không đồng đều về chỉ số khúc xạ của khí quyển, các

phản xạ của đất

và nước trên đường truyền sóng vô tuyến đi qua. Sự biến đổi này là yếu tố

xấu đối với thống thông tin vi ba.

- Pha đinh phẳng: làm thay đổi đều tín hiệu sóng mang trong một dải tần số

(thay đổi giống nhau đối với các tần số trong dải).

- Pha đinh lựa chọn tần số: làm thay đổi tín hiệu sóng mang với mức thay đổi

phụ thuộc vào tần số, pha đinh này ảnh hưởng lớn đến tuyến vi ba số dung

lượng cao.

Hai loại pha đinh này có thể xuất hiện độc lập hoặc đồng thời vì vậy dẫn

đến làm gián đoạn thông tin. Sự thay đổi tín hiệu tại anten thu do phản xạ

nhiều tia gọi là pha đinh nhiều tia.

29

2.3.1. Pha đinh phản xạ đất

Nếu đường truyền vô tuyến đi qua mặt đất hoặc mặt nước có độ phản xạ

cao thì pha đinh do phản xạ mặt đất là pha đinh chủ yếu so với pha đinh do

phản xạ từ tầng đối lưu. Đặc biệt với các đường truyền ngắn thì phản xạ mặt

đất làm cho các tín hiệu thu thăng giáng ngẫu nhiên do các điều kiện khí

tượng gây ra làm biến đổi các tham số truyền dẫn.

Nếu đường truyền vô tuyến đi qua các vùng như biển, hồ, các vùng bằng

phẳng và ẩm ướt, đầm lầy,... thì các mức tín hiệu phản xạ nhỏ hơn 10dB so

với mức tín hiệu của đường truyền trực tiếp. Nếu trong trường hợp tuyến vô

tuyến đi qua địa hình có sương mù bao phủ có thể có sự phản xạ toàn phần.

30

2.3.2. Các kỹ thuật giảm ảnh hưởng của pha dinh nhiều tia

Các kỹ thuật được sử dụng để giảm các ảnh hưởng của pha dinh phẳng

và pha

đinh lựa chọn tần số nhiều tia là dùng phân tập không gian và phân tập tần số

để nâng cao chất lượng của tín hiệu thu.

Phân tập theo không gian cùng với các anten đặt cách nhau theo chiều

dọc kết hợp các bộ khữ giao thoa phân cực giao nhau. Hiệu quả của kỹ thuật

này đảm bảo không làm gián đoạn thông tin, thường được biểu thị bằng một

hệ số nâng cao. Nhờ áp dụng kỹ thuật phân tập không gian và phân tập tần số

thời gian gián đoạn thông tin giảm nhỏ so với thời gian yêu cầu để hệ thống

đạt được chỉ tiêu chất lượng đề ra.

31

2.3.2.1 Phân tập theo không gian

Định nghĩa: Phân tập theo không gian là kỹ thuật thu hoặc phát một tín

hiệu trên 2 anten (hoặc nhiều hơn 2 anten) với cùng một tần số vô tuyến f.

Khoảng cách các anten của máy phát và máy thu được chọn sao cho các

tín hiệu riêng biệt được thu không tương quan nhau tương ứng với hệ số

tương quan bằng "0". Trong thực tế không bao giờ đạt được giá trị bằng "0"

này. Trong hệ thống thông tin tầm nhìn thẳng người ta đưa ra một công thức

bán kinh nghiệm biểu

thị hệ số tương quan không gian theo khoảng cách trục đứng:

Với s: khoảng cách giữa 2 tâm của anten [m]

f: Tần số sóng vô tuyến [GHz]

d: khoảng cách truyền dẫn [km]

Trong biểu thức này, ta bỏ qua sóng phản xạ đất.

32

Theo khuyến nghị 376-4 của CCIR, người ta chọn khoảng cách giữa các anten

sao cho hệ số tương quan không gian không vượt quá 0,6. Do đó có thể sử

dụng hệ số này để làm ngưỡng cho việc sử dụng phân tập.

Khả năng cải thiện tín hiệu thu do sử dụng một cặp anten được xác định

bằng độ lợi phân tập Ios

Trong đó s: khoảng cách giữa 2 tâm của 2 anten [m]

f: Tần số sóng mang v" tuyến [GHz]

ar: Hệ số khuếch đại điện áp tương đối của anten phân tập so với anten chính:

Ad: là hệ số khuếch đại công suất anten phân tập [dB]

Am: là hệ số khuếch đại công suất anten chính [dB]

d: độ dài của tuyến truyền dẫn [Km]

Fm: độ dự trữ pha dinh phẳng

33

Bằng sự mô phỏng nhiều lần tìm được vị trí tốt nhất cho hai anten, khi không

thể tính được vị trí, thì khoảng cách hai anten phải lớn hơn 150. Thông

thường công thức trên tính gần đúng cho một tuyến có chiều dài (20 - 70)Km

và tần số (2-11)GHz.

Hình 2.1: Phân tập theo không gian

34

2.3.2.2. Phân tập theo tần số

Định nghĩa: phân tập theo tần số là kỹ thuật thu hoặc phát một tín hiệu

trên hai kênh (hoặc nhiều hơn hai kênh) tần số sóng vô tuyến.

Hệ số cải thiện phân tập tần số có thể tính:

Trong đó:

f : là tần số trung tâm của băng tần [GHz]

d: độ dài của đường truyền [km]

là khoảng cách tần số tương đối biểu thị bằng %

Fm: là độ dự trữ pha đinh [dB]

Phương trình trên đúng với các giá trị tham số sau:

Mặc dù các hệ thống thông tin vô tuyến số phân tập theo tần số có thể

cho các hệ số cải thiện tốt hơn nhưng việc sử dụng phổ tần không đạt hiệu quả

cao.

35

Ngoài ra để tăng hiệu quả chống pha đinh người ta sử dụng kết hợp phân tập

không gian và tần số.

Hình 2.2: Phân tập không gian và tần số sử dụng 3 anten

2.3.2.3. Chuyển mạch bảo vệ

Mục đích của chuyển mạch bảo vệ là để nâng cao độ khả dụng của hệ

thống bằng cách chuyển sang kênh dự phòng khi có hiện tượng sự cố thiết bị

chính. Ngoài

ra cũng có thể đạt được lợi ích khác khi thiết bị bảo vệ chống lại sự gián đoạn

thông tin do pha dinh lựa chọn tần số gây ra bằng cách chuyển sang hệ thống

dự phòng. (Nghĩa là kênh dự phòng được sử dụng khi kênh chính bị sự cố

hoặc bị gián đoạn thông tin do pha đinh).

Chất lượng và khả năng sẵn sàng của hệ thống vi ba số có thể nâng cao

nhờ sử dụng một hay 2 kênh dự phòng để thay thế các kênh bị sự cố nhờ thiết

bị chuyển mạch tự động. Thông thường khi số kênh truyền dẫn nhỏ hơn hoặc

bằng 7(n 7) thì dùng một kênh dự phòng, tương ứng với cấu hình (n+1).

Trong thực tế dùng cấu hình (1+1) gồm một kênh truyền dẫn và một

kênh dự phòng nóng HSB (Hot

Standby), có thể hoạt động ở cao tần RF hoặc trung tần IF.

36

Hình dưới mô tả một tuyến vi ba số có chuyển mạch bảo vệ bằng kênh dự

phòng

Hình 2.3: Mô hình tuyến có dự phòng

37

Chuyển mạch được thực hiện khi máy phát bị sự cố hoặc là khi có sự lựa chọn

máy thu cho tín hiệu tốt nhất trong 2 máy đang hoạt động.

Hình 2.4: Phần phát và thu của hệ thống dự phòng nóng 1 + 1

38

2.4. Nguyên lý cơ bản truyền sóng viba

Sóng viba là sóng có chiều dài bước sóng nằm trong khoảng 1m - 1cm.

Kỹ thuật truyền sóng viba vừa liên quan đến tính chất vật lý lại vừa mang tính

thống kê. Suy hao không gian tự do không chỉ phụ thuộc vào khoảng cách

tuyến mà còn phục thuộc cả vào tần số sóng viba. Vì vậy, với một tần số cho

trước thì tổn hao không gian tự do được coi là hằng số đối với vị trí cố định

của anten phát và thu. Hình dưới đây cho thấy mối quan hệ giữa độ lợi và độ

mất mát công suất tín hiệu trên một tuyến viba:

39

Hình 2.5: Lược đồ quan hệ giữa độ tăng ích và tổn hao

40

Tại mỗi thời điểm nhất định, các điều kiện áp suất dẫn tới fading là không thể

xác định một cách chính xác do đó chúng ta không thể biết chắc chắn mức tín

hiệu thu sẽ thay đổi như thế nào theo thời gian. Nhờ các phương pháp thống

kê toán học, chúng ta có thể quan sát để dự đoán được các khả năng xảy ra sự

cố và mức độ ảnh hưởng của fading.

41

Truyền sóng viba bị chi phối bởi các nguyên lý: phản xạ (reflection), khúc xạ

(refraction) và nhiễu xạ (diffraction). Điều này dẫn tới hai vấn đề cần xem

xét:

(1) Sự khúc xạ (refraction) và phản xạ (reflection) của sóng vô tuyến.

Hình 2.6: Tia khúc xạ và tia phản xạ

42

Đi qua một khoảng cách dài (từ anten phát đến anten thu), các tia sóng

viba có thể dải theo các đưởng khúc khủyu (do khúc xạ liên tiếp qua các lớp

khí quyển theo mặt phẳng thẳng đứng). Số lần khúc xạ và đường đi khúc

khủyu của của các tia sóng là phụ thuộc vào các lớp (gradient) áp suất khí

quyển và tần số của sóng viba. Kết quả là tia sóng có thể không đi theo đường

thẳng. Các gradient khúc xạ là thay đổi chậm theo thời gian, phục thuộc vào

từng ngày, mùa, địa lý và khí hậu. Chính vì thế mà các đường khúc khủyu của

các tia sóng từ máy phát đến máy thu cũng được thay đổi một cách tương

ứng.

Ngoài ra, sự khúc xạ của các tia sóng viba còn dẫn đến fading đa đường.

43

Sự phản xạ mặt đất của các tia sóng tại những điểm giữa của tuyến gây

ra fading đa đường tại máy thu và dẫn tới méo tín hiệu. Còn sự phản xạ

khuếch tán, sự tán xạ do địa hình gồ ghề sẽ làm cho các tia sóng đi theo các

hướng nào đó một cách ngẫu nhiên nên các tia này không ảnh hưởng nhiều tới

fading đa đường.

Độ cong của các tia sóng được biết thông qua hệ số bán kính hiệu dụng

K của trái đất. Có nghĩa là sự khúc xạ do áp suất khí quyển có mối liên hệ với

giá trị trung bình của bán kính trái đất. Nếu gọi ea là bán kính hiệu dụng của

trái đất thì ta có:

raae

111

Trong đó: a - bán kính thực của trái đất (6370 Km).

r - bán kính cong của tia sóng.

44

giả sử aKae . , khi đó a

aK e được gọi là hệ số bán kính hiệu dụng của

trái đất. Nếu gọi N là độ khúc xạ, h là độ cao của tia sóng so với mặt đất thì

kết quả tính toán cho ta biểu thức:

dh

dNK

157

157

Như vậy hệ số K là biến đổi và là phương pháp thường được sử dụng để

miêu tả khả năng uốn cong của các tia sóng viba. Hình dưới đây cho thấy sự

ảnh hưởng của hệ số K khác nhau đến tia sóng viba.

Hình 2.7: Minh họa độ cong của tia sóng theo hệ số K

45

(2) Sự nhiễu xạ (diffraction)

Xét trên quan điểm vật lý thì chùm sóng viba có bề rộng là mặt cắt ngang

ở đó lấy tia truyền trực tiếp làm trục giữa. Gía trị đo bề rộng của chùm là đới

Fresnel thứ nhất - Một ellipsoid chứa hầu hết công suất tín hiệu từ máy phát

đến máy thu.

Đối với một tuyến cố định thì đới Fresnel sẽ trở nên hẹp hơn khi tần số

viba tăng lên và anten lớn hơn. Xét theo mặt thẳng đứng thì đới Fresnel xác

định phía trong biên của hình ellipsoid, ở đó các tia phản xạ không gây nhiễu

tới các tia truyền trực tiếp tại anten thu. Còn từ bề mặt bên ngoài của đới

Fresnel thứ nhất trở ra thì các vật chắn hay địa hình bắt đầu gây ra tổn hao do

nhiễu xạ. Ngoài đới Fresnel thứ nhất, còn có các họ ellipsoid bao xung quanh

đường biên của nó. Đó là các đới Fresnel 2, 3, ... Chúng có ảnh hưởng ít tới

việc gây tiêu hao nhiễu xạ do công suất tín hiệu trong các vùng này là không

đáng kể.

46

Bán kính đới Fresnel thứ nhất cho bởi:

mdf

ddF

21

211 .

..32,17

ddd ,, 21 tính theo Km. f là tần số tính theo GHz.

Đối với các địa hình khác nhau có thể làm chắn miền Fresnel thứ nhất

gây ra các tổn hao nhiễu xạ khác nhau.

Hình 2.8: Miền Fresnel

47

2.5. Các chỉ tiêu kỹ thuật của vi ba số

2.5.1. Phân bố tần số luồng cao tần

Tần số luồng cao tần ở đây là tần số thu phát của thiết bị vô tuyến, việc

lựa chọn phương án phân bố tần số phụ thuộc vào:

- Phương thức điều chế số.

- Cách sắp xếp các luồng cao tần.

- Đặc tính của môi trường truyền sóng.

Theo khuyến nghị của của CCITT về vi ba số thì dải tần làm việc nên

chọn từ

2GHz đến 23GHz. Nếu sóng mang giữa các luồng cao tần không được phân

chia đúng thì có sự can nhiễu giữa chúng và tạp âm sẽ tăng lên. Các luồng lân

cận nên cách nhau 29 đến 40 MHz và phân cực trực giao.

48

2.5.2. Công suất phát

Công suất phát cũng giống như ở vi ba tương tự, phụ thuộc vào cự ly và

độ nhạy máy thu để đảm bảo tỉ số lỗi bit cho phép.

Đơn vị công suất phát tính bằng dBm. P0 = 1mw.

2.5.3. Độ nhạy máy thu hay ngưỡng thu

Là mức tín hiệu cao tần tối thiểu đến ở đầu vào máy thu để nó hoạt động

bình thường, nghĩa là thoả mãn tỉ số lỗi bit (BER) cho trước tương ứng với

tốc độ bít nhất định.

2.5.4. Tỉ số bit lỗi BER

Để thông tin đạt được độ tin cậy cao, đảm bảo cho thiết bị hoạt động

không nhầm lỗi thì tỉ số này càng nhỏ càng tốt, bình thường cũng phải đạt 310 , với chất lượng tốt hơn phải đạt 610 . Với yêu cầu BER cho trước máy

thu phải có một ngưỡng thu tương ứng.

49

2.5.5. Phương thức điều chế và giải điều chế

Thông thường trong vi ba số, tùy theo tốc độ bit (dung lượng kênh)

người ta thường dùng các phương thức điều chế như QPSK (hoặc 4PSK

hay QAM) hoặc QAM nhiều mức, chẳng hạn (16QAM, 64QAM)...

Phương thức giải điều chế được chọn tương ứng với phương thức điều

chế thực hiện tại máy phát. Thông thường, trong việc giải điều chế có 2

phương pháp là tách sóng kết hợp (Coherent), hoặc tách sóng không kết hợp.

Tách sóng kết hợp đòi hỏi máy thu sự khôi phục lại sóng mang đồng pha với

đài phát nên cấu hình phức tạp nhưng chất lượng tín hiệu cao hơn so với tách

sóng không kết hợp.

2.5.6. Trở kháng vào máy thu và trở kháng ra máy phát

Vấn đề phối hợp trở kháng đối với mạch cao tần rất quan trọng, các bộ

phận kết nối vào máy phát và máy thu phải phối hợp được trở kháng. Nếu

việc phối hợp trở không tốt sẽ làm ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu, công

suất phát hoặc thu không đạt cực đại, ngoài ra còn gây ra sóng phản xạ, gây

mất cân bằng làm giảm độ nhạy máy thu. Thông thường trở kháng ra của máy

phát và trở kháng vào máy thu được chuẩn hoá là 50 do đó trở kháng vào ra

của các bộ lọc, ống dẫn sóng, phi đơ

phải là 50.

50

2.5.7. Tốc độ ở băng tần gốc

Tốc độ ở băng gốc là tốc độ dãy số liệu vào/ra máy thu phát vô tuyến

Ví dụ: Thiết bị vi ba số RMD 1502/4 HDB3 2*2048kb/s

9470LX HDB3 4*2048kb/s

Mini-link HDB3 2*2048kb/s

với trở kháng 75 không cân bằng.

2.5.8 Kênh nghiệp vụ

Có các chỉ tiêu về điều chế, mức vào ra, tỉ số S/N, tần số báo gọi (kênh

nghiệp vụ thường được điều chế FM hoặc FSK).

2.5.9 Kênh giám sát và điều khiển từ xa

Cũng có các chỉ tiêu như kênh nghiệp vụ (có thể được điều chế theo

phương thức ASK ,FSK). Người ta sử dụng kênh này để khai thác quản lý và

giám sát thiết bị.

51

2.6. Thiết bị ăng-ten

Yêu cầu chính của thiết bị anten cho một hệ thống vô tuyến là có suy hao

truyền dẫn nhỏ và kinh tế, hiệu suất bức xạ anten cao, hệ số khuếch đại lớn.

2.6.1 Anten

Anten là một giao diện chính giữa thiết bị điện và môi trường truyền

sóng, tuỳ thuộc vào tần số, công nghệ và công dụng.

Anten YAGI được sử dụng cho tần số 400MHz - 900MHz.

Anten Parabol được sử dụng cho tần số từ 1GHz đến 60GHz, bộ phận

phản xạ được chế tạo bằng kim loại hoặc nhựa có phủ một lớp kim loại mỏng

ở mặt lõm của anten. Khi tần số nhỏ hơn 4GHz bộ phận phản xạ có thể được

chế tạo bằng việc phủ kim loại trên các thanh mỏng để làm giảm trọng lượng

anten và làm cho gió lướt xuyên.

52

Phần chính của một anten Parabol có thể được minh hoạ dưới đây:

Hình 2.9: Ăng-ten Parabol

Trong đó:

D: Đường kính anten [m]

d: Bề sâu lòng chảo, được tính từ tâm đến mặt miệng chảo [m]

F: Tiêu cự của chảo, được tính từ tâm chảo đến tiêu điểm F của nó.

53

Mối liên hệ giữa tiêu cự, bề sâu lòng chảo và đường kính chảo được biểu điễn

theo theo biểu thức:

Khi pha của nguồn sơ cấp đặt ngay tâm F của Parabol thì các sóng bức

xạ đều đồng pha.

Độ lợi của anten parabol được tính theo biểu thức:

Trong đó:

S: Diện tích (tiết diện) bề mặt anten [m2]

: Hiệu suất của anten từ (0,5 - 0,7).

54

Độ lợi của anten theo hiệu suất và tần số (số liệu của hãng Alcatel):

Sự biến đổi của hình dạng anten parabol hoặc sai lệch tiêu cự đều có thể

dẫn đến suy giảm trị số độ lợi của nó. Các anten có thể được dùng để phát

hoặc thu nhận sóng theo một hoặc 2 phân cực (phân cực đứng hoặc phân cực

ngang).

55

2.5.2 Biểu đồ bức xạ

Phần chính của năng lượng được tập trung ở búp sóng chính nhưng một

phần năng lượng sẽ bị bức xạ theo các búp sóng phụ, điều này dẫn đến hiện

tượng giao thoa tại các điểm nút.

Góc mở ở 3dB phụ thuộc vào đường kính anten và bước sóng được

tính theo biểu thức sau:

Trong đó: D là đường kính an ten. là bước sóng.

56

Hình 2.10: Biểu đồ bức xạ anten Parabol

57

Bảng sau cho thấy góc phát xạ theo đường kính anten (số liệu của hãng

Alcatel):

58

CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ TUYẾN VIBA

3.1. Cấu trúc hệ thống viba số

3.1.1. Các thành phần cơ bản

a). Sơ đồ khối của tuyến phát

Hình 3.1: Sơ đồ khối của bộ phát viba

Nhiệm vụ:

- BiÕn ®æi tÝn hiÖu b¨ng gèc thμnh tÝn hiÖu d¹ng sãng - ChuyÓn ®æi tÝn hiÖu lªn b¨ng tÇn c«ng t¸c

- KhuÕch ®¹i tÝn hiÖu, h¹n chÕ phæ tÝn hiÖu vμ bøc x¹ qua an ten.

59

b). Sơ đồ khối tuyến thu

Hình 3.2: Sơ đồ khối của bộ thu viba

- Thu nhËn vμ chuyÓn ®æi tÝn hiÖu thu ®−îc vÒ trung tÇn - ChuyÓn ®æi thμnh tÝn hiÖu b¨ng gèc

- Kh«i phôc xung clock

60

c). Sơ đồ khối của một trạm đầu cuối thực tế

Hình 3.3: Sơ đồ khối của một trạm đầu cuối

61

d). Sơ đồ khối trạm trung gian

M¸y thu vμ m¸y ph¸t thùc hiÖn chuyÓn ®æi tÇn sè, tÝn hiÖu cao tÇn ®−îc chuyÓn ®æi vÒ tÇn sè trung tÇn ë m¸y thu. TÝn hiÖu ®−îc gi¶i ®iÒu chÕ ®Ó chuyÓn tÝn hiÖu thu ®−îc thμnh tÝn hiÖu sè b¨ng gèc sau ®ã ®−îc ®−a ®ªn khèi t¸i t¹o xung nh»m g¹t bá t¹p ©m tÝch luü. TÝn hiÖu ®Çu ra cña khèi t¸i t¹o xung ®−îc ®−a ®−îc ®−a vμo khèi ®iÒu chÕ ®Ó chuyÓn tÝn hiÖu b¨ng gèc thμnh tÝn hiÖu d¹ng sãng. T¹i m¸y ph¸t sÏ thùc hiÖn viÖc chuyÓn ®æi tÝn hiÖu trung tÇn thμnh tÝn hiÖu cao tÇn vμ bøc x¹ ra anten. §©y lμ s¬ ®å tr¹m trung gian phæ biÕn sö dông cho nh÷ng hÖ thèng cã dung l−îng trung b×nh vμ cao.

H×nh 3.4: M¸y thu ph¸t ®æi tÇn víi bé t¸i t¹o tÝn hiÖu trung tÇn M¸y thu thùc hiÖn chuyÓn ®æi tÇn sè cao tÇn thμnh tÝn hiÖu trung tÇn vμ gi¶i ®iÒu chÕ nh»m thu ®−îc tÝn hiÖu tÝn hiÖu sè b¨ng gèc. T¹i m¸y ph¸t thùc hiÖn ®iÒu chÕ trùc tiÕp t¹i cao tÇn vμ ph¸t ra an ten. S¬ ®å tr¹m trung gian ®−îc thÓ hiÖn trªn h×nh vÏ. th−êng ®−îc ¸p dông cho nh÷ng hÖ thèng dung l−îng nhá vμ lμm viÖc ë tÇn sè cao h¬n.

62

H×nh 3.5: M¸y thu ®æi tÇn víi bé t¸i t¹o tÝn hiÖu T¹i tr¹m trung gian kh«ng thùc hiÖn viÖc t¸i t¹o xung, gi¶i ®iÒu chÕ vμ ®iÒu chÕ. M¸y thu thùc hiÖn viÖc chuyÓn ®æi tÝn hiÖu vÒ trung tÇn vμ chuyÓn sang m¸y ph¸t. T¹i m¸y ph¸t l¹i chuyÓn ®æi tÇn sè tÝn hiÖu trung tÇn lªn tÇn sè tÇn sè cao tÇn t−¬ng øng víi ph©n ho¹ch tÇn sè. víi viÖc sö dông tr¹m trung gian

theo s¬ ®å h×nh vẽ. hÖ thèng th«ng tin cho phÐp sö dông chung kªnh dù phßng víi hÖ thèng v« tuyÕn t−¬ng tù vμ c¾t gi¶m nh÷ng thiÕt bÞ cÇn thiÕt.

H×nh 3.6: Tr¹m trung gian dÞch chuyÓn tÇn sè, kh«ng cã bé t¸i t¹o tÝn hiÖu

63

Tr¹m trung gian kh«ng thùc hiÖn t¸i t¹o tÝn hiÖu vμ dÞch chuyÓn tÇn sè. VÒ b¶n chÊt tr¹m trung gian nh− h×nh vÏ. lμ mét bé khuÕch ®¹i tÝn hiÖu cao tÇn cã b¨ng tÇn giíi h¹n cho mçi h−íng truyÒn dÉn.

Hình 3.7: Tr¹m trung gian kh«ng cã bé t¸i t¹o tÝn

64

3.1.2. Bố trí tần số cho trạm lặp

+ KÕ ho¹ch 2 tÇn sè: T¹i mét tr¹m lÆp (A) sö dông 2 tÇn sè sãng mang cho liªn l¹c hai h−íng. M¸y thu trªn c¶ hai h−íng cïng lμm viÖc trªn tÇn sè f1, trong khi ®ã m¸y ph¸t trªn c¶ hai h−íng c«ng t¸c trªn cïng tÇn sè f2

+ KÕ ho¹ch 4 tÇn sè: T¹i mét tr¹m lÆp (A), theo mét h−íng thu trªn tÇn sè f1 ph¸t trªn tÇn sè f2, theo h−íng ng−îc l¹i thu trªn tÇn sè f3, ph¸t trªn tÇn sè f4.

§èi víi ph−¬ng ¸n bè trÝ 4 tÇn sè th× thiÕt bÞ tr¹m phøc t¹p h¬n do ph¶i lμm viÖc trªn 4 tÇn sè song bï l¹i xuyªn nhiÔu gi÷a c¸c h−íng thu-ph¸t rÊt nhá.

65

3.2. Lý thuyết về thiết kế tuyến

3.1.1. Xác định các tham số yêu cầu

- Xác định yêu cầu về giá trị BER: Dựa trên các tiêu chuẩn áp dụng cụ thể đối

với mỗi hệ thống khác nhau.

- Yêu cầu về dung lượng hệ thống: có khả năng phát triển trong vòng 10 đến

15 năm tới. Yếu tố này phải dựa vào các đặc điểm sau:

+ Sự phát triển dân số.

+ Đặc điểm vùng.

+ Tỷ lệ phát triển của các hoạt động kinh tế.

+ Tốc độ cải thiện điều kiện sống trong tương lai.

Tuy nhiên cần phải dung hoà chi phí với hệ thống khi lắp đặt. Có thể sử

dụng các hệ thống có dung lượng vừa phải. Khi cần phát triển lên hệ thống có

dung lượng cao thì có thể thay bằng hệ thống mới hoàn toàn còn hệ thống cũ

sử dụng cho vị trí có dung lượng nhỏ hơn.

66

3.1.2. Lựa chọn băng tần vô tuyến sử dụng

Đối với các ứng dụng của kỹ thuật viba, băng tần hoạt động của nó nằm

trong khoảng 1GHz đến 15GHz. Trong đó các tần số vô tuyến được cấp phát

cho các dịch vụ xác định được quy định bởi CCIR (Consultative Committee

on International Radio).

3.1.3. Kế hoạch tần số vô tuyến

Vì mức khác biệt về tín hiệu vô tuyến giữa ngõ vào và ngõ ra của một

trạm lặp thay đổi từ 60 đến 80 dB nên việc sử dụng cùng một tần số vô tuyến

giữa ngõ ra và ngõ vào sẽ gây ra hiện tượng giao thoa động do phản hồi.

Trong viba chuyển tiếp, ta thường sử dụng kế hoạch 2 tần số hoặc kế hoạch 4

tần số.

- Kế hoạch 2 tần số: Tại một trạm lặp sử dụng 2 tần số sóng mang cho

liên lạc hai hướng. Máy thu trên cả 2 hướng cùng làm việc trên f1 trong khi đó

máy phát trên 2 hướng cùng làm việc với tần số f2.

- Kế hoạch 4 tần số: Tại một trạm theo một hướng, thu trên tần số f1 phát

trên tần số f2. Theo hướng ngược lại, phát trên tần số f3 thu trên tần số f4. Đối

với kế hoạch bốn tần số thì thiết bị phức tạp hơn kế hoạch 2 tần số do phải

làm việc trên 4 tần số. Tuy nhiên xuyên nhiễu giữa hai hướng thu, phát là rất

nhỏ so với kế hoạch 2 tần số.

67

3.1.4. Chọn vị trí và tính toán đường truyền

(1) Khảo sát vị trí đặt trạm

Khảo sát một tuyến đơn có 2 trạm truyền dẫn. Trước hết cần tiến hành

các bước sau:

- Xác định tuyến trên bản đồ: cần tìm bản đồ địa hình của khu vực xây dựng

trạm.

- Tạo nên các bản vẽ mặt cắt nghiêng của tuyến.

Từ các yêu cầu thực tế của một tuyến vi ba gồm: vị trí trạm, khoảng cách

trạm, dung lượng truyền dẫn, địa hình tuyến sẽ đi qua... ta tiến hành đánh dấu

hai đầu cuối của trạm trên bản đồ của Sở đo đạc để xác định chính xác kinh

độ, vĩ độ của mỗi trạm. Các thông số toạ độ này được sử dụng để điều chỉnh

các anten ở mỗi trạm trong giai đoạn lắp đặt thiết bị. Ký hiệu trên bản đồ:

trạm A là trạm thứ nhất và trạm B là trạm thứ 2. Sau đó vẽ một mặt cắt

nghiêng của đường truyền:

68

Hình 3.8: Mặt cắt ngang của một tuyến viba

Mặc dù đất có độ cong nhưng để đơn giản trong tính toán, người ta

thường vẽ mặt cắt với bán kính hiệu dụng của trái đất là K = 4/3. Phương

trình sau cho ta xác định chỗ lồi của mặt đất:

mK

dd

Kr

ddh 21

1

21

51

41000

2

Trong đó: r1 là bán kính quả đất, K là hệ số bán kính hiệu dụng của trái

đất, d1, d2 là khoảng cách từ trạm A và trạm B đến điểm đang xét độ lồi của

mặt đất.

69

Như vậy trên mặt cắt nghiêng này thể hiện được bề mặt của địa hình. Ngoài ra

nó cũng có thể biểu diễn được cả độ cao của cây cối các vật chắn trên đường

truyền nối hai trạm A, B chẳng hạn như các gò, đồi, các nhà cao tầng... Đối

với khoảng truyền dẫn dài, độ cong của mặt đất lớn thì cần phải tính toán đến

độ nâng của vị trí trạm. Độ nâng được vẽ dọc các đường thẳng đứng nên

không đi dọc theo đường bán kính xuất phát từ tâm quả đất.

(2) Tính khoảng cách tia truyền phía trên vật chắn

Sau khi đã chọn được tần số làm việc cho tuyến, ta tính miền Fresnel thứ

nhất. Nếu tồn tại một vật cản ở rìa của miền Fresnel thứ nhất thì sóng phản xạ

sẽ làm suy giảm sóng trực tiếp, mức độ suy giảm tuỳ thuộc biên độ của sóng

phản xạ. Do đó việc tính toán đối với miền Fresnel thứ nhất đòi hỏi có tính

chính xác để việc thông tin giữa hai trạm không bị ảnh hưởng đáng kể bởi

sóng phản xạ này. Bán kính của miền Fresnel thứ nhất (F1) được xác định

theo công thức sau:

70

Trong đó: d1,d2 lần lượt là khoảng cách từ trạm A và trạm B đến điểm ở

đó bán kính miền Fresnel được tính toán, d là khoảng cách giữa 2 trạm, f là

tần số GHz.

Trong thực tế, thường gặp đường truyền đi qua những địa hình khác

nhau có thể chắn miền Fresnel thứ nhất gây nên tổn hao trên đường truyền. ở

các loại địa hình này có thể có vật chắn hình nêm trên đường truyền và các

loại chướng ngại khác. Hình dưới đây chỉ ra mô hình của vật chắn trên

đường truyền dẫn, trong đó F1 là bán kính miền Fresnel thứ nhất, F là

khoảng hở thực - là khoảng cách giữa tia trực tiếp và một vật chắn hình nêm

tại điểm tính toán miền Fresnel thứ nhất.

71

Hình 3.9: Thể hiện các tham số trên mặt cắt ngang của tuyến

Theo các chỉ tiêu thiết kế về khoảng hở đường truyền được khuyến nghị

thì độ cao tối thiểu của anten đảm bảo sao cho tín hiệu không bị nhiễu xạ bởi

vật chắn nằm trong miền Fresnel thứ nhất là F = 0,577F1. Nghĩa là đường

trực tiếp giữa máy thu và máy phát cần một khoảng hở trên mặt đất hoặc trên

một vật chắn bất kỳ ít nhất là vào khoảng 60% bán kính miền Fresnel thứ nhất

để đạt được các điều kiện truyền lan trong không gian tự do.

72

(3) Tính chọn chiều cao của tháp antenna

Để tính độ cao của tháp anten thì trước tiên phải xác định được độ cao

của tia vô tuyến truyền giữa hai trạm. Trên cơ sở của độ cao tia đã có để tính

độ cao tối thiểu của tháp anten để thu được tín hiệu. Việc tính toán độ cao của

tia vô tuyến cũng phải dùng đến sơ đồ mặt cắt nghiêng đường truyền nối hai

trạm trong đó có xét đến độ cao của vật chắn (O), độ cao của cây cối (T) giữa

tuyến và bán kính của miền Fresnel thứ nhất (F1). Biểu thức xác định độ cao

của tia vô tuyến như sau:

Trong đó: C là hệ số hở.

Thông thường thì độ cao của tia B được tính toán tại điểm có một vật

chắn cao nhất nằm giữa tuyến.

73

Hình 3.10: Xác định độ cao tia B để làm hở một vật chắn

Các độ cao của cây cối và vật chắn giữa tuyến được xác định từ bước

khảo sát đường truyền. Hình dưới đây biểu diễn mặt cắt đường truyền của

tuyến cùng với các vật chắn giữa tuyến và có xét đến miền Fresnel thứ nhất.

Sau khi đã có được độ cao tuyến, ta tính độ cao của anten để làm hở một vật

chắn nằm giữa tuyến (tức không gây nhiễu đến đường truyền vô tuyến). ở

bước khảo sát định vị trạm, ta đã xác định được độ cao của hai vị trí đặt trạm

so với mặt nước biển tương ứng là h1 và h2. Hai thông số này kết hợp với độ

cao B của tia như đã tính toán ở trên sẽ tính được độ cao của cột an ten còn lại

khi biết trước độ cao của một cột an ten.

74

Trong đó: ha1, ha2 [m] là độ cao của một trong hai anten cần được tính.

d1, d2 [km] là khoảng cách từ mỗi trạm đến vị trí đã tính toán độ cao của tia

B. Như vậy khi biết được độ cao của một an ten thì có thể tính được độ cao

của anten kia sao cho không làm gián đoạn tia truyền của hai trạm. Hình dưới

đây minh hoạ cách tính toán độ cao của an ten nói trên:

75

Hình 3.11: Độ cao của tháp Ăng-ten

76

Tuy nhiên như đã đề cập ở phần trước, để đảm bảo cho hệ thống hoạt động

không chịu ảnh hưởng của các yếu tố trong tương lai thì độ cao an ten phải sử

dụng một khoảng dự phòng, phụ thuộc vào người thiết kế. Khi đó các độ cao

của các anten thực tế phải là har1, har2 do đã được cộng với một lượng độ cao

dự phòng là Ph1 hoặc Ph2 như sau:

(4) Tính toán các nhân tố ảnh hưởng đến đường truyền

Công suất tín hiệu truyền giữa trạm phát đến trạm thu bị suy hao trên

đường truyền. Khi phát một công suất Pt ở phía phát thì ở bên thu sẽ được

một công suất là Pt’ và do suy hao nên Pt > Pt

’. Sự mất mát công suất này do

các yếu tố gây nhiễu đường truyền; Cụ thể ta xem xét các nhân tố dưới đây:

77

- Độ dự trữ phading phẳng:

Do tác động của phadinh phẳng, mức tín hiệu thu được có thể bị sụt đi

so với mức tín hiệu thu không bị pha đinh, trước khi hệ thống còn làm việc

đúng. Như vậy tác động của pha đinh là làm thay đổi mức ngưỡng thu của

máy thu. Do đó khi bị ảnh hưởng của pha dinh phẳng máy thu có thể nhận

được tín hiệu rất yếu từ đường truyền và có thể làm gián đoạn thông tin nếu

trường hợp phađinh mạnh. Việc tính toán một lượng phadinh dự trữ là cần

thiết cho đường truyền vô tuyến.

Độ dự trữ phadinh phẳng Fm (dB) liên quan đến mức tín hiệu thu được

không phadinh Wo (dB) và mức tín hiệu thu được thực tế thấp W(dBm) trước

lúc hệ thống không còn hoạt động tính theo biểu thức:

78

- Phadinh lựa chọn:

Phadinh lựa chọn chủ yếu ảnh hưởng đến các hệ thống vi ba số có dung

lượng trung bình (34Mb/s) và dung lượng cao (140Mb/s).

- Tiêu hao do mưa:

Tiêu hao do mưa và phadinh là các ảnh hưởng truyền lan chủ yếu các các

tuyến vô tuyến tầm nhìn thẳng trên mặt đất làm việc ở các tần số trong dải tần

GHz, vì chúng quyết định các biến đổi tổn hao truyền dẫn do đó quyết định

khoảng cách lặp cùng với toàn bộ giá thành của một hệ thống vô tuyến

chuyển tiếp. Tiêu hao do mưa tăng nhanh theo sự tăng của tần số sử dụng, đặc

biệt với các tần số trên 35GHz thường suy hao nhiều và do đó để đảm bảo thì

khoảng cách lặp phải nhỏ hơn 20km, ngoài ra việc giảm độ dài của đường

truyền sẽ giảm các ảnh hưởng của phadinh nhiều tia.

79

3.1.5. Tính toán các tham số tổn hao của tuyến

Các tham số được sử dụng trong tính toán đường truyền như: Mức suy

hao trong không gian tự do, công suất phát, ngưỡng thu, các suy hao trong

thiết bị...có vai trò quan trọng để xem xét tuyến có thể hoạt động được hay

không và hoạt động ở mức tín hiệu nào.

- Tổn hao trong không gian tự do:

Tổn hao trong không gian tự do (A0) là tổn hao lớn nhất cần phải được

xem xét trước tiên. Đây là sự tổn hao do sóng vô tuyến lan truyền từ trạm này

đến trạm kia trong môi trường không gian được tính theo biểu thức sau:

Trong đó: f là tần số sóng mang tính bằng [GHz], d là độ dài tuyến

[Km].

80

- Tổn hao phi đơ (feeder):

Đây là tổn hao thiết bị (ống dẫn sóng) để truyền dẫn sóng giữa anten và

máy phát/ máy thu. Khi tính toán suy hao này thì phải căn cứ vào mức suy

hao chuẩn được cho trước bởi nhà cung cấp thiết bị. Chẳng hạn với phi đơ sử

dụng loại WC 109 có mức tiêu hao chuẩn là 4,5dB/ 100m và cộng với 0,3dB

suy hao của vòng tròn để chuyển tiếp ống dẫn sóng thì tổn hao phi đơ máy

phát (LTxat) và máy thu (LRxat) được tính như sau:

Trong đó har1 và har2 là độ cao của các anten đã được tính toán lượng dự

phòng.

- Tổn hao rẽ nhánh:

Tổn hao rẽ nhánh xảy ra tại bộ phân nhánh thu phát, tổn hao này cũng

được cho bởi nhà cung cấp thiết bị. Mức tổn hao này thường khoảng (2 -

8)dB.

81

- Tổn hao hấp thụ khí quyển:

Các thành phần trong khí quyển gây ra các tổn hao mà mức độ của nó

thay đổi theo điều kiện thời tiết, thay đổi theo mùa, theo tần số sử dụng... Khi

tính toán mức suy hao này ta dựa theo các chỉ tiêu đã được khuyến nghị ở các

nước châu Âu. chẳng hạn đối với hệ thống thiết bị vô tuyến 18, 23 và 38GHz

thì mức suy hao chuẩn Lsp0 được cho trong khuyến nghị vào khoảng 0,04

dB/km - 0,19 dB/km và 0,9 dB/m khi đó tổn hao cho cả tuyến truyền dẫn

được xác định là:

dBdLLoo spsp

Với d là khoảng cách của tuyến tính bằng Km.

82

Phương trình cân bằng công suất trong tính toán đường truyền:

Trong đó: Pt là công suất phát.

At: Tổn hao tổng = (tổn hao trong không gian tự do + tổn hao phi dơ

+ tổn hao rẽ nhánh + tổn hao hấp thụ khí quyển).

G: Tổng các độ lợi = Độ lợi của an ten A + độ lợi của an ten B.

Pr: Công suất tại đầu vào máy thu.

Pr là tham số quan trọng khi thiết kế đường truyền vi ba, tham số này là

một chỉ tiêu quyết định xem tuyến có hoạt động được hay không khi đem so

sánh nó với mức ngưỡng thu của máy thu.

83

3.1.6. Tính toán các tham số chất lượng của tuyến

Vì chất lượng đường truyền được đánh giá dựa trên tỷ số BER; các tỷ số

BER khác nhau sẽ cho một mức ngưỡng tương ứng và cũng có độ dự trữ pha

đinh khác nhau. Các tỷ số BER thường được sử dụng trong viba số là: 63 10;10 BER tương ứng với hai mức ngưỡng RXa và RXb.

1. Độ dự trữ fadinh ứng với RXa và RXb là FMa và FMb được tính theo

biểu thức:

6

3

10

10

BERwithRXPFM

BERwithRXPFM

brb

ara

2. Xác xuất fadinh phẳng nhiều tia (P0) là một hệ số thể hiện khả năng

xuất hiện fadinh nhiều tia được đánh gia theo công thức sau:

Trong đó: 8104,1 KQ ;

B = 1; C = 3,5 là các tham số liên quan đến điều kiện truyền

lan về khí hậu và địa hình của sóng vô tuyến và các giá trị được sử dụng theo

khuyến nghị của CCIR.

84

3. Xác suất đạt đến ngưỡng thu RXa; RXb.

Gọi Pa; Pb là xác suất đạt tới các giá trị ngưỡng thu tương ứng RXa và

RXb được tính như sau:

1010aFM

aP

; 1010

bFM

aP

Với FMa và FMb là độ dự trữ fadinh ứng với các tỷ số 310BER và 610BER đã được tính toán ở trên.

4. Khoảng thời gian fading

Ta và Tb là các giá trị đặc trưng cho các khoảng thời gian tồn tại fadinh

và cũng ứng với FMa, FMb được tính theo công thức:

Với 5,0;5,0;3,10 222 dC lấy theo khuyến nghị.

85

5. Xác suất fading phẳng dài hơn 10 giây

P(10) và P(60) là Xác suất xuất hiện fadinh phẳng dài hơn 10s và 60s

tương ứng với các tỷ số BER khác nhau và được xác định theo công thức:

Với:

2

0

10 100,548ln ; 0,548ln ; 1 .

2.

a ba b

t

t

Z Z erfc t erf tT T

erf t e dt

6. Xác suất BER vượt 10-3

Xác suất BER vượt 10-3

thể hiện sự gián đoạn thông tin nhưng trong thời

gian không quá 10 giây.

103 1010aFM

oao PPPBERP

86

7. Xác suất mạch trở nên không thể sử dụng được do fading phẳng

Pu là xác suất mạch sẽ có BER lớn hơn 10-3

trong khoảng thời gian lớn

hơn 10 giây tức là mạch trở nên không sử dụng được và được tính theo:

10PPPP ou

8. Khả năng sử dụng tuyến

Khả năng sử dụng tuyến được biểu thị bằng phần trăm và được xác định

theo Pu như sau:

9. Xác suất mạch có 610BER

Xác suất này được tính dựa theo Po và Pb :

106 1010bFM

obo PPPBERP

10. Xác suất mạch có 610BER trong thời gian hơn 60 giây do fading

phẳng

606010 6 PPPstBERP bo

87

Như vậy toàn bộ các tham số đã tính cho đường truyền cũng như các tham số

để đánh giá chất lượng tuyến được sử dụng để người thiết kế đưa ra các quyết

định về khả năng làm việc của tuyến, để tính xem tuyến có đủ cong suất cung

cấp cho máy thu hay không. Ngoài ra cũng dựa vào các tham số này để có thể

hiệu chỉnh lại công suất máy phát, quyết định dùng các biện pháp phân tập...

3.1.7. Các chỉ tiêu kỹ thuật đánh giá chất lượng tuyến

Ba ch tiêu chủ yếu để đánh giá chất lượng tuyến:

(1) Độ không sử dụng đường cho phép (đối với đường trục)

KmLwithLPucf 600%60006,0

Ví dụ: L = 30 Km

%003,0%60030.06,0%60006,0 LPucf

(2) Độ không sử dụng được của mạng nội hạt

Giá trị cho phép bằng 0,0325% tại mỗi đầu cuối.

88

(3) Độ không sử dụng được (giá trị cho phép) của hành trình

ngược:0,0225%

Mục đích của các tính toán chỉ tiêu chất lượng là nhằm xác định xác suất

vượt các chỉ tiêu BER, bằng cách sử dụng các giá tri của các xác suất tìm ra

trong các tính toán đường truyền.

Các mục tiêu tỷ lệ lỗi bit BER được sử dụng sao cho BER không được

lớn hơn các giá trị sau:

trong610.1 hơn %25004,0 d của tháng bất kỳ đối với thời gian hợp

thành một phút, với 280 Km < d < 2500 Km.

1.10-6

trong hơn 0,045 % của tháng bất kỳ đối với thời gian hợp thành 1

phút, với d < 280km.

1.10-3

trong hơn 0,054.d / 2500 % của tháng bất kỳ đối với thời gian hợp

thành 1 giây, với 280km < d < 2500km.

1.10-3

trong hơn 0,006 % của tháng bất kỳ đối với thời gian hợp thành 1

giây, với d < 280km.

89

Các mục tiêu đặc trưng:

+ Các phút suy giảm chất lượng: là khoảng thời gian 1 phút trong đó

BER trung bình xấu hơn 10-6

, nghĩa là trong 1 phút này đã xuất hiện ít nhất 5

lỗi (giả sử 64Kbps).

+ Các giây lỗi nghiêm trọng: là khoảng thời gian 1 giây, trong đó BER

trung bình xấu hơn 10-3

, nghĩa là có hơn 64 lỗi trong giây này.

+ Các giây lỗi: là khoảng thời gian 1 giây trong đó xuất hiện ít nhất một

lỗi bit.

90

3.1.8. Đánh giá chất lượng tuyến, lắp đặt thiết bị đưa vào hoạt động

Đây là một bước được tiến hành sau khi đã tính toán được khả năng làm

việc của tuyến và tính xong các tham số cần thiết để thiết lập tuyến có nghĩa

là trên tính toán thiết kế thì tuyến đã hoạt động. Tuy nhiên vẫn còn nhiều vấn

đề tồn tại sẽ tác động lên tuyến và có thể làm cho khả năng làm việc của tuyến

không như mong muốn của người thiết kế.

Nói chung việc đánh giá chất lượng của tuyến là dựa vào các giá trị đã

tính được ở các bước thiết kế trên.

Công việc cuối cùng là lắp đặt thiết bị đưa vào vận hành. Tiến hành cân

chỉnh anten để thu được tín hiệu từ máy phát. Và đây cũng là lúc để đối chiếu

giữa việc tính toán giữa thực tế và lý thuyết phù hợp với nhau hay không bằng

việc đo thử các tín hiệu ở hai bên thu và phát.

91

3.2. Thiết kế tuyến viba thực tế

3.2.1. Yêu cầu bài toán

Tuyến viba sử dụng thiết bị có các đặc tính kỹ thuật:

92

Giả sử thông số tuyến cần thiết kế cho trước như sau:

Độ dài tuyến: 28 Km.

Nhiệt độ trung bình hằng năm: 25oC.

Lượng mưa trung bình hàng năm: 150 mm/h.

K = 4/3, C = 1 (chọn theo khuyến nghị).

Độ cao mặt đất so với mực nước biển: Trạm A là 5m, trạm B là 12m.

Độ cao anten: Giả thiết trạm A là 30m, trạm B cần tính toán.

Độ cao: O + T = 12 tại vị trí cách trạm A 14 Km.

Giả sử địa hình bằng phẳng.

93

Yêu cầu tính toán:

(1) Tính độ cao tháp anten của trạm B.

(2) Vẽ mặt cắt nghiêng của tuyến.

(3) Tính toán các nhân tố ảnh hưởng đến tuyến.

(4) Tính các tham số tổn hao của tuyến.

(5) Tính các tham số chất lượng tuyến.

(6) Đánh giá chất lượng tuyến.

94

CHƯƠNG 4. THIẾT B VIBA SỐ VÀ HỆ THỐNG

4.1. THIẾT B VIBA PASO INK

4.1.1. Mô hình mạng viba DH

Hình 4.1: Mô hình mạng viba SDH

4.1.2. Tham số hệ thống

Hình 4.2: Thiết bị ăng-ten

95

96

4.2. THIẾT B INI-LINK

4.2.1. Giới thiệu

MINI-LINK E và E Micro là các thiết bị viba điểm-điểm, cho phép truyền

dẫn từ 2 đến 34 Mbit/s, và hoạt động trong giải tần từ 7 GHz đến 38 GHz. Hệ

thống vô tuyến viba MINI-LINK có thể tương thích với nhiều mạng viễn

thông hiện tại, ngoài ra còn có nhiều tiện ích khác. Thiết bị này cho phép

truyền dẫn tin cậy. Dòng thiết bị này tạo ra các kết nối mang lưu lượng Nx2

Mbit/s và được thiết kế chủ yếu cho hệ thống truyền dẫn tế bào và các mạng

cố định.

97

Hình 4.3: Mô hình các thiết bị MINI – LINK được đặt tại các trạm BTS

98

4.2.2. Phân loại thiết bị đầu cuối

Các sản phẩm MINI-LINK có hai loại đó là All-outdoor và Split được mô tả

như hình dưới đây:

Hình 4.4: Thiết bị ngoài trời

99

Trong đó, MINI-LINK E Micro là một thiết bị rất nhỏ gọn và tiện lợi cho việc

lắp đặt ngoài trời. Nó bao gồm một khối vô tuyến ngoài trời (RTU), một

antenna và một hộp kết nối vô tuyến (RCB). Thiết đầu cuối này có các giao

diện hỗ trợ lưu lượng 2 Mbit/s hoặc 2x2 Mbit/s, có khả năng ứng dụng trong

mạng điện thoại di động, truy nhập dành cho thương mại, PBX (Tổng đài

nhánh), và các mạng dữ liệu khác với các thiết bị truyền thông được lắp đặt ở

bên trong nhà hay ngoài trời. Ngoài ra nó cũng được sử dụng như là một thiết

bị kết cuối, bộ lặp hay một trạm nhiều đầu cuối.

100

Hình 4.5: Kết nối terminal tới hộp đấu nối vô tuyến RCB

101

Các thiết bị đầu cuối phân chia của MINI-LINK E có thể được tích hợp trong

một module truy nhập chung. Khả năng này tạo ra sự tương thích cao cho các

trạm cũng như tạo ra sự chia sẻ tài nguyên hiệu quả giữa các thiết bị đầu cuối

viba, như các bộ ghép kênh, các giao diện kênh dịch vụ và các hệ thống hỗ

trợ. Loại thiết bị này cung cấp khả năng dung lượng lên tới 17x2 (34+2)

Mbit/s.

Hình 4.6: Đấu nối với module truy nhập

102

4.2.3. Lắp đặt hệ thống

a) Phía ngoài trời

Hình 4.7: Ghép nối ăng-ten

103

Khối vô tuyến và anten có thể được lắp đặt theo các cấu trúc khác nhau.

Trong đó có thể lắp trực tiếp khối vô tuyến với anten hoặc đặt riêng rẽ sau đó

kết nối bằng ống dẫn sóng phù hợp. Trong cả hai trường hợp thì anten phải

được lắp đặt sao cho có thể dễ dàng hiệu chỉnh hướng.

b) Phía trong nhà (Indoor)

Các phần thiết bị phía trong nhà được đặt vào trong các rack 19”.

Hình 4.8: Giá cắm dây trong nhà

104

Một module truy nhập bao gồm một khối và một tập các khe cắp khác nhau.

Các khối module truy nhập cho các ứng dụng khác nhau được thiết kế theo

tiêu các tiêu chuẩn có thể là:

- Khối module truy nhập (AMM) 1U cho các thiết bị đầu cuối viba

- Khối module truy nhập (AMM) 2U-3 cho các vị trí đầu cuối kép hoặc

đơn, chứa đựng lên tới 4 đơn vị khe cắm (plug-in).

- Khối module truy nhập 4U cho các vị trí nhiều đầu cuối, phức tạp, chứa

đựng lên tới 7 đơn vị khe cắm.

Ngoài ra phần thiết bị phía trong nhà có thể được nâng cấp hay được cấu

hình với các đơn vị trí khe cắm được cung cấp.

Kết nối giữa phần thiết bị bên ngoài (outdoor) và phần thiết bị phía

trong nhà là một cable đồng trục mang lưu lượng cả hai hướng.

105

Hình 4.9: Mặt trước của AMM 4U

106

4.2.4. Các cấu hình của thiết bị đầu cuối viba loại Split

Các thành phần của hệ thống bao gồm:

- Một khối vô tuyến (RAU)

- Một antenna

- Một khối module truy nhập (AMM 1U)

- Một khối modem (MMU)

- Một cáp đồng trục cho kết nối liên kết (interconnection)

Khả năng lưu lượng của thiết bị này là 8x2, 17x2 và 4x8+2.

Khối truy nhập dịch vụ (SAU) cũng được thêm vào tại khối module truy

nhập (AMM) để cung cấp khả năng báo động và các giao diện điều khiển,

các kênh dịch vụ và các ứng dụng riêng của khách hàng.

107

Mặt trước của MMU 34+2

Hình 4.10: Các thiết bị trong nhà

108

Sơ đồ cấu hình 1+1 (dự phòng nóng):

109

Cấu hình trạm nhiều đầu cuối (Multi-Terminal):

Một vài thiết bị đầu cuối MINI-LINK E có thể được tích hợp trong cùng khối

module truy nhập (AMM). Các cấu hình khác, khả năng lưu lượng và các tần

số vô tuyến có thể được kết hợp. Một trạm có thể được nâng cấp dễ dàng bằng

cách bổ sung thêm các khối ghép nối. Trong đó:

- Một AMM 2U-3 có thể hỗ trợ hai đầu cuối (không dự phòng)

- Một AMM 4U có thể hỗ trợ lên đến 4 thiết bị đầu cuối (không dự phòng)

hoặc hai đầu cuối (1+1).

110

Hình 4.11: Cấu hình trạm tích hợp nhiều thiết bị đầu cuối

111

Cấu hình trạm lặp (repeater):

Hình 4.12: Thành phần trạm lặp

112

4.2.5. Quản lý mạng viba

Các chức năng bảo dưỡng tạo khả năng tương thích và dễ dàng cài đặt và

tiện lợi trong việc tìm và sửa chữa lỗi. Các chức năng quản lý mạng bao

gồm:

- Kênh truyền cảnh báo

- Giám sát chất lượng

- Kiểm tra vòng phản hồi (loop-back) đầu cuối gần và xa

- Các kênh dịch vụ thoại và dữ liệu

- Khả năng thiết lập mềm định tuyến lưu lượng

- Khả năng lựa chọn mềm công suất và tần số đầu ra

- Nâng cấp phần mềm

113

Hình 4.13: Mô hình quản lý mạng viba.

114

4.2.6. ơ đồ chức năng của thiết bị viba

MINI-LINK E Micro là một thiết bị viba có khối vô tuyến all-outdoor hoạt

động ở băng tần 23 và 38 GHz, với khả năng lưu lượng là 2 hoặc 2x2 Mbit/s.

Trong đó loại 2x2 Mbit/s dành cho băng tần 38 GHz.

Hình 4.14: Sơ đồ khối của khối truy nhập vô tuyến (RAU)

115

Tài liệu tham khảo:

[1] Viba số T1,2. Nxb: KHKT

[2] Vô tuyến chuyển tiếp. Nxb: KHKT 1995

[3] Lý thuyết viễn thông. Nxb: KHKT 1997

[4] Telecọmmunication Transmission Systems. Robert G. Winch

[5] General on Microwave Links, Alcatel, 1998

[6] Fundamentals of Telecommunications. John Wiley & Sons. ISBNs: 0-471-

29699-6