(TIỂU LUẬN) báo cáo bài tập lớn học PHẦN hệ THỐNG VIỄN THÔNG tên đề tài hệ THỐNG THÔNG TIN VIBA

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG


BÁO CÁO
BÀI TẬP LỚN HỌC PHẦN HỆ THỐNG VIỄN THÔNG
TÊN ĐỀ TÀI

HỆ THỐNG THÔNG TIN VIBA
Nghành

Kỹ Thuật Điện Tử - Viễn Thông

Chuyên nghành

Điện Tử - Viễn Thông

Sinh viên thực hiện

Võ Văn Phước 1951040075 DV19

Nguyễn Quốc Việt 1951040102 DV19
Đỗ Thành Công 1951040043 DV19
Lý Quang Huy 1951040056 DV19
Ngơ Phước Tài 1951040079 DV19

TP. HỒ CHÍ MINH – NĂM 2022

Mục Lục

LỜI NÓI ĐẦU...........................................................................................
CHƯƠNG 1: Giới thiệu hệ thống viba .....................................................
1.1 Băng tần viba .......................................................
1.2 Vi ba là gi ? ..........................................................
1.3 Tác động của vi sóng đối với sức khỏe ...............
1.4 Khái niệm hệ thống viba? ...................................
1.6 Ưu nhược điểm hệ thống viba ...........................
1.7 Các ứng dụng của hệ thống viba ........................
Chương 2 : Các thành phần trong hệ thống viba ...................................
2.1 Khối phát ............................................................
2.2 Trạm lặp trung gian ............................................
2.3 Khối thu ..............................................................
Chương 3 : Phân tích các yếu tố đặc điểm, đặc trưng của hệ thống
thông
tin viba .....................................................................................................
3.1Đặc điểm của hệ thống thông tin viba ................
3.2Đặc trưng của hệ thống viba ...............................
Chương 4 : Fading trong vô tuyến ..........................................................
4.1Fading trong thông tin vô tuyến .........................
4.2Phân loại Fading .................................................
4.3Line of Sight (LOS) ............................................
4.4Miền Fresnel .......................................................
4.5Các nhân tố ảnh hưởng đến sự truyền lan sóng v
Chương 5 : Quy trình thiết kế một hệ thống thông tin Viba ...................
5.1Tiêu chuẩn thiết kế về khoảng hở........................
5.2Các bước hiết kế hệ thống viba ..........................
2


KẾT LUẬN.......................................................................................... 42

TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................... 43

3


LỜI NÓI ĐẦU
Với xã hội hiện đại như ngày nay , các hệ thống thông tin số hiện đang phát
triển rất mạnh mẽ trên toàn thế giới và đã thay thế hầu hết các hệ thống thông tin
analog . Ở nước ta , có thể nói rằng hiện nay gần như tất cả các hệ thống chuyển mạch
và truyền dẫn của ngành truyền thơng đều được số hóa . Cùng với sự phát triển mạnh
mẽ của các hệ thống thông tin khác như thông tin di động , cáp quang , thơng tin vệ
tinh thì thơng tin vi ba vẫn tiếp tục đóng vai trị quan trọng và được phát triển ngày
càng hồn thiện với những cơng nghệ cao đáp ứng được những địi hỏi khơng những
về mặt kết cấu mà cả về mặt truyền dẫn , xử lý tín hiệu , bảo mật thông tin .

Là những sinh viên , việc thiết kế một tuyến truyền Vi ba số sẽ giúp cho
chúng em có thêm các kỹ năng về tư duy , thực tế , từ đó củng cố và mở rộng kiến
thức chuyên ngành đã được học ở trưởng , đặc biệt là khả năng tính tốn phân tích
và xử lý số liệu phủ hợp với thực tế .
Mặc dù nhóm đã rất cố gắng nhưng do vốn kiến thức có hạn nên khơng thể
tránh khỏi những thiếu sót nhất định , em rất mong nhận được sự chỉ bảo và đóng
góp ý kiến của các thầy cơ giáo trong khoa Điện tử và các bạn .
Qua đây , nhóm xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo TS .
Đoàn Văn Đổng đã tận tình giúp đỡ và hướng dẫn em hồn thành báo cáo này .

4


CHƯƠNG 1: Giới thiệu hệ thống viba
LỊCH SỬ VỀ THÔNG TIN VƠ TUYẾN

•

Guglielmo Marconi phát minh truyền thơng tin qua sóng vơ tuyến, năm 1896:

•

Mã hóa tín hiệu vào tín hiệu tương tự

•

Gửi sóng vơ tuyến qua biển Đại Tây Dương

•

1914: Hệ thống thoại truyền trên sóng vơ tuyến

•

1960: Hệ thống thơng tin vệ tinh

•

Hiện tại: Thơng tin vệ tinh, thông tin vi ba, mạng truy cập vô tuyến (Wifi),
thông tin di động, thơng tin phát thanh – truyền hình quảng bá, ect…

5


1.1 Băng tần viba
Phổ vi ba thường được xác định là năng lượng điện từ có tần số

khoảng từ 1 GHz đến 1000 GHz, nhưng trước đây cũng bao gồm cả
những tần số thấp hơn. Những ứng dụng vi ba phổ biến nhất ở khoảng 1
đến 40 GHz. Băng tần vi ba được xác định theo bảng sau:
Ký hiệu
Băng L
Băng S
Băng C
Băng X
Băng Ku

Băng K

Băng Ka

6


1.2 Vi ba là gi ?
Vi ba là sóng điện từ có bước sóng dài hơn tia hồng ngoại, nhưng ngắn
hơn sóng radio.
Vi ba cịn gọi là sóng tần số siêu cao (Super High Frequency), có bước sóng
khoảng từ 30 cm (tần số 1 GHz) đến 1 cm (tần số 30 GHz). Tuy vậy, ranh giới giữa
tia hồng ngoại, vi ba và sóng radio tần số cực cao (Ultra High Frequency) là rất tuỳ
ý và thay đổi trong các lĩnh vực nghiên cứu khác nhau.

Sóng viba có tác dụng gì
Các ứng dụng phổ biến nhất nằm trong phạm vi từ 1 đến 40 GHz. Sóng vi
ba phù hợp với tín hiệu truyền khơng dây (giao thức LAN khơng dây, Bluetooth)
có băng thơng cao hơn.
Sóng vi ba thường được sử dụng trong các hệ thống radar trong đó radar sử

dụng bức xạ vi sóng để phát hiện phạm vi, khoảng cách và các đặc điểm khác của
thiết bị cảm biến đo mức chất lỏng, cảm biến radar và ứng dụng băng thông rộng di
động.

7


Cơng nghệ vi sóng được sử dụng trong radio để phát sóng và viễn thơng
truyền dẫn do bước sóng nhỏ của chúng, sóng định hướng nhỏ hơn và do đó thực
tế hơn so với bước sóng dài hơn (tần số thấp hơn) trước khi truyền dẫn cáp
quang. Sóng vi ba thường được sử dụng trong điện thoại để liên lạc đường dài.
Một số ứng dụng khác trong đó sóng viba được sử dụng là phương pháp
điều trị y tế; sóng viba được sử dụng để sấy khô và bảo dưỡng các sản phẩm, và
trong các hộ gia đình để nấu chín thức ăn (lị vi sóng).

1.3 Tác động của vi sóng đối với sức khỏe
Do vi ba là sóng điện từ có tần số dao động trùng với tần số cộng hưởng của
nhiều phân tử chất hữu cơ có trong sinh vật, dẫn đến các phân tử hữu cơ hấp thụ vi
sóng mạnh. Nó làm cho các phân tử protein bị biến tính, tức là thay đổi một số liên
kết trong cấu trúc phân tử. Trong lị vi sóng thì q trình biến tính xảy ra trước cả
khi phát sinh nhiệt làm chín thức ăn.
Sự biến tính protein diễn ra theo các mức độ khác nhau, tùy theo cường độ và thời
gian bị vi sóng tác động, và được gọi là bỏng vi sóng, phần lớn khó nhận thấy
theo cảm giác:
- Ở mức nhẹ thì protein biến tính có thể vẫn tham gia vào hoạt động sống
của tế bào. Nếu phân tử protein đó là DNA thì sẽ gây lỗi di truyền, sự phân bào sau
đó sẽ tạo ra các "tế bào lạ" dẫn đến ung thư.
-

Ở mức nặng hơn thì phân tử protein bị coi là chết, tế bào phải đào thải nó.

-

Nếu số phân tử biến tính chết nhiều vượt khả năng xử lý của tế bào thì tế

bào đó chết. Cơ thể sẽ dọn dẹp tế bào chết nếu mơ cịn sống.
-

Khi số tế bào chết nhiều, dẫn đến tắc mạch máu, mô sẽ mất nguồn máu

nuôi dưỡng, thì mơ đó chết. Đó là trạng thái bỏng thật sự và ta mới nhận biết được.

8


9


1.4 Khái niệm hệ thống viba?
▪
▪
▪

Kết nối viba (Microwave link) là hệ thống thông tin giữa 2 điểm cố định
bằng sóng vơ tuyến có hướng tính cao nhờ các an ten định hướng
Có 2 dạng viba : viba tương tự và viba số
Nếu đường truyền xa hoặc gặp chướng ngại vật , người ta sử dụng các trạm
chuyển tiếp (Repeater) chỉ thu nhận tín hiệu , khuếch đại , rồi tái phát lại

1.5 ĐẶC ĐIỂM CỦA VI BA SỐ

•

Hệ thống vi ba số là hệ thống thông tin vô tuyến số được sử dụng trong các
đường truyền dẫn số giữa các phần tử khác nhau của mạng vơ tuyến.

•

Các đường trung kế số nối giữa các tổng đài số.

•

Các đường truyền dẫn nối tổng đài chính.

•

Các đường truyền dẫn nối các thuê bao với các tổng đài chính hoặc các tổng

đài vệ tinh.
•

Các bộ tập trung th bao vơ tuyến.

•

Các đường truyền dẫn trong các hệ thống thông tin di động để kết nối các
máy di động với mạng viễn thông.

10

1.6 Ưu nhược điểm hệ thống viba
1.

2.

ƯU ĐIỂM
•

Khơng u cầu bất kỳ một hình thức kết nối cáp nào

•

Chúng có thể mang số lượng thông tin cao do tần số hoạt động cao.

•

Có thể tạo ra nhiều kênh truy cập riêng biệt

•

Tín hiệu tần số cao / bước sóng ngắn địi hỏi một ăng ten nhỏ.

NHƯỢC ĐIỂM
•

Sự suy giảm bởi các vật thể rắn: chim bay, mưa, tuyết và sương mù.

•

Xây dựng các tịa tháp phát sóng rất tốn kém.

•

Phản chiếu từ các bề mặt phẳng như nước và kim loại.

•

Nhiễu xạ (tách) xung quanh các vật thể rắn.

•

Bị khúc xạ bởi bầu khí quyển, do đó làm cho chùm tia được chiếu ra xa máy
thu.

11


1.7 Các ứng dụng của hệ thống viba
Sóng Viba được ứng dụng trong tia hồng ngoại, sóng radio với tần số cao.
Từ đó có thể thay đổi được các lĩnh vực nghiên cứu khác nhau. Trong các thiết bị
đời sống, sóng viba tác động vào thức ăn với tần số thích hợp, tạo ra sự ma sát
làm nóng thức ăn. Tuy nhiên sóng viba khơng tương tác được với các chất liệu
thuỷ tinh, nhựa hay giấy.
Sóng Viba cũng được sử dụng trong các tín hiệu điện thoại với khoảng cách
truyền xa. Truyền thông tin lên các trạm vệ tinh trong vũ trụ. Bên cạnh đó, chúng
cũng được ứng dụng để nhận biết tốc độ của các phương tiện giao thông.
Các giao thức mạng không dây (wireless LAN) như Bluetooth và các chuẩn
IEEE 802.11g và 802.11b dùng vi ba trong dải 2,4 GHz (thuộc băng tần ISM, tức
băng tần công nghiệp, khoa học và y tế), còn chuẩn 802.11a dùng băng tần ISM dải
5,8 GHz. Nhiều nước (trừ Hoa Kỳ) cấp phép cho dịch vụ truy cập Internet không dây

tầm xa (đến 25 km) trong dải 3,5 - 4,0 GHz.Truyền hình cáp và truy cập Internet bằng
cáp đồng trục cũng như truyền hình quảng bá dùng vài tần số vi ba thấp.

Một số mạng điện thoại di động tế bào cũng dùng dải tần số vi ba thấp. Vi ba có
thể dùng để truyền tải điện đường dài; sau Chiến tranh thế giới thứ hai người ta đã
khảo sát khả năng đó.

12


Chương 2 : Các thành phần trong hệ thống viba
2.1 Khối phát
Sơ đồ khối phát

Nguyên lý hoạt động
Hệ thống sơ đồ khối phát sẽ gồm những kênh thoại và kênh hình:
Âm thanh hình ảnh sẽ được ghép chung truyền hình
viba Cần phải có bộ ghép kênh FDMT Dải nền ( Dải tần
số 0-6Mhz)
Sơ đồ khối phát hoạt động dựa vào bằng cách ghép kênh thoại và cách ghép
kênh vào các jack cắm terminal sau đó sẽ đưa qua bộ điều chế FM với dải nền 06MHz sau đó sẽ kết hợp với tần số cao ở đây là tần số siêu cao tần từ đó đưa lên
tần số siêu cao tần phát phát đi với tần số phát sóng là 4Ghz

13


2.2 Trạm lặp trung gian

14

Hình - Mơ tả một tuyến viba chuyển tiếp với hai trạm đầu cuối và một trạm lặp
Nguyên lý hoạt động
Tại phía phát của trạm đầu cuối (baseband), được dẫn tới bộ điều khiển (M) và
được điều chỉnh thành sóng mang trung tâm tần số (IF). Tại đây hạn chế và Vệ tinh
băng tần, các đặc chế định dạng được áp dụng như các pha số (PSK), phương pháp
biên soạn (QAM) hoặc SSB. Máy phát (T) sau đó biến tín hiệu này thành tín hiệu
vơ tuyến (RF) và khuyếch đại đến chuẩn phát. Vô tuyến băng tần được giới hạn
trong khoảng 40MHz đến 22GHz. Từ RF tín hiệu phát sóng được chuyển qua kênh
lọc (bộ lọc phân nhánh kênh) gồm thơng tin bảng lọc và bộ quay vịng (bộ tuần
hồn). Vòng quay được sử dụng để chia hướng phát và hướng thu. Tín hiệu sau đó
được dẫn đến anttena thơng qua bộ lọc thơng, bộ quay vịng và ăng ten (cáp đồng
15


suy hao thấp hoặc ống dẫn sóng). Nếu khoảng giữa các đầu chuỗi lớn hơn 50km
(hoặc nhỏ hơn theo vô tuyến tần số sử dụng), cần phải lắp đặt lặp lại giữa các đầu
chuỗi. Anttena thu ở lặp lại sẽ chuyển tín hiệu qua bộ lọc thơng tin và bộ quay của
kênh phân tích lọc đến máy thu (R). Máy thu ký hiệu này và biến nó thành tín hiệu
trung tần IF. Từ IF tín hiệu, bộ điều chế (M) sẽ tái tạo lại ban đầu băng tín hiệu và
bộ điều chế sẽ điều chỉnh nó trở lại thành IF tín hiệu. Giống như đầu cuối, tín hiệu
NẾU lặp lại một lần nữa được chuyển đến máy phát (T) rồi qua kênh phân tích lọc,
bộ chuyển động quay đến antena bức xạ. In the end of the top, signal by root is
recovery at the decistation and being path to the set up channel. Tại đây tín hiệu
được hồn tồn kênh. Vơ tuyến thơng tin khơng đóng khung chỉ trong phạm vi của
một quốc gia vì có thể hỏi có tiêu chuẩn quốc tế cho nó. Tổ chức quốc tế chịu trách
nhiệm về vấn đề này là Hiệp Hội Viễn Thông Quốc Tế ITU (International Telecom
Union). ITU bao gồm CCITT (Tư vấn Điện thoại và Điện thoại Quốc tế) và CCIR
(Ban Chỉ đạo Tư vấn Đài Phát thanh Quốc tế). CCITT chịu trách nhiệm về các
khuyến nghị cho toàn bộ giap tiếp giữa người sử dụng đến người sử dụng (user to

user) và giao tiếp trên đường dẫn. CCIR chịu trách nhiệm về các khuyến nghị cho
vơ tuyển chuyển tiếp ví dụ như phổ ... Nhờ các tiêu chuẩn này mà mạng lưới các
nước khác nhau có thể giao tiếp với nhau để tạo thành mạng toàn cầu.

16


2.3 Khối thu

Hình - Sơ đồ khối máy thu điển hình

17


Chương 3 : Phân tích các yếu tố đặc điểm, đặc trưng
của hệ thống thông tin viba

3.1 Đặc điểm của hệ thống thơng tin viba

Ưu điểm
• Triển khai nhanh, giá rẻ
hơn so với hệ thống cáp.
• Dùng dải siêu cao tần
300MHz - 30GHz => Cho
phép ghép các kênh thoại
và kênh truyền hình đi trên
cùng một đường truyền.
• Cơng suất phát thấp.
• Đảm bảo tín hiệu dải rộng.
• Dễ dàng quản lý.

18


3.1 Đặc điểm của hệ thống thông tin viba:
Những hiện tượng ảnh hưởng đến truyền dẫn:

Một số biện pháp khắc phục và nâng cao chất lượng đường truyền:
•

Sử dụng bộ khuếch đại tín hiệu, các trạm chuyển tiếp.

•

Khắc phục hiện tượng fading trong thơng tin vi ba.

•

Phân tập theo khơng gian: sử dụng 2 hay nhiều anten phát hoặc 2 hay
nhiều anten thu để thu phát cùng một tín hiệu trên cùng một tần số.

•

Phân tập theo tần số: truyền và thu đồng thời cùng một tín hiệu trên 2 hoặc
hơn 2 kênh tần số vô tuyến trong cùng một dải tần.

Khắc phục dựa vào tính tốn đường truyền sóng.

19

3.2 Đặc trưng của hệ thống viba
Các phương thức lan truyền sóng vơ tuyến:
Bầu khí quyển:
Ionosphere: Tầng điện li
Mesosphere: Tầng giữa của khí quyển

Stratosphere: Tầng bình lưu
Troposphere: Tầng đối lưu
+ Tầng điện li (ion) có khả năng phản xạ sóng vơ tuyến.
Tính chất bề mặt trái đất:
•

Dẫn điện

Có thể truyền sóng vơ tuyến

20


Các phương thức lan truyền sóng vơ tuyến:
Sóng đất (ground wave): Những sóng vơ tuyến lan truyền ở gần mặt đất
theo đường thẳng hay bị phản xạ từ mặt đất hoặc bị uốn cong theo độ cong của mặt
đất do hiện tượng nhiễu xạ.
Dải tần thấp /trung bình (30kHz-300kHz), cịn được gọi là sóng dài.

Sóng bề mặt (surface wave): Lan truyền theo độ cong của bề mặt Trái đất,
có thể truyền thơng giữa hai anten khơng nhìn thấy nhau (nhưng bị khúc xạ qua
tầng điện ly vào ban đêm).

•

Dải tần: 300kHz-3MHz (cịn được gọi là sóng trung).

21


Sóng trời (sky wave): từ anten phát sóng phản xạ tại tầng điện ly trở về trái
đất đến anten thu , làm tăng cự ly truyền.
•

Dải tần: 3-30MHz (sóng ngắn).

– Dưới 10MHz, truyền tốt vào ban đêm.
– Trên 10MHz, truyền tốt vào ban ngày.
– Ban đêm tầng điện ly cao hơn, tăng khoảng cách truyền

22


Sóng khơng gian (Space wave): sóng lan truyền qua các lớp khí quyển, trực
tiếp từ anten phát đến anten thu.
Những tia đến trực tiếp và những tia đến gián tiếp. Tia trực tiếp giới hạn bởi
chiều cao của anten, độ cong của mặt đất.
Dải tần: Trên 30Mhz, VHF (30-300MHz), UHF (0.3-3GHz). Nên phù hợp
với băng sóng cực ngắn, là phương thức chính trong thơng tin vơ tuyến. Hệ thống:
Thơng tin vệ tinh, thông tin viba.

23

Truyền sóng do khuếch tán trong tầng đối lưu:
-

Tồn tại các vùng không gian không đồng nhất trong tầng đối lưu.

-

Sóng đi vào trong vùng khơng đồng nhất sẽ khuếch tán theo mọi hướng.

Khơng ổn định vì vùng đồng nhất luôn thay đổi. Trong thực tế phương thức
thông tin này ít được sử dụng do độ tin cậy kém, fading sâu, u cầu cơng suất
máy phát lớn và tính định hướng anten cao

Truyền sóng trong điều kiện siêu khúc xạ tầng đối lưu:
Ở

một khoảng chiều cao nào đó của tầng đối lưu nếu chiết suất biến thiên

theo quy luật
<− ,

/

thì tia sóng đi vào tầng đối lưu sẽ bị uốn cong với độ cong lớn hơn độ cong quả
đất. Hiện tượng đó gọi là hiện tượng siêu khúc xạ tầng đối lưu.
=> Không ổn định do độ cao

24