Chương 6 Thiết Bị Và Hệ Thống Truyền Dẫn Vô Tuyến Số Bài Giảng Cơ Sở Kỹ Thuật Thông Tin Vô Tuyến

Cơ sở kỹ thuật TTVT

KHOA VIỄN THÔNG 1

BÀI GIẢNG

CƠ SỞ KỸ THUẬT THÔNG TIN VÔ TUYẾN

Chương 6

THIẾT BỊ VÀ HỆ THỐNG
TRUYỀN DẪN VƠ TUYẾN SỐ
Nguyễn Viết Đảm

Khoa Viễn thơng 1
HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG
Địa chỉ: PTIT- Km10- Đường Nguyễn Trãi, Quận Hà đông, Thành phố Hà nội
Điện thoại: 0912699394
Email:

HàNguyễn
nội 02-2017
Viết Đảm

1


Cơ sở kỹ thuật TTVT

NỘI DUNG
6.1. Giới thiệu chung

6.2. Sơ đồ khối hệ thống thu phát vô tuyến số
6.3. Ngẫu nhiên hóa
6.4. Khơi phục sóng mang
6.5. Khơi phục định thời ký hiệu.
6.6. Bộ cân bằng
6.7. Bộ trộn.
6.8. Kiến trúc vô tuyến với ghép song công.
7.9. Tổng kết
Nguyễn Viết Đảm

2


Cơ sở kỹ thuật TTVT

6.1. Giới thiệu chung
 Mục đích
Hiểu sơ đồ khối chung của một thiết bị truyền dẫn vô tuyến số
Hiểu được hoạt động của các phần tử cơ bản trong thiết bị truyền dẫn số
Thiết kế đơn giản các phần tử của thiết bị vô tuyến số
Nắm được các vấn đề chung khi quy hoach tần số cho hệ thống truyền dẫn số
Hiểu được hoạt động của các cấu hình vơ tuyến số
Thiết kế cấu hình vơ tuyến cho hoạt động cụ thể của một hệ thống vơ tuyến số
 Chủ đề chính
Sơ đồ khối chung của một hệ thống thu phát số
Ngẫu nhiên hóa
Khơi phục sóng mang
Khôi phục định thời ký hiệu
Cân bằng miền thời gian và miền tần số
Bộ trộn

Các kiến trúc vô tuyến
Các vấn đề chung về quy họach tần số trong truyền dẫn vơ tuyến số
Các cấu hình hệ thống truyền dẫn số
Nguyễn Viết Đảm

3


Cơ sở kỹ thuật TTVT

6.2. Sơ đồ khối hệ thống thu phát vơ tuyến số
Ghép luồng

S2

Ghép luồng

S1

Khối băng tần gốc

MODEM

Mã
hóa
kênh

Điều
chế

Radio
mux

Scrambler

Khối khuyếch
đại IF

Khuyếch
đại IF

TLO1
Sn

Khai
thác

Đồng bộ

Radio
demux

Giải
mã
kênh

Up
Conv
-erter

Khối
khuyếch
đại RF
RFP
A

Isolator

Duplexer
(Bộ ghép
song công)
Bộ lọc
SCT
phát

Anten

TLO2

Circulator
50 W

D2

Phân luồng

D1

Descra
m-bler

GiảI
điều
chế

Khuyếch
đại IF

RLO1

Down
Converter

LNA

Bộ lọc
SCT
thu

RLO2

Dn
Nguyễn Viết Đảm

4


Cơ sở kỹ thuật TTVT

6.3. Ngẫu nhiên hóa

 Khái quát:
Đảm bảo tính ngẫu nhiên của luồng số phát; trong khoảng thời gian
quan sát bất kỳ: Số bit 1 và số bit 0 là như nhau
 Chức năng:
 Tăng chuyển đổi mức trong luồng số => Dễ khôi phục định thời
 Phổ tín hiệu RF đồng đều trong băng tần, tránh phổ vạch dẫn đến
khóa pha nhầm ở máy thu
 Góp phần giảm nhiễu giữa các kênh vô tuyến

 Thực hiện:
 Ngẫu nhiên hoá đồng bộ (ngẫu nhiên hoá khởi động lại).
 Ngẫu nhiên hoá dị bộ (ngẫu nhiên hoá tự đồng bộ).

Nguyễn Viết Đảm

5


Cơ sở kỹ thuật TTVT

6.3. Ngẫu nhiên hóa
 Tạo luồng số nhị phân giả ngẫu nhiên, PRBS (Pseudo Random
Binary Sequence)
 Có tính ngẫu nhiên
 Tạo ra theo quy luật (có chu kỳ)
 Cộng modul2 luồng số phát với luồng PRBS
F=AB =AB + AB

(hàm khác dấu )

Khi áp dụng, nếu A : số liệu truyền, C: chuỗi PR BS:
Phát

AC=S

=>

AC + A C

Thu

SC

=>

CS + CS

Qua chøng minh sÏ tíi kÕt qu¶:
CA  CA  A (C  C)  AI  A
Nguyễn Viết Đảm

6


Cơ sở kỹ thuật TTVT

6.3. Ngẫu nhiên hóa
 Xây dựng dựa trên cơ sở các đa thức tạo mã, với phần tử là các FlipFlop đóng vai trị bộ trễ và các mạch hồi tiếp cộng modul2
 Sơ đồ tổng quát bộ tạo PRBS:

g1

D1

g m 1

g2

D2

Dm-1

Khóa đóng nếu gi  1
Khóa mở nếu gi  0

 Độ dài cực đại luồng PRBS

Dm

g(x)  x m  g m 1x m 1  ... g1x  1
N  2m  1

Nguyễn Viết Đảm

7


Cơ sở kỹ thuật TTVT

6.3. Ngẫu nhiên hóa

Phân loại
 Ngẫu nhiên hóa đồng bộ (khởi động lại)
Nếu một bit của luồng thu S bị
 Ngẫu nhiên hóa dị bộ (tự đồng bộ)

mắc lỗi thì lỗi này xẩy ra ba lần ở
luồng số sau giải ngẫu nhiên

Máy phát
A

Số liệu

S

Môi trường
truyền dẫn

S

A

Dm

Dm-2

D21
D1

Scrambler

Xung khởi động lại

Xung khởi động lại

Dm-1

THĐB

Máy phát

Số liệu

Số liệu

Máy thu
S

A
C

Dm
Dm-1
Dm-2

g(x)  xm  xm1 1
THĐB: tín hiệu
đơng bộ khung

D1

D2
D3

D1

g ( x)  x m  x m1  1



C S x

m 1

A

S

Môi trường
truyền dẫn

C

C

THĐB

Máy thu

x

m

Số liệu

C

D2



D3

D2

Dm-1

Dm-1

Dm

Dm

D1

Descrambler

Số liệu được truyền "không trong suốt”

Descrambler

Scrambler



S  A  C  A  S x m1  x m
Nguyễn Viết Đảm



8


Cơ sở kỹ thuật TTVT

6.4. Khơi phục sóng mang
 Khố pha vịng nhân pha
 Khố pha vịng Costas
Ngun tắc: Trước hết loại trừ sự phụ thuộc pha của tín hiệu thu vào tín
hiệu điều chế, sau đó dùng nó để khố pha cho bộ dao
động nội.
Tín hiệu BPSK thu
Acos  2fc t+(i-1)  

y(t)

BPF fc

2 

y'(t)

BPF 2fc

Sóng mang được
khơi phục
cos  2f c t   '

LPF

cos  2   2f c t   '  

/ 2

Ký hiệu:
BPF : Bộ lọc băng thông
LPF : Bộ lọc thông thấp
VCO : Bộ dao động được đieùe khiển bằng điện áp

Sơ đồ khố pha vịng nhân pha
Nguyễn Viết Đảm

Ve (t)

y"(t)

2 

VCO

Vịng khóa pha PLL

9


Cơ sở kỹ thuật TTVT

6.4. Khơi phục sóng mang
TÝn hiƯu thu BPSK

Acos  2f c t+(i-1)   


Qua läc BPF, nhân pha hai lần
y t A cos  4f c t  2  i 1   2 
 A cos  4f c t 2
Thành phần điều chế pha đà được loại bá

y  t   A cos  4f c t  2  .cos  4f c t  2 
 A / 2.cos 8f c t  2  2   A / 2.cos 2   -  

Ve  t   A / 2.cos2   - 
Nguyễn Viết Đảm

10


Cơ sở kỹ thuật TTVT

6.4. Khơi phục sóng mang
y2(t)

a/

Đến bộ quyết định mức

LPF

cos  2f c t   ' 
Tín hiệu BPSK
thu y(t)

Ve (t)

Chia
cơng suất

VCO

U2(t)
Lọc
vịng

sơ đồ
vịng nhân

/2

U1(t)

 sin  2f c t   '

pha là:
điện áp sai

LPF

b/

Khác với

y1(t)
Đến bộ quyết định mức

Giải điều
chế M-PSK

pha được
tách ra ở
xử lý băng
gốc sau

Ve(t)

Lọc
vịng

Khơi phục sóng mang khố pha vịng Costas
Nguyễn Viết Đảm

tách sóng

11


Cơ sở kỹ thuật TTVT

6.4. Khơi phục sóng mang
 Tín hiệu sau các bộ lọc thông thấp LPF cho BPSK (hình 7.6a):
u1  t   A / 2.cos  i-1   - 
u 2  t   A / 2.sin  i-1   - 
C ¸c tín hiệu băng gốc

in ỏp sai pha sau b nhân và bộ lọc vịng thơng thấp:

Ve  t   A 2 / 8.sin  2  i-1   2  -   
 A / 8.sin 2 -
2

Thành phần pha điều chế được khử nhờ nhân pha hai lần

Lu ý:
Thnh phần pha điều chế được loại bỏ nhờ: nhân pha hai lần đối với BPSK, nhờ nhân
pha bốn lần đối với M-PSK và M-QAM.
 So với sơ đồ nhân pha M lần, khố pha vịng Costas được thực hiện ở vùng tần số thấp
nên có mạch điện đơn giản hơn, nhất là khi M tăng.
Nguyễn Viết Đảm

12


Cơ sở kỹ thuật TTVT

6.4. Khơi phục sóng mang
 Mã hố vi sai:
Luồng nhị phân A
sau khi phân đơi B

Đồng hồ
Bộ mã
hóa vi sai

u1(t)
u2(t)

u1(t-T)

Bộ
nhớ

u2(t-T)

Đến bộ
điều chế

Đồng hồ
Từ bộ giải
điều chế

u1(t)
u2(t)

Bộ nhớ

u1(t-T)
u1(t-T)

Bộ giải mã
vi sai

A
B

Bảng 6.1

Thông tin của luồng số được
truyền đi ở dạng "bước nhẩy
pha“ của sóng mang (khơng
phải là giá trị pha tuyệt đối)

  t    t  T   ,

Bảng 6.2

A

B

(t)

u1(t)

U2(t)



0

0

0

0

0

0

0

1

/2

0

1

/2

1

1



1

1



1

0

3/2

1

0

3/2

  t    t  T 

Nguyễn Viết Đảm

13


Cơ sở kỹ thuật TTVT

6.5. Khôi phục định thời ký hiệu
 Phát riêng đồng hồ
nhưng tốn công suất
và chiếm phổ.
 Dùng mạch tách sóng
khơng nhất qn để
lấy ra đồng hồ do đồng
hồ thường ổn định hơn
sóng mang nhưng
phức tạp.
 Khơi phục đồng hồ sau
giải điều chế (khắc
phục nhựơc điểm của
các cỏch trờn).

a) Sơ đồ đồng bộ định thời mở cổng sớm muộn
T



(.)d t

T



+

Ve

Tạo sóng
ký hiệu

T/H băng gốc

VCO

Lọc vòng

-

Định thời ký hiệu
Muộn



T
T



(.)d t

0

Lấy trị
tuyệt đối

y2

|y2|

Lấy mẫu

b) Định thời đúng

c) Định thời sím
T

T
d(t)

d(t-t)

+1
-1

+1
t

-1
s(t)


t

s(t+)

s(t+)

| y1 |

| y1 |

s(t-)
T

s(t-)

| y2 |

Muén: y 2  s(t )d(t t)dt
0

|y1|

Lấy trị
tuyệt đối

Sớm

T

0

y1

0

s(t)

Sớm: y1  s(t  )d(t  t)dt

LÊy mÉu

| y2 |

t
0

T-

T+

Nguyễn Viết Đảm

t

0

T-

T+

14


Cơ sở kỹ thuật TTVT

6.5. Khôi phục định thời ký hiệu

Định thời đúng t=0

y1   s(t  )d(t)dt

0


T 
  s(t  )d(t)dt  T   

0

  Ve  0
T

y 2   s(t  )d(t)dt

0

T

  s(t )d(t)dt T



a) Sơ đồ ®ång bé ®Þnh thêi më cỉng sím mn
T



(.)d t

LÊy mÉu

y1

0

T

T

Sím



VCO



T
T



(.)d t

Lấy trị
tuyệt đối

y2

b) Định thời đúng

d(t)

T

t

c) Định thời sớm
T
d(t-t)

+1
-1

s(t)

T

s(t  )d(t  t)dt   T    t 

t

s(t)


t

s(t+)

s(t+)
| y1 |

| y1 |

0



+1
-1

T

y 2   s(t  )d(t)dt

|y2|

LÊy mÉu

T

 s(t  )d(t  t)dt  T t

-

Muộn

0



Lọc vòng
Định thời ký hiƯu

T

y1   s(t  )d(t  t)dt

+

Ve

T¹o sãng
ký hiƯu

T/H băng gốc

0

nh thi sm -t0

|y1|

Lấy trị
tuyệt đối

s(t-)

s(t-)

| y2 |

t

| y2 |

t

Ve  y1  y 2  2t

0

T-

Nguyễn Viết Đảm

T+

t

0

T-

T+

15

Cơ sở kỹ thuật TTVT

6.6. Bộ cân bằng
Mục đích:
Giảm thiểu nhiễu giao thoa giữa các ký hiệu ISI ở băng tần
gốc cũng như giảm thiểu méo dạng sóng tín hiệu sau điều
chế RF do kênh pha đinh chọn lọc tần số gây ra.
Phân loại phổ biến: Dựa vào miền tín hiệu được xử lý.

Cân bằng miền thời gian: Thường dùng bộ cân bằng
ngang
Cân bằng miền tần số: Thường trực tiếp cân bằng sự phân
tán phổ ở dạng tạo ra đặc tính phổ bù trừ ngược với phân
tán trong băng do pha đinh nhiều tia.
Nguyễn Viết Đảm

16


C s k thut TTVT

6.6. B trn
Tổng trễ = 2MT

Chuỗi xung vµo TrƠ T

xk 1

xk

C-M

C-M+1

TrƠ T

xk  2
TrƠ T

C0

xk  m
CM-1

Trễ T

xk 2 M

CM
Chuỗi ra

zk
Thuật toán điều khiển
khuyếch đại nh¸nh

Bộ cân bằng ngang với 2M+1 nhánh
Nguyễn Viết Đảm

17


Cơ sở kỹ thuật TTVT
6.7. Kiến trúc vô
tuyến với ghép song cơng

 Kiến trúc FDD (Frequency Division
Duplex):

 Kiến trúc
Duplex):

Tín hiệu phát/thu của một máy thuê bao đồng thời
được phát/thu trên hai băng tần tần con khác nhau.

Tín hiệu phát/thu của một máy thuê bao được
phát/thu trên cùng tần số nhưng khoảng thời gian
phát thu khác nhau.

Synth: Tổng hợp tần số
BB: Băng gốc

 Sử dụng hai tần số cho thu và phát đồng thời
 Triệt nhiễu giữa phát và thu bằng bộ lọc song
công

TDD

(Time

Division

 Sử dụng một tần số cho cả thu và phát  Hiệu
quả sử dụng tần số
 Không có xuyên nhiễu thu – phát
 Cần đồng bộ khung thời gian thu/phát.

 FDD thường được dùng khi không thể sử dụng TDD do quy định tần số hoặc triển khai FDD
thuận lợi hơn; băng thông đường lên/xuống của FDD cố định và bằng nhau
 Tuy TDD cần có các biện pháp chống nhiễu, nhưng TDD có ưu điểm:
 Cho phép điều chỉnh tỷ lệ đường lên/đường xuống để hỗ trợ hiệu quả lưu lượng đường lên/đường xuống
không đối xứng.
 Do tính đổi lẫn kênh đường lên/đường xuống => hỗ trợ tốt cho truyền dẫn thích ứng, MIMO, OFDM,
AMC và các cơng nghệ anten tiên tiến vịng kín khác.
 Do chỉ cần một kênh mang tần số => cho phép thích ứng tốt đối với các cấp phát tần số khác nhau
 Thiết kế máy phát thu TDD ít phức tạp hơn => rẻ tiền hơn.
Nguyễn Viết Đảm

18


Cơ sở kỹ thuật TTVT

6.7. Kiến trúc vô tuyến với ghép song công
 Kiến trúc HFDD:

Pdet: Mức công suất
Temp: Đồng bộ thời gian
TxAGC: Tự động điều chỉnh khuyếch đại phát

SPI: Hiện thị công suất phát

Khai thác ưu điểm TDD vào FDD
Nguyễn Viết Đảm

19


Cơ sở kỹ thuật TTVT

KHOA VIỄN THÔNG 1

BÀI GIẢNG

CƠ SỞ KỸ THUẬT THÔNG TIN VÔ TUYẾN

Chương 7

QUY HOẠCH TẦN SỐ VÀ CẤU HÌNH

HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN VƠ TUYẾN SỐ
Nguyễn Viết Đảm

Khoa Viễn thơng 1
HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG
Địa chỉ: PTIT- Km10- Đường Nguyễn Trãi, Quận Hà đơng, Thành phố Hà nội
Điện thoại: 0912699394
Email:

HàNguyễn

nội 02-2017
Viết Đảm

20


Cơ sở kỹ thuật TTVT

NỘI DUNG
7.1. Giới thiêu chung
7.2. Quy hoạch tần số
7.3. Cấu hình hệ thống truyền dẫn vơ tuyến số
7.4. Truyền dẫn đa sóng mang
7.5. Tổng kết - Câu hỏi

Nguyễn Viết Đảm

21


Cơ sở kỹ thuật TTVT
7.1.
Khái quát

 Quy hoạch tần số
 Các tổ chức liên quan đến việc hoạch định tần số
 Sơ đồ phân bố tần số

 Cấu hình hệ thống truyền dẫn vô tuyến số
 Các dạng phân tập

 Cấu hình n+1 với chuyển mạch bảo vệ
Dự phịng nóng, HS
Phân tập khơng gian kết hợp dự phịng nóng, SD+HS
Phân tập không gian với các máy phát chia công suất, SD+ST
Phân tập không gian bằng cách kết hợp trung tần
Phân tập không gian dạng phân tán trong băng cực tiểu
Phân tập tần số với chuyển mạch 1+1
Hệ thống chuyển mạch n+1 với phân tập tần số
Hệ thống chuyển mạch n+1 với phân tập không gian
Phân tập lai ghép, HD (SD+FD)
Phân tập lai ghép kết hợp phân tập không gian và phân tập phân cực,
SD+PD
Phân tập không gian phát
22
Nguyễn Viết Đảm


Cơ sở kỹ thuật TTVT
7.2. Quy hoạch
tần số vô tuyến

 Nhiễu hệ thống truyền dẫn vô tuyến
 Nhiễu là các thành phần không mong muốn nhận được tại máy thu
o Môi trường truyền dẫn hở
o Băng tần hạn hẹp

 Nhiễu hệ thống
Tuyến 3 trạm, công tác trên hai kênh vô tuyến và bốn cặp tần số
III

I

Tr¹m
A

IV

f1

f3

f’1

f’3

II
f2

f4

f’2

f’4
Tr¹m
B
Nguyễn Viết Đảm

Tr¹m
C
23

Cơ sở kỹ thuật TTVT

7.2. Quy hoạch tần số vô tuyến
 Nhiễu hệ thống truyền dẫn vô tuyến
 Phân loại nhiễu phổ biến
Loại nhiễu I: Nhiễu kênh vô tuyến song công, do máy phát gây ra cho máy thu
cùng kênh (tại đầu cuối)
Loại nhiễu II: Nhiễu do máy phát gây ra cho máy thu khác kênh vô tuyến (chủ yếu
là kênh lân cận)
Loại nhiễu III: Nhiễu do máy phát gây ra cho máy thu ngược hướng truyền sóng
(trạm back to back, búp sóng ngược)
Loại nhiễu IV: Nhiễu máy phát gây ra cho máy thu cùng kênh vô tuyến nhưng
vượt trạm (trạm xa)

 Một số biện pháp tránh nhiễu điển hình:
 Dùng anten có hướng, phân cực sóng tốt (V và H)
 Tái sử dụng tần số với khoảng cách đủ xa
 Tổ chức các trạm so le tránh nhìn thẳng

Nguyễn Viết Đảm

24


Cơ sở kỹ thuật TTVT

7.2. Quy hoạch tần số vô tuyến
 Phương pháp phân bổ tần số vô tuyến điển hình

 Tổ chức truyền thơng song cơng:
o Sử dụng một tần số chung cho cả thu lẫn phát
– Mỗi kênh vơ tuyến có một tần số
– Việc thu phát thực hiện luân phiên theo thời gian, TDD

o Sử dụng hai tần số độc lập cho và phát riêng
– Mỗi kênh vơ tuyến có hai tần số làm việc đồng thời, FDD
– Khoảng cách hai tần số đủ lớn để tránh nhiễu giữa phát và thu

 Cơ quan hoạch định tần số
• Liên minh viễn thơng quốc tế - phần vơ tuyến, ITU-R, UN
• Cục tần số, Bộ thơng tin và truyền thông
Nguyễn Viết Đảm

25