KHÁI QUÁT TÍNH CHẤT CỦA MỘT SỐ NGUỒN NHIỄU ĐIỆN, CÁC TÁC ĐỘNG LÀM ẢNH HƯỞNG TỚI CHẤT LƯỢNG CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN VÀ MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP HẠN CHẾ

1

MỞ ĐẦU
Chúng ta đang sống trong một thời đại mà sự trao đổi thông tin đã và đang trở
thành nhu cầu thiết yếu đối với mọi người. Thông tin cho phép con người liên lạc
với nhau từ những khoảng cách xa, như những con tầu ngoài đại dương, với vũ trụ,
vệ tinh hay với nhưng người lái xa trên đường, các nhà khí tượng thủy văn hay địa
chất có thể thực hiện phép đo từ xa… Với sự phát triển như vũ bão của hệ thống
thông tin truyền thông đã đáp ứng được những nhu cầu đó của con người. Sự phát
triển của hệ thống thông tin từ kỹ thuật analog đến kỹ thuật số, từ tốc độ thấp lên
đến tốc độ cao dựa trên nền tảng phát triển của các công nghệ như vi điện tử, công
nghệ truyền dẫn, chuyển mạch,…
Các hệ thống thơng tin đều dùng tìn hiệu điện, quang với các tín hiệu khác nhau.
Để truyền được thơng tin địi hỏi cần phải xử lý thơng tin đó ví dụ như chuyển tín
hiệu analog thành tín hiệu digital, điều chế, giải điều chế, phát tin, nhận tin…trong
những q trình xử lý tín hiệu trên tồn hệ thống ln ln xuất hiện nguồn nhiễu
trong và nhiễu ngồi làm méo tín hiệu thơng tin.
Nhiễu là bản chất nội tại của quá trình và là bản chất tự nhiên. Ta chỉ có thể hạn
chế chứ khơng thể loại bỏ bằng các kỹ thuật khác nhau. Việc xử lý giảm nhiễu vô
cùng tốn kém và phức tạp, đây là một trong những nhiệm vụ gần như quan trọng
khi phát triển các hệ thống thơng tin. Chính vì thế từ xưa việc nghiên cứu, khắc
phục nhiễu rất mạnh và đa dạng trong lĩnh vực như nhiễu nội, nhiễu ngoại.
Nhiêu điện phản ánh khá đầy đủ tính chất bên trong của vật liệu linh kiện điện tử
bán dẫn sensor, trước đây kích thước linh kiện điện tử bán dẫn, IC còn lớn cỡ từ µm
đến nm, độ lớn của tín hiệu thơng tin cũng tương đối lớn cỡ trung bình từ µA đến
mA thì nhiễu tuy có ảnh hưởng nhiều nhưng vẫn có độ lớn nhỏ hơn một hoặc hai
bậc độ lớn. Thế nhưng từ những năm 1990 trở lại đây công nghệ nano phát triển
mạnh nhằm chế tạo ra các linh kiện có kích thước siêu nhỏ thì tín hiệu chứa thơng
tin cũng giảm xuống rất nhỏ. Đặc biệt trong công nghệ thơng tin quang thì vấn đề
nghiên cứu xử lý nhiễu trở thành vấn đề được quan tâm lớn.

2

Ở Việt Nam ta việc nghiên cứu các đặc tính nhiễu, đo đạc chúng đã được quan
tâm xong chưa được mạnh mẽ, một phần do đây là một lĩnh vực khá khó và kinh
phí để cho việc nghiên cứu cũng khá lớn. Chính vì vậy tơi đã chọn luận văn này với
mục đích bước đầu nhằm hệ thống hóa các nguồn nhiễu nội, nhiễu ngoại, và các
phương pháp tham gia vào đo đạc, giảm thiểu nhiễu của linh kiện, thiết bị, các hệ
thống thơng tin.
Nội dung luận văn gồm có 4 chương:
Chương 1 có tiêu đề “Khái quát về một số tính chất của các nguồn nhiễu điện
chính” nhằm đưa ra một số định nghĩa, phân loại nhiễu, các thông số dặc trưng của
một số nguồn nhiễu điện chính như nhiễu nhiệt, nhiễu nổ, nhiễu thác lũ và một số
nguồn nhiễu quan trọng trong Laser. Đưa ra một số nguồn nhiễu sinh ra do các tác
nhân bên ngoài như: nhiễu do đường dây điện lực, nhiễu do sấn sét gây ra…
Chương 2 có tiêu đề “Ảnh hưởng của nhiễu điện trong hệ thống thông tin” nhằm
đưa ra các ảnh hưởng của nhiễu đến hệ thống thông tin. Phần này nêu lên những đặc
điểm của hệ thống thông tin khi chịu tác động của nhiễu bên trong và bên ngoài như
ảnh hưởng của tán sắc trong hệ thống thông tin quang, ảnh hưởng của méo tín hiệu,
ảnh hưởng của sấm sét, của đường dây điện lực và đặc biệt là ảnh hưởng của mơi
trường truyền sóng. Trên thực tế ngày nay một số mạng thông tin di động sử dụng
dải tần số gần nhau cũng ảnh hưởng lẫn nhau, chương 2 cũng nêu lên và nghiên cứu
một số đặc điểm, nguyên nhân của ảnh hưởng này.
Chương 3 với tiêu đề “Một số phương pháp giảm thiểu sự ảnh hưởng của nhiễu
điện” nêu lên một số phương pháp làm giảm nhiễu trong hệ thống thơng tin. Trong
thực tế, nhiễu khơng thể hồn tồn loại bỏ được mà chỉ có thể làm giảm bớt phần
nào bằng các biện pháp khác nhau như: cho hệ thống hoạt động đúng chế độ, thiết
kế mạch điện hay thiết bị tối ưu, nối đất cho thiết bị tốt,.. Đối với các nguồn nhiễu
nội ta sử dụng các kỹ thuật làm giảm chúng như trong các hệ thống DSL, trong các
bộ khuếch đại quang. Đối với nhiễu bên ngoài như các biện pháp trống ảnh hưởng

của đường dây điện lực và một số phương pháp khác nhằm giảm ảnh hưởng của
nhiễu.


3

Chương 4 với tiêu đề “Một số đặc thù địa hình và một vài biện pháp giảm nhiễu
điện trên địa bàn tỉnh Hịa Bình” đã nêu lên một số đặc thù của tỉnh Hịa Bình như
đặc điểm về địa hình, đặc điểm của hệ thống thông tin và đặc biệt là ảnh hưởng của
nhà máy thủy điện Hịa Bình, của đài truyền thanh…. Đưa ra một số phương pháp
làm giảm nhiễu tại địa phương và một số phép đo nhiễu nội, một vài kết quả đo
nhiễu cụ thể.
Những đề tài về nhiễu tương đối khó, do thời gian nghiên cứu hạn hẹp nên luận
văn mới giải quyết được một vài nhiệm vụ ban đầu.


4

CHƯƠNG 1
KHÁI QUÁT VỀ MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA CÁC
NGUỒN NHIỄU ĐIỆN CHÍNH
1.1.NHIỄU NỘI , CÁC ĐẶC TRƯNG VÀ MỘT SỐ NGUỒN NHIỄU CHÍNH
TRONG LINH KIỆN ĐIỆN TỬ
1.1.1.Định nghĩa, phân loại nhiễu
- Nhiễu nội là nhiễu trong các linh kiện điện tử- Bán dẫn – sensor nó bao hàm
các dao động ngẫu nhiên xẩy ra ở bên trong vật liệu và linh kiện. Tất cả các đại
lượng vật lý đặc trưng của mỗi loại vật liệu hoặc linh kiện đều dao động một cách
ngẫu nhiên xung quanh giá trị trung bình và sự thăng giáng ngẫu nhiên đó được gọi
là nhiễu. Như vậy sự thăng giáng ngẫu nhiên của các đại lượng nói trên xẩy ra do
nhiễu có các nguyên nhân khác nhau: có thể là do sự dao động trong lịng vật liệu

và linh kiện cũng có thể do tác động cơ – lí – hóa, điện từ trường ở bên ngoài tác
động vào linh kiện và thiết bị.
- Phân loại nhiễu: Để phân loại nhiễu ta có thể chia thành hai nhóm chính là:
nhiễu điện từ ( electroneagnetic noise) và nhiễu trong (internal noise).
+ Nhiễu điện từ được sinh ra do các nguồn bức xạ điện từ bên ngồi hệ thống
thơng tin( như: nhiễu do các trạm phát sóng, do các thiết bị trong cơng ngiệp, nhiễu
do sấp chớp, sét trong khí quyển và cũng có thể do bức xạ từ vũ trụ …) tuy nhiên
đối với nhiễu điện từ này chúng ta có thể loại trừ được bằng các biện pháp kỹ thuật
khác nhau.
+ Nhiễu trong được gây nên bởi các hiện tượng thăng giáng của các quá trình vật
lý xẩy ra ở bên trong bản thân các linh kiện điện tử -bán dẫn – sensor. Khi xuất hiện
loại nhiễu này ta không thể tránh được tuy nhiên ta có thể hạn chế được ảnh hưởng
của nó nếu như ta biết được đặc tính của nhiễu và ngun nhân gây ra nó. Thơng
thường nhiễu trong có giá trị rất nhỏ, tuy nhiên trong một số trường hợp ta khơng
thể bỏ qua được nó, như khi đo đạc các đại lượng vật lý có giá trị bè hoặc khuếch
đại các tín hiệu nhỏ … vì nhiễu trong quy định ngưỡng nhạy dưới của các dụng cụ
thu đo và xử lý tín hiệu. Loại nhiễu này đã được rất nhiều người quan tâm nghiên


5

cứu, đặc biệt là trong các lĩnh vực như: chế tạo các vật liệu, linh kiện phục vụ cho
kỹ thuật thông tin, điều khiển. Dựa vào nguồn gốc gây ra nhiễu, người ta đã tìm ra
được trên 10 loại nhiễu trong khác nhau như là: nhiễu nhiệt, nhiễu nổ, nhiễu 1/f,
nhiễu phát sinh tái hợp, nhiễu bập bùng, nhiễu thác lũ, …Tùy thuộc vào bản chất
của vật liệu, cấu trúc và nguyên lý hoạt động của linh kiện mà mỗi loại vật liệu và
linh kiện thường chỉ có một số loại nhiễu tiêu biểu nhất định.
1.1.2.Các thông số đặc trưng
a) Giá trị trung bình, phương sai và giá trị căn bậc hai bình phương (Root Mean
Square – RMS): một đại lượng x nào đó thăng giáng ngẫu nhiên xung quang một

giá trị trung bình theo thời gian , về mặt tốn học có thể viết:
(1.1)

∆x = x − x

Theo lý thuyết thống kê thì:
∆x = x − x = 0
2

(1.2)

∆x 2 = ( x − x) 2 = x 2 − x ≠ 0

Đại lượng ∆x 2 được gọi là phương sai của sự thăng giáng.

x

x
t
Hình 1.1: giá trị trung bình theo thời gian

0

Về ý nghĩa vật lý phương sai biểu thị công suất thăng giáng hay công suất nhiễu
b) Mật độ phổ công suất
Để đặc trưng cho sự phân bố công suất nhiễu theo tần số người ta đưa vào đại
lượng mật độ phổ công suất và được định nghĩa như sau :
S (t ) =

dp

df

(1.3)

∞

P = ∫ S ( f )df
0

(1.4)


6

trong đó: dp là cơng suất nhiễu ứng với các thành phần có tần số từ f đến f+df với df
là một biến thiên vô cùng nhỏ và P là cơng suất nhiễu tồn phần ứng với mọi tần số.
c) Dải thơng nhiễu
Dải thơng nhiễu (kí hiệu là ∆f) được định nghĩa là dải tần số thuộc đường cong
hệ số khuếch đại cơng suất tạo thành một hình chữ nhật có diện tích bằng diện tích
tạo bởi đường cong hệ số khuếch đại công suất thực tế với trục tần số.
1 ∞
∆f =
G ( f )df
G0 ∫
0

(1.5)

trong đó G(f) là hệ số khuếch đại công suầt của hệ như một hàm của tần số, G 0 là hệ
số khuếch đại công suất ứng với tần số nằm giữa dải.

d) Hệ số tương quan
Nếu có 2 cơ chế sinh ra các dòng nhiễu tương ứng là ∆i1 và ∆i2 theo nguyên lý tổ
hợp, dòng nhiễu tổng sẽ là :
∆i = ∆i1 + ∆i 2

(1.6)

Nếu hai nguồn nhiễu trên không độc lập với nhau thì :
2

2

∆i 2 = (∆i1 + ∆i2 ) 2 = ∆i1 + ∆i2 + 2c.∆i1∆i2

(1.7)

trong đó: c là hệ số tương quan, được xác định bằng biểu thức:
c=

∆i1 ∆i 2
2

∆i1 .∆i 2

(1.8)

2

Khi c = 0, lúc này hai nguồn nhiễu khơng có tương quan với nhau, cịn khi c ≠ 0 thì
các nguồn nhiễu có tương quan với nhau. Hệ số tương quan có giá trị nằm trong

khoảng từ +1 đến -1 hay |c| = 1. Một cách khái qt, nếu có n nguồn nhiễu độc lập
thì :
2

2

∆i 2 = ∆i1 + ∆i 2 + ... + ∆i n

2

(1.9)

e) Hàm tự tương quan và hàm hỗ tương quan
Hàm tự tương quan đặc trưng cho sự phụ thuộc vào nhau giữa hai giá trị bất kỳ
lấy ở hai thời điểm tương ứng là t và t + τ trên cùng một thể hiện của quá trình ngẫu
nhiên x(t) được xác định bằng biểu thức:


7

T

1
R xx (τ ) = x(t ) x(t + τ ) = lim ∫ x (t ) x(t + τ )dt
T →∞ T
0

(1.10)

f) Tỷ số tín hiệu trên nhiễu S/N

Để so sánh nhiễu với tín hiệu người ta dùng tỷ số S/N. Tỷ số tín hiệu trên nhiễu
được xác định theo biểu thức ở tại đầu vào hay đầu ra của linhkiện có thể viết :
S PS
=
N PN

(1.11)

trong đó: PS là cơng suất tín hiệu, PN là cơng suất nhiễu.Trong biểu thức trên cơng
suất có thể thay bằng trị bình phương của dòng hoặc điện áp.
g) Hệ số nhiễu F (noise factor)
Hệ số nhiễu đặc trưng cho sự suy giảm của tỷ số tín hiệu trên nhiễu khi truyền
qua một tứ cực, được xác định bằng biểu thức :
F=

Si / Ni
So / N o

(1.12)

trong đó: Si /Ni là tỷ số cơng suất tín hiệu trên nhiễu ở đầu vào và S o /No là cơng
suất tín hiệu trên nhiễu ở đầu ra. Trường hợp có nhiều tứ cực mắc nối tiếp với nhau
thì hệ số nhiễu của cả hệ được xác định theo công thức Friis [21]:
F = F1 +

F2 − 1
G1

+

F3 − 1
G1G 2

+ ... +

Fm
G1G 2 ...G m −1

(1.13)

trong đó: F1 và G1 là hệ số nhiễu và hệ số khuếch đại công suất của tầng đầu tiên, F 2
và G2 là của tầng thứ 2,..., Fm và Gm là của tầng thứ m.
h) Nhiệt độ nhiễu tương đương
Nhiệt độ nhiễu tương đương Tn của một lưỡng cực bất kì có trị bình phương
trung bình điện áp nhiễu đo được trong dải tần ∆f là u 2 và R là điện trở tương
đương với lưỡng cực đó, được định nghiã là nhiệt độ cần có của điện trở R để tạo ra
nhiễu nhiệt có cơng suất nhiễu đúng bằng công suất nhiễu của lưỡng cực. Nhiệt độ
nhiễu tương đương Tn được xác định bằng biểu thức như sau :
u2
Tn =
4kR∆f

(1.14)


8

ở đây đại lượng u t2 = 4kTn R∆f là trị bình phương trung bình của điện áp nhiễu nhiệt
do điện trở R gây ra.
F =1+

hay:

Tn
T0

Tn = (F-1) To

(1.15.a)
(1.15.b)

ở đây Tn được gọi là nhiệt độ nhiễu của tứ cực được quy về đầu vào, T 0 là nhiệt độ
chuẩn (T0 = 2900 K).
1.1.3.Một số nguồn nhiễu nội chính
1.1.3.1.Nhiễu nhiệt (Thermal noise)
Nhiễu nhiệt là sự chuyển động hỗn loạn của các hạt tải điện ở bên trong vật dẫn.
Sự chuyển động này sinh ra một dòng điện thăng giáng ngẫu nhiên và dòng điện
thăng giáng gọi là dòng nhiễu nhiệt. Lúc này ở hai đầu vật dẫn xuất hiện một nguồn
điện áp và nguồn điện áp đó biến đổi ngẫu nhiên, gọi là điện áp nhiễu ( hay còn gọi
là suất điện động nhiễu nhiệt). Nhiễu nhiệt được nghiên cứu bởi Johnson vào năm
1927, gọi là nhiễu Johnson.
Khi khơng có điện trường ngoài đặt vào vật dẫn trong điều kiện nhiệt độ nhất
định thì mật độ phổ của nguồn điện áp được xác định bởi cơng thức:[27]
SV(f) = 4kTR

(1.16)

Trong đó k = 1,38.10-23J0K-1 là hằng số Boltzman, T là nhiệt độ tuyệt đối, R là
điện trở thuần của vật dẫn.
Để chứng minh cơng thức (1.16) bằng lý thuyết của mình Nyquist chứng minh

mật độ phổ nhiễu nhiệt không phụ thuộc vào tần số (các nhiễu có tính chất này được
gọi là nhiễu trắng). Trị bình phương trung bình của điện áp nhiễu nhiệt trong dải tần
∆f được tính bằng cơng thức:[27]
u t2 = S v ( f )∆f = 4kTR∆f

(1.17)

Nếu biểu diễn qua dịng nhiễu tương đương thì:
S i ( f ) = 4kTG

(1.18)


9

it2 = 4kTG∆f

(1.19)

trong đó G = 1/R là độ dẫn của vật dẫn.
Từ công thức của Nyquist nếu mở rộng cho một lưỡng cực bất kì có trở kháng
phức Z(ω)=R(ω)+jX(ω) hoặc độ dẫn phức Y(ω) = 1/ Z(ω) = G(ω) + jB(ω) thì mật
độ phổ điện áp nhiễu nhiệt và mật độ phổ dòng nhiễu nhiệt của lưỡng cực được xác
định bằng biểu thức:
S v (ω ) = 4kTR(ω )

(1.20)

S t (ω ) = 4kTR (ω )

(1.21)

trong đó ω = 2πf là tần số góc, cịn G(ω) = R(ω)/(R2(ω)+X2(ω)).
Trị bình phương trung bình của điện áp nhiễu và dịng nhiễu trong dải tần số ∆f
= f2 - f1 được tính bằng các biểu thức tương ứng như sau:
f2

ω2

f1

ω1

u t2 = ∫ S v ( f )df = 4kT ∫ R (ω )
f2

ω2

f1

ω1

i t2 = ∫ S i ( f )df = 4kT ∫ G (ω )

d (ω )
2π

(1.22)

d (ω )

2π

(1.23)

công thức Nyquist được thiết lập dựa trên mơ hình lí thuyết cổ điển nên nó chỉ đúng
với điều kiện hf << KT hay f<<1013 Hg (h là hằng số Plăng).
Khi khảo sát nhiễu nhiệt ở vùng tần số cao thì mật độ phổ nhiễu nhiệt có dạng
tổng quát:
4hfR

SV ( f ) =
e

Với

hf
KT

−1

(1.24)

hf
<<1
KT

Trong thực tế thì nhiệt là nguồn nhiễu phổ biến của tất cả các linh kiện và thiết
bị điện tử. Qua nghiên cứu và thực tế thấy rằng để hạn chế ảnh hưởng của nhiễu
nhiệt thì cần phải hạ thấp nhiệt độ khi linh kiện hoặc thiết bị hoạt động.
1.1.3.2.Nhiễu nổ (shot noise)

Khi dòng điện chạy qua hàng rào thế năng nó sẽ sinh ra nhiễu nổ. Nhiễu nổ gây
ra bởi sự thăng giáng dòng do sự phát xạ ngẫu nhiên các electron (hoặc các lỗ


10

trống) qua hàng rào thế năng. Nhiễu nổ là một nguồn nhiễu đặc thù của tất cả các
linh kiện có tồn tại một hàng rào thế ở bên trong, ví dụ như: các đèn điện tử, các
dụng cụ bán dẫn( điốt, transitor, photođiốt..). Nhiễu nổ gây ra trong các dụng cụ bán
dẫn là do sự dịch chuyển ngẫu nhiên của các electron (hoặc các lỗ trống) qua lớp
tiếp xúc P-N. Mỗi dụng cụ có cơ chế gây nhiễu riêng, tuỳ theo cấu trúc và nguyên lí
hoạt động. Nguyên nhân chủ yếu gây ra nhiễu nổ trong các đèn điện tử là sự phát xạ
ngẫu nhiên các electron từ catốt. Mật độ phổ của nhiễu nổ ở vùng tần số thấp được
xác định bằng cơng thức :
Si(f)=2eI

(1.25)

trong đó e là điện tích của electron, I là dịng một chiều trung bình.
Cơng thức (1.25) chỉ rõ ở các tần số thấp mật độ phổ công suất nhiễu nổ là hằng
số và tỷ lệ với giá trị trung bình của dịng điện.
Trong dải tần số ∆f nhiễu nổ được xác định bằng biểu thức:
2
i Sh = 2eI∆f

(1.26)

trong đó i2Sk là giá trị bình phương trung bình của dịng nhiễu nổ trong dải tần số ∆f.
Công thức (1.26) chỉ đúng trong giới hạn tần số nhất định. Khi tăng tần số lên vô
hạn nghĩa là giảm thời gian khảo sát xuống vô cùng bé đến mức có thể so sánh với

thời gian dịch chuyển τ của điện tử qua miền điện tích khơng gian thì các cơng thức
(1.26) khơng cịn đúng nữa. Trong trường hợp này mật độ phổ nhiễu của nhiễu nổ
phụ thuộc vào tần số dưới dạng:
sin 2 πfτ
S i ( f ) = 2eI ( 2 2 2 )
π f τ

(1.27)

Khi fτ << 1 hay f << 1/τ thì cơng thức (1.27) trở về công thức (1.25).
1.1.3.3.Nhiễu 1/f (1/f noise or Flicker noise)
Nhiều linh kiện điện tử và bán dẫn khi được thiên áp một chiều người ta thấy
trong chúng xuất hiện một loại nhiễu ở tần số thấp có đặc tính là mật độ phổ nhiễu
có dạng:
S i ( f ) = CI β

1
fγ

(1.28)


11

trong đó C, β và γ là các hằng số, I là dòng 1 chiều, f là tần số. Trong nhiều trường
hợp thì giá trị β ≈ 2 cịn giá trị γ ≈ 1. Nhiễu mà mật độ phố của nó có dạng như trên
được gọi là nhiễu nhấp nháy (flicker noise) hay thường gọi là nhiễu 1/f .
Nhiễu 1/f lần đầu tiên đã được phát hiện bởi Johnson ( năm 1925 ) khi nghiên
cứu hiệu ứng Shottky trong các mạch tần số thấp và từ đó vấn đề này đã được nhiều
tác giả quan tâm nghiên cứu. Cho đến nay người ta phát hiện thấy nhiễu 1/f ở rất

nhiều vật liệu và linh kiện như: các đèn điện tử, các chất bán dẫn, các dụng cụ có
chuyển tiếp pn, các màng kim loại, các kim loại lỏng, các dung dịch điện phân và
các chất siêu dẫn.
1.1.3.4.Nhiễu phát sinh tái hợp G-R (gerenation - recombination noise)
Trong các vật liệu bán dẫn thường gặp một loại nhiễu liên quan trực tiếp đến cơ
chế phát sinh- tái hợp các hạt tải được gọi là nhiễu phát sing tái hợp ( viết tắt là G R noise). Sự thăng giáng số hạt tải N ở bên trong mẫu bán dẫn sẽ là ∆N = N - N0,
trong đó N0 là số hạt tải ở trạng thái cân bằng hay số hạt tải trung bình ở trong mẫu.
Theo định lý Viner- Khinschin thì mật độ phổ của sự thăng giáng ∆N có dạng:
S N ( f ) = 4∆N 2

τ
1 + ω 2τ 2

(1.29)

Mật độ phổ Si(f) của sự thăng giáng dịng có dạng:
Si ( f ) =

I2
∆N 2
τ
S N ( f ) = 4I 2
2
2
N0
N 0 1 + ω 2τ 2

(1.30)

Các đại lượng ∆N 2 và τ trong biểu thức (1.30) phụ thuộc vào tốc độ phát sinh,

tái hợp và chúng được xác định theo các cơng thức có tính tổng qt do Burgess
đưa ra như sau:
∆N 2 = ( N − N 0 ) 2 =

τ=

g(N 0 )
r 2 (N 0 ) − g 2 (N 0 )

1
r (N 0 ) − g 2 (N 0 )
2

(1.31)
(1.32)


12

ở đây g(N0 ) và r(N0) là tốc độ phát sinh và tốc độ tái hợp các hạt tải ở trạng thái
cân bằng, còn g/(N0) và r/(No) là đạo hàm của tốc độ phát sinh và tốc độ tái hợp theo
N lấy tại gía trị N = N0
1.1.3.5.Nhiễu thác lũ (avalanche noise)
Nhiễu thác lũ xuất hiện trong các dụng cụ hoạt động ở chế độ thác lũ như: các
điôt, transistor thác lũ, photodiode thác lũ...và một số quá trình thác lũ khác.
Nguyên nhân gây ra nhiễu thác lũ là do các hạt tải được tăng tốc ở trong điện trường
cao, gây nên sự ion hoá làm phát sinh ra các hạt tải khác. Quá trình này xảy ra ngẫu
nhiên nên đã tạo ra nhiễu thác lũ. Đối với các diode và photodiode bán dẫn thác lũ
khi hệ số ion hoá của điện tử và lỗ trống ở trong miền điện tích khơng gian của
chuyển tiếp pn bằng nhau thì mật độ phổ của dòng nhiễu thác lũ ở tần số thấp có

dạng :
S i = 2eM 2 I M = 2eM 3 I 0

(1.33)

trong đó: I0 là dịng sơ cấp, IM = MI0 là dịng tồn phần, M là hệ số nhân thác lũ.
M = 1 + α La + (α La ) 2 + (α La ) 3 + ... =

1
1 − α La

(1.34)

trong đó α là hệ số ion hố trung bình trong vùng thác lũ có độ dài là La .
1.1.3.6.Nhiễu bập bùng (burst or popcorn noise or radom Teleghap Signal -RTS)
Trong các dụng cụ bán dẫn có lớp chuyển tiếp pn như: các điơt, photođiơt,
transitor và trong cả các điện trở cacbon đôi khi xảy ra một loại nhiễu điện đặc biệt
gọi là nhiễu bập bùng (burst or popcorn noise). Nhiễu này thường gồm các xung
ngẫu nhiên có độ dài thay đổi và độ cao như nhau (hình 1.1).
I

t+

tt
Hình 1.2: Sự biến thiên đặc trưng của nhiễu bập bùng (RTS).


13

Nguồn gốc của nhiễu bập bùng có thể là do sự đánh thủng địa phương, do sự bất

đồng đều của vật liệu hoặc do các khuyết tật của mạng tinh thể làm sai lệch mạng
và tạo nên các tâm bắt với mật độ lớn... Dạng phổ có thể viết như sau:
S i ( f ) = 4 I 12 N

trong đó N = N 1 + N 2 , τ 0 =

τ0
τ +τ −
.
2
2
(τ + + τ − ) 1 + ω 2τ 0

(1.35)

1
1
+
.
τ+ τ−

1.1.3.7.Một số nguồn nhiễu quan trọng trong Laser
Laser có cấu trúc cơ bản là sử dụng tiếp giáp bán dẫn pn kết hợp với khoang
cộng hưởng ánh sáng và có cấu trúc dị thể kép. Nguyên tắc cấu trúc là chỉ khuếch
đại các sóng ánh sáng chạy theo phương dọc của khoang cộng hưởng, các sóng ánh
sáng không chạy theo phương dọc sẽ bị hấp thụ. Quá trình phát xạ ánh sáng của
Laser theo nguyên lý sau:
- Qúa trình tạo ra đảo lộn mật độ: cấu tạo Laser theo cấu trúc dị thể kép, độ
chênh lệch mức năng lượng giữa lớp p - lớp hoạt chất - lớp n rất lớn, được gọi là
hàng rào dị thể. Đặt một điện thế phân cực có chiều dịng điện hướng từ lớp p sang

lớp n. Khi đó, các điện tử từ lớp n bị kéo về cực dương và chuyển dời vào vùng hoạt
chất, tronh khi đó các lỗ trống ở lớp p bị kéo về cực âm và cùng chuyển dời vào
vùng hoạt chất. Các điện tử và lỗ trống chuyển dời vào vùng hoạt chất bị giam trong
lớp hoạt chất này và do hàng rào dị thể. Từ đó tạo nên đảo lộn mật độ.
- Tái hợp và phát xạ tự phát: Các điện tử và lỗ trống bị giam trong lớp hoạt chất
với mật độ rất cao tái hợp tự nhiên với nhau và phát ra ánh sáng tự nhiên.
- Hấp thụ photon, phát xạ kích thích và tạo ánh sáng kết hợp: Khi ánh sáng phát
ra trong quá trình trở về trạng thái E 1 với năng lượng E2- E1 tiếp tục kích thích một
điện tử khác đang ở trạng thái kích thích. Điện tử này hấp thụ năng lượng ánh sáng
tới và trong q trình trở về trạng thái E 1 nó sẽ giải phóng ra một năng lượng ánh
sáng dưới dạng sóng điện từ với độ lớn lớn hơn nhiều độ lớn E 2- E1 (năng lượng
phát xạ tự phát).


14

- Phát xạ ánh sáng: cấu tạo Laser để các ánh sáng phát ra hướng về phía sợi
quang.
Nhiễu trong Laser là nhiễu biến đổi ngẫu nhiên không mong muốn từ đầu ra của
một diode Laser xuất hiện thậm chí dịng vào không đổi. Đây là đặc trưng liên quan
đến các laser kém chất lượng. Nhiễu Laser chỉ đạt đỉnh khi điều chế Diode tại tần số
cộng hưởng của nó ( điển hỉnh khoảng vài GHz). Vì thế, nhiễu Laser có ý nghĩa lớn
đối với đường truyền tần số cao. Diode laser được thiết kế tốt sẽ tạo ít nhiễu hơn
vào hệ thống khi hoạt động tại miền cộng hưởng. Với một vài Laser nhiễu sẽ đạt
đỉnh tại mức ngưỡng dao động. Khi dòng vào tăng trên mức ngưỡng, nhiễu Laser
vẫn ổn định trong khi công suất đầu ra tăng nhanh.
a) Nhiễu độ lớn quan hệ trong Laser Diode (RIN- Relative Intensity Noise)
Nhiễu RIN là dao động biên độ tại đầu ra của diode Laser. Nhiễu này chủ yếu
gây ra do sự phát ánh sáng tự phát. Nếu ánh sáng đến bộ thu quang có cơng suất là
Pin + ∆Pin, với ∆Pin là nhiễu biên độ trung bình 0, RIN được định nghĩa là:[27]

def

RIN =

E[∆P 2 in ] 2 S rin
= 2
BP 2 in
P in

( 1.36)

Với B là băng tần của tín hiệu và S rin là phân bố quang phổ cơng suất 2 vế của
∆Pin(t). Vì dịng quang tại đầu ra của bộ tiền thu quang tỷ lệ với công suất ánh sáng
đến, giá trị trung bình bình phương của dao động dòng quang là:
E[∆i2rin] = RIN(Iph2B] = [RIN(MapdℜPin)2B

(1.37)

RIN còn có thể gây ra bởi tính phi ổn về phương thức và sự phản xạ tại giao tiếp
diode – sợi quang. Do đó, RIN sẽ gồm 2 thành phần: RIN nội, gây nên bởi sự phát
xạ tự phát và tính phi ổn mơ hình nội tại và RIN ngoại, gây nên bởi phản xạ.
- RIN nội: kết quả thực nghiệm chỉ ra rằng RIN nội tỷ lệ với:[27]
RIN α(

I
IB
− 1) −3 α ( th ) 3
I th
Ptx

(1.38)

Với IB là dòng thiên áp và Ith là mức ngưỡng của diode.
Từ phương trình này, với một diode có dịng ngưỡng nhỏ sẽ có RIN nhỏ tại đầu
ra. RIN nội cũng phụ thuộc vào tần số điều chế, RIN như là hàm của tần số điều


15

chế. Ở dải tần điều chế thấp, RIN theo phương trình (1.38). Nếu tần số điều chế
tăng, sự phụ thuộc của RIN vào hệ số (

IB
− 1) trở nên không quan trọng.
I th

- RIN do phản xạ.
Trên đường truyền từ nguồn đến đích, sẽ có vài điểm phản xạ ánh sáng. Điểm
phản xạ gần nhất là tại giao tiếp giữa diode Laser và sợi quang. Phản xạ này xẩy ra
ở tần số thấp và có thể giảm nếu dùng vỏ chống phản xạ.
Phản xạ có thể từ đầu xa của sợi quang hay các linh kiện quang khác, có thể dẫn
đến khuếch đại cao tần trong phổ công suất nhiễu. Với sợi quang có bước sóng L,
tần số đỉnh là:[27]
c

Fp= 2n L
f

(1.39)

với nf là chỉ số khúc xạ của sợi quang.
b) Nhiễu pha từ diode Laser
Nhiễu pha gây nên bởi sự phát quang tự phát ngẫu nhiên trong diode Laser. Nếu
khơng có sự tự phát này, phổ ánh sáng đầu ra gồm các hàm delta (mỗi hàm delta
δ[ω - ωi] ứng với 1 mode dọc tại tần số ωI ). Nếu khơng có sự phát quang tự phát
ngẫu nhiên, phổ sẽ khơng cịn là tổng của các hàm delta. Thay vào đó, phổ được mở
rộng và có băng tần khác 0 hữu hạn quanh mỗi ωi.
Mở rộng chiều ngang đường dẫn do nhiễu pha, để xem xét ảnh hưởng của việc
mở rộng chiều ngang đường dẫn, xét đầu ra sóng ánh sáng liên tục của Laser đơn
mode cho bởi:[27]
x(t) = ej[ωc(t) + ∅(t)]

(1.40)

Với ωc là tần số trung tâm và ∅(t) là nhiễu pha. Nếu ∅(t) = 0, x(t) tại tần số đơn
và PSD của nó là hàm delta. Nếu có nhiễu pha thì PSD do nhiễu pha gây ra cho bởi:
2t coh

Sx(ω) = 1 + t 2 (ω − ω + α R / 2 I ) 2
coh
c
lw sp

(1.41)


16

Với Rsp là tỷ số phát quang tự phát (1/sec), αlω là hệ số mở rộng chiều ngang
đường dẫn, I là tổng số các photon trong khoang Laser (không thứ nguyên) và t coh là

thời gian kết hợp, thì:
4I
2
Rs (1 + α lw )

tcoh =

∆ω3dB =

2
t coh

=

2 Rsp
4I

(1.42)
2
(1 + α lw )

(1.43)

Phương trình (1.42) chỉ ra rằng, t coh tỷ lệ với I hay với công suất quang đầu ra.
Do đó, với cơng suất quang càng lớn, thời gian kết hợp càng dài, phổ tần được cho
bởi phương trình (1.43) thường được xem như phổ lorentzian.
c) Nhiễu chia mode (MPN- mode Partition Noise)
Nhiễu chia mode MPN gây ra bởi xung đột mode trong sợi Laser FP ( Fabry –
Perot) đa mode. Kết quả, dù cho công suất tổng không đổi, phân bố công suất cho
các mode khác nhau là ngẫu nhiên. Vì các mode khác nhau có trễ truyền dẫn khác

nhau trong sợi quang nên phân bố công suất ngẫu nhiên dẫn đến biến đổi công suất
ngẫu nhiên tại đầu thu. Sự dao động công suất do tranh chấp mode được gọi là
MPN. Vì tranh chấp cơng suất giữa tất cả các mode dài chưa được hiểu biết đầy đủ,
nên khơng thể mơ tả chính xác PDF. Tuy nhiên, giống như RIN, rõ ràng rằng, công
suất nhiễu của MPN là tỷ lệ với cơng suất tín hiệu. Kết quả là, nếu MPN trội hơn,
có thể đạt tới đáy nhiễu.
Giả thiết, diode Laser đã cho có N mode dài và mỗi mode có cơng suất tương
ứng là ai, i=1,…,N. Theo định nghĩa, tổng của ai thỏa mãn:[27]
N

∑a
i =1

i

(1.44)

=1

Vì mỗi ai tại mỗi thời điểm xác định là một biến ngẫu nhiên, cơng suất quan hệ
trung bình cho mode i là:

∫ a xPDF (a ,...., a

ai = E[ai] =

i

1

N

)da1 ...da N

Nếu bước sóng của mode i nhận được là fi(t), tín hiệu tổng hợp nhận được là:
r(t) =

∑a

f (t )

1 i

i

(1.45)


17

Nếu tín hiệu lấy mẫu tại thời điểm t0,phương sai của tín hiệu lấy mẫu là:[27]

[

]

σ 2 = E r (t 0 ) 2 − E [ r (t 0 ) ] 2 .

(1.46)

σ 2 = ∑ f i (t 0 ) f j (t 0 )(ai a j − ai a j )

(1.47)

Ta có:
i, j

Để đơn giản phương trình, Ogawa đã đưa ra hằng số kmpn, định nghĩa là:

∑ [ f (t ) − f (t )] (a a − a a
=
∑ [ f (t ) − f (t )] a a
2

2
k mpn

i

i, j

0

j

0

i

j

i

2

i, j

2
σ 2 = k mpn x

1
k

2
mpn

i

0

j

2
xσ 2 = k mpn

0

i

j

)

=

j

N
D

D 2
D
2
σ = k mpn
N
2

(1.48)

(1.49)

Vì ai là phân bố cơng suất trung bình, có thể đo bằng thực nghiệm, biểu diễn
cuối của σ2 là dạng phù hợp để tính σ2 tại kmpn đã cho.
Nếu MPN gây ra bởi suy hao thì MPN gây ra bởi sự phân chia mode ngẫu nhiên,
nó cũng có thể biểu thị bởi nhiều cơ chế khác nhau.
Giả thiết:
f i (t 0 ) =

{

0
A

if
if

1 ≤ i or m ≤ i ≤ N
n≤i≤m

Từ pt (1.49),
m
 m 

2
σ 2 = k mpn A 2  ∑ a i 1 − ∑ a i 
 i −n  i −n 

(1.50)

Phương trình này chỉ ra, cơng suất nhiễu tỷ lệ với cơng suất trung bình của mode
truyền qua, nhân với cơng suất trung bình của mode không được truyền qua. Quan
trọng hơn, σ2 tỷ lệ với A2, bình phương của cơng suất quang. Do đó, nếu MPN vượt
trội, SNR không thể được cải thiện bởi việc đơn giản là tăng cơng suất phát. Vì các
mode dài từ một diode Laser FP theo tần số, chúng có cùng phân tán sợi. Do đó,
MPN suy hao sợi thực tế không quan trọng.
1.1.3.8.Nhiễu nội tổng cộng ở đầu ra thiết bị (đầu thu quang)
Tổng ảnh hưởng của các loại nhiễu trên bộ thu quang. Nhiễu tổng tại đầu ra bộ
thu quang và tại đầu vào bộ khuếch đại là:[27]

18

Ntot (t) = nmpn(t) + nrin(t) + nth(t)

(1.51)

Với nmpn, nrin, napd và nth là nhiễu chia mode, nhiễu biên độ quan hệ, nhiễu APD
và nhiễu nhiệt. Nếu diode PIN được dùng thay cho APD, n apd(t) thay bởi nshot(t). Vì
thơng tin pha không trực tiếp thu được, nhiễu pha không xét đến trong ( 1.51).
Vì mỗi nhiễu đều có PDF khác nhau, PDF tổng của n tot(t) có thể khó sửa. Sử
dụng phép gần đúng Gaussian cho mỗi nguồn nhiễu có thể đơn giản hóa việc tính
tốn. Theo lý thuyết giới hạn trung tâm, đây là phép gần đúng hợp lý. Kết quả,
nhiễu tổng có nhiễu trung bình zezo và phương sai bằng tổng của các phương sai
của mỗi nguồn nhiễu. Tức là:
E[n2tot] = E[n2mpn] + E[n2rin] + E[n2apd] + E[n2th]

(1.52)

Từ các phương trình (1.51), (1.52) ta có:
E[n2tot] = KmpnI2ph + RIN I2phB + 2q(IphMapd + IdM2apd)Fapd + 2kTG

(1.53)

Với Iph = MapdℜPin in Kmpn là hằng số tỷ lệ với MPN. PSD tương ứng dưới phép gần
đúng nhiễu trắng là:[27]
Stot (ω)= KmpnI2 +

1
2
2

RIN I ph + q ( I ph M apd + I d M apd ) Fapd + 2kTG
2

(1.54)

với Kmpn là hằng số tỷ lệ phổ cho MPN.
Do nhiễu nổ chỉ dao động ( biến đổi) ngẫu nhiên ln xuất hiện cùng với tín hiệu
phía thu. Nhiễu nhiệt liên quan đến trở kháng tải của bộ tách sóng và nhiễu ( nhiệt
và nổ) được cho bởi các hệ số khuếch đại cũng là một thành phần của tạp âm. Để
giải quyết vấn đề nhiễu này, đơn giản là hãy ln cung cấp tín hiệu mạnh ở phía
thu. Điều này dễ dàng thực cho các kết nối điểm – điểm. Khi tín hiệu truyền trên
đường truyền dài hoặc bị chia ra thì mất mát xuất hiện làm giảm mức tín hiệu tới
mức phản xạ đến ảnh của nhiễu.
1.2.CÁC NGUỒN NHIỄU SINH RA DO CÁC TÁC NHÂN TỪ BÊN NGOÀI.
1.2.1.Nhiễu do đường dây điện lực gây cho hệ thống thông tin
Nhiễu do đường dây điện lực gây ra cho đường dây viễn thông thường được biết
đến ở các trường hợp cụ thể sau:


19

- Các đường dây điện lực khi vận hành bình thường sẽ tạo ra trường tĩnh điện và
trường điện từ. Các trường điện từ này sẽ tạo ra sức điện động và dòng điện cảm
ứng trên các đường dây viễn thơng đi gần, do đó nó làm ảnh hưởng đến hoạt động
của đường dây viễn thông.
- Tại các khu vực như các trạm biến áp hoặc cột điện của các đường dây cao áp
thường xảy ra hiện tượng tăng thế đất. Khi hệ thống điện lực có sự cố, sẽ xuất hiện
một dịng điện chảy vào đất thơng qua hệ thống tiếp đất của điện lực. Dòng điện này
sẽ làm tăng điện thế của hệ thống tiếp đất so với đất ở xa trong thời gian xảy ra sự
cố trên đường dây điện lực.

1.2.1.1. Ghép điện dung
Hiện tượng ghép điện dung xảy ra khi đường dây điện lực và đường dây viễn
thơng đi song song có chiều dài tương đối lớn so với khoảng cách giữa hai đường
dây, đường kính của dây.
Khi có hiện tượng này thì điện trường sinh ra do điện áp trên đường dây điện lực
có thể tạo ra điện áp trên đường dây viễn thông. Hiện tượng ghép điện dung được
biểu diễn một cách đơn giản như hình 1.3

Hình 1.3: Ghép điện dung giữa đường dây điện lực và đường dây viễn thông
Theo cơ chế ghép này, điện dung CPT xuất hiện giữa hai đường dây sẽ có trị số
thay đổi theo khoảng cách giữa hai mạch (điện lực - mạch 1 và viễn thông - mạch 2)
giá trị càng lớn nếu khoảng cách này ngắn và ngược lại. Mức điện áp xuất hiện trên
đường dây viễn thông phụ thuộc vào độ lớn của trị số điện dung này và phụ thuộc
vào trở kháng giữa đường dây viễn thông và đường dây điện lực (Z PT), trở kháng
giữa đường dây viễn thông và đất (Z0). Để hạn chế điện áp nhiễu do ghép điện


20

dung, phải giảm nhỏ giá trị điện dung C PT và tăng các giá trị trở kháng Z PT, Z0. Để
giảm giá trị điện dung CPT, có thể áp dụng các biện pháp che chắn cho cáp.
1.2.1.2.Ghép điện dẫn (ghép Galvanic)
Hiện tượng ghép điện dẫn xảy ra khi hai mạch có một nhánh chung và được biểu
diễn một cách đơn giản như hình 1.4. Ghép điện dẫn có thể chia làm 2 loại:
Tiếp xúc điện: Đây là trường hợp các thiết bị viễn thông tiếp xúc với các dây dẫn
điện lực. Hiện tượng này thường xảy ra khi cáp, đường dây viễn thông treo chung
cột điện lực và tại các vị trí hai đường dây giao chéo nhau.
Tăng thế đất: Đối với hệ thống điện khi có sự cố ngắn mạch xuống đất thì dịng
chạy trong đất có thể làm tăng thế đất, so với đất ở xa (đất chuẩn), tại các vị trí dịng
điện đi vào hoặc đi ra khỏi đất. Trong các trường hợp này, các bộ phận của hệ thống

viễn thông nằm gần hệ thống đất này có thể có điện thế cao, do đó mặc dù điện trở
của các thành phần viễn thông rất nhỏ vẫn xuất hiện sự chênh lệch điện thế.

Hình 1.4: Ghép điện dẫn
1.2.1.3.Ghép điện cảm
Hiện tượng ghép điện cảm xảy ra do hỗ cảm giữa hai mạch. Khi dòng điện chạy
trong mạch có tải kết cuối, sẽ tạo ra một từ trường xung quanh dây dẫn.
Độ lớn của từ trường thay đổi tỉ lệ thuận với dòng điện và tỉ lệ nghịch với
khoảng cách giữa hai mạch. Từ trường này sẽ làm xuất hiện điện áp nhiễu cảm ứng
trên các mạch lân cận, và điện áp này sẽ tạo ra dòng điện trong mạch bị ảnh hưởng.
Giá trị hỗ cảm phụ thuộc vào cấu hình của các dây dẫn, cũng như sự bố trí tương
đối giữa 2 đường dây trong khơng gian.


21

1.2.2.Nhiễu do sấm sét gây ra
Sét là một hiện tượng phóng điện với dịng và thế rất cao là hiện tượng thường
sẩy ra trong tự nhiên. Nguyên nhân làm xuất hiện sét là do sự hình thành các điện
tích khối lớn. Nguồn sét chính là các đám mây mưa dơng mang điện tích dương và
âm ở các phần trên và dưới của đám mây, chúng tạo ra xung quanh đám mây này
một điện trường có cường độ lớn.
Sự hình thành các điện tích khối với các cực tính khác nhau trong đám mây (hay
còn gọi là sự phân cực của đám mây) có liên quan đến sự ngưng tụ do làm lạnh hơi
nước của luồng khơng khí nóng đi lên, tạo ra các ion dương và âm và liên quan đến
cả sự phân chia các giọt nước mang điện trong đám mây dưới tác dụng mạnh của
luồng khơng khí nóng đi lên.
Trong q trình tích luỹ các điện tích có phân cực khác nhau, một điện trường có
cường độ ln được gia tăng hình thành xung quanh đám mây. Khi Gradient điện
thế ở một điểm bất kỳ của đám mây đạt giá trị tới hạn về tính chất cách điện của

khơng khí ở đó xảy ra sự đánh xun.
Dịng sét chảy trên các dây dẫn làm nóng các dây dẫn gây ra tác dụng nhiệt
năng, đặc biệt là ở những chỗ tiếp xúc kém. Nhiệt độ tăng cực đại của dây dẫn khi
có dịng sét chảy qua mà khơng phát năng lượng ra môi trường xung quanh được
xác định bằng công thức (1.55) : [10]
τ

∆T =

2
2,4.10 − 4 R 0 ∫ I S ( t )dt
0

(1.55)

χm 0

trong đó :
R0 - Điện trở trên một đơn vị độ dài của dây dẫn, Ω.m;
τ - Thời gian dòng sét chảy trên dây dẫn, s;
χ - Nhiệt dung của kim loại làm dây dẫn, Kcal / kg;
m0 - Trọng lượng trên một đơn vị độ dài của dây dẫn, kg / m.
2
Tích phân ∫ I S ( t )dt là tích phân sự tác động của dịng sét và có tính chất xác suất


22

CHƯƠNG 2
ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỄU ĐIỆN TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN

2.1.ĐẶC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN CHỊU TÁC ĐỘNG CỦA
NHIỄU BÊN TRONG VÀ BÊN NGOÀI.
2.1.1.Nột số khái niệm
a) Thiết bị điện tử: là những thiết bị sử dụng rất nhiều các linh kiện điện tử, từ
những linh kiện đơn giàn như điện trở, tụ điện, cuộn dây,.. đến các linh kiện không
thể thiếu được như điốt, tranzito.. và các linh kiện điện tử tổ hợp phức tạp. Chúng
được đấu nối với nhau theo các sơ đồ mạch đã được thiết kế tính tốn khoa học để
thực hiện chức năng của thiết bị thông thường như máy radiocassetts, tivi, máy tính,
đến các thiết bị thơng tin liên lạc như tổng đài, các trạm thu phát thông tin ...
b) Hệ thống điện tử: là một tập hợp các mạch điện tử đơn giản có các chức năng kỹ
thuật riêng thành một thiết bị điện tử có chức năng kỹ thuật nhất định hoặc một hệ
thống điện tử phức tạp có chức năng kỹ thuật riêng như máy thu hình, máy hiện
sóng, hệ thống phát thanh truyền hình, hệ thống tổng đài điện tử, trạm viba, hệ
thống thông tin quang…
c) Khái niệm về lỗi bit
Tỷ số lỗi bit BER: là số bit bị lỗi chia cho tổng số bit truyền.
- PDH: BER ≤ 10-6 chất lượng đường truyền bình thường, 10 -6 < BER < 10-3 chất
lượng đường truyền giảm sút, BER ≥ 10-3 chất lượng đường truyền rất xấu.
- SDH: BER ≤ 10-9 chất lượng đường truyền bình thường, BER = 10-6 chất lượng
đường truyền giảm sút, BER = 10-3 chất lượng đường truyền rất xấu.
Ở truyền dẫn số người ta thường đo chất lượng của tín hiệu thu được bằng tỷ số lối
bít (BER). Như vậy BER nói lên bao nhiêu bit trong tổng số bít thu được mắc lối.
Tỷ số này càng nhỏ càng tốt, tuy nhiên do đường truyền dẫn luôn luôn thay đổi nên
ta không thể làm giảm hồn tồn xuống khơng, nghĩa là phải cho phép một lượng
lỗi nhất định. Để có thể cải thiện BER người ta dùng các phương pháp mã hóa kênh,
thơng thường mã hóa kênh có thể phát hiện lỗi và chừng mực mào đó sửa được lỗi.


23

d) Hệ thống thông tin: với sự phát triển không ngừng của công nghiệp điện tử, đặc
biệt là sự phát triển nhanh tróng của cơng nghệ vi điện tử, thì nghành cơng nghệ
thơng tin đã có những bước tiến vượt bậc. Các hệ thống thông tin ngày nay rất đa
dạng và phong phú, như thông tin vô tuyến, thoại, truyền hình, thơng tin vệ tinh,
thơng tin di động,... Đối với các hệ thống thơng tin, ta có thể mơ tả bằng một mơ
hình chung nhất như hình 2.1.
Nguồn
tin

Máy phát

Kênh tin

Máy thu

Nhận tin

Hình 2.1: sơ đồ khối của hệ thống
Nguồn tin: là nơi tạp ra hoặc chứa các tin tức cần truyền đi từ nơi này đến nơi
khác. Các tin tức này có thể là tiếng nói, hình ảnh âm thanh…Những tin tức này
được truyền đi dưới những dạng năng lượng khác nhau như sóng điện từ, sóng ánh
sáng.
Máy phát: Được đặt tại một điểm nào đó, có nhiệm vụ biến đổi các tin tức được
tạo bởi nguồn tin thành dạng tín hiệu thích hợp với kênh truyền.
Kênh tin: Là mơi trường truyền tin tức. Kênh tin chính là nơi hình thành và
truyền tín hiệu mang tin, đồng thời ở đây sinh ra các nhiễu ảnh hưởng đến chất
lượng thông tin.
Máy thu: Thu tin ở đầu ra của kênh tin, là dạng bị biến đổi của tín hiệu phát đi di
tác động của nhiễu. Máy thu có nhiệm vụ cấu trúc tín hiệu này trở lại dạng ban đầu
của nó.

Nhận tin: là nơi nhận và khôi phục lại tin tức ban đầu từ tín hiệu lấy ở đầu ra của
kênh tin.
Như vậy có thể nói một cách tổng quát hệ thống thơng tin thực hiện nhiệm vụ
biến đổi và truyền tín hiệu mà ta mong muốn.
e) Một số ví dụ các hệ thống thông tin:
+ Hệ thống thông tin quang: Trong hệ thống thơng tin quang kênh tin ở đây chính là
sợi dẫn quang, thực hiện truyền ánh sáng mang tín hiệu thơng tin từ phía phát tới
phía thu.


24

Cấu trúc cơ bản của hệ một thống thông tin quang bao gồm các phần tử chủ yếu
sau: bộ phát quang, bộ thu quang, sợi quang và các thiết bị lặp.
iD(t)

Bộ
phát
quang

PT(t)

Pp(t)
Bộ lặp

Bộ thu
quang

ur(t)

Sợi quang

Hình 2.2: Hệ thống thơng tin quang
Trong đó:

ID (t): Tín hiệu vào (tín hiệu diện)
PP (t) : Công suất ánh sáng bức xạ của bộ phát quang
PT (t): Công suất án sáng truyền đến đầu vào bộ thu quang
ur (t): Tín hiệu ra bộ thu quang (tín hiệu điện).

+ Hệ thống thông tin vệ tinh: trong hệ thống thơng tin vệ tinh, tín hiệu ở tần số
siêu cao phát từ trạm mặt đất lên vệ tinh với cự ly khoảng 36000 – 42000 km, vệ
tinh thu tín hiệu qua xử lý rồi phát xuống trạm mặt đất thu.
f) nhiễu: là những tín hiệu ngẫu nhiên khơng mong muốn hoặc do sự giao thoa
của một số tín hiệu trên mạng, chúng tác động vào các thiết bị thông tin gây ảnh
hưởng đến chất lượng thông tin.
- Một số nhiễu công nghiệp là do các thiết bị công nghiệp sinh ra như các loại
máy móc dùng trong cơng nghiệp, các hệ thống máy móc trong q trình hoạt động
có đánh lửa như đường dây điện lực… Nhiễu công nghiệp này có thể tác động đến
hệ thống thiết bị thơng tin theo hai cách là: theo đường cáp nguồn dưới dạng dịng
cao tần và dưới dạng sóng điện từ thâm nhập vào các thiết bị thu, qua anten hoặc
các tụ ký sinh…
-Nhiễu vô tuyến chủ yếu là các đài phát sóng, các thiết bị có phát xạ sóng vơ
tuyến điện gây ra. Nhiễu này thâm nhập vào các thiết bị thơng tin dưới nhiều hình
thức và ở nhiều dạng khác nhau như nhiễu kênh lân cận, nhiễu cùng kênh, nhiễu do
sự xuyên điều chế giữa các sóng mạng tần số vơ tuyến điện. Khi ở gần các đài phát
sóng cơng suất lớn thì sóng vơ tuyến điện cảm ứng vào đường dây thông tin chủ yếu
là hệ thống dây trần, cáp treo làm suy giảm chất lượng truyền tin.

25

g) Pha đinh
- Pha đinh là sự biến đổi cường độ sóng vơ tuyến thu được do sự thay đổi điều
kiện môi trường truyền theo thời gian gây ra. Chất lượng của các hệ thống thông
tinphụ thuộc vào kênh truyền, nơi mà tìn hiệu được truyền đi từ máy phát đến máy
thu. Không giống như kênh truyền hữu tuyến là ổn định và có thể dự đốn được,
kênh truyền vơ tuyến là hồn tồn ngẫu nhiên và khơng hề dễ dàng trong việc phân
tích. Tín hiệu phát đi qua kênh truyền vơ tuyến bị cản bới các tịa nhà, núi cao, cây
cối.. bị phản xạ, tán xạ, nhiễu xạ,.. thì các hiện tượng này gọi chung là fading. Điều
này làm ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống thông tin.
- Ảnh hưởng nhiễu của một linh kiện nó phụ thuộc vào công nghệ chế tạo, vật
liệu, cấu trúc, các lớp..và người ta gọi là nhiễu nội. Nhiễu nội tổng cộng bên trong
của một hệ thống thể hiện ở lối ra của hệ thống. Các nguồn nhiễu nổi trội ở đầu ra
của thiết bị là nhiễu nhiệt và nhiễu lượng tử. Ảnh hưởng nhiễu của một hệ thống
hay một mạch điện … là nhiễu tổng hịa của các linh kiện trong đó ( hay cịn gọi là
nhiễu tổng) thơng thường thì nhiễu nhiệt nổi trội hơn. Nếu thiết kế hệ thống tối ưu
( thiết kế mạch, hệ thống, che chắn, vỏ , nguồn..) thì về bản chất nhiễu bên trong
của một thiết bị trong thời gian hoạt động là tối ưu nhất.
Hệ thống thơng tin chịu tác động của nhiễu bên ngồi như: Mơi trường sóng
điện từ, các mơtơ, máy phát điện, động cơ mô tô, điện lưới cao thế, các nhà máy
thủy điện, sấm chớp… gây ra. Các tác động sấu làm ảnh hưởng đến các thông số
chất lượng như: Các thiết bị hoạt động đã lâu năm là cho sai méo tín hiệu, điều kiện
mơi trường khơng đúng tiêu chuẩn, cung cấp nguồn không đảm bảo.
2.1.2.Hệ thống thông tin chịu ảnh hưởng của nhiễu bên trong.
2.1.2.1.Ảnh hưởng của tán sắc trong hệ thống thông tin quang tốc độ cao
Các hệ thống thông tin quang tốc độ cao hoạt động ở bước sóng 1555 nm sử
dụng khuếch đại EDFA thường có tốc độ bit cao và cự ly xa cho nên ở đầu thu cơng
suất tín hiệu quang thu được thường rất nhỏ và giá trị tán sắc lớn luôn xuất hiện
trong hệ thống. Vì vậy, ngồi tín hiệu truyền dẫn, méo dạng sóng và giao thoa giữa

các ký tự ISI do tán sắc vận tốc nhóm gây ra cũng ảnh hưởng đến hệ thống. Phương