baichinh5

Thiết Kế Tuyến Vi Ba Số
LỜI MỞ ĐẦU
Trong thời đại bùng nổ thông tin và phát triển xã hội như hiện nay thì việc giao
lưu mọi mặt giữa các quốc gia trên thế giới, các khu vực hay đơn giản chỉ là các vùng
trên cùng một lãnh thổ là rất cần thiết. Việc giao lưu đó có thể diễn trên nhiều
phương thức như: thông tin vệ tinh, thông tin quang, hay thông tin vi ba số……Song
truyền bằng sóng vô tuyến trên các đường vi ba giữ một vai trò quan trọng, và đựơc
sử dụng ở nhiều lĩnh vực khác nhau: phát thanh, truyền tin, an ninh, đồng bộ hay dự
phòng….
Ưu điểm nổi bật của hình thức thông tin sóng ngắn hay vi ba số đơn giản chất
lượng vẫn đảm bảo…Nhưng nhược điểm của hình thức này là thông tin không ổn
định và chịu nhiều ảnh hưởng của môi trường, đặc biệt là hiện tượng fading. Do vậy
mà việc thiết kế tuyến vi ba đòi hỏi phải cụ thể và chính xác.
Là một sinh viên, việc thiết kế một tuyến truyền vi ba số đã giúp cho em có thêm
các kỹ năng về tư duy và kỹ năng thực tế, từ đó giúp chúng em có thể củng cố và mở
rộng kiến thức chuyên ngành, đặc biệt là khả năng tính toán, phân tích và xử lý số
liệu phù hợp với thực tế.
Bài thiết kế được chia làm các phần chính sau:
- Tổng quan về hệ thống vi ba số
- Nêu lên các yêu cầu thiết kế và trình tự thực hiện thiết kế tuyến
- Nêu các tính toán thực tế.
- Xây dựng chương trình mô phỏng.
Bài thiết kế được thực hiển trong thời gian ngắn, và những hiểu biết còn hạn chế.
Do vậy không thể tránh khỏi những sai sót. Qua đây,em xin gửi lời cảm ơn chân
thành đến cô Nguyễn Thị Bích Hạnh đã hướng dẫn em hoàn thành đồ án này.
SVTH: Trần Thị Yến Phượng Trang 1
Thiết Kế Tuyến Vi Ba Số
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VI BA SỐ
1.1 GIỚI THIỆU CHUNG.
Cùng với sự phát triển như vũ bão của công nghệ viễn thông – tin học thế giới,
với kế hoạch tăng tốc phát triển của ngành Bưu Điện trong giai đoạn 1996 – 2010,

mạng lưới viễn thông Việt Nam ngày càng hiện đại hơn, đòi hỏi những người làm
chủ mạng lưới phải nắm chắc những kiến thức cơ bản về công nghệ viễn thông hiện
đại, trong đó có vi ba số.
Ở chương này sẽ giới thiệu những kiến thức cơ bản về lý thuyết truyền dẫn tín
hiệu số, các khái niệm và đặc điểm chung của hệ thống vi ba số, phân loại các hệ
thống vi ba số, ưu điểm và khuyết điểm của hệ thống vi ba số, các mạng Vi ba số
điểm-điểm và điểm-nhiều điểm, điều chế và giải điều chế… Đồng thời cũng cho thấy
các cơ sở về sóng vô tuyến – fading.
1.1.1 Vi ba số là gi?
 Vi ba số là hệ thống thông tin chuyển tiếp mặt đất sử dụng sóng điện từ ở
tần số GHz để truyền dẫn thông tin số.
 Lượng thông tin được truyền dẫn bởi hệ thống vi ba thường là khá lớn (ví
dụ : các luồng E1, E3.E4, STM1...)
 Vi ba số thuộc nhóm các hệ thống thông tin nhiều kênh.
1.1.2 Cấu trúc một tuyến vi ba số.
Hình 1.1 Tuyến vi ba đơn giản nhất bao gồm 2 trạm đầu cuối
SVTH: Trần Thị Yến Phượng Trang 2
Thiết Kế Tuyến Vi Ba Số
1.1.3 Vi ba 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 nhở 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 thỏa mãn nhu cầu của các thông
tin và đặc biệt là dịch vụ truyền số liệu. Ngoài ra, trong một số trường hợp vi ba dung
lượng thấp là giải pháp hấp dẫn để cung cấp trung kế cho các mạng nội hạt, mạng
thông tin di động.

Hình 1.2 Mô hình của hệ thống vi ba số điểm nối điểm tiêu biểu.
MUX/DEMUX : Thiết bị ghép kênh/ phân kênh
MOD/DEMOD : Thiết bị điều chế / giải điều chế

Tx/Rx : Máy phát / thu vô tuyến
1.1.4 Vi ba số điểm nối nhiều điểm.
Mạng vi ba số này ngày càng trở thành phổ biến, nó bao gồm một trạm trung tâm
phát thông tin trên một anten 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
SVTH: Trần Thị Yến Phượng Trang 3
RX/TX
T
đt

N
ha
äp
,d
1,
d2
,h
c

i

N

ha
äp
,d
1,
d2
,h
c

i


RX/TX
MUX/
DEMUX


MUX/
DEMUX
Thiết Kế Tuyến Vi Ba Số
cách 10Km. Trạm trung tâm phát tốc độ bit khoảng 8,2Mb/s và mỗi trạm sử dụng kỹ
thuật TDMA.

Hình 1.3 Mô hinh của hệ thống vi ba số điểm nối điểm tiêu biểu
1.2 ĐIỀU CHẾ SỐ.
- Để có thể truyền dẫn các thông tin số bằng sóng điện từ, cần phải tiến hành điều
chế số.
- Điều chế số là kỹ thuật gắn thông tin số vào dao động hình sine (sóng mang),
làm cho sóng mang có thể mang thông tin cần truyền đi.
- Ta cũng có thể hiểu: điều chế số là sử dụng thông tin số tác động lên các thông
số của sóng mang, làm cho các thông số của sóng mang biến thiên theo quy luật của

thông tin.
- Để có thể truyền dẫn các thông tin số bằng sóng điện từ, cần phải tiến hành điều
chế số.
 Sóng mang hình sine có dạng:
SVTH: Trần Thị Yến Phượng Trang 4
RX/TX
MUX/
DEMUX








MW
Sóng vi ba
Trung kế
Nội hạt
TX/RX
Trạm trung tâm
Trạm ngoại vi 3
Trạm ngoại vi 1
Trạm ngoại vi 2

RX/TX
MUX/
DEMUX
RX/TX

MUX/
DEMUX
Sóng vi ba
Sóng vi ba
Thiết Kế Tuyến Vi Ba Số
x(t) = A cos(2πf
c
t + þ)
- Có ba thông số của sóng mang có thể mang tin : là biên độ (A), tần số (fc) và
góc pha (þ).
- Do đó, ta có thể tác động lên một trong 3 thông số của sóng mang để có các
phương pháp điều chế tương ứng.
- Ngoài ra, ta cũng có thể tác động lên một lúc 2 thông số của sóng mang để có
phương pháp điều chế kết hợp.
1.2.1 Các phương pháp điều chế số
Có các phương pháp điều chế sau :
 Amplitude – shift keying (ASK) : điều chế khóa – dịch biên độ.
 Frequency – shift keying (FSK) : điều chế khóa – dịch tần số.
 Phase – shift keying (PSK) : điều chế khóa – dịch pha.
 Quadrature Amplitude Modulation (QAM) : điều chế biên độ cầu phương. đây
là phương pháp kết hợp giữa ASK và PSK
Hình 1.4 Các phương pháp điều chế số
a. Điều chế ASK ( 2 ASK)
- Mức thấp nhất là ASK hai mức (2 ASK)
- Bit 1 nhị phân được biểu diễn bằng một sóng mang có biên độ là hằng số.
- Bit 0 nhị phân: không xuất hiện sóng mang.
Dạng tín hiêu 2 - ASK
SVTH: Trần Thị Yến Phượng Trang 5
Thiết Kế Tuyến Vi Ba Số
Hình 1.5 Tín hiệu ASK hai mức

Ta có thể tạo ra được 4 ASK, 16 ASK… tuy nhiên các loại điều chế này có khả
năng chống nhiễu kém.
b. Điều chế FSK (FSK hai mức)
- Mức thấp nhất là FSK hai mức (2 FSK, PFSK)
- Cả hai bit nhị phân 0 và 1 được biểu diễn ở hai tần số sóng mang khác nhau:
c. Dạng tín hiệu 2 - FSK
Hình 1.6 Tín hiệu ASK hai mức
d. PSK
- PSK hai mức (BPSK)
- Sử dụng hai góc pha biểu diễn cho 2 bit nhị phân
 Tín hiệu PSK 2 mức
Hình 1.7 Tín hiệu FSK hai mức
SVTH: Trần Thị Yến Phượng Trang 6
Thiết Kế Tuyến Vi Ba Số
e. So sánh ba loại điều chế
Hình 1.8 So sánh ba loại điều chế
1.3 CẤU HÌNH CƠ BẢN CỦA THIẾT BỊ VÔ TUYẾN.
Thiết bị vô tuyến về cơ bản bao gồm một máy phát, một máy thu và một anten.
Bộ phận phát biến đổi tín hiệu thành các sóng vô tuyến. Bộ phận thu biến đổi các
sóng vô tuyến thành các tín hiệu điện ban đầu. Anten phát xạ (phát) hoặc hấp thụ
(thu) các sóng vô tuyến.
Hình 1.9 Cấu hình cơ bản của thiết bị vô tuyến
1.3.1 Anten và phi đơ
Anten có đặc tính cơ bản là khuyếch đại và tính định hướng. Tính định hướng
được định nghĩa như là một mối tương quan giữa cường độ và hướng của sóng vô
tuyến được anten phát ra hay thu được. Tính định hướng cao khi phạm vi hướng của
sóng vô tuyến phát đi và thu về hẹp. Độ tăng ích của anten là cường độ của sóng vô
tuyến tại điểm thu so với anten tham chiếu.
SVTH: Trần Thị Yến Phượng Trang 7
Máy phát

Máy thu
Máy phát
Máy thu
Tín hiệu
điện
Thiết Kế Tuyến Vi Ba Số
Các loại anten khác nhau được sử dụng phù hợp với mục đích khác nhau. Về cơ
bản, kích thước của anten sẽ bằng một nửa bước sóng. Ở tần số thấp, tức là bước
sóng dài, thường sử dụng anten lớn và đơn giản. Ở tần số cao, chấn tử của anten nhỏ
thường sử dụng có cấu hình phức tạp và các đặc tính nâng cao, tính định hướng cao.
Các anten phần lớn đều được lắp đặt xa máy phát hoặc máy thu một cách hiệu quả.
Nếu ở tần số thấp, thì chủ yếu sử dụng các dây cáp đồng trục làm các phiđơ. Nếu ở
tần số cao, như đối với tần số viba, thì các ống dẫn sóng được sử dụng vì sóng vô
tuyến bị suy hao rất lớn khi sử dụng cáp đồng trục.
Sóng viba mặt đất thường sử dụng anten Parabol phản xạ. Bề mặt anten là dạng
paraboloide, có tiêu cự chính là nguồn phát sóng, thường là anten loa. Lúc này, sóng
cầu từ anten loa sẽ biến thành sóng phẳng.
Các ống dẫn sóng là những kim loại rỗng giống như các ống dẫn nước, nhưng độ
rỗng và độ nhẵn mặt trong rất cao. Các ống dẫn sóng có nhiều loại như ống dẫn sóng
mềm, ống dẫn sóng vuông và ống dẫn sóng tròn.
1.3.2 Cấu hình máy phát
Hình 1.10 Cấu hình máy phát
- Máy phát: Tập hợp tất cả các linh kiện và mạch điện tử để chuyển đổi tin tức
thành tín hiệu phù hợp với môi trường truyền.
- Bộ điều chê: Gắn tin tức vào một sóng cao tần và truyền đi.
- Bộ đổi tần: Thực chất là bộ khuyếch đại cộng hưởng ( bộ nhân tần), nâng tần số
lên cao để có thể bức xạ ra không gian.
- Bộ khuyếch đại công suất cao tần: Khuyếch đại công suất.
SVTH: Trần Thị Yến Phượng Trang 8
Bộ điều chế Bộ đổi tần

Bộ tổng hợp
tần số
Bộ
khuyết
đại công
suất cao
tần
Sóng vô
tuyến
Tín hiệu
điện
Thiết Kế Tuyến Vi Ba Số
- Anten phát: Thiết bị dùng để chuyển đổi năng lượng dưới dòng điện thành sóng
điện từ bức xạ ra không gian. Chất lượng phát phụ thuộc vào hình dạng và kích thước
của anten.
- Bộ tổng hợp tần số: Bộ tạo ra nhiều tần số chuẩn từ các dao động thạch anh.
1.3.3 Cấu hình máy thu
Hình 1.11 Cấu hình máy thu
- Máy thu: Tập hợp các linh kiện và mạch điện tử để nhận tín hiệu từ môi trường
truyền, sau đó xử lý khôi phục lại tin tức ban đầu đã được phát đi.
- Anten thu: Biến đổi năng lượng sóng điện từ thành tín hiệu cao tần đưa vào bộ
khuyếch đại cao tần.
- Bộ khuyếch đại cao tần: thực chất là bộ khuyếch đại nhiễu thấp LNA nhằm cải
thiện tỉ số tín hiệu trên nhiễu S/N.
- Bộ đổi tần: Đưa tín hiệu cao tần về trung tần, lấy lại tín hiệu tin tức ban đầu.
- Bộ khuyếch đai công suất: Tăng công suất lên mức độ đủ lớn phù hợp với thiết
bị đầu cuối.
1.4 PHÂN LOẠI
Phụ thuộc vào tốc độ bít của tín hiệu PCM cần truyền, các thiết bị vô tuyến phải
được thiết kế, cấu tạo phù hợp để có khả năng truyền dẫn các tín hiệu đó. Có thể

phân loại như sau:
- Vi ba số băng hẹp (tốc độ thấp): được dùng để truyền các tín hiệu có tốc độ
2Mbit/s, 4 Mbit/s và 8 Mbit/s, tương ứng với dung lượng kênh thoại là 30 kênh, 60
kênh và 120 kênh. Tần số sóng vô tuyến (0,4 - 1,5)GHz.
SVTH: Trần Thị Yến Phượng Trang 9
Bộ khuyếch
đại cao tần
Bộ đổi tần
Bộ khuyếch
đại trung
tần
Bộ giải điều
chế
Bộ khuyếch
đại công
suất
Bộ tổng hợp
tần số
Tín hiệu
điện
Sóng vô
tuyến
Thiết Kế Tuyến Vi Ba Số
- Vi ba số băng trung bình (tốc độ trung bình): được dùng để truyền các tín hiệu
có tốc độ từ (8-34) Mbit/s, tương ứng với dung lượng kênh thoại là 120 đến 480
kênh. Tần số sóng vô tuyến (2 - 6)GHz.
- Vi ba số băng rộng (tốc độ cao): được dùng để truyền các tín hiệu có tốc độ từ
(34-140) Mbit/s, tương ứng với dung lượng kênh thoại là 480 đến 1920 kênh. Tần số
sóng vô tuyến 4, 6, 8, 12GHz.
1.5 CÁC CƠ SỞ VỀ SÓNG VÔ TUYẾN – FADING

1.5.1 Khái niệm 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.
Các sóng vô tuyến có thể lan truyền theo các phương thức khác nhau được biểu
diễn như sau:
1.5.2 Sự truyền lan sóng vô tuyến
a. Sự phân bố tầng khí quyển.
Hình 1.12 Các phương thức truyền sóng vô tuyến
Dưới tác động ánh sáng mặt trời không khí xung quanh bề mặt trái đất bị ion hóa
và tập trung thành những lớp ở độ cao khác nhau (mật độ cũng khác nhau)
- Tầng đối lưu: Lớp khí quyển từ mặt đất lên (độ cao dưới 15km): có nhiều gió,
mây và nhiệt độ giảm theo độ cao, mật độ ion vừa phải. Càng lên cao mật độ không
khí càng giảm, điều này có tác dụng tạo một vùng chiết suất gradient, làm thay đổi
phương truyền dẫn đến tác động uốn cong đường truyền sóng điện từ về hướng mặt
đất. Tầng này thích hợp cho sóng ngắn.
SVTH: Trần Thị Yến Phượng Trang 10
Sãng trêi
(tÇng ®iÖn ly)
Sãng bÒ mÆt
Sãng truyÒn
trùc tiÕp
Sãng ph¶n x¹ tõ
mÆt ®Êt
Sãng ph¶n x¹ tõ
tÇng ®èi l­u
Sãng ®Êt
Sãng kh«ng gian
Thiết Kế Tuyến Vi Ba Số
- Tầng bình lưu: Lớp khí quyển có độ cao từ 15 đến 40 km: Tầng này có mật độ
không khí thấp, chiết suất khí có tác dụng làm khúc xạ tia sóng, đổi phương truyền,

làm cho tia sóng phát từ mặt đất lên tầng bình lưu sẽ bị đổi phương truyền quay về
mặt đất. Do đó rất thích hợp cho truyền sóng cực ngắn.
- Tầng điện ly: Lớp khí quyển có độ cao từ 40km đến 500km: tầng này hấp thụ
nhiều tia tử ngoại có năng lượng lớn, tia này có tác dụng phân ly các phân tử khí trở
thành các ion tự do, vì vậy mà mật độ dày đặc. mật độ phân tử khí thấp, mật độ thay
đổi theo mùa, thời tiết và các tác động ngoài không gian. Khi tia sóng phát lên tầng
điện ly thì cũng bị phản xạ bẻ cong và quay trở lại mặt đất, rất thích hợp cho truyền
sóng ngắn. Sóng vô tuyến tầm trung và thấp hơn thì bị hấp thụ ở tầng này. Sóng cực
ngắn và các sóng vô tuyến ở tần số cao hơn thì xuyên qua tầng điện ly, do vậy không
thể dùng tầng điện ly để truyền lan chúng.
b. Các kiểu truyền lan sóng vô tuyến.
Từ anten phát đến anten thu, sóng vô tuyến có thể truyền theo các đường khác
nhau. Các đường truyền lan này thay đổi theo tần số sử dụng, khoảng cách truyền
lan…
- Sóng bề mặt: Sóng truyền lan dọc theo bề mặt trái đất
- Sóng không gian: sóng lan truyền trong không gian tự do theo các kiểu truyền
lan chính sau:
- Sóng trực tiếp: Là sóng vô tuyến được truyền trực tiếp từ anten phát tới 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 mặt đất: sóng này đến anten thu sau khi đã phản xạ một vài lần từ
mặt đất hoặc các vật thể xung quanh. Sóng phản xạ tới anten thu có biên độ và pha
khác với biên độ và pha của sóng trực tiếp. Do đó 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 so với sóng trực tiếp một góc 180
0
và kết quả là làm suy giảm tín hiệu sóng trực tiếp.
- Sóng truyền làn trong tầng đối lưu: do thay đổi chỉ số khúc xạ của không khí
theo độ cao, nên sóng có thể bị phản xạ, tùy theo góc sóng tới có thể xảy ra phản xạ
toàn phần từ tầng đối lưu. Và vì vậy mà sóng được gửi lại mặt đất. một số tia đến

anten thu có thể làm suy giảm sóng trực tiếp do có sự thay đổi pha và biên độ gây ra.
Sóng truyền theo tầng đối lưu có thể làn rộng đến 15km.
SVTH: Trần Thị Yến Phượng Trang 11
Thiết Kế Tuyến Vi Ba Số
- Sóng truyền lan trong tầng điện ly: là các sóng phản xạ trên tầng điện ly để tới
anten thu.
- Các sóng trực tiếp được sử dụng chủ yếu cho thông tin cố định (các đường
chuyển tiếp cuộc gọi đường dài, các đường chuyển tiếp truyền hình…). Trong thông
tin di động, do có một số vùng không thuộc tầm nhìn thẳng vì các vật cản như các tòa
nhà, các mô đất, đồi…, ngoài sóng trực tiếp, phải bổ sung thêm sóng phản xạ và sóng
tán xạ.

Hình 1.13 Các phương thức truyền sóng vô tuyến.
1.5.3 Các nhân tố ảnh hưởng đến sự truyền lan sóng
Thông tin vi ba truyền sóng qua không gian nên chịu nhiều ảnh hưởng của môi
trường truyền sóng. Các ảnh hưởng bào gồm:
a.Suy hao khi truyền lan trong không gian tự do.
Khoảng không mà trong đó các sóng vô tuyến truyền lan không bị cản trở được
gọi là không gian tự do. Mức suy hao của sóng vô tuyến được phát đi từ anten trong
không gian tự do tỷ lệ với bình phương khoảng cách. Mức suy hao này được gọi là
suy hao khí quyển lan trong trong không gian tự do. Nó tỷ lệ nghich với độ dài bước
sóng.
(1.1)
- Pr = Công suất tín hiệu tại Anten thu
- λ = Bước sóng của sóng điện từ
- P
t
= Công suất tín hiệu tại Anten phát
SVTH: Trần Thị Yến Phượng Trang 12
Sóng bề mặt

Sóng trời
(tầng điện ly)
Sóng phản xạ
từ mặt đất
Sóng trực tiếp
Tầng đối lưu
Trái đất
( ) ( )
2
2
2
2
44
c
fdd
P
P
r
t
π
λ
π
==
Thiết Kế Tuyến Vi Ba Số
- d = Khoảng cách giữa 2 anten
- c = Vận tốc ánh sáng (≈ 3 x 10
8
m/s)
Trong đó d và λ được đo cùng đơn vị (ví dụ: met)
 Suy hao trong không gian tự do

(1.2)
• Nếu khoảng cách tính theo Km, tần số tính theo GHz thì suy hao trong không
gian tự do tính theo dB là:
(1.3)
b. Suy hao do ảnh hưởng của Fading.
Trong thông tin vô tuyến, khi sóng vô tuyến truyền lan trong khí quyển và không
gian, nó chịu tác động của khí quyển hoặc tầng điện ly. Hiện tượng cường độ điện
trường tại điểm thu thay đổi theo thời gian do một số nguyên nhân trong không gian
truyền lan của sóng vô tuyến được gọi là fading.
• Sự hấp thụ của khí quyển:
- Trong khí quyển có các thành phần:N
2 ,
O
2,
CO
2
và H
2
O
- Các thành phần N
2 ,
O
2,
CO
2
có mức độ hấp thụ năng lượng điện từ không đáng
kể.
- Mức độ hấp thụ của nước tùy thuộc vào điều kiện cụ thể và tăng dần khi lượng
nước trong không khí tăng lên. Đặc biệt, khi trời mưa rất to, sự hấp thụ có thể gây
gián đoạn thông tin.

• Sự khúc xạ:
- Không khí càng lên cao càng loãng (chiết suất giảm), nên sóng điện từ có xu
hướng bẻ cong về mặt đất.
- Điều này làm cho đường truyền thực xa hơn tầm nhìn thẳng.
- Có thể gây ra hiện tượng Fading nhiều đường.
SVTH: Trần Thị Yến Phượng Trang 13






==
λ
π
d
P
P
L
r
t
dB
4
log20log10
( ) ( )
dB 98.21log20log20
++−=
d
λ
( ) ( )

dB 56.147log20log20
4
log20
−+=






=
df
c
fd
π
( ) ( )
dB log20log204,92 dfL
dB
++=
Thiết Kế Tuyến Vi Ba Số
Hình 1.14 Sự khúc xạ
• Hiệu ứng ống dẫn:
- Hiệu ứng ống dẫn xuất hiện khi sóng điện từ rơi vào vùng không khí đặc nằm
giữa hai vùng không khí loãng.
- Lúc này xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần và sóng điện từ không tới được
anten thu
Hình 1.15 Hiệu ứng ống dẫn
c. Suy hao do mưa
Sóng điện từ bị suy hao do mưa, đặc biệt là những sóng có bước sóng nhỏ (λ
<10cm) Mức độ suy hao sóng phụ thuộc vào cường độ mưa và tần số của sóng. Ví dụ

ở tần số 2GHz: nếu mưa to thì suy hao vào cỡ (0,22 – 0,4 dB/Km), nếu mưa rất to thì
suy hao vào cỡ 1,2 dB/Km.
SVTH: Trần Thị Yến Phượng Trang 14
Thiết Kế Tuyến Vi Ba Số
Suy hao dB/km
6GHz 10GHz 20GHz 40GHz
Mưa vừa 0,25mm/h
Mưa lớn 5mm/h
Bão 50mm/h
Bão lớn 150mm/h
≈ 0
0,012
0,22
1,2
≈ 0
0,08
1,2
5,5
0,013
0,45
5,5
18
0,07
1,5
13
27
Bảng 1.16 Kết quả thực nghiệm suy hao do hơi nước-khí hậu theo tần số sóng vô
tuyến của Alcatel
d. Ảnh hưởng của địa hình
• Sự phản xạ mặt đất

Hình 1.17 Sự phản xạ của mặt đất
- Một phần năng lượng điện từ đến mặt đất, phản xạ trở lại không gian và có thể
tới được anten thu.
- Điều này có thể gây ra hiện tượng Fading nhiều đường.
• Các miền Fresnel
 Miền Fresnel sạch
- Miền Fresnel sạch là khu vực tối thiểu không có vật chắn để sóng điện từ có thể
truyền qua.
- Hiện tượng phản xạ hoặc suy hao vật chắn sẽ xảy ra nếu miền Fresnel không
sạch.
SVTH: Trần Thị Yến Phượng Trang 15
Thiết Kế Tuyến Vi Ba Số
Hình 1.18 Miền Fresnel sạch
- Khi vật chắn nằm ngoài miền Fesnel ( miền Fresnel sạch), năng lượng phản
xạ về anten thu là bé so với năng lượng trực tiếp. Hiện tượng Fading là không đáng
kể.
 Miền Fresnel không sạch
Hình 1.19 Miền Fresnel không sạch
- Khi vật chắn nằm ngay đường biên miền Fresnel (miền Fresnel không sạch),
năng lượng phản xạ về anten thu là lớn và ngược pha so với năng lượng trực tiếp.
- Hiện tượng Fading nhiều đường xảy ra.
1.6 HIỆN TƯỢNG FADING TRONG BI BA SỐ.
Fading là hiện tượng biến thiên năng lượng điện từ tại anten thu do môi trường
truyền sóng gây ra.
- Fading 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).
- Fading lựa chọn tần số: làm thay đổi tín hiệu sóng mang với mức thay đổi phụ
thuộc vào tần số, fading này ảnh hưởng lớn đến tuyến vi ba số dung lượng cao.
Hai loại fading 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

fading nhiều tia.
SVTH: Trần Thị Yến Phượng Trang 16
Thiết Kế Tuyến Vi Ba Số
1.6.1 Các kỹ thuật giảm ảnh hưởng của fading nhiều tia
Các kỹ thuật được sử dụng để giảm các ảnh hưởng của fading phẳng và fading
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 khử 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.
a. Phân tập theo không gian.
Hình 1.20 Phân tập không gian
- Sử dụng 1 anten phát, một máy phát và 2 anten thu, hai máy thu.
- 2 anten thu đặt cách nhau một khoảng đủ lớn về độ cao.
- Nếu hiện tượng fading lựa chon tần số xảy ra tại 1 anten thì không xảy ra tại
anten còn lại.
SVTH: Trần Thị Yến Phượng Trang 17
Thiết Kế Tuyến Vi Ba Số
b. Phân tập tần số.
Hình 1.21 Phân tập tần số
- Sử dụng 1 anten phát, 2 máy phát ở 2 tần số khác nhau và 1 anten thu, hai máy
thu ở hai tần số đó.
- 2 tần số cách nhau một khoảng đủ lớn.
- Nếu hiện tượng fading lựa chọn tần số xảy ra tại 1 tần số thi không xảy ra tại tần
số còn lại.
- Do đó ta có được it nhất một tín hiệu không fading.
1.7 MỘT SỐ ƯU, KHUYẾT ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG VI BA SỐ
1.7.1 Ưu điểm

- Nhờ các phương thức mã hoá và ghép kênh theo thời gian dùng các vi mạch tích
hợp cỡ lớn nên thông tin xuất phát từ các nguồn khác nhau như điện thoại, máy tính,
facsimile, telex,video... được tổng hợp thành luồng bit số liệu tốc độ cao để truyền
trên cùng một sóng mang vô tuyến.
- Nhờ sử dụng các bộ lặp tái sinh luồng số liệu nên tránh được nhiễu tích luỹ
trong hệ thống số. Việc tái sinh này có thể được tiến hành ở tốc độ bit cao nhất của
băng tần gốc mà không cần đưa xuống tốc độ bit ban đầu.
- Nhờ có tính chống nhiễu tốt, các hệ thống vi ba số có thể hoạt động tốt với tỉ số
sóng mang / nhiễu (C/N)>15dB. Trong khi đó hệ thống vi ba tương tự yêu cầu (C/N)
lớn hơn nhiều (>30dB, theo khuyến nghị của CCIR). Điều này cho phép sử dụng lại
tần số đó bằng phương pháp phân cực trực giao, tăng phổ hiệu dụng và dung lượng
kênh.
SVTH: Trần Thị Yến Phượng Trang 18
Thiết Kế Tuyến Vi Ba Số
- Cùng một dung lượng truyền dẫn, công suất phát cần thiết nhỏ hơn so với hệ
thống tương tự làm giảm chi phí thiết bị, tăng độ tin cậy, tiết kiệm nguồn. Ngoài ra,
công suất phát nhỏ ít gây nhiễu cho các hệ thống khác.
1.7.2 Khuyết điểm.
- Khi áp dụng hệ thống truyền dẫn số, phổ tần tín hiệu thoại rộng hơn so với hệ
thống tương tự.
- Khi các thông số đường truyền dẫn như trị số BER, S/N thay đổi không đạt giá
trị cho phép thì thông tin sẽ gián đoạn, khác với hệ thống tương tự thông tin vẫn tồn
tại tuy chất lượng kém
- Hệ thống này dễ bị ảnh hưởng của méo phi tuyến do các đặc tính bão hoà, do
các linh kiện bán dẫn gây nên, đặc tính này không xảy ra cho hệ thống tương tự FM
Các vấn đề trên đã được khắc phục nhờ áp dụng các tiến bộ kỹ thuật mới như
điều chế số nhiều mức, dùng thiết bị dự phòng (1+n) và sử dụng các mạch bảo vệ.
SVTH: Trần Thị Yến Phượng Trang 19
Thiết Kế Tuyến Vi Ba Số
CHƯƠNG II: THIẾT KẾ TUYẾN VI BA SỐ

LÝ THUYẾT THIẾT KẾ TUYẾN
DẪN NHẬP
Sau khi trình bày các kỹ thuật cơ bản sử dụng trong Viba số. Để tạo tiền đề cho
việc thiết kế tuyến ta bắt tay vào phần lý thuyết thiết kế tuyến Viba số điểm nối điểm
tổng quát. Nói chung công việc thiết kế trong một hệ thống vi ba điểm nối điểm trực
xạ sẽ bao gồm các bước sau đây:
Bước 1: Nghiên cứu dung lượng đòi hỏi.
Bước 2: Chọn băng tần vô tuyến, thiết bị để sử dụng, sắp xếp các kênh RF.
Bước 3: Tìm trạm trên bản đồ, khảo sát vị trí đặt trạm.
Bước 4: Dựng mặt cắt đường truyền và tính các thông số liên quan.
Bước 5: Xác định độ cao của anten
Bước 6: Tính toán đường truyền.
Bước 7: Các tiêu chuẩn kỹ thuật.
Bước 8: Đánh giá chất lượng tuyến.
Trên đây là 8 bước cơ bản để thiết kế một hệ thống Viba điểm nối điểm. 8 bước
này mô tả đầy đủ các công việc cần thiết cho việc thiết kế một tuyến Viba. Ở các
bước sau ta sẽ đi vào phần lý thuyết của việc thiết kế tuyến.
2.1 NGHIÊN CỨU DUNG LƯỢNG ĐÒI HỎI
Trong việc thiết kế một hệ thống liên lạc điểm nối điểm việc tìm hiểu kĩ về dung
lượng cần thiết là rất quan trọng. Nó là nền tảng cho các quyết định quan trọng ở
phần sau:
• Phải chú ý đến dung lượng phát sẽ triển trong vòng 10 hoặc 15 năm tới cũng
như dung lượng cần thiết ở hiện tại. Việc dự đoán này dựa vào các điểm sau:
− Dựa vào đặc điểm phát triển dân số.
− Đặc điểm vùng (thành phố nông thôn, vùng nông nghiệp…)
− Tỷ lệ phát triển của các hoạt động kinh tế.
− Tốc độ cải thiện điều kiện sống trong tương lai.
• Hệ thống phải được thiết kế để cho phép có thể nới rộng thêm trong tương lai.
SVTH: Trần Thị Yến Phượng Trang 20
Thiết Kế Tuyến Vi Ba Số

Tuy nhiên, ở các nước đang phát triển (như ở thực trạng nước ta) thường khó dự đoán
chính xác dung lượng cần thiết trong khoảng thời gian dài. Do đó không nên lắp đặc
các hệ thống có dung lượng quá lớn cho các yêu cầu cho tương lai. Sẽ kinh tế hơn khi
chọn các thiết bị có dung lượng nhỏ ở giai đoạn đầu tiên và nếu dung lượng này
không đáp ứng được sau khi sử dụng vài năm, hệ thống có thể thay thế bởi một hệ
thống khác có dung lượng lớn hơn còn hệ thống cũ được dùng ở tuyến cần dung
lượng nhỏ hơn. Nên đôi khi xây dựng một hệ thống vừa phải và dể dàng thay thế khi
có kỹ thuật mới trong tương lai thì kinh tế hơn.
2.2 CHỌN BĂNG TẦN SỐ VÔ TUYẾN SỬ DỤNG, SỰ SẮP XẾP CÁC
KÊNH RF
2.2.1 Chọn băng tần số vô tuyến sử dụng.
Đối với các ứng dụng của kỹ thuật Viba, băng tần hoạt động của nó nằm trong
khoảng từ 1GHz đến 15GHz. Trong đó các tần số vô tuyến được cấp phát cho các
dịch vụ xác định được qui định bởi các luật vô tuyến. Chúng ta quan tâm đến dải tần
từ 800MHz - 6425MHz và 7900MHz - 8100MHz. Luật vô tuyến mô tả luật cấm đoán
của hệ thống trạm mặt đất sử dụng các băng tần số này, vì chúng chia băng tần với
dịch vụ liên lạc vệ tinh. Trong trường hợp này công suất bức xạ hiệu dụng của máy
phát và anten trong hệ thống L/S không vượt quá 55 dBw hoặc công suất đưa đến
anten không được vượt quá 13dBw.
Các yếu tố quan trọng khác trong việc gán định tần số bao gồm dung sai tần số và
băng thông phát xạ. Luật vô tuyến không có tiêu chuẩn bắt buộc về băng thông. Tuy
nhiên dung sai tần số của máy phát hoạt động trong vùng sóng Viba nên là 300*10
-6
cho máy phát có công suất dưới 100W và 100*10
-6
cho máy phát có công suất trên
100W.
Hiện nay tần số vô tuyến sử dụng trong hệ thống liên lạc Viba thay đổi từ 1GHz -
15 GHz. Các giá trị tương đối của tần số RF phụ thuộc vào nhiều yếu tố.
Ở các tần số thấp thì kích thước thiết bị lớn công suất máy dễ dàng thực hiện, độ

lợi anten lớn, tổn hao phải nhỏ, tổn thất không gian và dây dẫn tần khác chủ yếu sử
dụng cho các đường trung kế ngắn hoặc đường trung kế phụ. Dung lượng cũng đóng
vai trò quan trọng trong việc chọn băng tần hoạt động cho hệ thống, bảng sau cho ta
các tham khảo về băng tần chọn và dung lượng.
SVTH: Trần Thị Yến Phượng Trang 21
Thiết Kế Tuyến Vi Ba Số
Băng tần
( MHz)
Băng thông
cho phép MHZ)
Dung lượng cực tiểu của các
kênh thoại đã được mã hóa
1495 - 1535
2110 - 2130
2160 - 2180
3700 - 4200
5925 - 6425
10700 - 11700
2
3,5
3,5
20
30
40
30
96
96
1152
1152
1152

BẢNG 2-1 : Các băng tần số cấp phát của FCC cho các hệ thống Viba số
2.2.2 Sự sắp xếp các kênh RF.
Sự sắp xếp các kênh RF là một phần rất quan trọng trong việc thiết kế hệ thống.
Nó đặc biệt quan trọng cho các hệ thống vô tuyến chuyển tiếp. Vì mức khác biệt về
tín hiệu vô tuyến giữa ngõ vào và ngõ ra của một trạm lặp thay đổi từ 60 - 80 dB thì
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 hai
tần số hoặc kế hoạch bốn tần số.
Kế hoạch bốn tần số được sử dụng rộng rãi vì lí do kinh tế. Nó cần hai tần số cho
một mạch RF. Thường thì bốn anten sử dụng cho một trạm lắp đặt ngay cả với kế
hoạch hai tần số cũng với các anten này có thể sử dụng cho hai hoặc nhiều hơn các
kênh RF song công cùng trên một đường trên.
Kế hoạch bốn tần số đòi hỏi tỷ lệ trước sau (front to back) của mẫu bức xạ anten
bởi mỗi anten hoạt động ở mỗi tần số khác nhau.
• Sự sắp xếp các kênh RF.
Bảng sau liệt kê sự giới thiệu của CCIR sự sắp xếp các kênh RF cho hệ vô tuyến
chuyển tiếp cho mạch quốc tế:
CCIR Rec Số kênh thoại tối Tần số trung tâm Độ rộng băng RF
SVTH: Trần Thị Yến Phượng Trang 22
Thiết Kế Tuyến Vi Ba Số
đa của một kênh
RF
(MHz) (MHz)
238 - 1
385
279 - 1, 382 - 1
383 - 1
384 - 1
386 - 1
387

60/120
60/120/300
300/1800
1800
960/2700
300/960
960
1808,2000,2203
7575
1903,2101,4003
6475
6770
8350
1120
200
300
400
500
680
300
1000
Bảng 2 - 2 Các đề nghị của CCIR về sự sắp xếp các kênh của RF
2.3 TÌM TRẠM TRÊN BẢN ĐỒ VÀ KHẢO SÁT VỊ TRÍ ĐẶT TRẠM
Trong mục này ta sẽ khảo sát bài toán thiết kế một tuyến đơn chỉ có hai trạm
truyền dẫn. Trước tiên, cần tiến hành một số công việc như sau:
2.3.1 Xác định tuyến trên bản đồ. (Cần tìm bản đồ địa hình của khu vực)
Việc tìm vị trí đặt trạm sao cho phù hợp về mặt kỹ thuật và tiện lợi trong việc xây
dựng trung tâm giao dịch BCVT.
• Để xác định vị trí đặt trạm ta cần có:
- Bản đồ tự nhiên cho biết độ cao so với mặt nước biển của vùng có tuyến đi qua.

- Sự phân bố dân cư của vùng đang khảo sát.
Trong bước tìm trạm này ta giả thiết : Tuyến ta thiết kế có hai trạm đầu cuối và n
trạm lặp, không có trạm xen kẽ (trạm xen rẽ được xem như trạm lặp).
• Xác định vị trí đặt trạm đầu cuối
- Căn cứ vào phân bố dân cư để xác định trên bản đồ địa hình vị trí các trạm đầu
cuối, xen rẽ.
- Xác định những đồi núi, mô đất, tòa nhà cao tầng trong khu vực tuyến.
- Chọn trong các vị trí vừa xác định ở trên, một vị trí thích hợp để đặt tháp Anten.
• Tìm trạm đầu cuối
SVTH: Trần Thị Yến Phượng Trang 23
Thiết Kế Tuyến Vi Ba Số
Vị trí vừa chọn phải đảm bảo hai tiêu chí sau:
- Có độ cao đáng kể (có thể không phải là cao nhất )
- Gần trung tâm giao dịch BCVT để thuận tiện cho việc kéo Feeder.
• Xác định vị trí đặt trạm lặp
Trạm lặp cần xác định để thoã mãn hai yêu cầu sau:
- Có tổng độ dài đường truyền từ trạm đầu cuối A qua trạm lặp và đến trạm đầu
cuối B là nhỏ nhất
- Có suy hao do ảnh hưởng của địa hình là nhỏ nhất.
• Việc xác định vị trí trạm lặp được tiến hành như sau:
- Vẽ đường thẳng nối hai trạm đầu cuối A và B.
- Tìm trên đường thẳng hoặc lân cận đường thẳng các vị trí có độ cao đáng kể có
thể đặt trạm.
• Tìm trạm lặp
Vị trí trạm lặp phải lưu ý:
- Tầm nhìn thẳng
- Nếu hai trạm đầu cuối khá gần nhau thì không cần trạm lặp.
2.3.2 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 hai. Sau đó vẽ một mặt cắt nghiêng của đường truyền. Hình dung mặt
cắt này như một con dao cắt rời quả đất dọc theo hướng của tia vô tuyến. Hình 2.3
thể hiện mặt cắt đường truyền giữa hai trạm A và B.
SVTH: Trần Thị Yến Phượng Trang 24
Thiết Kế Tuyến Vi Ba Số
Hình 2.3 mặt cắt đường truyền giữa hai trạm A và B.
Mặc dù mặt đất có độ cong nhưng để đơn giản trong tính toán người ta thường vẽ
mặt cắt nghiêng ứng với hệ số bán kính hiệu dụng của trái đất là k = 4/3.
Phương trình sau cho ta xác định chỗ lồi của mặt đất:
E=
1000
kr2
dd
.1
21
(2.1)
r
1
là bán kính quả đất 6370 [km]
E = (4/51)d
1
d
2
/ k [m] (2.2)
k là hệ số bán kính của quả đất
d
1

, d
2
[km]: lần lượt là khoảng cách từ trạm A và trạm B đến điểm đang xét độ lồi
của mặt đất.
h là độ lồi thực của mặt đất tại điểm đang xét.
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.
2.4 DỰNG MẶT CẮT ĐƯỜNG TRUYỀN VÀ TÍNH CÁC THÔNG SỐ LIÊN
QUAN
2.4.1 Dựng mặt cắt đường truyền cho từng tuyến.
 Vẽ mặt cắt đường truyền cho từng tuyến
SVTH: Trần Thị Yến Phượng Trang 25
d
Trạm A
Trạm B
θ
ha
1
ha
2
d
2
d
1
Độ lồi E