Thiết kế tuyến viba số từ TP vinh huyện diễn châu luận văn tốt nghiệp đại học

MỤC LỤC
Trang
Giả sử có 1 sóng mang hình sin như sau: ...............................................................28
Tuỳ theo tham số được sử dụng để mang tin: có thể là biên độ A, tần số fo, pha ϕ(t)
hay tổ hợp giữa chúng mà ta có các kiểu điều chế khác nhau:...............................28
2.2.2.1. Cơ sở toán học.............................................................................................29
Giả sử tín hiệu sóng mang được biểu diễn:.............................................................29
(2.2)

.................................29

Biểu thức tín hiệu băng gốc: s(t) là tín hiệu ở dạng nhị phân (0,1) hay là một dãy
NRZ (Non-Return Zero)..........................................................................................29
Khi đó, tín hiệu điều pha PSK có dạng:...................................................................29
(2.3)..........................................................................30
Từ biểu thức (2.2), với n = 4, ∆φ = π/2 thì ta có kiểu điều chế 4-PSK hay PSK cầu
phương (QPSK). Tín hiệu QPSK có dạng:..............................................................30
Tín hiệu băng gốc s(t) là xung lưỡng cực nhận 4 giá trị..........................................30
2.2.2.2. Quá trình điều chế.......................................................................................30
Sơ đồ điều chế QPSK sử dụng một trong 4 pha lệch nhau 90o..............................30
Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý điều chế tín hiệu QPSK................................................30
Tín hiệu băng gốc được đưa vào bộ biến đổi nối tiếp thành song song, đầu ra được
hai luồng số liệu có tốc độ bit giảm đi một nửa, đồng thời biến đổi tín hiệu đơn cực
thành tín hiệu ±1. Hai sóng mang đưa tới hai bộ trộn làm lệch pha nhau 90o. Tổng
hợp tín hiệu đầu ra 2 bộ trộn ta được tín hiệu 4-PSK. Tín hiệu ra ở 2 bộ trộn:......30
; .............................................................................................................................30
với a(t) = ±1, b(t) = ±1...............................................................30
Tín hiệu ra 4-PSK là: .....................................................30
(2.5)...............................................................30
Hình 2.3. Tín hiệu 4PSK..........................................................................................31
2.2.2.3. Quá trình giải điều chế................................................................................31

Giả sử tín hiệu thu được là: .....................................................................................31
.......................................................................................................................31

1


Với ϕ(t) = nπ/2; n = 0,1,2,3. Và a(t) = ±1, b(t) = ±1..............................................31
Hai tín hiệu chuẩn vào bộ trộn:................................................................................31
Sơ đồ giải điều chế QPSK được trình bày như Hình 2.5........................................31
Tín hiệu sau khi qua các bộ lọc:...............................................................................31
.........................................................................................................................31
2.2.3. Điều chế biên độ cầu phương QAM..............................................................32
Điều chế biên độ cầu phương QAM là phương pháp điều chế kết hợp giữa điều chế
biên độ ASK và điều chế pha PSK. Trong phương thức điều chế này, ta thực hiện
điều chế biên độ nhiều mức 2 sóng mang mà 2 sóng mang này được dịch pha 1 góc
90o. Tín hiệu tổng của 2 sóng mang này có dạng vừa điều biên vừa điều pha:.....32
Tín hiệu s(t) là tổng của 2 thành phần ss(t) và sc(t) và được biểu diễn như sau:. . .32
Nhờ có biên độ thay đổi mà các trạng thái pha của sóng mang đã cách xa nhau, do
vậy khả năng mắc lỗi sẽ giảm, đây cũng chính là ưu điểm của QAM [1]..............32
2.2.3.1.Quá trình điều chế........................................................................................32
Sơ đồ điều chế QAM được mô tả như Hình 2.6......................................................32
Bộ chuyển đổi SPC chuyển đổi tín hiệu điều chế vào thành m chuỗi tín hiệu nhị
phân. Bộ biến đổi 2/L có chức năng chuyển đổi chuỗi nhị phân thành chuỗi tín hiệu
có mức. Ta có mối quan hệ giữa m và L mức như sau: m =log2L.........................33
Ví dụ với L = 4 thì m = 2 và M = 16, ta có điều chế 16-QAM, và với L = 8 thì m =3
và M = 64, ta có điều chế 64-QAM........................................................................33
Hình 2.8. Biểu đồ không gian tín hiệu QAM nhiều trạng thái................................34
2.2.3.2. Quá trình giải điều chế................................................................................34
Sơ đồ giải điều chế QAM được cho như Hình 2.10................................................34
Tín hiệu M-QAM vào: ............................................................................................34

Tín hiệu chuẩn: và ..................................................................................................34
Sau khi loại bỏ thành phần hài bậc cao ở các bộ lọc thông thấp ta sẽ có:..............34
Biên độ của tín hiệu giải điều chế có L = mức, trong đó M là số trạng thái tín hiệu.
Tín hiệu L mức được biến đổi bởi bộ biến đổi ADC thành n/2 tín hiệu 2 mức, trong
đó L = 2n/2 và M = L2. Với 16-QAM thì n = 4, L = 4 và với 64-QAM thì n = 6, L =
8. Từ n tín hiệu này, bộ biến đổi PSC sẽ tạo nên tín hiệu giải điều chế..................35
Hình 2.10. Sơ đồ nguyên lý giải điều chế M-QAM................................................35
2


Trong hệ thống truyền dẫn thông tin vi ba thường sử dụng hai loại mã là HDB3 và
CMI, do vậy ở đây xem xét hai loại mã này............................................................36
Mã HDB3 (High Dennsity Binary with maximum of consecutive Zeros) là mã nhị
phân lưỡng cực mật độ cao không quá 3 bit 0 liên tiếp [9].....................................36
Quy tắc mã hoá: .......................................................................................................36
Mã này khá thông dụng và ITU-T khuyến nghị sử dụng ở tốc độ bit 2,048Mbps;
8,448Mbps; 34,368Mbps theo tiêu chuẩn châu Âu (khuyến nghị G-703) [1]. ......37
Hình 2.11. Dạng sóng HDB3...................................................................................37
2.3.2. Mã CMI..........................................................................................................37
Mã CMI (Code Mark Inversion) là mã đổi dấu, đây chính là loại NRZ 2 mức.. . .37
Quy tắc mã hoá: .......................................................................................................37
Mã CMI được ITU-T khuyến nghị sử dụng ở tốc độ bit 140Mbps theo tiêu chuẩn
châu Âu (khuyến nghị G-703). ...............................................................................37
..................................................................................................................................38
Hình 2.12. Mã CMI..................................................................................................38
3.3.8. Các chỉ tiêu kỹ thuật đánh giá chất lượng tuyến...........................................59
Ba chỉ tiêu chủ yếu để đánh giá chất lượng tuyến đó là [1]:...................................59
- Độ không sử dụng đường cho phép (đối với đường trục):..................................59
Pucf = 0,06L/600 % với L<600km

......................................................................59

Với L [km]................................................................................................................59
ví dụ: L=30km..........................................................................................................59
Pucf = 0,06L/600 % = 0,06.30/600 % = 0,003% ...................................................59
- Độ không sử dụng được của mạng nội hạt (giá trị cho phép) là 0,0325% (tại mỗi
đầu cuối)...................................................................................................................59
- Độ không sử dụng được (giá trị cho phép) của hành trình ngược là 0,0225%.....60
Mục đích các tính toán chỉ tiêu chất lượng là nhằm xác định xác suất vượt các chỉ
tiêu BER, bằng cách sử dụng các giá trị của các xác suất tìm ra trong các tính toán
đường truyền.............................................................................................................60
Các mục tiêu tỉ lệ lỗi bit BER được sử dụng sao cho BER không được lớn hơn các
giá trị sau:.................................................................................................................60

3


LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các hệ thống thông tin
khác như thông tin di động, cáp quang, thông tin vệ tinh…, thì thông tin vi ba
vẫn tiếp tục đóng vai trò là một trong những phương tiện truyền dẫn chủ yếu
hiện nay.Vì vậy, tôi đã chọn đề tài “Thiết kế tuyến vi ba số” làm đề tài tốt
nghiệp. Nội dung cuốn đồ án gồm có 3 chương như sau:
Chương 1. Trình bày tổng quan về hệ thống vi ba số
Chương 2. Trình bày các kỷ thuật điều chế trong vi ba số và thiết bị
Chương 3. Đi vào thiết kế tuyến vi ba số thực tế từ TP. Vinh đến xã
Diễn An_huyện Diễn Châu
Mặc dù tôi đã rất cố gắng nhưng do thời gian làm đồ án có hạn nên
cuốn đồ án này không thể tránh khỏi những sai sót nhất định, tôi rất mong
nhận được sự chỉ bảo và đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo trong khoa

Điện tử - Viễn thông và các bạn trong lớp 48k-đtvt.
Qua đây, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến ThS: Nguyễn Thị Kim Thu
đã tận tình giúp đỡ và hướng dẫn tôi hoàn thành đồ án này. Đồng thời tôi
cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô giáo trong khoa ĐTVT đã
truyền đạt cho tôi nhiều kiến thức trong thời gian gần 5 năm học tại trường
Đại học Vinh.
Nghệ an, ngày 06/01/2012
Sinh viên thực hiện

4


Nguyễn Công Thịnh

TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Các hệ thống truyền dẫn vi ba số mặt đất là các phần tử quan trọng
của hệ thống viễn thông.
Bên cạnh hệ thống sợi quang,hệ thống di động,hệ thống vệ tinh, vi ba
là một trong những phương tiện truyền dẫn chủ yếu hiện nay.
Đồ án này trình bày các khái niệm,lịch sử phát triển,đặc điểm,chỉ tiêu kỷ
thuật…của hệ thống vi ba.
Trình bày các phương thức điều chế trong vi ba số,giới thiệu một số
thiết bị vi ba số để làm nền tảng cho phần trọng tâm của cuốn đồ án là khảo
sát và thiết kế tuyến vi ba từ TP.Vinh đến xã Diễn An_huyện Diễn Châu.
Và đã cho kết quả hoạt động tốt.
Tóm tắt bằng tiếng anh:
The Microwave transmission systems of the ground are the important
elements of the telecommunications systems.
Besides the fiber rotation system, the mobile system and the satellite system,
the Microwave is one of the major means of transmission nowadays.

This project presents the concepts , historical development, characteristics and
specifications of the Microwave systems.
Presents the modulation methods in the Microwave, introduces some of the
microwave equipments to make the foundation for the focus of the project is

5


survey and design the routes from Vinh city to Dien An commune, Dien Chau
District and has good performance.

DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Kết quả thực nghiệm về suy hao do hơi nước – khí hậu theo tần số
sóng vô tuyến của Alcatel.
Bảng 2.1. Mã truyền dẫn dùng trong vi ba số
Bảng 2.2. Kí hiệu và phân chia băng tần theo CCIR
Bảng 2.3.Độ lợi của an ten theo hiệu suất và tần số (số liệu của hãng Alcatel)
Bảng 2.4. Góc phát xạ theo đường kính anten (số liệu của hãng Alcatel)

6


DANH SÁCH HÌNH VẼ
Trang
Giả sử có 1 sóng mang hình sin như sau: ...............................................................28
Tuỳ theo tham số được sử dụng để mang tin: có thể là biên độ A, tần số fo, pha ϕ(t)
hay tổ hợp giữa chúng mà ta có các kiểu điều chế khác nhau:...............................28
2.2.2.1. Cơ sở toán học.............................................................................................29
Giả sử tín hiệu sóng mang được biểu diễn:.............................................................29
(2.2)

.................................29

Biểu thức tín hiệu băng gốc: s(t) là tín hiệu ở dạng nhị phân (0,1) hay là một dãy
NRZ (Non-Return Zero)..........................................................................................29
Khi đó, tín hiệu điều pha PSK có dạng:...................................................................29
(2.3)..........................................................................30
Từ biểu thức (2.2), với n = 4, ∆φ = π/2 thì ta có kiểu điều chế 4-PSK hay PSK cầu
phương (QPSK). Tín hiệu QPSK có dạng:..............................................................30
Tín hiệu băng gốc s(t) là xung lưỡng cực nhận 4 giá trị..........................................30
2.2.2.2. Quá trình điều chế.......................................................................................30
Sơ đồ điều chế QPSK sử dụng một trong 4 pha lệch nhau 90o..............................30
Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý điều chế tín hiệu QPSK................................................30
Tín hiệu băng gốc được đưa vào bộ biến đổi nối tiếp thành song song, đầu ra được
hai luồng số liệu có tốc độ bit giảm đi một nửa, đồng thời biến đổi tín hiệu đơn cực
thành tín hiệu ±1. Hai sóng mang đưa tới hai bộ trộn làm lệch pha nhau 90o. Tổng
hợp tín hiệu đầu ra 2 bộ trộn ta được tín hiệu 4-PSK. Tín hiệu ra ở 2 bộ trộn:......30
; .............................................................................................................................30
với a(t) = ±1, b(t) = ±1...............................................................30

7


Tín hiệu ra 4-PSK là: .....................................................30
(2.5)...............................................................30
Hình 2.3. Tín hiệu 4PSK..........................................................................................31
2.2.2.3. Quá trình giải điều chế................................................................................31
Giả sử tín hiệu thu được là: .....................................................................................31
.......................................................................................................................31
Với ϕ(t) = nπ/2; n = 0,1,2,3. Và a(t) = ±1, b(t) = ±1..............................................31

Hai tín hiệu chuẩn vào bộ trộn:................................................................................31
Sơ đồ giải điều chế QPSK được trình bày như Hình 2.5........................................31
Tín hiệu sau khi qua các bộ lọc:...............................................................................31
.........................................................................................................................31
2.2.3. Điều chế biên độ cầu phương QAM..............................................................32
Điều chế biên độ cầu phương QAM là phương pháp điều chế kết hợp giữa điều chế
biên độ ASK và điều chế pha PSK. Trong phương thức điều chế này, ta thực hiện
điều chế biên độ nhiều mức 2 sóng mang mà 2 sóng mang này được dịch pha 1 góc
90o. Tín hiệu tổng của 2 sóng mang này có dạng vừa điều biên vừa điều pha:.....32
Tín hiệu s(t) là tổng của 2 thành phần ss(t) và sc(t) và được biểu diễn như sau:. . .32
Nhờ có biên độ thay đổi mà các trạng thái pha của sóng mang đã cách xa nhau, do
vậy khả năng mắc lỗi sẽ giảm, đây cũng chính là ưu điểm của QAM [1]..............32
2.2.3.1.Quá trình điều chế........................................................................................32
Sơ đồ điều chế QAM được mô tả như Hình 2.6......................................................32
Bộ chuyển đổi SPC chuyển đổi tín hiệu điều chế vào thành m chuỗi tín hiệu nhị
phân. Bộ biến đổi 2/L có chức năng chuyển đổi chuỗi nhị phân thành chuỗi tín hiệu
có mức. Ta có mối quan hệ giữa m và L mức như sau: m =log2L.........................33
Ví dụ với L = 4 thì m = 2 và M = 16, ta có điều chế 16-QAM, và với L = 8 thì m =3
và M = 64, ta có điều chế 64-QAM........................................................................33
Hình 2.8. Biểu đồ không gian tín hiệu QAM nhiều trạng thái................................34
2.2.3.2. Quá trình giải điều chế................................................................................34
Sơ đồ giải điều chế QAM được cho như Hình 2.10................................................34
Tín hiệu M-QAM vào: ............................................................................................34
Tín hiệu chuẩn: và ..................................................................................................34
8


Sau khi loại bỏ thành phần hài bậc cao ở các bộ lọc thông thấp ta sẽ có:..............34
Biên độ của tín hiệu giải điều chế có L = mức, trong đó M là số trạng thái tín hiệu.
Tín hiệu L mức được biến đổi bởi bộ biến đổi ADC thành n/2 tín hiệu 2 mức, trong

đó L = 2n/2 và M = L2. Với 16-QAM thì n = 4, L = 4 và với 64-QAM thì n = 6, L =
8. Từ n tín hiệu này, bộ biến đổi PSC sẽ tạo nên tín hiệu giải điều chế..................35
Hình 2.10. Sơ đồ nguyên lý giải điều chế M-QAM................................................35
Trong hệ thống truyền dẫn thông tin vi ba thường sử dụng hai loại mã là HDB3 và
CMI, do vậy ở đây xem xét hai loại mã này............................................................36
Mã HDB3 (High Dennsity Binary with maximum of consecutive Zeros) là mã nhị
phân lưỡng cực mật độ cao không quá 3 bit 0 liên tiếp [9].....................................36
Quy tắc mã hoá: .......................................................................................................36
Mã này khá thông dụng và ITU-T khuyến nghị sử dụng ở tốc độ bit 2,048Mbps;
8,448Mbps; 34,368Mbps theo tiêu chuẩn châu Âu (khuyến nghị G-703) [1]. ......37
Hình 2.11. Dạng sóng HDB3...................................................................................37
2.3.2. Mã CMI..........................................................................................................37
Mã CMI (Code Mark Inversion) là mã đổi dấu, đây chính là loại NRZ 2 mức.. . .37
Quy tắc mã hoá: .......................................................................................................37
Mã CMI được ITU-T khuyến nghị sử dụng ở tốc độ bit 140Mbps theo tiêu chuẩn
châu Âu (khuyến nghị G-703). ...............................................................................37
..................................................................................................................................38
Hình 2.12. Mã CMI..................................................................................................38
3.3.8. Các chỉ tiêu kỹ thuật đánh giá chất lượng tuyến...........................................59
Ba chỉ tiêu chủ yếu để đánh giá chất lượng tuyến đó là [1]:...................................59
- Độ không sử dụng đường cho phép (đối với đường trục):..................................59
Pucf = 0,06L/600 % với L<600km

......................................................................59

Với L [km]................................................................................................................59
ví dụ: L=30km..........................................................................................................59
Pucf = 0,06L/600 % = 0,06.30/600 % = 0,003% ...................................................59
- Độ không sử dụng được của mạng nội hạt (giá trị cho phép) là 0,0325% (tại mỗi
đầu cuối)...................................................................................................................59

- Độ không sử dụng được (giá trị cho phép) của hành trình ngược là 0,0225%.....60

9


Mục đích các tính toán chỉ tiêu chất lượng là nhằm xác định xác suất vượt các chỉ
tiêu BER, bằng cách sử dụng các giá trị của các xác suất tìm ra trong các tính toán
đường truyền.............................................................................................................60
Các mục tiêu tỉ lệ lỗi bit BER được sử dụng sao cho BER không được lớn hơn các
giá trị sau:.................................................................................................................60

10


DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT

ADC

Anlog to digital converter

Biến đổi tương tự sang số

ASK

Amplitude shift keying

Tỉ số lỗi bít

BER

Bit error rate

Tỉ số lỗi bít

FDM

Frequency division mutilplex

FSK

Frequency shift keying

Ghép kênh phân chia theo
tần sô
Khóa dịch tần số

NRZ

Nonreturn to zero

Không về 0

PSK

Phase shift keying

Khóa dịch pha

QAM

Quadrature amplitude modulation

Điều biên cầu phương

QPSK

Quadrature phase shift keying

Điều pha cầu phương

DAC

digital to analog converter

Biến đổi số sang tương tự

HDB3
CMI

High Dennsity Binary with
maximum of consecutive Zeros
Code Mark Inversion

ELF

Extremely Low Frequencies

Tấn số cực kì thấp

VLF

Very Low Frequencies

Tần số rất thấp

MF

Medium Frequencies

Tần số trung bình

HF

High Frequencies

Tần số cao

Mã nhị phân lưỡng
cực
Mã đổi dấu

11


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VI BA SỐ
1.1. Giới thiệu chương
Chương 1 tìm hiểu tổng quan về hệ thống vi ba số: lịch sử phát triển,
mô hình hệ thống. Các đặc điểm của truyền sóng vô tuyến dải sóng 4 GHz
đến 30 GHz. Các chỉ tiêu thiết kế hệ thống cũng được trình bày trong chương
này.

1.2. Khái niệm vi ba số
Vi ba có nghĩa là sóng điện từ có bước sóng cực ngắn. 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 vô tuyến [1]. Từ vi ba được sử dụng
chung cho các hệ thống vệ tinh, di động hay vô tuyến tiếp sức mặt đất, song ở
nước ta từ vi ba đã được sử dụng từ trước để chỉ các hệ thống vô tuyến tiếp
sức [2].
Thông tin vi ba là một trong những phương tiện truyền dẫn chủ yếu
hiện nay bên cạnh thông tin quang và thông tin vệ tinh. Đây là mạng thông tin
vô tuyến sử dụng sóng vô tuyến có tần số từ 1 GHz đến 30 GHz và khoảng
không gian làm môi trường truyền dẫn [1].
1.3. Tổng quan về hệ thống vi ba số
1.3.1. Quá trình phát triển
Thông tin sóng cực ngắn giữa hai điểm bắt đầu xuất hiện vào những
năm 30 của thế kỷ XX, tuy nhiên lúc bấy giờ do khó khăn về mặt kỹ thuật nên
chỉ làm việc ở dải sóng mét do vậy ưu điểm của thông tin siêu cao tần chưa
được phát huy.
Năm 1935 đường thông tin vô tuyến số đầu tiên được thành lập ở New
York và Philadenphia chuyển tiếp qua 6 địa điểm và truyền được 5 kênh
thoại. Sau chiến tranh thế giới thứ hai thì thông tin vô tuyến tần số phát triển

12


bùng nổ. Hệ thống viba số bắt đầu được hình thành vào những năm 50 và phát
triển mạnh mẽ cùng với sự phát triển của kỹ thuật viễn thông [2].
Tại Việt Nam, hệ thống thông tin vi ba đầu tiên được lắp đặt là RVG950 vào cuối tháng 6 năm 1969. Đầu năm 1988 hệ thống viba số AWA được
đưa vào nước ta. Đến năm 1990 thì hệ thống thiết bị vi ba số, vi ba nhiều
kênh đã thay thế hoàn toàn hệ thống RVG-950.
1.3.2. Mô hình hệ thống viba số

Sơ đồ tổng quát của một hệ thống truyền dẫn vi ba số được cho ở Hình
1.1.
FDM

Mã hóa,
giải mã
Thoại
tương tự

ADC

Bộ ghép
số

Máy phát

Nguồn số
Đường
truyền
FDM

Mã hóa,
giải mã
Thoại
tương tự

DAC

Bộ tách
số

Máy thu

Nguồn số

Hình 1.1. Mô hình hệ thống vi ba số [1].
Một hệ thống vi ba số bao gồm một loạt các khối xử lý tín hiệu. Chức
năng của các khối như sau:
 Khối ADC: biến đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số
 Bộ ghép số: tập hợp các tín hiệu số từ các nguồn khác nhau thành
tín hiệu băng tần gốc

13


 Máy phát: xử lý tín hiệu băng tần gốc để đưa tới anten phát để
bức xạ ra không gian
 Máy thu: thu tín hiệu băng gốc từ kênh thông tin trên đường
truyền vô tuyến
 Khối DAC: biến đổi tín hiệu số thành tín hiệu tương tự
 Bộ tách số: xử lý tín hiệu băng gốc và tách chúng thành các
nguồn số tương ứng.
1.3.3. Đặc điểm và ứng dụng của hệ thống vi ba số
- Hệ thống vi ba số hoạt động theo nguyên tắc tia nhìn thẳng
- Chịu tác động của các hiện tượng suy hao đường truyền, tổn hao
do mưa, các vật chắn…
- Với hệ thống dung lượng thấp thì chịu ảnh hưởng của pha đinh
phẳng, còn hệ thống dung lượng cao chịu ảnh hưởng của pha đinh chọn lọc
tần số.
- Hệ thống vi ba số có thể được sử dụng làm:

+ Các đường trung kế số nối giữa các tổng đài số
+ Các đường truyền dẫn nối tổng đài chính đến các tổng đài vệ
tinh + Các đường truyền dẫn nối các thuê bao với các tổng đài chính hoặc các
tổng đài vệ tinh
+ Các bộ tập trung thuê bao vô tuyến
+ Các đường truyền dẫn trong các hệ thống thông tin di động để
kết nối các máy di động với mạng viễn thông
Các hệ thống truyền dẫn vi ba số là các phần tử quan trọng của mạng viễn
thông, tầm quan trọng này ngày càng được khẳng định khi các công nghệ thông tin
vô tuyến mới như thông tin di động được đưa vào sử dụng rộng rãi trong mạng viễn
thông [1].

1.3.4. Phân loại hệ thống vi ba số
Dựa vào tín hiệu truyền dẫn mà hệ thống vi ba được chia làm hai loại là
hệ thống vi ba số và hệ thống vi ba tương tự.

14


Dựa vào tốc độ bít của tín hiệu PCM cần truyền, ta có thể phân loại hệ
thống vi ba số 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.
 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].
1.3.5. Các mạng vi ba số
Thường các mạng vi ba số được nối cùng với các trạm chuyển mạch
như là một bộ phận của mạng trung kế quốc gia hoặc trung kế riêng, hoặc là
nối các tuyến nhánh xuất phát từ trung tâm thu thập thông tin khác nhau đến
trạm chính (ứng dụng trong các trung tâm chuyển mạch hoặc tổ chức các
mạng Internet) [1].
1.3.5.1. Mạng 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 nhỏ
hơn như từ tỉnh đến các huyện hoặc các ngành kinh tế khác người ta thường
sử dụng cấu hình vi ba số điểm - điểm dung lượng trung bình hoặc cao nhằm
thoả mãn nhu cầu của các thông tin và đặc biệt là dịch vụ truyền số liệu.
Ngoài ra, trong một số trường hợp 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.
Mô hình hệ thống vi ba số điểm nối điểm được mô tả như Hình 1.2

15


Hình 1.2. Mô hình của hệ thống vi ba số điểm nối điểm [1].
1.3.5.2. Mạng vi ba số điểm nối nhiều điểm
Mạng vi ba số này trở thành phổ biến trong một số vùng ngoại ô và
nông thôn. Mạng bao gồm một trạm trung tâm phát thông tin trên một anten
đẳng hướng phục vụ cho một số trạm ngoại vi bao quanh. Nếu các trạm ngoại
vi này nằm trong phạm vi truyền dẫn cho phép thì không cần dùng các trạm
lặp, nếu khoảng cách xa hơn thì sẽ sử dụng các trạm lặp để đưa tín hiệu đến
các trạm ngoại vi. Từ đây, thông tin sẽ được truyền đến các thuê bao. Thiết bị

vi ba trạm ngoại vi có thể đặt ngoài trời, trên cột v.v... mỗi trạm ngoại vi có
thể được lắp đặt thiết bị cho nhiều trung kế. Khi mật độ cao có thể bổ sung
thêm thiết bị, được thiết kế để hoạt động trong các băng tần 1,5GHz – 1,8GHz
và 2,4GHz sử dụng một sóng mang cho hệ thống hoàn chỉnh.
Hiện nay các hệ thống điểm nối đến đa điểm 19GHz đã được chế tạo và
lắp đặt ở Châu Âu để cung cấp các dịch vụ số liệu (Kbit/s) Internet trong
mạng nội hạt khoảng cách 10Km. Trạm trung tâm phát tốc độ bit khoảng
8,2Mb/s và địa chỉ mỗi trạm lại sử dụng kỹ thuật TDMA.
Mô hình hệ thống vi ba số điểm nối nhiều điểm được mô tả như Hình 1.3.

16


Hình 1.3. Hệ thống vi ba số điểm nối nhiều điểm[1].
1.4. Các chỉ tiêu kỹ thuật của vi ba số
1.4.1. Phân bố tần số luồng cao tần
Tần số luồng cao tần ở đây là tần số thu phát của thiết bị vô tuyến, việc
lựa chọn phương án phân bố tần số phụ thuộc vào:
- Phương thức điều chế số;
- Cách sắp xếp các luồng cao tần;
- Đặc tính của môi trường truyền sóng.
Theo khuyến nghị của của CCITT về vi ba số thì dải tần làm việc nên
chọn từ 2 GHz đến 23GHz. Nếu sóng mang giữa các luồng cao tần không
được phân chia đúng thì có sự can nhiễu giữa chúng và tạp âm sẽ tăng lên.
Các luồng lân cận nên cách nhau 29 đến 40 MHz và phân cực trực giao [1].
1.4.2. Công suất phát
Công suất phát cũng giống như ở vi ba tương tự, phụ thuộc vào cự ly và
độ nhạy máy thu để đảm bảo tỉ số lỗi bit cho phép [1].

17

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

PTX dBm = 10 log10

PTX
P
= 10 log10 TX [dBm]
P0
1mW

(1.1)

1.4.3. Độ nhạy máy thu hay ngưỡng thu
Độ nhạy của máy thu là mức tín hiệu cao tần tối thiểu đến ở đầu vào
máy thu để nó hoạt động bình thường, nghĩa là thoả mãn tỉ số lỗi bit (BER)
cho trước tương ứng với tốc độ bít nhất định [1].
1.4.4. Tỉ số bit lỗi BER
Số bít lỗi
BER =

Số bít truyền đi

%

(1.2)

Để thông tin đạt được độ tin cậy cao, đảm bảo cho thiết bị hoạt động
không nhầm lỗi thì tỉ số này càng nhỏ càng tốt, bình thường cũng phải đạt 10−3

,với chất lượng tốt hơn phải đạt 10−6 . Với yêu cầu BER cho trước máy thu
phải có một ngưỡng thu tương ứng [1].
1.4.5. Phương thức điều chế và giải điều chế
Thông thường trong vi ba số, tùy theo tốc độ bit (dung lượng kênh)
người ta thường dùng các phương thức điều chế như QPSK (hoặc 4PSK hay
QAM) hoặc QAM nhiều mức, chẳng hạn (16QAM, 64QAM)...
Phương thức giải điều chế được chọn tương ứng với phương thức điều
chế thực hiện tại máy phát. Thông thường, trong việc giải điều chế có 2
phương pháp là tách sóng kết hợp, hoặc tách sóng không kết hợp. Tách sóng
kết hợp đòi hỏi máy thu sự khôi phục lại sóng mang đồng pha với đài phát
nên cấu hình phức tạp nhưng chất lượng tín hiệu cao hơn so với tách sóng
không kết hợp [1].
1.4.6. Tốc độ ở băng tần gốc
Tốc độ ở băng gốc là tốc độ dãy số liệu vào ra máy thu phát vô tuyến
Ví dụ: Thiết bị vi ba số RMD 1502/4

18


HDB3 2*2048kb/s
9470LX

HDB3 4*2048kb/s

Mini-link HDB3 2*2048kb/s
với trở kháng 75 Ω không cân bằng.
1.5. Các nhân tố ảnh hưởng đến sự truyền lan sóng vô tuyến
1.5.1. Pha đinh
Pha đinh là sự biến đổi cường độ tín hiệu sóng mang vô tuyến siêu cao
tần thu được do sự thay đổi khí quyển và các phản xạ của đất và nước trong

đường truyền sóng. Nguyên nhân pha đinh có thể do thời tiết và địa hình làm
thay đổi điều kiện truyền sóng. Khi xảy ra pha đinh trong truyền dẫn vi ba số,
tại điểm thu cường độ sóng thu được lúc mạnh lúc yếu thậm chí có lúc mất
thông tin [7].
Người ta chia hiện tượng pha đinh thành pha đinh phẳng và pha đinh
lựa chọn tần số. Hai loại pha đinh này có thể xuất hiện độc lập hoặc đồng thời
dẫn đến gián đoạn thông tin. Sự thay đổi tín hiệu tại anten thu do phản xạ
nhiều tia gọi là pha đinh nhiều tia [1].
1.5.1.1. Pha đinh phẳng
Pha đinh phẳng là pha đinh làm thay đổi đều tín hiệu sóng mang trên
một dải tần số [1], pha đinh này là mối quan đối với hệ thống dung lượng nhỏ,
băng tần hẹp [7].
Pha đinh phẳng xuất hiện thường xuyên là do chùm tia sóng truyền đi
bị cong. Chùm tia sóng cực ngắn có thể bị chuyển hướng do sự thay đổi chỉ số
khúc xạ của không khí (hằng số điện môi). Hệ số k=4/3 được dùng để tính
toán truyền sóng ở điều kiện áp suất tiêu chuẩn. Tại đó tia sóng có độ cong
bằng một phần tư của độ cong mặt đất thực.
Bán kính quả đất hiệu dụng

(1.3)

K=
Bán kính thật của quả đất

19


Khi hai anten phát và thu được đặt trong điều kiện tiêu chuẩn, toàn bộ
cường độ tín hiệu sẽ nhận được bởi máy thu. Khi mật độ không khí thay đổi
thì chỉ số khúc xạ cũng thay đổi khác với điều kiện chuẩn làm cho chùm tia

sóng có thể cong lên hay cong xuống phụ thuộc chỉ số k. Khi k < 4/3 thường
gọi là độ khúc xạ thấp hay điều kiện dưới chuẩn tia sóng có hướng cong lên.
Khi k > 4/3 thường gọi là độ khúc xạ cao hay điều kiện trên chuẩn tia sóng có
hướng cong xuống. Nói chung thì hầu như loại tia sóng xuất hiện cong lên
phía trên anten thu (Hình 1.4).

Hình 1.4. Hiện tượng tia sóng cong[7].
1.5.1.2. Pha đinh lựa chọn tần số
Pha đinh lựa chọn tần số làm thay đổi tín hiệu sóng mang với mức thay
đổi phụ thuộc vào tần số, pha đinh này ảnh hưởng lớn đến tuyến vi ba số dung
lượng cao, băng tần rộng [1].


Pha đinh nhiều đường khí quyển:

Khi các điều kiện khí quyển là các lớp với sự tồn tại các mật độ khác
nhau, sự dẫn có thể xuất hiện. Nếu sự tập hợp các lớp làm cho các chùm tia
sóng cực ngắn không bị bẫy mà chỉ bị làm lệch hướng thì năng lượng sóng
ngắn có thể đi tới anten thu bằng nhiều đường khác nhau so với đường trực
tiếp. Sự thu nhận nhiều đường gây ra pha đinh do hai sóng thu hiếm khi được

20


cùng pha. Nếu chúng đến hoàn toàn trái pha thì có ít giây mất công suất thu
có thể lên đến 30 dB hoặc hơn, đó là điều trở ngại (Hình 1.5)

Đường 1 trực tiếp; đường 2,3 lệch; đường 4 phản xạ
Hình 1.5. Các đường sóng từ phía phát đến phía thu[7].


Pha đinh nhiều tia phản xạ từ đất:

Sự phản xạ từ đất tạo thành sự thu nhiều đường tia sóng, nó sẽ là trở
ngại khi các tia sóng thu được ngược pha.
Khi phản xạ đất và pha đinh khí quyển xuất hiện đồng thời có thể xảy
ra pha đinh sâu tới 40 dB. Nếu các tác động sửa lỗi không được tiến hành thì
thông tin có thể ngừng trệ [7].
1.5.2. Suy hao khi truyền lan trong không gian tự do
Khoảng không mà trong đó các sóng truyền lan bị suy hao được gọi là
không gian tự do. Mức suy hao của sóng vô tuyến được phát đi từ anten phát
đến anten thu trong không gian tự do tỷ lệ thuận với khoảng cách giữa hai
anten và tỉ lệ nghịch với độ dài bước sóng. Suy hao này gọi là suy hao truyền
lan trong không gian tự do, được tính như sau:

Lo = 20 lg(

4πd

λ

) [dB]

(1.4)

d[m], λ [m]: lần lượt là khoảng cách truyền dẫn và bước sóng của sóng
vô tuyến [1].

21

1.5.3. Suy hao do mưa
Ảnh hưởng do mưa là một trong những ảnh hưởng lan truyền chủ yếu
đối với các tuyến vô tuyến tầm nhìn thẳng trên mặt đất làm việc trong dải tần
GHz. Nó ảnh hưởng chủ yếu đến các đường truyền ngắn và có tần số hoạt
động cao.
Bảng 1.1. Kết quả thực nghiệm về suy hao do hơi nước – khí hậu theo tần số
sóng vô tuyến của Alcatel [1]

Mưa vừa 0,25 mm/h
Mưa lớn 5 mm/h
Bão 50 mm/h
Bão lớn 150 mm/h

6 GHz
≈0
0,012
0,22

1,2

Suy hao dB/Km
10 GHz
20 GHz
≈0
0,013
0,08
0,45
1,2
5,5

5,5

18

40 GHz
0,07
1,5
13

27

1.5.4 Sự can nhiễu của sóng vô tuyến
Thông thường nhiễu xảy ra khi có thành phần can nhiễu bên ngoài trộn
lẫn vào sóng thông tin. Sóng can nhiễu có thể trùng hoặc không trùng tần số
với sóng thông tin. Chẳng hạn hệ thống Vi ba số đang sử dụng bị ảnh hưởng
bởi sự can nhiễu từ các hệ thống vi ba số lân cận nằm trong cùng khu vực, có
tần số sóng vô tuyến trùng hoặc gần bằng tần số của hệ thống này, ngoài ra nó
còn bị ảnh hưởng bởi các trạm mặt đất của các hệ thống thông tin vệ tinh lân
cận [1].
1.6. Một số kỹ thuật giảm ảnh hưởng của pha đinh
Các kỹ thuật được sử dụng để giảm các ảnh hưởng của pha đinh là
phân tập không gian, phân tập tần số và chuyển mạch bảo vệ.
1.6.1. Phân tập theo không gian
Phân tập theo không gian là kỹ thuật thu hoặc phát một tín hiệu trên 2
anten (hoặc nhiều hơn 2 anten) với cùng một tần số vô tuyến f.
Khoảng cách các anten của máy phát và máy thu được chọn sao cho
các tín hiệu riêng biệt được thu không tương quan nhau tương ứng với hệ số
tương quan bằng “0”. Trong thực tế không bao giờ đạt được giá trị bằng “0”
22

này. Trong hệ thống thông tin tầm nhìn thẳng người ta đưa ra một công thức
bán kinh nghiệm biểu thị hệ số tương quan không gian theo khoảng cách trục
đứng:
ρs = exp [-0,0021sf(0,4d)1/2]
Với

(1.5)

s: khoảng cách giữa 2 tâm của an ten [m]
f: Tần số sóng vô tuyến [GHz]
d: khoảng cách truyền dẫn [km]

Trong biểu thức này, ta bỏ qua sóng phản xạ đất.
Theo khuyến nghị 376-4 của CCIR, người ta chọn khoảng cách giữa
các anten sao cho hệ số tương quan không gian không vượt quá 0,6. Do đó có
thể sử dụng hệ số này để làm ngưỡng cho việc sử dụng phân tập.
Khả năng cải thiện tín hiệu thu do sử dụng một cặp anten được xác định
bằng độ lợi phân tập Ios:
2

Fm
−4 +
10

 s   f  10
Ios =100   a r2
( d / 40)
9   4 

(1.6)

Trong đó: s: khoảng cách giữa 2 tâm của 2 anten [m]
f: tần số sóng mang vô tuyến [GHz]
ar: Hệ số khuếch đại tương đối của anten phân tập so với anten
chính ar = 10[(Ad-Am)/20]
Ad: là hệ số khuếch đại anten phân tập [dB]
Am: là hệ số khuếch đại anten chính [dB]
d: độ dài của tuyến truyền dẫn [Km]
Fm: độ dự trữ pha dinh phẳng
Bằng sự mô phỏng nhiều lần tìm được vị trí tốt nhất cho hai anten, khi
không thể tính được vị trí, thì khoảng cách hai anten phải lớn hơn 150λ.
Thông thường công thức trên tính gần đúng cho một tuyến có chiều dài (20 ÷
70)Km và tần số (2÷11) GHz. Mô hình phân tập theo không gian sử dụng 4
anten như hình 1.6.
23


Hình 1.6. Phân tập theo không gian sử dụng 4 anten[1].
1.6.2. Phân tập theo tần số
Phân tập theo tần số là kỹ thuật thu hoặc phát một tín hiệu trên hai kênh
(hoặc nhiều hơn hai kênh) tần số sóng vô tuyến.
Hệ số cải thiện phân tập tần số có thể tính:

I of
Trong đó:

 1  ∆f
= 0,8

 fd 



 f

Fm

 10

10


(1.7)

f: là tần số trung tâm của băng tần [GHz]
d: độ dài của đường truyền [km]
∆f/f: là khoảng cách tần số tương đối biểu thị bằng %
Fm: là độ dự trữ pha đinh [dB]

Phương trình trên đúng với các giá trị tham số sau:
2GHz< f <11GHz; 30km< d <70km; ∆f/f ≤ 5%; Iof ≥ 5
Mặc dù các hệ thống thông tin vô tuyến số phân tập theo tần số có thể
cho các hệ số cải thiện tốt hơn nhưng việc sử dụng phổ tần không đạt hiệu quả
cao.
Ngoài ra để tăng hiệu quả chống pha đinh người ta sử dụng kết hợp
phân tập không gian và tần số (Hình 1.7)

24

Hình 1.7. phân tập không gian và tần số sử dụng 3 anten[1].
1.6.3. Chuyển mạch bảo vệ
Mục đích của chuyển mạch bảo vệ là để nâng cao độ khả dụng của hệ
thống bằng cách chuyển sang kênh dự phòng khi có hiện tượng sự cố thiết bị
chính. Ngoài ra, cũng có thể đạt được lợi ích khác khi thiết bị bảo vệ chống
lại sự gián đoạn thông tin do pha dinh lựa chọn tần số gây ra bằng cách
chuyển sang hệ thống dự phòng (nghĩa là kênh dự phòng được sử dụng khi
kênh chính bị sự cố hoặc bị gián đoạn thông tin do pha đinh).
Chất lượng và khả năng sẵn sàng của hệ thống vi ba số có thể nâng cao
nhờ sử dụng một hay 2 kênh dự phòng để thay thế có các kênh bị sự cố nhờ
thiết bị chuyển mạch tự động. Thông thường khi số kênh truyền dẫn nhỏ hơn
hoặc bằng 7 (n ≤ 7) thì dùng một kênh dự phòng, tương ứng với cấu hình
(n+1). Trong thực tế dùng cấu hình (1+1) gồm một kênh truyền dẫn và một
kênh dự phòng nóng HSB (Hot Standby), có thể hoạt động ở cao tần RF hoặc
trung tần IF.

25