Điện tử viễn thông vi ba so (v1) khotailieu

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ VI BA SỐ.
1.1. Giới thiệu chung.
Hệ thống truyền dẫn là 1 hệ thống bao gồm các thiết bị, phương tịên dùng để truyền tín hiệu
từ nơi này đến nơi khác.
Ngày nay, theo phương tiện truyền dẫn, các HTTT bao gồm các loại hệ thống chủ yếu sau:
+ HTTT dùng cáp đồng trục, trong đó môi trường truyền dẫn là cáp đồng trục (coaxial cable)
Các hệ thống sử dụng cáp đồng trục có dung lượng không cao, cự ly khoảng lặp ngắn và
khả năng cơ động kém. Các hệ thống loại này đang dần được thay thế và được sử dụng chỉ
trong những tình huống cụ thể nhất định.
+ HTTT sóng cực ngắn (microwave) với môi trường truyền dẫn vô tuyến trên giải sóng cực
ngắn, bao gồm các loại hệ thống thông tin vệ tinh, thông tin vô tuyến tiếp sức (radio-relay) và
thông tin di động;
Các hệ thống thông tin vệ tinh có dung lượng trung bình song bù lại có cự ly liên lạc từ lớn
đến rất lớn. Các hệ thống này được sử dụng làm trục xuyên lục địa hoặc phục vụ cho các tuyến
khó triển khai các loại hình liên lạc khác (như tuyến liên lạc đất liền-hải đảo, đất liền-các giàn
khoan dầu, đất liền-các tàu viễn dương...). Ngoài ra, các hệ thống vệ tinh địa tĩnh còn được sử
dụng cho các hệ thống phát quảng bá truyền hình. Trong tương lai gần, khi hệ thống các vệ tinh
quỹ đạo thấp và trung bình được triển khai, các hệ thống vệ tinh có thể được sử dụng cho cả
thông tin di động phủ sóng toàn cầu.
Các hệ thống thông tin di động phục vụ các đầu cuối di động, nói chung có dung lượng
thấp. Khả năng di động là ưu thế lớn nhất của các hệ thống này.
Các hệ thống vô tuyến tiếp sức mặt đất (terrestrial radio-relay) có dung lượng từ thấp tới
cao, có khả năng thay thế tốt các tuyến cáp đồng trục trong các mạng nội hạt lẫn đường trục.
Với thời gian triển khai tương đối thấp, tính cơ động của các hệ thống vô tuyến tiếp sức mặt
đất hơn hẳn một số loại hệ thống khác. Một ưu điểm nữa của các hệ thống này là rất dễ triển
khai, ngay cả trong các điều kiện địa hình gây nhiều trở ngại cho việc triển khai các loại hệ
thống dung lượng cao khác như trong các đô thị, hoặc qua các vùng có địa hình rừng núi với
cự ly chặng liên lạc lên đến 70 km, trung bình là từ 40 dến 45 km.
+ HTTT quang sợi (fiber-optic) với môi trường truyền dẫn là cáp sợi quang học (gọi tắt là
cáp quang).

Hệ thống cáp quang có dung lượng lớn nhất, giá rẻ (theo chi phí tính trên kênh thoại) do đó
thường được sử dụng làm đường trục quốc gia, xuyên quốc gia, xuyên lục địa. Nhược điểm cơ
bản của HTTT cáp quang là khả năng cơ động hệ thống kém, chi phí lắp đặt ban đầu khá cao,
vì vậy trong một số trường hợp cụ thể thì việc triển khai được xem là rất khó khăn.
+ HTTT vô tuyến làm việc trong giải tần số từ 60MHz trở xuống.
1.2.
Hệ thống thông tin vi ba
Từ tiếng Anh microwave có nghĩa là sóng cực ngắn hay vi ba theo cách dịch qua tiếng
Trung Quốc. 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 chỉ để chỉ các hệ thống vô tuyến
tiếp sức. Do đó, hiện nay trong các tài liệu kỹ thuật của ta, nói vi ba là nói tới hệ thống vô
tuyến tiếp sức mặt đất.
Thông tin sóng cực ngắn giữa hai điểm bắt đầu xuất hiện vào những năm 30 của thế kỷ
trước 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 đương thông tin VTTS
đầu tiên được thành lập ở Newyork và Philadenphia chuyển tiếp qua 6 địa điểm và chuyền
được 5 kênh thoại. Và TTVTTS bùng nổ sau chiến tranh thế giới lần thứ hai. Hệ thống vi ba số
bắt đầu hình thành từ đầu những năm 50 và phát triển mạnh mẽ cùng với sự phát triển của kỹ
thuật viễn thông.

1


Mô hình của một hệ thống thông tin vi ba
1.2.1. Giải tần số của các hệ thống vi ba:
Tổng quan về phân chia các băng tần
Băng tần
Ký hiệu
Đặc tính lan truyền
3-30KHz

Tần số rất thấp (VLF) - Sóng mặt đất
(Chục km)
- Lan truyền cự ly xa
- Mức tạp nhiễu khí
quyển lớn
30-300KHz
Tần số thấp (LF)
- Tương tự như VLF
(Km)
nhưng bị hấp thụ vào ban
ngày
300Tần số trung bình - Sóng mặt đất và sóng
3000KHz
(MF)
trời ban đêm
(Trăm mét)
- Suy hao thấp ban đêm
cao vào ban ngày
- Tạp khí quyển
3-30MHz
Tần số cao
Phản xạ tầng điện ly thay
(Chục mét)
(HF)
đổi theo thời gian trong
ngày, mùa và tấn số
30-300MHz
(mét)
0,3-3GHz
(dm)

3-30GHz
(cm)

30-300GHz
(mm)
103-107GHz

Phạm vi ứng dụng
ứng dụng nhiều cho
thông tin dưới nước
(solar)
Vô tuyến hàng hải
Vô tuyến và định vị
hàng hải, các tần số cho
cứu hộ và vô tuyến
quảng bá AM

Vô tuyến nghiệp dư;
phát sóng quốc tế;
thông tin quân sự, hàng
không đường dài.
Tần số rất cao (VHF) Lan truyền theo tần nhìn Truyền hình VHF, phát
thẳng (LoS)
thanh FM, thông tin đạo
hàng AM, thông tin vi
ba
Tần số cực cao Lan truyền theo tầm nhìn Truyền hình UHF,
(ultrahigh frequency- thẳng
radar, thông tin vi ba
UHF)

Tần số siêu cao Lan truyền Los, suy hao Thông tin vệ tinh, thông
(superhigh
nhanh theo lượng mưa, tin vi ba.
frequency-SHF)
suy hao khí quyền do ôxi
và hơi nước, hấp thụ hơi
nước cao ở 22GHz.
Tần số siêu siêu cao LoS, hấp thụ hơi nước tại Rada, vệ tinh thử
(Extremely
High 183GHz và hấp thụ ô xi nghiệm.
Frequency EHF)
tại 60 và 119GHz
Hồng ngoại, ánh sáng LoS
Thông tin quang
nhìn thấy và tia cực
tím

Thông tin siêu cao tần làm việc ở dải sóng cực ngắn dùng để truyền tín hiệu có dải tần rộng.
Về lý thuyết, giải sóng dùng cho các hệ thống vi ba là từ 60MHz cho tới 60/80GHz. Trong
thực tế, đối với các hệ thống vi ba ở dạng thương phẩm thường làm việc trên giải sóng từ
60MHz đến 20 GHz, các hệ thống công tác với giải tần số cao hơn (60 ÷ 80 GHz) hiện vẫn
đang còn trong giai đoạn thử nghiệm.

2


Hệ thống thông tin siêu cao tần làm việc ở dải tấn số:
60 MHz ÷ 80 GHz do có dải tần làm việc rất rộng và cao so với thông tin cao tần vì vậy được
sử dụng làm phương tiện truyền dẫn chính trong viễn thông công cộng siêu ngắn

λ=

C
fsiªu cao

→ λ siªu cao,siªu ng¾n

Gọi là Viba
Trong hệ thống thông tin siêu cao tần bao gồm:
+ Hệ thống thông tin vi ba là hệ thống thông tin siêu cao tần các trạm chuyển tiếp được
đặt trên mặt đất.
+ Hệ thống thông tin vệ tinh là hệ thống thông tin diêu cao tần các trạm chuyển tiếp
được đặt trên vệ tinh nằm ngoài quả đất.
+ Thông tin di động là giao tiếp viễn thông giữa máy di động MS với trạm thu phát gốc
BTS cũng làm việc ở dải sóng siêu cao tần.
1.2.2. Đặc điểm
+ Do làm việc ở dải sóng siêu cao tần nên đảm bảo được việc truyền những tín hiệu dải
rộng.
+ Độ rộng dải tần siêu cao khoảng 30GHz do đó nhiều đài có thể làm việc đồng thời.
+ Hầu như không bị can nhiễu khí quyển và công nghiệp
+ Trong dải sóng SCT dễ dàng tạo ra các hệ thống an ten có tính định hướng cao, búp
sóng hẹp nhờ vậy máy phát có thể giảm công suất và trên cùng một phạm vi ta có thể triển khai
nhiều hệ thống cùng làm việc mà không gây nhiễu lẫn nhau.
+ Triển khai nhanh và giá thành rẻ hơn so với các hệ thống thông tin dùng cáp (cáp
quang hoặc cáp đồng trục) vì việc triển khai hệ thống cáp là rất tốn kém và trong khu vực đông
dân cư có nhiều công trình xây dựng thì việc triển khai một hệ thống cáp là rất khó khăn.
+ Dễ dàng quản lý vì hệ thống vi ba chỉ giới hạn quản lý trong phạm vi của trạm vô
tuyến dọc theo trục (trong khi đó hệ thống cáp phải quản lý toàn bộ tuyến cáp và đặcbiệt phải
đối đầu với nguy cơ đứt cáp).
+ Dải sóng SCT có nhược điểm là chỉ truyền được chắc chắn trong tầm nhìn thẳng cự

ly không quá 50 km. Vì vậy khi muốn thông tin đi xa cần thực hiện chuyển tiếp nhiều lần.
+ Có tốc độ nhỏ hơn nhiều so với hệ thống cáp quang và hiện nay ở đường trục chỉ còn
sử dụng ở những khu vực chưa kéo được cáp quang do địa hình phức tạp.
+ Chịu tác động của đường truyền: hấp thụ do hơi nước và ôxi, suy hao do mưa và hiện
tượng pha đinh đặc biệt đối với các hệ thống băng rộng phải chịu tác động của pha đinh đa
đường chọn lọc theo tần số.
1.3.

Phân loại vi ba số
- Có nhiều phương pháp, căn cứ để phân loại:

+ Theo dung lượng (tốc độ bít tổng cộng B ở đầu vào) các hệ thống vi ba số được phân
thành:

3


+ Các hệ thống dung lượng thấp: B<10 Mb/s;
+ Các hệ thống dung lượng trung bình: B ∈(10÷ 100 Mb/s);
+ Các hệ thống dung lượng cao: B>100 Mb/s.
+ Theo cự ly liên lạc (haul)
+ Tuyến dài (cự ly liên lạc lớn hon 400km): thường là những đường trục có dung lượng
lớn so sánh được với cáp quang. Dải tần được sử dụng rộng rãi từ 4 đến 6 GHz.
+ Tuyến ngắn (cự ly liên lạc dưới 400km): dung lượng thấp, thông thường 1DS1, 4DS1,
1E1, 4E1 dùng để nối các trung tâm chuyển mạch di động. Dải tần thường sử dụng khoảng 15
GHz vì ở dải tần này cho phép thu gọn kích thước của an ten và thiết bị. Do chặng ngắn nên
không cần phân tập để chống lại hiện tượng pha đing. Nguyên nhân gây gián đoạn liên lạc chủ
yếu gây do mưa nên cần có hệ số khuyếch đại lớn và chặng ngắn. Với chặng lớn hơn thường
sử dụng dải tần L6GHz, U6GHz hoặc 11GHz dung lượng thấp. Dải tần này không chịu ảnh
hưởng pha đing do mưa nên có thể bảo đảm cự ly liên lạc xa hơn.

- Căn cứ phân loại theo mục đích sử dụng:
+ Hệ thống viễn thông riêng ( nội bộ ) là mạng thông tin phục vụ cho thông tin riêng,
nội bộ của các cơ quan, đơn vị không dùng để kinh doanh.
+ Hệ thống viễn thông công cộng: là hệ thống giành cho mọi đối tượng sử dụng và sử
dụng để kinh doanh, yêu cầu chất lượng cao, thuận tiện, đơn giản, dễ sử dụng.
- Căn cứ phân loại theo quy mô của mạng:
+ Mạng nội hạt: phục vụ cho 1 khu vực địa lý, khu vực dân cư ( tỉnh, thành phố)
+ Mạng quốc gia ( mạng liên tỉnh) phục vụ thông tin giữa các vùng, các khu vực, các
tỉnh thành.
+ Mạng quốc tế: dùng để phục vụ thông tin giữa các nước.
- Căn cứ phân loại theo địa lý:
+ Mạng viễn thông nông thôn: mật độ thưa, không tập trung.
+ Mạng viễn thông thành phố: mật độ dày đặc, tập trung nhiều.
- Căn cứ phân loại theo phương pháp xử lý truyền dẫn tín hiệu:
+ Hệ thống viễn thông tương tự
+ Hệ thống viễn thông số.
Chủ yếu đi vào viễn thông công cộng, viễn thông số.
1.4. Các chỉ tiêu chất lượng cơ bản của hệ thống vi ba:
Đối với các hệ thống thông tin số hiện tại, các tín hiệu số là các tín hiệu nhận giá trị trong
tập hữu hạn các giá trị có thể có và có thời gian tồn tại hữu hạn. Khi tập các giá trị có thể có
của tín hiệu gồm hai phần tử 0 và 1 thì hệ thống được gọi là nhị phân và tín hiệu khi đó được
gọi là bít. Gọi giá trị của bít thứ k là Dk và thời gian tồn tại của nó là Tk (Tk =T và là hằng số với
∧

∧

∧

mọi k). Ở đầu thu tín hiệu khôi phục lại là D k và có độ rộng là T k, nếu D k≠ Dk thì tín hiệu thứ
∧

k được gọi là bị lỗi, nếu T k≠ T tín hiệu thứ k được gọi là có jitter. Cũng như các hệ thống truyền
dẫn số khác, chỉ tiêu chất lượng cơ bản của hệ thống vi ba số là xác suất bít lỗi và jitter (rung pha hay
còn được gọi là trượt trong một số tài liệu). Xác suất lỗi bít BER (Bit-Error Ratio) được định nghĩa
là:
∧

BER=P{ D k≠ Dk}, với P{.} là xác suất

(1.1)

∧

Khi T k= T+δT thì δ .T

được gọi là jitter

4

(1.2)


Tuỳ từng loại dịch vụ mà các hệ thống có các đòi hỏi khác nhau về BER và jitter. Đối với
các hệ thống truyền thoại, yêu cầu BER<10-6 và do thoại ít nhạy với jitter nên có thể cho phép
jitter khá cao.
Đối với tín hiệu truyền hình, nếu sử dụng điều chế xung mã (PCM) thường thì BER đòi hỏi
cũng như đối với thoại song cần lưu ý là tốc độ truyền với truyền hình là khá cao. Khi sử dụng
ADPCM (Adaptive Differential Pulse Coded Modulation: Điều chế xung mã vi sai tự thích
nghi) để truyền hình thì yêu cầu BER<10 -9, thậm chí còn yêu cầu tới BER<10-12. Nói chung các
tín hiệu truyền hình rất nhạy cảm với jitter. Nhìn chung khi BER≥ 10-3 thì hệ thống được xem

như gián đoạn liên lạc. Jitter được xem là lớn nếu lớn hơn 0.05T (giá trị đỉnh-đỉnh).
Thực tế người ta còn sử dụng một số thông số chất lượng dẫn xuất khác như các giây không
lỗi, các giây bị lỗi, các giây bị lỗi trầm trọng, các phút suy giảm chất lượng... để đánh giá hệ
thống vi ba số.
Giây bị lỗi (Errored Second) là những khoảng 1s mà trong đó có ít nhất một bít lỗi
∑ ER' s
Tỷ số giây bị lỗi (Errored Second Ratio) =
∑ T ( s)
Giây bị lỗi trầm trọng (Severely Errored Second) là những khoảng 1s mà BER>10-3
∑ SER' s
Tỷ số giây bị lỗi trầm trọng (Severely Errored Second Ratio) =
∑ T ( s)
Các phút suy giảm chất lượng là những khoảng thời gian 1 phút trong đó BER > 10-6
Tính không khả dụng của hệ thống là khoảng thời gian không thể làm việc được, bắt đầu khi
BER >10-3 trong mỗi giây và kéo dài 10 s liên tiếp (10 s này là khoảng thời gian không làm
việc được). Thời gian không làm việc được kết thúc khi BER <10 -3 trong mỗi giây và kéo dài
liên tiếp trong 10s.
Tiêu chuẩn với hệ thống thực
• Đối với tuyến có cự ly L<280 km
- Phút suy giảm chất lượng < 0,045% thời gian 1 tháng bất kỳ
- Giây lỗi trầm trọng < 0,006% thời gian của tháng bất kỳ
• Đối với tuyến có cự ly 280km- Phút suy giảm chất lượng < (L/2500)x 0,4% thời gian 1 tháng bất kỳ
- Giây bị lỗi trầm trọng < (L/2500)x 0,054 % thời gian của 1 tháng bất kỳ
• Chỉ tiêu về độ khả dụng của hệ thống L < 600 km là 0,06. (L/600) %

5


CHƯƠNG 2

CẤU TRÚC HỆ THỐNG VIBA SỐ
I. Sơ đồ khối cơ bản của hệ thống vi ba số:
1. Sơ đồ khối của một trạm đầu cuối thực tế:
Sơ đồ khối cơ bản tuyến phát:
Nhiệm vụ:
- Biến đổi tín hiệu băng gốc thành tín hiệu dạng sóng
- Chuyển đổi tín hiệu lên băng tần công tác
- Khuếch đại tín hiệu, hạn chế phổ tín hiệu và bức xạ qua an ten.

Hình 1. Sơ đồ khối cơ bản tuyến phát.
Chức năng:
Đối với hệ thống viba số tín hiệu vào tuyến phát bao gồm dữ liệu dưới dạng số được đưa
đến từ tổng đài hoặc từ trạm viba số khác.
- Mã hoá: Mã hoá kênh nhằm sửa lỗi bằng cách đưa vào một lượngthông tin dư.
- Khối điều chế ánh xạ từ tín hiệu số băng gốc thành tín hiệu dạng sóng: Các dạng điều chế
cơ bản FSK, PSK, QAM. Z
FSK :
+ Không nhạy cảm với méo biên độ
+ Thiết bị đơn giản.
+ Hiệu quả phổ thấp
PSK và QAM hiệu quả phổ phụ thuộc vào mức điều chế M
Hiệu quả phổ tăng k=log2(M) lần
Khi M=4 thì 4-PSK và 4-QAM như nhau
Khi M=8 thường sử dụng 8-PSK
Khi M>8 thường sử dụng M-QAM
Các bộ lọc phát được lắp ngay sau bộ điều chế quyết định phổ tần của kênh. Thông thường
là bộ lọc cosine nâng với hệ số uốn lọc α từ 0.2 đến 0.7.
- Bộ trộn tần nhằm đưa tín hiệu lên băng tần công tác. Tuỳ thuộc tần số công tác mà hệ
thống có thể thực hiện trộn nhiều lần hoặc thực hiện điều chế ngay ở cao tần. Tuy sơ đồ điều
chế trực tiếp từ cao tần nhưng chỉ được sử dụng ở những thiết bị có tần số công tác thấp

khoảng 1 GHz vàđiều chế FSK do nhược điểm của sơ đồ này là khó đạt được một đặc tuyến
điều chế tuyến tính và hơn nữa tần số trung tâm của máy phát không ổn định. Khi điều chế ở
trung tần yêu cầu đối với tần số trung tần là ftt > 3Rb (Rb là tốc độ của luồng số liệu)
- Khuếch đại công suất: Có thể dùng đèn sóng chạy (TWT) hoặc bán dẫn Gallium-Arsenide
(GaAs FET) cho ra công suất khoảng vài W. Thông thường sau bộ khuếch đại công suất
thường lắp một mạch lọc phụ nhằm hạn chế sự mở rộng phổ do tính phi tuyến của bộ khuếch
đại.

6


- Hệ thống an ten phidơ được sử dụng để dẫn sóng và bức xạ sóng điện từ vào môi trường.
Dây phi đơ thường gây ra một lượng tổn hao nhất định tỷ lệ với độ dài của phiđơ. An ten
thường có dạng parabol có tính định hướng cao và độ tăng ích lớn khoảng vài chục dBi.

Hình 2. Sơ đồ khối cơ bản tuyến thu.
Tuyến thu
Nhiệm vụ:
- Thu nhận và chuyển đổi tín hiệu thu được về trung tần
- Chuyển đổi thành tín hiệu băng gốc
- Khôi phục xung clock
Chức năng:
Ở tuyến thu, tín hiệu thu được đưa đến máy thu để chuyển đổi tín hiệu thu được về tần số
trung tần. Máy thu thực chất là một thiết bị xử lý tín hiệu cao tần bao gồm một khối khuếch đại
cao tần và các bộ trộn tần.
Bộ khuếch đại tín hiệu cao tần có tác dụng tăng độ nhạy máy thu. (Giải thích)
Các bộ trộn tần kết hợp với các bộ lọc thông giải biến đổi tín hiệu siêu cao tần thu được về
tần số trung tần. Tuú theo yêu cầu chất lượng và dải tần công tác máy thu có thể thực hiện đổi
tần 1 lần hoặc nhiều lần nhằm loại bỏ các tần số nhiễu ảnh, nhiễu trung gian và nhiễu lân cận
(Giải thích)

Tín hiệu trung tần sẽ được đưa vào bộ giải điều chế để chuyển từ tín hiệu dạng sóng về tín
hiệu số. Trên cơ sở của chuỗi tín hiệu số băng gốc sau khối giải điều chế, tín hiệu xung clock
được khôi phục và cung cấp cho các khối tái tạo xung và khối giải mã để thu được dữ liệu như
đã phát đi ở đầu phát.

7


Sơ đồ khối của một trạm đầu cuối thực tế:

Hình 3. Sơ đô khối tuyến thu phát của trạm đầu cuối.
Một trạm đầu cuối bao gồm các thành phần: phần xử lý tín hiệu băng gốc, phần vô tuyến, phần
nghiệp vụ và phần hệ thống phi-đơ/ăng-ten như trên (hình 2.15). Tín hiệu nghiệp vụ được truyền đi
bằng việc thêm vào chức năng điều chế tần số vào bộ tạo dao động chủ sóng phần phát. Phía thu sẽ
thực hiện giải điều chế tần số để thu được tín hiệu điều khiển xa. Nhờ hệ thống điểu khiển ra lệnh
từ xa cho phép các trạm đầu cuối có thể điều khiển được các trạm trung gian mà ở đó không có
người phục vụ. Khối chuyển mạch dự phòng nhận tín hiệu điều khiển chuyển mạch từ khối điều
khiển chất lượng. Khi chất lượng hệ thống giảm xuống quá một ngưỡng cho phép hoặc gián đoạn
liên lạc thì hệ thống được điều khiển để chuyển sang kênh dự phòng nhằm tăng độ khả dụng của hệ
thống.
2. Sơ đồ khối trạm trung gian:
Nhiệm vụ của trạm trung gian
- Khuếch đại tín hiệu nhằm bù lại những tiêu hao trên đường truyền
- Dịch tần số nhằm tránh hiện tượng tự kích (tín hiệu phát lọt vào đầu thu)
- Tái tạo tín hiệu số băng gốc, loại bỏ tạp âm tích luỹ. Chức năng này không nhất thiết
phải có ở tất cả các trạm trung gian.
Có những sơ đồ của trạm trung gian như sau:
 Máy thu và máy phát thực hiện chuyển đổi tần số, tín hiệu cao tần được chuyển đổi về
tần số trung tần ở máy thu. Tín hiệu được giải điều chế để chuyển tín hiệu thu được
thành tín hiệu số băng gốc sau đó được đưa đên khối tái tạo xung nhằm gạt bỏ tạp âm

tích luỹ. Tín hiệu đầu ra của khối tái tạo xung được đưa được đưa vào khối điều chế để
chuyển tín hiệu băng gốc thành tín hiệu dạng sóng. Tại máy phát sẽ thực hiện việc
chuyển đổi tín hiệu trung tần thành tín hiệu cao tần và bức xạ ra anten. Đây là sơ đồ
trạm trung gian phổ biến sử dụng cho những hệ thống có dung lượng trung bình và cao.

8


Hình 4. Máy thu phát đổi tần với bộ tái tạo tín hiệu trung tần


Máy thu thực hiện chuyển đổi tần số cao tần thành tín hiệu trung tần và giải điều chế
nhằm thu được tín hiệu tín hiệu số băng gốc. Tại máy phát thực hiện điều chế trực tiếp
tại cao tần và phát ra an ten. Sơ đồ trạm trung gian được thể hiện trên hình vẽ 3.1.
thường được áp dụng cho những hệ thống dung lượng nhỏ và làm việc ở tần số cao hơn.

Hình 5. Máy thu đổi tần với bộ tái tạo tín hiệu trung tần/băng gốc và máy phát điều
chế trực tiếp


Tại trạm trung gian không thực hiện việc tái tạo xung, giải điều chế và điều chế. Máy
thu thực hiện việc chuyển đổi tín hiệu về trung tần và chuyển sang máy phát. Tại máy
phát lại chuyển đổi tần số tín hiệu trung tần lên tần số tần số cao tần tương ứng với phân
hoạch tần số. với việc sử dụng trạm trung gian theo sơ đồ hình 3.1. hệ thống thông tin
cho phép sử dụng chung kênh dự phòng với hệ thống vô tuyến tương tự và cắt giảm
những thiết bị cần thiết.

Hình 6. Trạm trung gian dịch chuyển tần số, không có bộ tái tạo tín hiệu


Trạm trung gian không thực hiện tái tạo tín hiệu và dịch chuyển tần số. Về bản chất trạm
trung gian như hình vẽ 3. là một bộ khuếch đại tín hiệu cao tần có băng tần giới hạn cho
mỗi hướng truyền dẫn.

Hình 7. Trạm trung gian không có bộ tái tạo tín hiệu và không dịch chuyển tần số
II. Các phương án tần số:
1. Kế hoạch bố trí tần số cho các trạm đa luồng vô tuyến
a. Phương án luân phiên:

9


Mỗi 1 kênh cao tần sử dụng phương án 2 tần số. Toàn bộ hệ thống bao gồm các tần số
thu và phát xen kẽ nhau.
Ví dụ: Hệ thống 3 kênh cao tần phải sử dụng 6 tần số

Kênh cao tần 1 sử dụng f1, f2.
Kênh cao tần 2 sử dụng f3, f4.
Kênh cao tần 3 sử dụng f5, f6.
Các tần số f1, f3, f5 là các tần số thu hoặc phát
Các tần số f2, f4, f6 là các tần số phát hoặc thu.
+ Kế hoạch luân phiên (Interleaved Plan)

Hình 8. Kế hoạch tần số luân phiên.
+ Kế hoạch tái dụng tần số (Co-channel Plan)

Hình 9. Kế hoạch có tái dụng tần số.

10

Trong kế hoạch tái sử dụng tần số mỗi kênh được sử dụng hai lần nhờ sự phân biệt phân cực
chéo giữa hai phân cực. Trong kế hoạch luân phiên tần số các kênh được thêm vào giữa các
kênh cùng phân cực. Kế hoạch luân phiên tần số thuận lợi hơn khi thiết kế các bộ lọc phân biệt
độ phân cực chéo.
Khoảng cách giữa các kênh XS là khoảng cách giữa các kênh lân cận cùng phân cực. S là
tốc độ symbol và X là khoảng cách kênh được chuẩn hoá theo tốc độ symbol. Tương ứng như
vậy Y và Z là băng tần bảo vệ trung tâm và ở hai đầu băng tần được chuẩn hoá. Việc lựa chọn
kế hoạch tần số nào hoàn toàn phụ thuộc vào độ nhạy của hệ thống với nhiễu. Nhìn chung kế
hoạch tái sử dụng tần số có hiệu quả sử dụng phổ cao hơn nhưng việc việc sử dụng kế hoạch
tái sử dụng tần số thường được sử dụng rộng rãi trong những hệ thống các chặng ngắn (2030km) với những dạng điều chế đơn giản như QPSK (đây là dạng điều chế có tính chống nhiễu
cao). Tuy nhiên việc sử dụng kế hoạch tái sử dụng tần số ở những chặng dài hơn và những
dạng điều chế phức tạp là không khả thi.
Nhận xét: Các tần số phát và các tần số thu xen kẽ nhau
Các tần số phát có công suất lớn, các tần số thu có công suất nhỏ cho nên không thể sử
dụng 1 ănten để thu và phát tín hiệu theo 1 hướng vì như vậy tín hiệu phát sẽ ảnh hưởng đến
tín hiệu thu. Vì vậy mỗi 1 hướng tải sử dụng 2 anten để phát và thu riêng biệt.
Tại trạm trung gian lúc này phải sử dụng 4 anten. 4 anten này thì phải dùng bộ lọc để
ghép các máy thu vào 1 anten và các máy phát vào 1 anten
- Ưu điểm: yêu cầu với bộ lọc ghép đơn giản ( các tần số ở xa nhau sẽ dễ lọc hơn các
tần số ở xa nhau)
- Nhược điểm: Số anten sử dụng nhiều, 1 trạm trung gian phải có 4 anten nên hiệu quả
kinh tế thấp.

b. Phương án phân nhóm:
Mỗi 1 kênh cao tần sử dụng phương án 2 tần số. Toàn bộ hệ thống được chia thành 2
nhóm tần số để thu và phát riêng biệt.
Ví dụ: Hệ thống 3 kênh tần sử dụng 6 tần số.

Kênh cao tần 1 sử dụng f1, f4.

Kênh cao tần 2 sử dụng f2, f5.

11


Kênh cao tần 3 sử dụng f3, f6.
Các tần số f1, f2, f3 là nhóm các tần số thu hoặc phát.
Các tần số f4, f5, f6 là nhóm các tần số phát hoặc thu.
Toàn bộ hệ thống được chia thành 2 nhóm tần số để sử dụng thu và phát riêng biệt.
Khoảng cách giữa 2 nhóm tần số chọn cách xa nhau.
Vì vậy tại trạm trung gian theo 1 hướng cho phép sử dụng 1 anten để thu và phát ( cho
2 hướng) → số anten giảm đi 1 nửa.
Ưu điểm: Số anten sử dụng ít, hiệu quả kinh tế cao
Nhược điểm: Yêu cầu với bộ lọc phát phức tạp vì khoảng cách giữa các tần số thu và
tần số phát gần nhau.
→ Phương án này thường được sử dụng ở các tuyến thông tin có cự ly dài , tiết kiệm
được rất nhiều anten.
2. Bố trí tần số cho trạm lặp:
+ Kế hoạch 2 tần số: Tại một trạm lặp (A) sử dụng 2 tần số sóng mang cho liên lạc hai
hướng. Máy thu trên cả hai hướng cùng làm việc trên tần số f 1, trong khi đó máy phát trên cả
hai hướng công tác trên cùng tần số f2 (xem hình 10).

Hình 10. Phương án bố trí 2 tần số.
+ Kế hoạch 4 tần số: Tại một trạm lặp (A), theo một hướng thu trên tần số f 1 phát trên tần số
f2, theo hướng ngược lại thu trên tần số f3 phát trên tần số f4 (xem h1.11).

Hình 11. Phương án bố trí 4 tần số.
Đối với phương án bố trí 4 tần số thì thiết bị trạm phức tạp hơn do phải làm việc trên 4 tần
số song bù lại xuyên nhiễu giữa các hướng thu-phát rất nhỏ.
III. Hiệu quả phổ của hệ thống viba số:

12


Khái niệm hiệu quả phổ của hệ thống vi ba số được phân biệt với độ rộng băng tần mà trên
đó là sóng mang đã được điều chế không tính đến ảnh hưởng của các can nhiễu nội bộ hệ
thống và nhiễu giữa các hệ thống. Thông thường được xác định qua tỷ số giữa tốc độ truyền
dẫn và độ rộng băng tần.
E=R/B [bit/s/Hz]
Trong đó R là dung lượng truyền dẫn tính theo bit/s
B là độ rộng băng tần
1. Hiệu quả phổ với các trạm đa luồng
Tuy nhiên trong trường hợp đối với các trạm đa luồng có kế hoạch tần số gồm có N kênh
“go” và N kênh “return”, khoảng cách kênh là XS, và đô rộng băng tần tổng cộng là B thì hiệu
quả sử dụng phổ phải tính đến tổn hao do các băng tần bảo vệ:
E = E n k1 k 2
Trong đó E n = R / b; k1 = b / XS ; k 2 = NXS / 0.5 B
A- tốc độ số liệu truyền trong mỗi kênh
b - độ rộng băng tần của kênh đó
k1 cho ta thấy độ lấp đầy trên băng tần và k 2 thể hiện sự tổn hao hiệu quả phổ do băng tần
bảo vệ. Ta có thể viết lại như sau
E = ( R / b)(b / XS )( NXS / 0.5 B ) = RN / 0.5B
RN la tốc độ truyền thông tin tổng cộng của hệ thống trên một hướng và 0.5B là độ rộng
băng tần đã sử dụng tương ứng.
2. Hiệu quả phổ của kênh vô tuyến số:
Tốc dộ của hệ thống viba số được chuẩn hóa theo những khuyến nghị G.702, G.703 và
G.704 cho hệ thống phân cấp số cận đồng bộ và khuyến nghị G.707, G.708 và G.709 cho hệ
thống phân cấp số đồng bộ (SDH hoặc SONET). Tốc dộ bít fb bao gồm DS1 (1,544 Mbps) DS3
(44.736 Mbps), E1 (2,048 Mbps) và E3 (34,368 Mbps), STS1 hoặc Sub-STM1 (51,84 Mbps)
và STM-1 (155,52Mbps). Tốc độ bít được truyền thực tế fbr qua hệ thống viba số thường cao

hơn khoảng 6% (fbr= 1.06 fb) so với tốc độ chuẩn hóa do sự thêm vào các bít thông tin phục vụ
cho mã sửa sai và những thông tin phụ trợ khác phục vụ cho công tác quản trị nội bộ hoặc để
thực hiện ghép kênh vô tuyến theo chuẩn riêng.
Để tăng hiệu quả sử dụng băng tần thường dùng những dạng điều chế nhiều mức. Dạng
điều chế thông dụng nhất là điều chế M-QAM trong đó M là số mức điều chế hay số trạng thái
của dạng điều chế trên mặt phẳng Constellation của tín hiệu. Giả thiết bộ lọc cosin nâng có hệ
số uốn lọc là α (0<α<1) chúng ta có thể tính toán độ rộng băng tần cần thiết như sau:
BRF = f br (1 + α ) / log 2 M
Khi đó hiệu quả sử dụng phổ của kênh được biểu diển theo công thức sau:
η = f br / Brf = log 2 M /(1 + α )
Thông thường yêu cầu hiệu suất của kênh là 2b/s/Hz
IV. Can nhiễu:
Xác suất lỗi của một hệ thống số bị ảnh hưởng của tạp âm và can nhiễu. Tín hiệu thu được có
thể viết dưới dạng tổng quát như sau:
m

y = s + n + ∑ ik
k =i

Trong đó s là tín hiệu; n là tạp âm; ik là can nhiễu thứ k;
Khi tồn tại song song các hệ thống vô tuyến tương tự và vô tuyến số sẽ gây ra vấn đề can nhiễu
giữa các hệ thống:
+ Can nhiễu số đến số.
+ Can nhiễu tương tự đến số
+ Can nhiễu số đến tương tự.

13


Một hệ thống số có tính chất chống nhiễu từ các nguồn khác cao hơn hệ thống tương tự cùng

tính năng. Yêu cầu tỷ số sóng mang trên nhiễu C/I (carrier to interference ratio) từ 15 đến 20
dB tuỳ thuộc vào dạng điều chế. Những loại điều chế chống nhiễu cao nhất 2-PSK, 4-PSK.
Còn QPSK nhạy cảm với nhiễu hơn hệ thống FM, 8-PSK, 16-QAM, … nó yêu cầu C/I lớn
hơn.
 Phân loại nhiễu:
+Nhiễu đồng kênh
+Nhiễu kênh lân cận
 Nhiễu đồng kênh:
 Nhiễu đồng kênh gây ra bởi kênh phân cực chéo, mà sự phân biệt phân cực chéo (XPD)
bị suy hao do pha dinh nhiều đường hoặc do mưa. Kênh phân cực chéo có cùng tần số
được sử dụng để nâng cao hiệu quả sử dụng phổ tần và kênh phân cực chéo có thể hiểu
như là việc sử dụng lại tần số. Trong điều kiện truyền sóng bình thường, sự phân biệt
phân cực chéo thoả mãn tiêu chuẩn nhưng khi bị suy yếu thì mức nhiễu đồng kênh sẽ
tăng lên
Định nghĩa độ phân biệt phân cực chéo (XPD) là tỷ số giữa công suất thu được trên
một phân cực khi phát trên cùng phân cực đó và công suất thu được trên phân cực đối
diện.
Pcp
XPD = 10 log
[dB]
Pxp
 Nhiễu đồng kênh gây ra bởi việc thu tần số của một chặng tiếp phát cùng tần số.
+Bức xạ vòng
+Bức xạ vượt chặng
+Bức xạ vòng vượt chặng
 Nhiễu kênh lân cận
Nhiễu kênh lân cận là nhiễu từ các kênh cao tần có cùng phân cực nhưng ở tần số lân cận.
Nhiễu này có quan hệ chặt chẽ đến việc chọn khoảng cách giữa các kênh. Nhiễu kênh lân cận
cũng có thể gây ra bởi các hệ thống số và tương tự khác như hệ thống vi ba tương tự, thông tin
vệ tinh:

14


CHƯƠNG 3:
LAN TRUYỀN SÓNG VÀ HIỆN TƯỢNG PHA ĐINH
I. Ảnh hưởng của khí quyển tới việc truyền sóng cực ngắn.
1. Truyền sóng trong không gian tự do.
Đường truyền vô tuyến tầm nhìn thẳng ở dải sóng SCT bị ảnh hưởng bởi khí quyển và
khoảng cách giữa hai trạm. Không gian tự do là môi trường truyền sóng lý tưởng. Trong thực
tế không tồn tại môi trường truyền sóng là không gian tự do. Chỉ có các kênh thông tin giữa
các vệ tinh có thể coi như là gần với không gian tự do. Tuy vậy các kết quả nghiên cứu truyền
sóng trong không gian tự do là cơ sở để phát triển nghiên cứu truyền sóng trong tầng khí quyển
gần mặt đất. Tổn hao truyền dẫn cơ bản trong không gian tự do là tổn hao truyền dẫn nếu an
ten được thay bằng anten đẳng hướng, đặt trong một môi trường điện môi hoàn hảo đòng nhất
đẳng hướng và vô hạn với các khoảng cách giữa các anten giữ nguyên. Khi đó tổn hao truyền
dẫn sóng vô tuyến từ điểm phát đến điểm thu trong không gian tự do được tính theo công thức
sau:
 4Πd 
L = 20 lg

(3.1)
 λ 
ở đây d và λ tương ứng là độ dài tia và độ dài bước sóng được tính cùng một loại đơn vị. L
thông thường được diễn đạt bằng dB dưới dạng:
L = 32,4 + 20 lg (fMHz . dkm)
(3.2)
Không gian giới hạn năng lượng truyền từ ăng-ten phát tới ăng-ten thu là các đới Fresnel có
dạng elipsoid như trên hình vẽ 1.

d+2λ/2
d+λ/2
d
Đường
biên củađới
hai

F2

F1
Đường
biên của đới
Fresnel thứ
Fresnel thứ nhất

Hình1: Các đới Fresnel

15


Đới fresnel thứ nhất chứa tất cả các điểm định nghĩa bởi hai đoạn có độ dài hợp lại lớn hơn
độ dài của tia thẳng một khoảng nhỏ hơn λ/2, giới hạn của đới fresnel thứ nhất là elipsoid. Các
đới còn lại được định nghĩa theo kiểu tương tự. Đới fresnel thứ 2 chứa tất cả các điểm định
nghĩa bởi hai đoạn có độ dài hợp lại lớn hơn đường thẳng một khoảng lớn hơn λ/2 nhưng nhỏ
hơn 2λ/2. Kể từ đây các fresnel có dạng tổ chim gọi là vỏ elipsoid, việc xác định đới fresnel
giúp cho việc tính toán khoảng hở khi thiết kế tuyến vi ba.
2. Sự truyền dẫn sóng cực ngắn qua khí quyển trộn đều (well-mixed)
a. Hiện tượng khúc xạ
Đối với vi ba LOS, tia sóng truyền dẫn xuyên qua các thành phần dày đặc của không khí và
chịu ảnh hưởng bởi sự thay đổi chỉ số chiết suất không khí dọc theo tia. Chỉ số chiết suất là tỷ

số của vận tốc ánh sáng trong không gian tự do với vận tốc của ánh sáng trong môi trường. Sự
thay đổi chỉ số chiết suất trong khí quyển phụ thuộc vào các hiện tượng khí tượng, khi mà độ
rộng khoảng không so sánh được với độ dài của chặng vô tuyến, đặc biệt phải tính đến sự thay
đổi chiết suất theo chiều thẳng đứng. Đây là một yếu tố ảnh hưởng rất lớn đến đặc tính lan
truyền của tia sóng. Sự thay chỉ số chiết suất gây ra hiện tượng khúc xạ sóng như trên hình 2,
làm tia sóng bị cong đi.
Sự thay đổi chỉ số khúc xạ n của không khí rất gần 1 và chỉ cần thay đổi vài phần triệu cũng có
thể gây ảnh hưởng tới sự lan truyền sóng vô tuyến. Để đặc trưng cho sự thay đổi chiết suất
theo độ cao người ta đưa ra tính khúc xạ (refractivity) N để thay thế cho chỉ số khúc xạ n
(index of refraction)
N(h) = [n (h) - 1] x 106
Ở đây n(h) là chiết suất tại độ cao h (h tính bằng km). Sự khúc xạ phụ thuộc vào nhiệt độ, áp
suất, độ ẩm của không khí, điển hình có giá trị bề mặt từ 200 đến 500 (đơn vị N). Theo quy
định của CCIR khí quyển tham chiếu là một môi trường có tính khúc xạ cho bởi:
N(h) = 315 exp (- 0,136h)
Ở đây h là độ cao (tính bằng km) so với mức nước biển.
Biểu thức trên diễn tả tính khúc xạ giảm theo hàm mũ trong mặt cắt nghiêng. Đây là giá trị
mà chúng ta mong muốn tính được trong ngày và trong điều kiện nhiệt độ khí hậu khi mà
khí quyển là gần mặt đất. Tính khúc xạ của khí quyển cũng bị thay đổi theo thời gian trong
ngày và thay đổi từ vị trí này sang vị trí khác và cũng có thể thay đổi theo mùa trong năm

Mặt phân cách

n2
n1 (n1 >
n2)
n1

Hình 2: Sự khúc xạ sóng

16


h

a.

dN/dh= -

40/km
300
N
dN/dh= -

h
40/km
b.
h
117/km

300
NdM/dh=

300
M

c.

Hình 3: Truyền dẫn qua khí quyển tiêu chuẩn.
a. Biểu đồ trái đất tiêu chuẩn.

b. Biểu đồ tia truyền thẳng.
c. Biểu đồ trái đất phẳng.

Việc tính toán sự thay đổi của tính khúc xạ là một bước quan trọng của quá trình thiết kế
tuyến. Sự ảnh hưởng của Gradient tính khúc xạ trong mặt cắt nghiêng là cơ sở để bàn về hiện
tượng pha đinh đa đường.
Tia sóng truyền ngang qua khí quyển không đồng nhất có độ cong cho bởi:
1/ ρ = - dn/dh=-dN/dh.106
Ở đây ρ là bán kính của tia đã bị uốn cong. Giá trị tham chiếu của dN/dh là - 40 đơn vị N/km
tương ứng với bán kính của đường cong bằng 4a; (a = 6,37. 10 6m là bán kính trái đất). Hình 3 a)
biểu diễn một tia như vậy (với một cung 1/ ρ) ở trên mặt đất có độ cong là 1/a. Ở đây trong
điều kiện khí quyển tiêu chuẩn tia trực tiếp từ ăng-ten phát đến ăng-ten thu đã bị uốn cong.
Nếu ta chuyển trục toạ độ sao cho loại bỏ độ cong của tia sóng thì độ cong biểu kiến của
1
a

trái đất sẽ là ( +

dn
dh

). Hình 3 b) biểu thị độ cong biểu kiến của mặt đất khi tia truyền là thẳng,

Như vậy giả thiết tia sóng thẳng thì trái đất như được nhô lên với bán kính ka:

ka =

và

k=

1
1 dn
+
a dh

1
1
=
 dn 
 dN  −6
1 + a  1 + a 
.10
 dh 
 dh 

trong đó k là hệ số bán kính của trái đất tương đương thường gọi là hệ số k.
Thay a = 6,37.103km ta có:
k = 157 / (157 + dN / dh )
Đối với khí quyển tiêu chuẩn thì dn/dh=-1/(4a) và giá trị tiêu chuẩn của k = 4/3. Điều này
có nghĩa là việc lan truyền trên mặt đất qua khí quyển tiêu chuẩn tương đương với việc lan
truyền trên một mặt đất nhô lên qua môi trường không có khí quyển.
Chỗ lồi của quả đất tại một điểm trên đường vô tuyến được cho bởi:
B ( x ) = (4 / 51).x.( d − x) k

17

(m)

Trong đó x là khoảng cách từ điềm đang xét đến đầu cuối
Sự thay đổi của điều kiện khúc xạ trong khí quyển gây ra sự thay đổi bán kính hiệu dụng
của quả đất hay hệ số k quanh giá trị trung bình của nó. Do giá trị của k thay đổi tức thời theo
các điểm dọc theo tia sóng nên để thuận tiện cho việc tính toán đưa ra một hệ số ke hiệu dụng.
Hệ số hiệu dụng ke được xác định từ những phép đo đường truyền và nó biểu diễn cho giá trị
trung bình của không gian truyền dẫn. Giá trị ke sẽ có phương sai nhỏ hơn so với giá trị k đo tại
mỗi điểm dọc theo đường truyền của tia sóng và giá trị phương sai càng nhỏ theo sự tăng của
độ dài chặng. Đối với một đường vô tuyến tiếp sức cần xác định được giá trị nhỏ nhất của ke.
Giá trị này được định nghĩa là giá trị vượt trội trong 99,9% thời gian và có thể xác định được
theo những bước sau:
Bước 1: xác định phân bố của gradient tính khúc xạ Ge theo vị trí quan trọng và đánh giá kỳ
vọng và phương sai μ, σ
Giá trị δ được xác định từ phân bố của G quanh giá trị trung bình. Trong trường hợp tổng
quát thì G có phân bố không chuẩn, để thuận tiện cho việc xác đinh σ ta giả thiết G có phân bố
chuẩn.
Bước 2: Phân bố của G được giả thiết là như nhau dọc theo đường truyền của sóng vô
tuyến. Một giá trị gradient hiệu dụng được đưa ra để giảm sự biến đổi của G trên đường truyền
của tia sóng vô tuyến.
Từ Ge có thể xác định ke như sau:
157
ke =
157 + Ge
Bước 3: giá trị gradient hiệu dụng Ge có thể được xem như là giá trị trung bình của G dọc
theo chặng. Phân bố của Ge gần đúng có thể xem như một phân bố chuẩn và tăng dần theo độ
dài của chặng. Giá trị kỳ vọng và phương sai μ, σ có thể được tính toán như sau: ,
σ
µ e = µ; σ e =
1 + (d / d 0 )
Trong đó d0=13,5 km
Mô hình trên đúng với d>20 km còn với d<20 km thì phân bố của dNe/dh gần trùng với

phân bố của dN/dh tại điểm bất kỳ dọc tuyến.
Bước 4: Giá trị dN e/dh chấp nhận được trong 99,9% thời gian được xác định theo công thức
sau:
dNe/dh= μe + 3,1 σe
Quá trình trên cho phép ta xác định được giá trị ke cực tiểu với độ đà chặng đã cho.
Hình 4. cho phép ta xác định được giá trị ke chấp nhận được trong 99,9% thời gian phụ
thuộc vào độ dài chặng.

18


Hình 4. Giá trị ke là một hàm của độ dài chặng.
Chúng ta có thể chuyển biểu đồ hình 3.a thành dạng biểu đồ tương đương với mặt đất phẳng
hình 3c). Với biểu đồ mặt đất phẳng thì coi như lúc này tia sóng là một đường lòng chảo. Điều
kiện lan truyền cho mặt đất phẳng có thể được mô tả ngắn gọn bằng việc đưa ra một chỉ số
khúc xạ sửa đổi. Đối với một độ cao cho trước, chỉ số khúc xạ sửa đổi được tính bằng tổng của
chỉ số khúc xạ không khí với tỷ số giữa độ cao và bán kính trái đất. Chỉ số khúc xạ sửa đổi M
còn được là modul khúc xạ (refractive modulus)
M = N + (h/a) 106
Độ cong của tia truyền là:
dM/dh = dN/dh + (106/a)
Khí quyển tiêu chuẩn có dN/dh = - 40 đơn vị N/km. Giá trị của dM/dh là khoảng 117 đơn vị
M/km bởi vì độ cong của trái đất được lấy là 157 đơn vị N hoặc M/km.
Hệ số k với khúc xạ chuẩn là:
1
k=
a (dM / dh)10 −6
Bất kỳ biểu đồ nào trong hình 3 đều có thể được sử dụng để đánh giá ảnh hưởng của sự thay
đổi tính khúc xạ lên khoảng hở của tia sóng vô tuyến (Khi phân tích thường giả thiết rằng
gradient của tính khúc xạ là không đổi). Biểu đồ hình 3.a không thuận tiện nhất cho việc tính

toán do hệ toạ độ là không trực tuyến. Biểu đồ 3.b có nhược điểm là khi gradient của tính khúc
xạ thay đổi thì thuộc tính của tía sóng cũng thay đổi theo độ dài của đường truyền. Tuy nhiên
biểu đồ này cũng thường được sử dụng để mô tả hiện tượng lan truyền sóng. Biểu đồ mặt đất
phẳng hình 3.c được sử dụng rộng rãi nhất cho việc nghiên cứu tia sóng trên cơ sở của tham số
khúc xạ sửa đổi M.
Trong một chừng mực nào đó sự khúc xạ cũng là một kế quả có lợi, ví dụ sự uốn cong tia
sóng có thể làm tăng cự ly liên lạc.
Hiện tượng thiểu khúc xạ và siêu khúc xạ:
Giá trị tiêu chuẩn của K = 4/3, nhưng tuỳ thuộc vào từng vùng khác nhau gía trị của K cũng
khác nhau. Theo số liệu thống kê cho thấy: K < 4/3 ở những khu vực lạnh khô, khi này xuất
hiện hiện tượng thiểu khúc xạ, hiện tượng pha-đing có thể xẩy ra và khi K < 4/3 trái đất coi
như được nhô cao gây cản trở tín hiệu đến điểm thu. K > 4/3 ở những vùng khí hậu nóng ẩm,

19


trường hợp này gọi là siêu khúc xạ, đặc biệt khi dM/dh tiến gần đến 0, dN/dh gần đến - 157
đơn vị N/km thì các tia hầu như song song bề mặt trái đất, năng lượng có thể truyền đi xa.
Hiện tượng này có thể dẫn đến pha-đing do nhiễu xạ.
Trong thiết kế tuyến vô tuyến tiếp sức thường chọn K trong khoảng [1,1 - 1,6] tuỳ thuộc vào
điều kiện địa lý.
Trong những điều kiện cá biệt giá trị k có thể nhỏ hơn 1 hoặc k →∞, tuy nhiên điều kiện
này ít khi xẩy ra, nếu có thì thời gian xuất hiện không đáng kể. Dạng hình học của tia sóng với
các giá trị khác nhau của k cho trong hình vẽ 5.

hình 5 hiện tượng thiểu khúc xạ.
Hiện tượng ống sóng
Đây là một trường hợp đặc biệt của khúc xạ sóng. Trong một điều kiện nào đó, giữa hai lớp
khí có mật độ không khí như nhau, hình thành ở giữa hai lớp đó một lớp khí có mật độ không
khí khác hẳn. Điều này tương tự như hình thành một ống dẫn sóng mà tia sóng khi phát ra với

một góc tới nào đó chỉ truyền dẫn trong "ống sóng", làm cho tia sóng bị đi lạc theo hướng khác
mà không đến được điểm thu.
Ống sóng thường xẩy ra tại các vùng có vĩ độ thấp, mật độ không khí cao, các vị trí gần mặt
nước và có nhiệt độ thay đổi thường xuyên với tốc độ thay đổi khá nhanh. Hiện tượng này chỉ
ra trên hình 6.

20


n0

Tia LOS

nv
n0

Hình 6. Hiện tượng ống dẫn sóng
b. Hiện tượng nhiễu xạ (difraction)
Hiện tượng nhiễu xạ là hiện tượng sóng vô tuyến bị uốn cong quanh các vật cản như là các
vật cản có đỉnh nhọn hay các bề mặt có dạng hình cầu. Tính chất nhiễu xạ sẽ phụ thuộc vào
kích thước của chướng ngại vật và bước sóng vô tuyến và chúng gây ra một tiêu hao gọi là tiêu
hao nhiễu xạ
Như đã biết miền Fresnel thứ nhất chứa hầu hết công suất tín hiệu đến máy thu. Nếu tồn tại
một vật thể ở rìa miền Fresnel thứ nhất thì tia phản xạ sẽ ngược pha với tia trực tiếp tại điểm
thu và gây ra một sự suy giảm tín hiệu tại điểm thu. Trong thực tế nếu không có vật cản nào
trong miền Fresnel thứ nhất thì sẽ không có bất cứ một tiêu hao tạp âm xạ nào. Các miền
Fresnel thứ 2, 3, … ít ảnh hưởng đến việc tạo ra tiêu hao nhiễu xạ vì công suất chứa trong miền
đó là không đáng kể.
Bán kính của họ elip xung quanh đường trực tiếp thay đổi dọc theo đường truyền được biểu
diễn theo công thức:

nd1. d 2
Fn = 17,3
[m]
n = 1,2,3 ...
fd
Trong đó:
f: Là tần số công tác, tính bằng (GHz)
d1: Là khoảng cách từ điểm phản xạ tới điểm đầu (cuối), tính bằng (km).
d2: Là khoảng cách từ điểm phản xạ tới điểm cuối (đầu) tính bằng (km).
d: Là khoảng cách từ ăng-ten phát tới ăng-ten thu tính bằng (km).
Đối với mỗi loại địa hình khác nhau có thể chắn miền Fresnel thứ nhất sẽ có các tổn hao
nhiễu xạ khác nhau. Các loại địa hình này có thể là mặt đất phẳng, hình nêm, hình tròn…
Đới Fresnel 2

Đới Fresnel1

d

F1

tia LOS
d1

H0

Hình 7: Điểm đặcd
biệt của địa hình nằm trong không gian truyền sóng
2

21

Hình 8. Sự phụ thuộc của tổn hao nhiễu xạ theo khoảng hở của đường truyền.\
Hình vẽ chỉ ra sự phụ thuộc của tổn hao nhiễu xạ theo khoảng hở ta thây rằng nêu khoảng
hở thoả mãn điều kiện tối thiểu 0,6F1 thì có thể coi đường truyền là không gian tự do. Có nghĩa
là tổn hao nhiễu xạ bằng không.
Tổn hao nhiễu xạ do lướt trên mặt đất phẳng:
Các tham số đặc tính điện của một môi trường bất kỳ bao gồm:
− Độ từ thẩm ỡ (Henry/mét - H/m)
− Hằng số điện môi ồ (Farad/mét - F/m)
− Điện dẫn ú (Siemen/ mét - S/m)
Độ từ thẩm của đất và biển thông thường có thể coi bằng độ từ thẩm của không gian tự do
vì vậy các bài toán thực tế chỉ xét đến hằng số điện môi và độ dẫn điện. Thông thường sử
dụng hằng số điện môi tương đối ồr so với không gian tự do.
Sự phụ thuộc của hằng số điện môi tương đối và độ dẫn điện được chỉ ra trên hình 9. Trong
thực tế đôi khi có thể sử dụng các biểu thức kinh nghiệm để tính toán hằng số điện môi
tương đối ồr dựa trên điện dẫn ú
ε r = 50.σ 1 / 5

Hình 9. Hằng số điện môi tương đối và điện dẫn là hàm của tần số.
Để xác định tổn hao nhiễu xạ đường vô tuyến bị chắn bởi mặt đất phẳng cần xác định dẫn
nạp bề mặt K theo sóng phân cực ngang và đứng.

22


[

K h = 1,942.10 −3 (k . f ) −1 / 3 ( ε r − 1) + (18σ / f )

[

]

2

]

2 −1 / 4

K v = K h ε r2 + (18σ / f )
Trong đó k là hệ số bán kính hiệu dụng thường được xác định theo hệ số k cực tiểu; f là tần
số tính theo đơn vị GHz.
Nếu K < 10-3 thì hoàn toàn có thể bỏ qua các đặc tính điện của mặt đất.
Nếu K> 10-3 khi đó tiêu hao nhiễu xạ do mặt đất phẳng có thể được tính gần đúng như sau:
L = F ( X ) + G (Y1 ) + G (Y2 )
Trong đó F và G là hàm của X và Y
F ( X ) = 11 + 10 lg X − 17,6 X
X là độ dài đường truyền đã được chuẩn hoá đượctính theo công thức
2 1/ 2

(

X = 0,064.β .d . f / k 2

)

1/ 3

1 + 1,6 K 2 + 0,75 K 4

1 + 4,5 K 2 + 1,35 K 4
d là độ dài tia sóng tính theo km, f tính theo GHz
Với phân cực ngang tại tất cả các tần số và đối với phân cực đứng f > 20MHz trên đất liền
hoặc f> 300 MHz trên biển có thể lấy õ =1
Độ cao của các anten chuẩn hoá có thể được xác định theo công thức sau:

β=

(

)

1/ 3

Y = 0,05178.h.β . f 2 / k
h là độ cao anten tính theo mét
G là một hàm của Y được xác định theo công thức sau:
 17,6.[Y − 1,1] 1 / 2 − 5 lg(Y − 1,1) − 8
Y >2

3
10 K < Y < 2
20 lg(Y + 0,1.Y )

G (Y ) = 
2 + 20 lg K + 9 lg(Y / K ).[ lg(Y / K ) + 1] K / 10 < Y < 10 K

Y < K / 10
2 + 20 lg K


Bài tập: Xác định tổn hao nhiễu xạ gây ra cho một tuyến có phân cực đứng độ dài tuyến là
70km với địa hình trên mực nước biển (nồng độ trung bình và ở 20 0C) độ cao của các an ten là
80 m. Tần số sóng mang là 4GHz.
Trong một số trường hợp có thể tính tổn hao nhiễu xạ trên địa hình bằng phẳng một cách
gần đúng như sau:
Dựa trên các tham số về dộ dài tuyến, các thông số về khí hậu và vị trí địa lý ta xác định hệ số
hiệu dụng bán kính trái đất ke.
Xác định các tham số độ lồi của trái đất qua đó xác định được khoảng hở chuẩn hoá F/F1
Tổn hao nhiễu xạ có thể được tính gần đúng theo công thức sau:
L = −25.F / F1 + 15
Tổn hao nhiễu xạ do vật chắn hình nêm
Với một vật chắn được lý tưởng hoá giống như một chiếc nêm có đầu nhọn (hình 4.6) ta có
thể tính toán tổn hao nhiễu xạ gần đúng như sau:

23


Hình 10. Vật chắn hình nêm.
Tất cả các tham số hình học được gộp lại thành một tham số không thứ nguyên duy nhất .
Tham số này có thể hỉểu là một tham số đặc trưng cho cho các tham số hình học đã lựa chọn và
có thể được xác định theo một trong các phương trình sau
γ = h.[ ( 2 / λ ).(1 / d1 + 1 / d 2 ) ] 1 / 2


2
γ =θ

 λ .(1 / d1 + 1 / d 2 ) 
γ = [ 2h.θ / λ ] 1 / 2

1/ 2

γ = [ 2d .α 1 .α 2 / λ ] 1 / 2
Trong đó h là độ cao của đỉnh vật chắn so với đường nằm ngang của tia sóng nối hai điểm
đầu cuối. Nếu vật chắn ở dưới hình này thì h âm
d1, d2 là các khoảng cách đến hai đầu cuối đường truyền tính từ vật chắn.
d là độ dài đường truyền d=d1+d2
θ là góc nhiễu xạ tính bằng radian dấu cũng như dấu của h
α1, α2 là góc được xác định như hình 10 và có dấu theo dấu của h
Tất cả các tham số h d ở được biểu thị cùng ở một đơn vị.
Với tham số γ >-1 thì tổn hao nhiễu xạ gây ra bởi vật chắn hình nêm có thể được tính gần
đúng theo một trong hai công thức sau:
L(γ ) = 13 + 20 lg γ [ dB ]
chính xác hơn có thể xác định tổn hao nhiễu xạ theo công thức:
1/ 2
L(γ ) = 6,4 + 20 lg ( γ + 1) + γ [ dB ]
Bài tập: Cho một đường truyền dẫn vi ba có độ dài 50 km. Một dãy núi cắt ngang đường
truyền (có thể coi gần đúng là một vật cản hình nêm) nằm cách một trạm 30 km và có độ cao

[

]

24


100m so với mặt nước biển. Tính tổn hao nhiễu xạ gây ra bởi dãy núi. Độ cao của hai an ten là
70m so với mực nước biển. Hệ số bán kính trái đất hiệu dụng k=4/3.
Tổn hao nhiễu xạ gây ra bởi vật chắn tròn duy nhất

Hình 11. Vật chắn hình tròn duy nhất trên đường truyền.
L(r ) = L(γ ) + T ( ρ ) + Q( X )
L(γ) được xác định giống như vật chắn hình nêm với hệ số
γ = [ 2 sin(θ / 2)][ 2(d a + R.θ / 2).( d b + R.θ / 2) /(λ.d )]1 / 2
Các tham số được xác định như hình vẽ 11
T(ủ) là tổn hao trên mặt cong của vật chắn
T ( ρ ) = 7,2 ρ − 2 ρ 2 + 3,6 ρ 3 − 0,8ρ 4
1/ 2

 d + db

R
ρ= a
1/ 3 
 d a − d b (πR / λ ) 
Q(X) là tổn hao được tính theo công thức
−ρ ≤ X ≤0
 T ( ρ ). X / ρ

Q( X ) = 
12,5 X
0≤ X ≤4
17 X − 6 − 29 lg X
X ≥4


[

]

1/ 3
1/ 2
X = [πR / λ ] .θ ≅ ( π / 2) .γ .ρ nếu θ << 1
Tổn hao nhiễu xạ với địa hình trung bình
Tổn hao nhiễu xạ gây ra bởi địa hình trung bình có thể được xác định theo công thức sau:
L = −20.F / F1 + 10
Đây là công thức được thiết lập dựa trên kinh nghiệm khi thiết kế trong đó F1 là bán kính
của miền Fresnel thứ nhất. Đại lượng F/F1 là khoảng hở được chuẩn hoá.

3. Hấp thụ của các phân tử khí
Khí quyển gần mặt đất được cấu thành từ các phân tử khí như ôxi, nitơ, hơi nước ..., dải tần
vi ba do có bước sóng nhỏ nên các phần tử khí trong khí quyển hấp thụ một phần đáng kể năng
lượng sóng điện từ.
Khí ôxi hấp thụ một phần năng lượng sóng vi ba, sự hấp thụ này tương đối nhỏ và phụ
thuộc vào tần số. Hơi nước và mù cũng hấp thụ một phần đáng kể năng lượng sóng điện từ,
nhất là sóng có tần số cỡ 20GHz trở lên.

25