Giáo trình Tín hiệu và phương thức truyền dẫn - CĐ Nghề Công Nghiệp Hà Nội

TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
Chủ biên: NGUYỄN THỊ THU
-------***--------

GIÁO TRÌNH
TÍN HIỆU VÀ PHƯỜNG THỨC TRUYỀN DẪN
( Lưu hành nội bộ)

HÀ NỘI 2012

1


LỜI NÓI ĐẦU

Trong chương trình đào tạo của các trường trung cấp nghề, cao đẳng nghề
Điện tử dân dụng thực hành nghề giữ một vị trí rất quan trọng: rèn luyện tay nghề
cho học sinh. Việc dạy thực hành đòi hỏi nhiều yếu tố: vật tư thiết bị đầy đủ đồng
thời cần một giáo trình nội bộ, mang tính khoa học và đáp ứng với yêu cầu thực tế.
Nội dung của giáo trình “TÍN HIỆU VÀ PHƯƠNG THỨC TRUYỀN DẪN”
đã được xây dựng trên cơ sở kế thừa những nội dung giảng dạy của các trường, kết
hợp với những nội dung mới nhằm đáp ứng yêu cầu nâng cao chất lượng đào tạo
phục vụ sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước,.
Giáo trình được biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, bổ sung nhiều kiến thức mới
và biên soạn theo quan điểm mở, nghĩa là, đề cập những nội dung cơ bản, cốt yếu
để tùy theo tính chất của các ngành nghề đào tạo mà nhà trường tự điều chỉnh cho
thích hợp và không trái với quy định của chương trình khung đào tạo cao đẳng
nghề.
Tuy các tác giả đã có nhiều cố gắng khi biên soạn, nhưng giáo trình chắc

chắn không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự tham gia đóng góp
ý kiến của các bạn đồng nghiệp và các chuyên gia kỹ thuật đầu ngành.
Xin trân trọng cảm ơn!

Tuyên bố bản quyền
2


Tài liệu này là loại giáo trình nội bộ dùng trong nhà trường với mục đích làm tài
liệu giảng dạy cho giáo viên và học sinh, sinh viên nên các nguồn thông tin có thể được
tham khảo.
Tài liệu phải do trường Cao đẳng nghề Công nghiệp Hà Nội in ấn và phát hành.
Việc sử dụng tài liệu này với mục đích thương mại hoặc khác với mục đích trên
đều bị nghiêm cấm và bị coi là vi phạm bản quyền.
Trường Cao đẳng nghề Công nghiệp Hà Nội xin chân thành cảm ơn các thông tin
giúp cho nhà trường bảo vệ bản quyền của mình.

3


Nội dung tổng quát và phân phối thời gian:
Thời gian
Số

Tên chương mục

Kiểm tra*

Tổng

Lý

Thực hành

số

thuyết

Bài tập

(LT hoặc
TH)

6

6

0

0

2

2

0

2

2

0

2

2

0

23

18

5

- Khái niệm tín hiệu, các thành
phần cơ bản và các tham số đặc
trưng trong từng loại tín hiệu

6

6

0

- Các phương thức điều chế tín hiệu

9

6

3

- Các phương thức giải điều chế tín
hiệu
Các phương thức truyền dẫn sóng
điện từ

8

6

2

16

15

0

6

6

0

6

6

0

4

3

0

1

45

39

5

1

TT

Mở đầu
I.

II.

III.

Hệ thống thông tin dân dụng.
- Sơ đồ khối và nguyên lý hoạt
động của hệ thống thông tin dân

dụng
- Chức năng và nhiệm vụ của các
khối trong hệ thống thông tin dân
dụng
- Nguyên lý đổi tần và dịch phổ tín
hiệu
Các phương thức điều chế và giải
điều chế tín hiệu

- Cấu tạo và tính chất của các môi
trường truyền dẫn
- Các Phương thức truyền dẫn tín
hiệu và lĩnh vực áp dụng
- Các loại anten thông dụng
Cộng

0

0

4


MỤC LỤC

ĐỀ MỤC

TRANG

MÔN HỌC : TÍN HIỆU VÀ PHƯƠNG THỨC TRUYỀN DẪN................................. 7

Mã môn học: MH17 ....................................................................................................... 7
CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG THÔNG TIN DÂN DỤNG.................................................... 7
1.

Sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động của hệ thống thông tin dân dụng.................... 8
1.1 Sơ đồ khối chức năng ...................................................................................... 8

2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống thông tin dân dụng ........................................... 11
2.1 Nguyên lý hoạt động ........................................................................................ 11
2.2 Nguyên lý hoạt động của từng khối .................................................................. 12
3.

Chức năng và nhiệm vụ của các khối trong hệ thống thông tin dân dụng............ 13
3.1 Phân loại các hệ thống thông tin dân dụng ....................................................... 13
3.2 Các nhược điểm của thông tin vô tuyến ............................................................ 19

4.

Nguyên lý đổi tần và dịch phổ tín hiệu ............................................................... 29
4.1 Phổ của tín hiệu................................................................................................ 29
4.2 Đổi tần ............................................................................................................. 36

5.

Câu hỏi và bài tập thảo luận ............................................................................... 46

CHƯƠNG 2 : CÁC PHƯƠNG THỨC ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHỀ TÍN HIỆU ... 47
1. Khái niệm tín hiệu, các thành phần cơ bản và các tham số đặc trưng trong từng
loại tín hiệu ................................................................................................................ 48
1.1 Khái niệm tín hiệu ............................................................................................ 48

1.1.1 Các tính chất của tín hiệu theo cách biểu diễn thời gian t............................... 48
1.2 Khái niệm về sóng điện từ và tín hiệu thông tin ............................................... 50
1.3 Tính chất và các thành phần cơ bản của sóng điện từ ....................................... 51
2.

Các phương thức điều chế tín hiệu ..................................................................... 53
2.1 Điều chế biên độ .............................................................................................. 53
2.2 Điều tần và điều pha (FM,PM) ......................................................................... 75

3.

Các phương thức giải điều chế tín hiệu .............................................................. 94
3.1 Giải điều chế tín hiệu điều biên (AM) .............................................................. 94
5


Giải điều chế tín hiệu điều tần và điều pha (FM,PM) ............................................. 98
Nguyên lý giải điều chế tín hiệu điều tần ............................................................... 98
4.

Bài tập ............................................................................................................. 105

CHƯƠNG 3 : CÁC PHƯƠNG THỨC TRUYỀN DẪN SÓNG ĐIỆN TỪ ................... 106
1.

Cấu tạo và tính chất của các môi trường truyền dẫn ......................................... 107
1.1 Sợi quang ....................................................................................................... 107
1.2 Tầng đối lưu ................................................................................................... 108
1.3 Tầng điện ly ................................................................................................... 109

2.

Các Phương thức truyền dẫn tín hiệu và lĩnh vực áp dụng ................................ 110
2.1 Truyền dẫn bằng nhiễu xạ trên mặt đất .......................................................... 110
2.2 Truyền dẫn bằng phản xạ tầng điện ly và tầng đối lưu .................................... 110
2.3 Truyền dẫn bằng chuyển tiếp qua vệ tinh........................................................ 110
2.4 Truyền dẫn bằng cáp ...................................................................................... 114

3 Các loại anten thông dụng ..................................................................................... 117
3.1 Anten chấn tử vòng ........................................................................................ 117
3.2 An ten parabol ................................................................................................ 117
CÁC THUẬT NGỮ CHUYÊN MÔN ....................................................................... 120
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 121

6


MÔN HỌC : TÍN HIỆU VÀ PHƯƠNG THỨC TRUYỀN DẪN
Mã môn học: MH17
Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học:
-

-

Vị trí của môn học: Môn học được bố trí sau khi học sinh học xong các môn
học chung, trước các môn học/ mô-đun đào tạo chuyên môn nghề ở học kỳ
1.
Tính chất của môn học: Là môn học kiến thức kỹ thuật cơ sởbắt buộc

Mục tiêu của môn học:

-

-

-

Sau khi học xong, người học có thể trình bày được các khái niệm cơ bản về
các dạng tín hiệu dùng trong công nghệ điện tử và truyền thông. Trình bày
được các phương thức truyền dẫn tín hiệu , và nguyên tắc hoạt động của
chúng.
Nhận biết được thiết bị điện tử trong hệ thống thông tin dân dụng. Cân chỉnh
hoặc cài đặt các thiết bị thu phát truyền tin trong hệ thống thông tin dân
dụng
Người học được hướng dẫn về thái độ trong môi trường làm việc .

Nội dung của môn học:
Cụ thể như sau:

CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG THÔNG TIN DÂN DỤNG
Mã chương: MH 17 01
Giớithiệu :
Hệ thống thông tin dân dụng có ý nghĩa vô cùng quan trọng trong cuộc sống
hàng ngày, nó giúp chúng ta có thể trao đổi thông tin, dữ liệu ở khoảng cách xa. Nó
còn giúp chúng ta kết nối và trao đổi thông tin kiến thức lẫn nhau giúp nâng cao
chất lượng cuộc sống và con người.
Mục tiêu :
Học xong chương này học viên có khả năng:

7

 Kiến thức:
 Hiểu được nguyên tắc hoạt động, sơ đồ khối của một hệ thống thông
tin dân dụng.
 Hiểu được các nguyên lý đổi tần trong các hệ thống truyền thông tin
 Kỹ năng:
 Biết phân tích các khối chức năng trong một hệ thống thông tin dân
dụng.
 Có thể nhận dạng và hiểu nguyên lý của các hệ thống thông tin dân
dụng
 Thái độ:
 Có ý thức tự giác học tập.
 Có tinh thần hợp tác giúp đỡ lẫn nhau.
 Tuân thủ nội quy và giờ giấc học tập.
Nội dung chính.
1. Sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động của hệ thống thông tin dân dụng
Hệ thống thông tin dân dụng là sự kết hợp của phần cứng, phần mềm và mạng
truyền thông được xây dựng và sử dụng để thu thập, tái tạo, phân phối và chia sẻ
các dữ liệu thông tin nhằm phục vụ các mục tiêu của tổ chức,các thành phần kinh
tế.Nó cũng là một hệ thống chuyển tải tin tức từ nguồn phát tin đến nơi nhận tin ở
một khoảng cách nào đó.Hệ thống thông tin có thể thực hiện giữa một hay nhiều
nguồn phát tin đồng thời đến một hay nhiều nơi nhận tin,do đó ta có kiểu thông tin
một đường,đa đường,phương thức thông tin một chiều,hai chiều hay nhiều
chiều.Môi trường thông tin đa tuyến hay hưu tuyến.
1.1

Sơ đồ khối chức năng

1.1.1 Sơ đồ khối

8


Nguồn tin phát

Khối phát

Môi
trường
thông tin

Khối thuNơi nhận tin

Nhiễu ,can nhiễu hoặc tác nhân gây méo
dạng

Hình 0.1Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống thông tin dân dụng
Hình 1.1 giới thiệu một sơ đồ khối tổng quát của một hệ thống thông tin dân dụng
,trong đó các tín hiệu phát và thu lan truyền trong môi trường đều được xem dưới
dạng tín hiệu điện .
1.2 Nhiệm vụ của từng khối chức năng
 Khối phát có chức năng xử lý tín hiệu tin tức và cung cấp vào môi
trường thông tin một tín hiệu có dạng phù hợp với đặc tính của môi
trường với điều kiện là nội dung của tin tức được truyền truyền đi
không thay đổi.Khối phát có thể gồm các phần mã hóa ,điều chế và
khuếch đại phát.
 Môi trường thông tin là một môi trường vật lý cụ thể cho phép truyền
tải tín hiệu từ nơi phát đến nơi thu .Môi trường thông tin có thể dưới
dạng hưu tuyến hoặc dưới dạng vô tuyến .Môi trường thông tin có gây
đặc tính suy hao công suất tín hiệu và gây trễ pha tín hiệu khi truyền

tin .Cự ly thông tin càng lớn thì độ suy hao và trễ pha càng nhiều.
 Khối thu có chức năng thu nhận tín hiệu tin tức từ môi trường thông
tin ,tái tạo lại tin tức để cung cấp đến nơi nhận tin .Khối thu có thể bao
gồm các phần khuếch đại tín hiệu điện (bù sự suy hao trên môi trường
truyền ),giải điều chế và giải mã hóa (để khôi phục lại tín hiệu gốc
ban đầu ở nơi phát ),khối chọn lọc kênh thông tin (để lựa chọn đúng
tín hiệu từ nguồn tin mà ta muốn thu nhận ,trong khi môi trường thông

9


tin có thể được sử dụng truyền tin đồng thời cho nhiều nguồn tin khác
nhau).
 Một loại tín hiệu phụ nhưng luôn luôn xuất hiện và tồn tại trong bất
kỳ hệ thống thông tin nào đó chính là khối nhiễu ,can nhiễu ,các tác
nhân gây méo dạng .Đây là loại tín hiệu là ta không mong muốn thu
nhận được tại nơi thu trong quá trình truyền tin Chúng có thể xuất
hiện trong môi trường truyền tin dưới dạng nhiễu cộng hoặc nhiễu
nhân .Do tính chất suy hao của môi trường thông tin ,tín hiệu tin tức
mà ta muốn truyền có thể bị suy hao công suất đến mức có thể bị xen
lẫn với các tín hiệu nhiễu trong môi trường truyền hoặc tại nơi
thu.Lúc này ,quá trình thông tin là thất bại,nơi nhận tin không thể tái
tạo lại tin tức từ nguồn phát.
 Nhiễu là các tín hiệu không mong muốn ,xuất hiện một cách
ngẫu nhiên trong môi trường hay từ các phần tử ,linh kiện của
thiết bị .Nhiễu cộng có thể được loại bỏ hoặc giảm thiểu từ các
bộ lọc tần số ,các bộ xử lý ngưỡng tại nơi thu.Đối với nhiễu
nhân quá trình xử lý nhiễu phức tạp hơn nhiều ,thường phải sử
dụng các thuật toán thử và sai( chẳng hạn thuật toán logic
mờ,mạng neural ,chuỗi Markov…)

 Can nhiễu là nhiễu gây ra bởi các tác nhân chủ quan của con
ngươi như nhiễu do nguồn tín hiệu từ nguồn phát khác ,nhiễu
do nguồn cung cấp công suất ,nhiễu do các thiết bị phụ trợ
…,Can nhiễu xuất hiện ở các dãi tần số khác với tần số muốn
thu .Can nhiễu có thể được loại bỏ dễ dàng nhờ các phép lọc tần
số thông thường .Tuy nhiên ,can nhiễu cùng dãi tần rất khó
được loại trừ ,người ta phải dùng các phép mã hóa nguồn phù
hợp.
 Tác nhân gây méo dạng tín hiệu thường sảy ra do các thành
phần tử linh kiện trong thiết bị không có đặc tính tuyến tính
.Tuy nhiên ,điểm khác biệt giữa các tác nhân gây méo dạng này
với nhiễu và can nhiễu là sự méo dạng chỉ sảy ra khi có tín hiệu
phát .Sự méo dạng có thể được khắc phục nhờ các bộ sủa dạng
(equalizer) trong hệ thống thông tin.

10


 Trong hệ thống thông tin nếu tin tức luôn truyền theo một duy nhất
từ nguồn phát đến nguồn thu ta có hệ thông truyền đơn
công(simple)
Nếu hệ thống cho phép truyền tin tức theo hai chiều đồng thời gọi
là hệ thống song công ( full duplex)
Nếu hệ thống cho phép thông tin theo hai chiều tuần tự nhau (tại
một thời điểm chỉ có một bên phát và một bên thu) hệ thống bán
song công(half duplex)
2.Nguyên lý hoạt động của hệ thống thông tin dân dụng
2.1 Nguyên lý hoạt động
Tin tức từ nguồn tin phát đi được đưa vào khối phát.Tin tức ở đây có thể là
digital hay analog tùy vào hệ được dùng.Nó có thể là tin tức về video,audio,hay

các thứ khác .Trong hệ multiplex(đa hợp) có thể có nhiều nguồn vào .Trong hệ
digital nó là một vi xử lý.Trong hệ analog nó là một mạch lọc thông thấp.Trong hệ
lai nó là mạch lấy mẫu tin tức vào (analog)và digital-hóa để có một biến điệu xung
mã PCM.Nói chung tín hiệu được mã hóa ,điều chế và khuếch đại phát.Sau đó tin
tức được đưa lên môi trường truyền.Một cách tổng quát ,môi trường truyền làm
suy giảm tín hiệu do nhiễu làm cho tín hiệu bị xấu đi so với nguồn .Trên môi
trường truyền có thể chứa các bộ khuếch đại tác động .ví dụ Hệ thống repeater
trong telephone hoặc như vệ tinh tiếp chuyển trong hệ thống viễn thông trong
không gian.Dĩ nhiên,các bộ phận này cần thiết để giữ cho tín hiệu lớn hơn
nhiễu.Môi trường truyền cũng có thể có nhiều đường (multiple paths) giữa input và
output và chúng có thời gian trễ (time delay),tính chất giảm biên khác nhau.Những
tính chất này có thể thay đổi theo thời gian .Sự thay đổi này làm thay đổi bất
thường (fading)tín hiệu ở ngõ ra của moi trường truyền.Tiếp đó tín hiệu được đưa
đến khối thu có nhiệm vụ nhận tín hiệu ở ngỏ ra của kênh và đổi nó thành tín hiệu
băng gốc.
Sự phân chia các vùng tần số (Frequency Allocations).
Trong các hệ thông tin dùng không khí làm kênh truyền, các điều kiện về giao thoa
và truyền sóng thì phụ thuộc chặt chẽ vào tần số truyền.Về mặt lý thuyết, bất kỳ
một kiểu biến điệu nào (AM, FM, một băng cạnh - single sideband, phase shift
keying, frequency shift keying...) đều có thể được dùng cho bất kỳ tần số truyền
11


nào. Tuy nhiên, theo những qui ước quốc tế, kiểu biến điệu độ rộng băng, loại tin
được truyền cần được xếp đặt cho từng băng tần. Bảng sau đây cho danh sách các
băng tần, ký hiệu, điều kiện truyền và công dụng tiêu biểu của chúng.
Bảng 1.1 :Danh sách băng tần

Ngoài ra còn có dãi sóng có tần số cao hơn 300GHz gọi là sóng siêu mili, dùng
trong xử lý tia lazer, hồng ngoại không được sử dụng rộng rãi như sóng vô tuyến.

Tia hồng ngoại kết hợp với bức xạ của nam châm tạo ra sức nóng. Tia tử ngoại, tia
cực tím, tia X, tia gamma…rất ít ứng dụng trong ngành thông tin, vì nó không
được ứng dụng nhiều.
2.2 Nguyên lý hoạt động của từng khối
 Nguyên lý hoạt động của khối truyền tin : là nhận thông tin và
chuyển hóa thành tín hiệu và sau đó xử lý tín hiệu cho phù hợp với
môi trường truyền và cuối cùng là phát đi trên môi trường truyền
dẫn .
12


Thông tin có thể là âm thanh, hình ảnh, tiếng nói, văn bản …
Xử lý có thể là mã hóa nguồn, ghép kênh, điều chế…
 Môi trường truyền tin : Tùy thuộc vào phương thức truyền dẫn,
chúng ta sẽ có môi trường truyền tin. Người ta sử dụng môi trường
truyền tin để truyền thong tin dựa trên các nguyên tắc lan truyền
tín hiệu trong vật lý như lan truyền sóng âm,lan truyền tín hiệu
trong dây dẫn, hay lan truyền sóng trong không khí…
 Nguyên lý hoạt động của khối nhận thông tin : Khối nhận thông
tin hoạt động dựa trên các nguyên tắc thu tín hiệu trong các môi
trường truyền dẫn trong vật lý, ví dụ như thu sóng vô truyến, thu
tín hiệu điện trong dây điện ,cáp ….
3. Chức năng và nhiệm vụ của các khối trong hệ thống thông tin dân dụng
3.1 Phân loại các hệ thống thông tin dân dụng
3.1.1 Thông tin vô tuyến cố định
Thông tin vô tuyến cố định được sử dụng chủ yếu trong truyền dẫn viba
chuyển tiếp đường dài. Các máy phát máy thu được đặt ở các trạm đầu cuối hoặc
trạm lặp.
3.1.2 Thông tin vô tuyến di động
Gần đây ,thông tin di đông đã trở thành một ứng dụng trong lĩnh vực thông

tin vô tuyến .Phát triển của thông tin di động được bắt đầu bằng phát minh thí
nghiệm về sóng điện từ của Hertz và điện báo vô tuyến của Marconi và vào thời kỳ
đầu của phát minh thông tin vô tuyến ,nó được sử dụng trong dịch vụ vận tải an
toàn đường biển để điều khiển các con tàu .Về sau nó gồm có thông tin vô tuyến di
động mặt đất, thông tin vô tuyến di động hàng hải, thông tin vô tuyến di động hàng
không.
Thông tin vô tuyến di động đóng một vai trò quan trọng trong các dịch vụ viễn
thông. Các dịch vụ thông tin vô tuyến đang được phát triển một cách nhanh chóng
và có thể phân chia chúng thành các dịch vụ viễn thông công cộng cho thông tin
dùng riêng.

13


a) Thông tin di động mặt đất:

Hình 0.2Thông tin di động mặt đất.
Thông tin di động mặt đất thường được phân nhóm thành hệ thống công
cộng và dùng riêng....Hệ thống công cộng có nghĩa là hệ thống thông tin có thể
truy nhập tới mạng điện thoại chuyển mạch công cộng (PSTN), có điện thoại xe
cộ,điện thoại không dây,chuông bủ túi ...trong hệ thống dùng riêng cả hai loại hệ
thống .Hệ thống thứ nhất là hệ thống dịch vụ công cộng chẳng hạn như cảnh sát
cứu hoả ,cấp cứu ,điện lực và giao thông.Hệ thống thứ hai dùng cho các cá nhân
hay công ty.ở đây,ngoài dịch vụ kinh doanh sử dụng sóng vô tuyến dành riêng còn
hệ thống MCA hệ thống kinh tế truy nhập đa kênh ,sử dụng các kênh vô tuyến
trong thông tin vô tuyến nội bộ các công ty hay và cá nhân chẳng hạn như máy bộ
đàm và vô tuyến nghiệp dư.Ngoài những dịch vụ kể trên còn có các dịch vụ thông
tin di động mặt đất mới khác xuất hiện như chuông bỏ túi có màn hiện hình ,đầu
cuối xa.. các đặc tính của thông tin di động được trình bày trong bảng 1.2
Bảng 1.2 Các đặc tính của các dịch vụ thông tin di động mặt đất

14


b) Thông tin di động hàng hải:

15


Hình 0.3Thông tin di động hàng hải
Thông tin di động hàng hải được phân chia thành hệ thống thông tin tàu thuyền
giữa trạm gốc ở cảng và tàu đi dọc theo bờ biển và hệ thống thông tin vệ tinh hàng
hải đến các tàu ngoài khơi xa.Thông tin điện thoại tàu thuyền được phát triển từ
điện báo vô tuyến sử dụng bằng sóng ngắn trung bình ,còn hệ thống điện thoại tàu
bè thực sự sử dụng băng tần VHF là hệ thống điện thoại của Great lakes ở Mỹ năm
1952.ở châu âu kênh thông tin hai hướng mở rộng được phát triển theo các kiểu
của Mỹ .Các nước ở vùng biển bắc bắt đầu khai thác hệ thống này năm
1956,nhưng hệ thống này thuộc kiểu khai thác công nhân với băng tần 150Mhz.
Sau đó ITU - R đã khuyến nghị kiểu truy nhập tự động và bây giờ hệ thống
450Mhz NMT được khai thác ở phía bắc và kiểu tự động băng tần 250Mhz được
sử dụng ở nhật .
Trong thời kỳ đầu của thông tin vệ tinh hàng hải ,hệ thống MARISATA được
khai thác như một nội bộ công ty và theo đó INMARSAT được thiết lập và khai
thác vào năm 1979 và rất nhiều dịch vụ như điện thoại ,telex,dữ liệu và cứu hộ
hàng hải được cung cấp.
Hệ thống giải pháp tổng thể GMDSS (hệ thống cứu hộ và an toàn hàng hải đang
được phát triển và sẽ được sử dụng).

16

c) Thông tin di động hàng không:

Hình 0.4Thông tin di động hàng không.
Trong thông tin di động hàng không có dịch vụ điện thoại vô tuyến sân bay để
kiểm soát bay và hệ thống điện thoại công cộng hàng không cho hành khách.

Dịch vụ có điện thoại công cộng hàng không kiểu thông tin trực tiếp giữa đài mặt
đất và máy bay - được sử dụng một phần ở Mỹ ,Nhật và một sồ nước khác.Các
kiểu chủ yếu của nó là ARINC và airfone là nhưng kiểu được phát triển ở Mỹ.Băng
tần là 800 - 900 Mhz dùng chung với băng tần của thông tin di động mặt đất .Ðiều
chế ở đây là SSB.Về truy nhập cuộc gọi ,loại thứ nhất là chuyển vùng thông tin
,loại sau là kiểu vùng thông tin phụ thuộc.
3.1.3 Thông tin vệ tinh

17


Hình 0.5Mô hình cung cấp dịch vụ Internet qua vệ tinh cho những khu vực nhỏ.

Hình 0.6Các thành phần chính cho cơ sở hạ tầng mạng di động qua vệ tinh
Hình trên trình bày nguyên lý của thông tin vệ tinh, trong đó một vệ tinh có các
chức năng thu, phát và khuếch đại sóng vô tuyến được phóng vào không gian trở
thành một trạm thông tin ngoài trái đất. Có nhiệm vụ thu sóng từ trái đất, khuếch
đại chúng rồi phát chúng trở về một trạm khác trên mặt đất. Đường truyền từ mặt
18


đất lên gọi là đường lên, đường truyền từ vệ tinh xuống mặt đất gọi là đường
xuống. Để tránh can nhiễu giữa đường lên và đường xuống phải sử dụng các băng

tần và sóng phân cực khác nhau. Có hai loại vệ tinh: vệ tinh quỹ đạo và vệ tinh địa
tĩnh. Vệ tinh địa tĩnh có ưu điểm là vị trí của nó không thay đổi so với mặt đất, nó
được phóng vào quỹ đạo ở độ cao 36000km so với đường xích đạo, thời gian để vệ
tinh quay quanh một vòng trái đất là 24h.
Vệ tinh thông tin: bao gồm các thiết bị để phục vụ cho mục đích thông tin (thiết bị
chức năng) và các thiết bị chung dùng cho việc trợ giúp các thiết bị chức năng.
Thiết bị chức năng bao gồm anten để thu sóng vô tuyến từ trạm mặt đất và thiết bị
chuyển tiếp thông tin để biến đổi và khuếch đại sóng vô tuyến thu rồi phát xuống
mặt đất.
Các trạm mặt đất: bao gồm các phương tiện thông tin trên mặt đất sử dụng cho
thông tin vệ tinh. Các phương tiện thông tin vệ tinh được chia thành anten, hệ
thống máy phát và máy thu, hệ thống điều khiển thông tin.
3.2 Các nhược điểm của thông tin vô tuyến
3.2.1 Fading
Fading là hiện tượng sai lạc tín hiệu thu môt cách bất thường xảy ra đối với các hệ
thống vô tuyến do tác đông của môi trường truyền dẫn.
Các yếu tố gây ra Fading đối với các hệ thống vô tuyến măt đất như:
Sự thăng giáng của tầng điện ly đối với hệ thống sóng ngắn
Sự hấp thụ gây bởi các phân tử khí, hơi nước, mưa, tuyết, sương mù...sự hấp thụ
này phụ thuôc vào dải tần số công tác đăc biệt là dải tần cao (>10Ghz).
Sự khúc xạ gây bởi sự không đổng đều của mật đô không khí.
Sự phản xạ sóng từ bề măt trái đất, đăc biệt trong trường hợp có bề măt nước và sự
phản xạ sóng từ các bất đổng nhất trong khí quyển. Đây cũng là môt yếu tố dẫn
đến sự truyền lan đa đường.
Sự phản xạ, tán xạ và nhiễu xạ từ các chướng ngại trên đường truyền lan sóng điện
từ, gây nên hiện tượng trải trễ và giao thoa sóng tại điểm thu do tín hiệu nhận được
là tổng của rất nhiều tín hiệu truyền theo nhiều đường.
19

Phân loại fading





Fading phẳng
Fading chọn lọc tần số
Fading nhanh
Fading chậm

Chúng được phân loại theo chu kỳ của tín hiệu và băng thông của tín hiệu dãi nền
như sau:

Hình 0.7Phân loại Fading.

a) Fading phẳng

20


Là Fading mà suy hao phụ thuộc vào tần số là không đáng kể và hầu như là hằng
số với toàn bộ băng tần hiệu dụng của tín hiệu.
Fading phẳng thường xảy ra đối với các hệ thống vô tuyến có dung lượng nhỏ và
vừa, do độ rộng băng tín hiệu khá nhỏ nên fading do truyền dẫn đa đường và do
mưa gần như là xem không có chọn lọc theo tần số.
Fading lựa chọn tần số (selective fading)
Xảy ra khi băng tần của tín hiệu lớn hơn băng thông của kênh truyền. Do đó hệ
thống tốc độ vừa và lớn có độ rộng băng tín hiệu lớn (lớn hơn độ rộng kênh) sẽ
chịu nhiều tác động của selective fading.

Nói chung là đối toàn bộ băng thông kênh truyền thì nó ảnh hưởng không đều, chỗ
nhiều chỗ ít, chỗ làm tăng chỗ làm giảm cường độ tín hiệu. Loại này chủ yếu do
fading đa đường gây ra.

Hình 0.8Hiện tượng Fading
Tác hại lớn nhất của loại fading này là gây nhiễu liên kí tự -ISI.Selective fading tác
động lên các tần số khác nhau (trong cùng băng tần của tín hiệu) là khác nhau, do
21


đó việc dự trữ như flat fading là không thể. Do đó để khắc phục nó, người ta sử
dụng một số biện pháp:
1/Phân tập (diversity): không gian (dùng nhiều anten phát và thu) và thời gian
(truyền tại nhiều thời điểm khác nhau).
2/ Sử dụng mạch san bằng thích nghi, thường là các ATDE (Adaptive Time
Domain Equalizer) với các thuật toán thích nghi thông dụng là Cưỡng ép không ZF
(Zero Forcing) và Sai số trung bình bình phương cực tiểu LMS (Least Mean
Square error);
3/Sử dụng mã sửa lỗi để giảm BER (vốn có thể lớn do selective fading gây nên);
4/Trải phổ tín hiệu (pha-đinh chọn lọc thường do hiện tượng truyền dẫn đa đường
(multipath propagation) gây nên, trải phổ chuỗi trực tiếp, nhất là với máy thu
RAKE, có khả năng tách các tia sóng và tổng hợp chúng lại, loại bỏ ảnh hưởng của
multipath propagation);
5/Sử dụng điều chế đa sóng mang mà tiêu biểu là OFDM (ứng dụng trong di động
3G, trong WIFI, WIMAX hay trong truyền hình số mặt đất DVB-T...)
Tóm lại, fading phẳng chủ yếu do mưa mù và đa đường (nếu do hiện tượng đa
đường thì chỉ với các kênh băng thông hẹp), fading chọn lọc thì chủ yếu do fading
đa đường và kênh truyền rộng.
b) Fading nhanh và fading chậm.
* Nguyên nhân:

- Fading nhanh (fast fading) hay còn gọi là hiệu ứng Doppler, nguyên nhân là có sự
chuyển động tương đối giữa máy thu và máy phát dẫn đến tần số thu được sẽ bị
dịch tần đi 1 lượng delta_f so với tần sô phát tương ứng
fthu = fphát. (c + vthu) / (c+vphát)
=> delta_f=|fthu-fphát|=|v/(c+vphát)|.fphát
Mức độ dịch tần sẽ thay đổi theo vận tốc tương đối (v) giữa máy phát và thu (tại
cùng 1 t/s phát). Do đó hiện tượng này gọi là fading nhanh.

22


Tuy nhiên, đó không phải là toàn bộ nội dung của fading nhanh mà các hiệu ứng đa
đường (multipath) cũng có thể kéo theo sự biến đổi nhanh của mức nhiễu tại đầu
thu gây ra fast fading.
- Fading chậm (slow fading): Do ảnh hưởng của các vật cản trở trên đường truyền.
VD: tòa nhà cao tầng, ngọn núi, đồi…làm cho biên độ tín hiệu suy giảm, do đó còn
gọi là hiệu ứng bóng râm (Shadowing) Tuy nhiên, hiện tượng này chỉ xảy ra trên
một khoảng cách lớn, nên tốc độ biến đổi chậm. Hay sự không ổn định cường độ
tín hiệu ảnh hưởng đến hiệu ứng cho chắn gọi là suy hao chậm. Vì vậy hiệu ứng
này gọi là Fading chậm (slow fading)
Như vậy, slow fading và fast fading phân biệt nhau ở mức độ biến đổi nhiễu tại
anten thu.
3.2.2 Suy hao do mưa
Cường độ của tín hiệu trên bất cứ một môi trường truyền nào đều bị suy giảm
theo khoảng cách. Sự suy giảm này thường theo quy luật hàm logarit trong các
đường truyền có định tuyến, hay theo một hàm phức tạp trong các môi trường
không định tuyến tùy thuộc vào khoảng cách và áp suất không khí và cả các yếu tố
mưa mù, khí hậu nữa. Tín hiệu suy giảm tác động đến các yếu tố sau :
Tín hiệu tại điểm thu phải đủ lớn để máy thu có thể phát hiện và khôi phục tín hiệu
Tín hiệu nhận được tại điểm thu phải đủ lớn để máy thu có thể phát hiện và khôi

phục không bị sai lỗi.
Độ suy giảm thường là một hàm tăng theo tần số

23


Hình 0.9Suy hao do mưa.
Thường để phát đi xa thì người ta cần các bộ khuếch đại lại tín hiệu và chuyển tiếp,
với tần số càng cao thì thường bộ khuếch đại càng phải gần lại.

24


Hình 0.10Suy hao do mưa phụ thuộc vào tần số và cường độ mưa, góc ngẩng.

Hình 0.11Suy hao do cường độ mưa.
25