CHUYÊN đề VIỄN THÔNG TIÊN TIẾN xây DỰNG bài TOÁN THIẾT kế TUYẾN TRUYỀN dẫn VIBA số THEO MẠNG TRUYỀN dẫn điểm điểm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GỊN
KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG

CHUN ĐỀ VIỄN THƠNG TIÊN TIẾN
XÂY DỰNG BÀI TỐN THIẾT KẾ TUYẾN TRUYỀN
DẪN VIBA SỐ THEO MẠNG TRUYỀN DẪN ĐIỂM
ĐIỂM
GVHD: Ths HỒ VĂN CỪU
SVTH: Đồn Đình Bách Nhật - 3116500032

Tp .HCM ,Tháng 06

năm 2020


CHUN ĐỀ VIỄN THƠNG TIÊN TIẾN

Nội dung
•CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VIBA SỐ
•CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÍ THUYẾT VỀ TUYẾN
TRUYỀN DẪN VIBA SỐ
•CHƯƠNG III TỔNG QUAN VỀ CẤU HÌNH MẠNG
ĐIỂM ,ĐIỂM
•CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ TUYẾN TRUYỀN DẪN
VIBA SỐ THEO CẤU HÌNH MẠNG ĐIỂM ĐIỂM
•KẾT LUẬN
2


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VIBA SỐ
1 Khái niệm

• 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. 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 vơ tuyến tiếp sức.
• Thơng 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
thơng tin vơ tuyến sử dụng sóng vơ tuyến có tần số từ 1 GHz đến 30
GHz và khoảng không gian làm môi trường truyền dẫn.


CHƯƠNG 1: TỞNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VIBA SỐ

Hình 1.1 Mơ Hình Hệ Thống Thơng Tin Vơ Tuyến


CHƯƠNG 1: TỞNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VIBA SỐ
2 Tóm tắt q trình phát triển viba số
• Thơng 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 thơng tin siêu cao tần chưa
được phát huy.
• Năm 1935 đường thông tin vô tuyến tần 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 thơng tin vơ tuyến tần số phát
triển bùng nổ. Hệ thống vi ba số bắt đầu được hình thành vào những năm
50 và phát triển mạnh mẽ cùng với sự phát triển của kỹ thuật viễn thơng .
• Tại Việt Nam, hệ thống thơng tin vi ba đầu tiên được lắp đặt là RVG-950
vào cuối tháng 6 năm 1969. Đầu năm 1988 hệ thống vi ba 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.


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VIBA SỐ
3 Hệ thống viba số
• 3.1 Mơ hình hệ thống viba số

Hình 1.2 Mơ hình hệ thống vi ba số


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VIBA SỐ
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.
• - Máy phát: xử lý tín hiệu băng tần gốc để đưa tới anten phát để bức xạ có
ra khơng gian.
• - Máy thu: thu tín hiệu băng gốc từ kênh thơng tin trên đường truyền vơ
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.


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VIBA SỐ
3.2 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 vơ tuyến;
• + Các đường truyền dẫn trong các hệ thống thông tin di động để kết nối các máy di động
với mạng viễn thơng.
• 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


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VIBA SỐ
4 PHÂN LOẠI HỆ THỐNG VIBA 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.
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 vơ 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 vơ 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 vơ tuyến 4, 6, 8, 12GHz .


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VIBA SỐ
5 CÁC MẠNG VIBA SỐ
5.1 Mạng vi ba số điểm nối điểm
• Mơ hình hệ thống vi ba số điểm nối điểm:

Hình 1.2. Hệ thống vi ba số điểm nối điểm


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VIBA SỐ
5 CÁC MẠNG VIBA SỐ
5.2 Mạng vi ba số điểm nối nhiều điểm
• Mơ hình hệ thống vi ba số điểm nối nhiều điểm:

Hình 1.3. Hệ thống vi ba số điểm nối nhiều
điểm


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VIBA SỐ
6 ƯU, NHƯỢC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG VIBA SỐ
• a) Ưu điểm
• - Nhờ các phương thức mã hoá và ghép kênh theo thời gian dùng các vi mạch
tích hợp cỡ lớn nên thông tin xuất phát từ các nguồn khác nhau như điện thoại,
máy tính, facsimile, telex, video... được tổng hợp thành luồng bit số liệu tốc độ
cao để truyền trên cùng một sóng mang vơ tuyến;
• - Nhờ sử dụng các bộ lặp tái sinh luồng số liệu nên tránh được nhiễu tích luỹ
trong hệ thống số. Việc tái sinh này có thể được tiến hành ở tốc độ bit cao nhất
của băng tần gốc mà không cần đưa xuống tốc độ bit ban đầu;

• - Nhờ có tính chống nhiễu tốt, các hệ thống vi ba số có thể hoạt động tốt với tỉ
số sóng mang/nhiễu (C/N) > 15dB. Trong khi đó hệ thống vi ba tương tự yêu cầu
(C/N) lớn hơn nhiều (> 30dB), theo khuyến nghị của CCIR). Điều này cho phép sử
dụng lại tần số đó bằng phương pháp phân cực trực giao, tăng phổ hiệu dụng và
dung lượng kênh;
• - Cùng một dung lượng truyền dẫn, công suất phát cần thiết nhỏ hơn so với hệ
thống tương tự làm giảm chi phí thiết bị, tăng độ tin cậy, tiết kiệm nguồn. Ngồi
ra, cơng suất phát nhỏ ít gây nhiễu cho các hệ thống khác .


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VIBA SỐ
6 ƯU, NHƯỢC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG VIBA SỐ
• b) Nhược điểm
• - Khi áp dụng hệ thống truyền dẫn số, phổ tần tín hiệu thoại rộng hơn so với
hệ thống tương tự.
• - Khi các thơng số đường truyền dẫn như trị số BER, S/N thay đổi không đạt
giá trị cho phép thì thơng tin sẽ gián đoạn, khác với hệ thống tương tự
thông tin vẫn tồn tại tuy chất lượng kém;
• - Hệ thống này dễ bị ảnh hưởng của méo phi tuyến do các đặc tính bão hồ,
do các linh kiện bán dẫn gây nên, đặc tính này khơng xảy ra cho hệ thống
tương tự FM.
• Các vấn đề trên đã được khắc phục nhờ áp dụng các tiến bộ kỹ thuật mới
như điều chế số nhiều mức, dùng thiết bị dự phòng (1+n) và sử dụng các
mạch bảo vệ.


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VIBA SỐ
7 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
•
Chương 1 đã trình bày tổng quan về hệ thống vi ba số, từ đây cho ta cái

nhìn tổng quát về hệ thống vi ba số và cũng làm tiền đề cho việc thiết kế
tuyến ở phần sau. Ngồi ra, chương này cũng trình bày đặc điểm cua hệ
thống,đồng thời trình bày ưu và nhược điểm của thơng tin vi ba số, tránh
được sai sót khi thiết kế sau này.


Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THIẾT BỊ VI BA SỐ
• 1 CƠ SỞ TRUYỀN SĨNG VƠ TUYẾN TRONG HỆ THỐNG VIBA SỐ
• 1.1 Khái niệm
•
Sóng điện từ là sự lan truyền trong không gian của điện từ trường. Sóng
điện từ bao gồm các loại sóng vơ tuyến, tia hồng ngoại, …, tia X và tia
Gamma.
•
Sóng vơ tuyến điện là sóng điện từ có tần số thấp hơn 3000 GHz . Có hai
loại sóng vơ tuyến thường thấy trong thực tế là sóng dọc và sóng ngang.
Sóng dọc là sóng lan truyền theo phương chuyển động của nó (tiêu biểu như
sóng âm thanh lan truyền trong khơng khí). Cịn sóng ngang là sóng điện từ
có vectơ cường độ điện trường và từ truờng vng góc với nhau và vng
góc với phương truyền sóng .


Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THIẾT BỊ VI BA SỐ
1.2 Phân chia dải tần số vô tuyến và ứng dụng cho các mục đích thơng tin
Ta biết rằng thông tin vô tuyến đảm bảo việc phát thông tin đi xa nhờ các sóng
điện từ. Mơi trường truyền sóng (khí quyển trên mặt đất, vũ trụ, nước, đơi khi
là các lớp địa chất của mặt đất) là chung cho nhiều kênh thông tin vô tuyến.
Dải tần số radio
Hạ
âm

100

Â
m Siêu âm
thanh

102

104

Vi ba,
AM TV, Vệ tinh,
radio FM rada

106

108

1010

Dải sợi quang
Tia
Hồng nhìn
ngoại thấy

1012

Tần số (Hz)
Hình 2.1. Phổ tần số vơ tuyến và ứng dụng

1014

Cực
tím

1016

Tia
Tia
Tia X Gamma vũ trụ

1018

1020 1022


Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THIẾT BỊ VI BA SỐ
1.3 Các phương thức truyền lan của sóng vơ tuyến
Các sóng vơ tuyến có thể được truyền từ anten phát đến anten thu bằng hai
đường chính: tầng điện ly (sóng trời) hoặc đi sát mặt đất (sóng đất).

Hình 2.2. Các phương thức truyền sóng


Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THIẾT BỊ VI BA SỐ
• 1.3.1 Các loại sóng đất
• Sóng đất là sóng khơng bị thăng giáng bởi tầng điện ly, tức là sóng bề mặt và
sóng khơng gian. Các loại sóng đất bao gồm là:
+ Sóng bề mặt

+ Sóng khơng gian
+ Sóng trực tiếp
+ Sóng phản xạ từ đất
+ Sóng phản xạ từ tầng đối lưu


Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THIẾT BỊ VI BA SỐ
• 1.3.2 Sóng trời
• Các sóng điện từ có hướng bức xạ cao hơn đường chân trời (tạo thành góc khá lớn
so với mặt đất) được gọi là sóng trời. Sóng trời được phản xạ hoặc khúc xạ về trái
đất từ tầng điện ly, vì thế cịn gọi là sóng điện ly. Tầng điện ly là vùng khơng gian
nằm cách mặt đất chừng 50 – 80 km đến 1000 km. Tầng này hấp thụ một số lượng
lớn năng lượng của tia cực tím và tia X bức xạ của mặt trời, làm ion hóa các phân tử
khơng khí và tạo ra electron tự do. Khi sóng điện từ đi vào tầng điện ly, điện trường
của sóng tác động lực lên các electron tự do, làm cho chúng dao động. Khi sóng
chuyển động xa trái đất, sự ion hóa tăng, song lại có ít hơn phân tử khí để ion hóa.
Do đó, phần trên của khí quyển có số phần trăm phân tử ion hóa cao hơn phần
dưới. Mật độ ion càng cao, khúc xạ càng lớn. Nói chung, tầng điện ly được phân
chia thành 3 lớp: lớp D, E, và F theo độ cao của nó; lớp F lại được phân chia thành
lớp F1, F2. Độ cao và mật độ ion hóa của 3 lớp thay đổi theo giờ, mùa và theo chu
kì vết đen của mặt trời (11 năm). Tầng điện ly đậm đặc nhất vào ban ngày và mùa
hè. Lớp D: là lớp thấp nhất, có độ cao 50 ÷ 100 km và nằm xa mặt trời nhất, do đó
có ion hóa ít nhất. Như vậy lớp D ít có ảnh hưởng đến hướng truyền lan sóng vơ
tuyến. Song các ion ở lớp này có thể hấp thụ đáng kể năng lượng sóng điện từ.


Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THIẾT BỊ VI BA SỐ
• 2 CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN LAN TRUYỀN SĨNG VƠ TUYẾN
• 2.1 Pha đinh
•

Pha đinh là sự biến đổi cường độ tín hiệu sóng mang vơ 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 thơng tin.
• 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 thơng tin. Sự thay đổi tín hiệu tại anten thu do phản xạ
nhiều tia gọi là pha đinh nhiều tia.


Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THIẾT BỊ VI BA SỐ
.2.2 Suy hao khi truyền lan trong không gian tự do
Khoả ng khơ ng mà trong đó cá c só ng truyề n lan bị suy hao đượ c gọ i là khô ng gian tự
do. Mứ c suy hao củ a só ng vơ tuyến đượ c phá t đi từ anten phá t đế n anten thu trong khô ng
gian tự do tỷ lệ thuậ n vớ i khoả ng cá ch giữ a hai anten và tỉ lệ nghịch vớ i độ dà i bướ c só ng.
Suy hao nà y gọ i là suy hao truyề n lan trong khô ng gian tự do, đượ c tính như sau:

Lo  20 lg(

4d
) [dB]


d [m]: Là khoả ng cá ch truyền dẫ n củ a só ng vơ tuyến.
 [m]: Là bướ c só ng củ a só ng vơ tuyến

(2.1)

Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THIẾT BỊ VI BA SỐ
• 2.3. Suy hao do mưa
•
Ảnh hưởng do mưa là một trong những ảnh hưởng lan truyền
chủ yếu đối với các tuyến vơ 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. Vì nó quyết định các tổn
hao truyền dẫn và do đó quyết định khoảng cách lặp cùng với tồn
bộ giá thành của một hệ vơ tuyến chuyển tiếp.
Suy hao dB/km
6 GHz

10 GHz

20 GHz

40 GHz

Mưa vừ a 0.25 mm/h

≈0

≈0

0.013

0.07

Mưa lớ n 5 mm/h

0.012

0.08

0.45

1.5

Bã o 50 mm/h

0.22

1.2

5.5

13

Bã o lớ n 150 mm/h

1.2

5.5

18

27

Bảng 2.2. Kết quả thực nghiệm về suy hao do hơi nước – khí hậu theo tần số sóng vô tuyến của

Alcatel.


Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THIẾT BỊ VI BA SỐ
• 2.4 Sự can nhiễu của sóng vơ tuyến
• Thơng thường nhiễu xảy ra khi có thành phần can nhiễu bên ngồi trộn lẫn
vào sóng thơng tin. Sóng can nhiễu có thể trùng hoặc khơng 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 vơ tuyến trùng hoặc gần bằng tần số của hệ thống này, ngồi ra
nó cịn bị ảnh hưởng bởi các trạm mặt đất của các hệ thống thông tin vệ tinh
lân cận.


Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THIẾT BỊ VI BA SỐ
• 2.5 CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT VỀ VIBA SỐ
2.5.1 Phâ n bố tầ n số luồ ng cao tầ n
Tầ n số luồ ng cao tầ n ở

đâ y là tầ n số thu phá t củ a thiế t bị vô tuyế n, việ c lự a chọ n

phương á n phâ n bố tầ n số phụ thuộ c và o:
- Phương thứ c điề u chế số ;
- Cá ch sắ p xế p cá c luồ ng cao tầ n;
- Đặ c tính củ a mơ i trườ ng truyề n só ng.
Theo khuyế n nghị củ a củ a CCITT về vi ba số thì dả i tầ n là m việ c nê n chọ n từ 2 GHz đế n
23GHz. Nế u só ng mang giữ a cá c luồ ng cao tầ n khô ng đượ c phâ n chia đú ng thì có sự

can

nhiễ u giữ a chú ng và tạ p â m sẽ tă ng lê n. Cá c luồ ng lâ n cậ n nê n cá ch nhau 29 đế n 40 MHz và
phâ n cự c trự c giao.
2.5.2 Cô ng suấ t phá t
Cô ng suấ t phá t cũ ng giố ng như ở vi ba tương tự , phụ thuộ c và o cự ly và độ nhạ y má y
thu để đả m bả o tỉ số lỗ i bit cho phé p.
Đơn vị cô ng suấ t phá t tính bằ ng dBm, P0 = 1mw.

PTX

dBm

 10 log 10

PTX
P0

 10 log 10

P TX
1mW

[dBm]

(2.5)

2.5.3 Độ nhạ y má y thu hay ngưỡ ng thu
Độ nhạ y củ a má y thu là mứ c tín hiệ u cao tầ n tố i thiể u đế n ở đầ u và o má y thu để nó
hoạ t độ ng bình thườ ng, nghĩa là thoả mã n tỉ số lỗ i bit (BER) cho trướ c tương ứ ng vớ i tố c độ
bít nhấ t định.

Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THIẾT BỊ VI BA SỐ
2.5.4 Tỉ số bit lỗ i BER
BER =

Số bit lỗi
Số bit được truyền đi

(2.6)

Để thô ng tin đạ t đượ c độ tin cậ y cao, đả m bả o cho thiế t bị hoạ t độ ng khô ng nhầ m lỗ i
thì tỉ số nà y cà ng nhỏ cà ng tố t, bình thườ ng cũ ng phả i đạ t 103 , vớ i chấ t lượ ng tố t hơn phả i
đạ t 10 6 . Vớ i yê u cầ u BER cho trướ c má y thu phả i có mộ t ngưỡ ng thu tương ứ ng.
2.5.5 Phương thứ c điề u chế và giả i điề u chế
Thô ng thườ ng trong vi ba số , tù y theo tố c độ bit (dung lượ ng kê nh) ngườ i ta thườ ng
dù ng cá c phương thứ c điề u chế như QPSK (hoặ c 4PSK hay QAM) hoặ c QAM nhiề u mứ c,
chẳ ng hạ n (16QAM, 64QAM)...
Phương thứ c giả i điề u chế đượ c chọ n tương ứ ng vớ i phương thứ c điề u chế thự c
hiệ n tạ i má y phá t. Thô ng thườ ng, trong việ c giả i điề u chế có 2 phương phá p là tá ch só ng kế t
hợ p, hoặ c tá ch só ng khơ ng kế t hợ p. Tá ch só ng kế t hợ p đị i hỏ i má y thu sự khô i phụ c lạ i
só ng mang đồ ng pha vớ i đà i phá t nên cấ u hình phứ c tạ p nhưng chấ t lượ ng tín hiệ u cao hơn
so vớ i tá ch só ng khơ ng kế t hợ p.