Thiết kế tuyến vi ba số tp hà tĩnh tx hồng lĩnh

621.382 TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH
KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN

TỐT NGHIP I HC
Đề tài:

THIT K TUYN VI BA S
TP. H TĨNH - TX. HỒNG LĨNH

Giảng viên hướng dẫn :

ThS. Nguyễn Thị Minh

Sinh viên thực hiện

:

Trần Đăng Ước

Mã số sinh viên

:

0951080298

Lớp

:

50K1 - ĐTVT

Nghệ An, tháng 01 năm 2014


LỜI NĨI ĐẦU
Trong thời đại bùng nổ thơng tin và phát triển xã hội như hiện nay thì việc
giao lưu mọi mặt giữa các quốc gia trên thế giới, các khu vực hay đơn giản chỉ là
các vùng trên cùng một lãnh thổ là rất cần thiết. Việc giao lưu đó có thể diễn trên
nhiều phương thức như: thơng tin vệ tinh, thông tin quang, hay thông tin vi ba
số...Song truyền bằng sóng vơ tuyến trên các đường vi ba giữ một vai trò quan
trọng, và đựơc sử dụng ở nhiều lĩnh vực khác nhau: phát thanh, truyền tin, an ninh,
đồng bộ hay dự phịng…
Ưu điểm nổi bật của hình thức thơng tin sóng ngắn hay vi ba số đơn giản chất
lượng vẫn đảm bảo…Nhưng nhược điểm của hình thức này là thông tin không ổn
định và chịu nhiều ảnh hưởng của môi trường, đặc biệt là hiện tượng fading. Do vậy
mà việc thiết kế tuyến vi ba đòi hỏi phải cụ thể và chính xác.
Là một sinh viên, việc thiết kế một tuyến truyền vi ba số đã giúp cho em có
thêm các kỹ năng về tư duy và kỹ năng thực tế, từ đó giúp chúng em có thể củng cố
và mở rộng kiến thức chuyên ngành, đặc biệt là khả năng tính tốn, phân tích và xử
lý số liệu phù hợp với thực tế.
Bài thiết kế được chia làm các phần chính sau :
- Tổng quan về hệ thống vi ba số
- Nêu lên các yêu cầu thiết kế và trình tự thực hiện thiết kế tuyến
- Nêu các tính tốn thực tế
- Xây dựng chương trình mô phỏng
Bài thiết kế được thực hiển trong thời gian ngắn, và những hiểu biết cịn hạn
chế. Do vậy khơng thể tránh khỏi những sai sót. Qua đây,em xin gửi lời cảm ơn
chân thành đến giảng viên Ths. Nguyễn Thị Minh đã hướng dẫn em hoàn thành đồ
án này.

TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Với bài đồ án này, em xin trình bày tổng quan về hệ thống vi ba số và đi sâu
vào nghiên cứu và thiết kế tuyến vi ba số thực tế từ thành phố Hà Tĩnh đến thị xã
Hồng Lĩnh. Tuy đề tài cịn mang nặng tính lý thuyết nhưng cũng đã đạt được
những kết quả khả quan, có thể đề xuất để lắp đặt thiết bị và đưa vào sử dụng.
Sau khi tính tốn em đã sử dụng phần mềm visuabasic 2010 để tiến hành mô phỏng
và đạt được kết quả như mong muốn . Nội dung của đồ án bao gồm:
 Chương 1: Tổng quan về hệ thống vi ba số.
 Chương 2: Cơ sở truyền dẫn tín hiệu viba số.
 Chương 3: Thiết kế tuyến vi ba số thực tế từ thành phố Hà Tĩnh đến thị
xã Hồng Lĩnh.

ABSTRACK
With all these projects, I would like to present an overview of digital
microwave system and go deep into the research and design of digital microwave
actual line from Ha Tinh province to Hong Linh town. But the subject fraught with
theoretical but also have achieved positive results, may propose to install equipment
and put into use. After you have used computational software visuabasic 2010 to
conduct simulations and achieve the desired results. The contents of the scheme
include:
 Chapter 1: Overview of digital microwave systems.
 Chapter 2: Background digital microwave transmission signals.
 Chapter 3: Designing the actual number of microwave links from Ha Tinh
province to Hong Linh town.


MỤC LỤC
Trang

LỜI NĨI ĐẦU
TĨM TẮT ĐỒ ÁN
MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ
DANH MỤC BẢNG BIỂU
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
CHƢƠNG I. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VI BA SỐ .......................................... 1
1.1. Sơ lược q trình phát triển thơng tin vi ba số ..................................................... 1
1.1.1. Vi ba số là gi? ................................................................................................. 1
1.1.2. Mô hình hệ thống vi ba số .............................................................................. 1
1.1.3. Vi ba số điểm nối điểm ................................................................................... 2
1.1.4. Vi ba số điểm nối nhiều điểm ......................................................................... 3
1.2. Điều chế số ........................................................................................................... 4
1.2.1. Khái niệm chung ............................................................................................. 4
1.2.2. Các phương pháp điều chế số ........................................................................ 4
1.3. Cấu hình cơ bản của thiết bị vô tuyến .................................................................. 6
1.3.1. Anten và phi đơ ............................................................................................... 7
1.3.2. Cấu hình máy phát ......................................................................................... 8
1.3.3. Cấu hình máy thu ........................................................................................... 8
1.4. Phân loại ............................................................................................................... 9
1.5. Các cơ sở về sóng vơ tuyến - fading ..................................................................... 9
1.5.1. Khái niệm về sóng vơ tuyến ............................................................................ 9
1.5.2. Sự truyền lan sóng vơ tuyến ........................................................................... 9
1.5.3. Các nhân tố ảnh hưởng đến sự truyền lan sóng ........................................... 12
1.6. Hiện Tượng Fading trong viba số ....................................................................... 16
1.6.1. Các kỹ thuật giảm ảnh hưởng của fading nhiều tia ..................................... 17
1.7. Một số ưu, nhược điểm của hệ thống vi ba số .................................................... 18
1.7.1. Ưu điểm ........................................................................................................ 18
1.7.2. Khuyết điểm .................................................................................................. 19

CHƢƠNG II. CƠ SỞ TRUYỀN DẪN TÍN HIỆU VI BA SỐ ................................. 20
2.1. Lý thuyết sóng vơ tuyến ..................................................................................... 20
2.1.1. Sóng bề mặt .................................................................................................. 20
2.1.2. Sóng khơng gian ........................................................................................... 20
2.1.3. Phân loại tần số vô tuyến ............................................................................. 22
2.2. Các nhân tố ảnh hưởng đến sự truyền lan sóng vơ tuyến ................................... 23
2.2.1. Phadinh và mưa ............................................................................................ 23
2.2.3. Sự can nhiễu sóng vơ tuyến .......................................................................... 24
2.3. Các chỉ tiêu kỹ thuật của Vi ba số ...................................................................... 24
2.3.1. Phân bố tần số luồng cao tần ....................................................................... 24
2.3.2. Công suất phát .............................................................................................. 25
2.3.4. Tỉ số bit lỗi BER .......................................................................................... 25
2.3.5. Thiết bị Vi ba số - Thu phát tín hiệu vi ba .................................................... 25
2.3.6. Trở kháng vào máy thu và trở kháng ra máy phát ....................................... 25
2.3.7. Tốc độ ở băng tần gốc .................................................................................. 26
2.3.8. Kênh nghiệp vụ ............................................................................................. 26
2.3.9. Kênh giám sát và điều khiển từ xa ............................................................... 26
2.4. Thiết bị anten ...................................................................................................... 26
2.4.1. Anten ............................................................................................................. 26
2.4.2. Biểu đồ bức xạ .............................................................................................. 28
2.4.3. Điều chế số và Giải điều chế số ................................................................... 29
2.4.4. Các phương thức điều chế và giải điều chế ................................................. 29
2.4.5.2. Giảm độ rộng băng tần truyền bằng phương pháp điều chế nhiều mức ............ 34
CHƢƠNG III. THIẾT KẾ TUYẾN VI BA SỐ TP. HÀ TĨNH - TX. HỒNG LĨNH .......... 36
A. LÝ THUYẾT THIẾT KẾ TUYẾN VI BA SÔ ..................................................... 36
3.1. Nghiên cứu dung lượng kênh truyền .................................................................. 36
3.2. Bằng tần số vô tuyến sử dụng sự sắp xếp các kênh RF ...................................... 37
3.2.1. Chọn băng tần số vô tuyến ........................................................................... 37
3.2.2. Sự sắp xếp các kênh RF ................................................................................ 38

3.3. Vị trí trạm trên bản đồ và khảo sát vị trí đặt trạm .............................................. 39
3.3.1. Xác định tuyến trên bản đồ. .......................................................................... 39
3.3.2. Tạo nên các bản vẽ mặt cắt nghiêng của tuyến ............................................ 40
3.4. Dựng mặt cắt đường truyền và tính các thơng số liên quan ............................... 41
3.4.1. Dựng mặt cắt đường truyền cho từng tuyến ................................................. 41
3.4.2. Tính khoảng cách tia truyền phía trên vật chắn ........................................... 42


3.5. Xác định độ caio của anten ................................................................................. 43
3.6. Tính toán đường truyền ...................................................................................... 47
3.6.1. Các tổn hao .................................................................................................. 47
3.6.2. Độ lợi ............................................................................................................ 49
3.7. Các tiêu chuẩn kỷ thuật ....................................................................................... 53
3.7.1. Độ không sử dụng đường cho phép ............................................................. 53
3.7.2. Độ không sử dụng được của mạng nội hạt .................................................. 53
3.7.3. Độ khơng sử dụng được của hành trình ngược ............................................ 53
3.8. Đánh giá chất lượng tuyến, lắp đặt thiết bị đưa vào hoạt động .......................... 54
B. THIẾT KẾ TUYẾN VI BA SỐ THỰC TẾ TP. HÀ TĨNH - TX. HỒNG LĨNH ...... 55
3.9. Nghiên cứu dung lượng yêu cầu ......................................................................... 55
3.10. Lựa chọn thiết bị, băng tần vô tuyến và các kênh RF ...................................... 57
3.11. Tìm trạm trên bản đồ ........................................................................................ 57
3.12. Dựng mặt cắt đường truyền cho từng hop ........................................................ 60
3.13. Phần tính tốn ................................................................................................... 60
3.14. Tính tốn độ dự trữ Fading ............................................................................... 61
3.15. Phần mô phỏng trên visual basic 2010 ............................................................. 65
KẾT LUẬN .................................................................................................................. 68
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 69
PHỤ LỤC ..................................................................................................................... 70

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1. Mơ hình hệ thống vi ba số ...................................................................... 2
Hình 1.2. Mơ hình của hệ thống vi ba số điểm nối điểm tiêu biểu. ........................ 2
Hình 1.3. Mô hinh của hệ thống vi ba số điểm nối điểm tiêu biểu ......................... 3
Hình 1.4. Sơ đồ điều chế số ................................................................................... 4
Hình 1.5. Các phương pháp điều chế số ................................................................ 5
Hình 1.6. Tín hiệu ASK hai mức ............................................................................ 5
Hình 1.7. Tín hiệu ASK hai mức ............................................................................. 6
Hình 1.8. Tín hiệu FSK hai mức ............................................................................. 6
Hình 1.9. So sánh ba loại điều chế ......................................................................... 6
Hình 1.10. Cấu hình cơ bản của thiết bị vơ tuyến .................................................. 7
Hình 1.11. Cấu hình máy phát ................................................................................ 8
Hình 1.13. Các phương thức truyền sóng vơ tuyến ............................................. 10
Hình 1.14. Các phương thức truyền sóng vơ tuyến .............................................. 12
Hình 1.15. Sự khúc xạ .......................................................................................... 14
Hình 1.16. Hiệu ứng ống dẫn .............................................................................. 14
Hình 1.18. Sự phản xạ của mặt đất ..................................................................... 15
Hình 1.19. Miền Fresnel sạch .............................................................................. 16
Hình 1.20. Miền Fresnel khơng sạch.................................................................... 16
Hình 1.21. Phân tập khơng gian .......................................................................... 17
Hình 1.22. Phân tập tần số .................................................................................. 18
Hình 2.1. Ăng-ten Parabol .................................................................................. 27
Hình 2.2. Biểu đồ bức xạ anten Parabol .............................................................. 29
Hình 2.3. Điều chấ số và giải điều chế số ............................................................ 29
Hình 2.4. Sơ đồ ngun lý điều chế tín hiệu QPSK .............................................. 30
Hình 2.5. Tín hiệu 4PSK ....................................................................................... 31


Hình 2.6. Biểu đồ vector của điều chế QPSK........................................................ 31

Hình 2.7. Sơ đồ nguyên lý giải điều chế pha QPSK ............................................. 31
Hình 2.8. Sơ đồ ngun lý điều chế tín hiệu M-QAM ........................................... 32
Hình 2.10. Biểu đồ khơng gian tín hiệu ................................................................ 33
Hình 2.11. Sơ đồ sắp xếp chịm sao của các phương pháp điều chế số ............... 33
Hình 2.12. Sơ đồ nguyên lý giải điều chế M-QAM .............................................. 34
Hình 3.1. Mặt cắt đường truyền giữa hai trạm A và B. ........................................ 40
Hình 3.2. Vẽ mặt cắt đường truyền cho từng tuyến .............................................. 42
Hình 3.3. Mặt cắt nghiêng đường truyền và miền Fresnel thứ nhất .................... 43
Hình 3.4. Xác định độ cao tia B để làm hở một vật chắn. .................................... 45
Hình 3.5. Minh hoạ việc tính độ cao của một anten khi biết độ cao anten kia. .. 47
Hình 3.6. Vật chắn hình nêm tổn hao nhiễu xạ do vật chắn cong ........................ 48
Hình 3.7. Thiết bị vi ba số RMD 1504 (KASATI) .................................................. 57
Hình 3.8. Vị trí trạm A trên bản đồ vệ tinh (theo google earth) ........................... 58
Hình 3.9. Vị trí trạm B trên bản đồ vệ tinh (theo google earth) ........................... 58
Hình 3.10. Khoảng cách giữa hai trạm (theo google earth) ................................ 59
Hình 3.11. Mặt cắt đường truyền giữa 2 trạm ..................................................... 60
Hình 3.12. Lưu đồ thuật tốn thiết kế tuyến vi ba số ............................................ 65
Hình 3.13. Giao diện mở đầu. .............................................................................. 66
Hình 3.15. Thiết kế theo tham số tuyến ................................................................ 67


DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1. Kết quả thực nghiệm suy hao do hơi nước-khí hậu theo tần số sóng vơ
tuyến của Alcatel ........................................................................................................... 15
Bảng 2.1. Phân loại tần số vô tuyến ............................................................................. 22
Bảng 2.2. Kết quả thực nghiệm về suy hao do hơi nước - khí hậu theo tần số sóng vơ
tuyến của Alcatel. ........................................................................................................... 23
Bảng 2.3. Độ lợi của anten theo hiệu suất và tần số .................................................... 28
Bảng 2.4. Góc phát xạ theo đường kính anten .............................................................. 28

Bảng 3.1: Các băng tần số cấp phát của FCC cho các hệ thống Viba số .................... 38
Bảng 3.2. Các đề nghị của CCIR về sự sắp xếp các kênh của RF ............................... 39
Bảng3.3. tóm tắt các kết quả ......................................................................................... 64


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

TDMA

Time Division Multiple
Access

PCM

Pusle Code Modulation

FCC

Federal
Communication

Đa truy nhập (đa người dùng)
phân chia theo thời gian.
Một phương pháp điều chế tín hiệu
Analog sang Digital
Uỷ ban Truyền thơng Liên bang.

Commission

CCITT

CCIR

Consultative Committee
for International
Telephone and
Telegraph
Consultive Committee
for International Radio

Programable Logic
Cotrol

Supervisory Control
And
SCADA/EMS Data
Acquisition/Energy
Management System

Bộ điều khiển Logic lập trình được để
điều khiển thiết bị máy móc, dây
chuyền sản xuất, thang máy…
Một hệ thống điều khiển giám sát và
thu thập dữ liệu/Hệ thống quản lý năng
lượng cung cấp cho Trung tâm Điều độ
phương tiện để điều khiển và vận hành
một cách tối ưu HTĐ
Trung tâm Điều độ hệ thống điện miền
Nam

HTĐ
GPS
System

Uỷ ban Tư vấn Quốc tế về Vơ tuyến
Tổng cơng ty Bưu chính viễn thông
Việt Nam

BCVT

PLC

Liên minh Viễn thông Quốc tế.

Global Positioning

Là hệ thống xác định vị trí dựa trên vị
trí của các vệ tinh nhân tạo.


CHƢƠNG I. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VI BA SỐ
1.1. Sơ lƣợc q trình phát triển thơng tin vi ba số
Cùng với sự phát triển như vũ bão của công nghệ viễn thông – tin học thế giới,
với kế hoạch tăng tốc phát triển của ngành Bưu Điện trong giai đoạn 1996 – 2010,
mạng lưới viễn thông Việt Nam ngày càng hiện đại hơn, đòi hỏi những người làm
chủ mạng lưới phải nắm chắc những kiến thức cơ bản về cơng nghệ viễn thơng hiện
đại, trong đó có vi ba số.
Ở chương này sẽ giới thiệu những kiến thức cơ bản về lý thuyết truyền dẫn tín
hiệu số, các khái niệm và đặc điểm chung của hệ thống vi ba số, phân loại các hệ
thống vi ba số, ưu điểm và khuyết điểm của hệ thống vi ba số, các mạng Vi ba số

điểm-điểm và điểm-nhiều điểm, điều chế và giải điều chế… Đồng thời cũng cho
thấy các cơ sở về sóng vơ tuyến – fading.
1.1.1. Vi ba số là gi?
 Vi ba số là hệ thống thông tin chuyển tiếp mặt đất sử dụng sóng điện từ ở tần
số GHz để truyền dẫn thông tin số.
 Lượng thông tin được truyền dẫn bởi hệ thống vi ba thường là khá lớn (ví
dụ : các luồng E1, E3.E4, STM1...)
 Vi ba số thuộc nhóm các hệ thống thơng tin nhiều kênh.
1.1.2. Mơ hình hệ thống vi ba số
Sơ đồ tổng quát của một hệ thống truyền dẫn vi ba số được cho ở Hình 1.1
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;
- 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.

1


FDM
Codec
Thoại
tương
tự

ADC

Bộ
ghép số

Máy
phát

Nguồn
số
Đường
truyền

FDM
Codec

Thoại
tương
tự

DAC

Bộ tách
số

Máy
thu

Nguồn
số

Hình 1.1. Mơ hình hệ thống vi ba số
1.1.3. Vi ba số điểm nối điểm
Mạng vi ba số điểm nối điểm hiện nay được sử dụng phổ biến. Trong các
mạng đường dài thường dùng cáp sợi quang còn các mạng quy mô nhở hơn như từ
tỉnh đến các huyện hoặc các ngành kinh tế khác người ta thường sử dụng cấu hình
vi ba số điểm – điểm dung lượng trung bình hoặc cao nhằm thỏa mãn nhu cầu của
các thông tin và đặc biệt là dịch vụ truyền số liệu. Ngoài ra, trong một số trường
hợp vi ba dung lượng thấp là giải pháp hấp dẫn để cung cấp trung kế cho các mạng
nội hạt, mạng thông tin di động.




RX/TX

RX/TX

MUX/
DEMUX

MUX/
DEMUX

Hình 1.2. Mơ hình của hệ thống vi ba số điểm nối điểm tiêu biểu.
2




MUX/DEMUX : Thiết bị ghép kênh/ phân kênh
MOD/DEMOD : Thiết bị điều chế / giải điều chế
Tx/Rx : Máy phát / thu vô tuyến
1.1.4. Vi ba số điểm nối nhiều điểm
Mạng vi ba số này ngày càng trở thành phổ biến, nó bao gồm một trạm trung
tâm phát thơng tin trên một anten đẳng hướng phục vụ cho một số trạm ngoại vi bao
quanh. Nếu các trạm ngoại vi này nằm trong phạm vi ( bán kính) truyền dẫn cho
phép thì khơng 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, thơng tin sẽ được truyền đến
các thuê bao. Thiết bị vi ba trạm ngoại vi có thể đặt ngồi 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 hồn 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 mỗi trạm sử
dụng kỹ thuật TDMA.
Sóng vi ba

Sóng vi ba

Sóng vi ba

Trạm ngoại vi 3
RX/TX

RX/TX
MUX/
DEMUX

Trạm ngoại vi 1

MUX/
DEMUX

Trạm trung tâm

MW

TX/RX
RX/TX
MUX/
DEMUX

Trung kế

Trạm ngoại vi 2

Nội hạt

Hình 1.3. Mô hinh của hệ thống vi ba số điểm nối điểm tiêu biểu
3


1.2. Điều chế số
1.2.1. Khái niệm chung
- Để có thể truyền dẫn các thơng tin số bằng sóng điện từ, cần phải tiến hành
điều chế số.
- Điều chế số là kỹ thuật gắn thơng tin số vào dao động hình sine (sóng mang),

làm cho sóng mang có thể mang thơng tin cần truyền đi.
- Ta cũng có thể hiểu: điều chế số là sử dụng thông tin số tác động lên các thơng
số của sóng mang, làm cho các thơng số của sóng mang biến thiên theo quy luật của
thơng tin.
- Để có thể truyền dẫn các thơng tin số bằng sóng điện từ, cần phải tiến hành
điều chế số.

Hình 1.4. Sơ đồ điều chế số
 Sóng mang hình sine có dạng:
x(t) = A cos(2πfct + φ)
- Có ba thơng số của sóng mang có thể mang tin : là biên độ (A), tần số (fc) và
góc pha (φ).
- Do đó, ta có thể tác động lên một trong 3 thơng số của sóng mang để có các
phương pháp điều chế tương ứng.
- Ngồi ra, ta cũng có thể tác động lên một lúc 2 thơng số của sóng mang để có
phương pháp điều chế kết hợp.
1.2.2. Các phương pháp điều chế số
Có các phương pháp điều chế sau :
 Amplitude – shift keying (ASK) : điều chế khóa – dịch biên độ.
 Frequency – shift keying (FSK) : điều chế khóa – dịch tần số.
 Phase – shift keying (PSK) : điều chế khóa – dịch pha.

4


 Quadrature Amplitude Modulation (QAM) : điều chế biên độ cầu phương. đây
là phương pháp kết hợp giữa ASK và PSK
Điều chế
Số/tƣơng tự

ASK

FSK

PSK

QAM

Hình 1.5. Các phương pháp điều chế số
a. Điều chế ASK ( 2 ASK)
- Mức thấp nhất là ASK hai mức (2 ASK)
- Bit 1 nhị phân được biểu diễn bằng một sóng mang có biên độ là hằng số.
- Bit 0 nhị phân: khơng xuất hiện sóng mang.
Dạng tín hiêu 2 - ASK

Hình 1.6. Tín hiệu ASK hai mức
Ta có thể tạo ra được 4 ASK, 16 ASK… tuy nhiên các loại điều chế này có khả
năng chống nhiễu kém.
b. Điều chế FSK (FSK hai mức)
- Mức thấp nhất là FSK hai mức (2 FSK, PFSK)
- Cả hai bit nhị phân 0 và 1 được biểu diễn ở hai tần số sóng mang khác nhau:

5


c. Dạng tín hiệu 2 - FSK

Hình 1.7. Tín hiệu ASK hai mức
d. PSK
- PSK hai mức (BPSK)

- Sử dụng hai góc pha biểu diễn cho 2 bit nhị phân
 Tín hiệu PSK 2 mức

Hình 1.8. Tín hiệu FSK hai mức
e. So sánh ba loại điều chế

Hình 1.9. So sánh ba loại điều chế
1.3. Cấu hình cơ bản của thiết bị vô tuyến
Thiết bị vô tuyến về cơ bản bao gồm một máy phát, một máy thu và một
anten. Bộ phận phát biến đổi tín hiệu thành các sóng vơ tuyến. Bộ phận thu biến đổi

6


các sóng vơ tuyến thành các tín hiệu điện ban đầu. Anten phát xạ (phát) hoặc hấp
thụ (thu) các sóng vơ tuyến.

Máy phát

Truyền lan
sóng vơ tuyến

Máy phát

Máy thu

Máy thu
Tín hiệu
điện

Hình 1.10. Cấu hình cơ bản của thiết bị vơ tuyến
1.3.1. Anten và phi đơ
Anten có đặc tính cơ bản là khuyếch đại và tính định hướng. Tính định hướng
được định nghĩa như là một mối tương quan giữa cường độ và hướng của sóng vơ
tuyến được anten phát ra hay thu được. Tính định hướng cao khi phạm vi hướng của
sóng vơ tuyến phát đi và thu về hẹp. Độ tăng ích của anten là cường độ của sóng vơ
tuyến tại điểm thu so với anten tham chiếu.
Các loại anten khác nhau được sử dụng phù hợp với mục đích khác nhau. Về
cơ bản, kích thước của anten sẽ bằng một nửa bước sóng. Ở tần số thấp, tức là bước
sóng dài, thường sử dụng anten lớn và đơn giản. Ở tần số cao, chấn tử của anten nhỏ
thường sử dụng có cấu hình phức tạp và các đặc tính nâng cao, tính định hướng cao.
Các anten phần lớn đều được lắp đặt xa máy phát hoặc máy thu một cách hiệu quả.
Nếu ở tần số thấp, thì chủ yếu sử dụng các dây cáp đồng trục làm các phiđơ. Nếu ở
tần số cao, như đối với tần số viba, thì các ống dẫn sóng được sử dụng vì sóng vô
tuyến bị suy hao rất lớn khi sử dụng cáp đồng trục.
Sóng viba mặt đất thường sử dụng anten Parabol phản xạ. Bề mặt anten là
dạng paraboloide, có tiêu cự chính là nguồn phát sóng, thường là anten loa. Lúc
này, sóng cầu từ anten loa sẽ biến thành sóng phẳng.

7


Các ống dẫn sóng là những kim loại rỗng giống như các ống dẫn nước, nhưng
độ rỗng và độ nhẵn mặt trong rất cao. Các ống dẫn sóng có nhiều loại như ống dẫn
sóng mềm, ống dẫn sóng vng và ống dẫn sóng trịn.
Sóng

1.3.2. Cấu hình máy phát
vơ tuyến
Tín hiệu

điện
Bộ điều chế

Bộ khuyết
đại cơng
suất cao
tần

Bộ đổi tần

Bộ tổng hợp
tần số

Hình 1.11. Cấu hình máy phát
- Máy phát: Tập hợp tất cả các linh kiện và mạch điện tử để chuyển đổi tin tức
thành tín hiệu phù hợp với mơi trường truyền.
- Bộ điều chê: Gắn tin tức vào một sóng cao tần và truyền đi.
- Bộ đổi tần: Thực chất là bộ khuyếch đại cộng hưởng ( bộ nhân tần), nâng tần
số lên cao để có thể bức xạ ra không gian.
- Bộ khuyếch đại công suất cao tần: Khuyếch đại công suất.
- Anten phát: Thiết bị dùng để chuyển đổi năng lượng dưới dịng điện thành
sóng điện từ bức xạ ra không gian. Chất lượng phát phụ thuộc vào hình dạng và
kích thước của anten.
- Bộ tổng hợp tần số: Bộ tạo ra nhiều tần số chuẩn từ các dao động thạch anh.
1.3.3. Cấu hình máy thu
- Máy thu: Tập hợp các linh kiện và mạch điện tử để nhận tín hiệu từ mơi trường
truyền, sau đó xử lý khôi phục lại tin tức ban đầu đã được phát đi.
Sóng vơ
tuyến
Bộkhuyếch

đại cao tần

Bộ đổi tần

Bộ khuyếch
đại trung
tần

Bộ giải điều
chế

Bộ tổng
hợp tần số

Hình 1.12. Cấu hình máy thu

8

Bộ khuyếch
đại cơng
suất

Tín hiệu
điện


- Anten thu: Biến đổi năng lượng sóng điện từ thành tín hiệu cao tần đưa vào bộ
khuyếch đại cao tần.
- Bộ khuyếch đại cao tần: thực chất là bộ khuyếch đại nhiễu thấp LNA nhằm cải
thiện tỉ số tín hiệu trên nhiễu S/N.

- Bộ đổi tần: Đưa tín hiệu cao tần về trung tần, lấy lại tín hiệu tin tức ban đầu.
- Bộ khuyếch đai công suất: Tăng công suất lên mức độ đủ lớn phù hợp với thiết
bị đầu cuối.
1.4. Phân loại
Phụ thuộc vào tốc độ bít của tín hiệu PCM cần truyền, các thiết bị vơ tuyến
phải được thiết kế, cấu tạo phù hợp để có khả năng truyền dẫn các tín hiệu đó. Có
thể phân loại như sau:
- Vi ba số băng hẹp (tốc độ thấp): được dùng để truyền các tín hiệu có tốc độ
2Mbit/s, 4 Mbit/s và 8 Mbit/s, tương ứng với dung lượng kênh thoại là 30 kênh, 60
kênh và 120 kênh. Tần số sóng 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.
1.5. Các cơ sở về sóng vơ tuyến - fading
1.5.1. Khái niệm về sóng vơ tuyến
Sóng vơ tuyến là sóng điện từ có tần số từ 30KHz đến 300GHz và được chia
ra các băng tần LF, HF, VHF, UHF và băng tần cao dùng cho thơng tin vệ tinh.
Các sóng vơ tuyến có thể lan truyền theo các phương thức khác nhau được
biểu diễn như sau:
1.5.2. Sự truyền lan sóng vơ tuyến
a. Sự phân bố tầng khí quyển
Dưới tác động ánh sáng mặt trời khơng khí xung quanh bề mặt trái đất bị ion
hóa và tập trung thành những lớp ở độ cao khác nhau (mật độ cũng khác nhau)

9

- Tầng đối lưu : Lớp khí quyển từ mặt đất lên (độ cao dưới 15km): có nhiều gió,
mây và nhiệt độ giảm theo độ cao, mật độ ion vừa phải. Càng lên cao mật độ khơng
khí càng giảm, điều này có tác dụng tạo một vùng chiết suất gradient, làm thay đổi
phương truyền dẫn đến tác động uốn cong đường truyền sóng điện từ về hướng mặt
đất. Tầng này thích hợp cho sóng ngắn.
- Tầng bình lưu: Lớp khí quyển có độ cao từ 15 đến 40 km: Tầng này có mật độ
khơng khí thấp, chiết suất khí có tác dụng làm khúc xạ tia sóng, đổi phương truyền,
làm cho tia sóng phát từ mặt đất lên tầng bình lưu sẽ bị đổi phương truyền quay về
mặt đất. Do đó rất thích hợp cho truyền sóng cực ngắn.
- Tầng điện ly: Lớp khí quyển có độ cao từ 40km đến 500km: tầng này hấp thụ
nhiều tia tử ngoại có năng lượng lớn, tia này có tác dụng phân ly các phân tử khí trở
thành các ion tự do, vì vậy mà mật độ dày đặc. mật độ phân tử khí thấp, mật độ thay
đổi theo mùa, thời tiết và các tác động ngồi khơng gian. Khi tia sóng phát lên tầng
điện ly thì cũng bị phản xạ bẻ cong và quay trở lại mặt đất, rất thích hợp cho truyền
sóng ngắn. Sóng vơ tuyến tầm trung và thấp hơn thì bị hấp thụ ở tầng này. Sóng cực
ngắn và các sóng vơ tuyến ở tần số cao hơn thì xuyên qua tầng điện ly, do vậy
không thể dùng tầng điện ly để truyền lan chúng.

Sóng trời
(tầng điện ly)

Sóng mặt
đất

Sóng bề mặt

Sóng khơng gian

Sóng truyền
Trực tiếp

Sóng phản xạ từ
mặt đất

Sóng phản xạ từ
tầng đối lưu

Hình 1.13. Các phương thức truyền sóng vơ tuyến
b. Các kiểu truyền lan sóng vơ tuyến
Từ anten phát đến anten thu, sóng vơ tuyến có thể truyền theo các đường khác
nhau. Các đường truyền lan này thay đổi theo tần số sử dụng, khoảng cách truyền
lan…

10


- Sóng bề mặt: Sóng truyền lan dọc theo bề mặt trái đất
- Sóng khơng gian: sóng lan truyền trong khơng gian tự do theo các kiểu truyền
lan chính sau:
- Sóng trực tiếp: Là sóng vơ tuyến được truyền trực tiếp từ anten phát tới anten
thu, không bị phản xạ trên đường truyền. Trong điều kiện truyền lan bình thường nó
có biên độ lớn nhất so với các sóng khác đến máy thu.
- Sóng phản xạ mặt đất: sóng này đến anten thu sau khi đã phản xạ một vài lần
từ mặt đất hoặc các vật thể xung quanh. Sóng phản xạ tới anten thu có biên độ và
pha khác với biên độ và pha của sóng trực tiếp. Do đó tín hiệu thu khơng ổn định.
Nếu hiệu khoảng cách đường truyền của tia phản xạ và tia trực tiếp bằng số lẻ lần
nửa bước sóng thì ở anten thu, sóng phản xạ lệch pha so với sóng trực tiếp một góc
1800 và kết quả là làm suy giảm tín hiệu sóng trực tiếp.
- Sóng truyền làn trong tầng đối lưu: do thay đổi chỉ số khúc xạ của không khí
theo độ cao, nên sóng có thể bị phản xạ, tùy theo góc sóng tới có thể xảy ra phản xạ

tồn phần từ tầng đối lưu. Và vì vậy mà sóng được gửi lại mặt đất. một số tia đến
anten thu có thể làm suy giảm sóng trực tiếp do có sự thay đổi pha và biên độ gây
ra. Sóng truyền theo tầng đối lưu có thể làn rộng đến 15km.
- Sóng truyền lan trong tầng điện ly: là các sóng phản xạ trên tầng điện ly để tới
anten thu.
- Các sóng trực tiếp được sử dụng chủ yếu cho thông tin cố định (các đường
chuyển tiếp cuộc gọi đường dài, các đường chuyển tiếp truyền hình…). Trong thơng
tin di động, do có một số vùng khơng thuộc tầm nhìn thẳng vì các vật cản như các
tịa nhà, các mơ đất, đồi…, ngồi sóng trực tiếp, phải bổ sung thêm sóng phản xạ và
sóng tán xạ.

11


Sóng trời
(tầng điện ly)

Tầng đối lưu

Sóng trực tiếp
Sóng bề mặt
Sóng phản xạ
từ mặt đất
Trái đất

Hình 1.14. Các phương thức truyền sóng vơ tuyến
1.5.3. Các nhân tố ảnh hưởng đến sự truyền lan sóng
Thơng tin vi ba truyền sóng qua khơng gian nên chịu nhiều ảnh hưởng của mơi
trường truyền sóng. Các ảnh hưởng bào gồm:
a.Suy hao khi truyền lan trong khơng gian tự do.

Khoảng khơng mà trong đó các sóng vô tuyến truyền lan không bị cản trở
được gọi là khơng gian tự do. Mức suy hao của sóng vơ tuyến được phát đi từ anten
trong không gian tự do tỷ lệ với bình phương khoảng cách. Mức suy hao này được
gọi là suy hao khí quyển lan trong trong khơng gian tự do. Nó tỷ lệ nghich với độ
dài bước sóng.

Pt 4d 2 4fd 2


Pr
2
c2

- Pr = Cơng suất tín hiệu tại Anten thu
-  = Bước sóng của sóng điện từ
- Pt = Cơng suất tín hiệu tại Anten phát
- d = Khoảng cách giữa 2 anten
- c = Vận tốc ánh sáng (≈ 3 x 108 m/s)
Trong đó d và  được đo cùng đơn vị (ví dụ: met)
 Suy hao trong không gian tự do
LdB  10 log

Pt
 4d 
 20 log

Pr
  

12

(1.1)


 20 log   20 logd   21.98 dB
 4fd 
 20 log
  20 log  f   20 logd   147.56 dB
 c 

(1.2)

Nếu khoảng cách tính theo Km, tần số tính theo GHz thì suy hao trong khơng
gian tự do tính theo dB là:
LdB  92,4  20 log f   20 logd  dB

(1.3)

b. Suy hao do ảnh hưởng của Fading.
Trong thơng tin vơ tuyến, khi sóng vơ tuyến truyền lan trong khí quyển và
khơng gian, nó chịu tác động của khí quyển hoặc tầng điện ly. Hiện tượng cường độ
điện trường tại điểm thu thay đổi theo thời gian do một số ngun nhân trong khơng
gian truyền lan của sóng vơ tuyến được gọi là fading.
Sự hấp thụ của khí quyển:
- Trong khí quyển có các thành phần:N2 , O2, CO2 và H2O
- Các thành phần N2 , O2, CO2 có mức độ hấp thụ năng lượng điện từ khơng đáng
kể.
- Mức độ hấp thụ của nước tùy thuộc vào điều kiện cụ thể và tăng dần khi lượng
nước trong khơng khí tăng lên. Đặc biệt, khi trời mưa rất to, sự hấp thụ có thể gây
gián đoạn thơng tin.

Sự khúc xạ:
- Khơng khí càng lên cao càng lỗng (chiết suất giảm), nên sóng điện từ có xu
hướng bẻ cong về mặt đất.
- Điều này làm cho đường truyền thực xa hơn tầm nhìn thẳng.
- Có thể gây ra hiện tượng Fading nhiều đường.

13


Hình 1.15. Sự khúc xạ
Hiệu ứng ống dẫn:
- Hiệu ứng ống dẫn xuất hiện khi sóng điện từ rơi vào vùng khơng khí đặc nằm
giữa hai vùng khơng khí lỗng.
- Lúc này xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần và sóng điện từ khơng tới được
anten thu

Hình 1.16. Hiệu ứng ống dẫn
c. Suy hao do mưa
Sóng điện từ bị suy hao do mưa, đặc biệt là những sóng có bước sóng nhỏ (
<10cm) Mức độ suy hao sóng phụ thuộc vào cường độ mưa và tần số của sóng. Ví
dụ ở tần số 2GHz: nếu mưa to thì suy hao vào cỡ (0,22 – 0,4 dB/Km), nếu mưa rất
to thì suy hao vào cỡ 1,2 dB/Km.

14


Bảng 1.1. Kết quả thực nghiệm suy hao do hơi nước-khí hậu theo tần số sóng vơ
tuyến của Alcatel
Suy hao dB/km
6 GHz

10 GHz

20GHz

40 GHZ

~0

~0

0,013

0,07

Mưa lớn 5 mm/h

0,012

0,08

0,45

1,5

Bão 50 mm/h

0,22

1,2

5,5

13

Bão lớn 150 mm/h

1,2

5,5

18

27

Mưa vừa 0,25 mm/h

d. Ảnh hưởng của địa hình
Sự phản xạ mặt đất

Hình 1.18. Sự phản xạ của mặt đất
- Một phần năng lượng điện từ đến mặt đất, phản xạ trở lại khơng gian và có thể
tới được anten thu.
- Điều này có thể gây ra hiện tượng Fading nhiều đường.
Các miền Fresnel
 Miền Fresnel sạch
- Miền Fresnel sạch là khu vực tối thiểu khơng có vật chắn để sóng điện từ có
thể truyền qua.
- Hiện tượng phản xạ hoặc suy hao vật chắn sẽ xảy ra nếu miền Fresnel không sạch.

15