Bài giảng: Hệ thống viễn thông 2 (Phần 2)

83 trang phuongnguyen 2220

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng: Hệ thống viễn thông 2 (Phần 2)", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

bai_giang_he_thong_vien_thong_2_phan_2.pdf

Nội dung text: Bài giảng: Hệ thống viễn thông 2 (Phần 2)

VIENTHONG05.TK Chöông 5: Heä thoáng thoâng tin ViBa vaø Veä Tinh CHÖÔNG 5 HEÄ THOÁNG THOÂNG TIN VIBA VAØ VEÄ TINH 5.1 Môû ñaàu: Thoâng qua chöông naøy seõ naém roõ nhöõng phaàn sau: - Toång quan veà Vi ba vaø Veä Tinh. - Caùc thaønh phaàn voâ tuyeán cuûa ViBa - Phaân Boá taàn soá trong vi Ba - Thoâng tin Veä Tinh - Ña Truy Caäp Voâ tuyeán chuyeån tieáp laø moät phaàn raát quan troïng trong maïng thoâng tin. Thoâng tin voâ tuyeán söû duïng khoaûng khoâng gian laøm moâi tröôøng truyeàn daãn. Nguyeân lyù hoaït ñoäng cuûa heä thoáng: phía phaùt böùc xaï caùc tín hieäu thoâng tin baèng soùng ñieän töø, phía thu nhaän soùng ñieän töø phaùt qua khoâng gian vaø taùch laáy tín hieäu goác. Trong caùc maïng voâ tuyeán thöôøng söû duïng voâ tuyeán chuyeån tieáp taàm nhìn thaúng (light of sight). Moät tuyeán voâ tuyeán chuyeån tieáp noùi chung bao goàm caùc traïm ñaàu cuoái (terminal) vaø caùc traïm laëp (repeator). Ñoaïn giöõa baát kyø 2 attenna ñöôïc goïi laø moät chaëng (hop). Traïm ñaàu cuoái Traïm ñaàu cuoái Traïm laëp Traïm laëp Traïm laëp Hình 5.1 Sô ñoà toång quaùt cuûa moät tuyeán voâ tuyeán VIBA chuyeån tieáp Thöôøng thì caùc maïng viba ñöôïc noái vôùi caùc traïm chuyeån maïch, laø moät boä phaän cuûa maïng trung keá quoác gia hoaëc trung keá rieâng. ÖÙng duïng khaùc laø caùc tuyeán nhaùnh xuaát phaùt töø caùc trung taâm thu nhaäp thoâng tin khaùc nhau ñeán truïc chính hoaëc tuyeán baêng roäng taûi thoâng tin ñaõ thu nhaäp ñeán moät hoaëc nhieàu trung taâm xöû lyù chính. Viba soá baêng taàn 2GHz ñöôïc xaây döïng vaø söû duïng phoå bieán laøm tuyeán daãn hoaëc tuyeán nhaùnh cho viba soá coù taûi cao hôn baêng taàn 6Ghz vaø 11Ghz. Sau ñaây laø moät vaøi loaïi maïng viba soá ñang ñöôïc söû duïng phoå bieán: 5.1.1 Vi ba soá ñieåm noái ña ñieåm: Daïng vi ba naøy trôû thaønh phoå bieán trong moät soá vuøng ngoaïi oâ vaø noâng thoân. Caáu truïc maïng nhö hình 5.2. Traïm trung taâm phaùt treân moät anten ñaúng höôùng phuïc Trang 1
Chöông 5: Heä thoáng thoâng tin ViBa vaø Veä Tinh vuï cho moät soá traïm ngoaïi vi bao quanh. Caùc traïm ngoaïi vi naøy ñaët trong phaïm vi chuyeån tieáp ñôn töø traïm trung taâm ñeán traïm ngoaïi vi hoaëc khoaûng caùch giöõa caùc traïm ngoaïi vi lôùn hôn moät chaëng chuyeån tieáp ñôn, phaûi duøng traïm laëp. Sau ñoù traïm laëp ñöôïc phaân phoái cho caùc traïm ngoaïi vi. Thieát bò traïm ngoaïi vi coù theå ñaët ngoaøi trôøi trôøi, treân ñænh coät, v v hoaëc ñaët trong hoäp ñaët bieät. Moãi traïm ngoaïi vi coù theå laëp ñaët thieát bò cho 15 hoaëc nhieàu trung keá. Caùc traïm laëp coù theå söû duïng ñeå chuyeån tieáp nhaèm môû roäng phaïm vi cuûa vuøng phuïc vuï hoaëc söû duïng nhö ñieåm ñaàu tieân trong moät nhaùnh reõ cuûa tuyeán trung keá soá hieän ñaïi. Thieát bò ñöôïc thieát keá ñeå hoaït ñoäng trong caùc baêng taàn 1,5GHz; 1,8GHz vaø 2,4GHz söû duïng moät soùng mang cho heä thoáng hoaøn chænh coù trung keá PCM 64kbit/s cho ñieän thoaïi vaø/hoaëc cho soá lieäu toác ñoä thaáp. Hoaøn toaøn saün saøng cho moïi trung keá trong heä thoáng. Kyõ thuaät ña truy nhaäp phaân chia thôøi gian ñöôïc söû duïng laøm phöông tieän lieân laïc. Traïm trung taâm phaùt ñeán taát caû traïm ngoaïi vi theo phöông phaùo gheùp/taùch theo thôøi gian TDM lieân tuïc. Moãi traïm ngoaïi vi ñöôïc noái ñeán heä thoáng vaø phaùt ñeán traïm trung taâm moät hoaëc nhieàu xung RF ñöôïc ñoàng boä nhôø traïm trung taâm sao cho moãi traïm chieám moät khe thôøi gian khoâng truøng nhau ñaõ daønh saün trong khung ña truy nhaäp phaân chia thôøi gian TDMA. Traïm trung taâm kieåm tra laàn löôït caùc ñöôøng daây thueâ bao ñeå xaùc ñònh moät thueâ bao naøo ñoù coù yeâu caàu moät trung keá hay khoâng vaø neáu coù, seõ daønh trung keá cho ñöôøng daây thueâ bao coù nhu caàu. Trạm ngoaïi vi Trạm ngoaïi vi Trạm trung taâm Trạm ngoaïi vi Trạm ngoaïi vi Hình 5.2 Heä thoáng viba ñieåm-noái ña ñieåm. 5.1.2 Vi ba soá ñieåm noái ñieåm: Vì caùc cô quan vieãn thoâng laäp keá hoaïch vaø baét ñaàu thöïc hieän caùc chöông trình chuyeån ñoåi thaønh heä thoáng soá nhö laø moät coâng cuoäc hieän ñaïi hoaù maïng, neân noã löïc thay theá maïng ñöôøng daøi baèng caùp sôïi quang vaø coù theå trong quy moâ nhoû hôn viba soá dung löôïng cao. Hình 5.3 sô ñoà khoái cuûa caùc thaønh phaàn trong moät heä thoáng viba soá. Trang 2
VIENTHONG05.TK Chöông 5: Heä thoáng thoâng tin ViBa vaø Veä Tinh Aâm töông töï Maõ hoaù A/D Boä gheùp soá Maùy phaùt Nguoàn soá Ñöôøng Truyeàn Aâm töông töï Maõ hoaù A/D Boä g heùp soá Maùy phaùt Nguoàn soá Hình 5.3 Moät moâ hình cuûa heä thoáng Viba soá ñieåm-ñieåm 5.2 Caùc thaønh phaàn trong maïng Viba DS IF RF RF IF DS BB BB M T R RM T R D f f f f CF CF CF CF C CC C CF CF CF CF DS IF f‘ f‘ f f IF DS BB BB D R T RM R T M Traïm ñaàu cuoái C haëng viba Traïm laëp Chaëng viba Traïm ñaàu cuoái BB: Tín hieäu baêng taàng goác RM: Modem traïm laëp M: Boä ñieàu cheá DS: Giao tieáp tín hieäu soá D: Boä giaûi ñieàu cheá IF: Tín hieäu trung taàn IF T: maùy phaùt RF: Tín hieäu voâ tuyeán ñöôïc ñieàu cheá soá R: Maùy thu f,f’: Taàn soá voâ tuyeán ôû baêng thaáp hay baêng cao CF: Boä loïc phaân keânh c: Boä xoay voøng Hình 5.4 moâ taû moät tuyeán vi ba chuyeån tieáp vôùi hai traïm ñaàu cuoái vaø moät traïm laëp. Taïi phía phaùt cuûa traïm ñaàu cuoái: tín hòeâu baêng goác (baseband) ñöôïc daãn tôùi boä ñieàu cheá (M) vaø ñöôïc ñieàu cheá thaønh soùng mang trung taâm taàn (IF). Taïi ñaây haïn cheá Trang 3
Chöông 5: Heä thoáng thoâng tin ViBa vaø Veä Tinh baêng taàn truyeàn daãn, caùc daïng ñieàu cheá ñaëc bieät ñöôïc aùp duïng nhö ñieàu pha soá (PSK), ñieàu bieân caàu phöông (QAM), hoaëc SSB. Maùy phaùt (T) sau ñoù bieán ñoåi tín hieäu naøy thaønh tín hieäu voâ tuyeán (RF) vaø khuyeách ñaïi ñeán möùc phaùt chuaån. Baêng taàn voâ tuyeán ñöôïc giôùi haïn trong khoaûng 40MHz ñeán 22GHz. Töø maùy phaùt tín hieäu RF ñöôïc chuyeån qua boä loïc phaân keânh (channel branching filter) goàm boä loïc baêng thoâng vaø boä xoay voøng (circulator). Boä xoay voøng ñöôïc söû duïng ñeå chia höôùng phaùt vaø höôùng thu. Tín hieäu sau ñoù ñöôïc daãn ñeán anttena thoâng qua boä loïc daõi thoâng, boä xoay voøng vaø caùp anttena (caùp ñoàng truïc suy hao thaáp hay oáng daãn soùng). Neáu khoaûng caùch giöõa caùc traïm ñaàu cuoái lôùn hôn 50km (hoaëc nhoû hôn tuyø theo taàn soá voâ tuyeán söû duïng), caàn phaûi laép ñaët traïm laëp giöõa caùc traïm ñaàu cuoái naøy. Anttena thu ôû traïm laëp seõ chuyeån tín hieäu thu ñöôïc qua boä loïc baêng thoâng vaø boä xoay voøng cuûa boä loïc phaân keânh ñeán maùy thu (R). Maùy thu khueách ñaïi tín hieäu naøy vaø bieán ñoåi noù thaønh tín hieäu trung taàn IF. Töø tín hieäu IF, boä giaûi ñieàu cheá (M) seõ taùi taïo laïi tín hieäu baêng goác ban ñaàu vaø boä ñieàu cheá seõ đieàu cheá noù laïi thaønh tín hieäu IF. Gioáng nhö traïm ñaàu cuoái, tín hieäu IF laïi moät laàn nöõa ñöôïc chuyeån ñeán maùy phaùt (T) roài qua boä loïc phaân keânh, boä xoay voøng ñeán antena böùc xạ. Taïi traïm ñaàu cuoái, tín hieäu baêng goác ñöôïc khoâi phuïc ôû boä giaûi ñieàu cheá vaø ñöôïc daãn tôùi boä phaân keânh. Taïi ñaây tín hieäu ñöôïc phaân keânh hoaøn toaøn. Thoâng tin voâ tuyeán khoâng chæ ñoùng khung trong phaïm vi cuûa moät quoác gia vì theá ñoøi hoûi coù tieâu chuaån quoác teá cho noù. Toå chöùc quoác teá chòu traùch nhieäm veà vaán ñeà naøy laø Hieäp Hoäi Vieãn Thoâng Quoác Teá ITU (International Telecommunication Union). ITU bao goàm CCITT (International Telephone and Teleghraph Consultative )vaø CCIR (International Radio Consultative Commitee). CCITT chịu trach nhiệm về caùc khuyeán nghò cho toaøn boä giap tieáp giöõa ngöôøi söû duïng ñeán ngöôøi söû duïng (user to user) vaø caùc giao tieáp treân ñöôøng truyeàn daãn. CCIR chòu traùch nhieäm veà caùc khuyeán nghò cho voâ tuyeán chuyeån tieáp ví duï nhö phoå Nhôø caùc tieâu chuaån naøy maø maïng vieãn thoâng cuûa caùc nöôcù khaùc nhau coù theå giao tieáp vôùi nhau taïo thaønh maïng vieãn thoâng toaøn caàu. 5.2.1 Maùy phaùt Maùy phaùt thöôøng bao goàm nhöõng khoái sau: - Maïch baêng goác phaùt - Khoái xöû lyù soá lieäu baêng goác - Boä ñieàu cheá - Boä loïc vaø khueách ñaïi IF maùy phaùt - Boä ñoåi taàn treân - Boä khueách ñaïi vaø boä loïc nhaùnh RF Trang 4
VIENTHONG05.TK Chöông 5: Heä thoáng thoâng tin ViBa vaø Veä Tinh RF RF ra Dao ñoäng noäi IF Dao ñoäng Ñieàu cheá BB Giao tieáp Giaû ngaãu Maõ hoaù Ñöôøng daây Nhieân hoaù Hình 5.5 Sô ñoà khoái maùy phaùt ñieån hình. 5.2.1.1 Maïch baêng goác maùy phaùt Tín hieäu baêng goác thu nhaän hoaëc phaùt ñeán caùp ñoàng hoaëc caùp ñoàng truïc, ñaàu tieân phaûi ñöôïc xöû lyù sao cho tín hieäu thích hôïp vôùi heä thoáng. Hình 5. minh hoaï sô ñoà khoái cuûa boä ñieàu cheá-giaûi ñieàu cheá 16-QAM, MDAP-140MB, NEC. Boä chuyeån ñoåi maõ ñöôøng: Thieát bò naøy goàm coù khoái chuyeån ñoåi maõ ñöôøng CMI-NRZ, khoái naøy laáy tín hieäu ôû ñaàu ra khoái gheùp keânh caáp E4 139,264Mbit/s vaø chuyeån ñoåi luoàng bit maõ CMI thaønh luoàng bit nhò phaân NRZ. Khoái xöû lyù soá lieäu: Moät khi ñaõ tieán haønh chuyeån maõ, tín hieäu töø khoái chuyeån ñoåi CMI-NRZ ñi vaøo khung xöû lyù soá lieäu (TX PDU), ôû ñaây tín hieäu NRZ ñöôïc ngaãu nhieân. Toác ñoä bit cuûa E4 taêng leân do ñöa vaøo caùc bit thoâng tin veà khung, bit kieåm tra chaün leû nhö caùc keânh giaùm saùt BER, khe thôøi gian cho tín hieäu keânh nghieäp vuï soá tuyø yù, vaø caùc bit nhaän daïng keânh RF. Ñeå haïn cheá ñoä roäng baêng RF, vieäc taêng toác ñoä bit toång thöôøng khoâng vöôït quaù 4% toác ñoä danh ñònh 139,264Mbit/s. 5.2.1.2 Boä ñieàu cheá Boä ñieàu cheá theo nguyeân lyù ñieàu cheá bieân ñoä caàu phöông : 4PSK (hay coøn goïi laø QPSK hay 4QAM) hoaëc 16 QAM. Ví duï ôû ñaây ñoái vôùi heä thoáng viba 140Mbit/s, söû duïng ñieàu cheá 16 QAM. Boä ñieàu cheá 16 QAM ngoaøi vieäc chuyeån ñoåi noái tieáp-song song. Boä bieán ñoåi noái tieáp/song song seõ bieán ñoåi tín hieäu baêng goác thaønh 4 tín hieäu a,b,c,d coù toác ñoä 35Mbaud roài töø 4 tín hieäu naøy thaønh 2 tín hieäu I vaø Q boán traïng thaùi, boä giao ñoäng noäi taûi taàn 140MHz vaø ñieàu cheá thaønh 2 thaønh phaàn caàu phöông cuûa taûi taàn vaø toå hôïp tieáp tuïc ñeå ñöôïc tín hieäu 16-QAM. Trong boä ñieàu cheá tieáp theo caùc tín hieäu I vaø Q ñieàu cheá hai soùng mang IF töông öùng. Hai soùng mang ñaõ ñöôïc ñieàu cheá ñöôïc coäng laïi theo nguyeân taéc vector ñeå hình thaønh tín hieäu 16QAM. Ngoaøi ra coøn coù boä loïc IF ôû Trang 5
Chöông 5: Heä thoáng thoâng tin ViBa vaø Veä Tinh ñaàu ra cuûa boä ñieàu cheá haïn cheá phoå tín hieäu khoâng mong muoán. Vieäc taïo taàn soá dao ñoäng noäi IF 140MHz ñöôïc thöïc hieän qua boä dao ñoäng khoaù pha PLL. 5.2.1.3 Boä bieán ñoåi taàn treân, boä khueách ñaïi vaø boä loïc cuûa maùy phaùt Tín hieäu IF ra töø boä loïc ñi vaøo töø caùc maïch ñoåi taàn treân ñeå taïo tín hieäu ra ôû taàn soá soùng mang RF Boä dao ñoäng noäi (LO): taïo ra soùng mang RF ñeå ñieàu cheá tín hieäu IF thaønh tín hieäu coù taàn soá voâ tuyeán mong muoán. Ñeå ñaûm baûo tính oån ñònh cao cuûa boä dao ñoäng noäi, ngöôøi ta thöôøng söû duïng voøng khoaù pha (PLL) hay caùc boä dao ñoäng noäi hoác coäng höôûng ñieän moâi (DRO). Theo phöông phaùp thöù nhaát, boä dao ñoäng töï do ñöôïc gheùp thaønh moät moät boäi soá cuûa taàn soá cuûa thaïch anh baèng voøng khoaù pha PLL. Do ñoù coù theå hieäu chænh maùy phaùt ñeán caùc voâ tuyeán khaùc nhau baèng caùch thay tinh theå thaïch anh cuûa boä dao ñoäng noäi. Trong boä DRO, taàn soá dao ñoäng ñöôïc xaùc ñònh bôûi moät phaàn töû ñieän moâi. Taàn soá dao ñoäng noäi trong tröôøng hôïp naøy raát oån ñònh trong daûi taàn GHz cho neân yeâu caàu veà maïch trôû neân ñôn giaûn hôn. Tuy nhieân, caùc boä DRO khoâng theå chænh ñeán caùc taàn soá voâ tuyeán khaùc nhau. Boä bieán ñoåi taàn treân (up converter): söû duïng taàn soá LO ñeå ñieàu cheá tín hieäu IF thaønh tín hieäu RF. Saûn phaåm taïi ngoõ ra cuûa boä ñieàu cheá seõ laø: - Baêng IF döôùi taàn soá LO: (fLO - fIF) - Baêng IF treân taàn soá LO: (fLO + fIF) - Taàn soá cuûa chính boä LO:fLO Boä khueách ñaïi coâng suaát: Boä loïc sau boä bieán ñoåi taàn treân ñeå loaïi tröø nhöõng baêng khoâng mong muoán vaø soùng mang LOø. Baêng coøn laïi ñöôïc ñöa vaøo boä khueách ñaïi coâng suaát cao taàn. Diot taùch soùng laáy tín hieäu ra ñeå giaùm saùt vôùi möùc coâng suaát döï tính qua moät boä gheùp moät höôùng. Tín hieäu cao taàn RF ôû ñaàu ra cuûa boä gheùp moät höôùng ñöôïc ñöa vaøo boä khueách ñaïi coâng suaát. Thöôøng coù hai loaïi khueách ñaïi coâng suaát: moät loaïi duøng transistor hieäu öùng tröôøng (GaASFET) cho coâng suaát ra trung bình ôû nhaùnh ra 25dBm, vaø moät loaïi duøng ñeøn soùng chaïy (TWT) cho coâng suaát ra laø 33 dBm. Phaàn coâng suaát laáy ra qua boä gheùp moät höôùng vaø diot taùch soùng coøn duøng ñeå ño coâng suaát, caûng baùo, giaùm saùt. Boä loïc nhaùnh: moät boä phaân maïch ñònh höôùng voøng phaân caùch boä khueách ñaïi coâng suaát vôùi boä loïc nhaùnh vaø boä loïc thaáp, ñoù laø nhöõng boä loïc baèng hoác coäng höôûng gheùp trong oáng daãn soùng ñöa ra anten. Soá hoác coäng höôûng tuyø theo thieát keá boä loïc trung taàn IF. Trang 6
Chöông 5: Heä thoáng thoâng tin ViBa vaø Veä Tinh 5.2.2 Maùy thu: Caùc maïch baêng goác trong maùy phaùt vaø maùy thu ñeàu laø maïch soá logic, thöïc hieän vieäc xöû lyù tín hieäu yeâu caàu giöõa giao tieáp ñöôøng daây vaø modem. Khoái giao tieáp ñöôøng daây taùi taïo tín hieäu thu ñöôïc töø ñöôøng daây vaø thöïc hieän chuyeån ñoåi maõ giöõa maõ ñöôøng vaø maõ xung nhò phaân ñôn cöïc duøng trong quaù trình xöû lyù; neáu caàn phoøng veä quaù aùp vaø caân baèng suy hao duøng caùc ñoaïn caùp daøi hôn. Caùc thao taùc chuyeån ñoåi ñeàu chính xaùc vôùi luoàng bit ñeán hoaëc ñi cuûa khoái baêng goác thu hoaëc boä giaûi ñieàu cheá baêng goùc. Neáu toác ñoä bit phaùt ñi khoâng phaûi laø toác ñoä bit ñöôïc taïo ra do caáu truùc gheùp keânh phaân caáp ñaõ chaáp nhaän, caàn coù moät khoái gheùp keânh. Trong tröôøng hôïp naøy caùc luoàng bit thukhoâng ñoàng boä (thöôøng laø hai) ñeàu ñöôïc gheùp laïi ñeå taïo moät luoàng bit coù toác ñoä bit cao hôn moät ít so vôùi toång hai toác ñoä bit cuûa hai luoàng. Nhöõng bit thoâng tin theâm vaøo ñöôïc coäng sao cho phía thu coù theå phaân keânh ñöôïc ñuùng. Khi thieát keá boä loïc phaûi löu yù ñeán ñaëc tính cuûa tín hieäu RF. Veà phía maùy phaùt, yeâu caàu chuû yeáu thöôøng laø taïo daïng phoå, trong khi ñoù veà phía maùy thu, vieäc thieát keá boä loïc Rf ít chaët cheõ vì taäp trung boä loïc IF. Boä loïc IF quyeát ñònh ñoä choïn loïc cuûa maùy thu. Maùy thu bao goàm: - Caùc maïch thu RF - Caùc maïch baêng goác maùy thu RF Dao ñoäng noäi IF Giaûi Ñieàu cheá BB Giaûi Giaû ngaãu Giao tieáp maõ Nhieân hoaù Ñöôøng daây Hình 5.6 Sô ñoà khoái maùy thu. 5.2.2.1 Caùc maùy thu RF Tín hieäu cao taàn ñeán töø anten ñi vaøo phaàn thu RF cuûa maùy thu. Boä dao ñoäng noäi (LO) ñeå taïo soùng mang voâ tuyeán duøng cho vieäc ñoåi taàn xuoáng cuûa tín hieäu voâ tuyeán. Taàn soá voâ tuyeán naøy khoâng ñöôïc khaùc vôùi taàn soá caùc maùy thu. Boä ñoåi taàn soá (down converter): söû duïng taàn soá LO ñeå ñieàu cheá tín hieäu voâ tuyeán thu ñöôïc thaønh trung taàn. Saûn phaåm ñieàu cheá goàm: - fIF= fRF1 - fLO . - fIF= fRF2 + fLO . Trang 7
VIENTHONG05.TK Chöông 5: Heä thoáng thoâng tin ViBa vaø Veä Tinh Do ñoù seõ coù hai taàn soá voâ tuyeán (fRF1 vaø fRF2) rôi vaøo daûi IF: moät laø taàn soá mong muoán vaø thaønh phaàn coøn laïi laø taàn soá aûnh. Sau moãi boä khueách ñaïi RF, coù boä loïc chaën baêng ñeå haïn cheá baêng taïp aâm aûnh sinh ra. Boä khueách ñaïi IF khueách ñaïi tín hieäu IF ñeán möùc coá ñònh cho tröôùc roài ñöa ñeán boä giaûi ñieàu cheá. Bieân ñoä tín hieäu IF ôû ngoõ ra cuûa boä ñoåi taàn xuoáng phuï thuoäc vaøo möùc tín hieäu thu do ñoù bieân ñoä tín hieäu IF cho boä giaûi ñieàu cheá phaûi ñöôïc caân baèng boä khueách ñaïi AGC. Ñieàu khieån AGC cuøng luùc coù theå söû duïng ñeå hieån thò ñieän aùp cuûa möùc thu. A fIF fRF1 fLO fRF2 f Hình 5.7 Taàn soá aûnh bò loaïi boû baèng boä loïc keânh. Maùy thu cho phaân taäp khoâng gian: Trong phaân taäp khoâng gian, tín hieäu RF ñöôïc thu töø hai anten ôû hai vò trí khaùc nhau. Tuyø theo thieát keá, ngoõ ra cuûa tín hieäu baêng goác BB coù theå laø tín hieäu toát nhaát töø hai tín hieäu trung taàn hoaëc laø toång cuûa hai tín hieäu naøy: RF IF1 BBBBBB Rx DMD BBU BBOUT RF IF2 BB RxD DMD Rx: Maùy thu DMD: Boä giaûi ñieàu cheá RxD: Maùy thu phaân taäp BBU: Boä chuyeån maïch baêng goác Hình 5.8 Phaân Taäp khoâng gian vôùi phöông phaùp chuyeån maïch tín hieäu baêng goác RF IF1 Rx IF1+IF2 DMD BBOUT RF IF2 RxD : Boä coäng IF Hình 5.9 Phaân Taäp khoâng gian vôùi phöông phaùp coäng IF Trang 8
Chöông 5: Heä thoáng thoâng tin ViBa vaø Veä Tinh 5.2.2.2 Caùc maïch baêng goác maùy thu Muïc tieâu chính laø: - Giaûi ñieàu cheá tín hieäu IF, - Caân baèng baêng goác thích nghi vaø taùi taïo soá lieäu - Xöû lyù baêng goác goàm giaûi maõ vi sai vaø chuyeån ñoåi song song-noái tieáp - Phaân keânh toå hôïp thaønh caùc tín hieäu baêng goác chính vaø tín hieäu nghieäp vuï - Giaùm saùt BER Giaûi ñieàu cheá nhaän ñöôïc baèng caùch aùnh xaï tín hieäu PAM nhieàu möùc treân hai truïc vuoâng goùc. Sau khi loïc vaø taùi taïo baêng goùc, ta ñöôïc boán luoàng nhò phaân 35Mbit/s. Qua giaûi maõ vi sai vaø chuyeån ñoåi song song – noái tieáp ta coù luoàng 140Mbit/s. Ñoàng thôøi chuyeån tín hieäu soá NRZ nhò phaân löôõng cöïc thaønh tín hieäu soá maõ CMI, saün saøng truyeàn di ra moâi tröôøng beân ngoaøi. 5.3 Nhieãu vaø phaân boá taàn soá: Vieäc löïa choïn taàn soá cho moät tuyeán voâ tuyeán phaûi thoaõ maõn caùc khuyeán nghò veà phaân boá taàn soá cuûa CCIR ñoàng thôøi phaûi quan taâm ñeán vaán ñeà can nhieãu giöõa caùc tuyeán vi ba trong vuøng. Trong phaàn naøy seõ giôùi thieäu caùc khuyeán nghò veà phaân boá taàn soá vaø cuûa CCIR ñoàng thôøi cuõng khaùi quaùt hoaù caùc nguyeân taéc veà vieäc phaân boá taàn soá cho moät tuyeán viba. 5.3.1 Nhieãu taàn soá Nhieãu giöõa caùc keânh voâ tuyeán: Nhieãu giöõa caùc keânh voâ tuyeán trong moät baêng taàn soá ñöôïc minh hoaï treân hình 5.10. Keânh keá caän cuøng phaân cöïc CH.1(H) CH.2(H) CH.1(v) CH.2(v) Keânh keá caän Ñoàng keânh xuyeân Xuyeân phaân cöïc Xu yeân phaân cöïc Hình 5.10 Nhieãu giöõa caùc keânh phaân cöïc Nhieãu naøy coù theå laø nhieãu ñoàng keânh (cochannel) hay nhieãu keânh keá caän. Nhieãu do keânh keá caän cuõng chia laøm hai loaïi: xuyeân phaân cöïc (cross-polar) vaø ñoàng phaân cöïc (copolar). Nhieãu ñoàng keânh chæ coù theå laø nhieãu xuyeân phaân cöïc. Trang 9
Chöông 5: Heä thoáng thoâng tin ViBa vaø Veä Tinh Ñoái vôùi caùc keânh keá caän, nhieãu ñoàng phaân cöïc coù theå loaïi tröø baèng caùc boä loïc keânh, nhieãu xuyeân phaân cöïc khoâng coøn laø vaán ñeà ñoái vôùi caùc anten hieän nay vì caùc boä loïc phaân cöïc thöôøng coù ñoä phaân bieät phaân cöïc treân 30dB. Nhieãu giöõa caùc chaëng voâ tuyeán Nhieãu naøy coù theå laø: nhieãu do böùc xaï ra sau, nhieãu ôû caùc ñieåm nuùt vaø nhieãu vöôït qua. Ñeå ñaùnh giaù aûnh höôûng cuûa caùc loaïi nhieãu naøy, ngöôøi ta thöôøng söû duïng tæ soá soùng mang/nhieãu C/I. Tæ soá naøy ñöôïc xaùc ñònh bôûi soá leäch goùc giöõa caùc anten vaø coù theå giaûm ñi khi coù fading. Nhieãu do böùc xaï tröôùc ra sau: Hình 5.11 giaûi thích loaïi nhieãu. Nhieãu naøy chæ coù aûnh höôûng khi söû duïng caùc anten nhoû hoaït ñoäng ôû taàn soá thaáp. Ñeå traùnh loaïi nhieãu naøy, caùc taàn soá voâ tuyeán cho caùc chaëng keá caän phaûi ñöôïc thay ñoåi tuaàn töï. Tæ soá C/I coù theå tính nhö sau: C/I= aα + 20log(d1/dw) Vôùi aα: söï leäch goùc giöõa hai anten ñaáu löng d1, dw: khoaûng caùch ñöôøng truyeàn mong muoán vaø ñöôøng truyeàn nhieãu töông öùng a b a Hình 5.11 Böùc xaï tröôùc sau. Nhieãu ôû ñieåm nuùt: Hình 5.12 giaûi thích loaïi nhieãu naøy, caån coù söï thay ñoåi taàn soá vaø phaân cöïc phuø hôïp ñeå giaûm aûnh höôûng cuûa loaïi nhieãu naøy khi goùc leäch giöõa hai anten nhoû: Tæ soá C/I ñöôïc tính nhö sau: C/I= aα + 20log(d1/dw) Vôùi aα: söï leäch goùc giöõa hai anten d1, dw: khoaûng caùch ñöôøng truyeàn mong muoán vaø ñöôøng truyeàn nhieãu töông öùng b a α b Hình 5.12 Nhieãu ôû ñieåm nuùt. Trang 10
VIENTHONG05.TK Chöông 5: Heä thoáng thoâng tin ViBa vaø Veä Tinh Nhieãu töø caùc heä thoáng beân ngoaøi: Nhieãu naøy coù theå xuaát phaùt töø: 1. Caùc heä thoáng veä tinh 2. Radar 3. Caùc heä thoáng voâ tuyeán khaùc söû duïng cuøng moät baêng taàn soá Caàn löu yù raèng naêng löôïng xuaát phaùt phaân boá ñeàu trong baêng. Noùi moät caùch khaùc, naêng löôïng soùng mang coù theå traûi daøi ra khoûi baêng. Trong khu ñoù naêng löôïng soùng voâ tuyeán töông töï chæ taäp trung giöõa baêng. Ñieàu naøy coù nghóa laø voâ tuyeán töông töï deã bò aûnh höôûng cuûa nhieãu töø caùc tuyeán viba soá hôn. 5.3.2 Phaân boá caùc keânh voâ tuyeán Soùng voâ tuyeán thöôøng khoâng chæ laø lan truyeàn trong phaïm vi moät quoác gia. Vì theá vieäc phaân boá keânh voâ tuyeán ñoøi hoûi phaûi ñöôïc tieâu chuaån hoaù treân toaøn theá giôùi ñeå baûo ñaûm cho vieäc keát noái caùc tuyeán voâ tuyeán giöõa caùc nöôùc laùng gieàng ñoàng thôøi ñaûm baûo khoâng coù vaán ñeà xuyeân nhieãu giöõa caùc keânh voâ tuyeán. CCIR phaân chia caùc keânh voâ tuyeán theo nguyeân taéc nhö sau: - Moät baêng taàn ñöôïc chia thaønh hai baêng nhoû (sub band): baêng cao (upper band) vaø baêng thaáp (lower band). Taàn soá bieân giôùi giöõa hai baêng nhoû naøy goïi laø taàn soá trung taâm (center frequency). Khoaûng caùch giöõa hai baêng goïi laø khe trung taâm (center gap). - Taát caû caùc taàn soá voâ tuyeán trong baêng ñeàu caùch ñeàu nhau moät khoaûng goïi laø khoaûng caùch keânh (channel spacing). Khoaûng caùch naøy ñöôïc toái öu hoaù ñeå moät maët baûo ñaûm ñöôïc dung löôïng toái ña cuûa baêng ñoàng thôøi traùnh ñöôïc vaán ñeà xuyeân nhieãu giöõa caùc keânh. - Trong moät baêng söû duïng caû hai phaân cöïc: ñöùng vaø ngang. Caùc taàn soá trong moät baêng coù theå tuaàn töï thay ñoåi phaân cöïc: moät taàn soá phaûi coù phaân cöïc khaùc vôùi hai taàn soá keá caän noù (tröôùc vaø sau) hoaëc söû duïng cuøng moät taàn soá cho caû hai phaân cöïc. Tính daûi thoâng cuûa moät keânh voâ tuyeán: Neáu M laø soá möùc ñieàu cheá, n laø soá bit cho moät kyù töï thì : n M=2 hay n=log2M; Toác ñoä kyù töï seõ laø Rs=Rbit/n , vôùi Rbit laø toác ñoä bit Ñoä roäng daûi thoâng RF seõ laø: B=(1+r)Rs . vôùi r laø heä soá roll-off Tính khoaûng caùch giöõa caùc keânh voâ tuyeán trong moät baêng: Khoaûng caùch giöõa caùc keânh voâ tuyeán F F~ (1,5÷2,2) B Trang 11
Chöông 5: Heä thoáng thoâng tin ViBa vaø Veä Tinh Ví duï: Ñoái vôùi heä thoáng 140Mbit/s, 16 QAM hoaït ñoäng baêng taàn 6,7GHz khoaûng caùch giöõa caùc keânh cho cheá ñoä keânh laø 80 MHz vaø laø 40 MHz cho cheá ñoä phaân cöïc giöõa hai keânh keá caän. Hieäu quaû söû duïng daûi thoâng seõ laø 3,5bit/s. V(H) 1 2 3 4 5 6 7 1’ 2’ 3’ 4’ 5’ 6’ 7’ Phaân Cöïc V(H) Baêng Thaáp Baêng Cao Khe trung taâm 800 MHz Khoaûng caùch keânh Taàn soá trung taâm 80MHz 3900 MHz Giôùi haïn döôùi cuûa baêng Giôùi haïn treân cuûa baêng 3600MHz 4200MHz Hình 5.13 Minh hoaï nguyeân taéc phaân boá keânh voâ tuyeán cho moät baêng taàn soá. Rs B Hình 5.14 Ñoä roäng giaûi thoâng cuûa moät keânh RF F Ñoàng phaân cöïc Xuyeân phaân cöïc F/2 Hình 5.15 Khoaûng caùch giöõa caùc keânh voâ tuyeán Hình 5.16 cho ta nhöõng con soá veà caùc baêng taàn cho pheùp vaø dung sai cho pheùp cuûa taàn soá mang v.v Baùo caùo 497-2 cung caáp chi tieát veà phaân keânh veà phaân boá keânh voâ tuyeán RF ñoái vôùi nhöõng heä thoáng soá dung löôïng trung bình laøm vieäc trong baêng 13 GHZ. Khuyeán nghò 387-3 CCIR cho chi tieát veà caùc heä thoáng dung löôïng nhoû vaø trung bình laøm vieäc trong baêng taàn ñeán 11GHz. Trang 12
VIENTHONG05.TK Chöông 5: Heä thoáng thoâng tin ViBa vaø Veä Tinh Ñoái vôùi caùc heä thoáng soá dung löôïng trung bình vaø cao, baùo caùo 934 CCIR (baêng döôùi 10GHz), baùo caùo 782-1 (baêng 10,7 ñeán 11,7GHz), baùo caùo 607-2 (baêng 10,5- 10,68GHz vaø 11,7-15,35GHz), vaø baùo caùo 935 (ñeán 200Mbit/s trong baêng 4GHz) ñeàu ñeà caäp ñeán. Khuyeáng nghò 595 CCIR cuõng ñeà caäp ñeán söï phaân boá keânh voâ tuyeán RF ñoái vôùi heä thoáng viba soá trong baêng taàn 17,7-19,7GHz. Trong khuyeán nghò naøy cuõng coù nhöõng thoâng tin caàn thieát ñeå thieát laäp keá hoaïch taàn soá cho heä thoáng viba, coù tính ñeán nhöõng caëp taàn soá, töùc laø caëp taàn soá phaùt vaø thu, vaø baêng phoøng veä yeâu caàu giöõa caù keânh keà nhau vaø baêng keà nhau. Baêng 11GHz Baêng 13GHz CCIR Khuyeán nghò 387.3 CCIR Khuyeán nghò 497.2 389.2 12750-13250 MHz 10700-11700 MHz H V H2 V (V)* (H)* (MHz) 10795 (V)* (H)* (MHz) 12765 1 10715 1 2 12793 2 10755 80MHz 56MHz 3 10795 3 12821 4 10835 4 12849 5 12877 5 10875 6 10915 6 12905 7 12933 266MHz 10955 530MH 7 8 12961 10995 8 f0 12996 70MHz 9 11035 1’ 11035 10 11075 2’ 12793 11 3’ 13087 11115 4’ 13115 12 11155 5’ 12877 90MHz 500MHz f0 11200 6’ 13071 1’ 11245 7’ 13199 2’ 11285 8’ 13277 3’ 11325 4’ 11365 5’ 11405 6’ 11455 1000MHz 7’ 11485 8’ 11525 9’ 11565 11605 10’ 11’ 11645 12’ 11685 Hình 5.16 Phaân boá keânh voâ tuyeán cho caùc baêng taàn khaùc nhau Trang 13
Chöông 5: Heä thoáng thoâng tin ViBa vaø Veä Tinh Ví duï: Xeùt baêng taàn 13GHz ñöôïc choïn cho heä thoáng soá trong ñoù dung löôïng coù theå leân ñeán 480 keânh thoaïi (34Mbit/s). Söû duïng thoâng tin trong khuyeán nghò 497-2 CCIR, coù theå phaân boá taàn soá voâ tuyeán vôùi ñaëc tính döôùi ñaây: Phaàn döôùi cuûa baêng: fn= (f0-259+28n) (MHz) Phaàn treân cuûa baêng: f’n= (f0+7+28n) (MHz) trong ñoù n=1,2,3,4,5,6,7 hoaëc 8. f0: taàn soá goác (MHz) gaàn trung taàm baêng 12,75-13,25GHz. fn: taàn soá trung taâm (MHz) cuûa keânh RF ôû nöõa phaàn döôùi cuûa baêng. f’n: taàn soá trung taâm (MHz) cuûa keânh RF ôû nöõa phaàn treân cuûa baêng. Neáu taàn soá trung taâm choïn laø f0=12996MHz, thì trong ví duï naøy caëp taàn soá thu vaø phaùt (hoaëc caëp phaùt vaø thu) ñoái vôùi keânh 6 (n=6) theo bieåu thöùc seõ laø: f6=(122996-259+28*6)=12905 MHz f’6=(122996+7+28*6)=13171 MHz 5.3.3 Laäp caáu hình taàn soá cho moät tuyeán viba Ñeå traùnh caùc vaán ñeà nhieãu taàn soá, vieäc laäp caáu hình cho moät maïng viba caàn phaûi theo nguyeân taéc sau: 1. Phaûi coù keá hoaïch phaân boá taàn soá tröôùc cho toaøn maïng. Keá hoaïch naøy khoâng chæ tín ñeán caùc yeâu caàu hieän taïi maø coøn phaûi tính ñeán söï phaùt trieån cuûa maïng trong töông lai. 2. Phaûi xaùc ñònh tröôùc khoaûng caùch giöõa caùc keânh voâ tuyeán vaø phaân cöïc chuùng 3. Taát caû caùc maùy phaùt cuûa moät traïm voâ tuyeán chuyeån tieáp söû duïng chung moät anten (thoâng qua caùc boä loïc phaân nhaùnh) phaûi hoaït ñoäng treân cuøng moät baêng nhoû: hoaëc laø baêng cao hoaëc laø baêng thaáp. Vieäc thay ñoåi baêng cao vaø baêng thaáp phaûi thay ñoåi tuaàn töï qua töøng traïm. 4. Cheá ñoä ñoàng keânh chæ söû duïng treân caùc ñöôøng coù söï khaùc bieät veà goùc treân 1000. 5. Vieäc thay ñoåi phaân cöïc treân chaëng thöù 3 phaûi tính ñeán khaû naêng coù nhieãu vöôït qua. 6. Ôû nhöõng nuùt coù goùc nhoû neân söû duïng cheá ñoä hoaït ñoäng beân keá caän. 5.4 Thoâng tin veä tinh 5.4.1 Choïn quyõ ñaïo cho veä tinh Quyõ ñaïo cuûa veä tinh laø moât hình Ellipse coù truïc ñi xuyeân qua taâm traùi ñaát vaø tuaân theo caùc ñònh luaät vaïn vaät haáp daãn theo Kepler. Caùc ñònh luaät naøy cho pheùp xaùc ñònh chu kyø quay T cuûa veä tinh quanh traùi ñaát tuyø theo baùn kính truïc lôùn α cuûa quyõ ñaïo Ellipse vaø ñoä cao h=a-R cuûa veä tinh (R laø baùn kính traùi ñaát): Trang 14
VIENTHONG05.TK Chöông 5: Heä thoáng thoâng tin ViBa vaø Veä Tinh T=2 π (a3/GM)1/2= 2π ((h+R)/GM)1/2; Trong ñoù M= 6x1024kg- laø khoái löôïng traùi ñaát. G=6,67x10-11Nm2/kg-laø haèng soá troïng löôïng. R=6378km- laø baùn kính trung bình traùi ñaát. Vôùi veä tinh ñòa tónh, caàn coù söï caân baèng giöõa chu kyø quay cuûa veä tinh vaø chu kyø quay cuûa traùi ñaát (1ngaøy=23h56’4’’), ta ruùt ra: h=35.768km Ngoaøi ra, quyõ ñaïo cuûa veä tinh ñòa tónh cuõng phaûi laø hình troøn, cuøng chieàu quay vôùi traùi ñaát, ñeå giöõ vaän toác goùc khoâng ñoåi vaø coù vò trí töông ñoái coá ñònh so vôùi Maët Ñaát. Veä tinh ñòa tónh coù caùc öu ñieåm sau: - Baûo phuû khoaûng 1/3 dieän tích maët ñaát lieân tuïc taïi moïi thôøi ñieåm - Vieäc thu soùng töø caùc anten maët ñaát laãn vieäc theo baét veä tinh deã daøng - Thôøi gian che toái aùnh saùng Maët Trôøi bôûi Traùi Ñaát, khoâng cho aùnh saùng ñeán veä tinh seõ ngaén hôn, ñeå traùnh nhöõng ñoät bieán nhieät ñoä treân veä tinh vaø duy trì naêng löôïng aùnh saùng caáp nguoàn cho veä tinh - Khoâng coù hieäu öùng Doppler khi coù soùng phaùt töø traùi ñaát, vaø ñöôïc chuyeån veà töø veä tinh Tuy nhieân, nhöôïc ñieåm cuûa veä tinh ñòa tónh gaén lieàn vôùi ñoä cao cuûa noù: - Vì veä tinh quaù cao, neân suy giaûm cuûa soùng trong khoâng gian raát nhieàu - Thôøi gian cho soùng ñi vaø veà Traùi Ñaát-veä tinh laø 240÷275ms, khaù lôùn khieán tai ta caûm giaùc ñöôïc söï chaäm pha khi ñaøm thoaïi, ñoàng thôøi caàn coù caùc boä phaän choáng tieáng doäi - Caàn thieát bò ñieàu chænh töï ñoäng tinh vi ñeå giöõ quyõ ñaïo veä tinh khoâng ñoåi so vôùi maët ñaát. - Quaù trình phoùng veä tinh leân quyõ ñaïo raát phöùc taïp 5.4.2 Taàn soá laøm vieäc veä tinh Theo quy öôùc cuûa CCIR, ña soá caùc traïm maët ñaát hieän nay söû duïng hai vuøng taàn soá soùng phaûi ñöôïc giaûm thieåu toái ña. Theo quy öôùc CCIR, ña soá traïm maët ñaát hieän nay söû duïng hai vuøng taàn soá 6GHz vaø 4GHz cho phaùt vaø thu: Phaùt töø Maët ñaát-Veä Tinh: fpm= 5,925 ÷6,425 GHz Thu töø Veä Tinh-Maët Ñaát: fpd= 3,700 ÷4,200 GHz Vôùi baêng thoâng B=500MHz cuûa moãi chieàu (baêng C) Vieäc duøng hai vuøng taàn soá phaùt thu caùch xa haún nhau seõ cho pheùp taùch caùc soùng thu vaø phaùt vôùi caùc möùc coâng suaát hoaøn toaøn khaùc bieät nhau treân cuøng moät anten. Tuy nhieân, veä tinh phaûi laøm nhieäm vuï dòch chuyeån phoå taàn moät quaõng 2.225GHz Trang 15
Chöông 5: Heä thoáng thoâng tin ViBa vaø Veä Tinh Ngaøy nay, do nhu caàu ngaøy caøng taêng cuûa thoâng tin veä tinh, caùc daûi taàn thu phaùt khaùc ñang baét ñaàu ñöôïc khai thaùc 12,5/18 GHz vôùi baêng thoâng B=500MHz (baêng ku) 18/26,5 GHz vôùi baêng thoâng B=3500MHz (baêng K) 5.4.3 Caáu truùc cuûa moái lieân keát veä tinh Moät ñöôøng thoâng tin veä tinh cuõng töông töï nhö thoâng tin viba maët ñaát vôùi hai ñoaïn chuyeån tieáp, trong ñoù veä tinh ñoùng vai troø cuûa moät traïm chuyeån tieáp. fpm fpd Veä Tinh fpm fpd fpm fpd Hình 5.17 Veä tinh ñoùng vai troø chuyeån tieáp. Thoâng tin truyeàn ñi döôùi daïng soá hay töông töï, vôùi caùc phöông thöùc ñieàu cheá khaùc nhau. - Truyeàn töông töï: ñieàu cheá FM - Truyeàn soá: ñieàu cheá DPSK, MSK vôùi caùc phöông phaùp maõ hoaù phöùc taïp. Thoâng tin veä tinh gaëp nhieàu khoù khaên so vôùi thoâng tin viba maët ñaát ôû caùc ñieåm sau: - Khoaûng caùch giöõa hai traïm chuyeån tieáp viba maët ñaát khoaûng 50km, trong khi khoaûng caùch cuûa moãi ñoaïn chuyeån tieáp cuûa thoâng tin veä tinh laø töø 36000km ñeán 41000km (laø baùn kính chuû ñaïo cuûa veä tinh). - Coâng suaát phaùt töø veä tinh xuoáng traùi ñaát bò giôùi haïn 5.4.5 Thieát bò ñaët treân veä tinh Anten: N Veä Tinh Maët phaúng xích ñaïo 17024’ S -36000km Traùi ñaát Hình 5.18 Goùc nhìn töø traùi ñaát. Trang 16
VIENTHONG05.TK Chöông 5: Heä thoáng thoâng tin ViBa vaø Veä Tinh Goùc nhìn traùi ñaát töø veä tinh laø 17024’. Neáu tính ñeán chieàu cao anten maët ñaát, goùc nhìn ñöôïc tính laø 17018’. Caùc loaïi anten sau coù theå ñöôïc söû duïng ñaët treân veä tinh. Anten ñaúng höôùng: khoâng coù höôùng tính trong khoâng gian töï do. Anten chaán töû: coù höôùng tính cöïc ñaïi theo maët phaúng thaúng goùc vôùi truïc chính anten. Maët phaúng naøy cuûa anten treân veä tinh phaûi ñöôïc höôùng veà traùi ñaát, oån ñònh baèng chuyeån ñoäng töï xoay spin cuûa veä tinh quay truïc song song vôùi truïc chính cuûa chaán töû. Anten loa: vôùi goùc môû truøng vôùi goùc nhìn töø veä tinh veà traùi ñaát (170). Ñoä lôïi anten chöøng 20dB, nhöng anten phaûi luoân höôùng veà traùi ñaát. Anten parabol: vôùi höôùng tính raát (spot beam). Vuøng bao phuû soùng cuûa anten chæ giôùi haïn trong moät ñòa luïc, moät vuøng hoaëc moät quoác gia, ñoä lôïi anten seõ tæ leä nghòch vôùi goùc môû cuûa tia saùng Boä chuyeån tieáp: Nhieàu boä chuyeån tieáp gioáng nhau (chaúng haïn 20 boä trong chuyeån tieáp torng heä Intelsat IV A) ñöôïc phaân boá treân daûi baêng 500MHz, moãi boä chuyeån tieáp cho moät baêng thoâng 36MHz, coù ñoä khueách ñaïi möùc tín hieäu G=100dB vaø chuyeån taàn soá mang chieàu leân (6GHz) thaønh taàn soá chieàu xuoáng (4GHz) baèng phöông phaùp ñieàu cheá SSB. Neáu moät boä chuyeån tieáp treân veä tinh ñöôïc duøng cho nhieàu soùng mang ñoàng thôøi (phaân keânh ña taàn soá), noù phaûi thoaû maõn caùc ñoøi hoûi khaét khe veà ñoä tuyeán tính ñeå traùnh hieäu öùng nhieãu haøi taàn. Ñieåu khieån vaø ño töø xa: Nhieàu chöùc baêng cuûa veä tinh ñöôïc ñieàu khieån xa töø Maët Ñaát (chaúng haïn, ñieàu khieån ñoä lôïi cuûa boä chuyeån tieáp, chænh höôùng tín anten, chænh quyõ ñaïo veä tinh ). Ñoàng thôøi, caùc thoâng soá kyõ thuaät cuõng ñöôïc ño vaø giaùm saùt töø maët ñaát. Caùc thoâng tin ñieàu khieån naøy ñöôïc thöïc hieän thoâng qua caùch ñieàu cheá giaùn ñoaïn PSK cuûa moät soùng mang phuï, gheùp keânh thôøi gian.Ngoaøi ra, veä tinh coøn phaùt thöôøng tröïc moät tín hieäu “beacons” cho pheùp chænh theo doõi theo cuûa caùc anten Traùi Ñaát Caáp nguoàn cho Veä Tinh: Naêng löôïng Maët Trôøi laø nguoàn naêng löôïng chuû yeáu cho veä tinh. Caùc phaàn töû quang ñieän ñöôïc ñaët treân nhöõng taám chaén hay thaân cuûa veä tinh höôùng phía Maët trôøi. Coâng suaát thu trung bình 1400w/m3, nhöng hieäu suaát chuyeån ñoåi thaønh ñieän 10%. Coâng suaát ñieän caàn thieát cho veä tinh ôû möùc vaøi traêm watts vaø taêng cöôøng hôn vôùi caùc theá heä veä tinh môùi. Khi veä tinh qua vuøng che boùng bôûi Traùi ñaát, phaûi coù boä döï tröõ naêng löôïng. Trang 17
Chöông 5: Heä thoáng thoâng tin ViBa vaø Veä Tinh Ñoä tin caäy cuûa Veä Tinh: Ñoä tin caäy cuûa veä tinh phaûi ñöôïc ñaët leân haøng ñaàu, bôûi caùc lyù do sau: - Veä tinh laøm vieäc trong ñieàu kieän khaéc nghieät; chòu thay ñoåi nhieät ñoä ñoät ngoät, chòu caùc böùc xaï khoâng gian, chòu söï va chaïm cuûa thieân thaïch v v - Veä tinh trong caùc tröôøng hôïp thöïc teá laø caùc boä phaän khoâng theå söûa chöõa ñöôïc - Tuoåi thoï vaø thôøi gian hoaït ñoäng toát khoâng chæ phuï thuoäc vaøo xaùc suaát hö hoûng, maø coøn döïa vaøo caùc nguoàn naêng löôïng môùi ñeå ñieàu chænh quyõ ñaïo veä tinh. Ngaøy nay, tuoåi thoï trung bình cuûa veä tinh laø 5 naêm ñeán 7 naêm. 5.4.6 Traïm maët ñaát Choïn vò trí traïm maët ñaát: Vieäc choïn löïa vò trí Traïm Maët Ñaát raát phöùc taïp, phaûi xeùt ñeán caùc ñieàu kieän sau: - Taàm nhìn ñeán veä tinh roõ, ôû caû hai phía chaân trôøi. - Ít khaû naêng bò nhieãu loaïn soùng viba ôû cuøng daûi taàn soá, duø chuùng ôû caùch ñeán haøng traêm km vaø höôùng caùc traïm khaùc nhau. - Vò trí caùch xa caùc vuøng coù cöôøng ñoä doøng ñieän lôùn (vuøng coâng nghieäp, caùc traïm bieán ñieän ) - Ít bò aûnh höôûng bôûi soùng voâ tuyeán cuûa caùc ñöôøng haøng khoâng thoâng thöôøng - Coù theå ñeán traïm deã daøng vaø quy moâ cuûa traïm coù theå môû roäng ñeán phaïm vi chung quanh - Deã baûo veä, canh phoøng Anten Caùc anten Maët Ñaát caàn coù kích thöôùc lôùn (cho caû thu vaø phaùt) vì caùc lyù do sau: - Ñoä lôïi anten cao (khoaûng 60db) ñeå taêng coâng suaát phaùt vaø taêng coâng suaát tín hieäu thu - Anten ñöôïc höôùng thöôøng tröïc ñeán veä tinh, vôùi ñoä chính xaùc cao (ñoä leäch goùc chöøng vaøi phuùt); cuøng vôùi khoái löôïng raát lôùn cuûa anten, cuøng vôùi ñieàu kieän gioù, khí haäu cuûa moâi tröôøng, caàn phaûi coù boä töï ñieàu chænh cô khí ñeå doõi theo töï ñoäng. 5.5 Ña Truy caäp 5.5.1 Öu ñieåm cuûa ña truy caäp Moãi boä chuyeån tieáp treân veä tinh, vôùi daûi baêng 36MHz vaø 972 keânh thoaïi, coù theå cho pheùp thoâng tin moät chieàu giöõa moät traïm Maët Ñaát naøy vaø traïm khaùc. Tuy nhieân, vì soá traïm maët ñaát caàn lieân laïc raát nhieàu hôn soá chuyeån tieáp treân veä tinh vaø theâm vaøo ñoù, moãi boä chuyeån tieáp coù theå chuyeån taûi nhieàu tin hôn laø chæ cho hai traïm maët ñaát vôùi nhau, do ñoù, caàn thieát phaûi laäp quaù trình gheùp keânh veà taàn soá (FDM) hoaëc veà thôøi gian (TDM). Trang 18
VIENTHONG05.TK Chöông 5: Heä thoáng thoâng tin ViBa vaø Veä Tinh Keát caáu cuûa caùc keânh ña truy caäp khoâng aûnh höôûng gì ñeán hoaït ñoäng cuûa veä tinh, coù theå ñöôïc thay ñoåi khi veä tinh ñaõ ñöôïc leân quyõ ñaïo. Söï khaùc bieät giöõa ña truy caäp vôùi gheùp keânh laø thay vì gheùp töøng keânh rôøi raïc thì ña truy caäp xöû lyù treân töøng nhoùm keânh ñaõ ñöôïc gheùp keânh vaø thuoäc ñöôøng truyeàn ñeán moät ñích. 5.5.2 Ña truy caäp phaân keânh theo taàn soá Nguyeân lyù cuûa ña truy caäp phaân keânh theo taàn soá goàm caùc phaàn sau: - Duøng n soùng mang taûi tin trong moät daûi baêng cuûa veä tinh - Moãi soùng mang ñöôïc duøng cho traïm Maët Ñaát coá ñònh ñeå phaùt ñeán caùc traïm Maët Ñaát khaùc. - Veä tinh coù nhieäm vuï phaùt taát caû n soùng mang ñeán taát caû caùc traïm Maët Ñaát. - Traïm Maët Ñaát thu taát caû n soùng mang, giaûi ñieàu cheá vaø taùch rieâng caùc keânh tin coù ñích laø traïm Maët Ñaát ñoù. Nhö vaäy, moãi traïm Matë Ñaát seõ goàm moät boä ñieàu cheá FM, moät maïch phaùt vôùi soùng mang töông öùng traïm ñoù; goàm nhieàu boä thu vaø giaûi ñieàu cheá FM vaø boä taùch caùc keânh tin coù ñích laø traïm ñoù. 5.5.5 Ña truy caäp phaân keânh theo thôøi gian: TDMA Ña truy caäp phaân keânh theo thôøi gian cho pheùp giöõ nguyeân ñaëc tính cuûa heä thoáng (veà coâng suaát phaùt cho moãi keânh, tæ soá S/N), nhöng keùo theo vieäc khoù khaên veà ñoàng boä hoaù caùc traïm. TDMA coù caùc ñaëc tính sau - Phaùt töøng goùi cung tuaàn hoaøn vaø coù ñoàng boä töø caùc traïm Maët Ñaát (ñieàu cheá PSK treân soùng mang fpm laø chung cho taát caû traïm Maët Ñaát). - Toå chöùc phaùt töøng goùi xung naøy ñeán traïm veä tinh sao cho caùc goùi xung ôû caùc traïm Maët Ñaát ñeán Veä Tinh tuaàn töï theo thôøi gian maø khoâng choàng leân nhau. Vieäc ñoàng boä naøy raát phöùc taïp, ñoøi hoûi vieäc ñònh thôøi gian raát chính xaùc vaø tính ñeán thôøi gian truyeàn khaùc nhau töø caùc traïm Maët Ñaát khaùc nhau ñeán Veä Tinh. - Moãi goùi xung ñöôïc baùo hieäu baèng ñoaïn tin ñaàu (preamble) ghi soá nôi xuaát phaùt vaø nôi ñeán cuûa goùi xung ñoù. - Veä tinh thu nhaän caùc goùi xung ôû taàn soá fpm, roài phaùt trôû laïi xuoáng taát caû caùc traïm Maët ñaát vôùi taàn soá fpd. - Phaàn keânh theo thôøi gian traùnh ñöôïc caùc nhieãu troän haøi taàn vaø cho pheùp phaùt toaøn boä coâng suaát töø veä tinh cho moãi laàn phaùt. Hieäu suaát söø duïng cuûa heä bò giaûm chuùt ít khi chöøa leà thôøi gian (time margin) giöõa caùc goùi xung ñeå traùnh caùc baát oån hoaëc ñoàng boä khoâng chính xaùc. Trang 19
VIENTHONG05.TK Chuong 6: BAO HIEU TRONG HE THONG VIEN THONG CHUONG 6: BÁO HIỆU TRONG HỆ THỐNG VIỄN THÔNG 1. Tổng quan về báo hiệu: 1.1 Tổng quan: Trong thông tin điện thoại, báo hiệu nghĩa là chuyển và hướng dẫn thông tin từ một điểm đến một điểm khác thích hợp để thiết lập và giám sát cuộc gọi thoại. Thông thường tín hiệu báo hiệu được chia làm hai loại: - Báo hiệu mạch vòng thuê bao, ví dụ như tín hiệu báo hiệu giữa thuê bao và tổng đài nội hạt. - Báo hiệu giữa các tổng đài, ví dụ như báo hiệu giữa các tổng đài. Tín hiệu báo hiệu Thuê bao nối Thuê bao nối tới tổng đài tới tổng đài CAS CCS Hình 1. Phân loại tín hiệu báo hiệu. Tín hiệu báo hiệu giữa các tổng đài được chia thành: - Báo hiệu kênh liên kết (CAS), ví dụ sử dụng kênh 16 trong khung PCM dùng để báo hiệu - Báo hiệu kênh chung (CCS), có nghĩa là tất cả các tín hiệu báo hiệu ở một kênh tách biệt với kênh thoại. Kênh báo hiệu này được dùng chung cho một số lớn các kênh thoại. 1.2. Báo hiệu mạch vòng thuê bao: Để bắt đầu cuộc gọi, thuê bao điện thoại nhấc tổ hợp. Thao tác này được thực hiện đã đưa tín hiệu tới tổng đài, cho tổng đài biết rằng thuê bao muốn thiết lập cuộc gọi. Trang 1
Chương 7: Báo hiệu trong hệ thống viễn thông Ngay khi tổng đài thu được tín hiệu của thuê bao, nó gửi cho thuê bao tín hiệu mời quay số và sau đó thuê bao có thể bắt đầu quay số mong muốn. Sau khi quay số xong, thuê bao thu được tổng đài tín hiệu về trạng thái của cuộc gọi, tín hiệu hồi chuông, tín hiệu cuộc gọi đã được nối, tín hiệu báo bận hoặc một số tín hiệu đặc biệt khác. Sau đây là một số tín hiệu liên quan tới thuê bao điện thoại. Xem hình 2. Chú ý rằng thuê bao bị gọi luôn được xem như là thuê bao A và thuê bao bị gọi được gọi là thuê bao B. Thuê bao A Tổng đài Thuê bao B A nhấc máy Tín hiệu mời quay số Số quay Tín hiệu hồi âm chuông B trả lời Đàm thoại Đặt máy Đặt máy Hình 2 Ví dụ về các tín hiệu của mạch vòng thuê bao. 1.3. Báo hiệu giữa các tổng đài: Báo hiệu trong điện thoại cũng liên quan với thông tin báo hiệu giữa các tổng đài (tín hiệu đường dây và tín hiệu của bộ đăng ký). Xem hình 3. Trang 2
VIENTHONG05.TK Chương 7: Báo hiệu trong hệ thống viễn thông Tổng đài Tổng đài Thừa nhận chiếm Thuê bao B Thuê bao A Con Số của B B trả lời Đàm thoại Xoá ngược Xoá thuận Hình 3. Ví dụ về các tín hiệu của báo hiệu giữa các tổng đài. Các tín hiệu của bộ đăng ký được sử dụng trong thời gian thiết lập cuộc gọi để chuyển giao địa chỉ và loại thông tin, còn các tín hiệu đường dây được sử dụng trong toàn bộ thời gian của cuộc gọi để giám sát trạng thái của đường dây. Các nội dung thông tin trong những tín hiệu này hầu như giống với tín hiệu mạch vòng thuê bao. Cho tới giữa những năm 60 tất cả tín hiệu báo hiệu như vậy được mang hoặc liên kết trực tiếp với kênh thoại. Kiểu báo hiệu truyền thống như thế này được gọi là báo hiệu liên kết. 1.4. Báo hiệu kênh liên kết-CAS: Những năm qua, một số các hệ thống báo hiệu liên kết khác nhau đã được phát triển. Một số đã được CCITT định nghĩa. Đặc trưng của loại báo hiệu này là đối với mỗi kênh thoại có một kênh báo hiệu xác định rõ ràng. Tất cả các hệ thống báo hiệu này có một số hạn chế như: tương đối chậm, dung lượng thông tin hạn chế v v Vào những năm 60 khi những tổng đài được điều khiển chương trình đã lưu trữ đưa vào mạng điện thoại thì rõ ràng là khái niệm báo hiệu mới có thể đưa ra nhiều ưu điểm hơn so với các hệ thống báo hiệu truyền thống. Trang 3
Chương 7: Báo hiệu trong hệ thống viễn thông Trong khái niệm này báo hiệu này, các đường truyền số liệu tốc độ cao giữa các bộ xử lý của các tổng đài SPC được sử dụng để mang tất cả các báo hiệu còn các mạch thoại để mang tiếng nói. Loại báo hiệu mới này thường gọi là báo hiệu kênh chung (CCS). 1.5. Báo hiệu kênh chung CCS: Ở hệ thống báo hiệu này, tín hiệu báo hiệu cho nhiều mạch có thể được xử lý bởi một ít các kênh số liệu báo hiệu tốc độ cao. Báo hiệu này được thực hiện ở cả hai hướng, với một kênh báo hiệu cho mỗi hướng. Thông tin báo hiệu được chuyển giao tạo nhóm thành những khối tín hiệu. Bên cạnh những thông tin chỉ dành cho báo hiệu, cũng cần có sự nhận dạng mạch thoại, thông tin địa chỉ (nhãn) và thông tin điều khiển lỗi. Các tổng đài điều khiển bằng chương trình đã lưu trữ (SPC) cùng với các kênh báo hiệu sẽ tạo thành mạng báo hiệu “chuyển mạch gói” logic riêng biệt. Hiện nay có hai loại tín hiệu chuẩn khác nhau cho báo hiệu khung khả dụng. Hệ thống thứ 1 là hệ thống báo hiệu số 6 của CCITT, nó được ra đời vào đầu năm 1968 được sử dụng dành cho đường dây analog, cho lưu lượng quốc tế. Hệ thống thứ hai là hệ thống báo hiệu số 7 của CCITT, nó được xác định vào những năm 1970/80, dành cho các mạng số quốc gia và quốc tế, nơi có thể khai thác với tốc độ truyền dẫn cao (64kbit/s). Nó cũng còn có thể được sử dụng ở các đường dây analog. Hệ thống báo hiệu số 7 của CCITT không những được thiết kế để điều khiển, thiết lập và giám sát các cuộc gọi thoại mà còn cho các cuộc gọi của dịch vụ phi thoại. Hệ thống này có một vài ưu điểm so với các hệ thống báo hiệu truyền thống. Một số ưu điểm nổi bật có thể kể đến như sau: - Nhanh: thiết lập cuộc gọi nhanh chóng - Dung lượng cao: mỗi kênh báo hiệu xử lý tín hiệu báo hiệu cho vài nghìn cuộc gọi cùng một lúc. - Kinh tế: cần ít thiết bị hơn so với các hệ thống báo hiệu truyền thống - Linh hoạt: hệ thống có thể chứa nhiều tín hiệu, có thể sử dụng cho nhiều mục đích chứ không chỉ cho điện thoại. 1.6 Báo hiệu trong tương lai: Hệ thống báo hiệu số 7 được thiết kế cho điện thoại và nhiều loại hình dịch vụ viễn thông khác. Trang 4
VIENTHONG05.TK Chương 7: Báo hiệu trong hệ thống viễn thông Trong những năm 80 nhu cầu về các dịch vụ mới tăng lên nhanh chóng, vì vậy hệ thống báo hiệu số 7 đã phát triển để đáp ứng các yêu cầu báo hiệu cho tất cả các dịch vụ mới này. Trong tương lai hệ thống báo hiệu số 7 của CCITT sẽ tăng thêm phần quan trọng và làm cơ sở cho các dịch vụ viễn thông mới trong mạng như: PSTN: mạng chuyển mạch điện thoại công cộng ISDN: mạng số liên kết đa dịch vụ IN: mạng thông minh PLMN: mạng thông tin đ động công cộng trên mặt đất (đặc biệt là mạng di động số) 2. Các khái niệm cơ bản của hệ thống báo hiệu 2.1 Điểm báo hiệu: Điểm báo hiệu (SP) là nút chuyển mạch hoặc xử lý trong mạng báo hiệu có thể thực hiện các chức năng của hệ thống báo hiệu số 7 của CCITT. Tổng đài điện thoại, có chức năng như là đểm báo hiệu thì phải là tổng đài loại điều khiển, vì báo hiệu số 7 là dạng thông tin số liệu giữa các bộ xử lý. 2.2 Kênh báo hiệu/ chùm kênh báo hiệu Hệ thống báo hiệu kênh chung sử dụng kênh báo hiệu (SL) để chuyển tải thông tin báo hiệu giữa hai điểm báo hiệu . Về vật lý, kênh báo hiệu bao gồm kết cuối báo hiệu ở mỗi đầu của kênh và vài loại môi trường truyền dẫn (thường là khe thời gian ở đường truyền PCM) đầu nối hai kết cuối báo hiệu. Một số các kênh báo hiệu song song đấu nối trực tiếp hai đểm báo hiệu với nhau tạo thành chùm kênh báo hiệu 2.3 Các phương thức báo hiệu Khái niệm phương thức báo hiệu là sự kết hợp giữa đường chuyển thông tin báo hiệu và đường thoại (hoặc đường số liệu) mà thông tin báo hiệu có liên quan tới. Ở phương thức báo hiệu kết hợp, các thông tin báo hiệu liên quan đến cuộc gọi đi theo cùng đường với tín hiệu thoại giữa hai điểm kế nhau. Trong phương thức báo hiệu gần kết hợp, các thông tin báo hiệu liên quan đến cuộc gọi được chuyển trên hai hoặc nhiều chùm kênh báo hiệu ở tamdem đi qua một hoặc nhiều đểm báo hiệu khác với điểm báo hiệu đích của thông tin báo hiệu. Trang 5
Chương 7: Báo hiệu trong hệ thống viễn thông SP SP Mối liên hệ báo hiệu Chùm kênh báo hiệu Hình 4. Phương thức báo hiệu kết hợp. Trong trường hợp này, các thông tin báo hiệu được chuyển trên tuyến khác với tuyến thoại. Các điểm báo hiệu mà thông itn báo hiệu đi qua được gọi là các điểm chuyển giao báo hiệu (STP). SP SP STP STP Mối liên hệ báo hiệu Chùm kênh báo hiệu Hình 5. Phương thức báo hiệu gần kết hợp 2.4 Các phương thức của điểm báo hiệu Điểm báo hiệu – nơi mà thông tin báo hiệu được tạo ra được gọi là điểm nguồn. Điểm báo hiệu- nơi mà thông tin báo hiệu đi đến gọi là điểm đến. Điểm báo hiệu mà thông tin báo hiệu thu được trên môt kênh báo hiệu sau đó chuyển giao cho mỗi kênh khác mà không xử lý nội dung của tin báo thì được gọi là điểm chuyển giao báo hiệu STP. Ở phương thức báo hiệu là một đường đã được xác định trước để tin báo đi qua mạng báo hiệu giữa điểm báo hiệu nguồn và điểm báo hiệu đích. 2.5 Tuyến báo hiệu Tuyến báo hiệu là một đường xác định trước để tin báo đi qua mạng báo hiệu giữa điểm báo hiệu nguồn vá điểm báo hiệu đích. Tuyến báo hiệu bao gồm một chuỗi SP/STP và được đấu nối với nhau bằng các kênh báo hiệu. Tất cả các tuyến báo hiệu Trang 6
VIENTHONG05.TK Chương 7: Báo hiệu trong hệ thống viễn thông mà các thông tin báo hiệu có thể sử dụng để đi qua mạng báo hiệu giữa điểm báo hiệu nguồn và điểm báo hiệu đích gọi là chùm tuyến báo hiệu cho mối quan hệ báo hiệu đó. 2.6 Các khối chức năng của hệ thống báo hiệu số 7 Hệ thống báo hiệu số 7 của CCITT bao gồm một số các khối chức năng như đựoc chỉ ra trong hình như sau: Các Phần của Các Phần của Phần chuyển giao người sử dụng người sử dụng tin báo (MTP) (UP) (UP) Hình 6. Cấu trúc cơ bản của SS7. Phần chuyển giao tin báo MTP là việc bỏ một hệ thống vận chuyển chung để chuyển giao tin cậy các thông tin báo hiệu giữa các điểm báo hiệu. Ở hệ thống báo hiệu số 7 của CCITT có một số các phần của người sử dụng khác nhau đã được xác định. Mỗi phần của người sử dụng có các chức năng và các thủ tục riêng biệt cho mỗi loại người sử dụng hệ thống báo hiệu riêng biệt nào đó. Ví dụ về phần của người sử dụng là phần của người sử dụng điện thoại (TUP) và phần của người sử dụng số liệu (DUP). Phần chuyển giao tin báo (MTP) Phần chuyển giao tin báo truyền tải các thông tin báo hiệu giữa các phần của người sử dụng khác nhau và nội dung của mỗi tin báo như vậy hoàn toàn độc lập. Nhiệm vụ của MTP là truyền tải thông tin báo hiệu từ một phần của người sử dụng tới phần của người sử dụng khác theo cách rất tin cậy. Điều này có nghĩa là bản tin báo được chuyển giao: - Một cách đúng đắn, có nghĩa là tất cả các tin báo mép phải được sửa trước khi chúng được chuyển giao tới phần của người sử dụng thu. - Sửa lỗi liên tiếp - Không bị tổn thất hoặc lặp lại. Các phần của người sử dụng: Các phần của người sử dụng tạo ra và phân tích các thông tin báo hiệu. chúng sử dụng MTP như là chức năng truyền tải để mang thông tin báo hiệu tới các phần của người sử dụng khác cùng loại. Có thể kể ra một số các phần của người sử dụng là: TUP-phần của người sử dụng điện thoại. DUP-phần của người sử dụng số liệu. ISUP-phần của người sử dụng ISDN. Trang 7
Chương 7: Báo hiệu trong hệ thống viễn thông MTUP-phần của người sử dụng điện thoại di động. 3. Mạng báo hiệu 3.1 Các thành phần của mạng: Điểm báo hiệu (SP): SP là một nút trong mạng báo hiệu số 7. Nó có cả MTP và một hoặc nhiều phần sử dụng được thực hiện. Một tổng đài nội hạt thực hiện hệ thống báo hiệu số 7 là một điểm báo hiệu. Điểm chuyển giao báo hiệu (STP): STP là một nút trong mạng báo hiệu số 7, nó chuyển giao tín hiệu báo thu được tới các điểm báo hiệu khác. Nó chỉ sử dụng các chức năng của MTP (đôi khi cũng là các chức năng của SCCP). Tổng đài quá giang có thể là một ví dụ về tổng đài có khả năng của điểm chuyển giao báo hiệu kết hợp. Và một tổng đài cũng có thể là SP, vừa có thể là STP. Cặp STP: Để nâng cao độ tin cậy của các STP, thí các SP thường làm việc cùng nhau thành từng cặp. Thường thì lưu lượng báo hiệu được chuyển giao được chia giữa hai STP trên cùng một tải chung. Trong trường hợp sự cố ở một STP thì các STP khác phải có khả năng xử lý tất cả các lưu lượng báo hiệu ở STP có sự cố. Kênh báo hiệu (SL): Kênh báo hiệu bao gồm hai đầu cuối báo hiệu đấu nối với các lạoi môi trường truyền (như khe thời gian ở hệ thống PCM) Chùm kênh Một chùm kênh bao gồm một hoặc nhiều (lên tới 16) các kênh báo hiệu song song. Trang 8
VIENTHONG05.TK Chương 7: Báo hiệu trong hệ thống viễn thông 3.2 Cấu trúc của mạng: Để đáp ứng các mục đích của việc lập kế hoạch, như đã đề cập ở trên, cấu trúc của mạng báo hiệu dựa trên mức báo hiệu gần kết hợp cao có thể hay được sử dụng hơn. Đối với nhiều nước, cấu trúc phân cấp với hai mức của các STP có thể là giải pháp tốt để lập kế hoạch mạng báo hiệu. Xem hình 7 Mạng báo hiệu quốc gia Mạng báo hiệu vùng STP của quốc gia STP của vùng Mạng báo hiệu vùng Điểm báo hiệu Hình 7. Mạng báo hiệu có cấu trúc phân cấp Mạng báo hiệu quốc gia được chia thành các cùng báo hiệu khu vực. mỗi vùng được phục vụ một cặp STP. Mỗi vùng báo hiệu khu vực có thể được chia thành các vùng báo hiệu nội hạt. Vùng báo hiệu nội hạt bao gồm nhóm hoặc cụm các SP. Sự đấu nối giữa hai mức, các SP tới các STP của khu vực và các STP tới các STP của quốc gia sẽ được gỉai thích sau đây (cấu trúc đơn liên kết và đa liên kết). Hai mức STP được gọi là: - STP quốc gia - STP khu vực Báo hiệu giữa các vùng báo hiệu khu vực thường được thực hiện qua các STP quốc gia. Đối với các mạng báo hiệu quốc tế thì cần một hoặc nhiều mức ở phân cấp – Các STP quốc tế. Xem hình 8. Trang 9
Chương 7: Báo hiệu trong hệ thống viễn thông STP quốc tế STP quốc gia Hình 8. Mạng báo hiệu quốc tế. 3.3 STP tổ hợp/STP không tổ hợp Có hai loại STP có thể được sử dụng trong mạng báo hiệu. STP tổ hợp STP tổ hợp thường là tổng đài nội hạt hoặc là tổng đài quá giang có thực hiện các chức năng STP. Điều này có ý nghĩa chỉ là một phần của dung lượng bộ xử lý có thể đưôc sử dụng cho chức năng STP. Ưu điểm của các STP tổ hợp là: - Thực hiện nhanh - Hiệu quả Giá thành (dùng lưu lượng dự trữ ở tổng đài đã lắp đặt) - Tổng lưu lượng báo hiệu thấp hơn (lưu lượng trên các tuyến giữa các SP và STP không cần chuyển giao tín hiệu-không có lưu lượng STP) STP không tổ hợp (STP đứng một mình): STP không tổ hợp là một tổng đài rất đơn giản. Nó bao gồm hệ thống xử lý và các kết cuối báo hiệu (ST) và phân hệ báo hiệu kênh chung xem hình. ST ST CP Hình 9 STP đứng một mình. Trang 10
VIENTHONG05.TK Chương 7: Báo hiệu trong hệ thống viễn thông Những ưu điểm của STP là không tổ hợp là: - toàn bộ dung lượng của bộ xử lý dùng cho chức năng STP - STP sẽ không bị ảnh hưởng bởi lỗi ở các phần khác của tổng đài như ở các STP tổ hợp. 3.4 Độ tin cậy của mạng Khi lập kế hoạch mạng báo hiệu thì độ tin cậy là yếu tố rất quan trọng phải được quan tâm. Cấu trúc của mạng báo hiệu cần được thiết kế sao cho luôn có ít nhất hai đường tách biệt để thông tin cho tất cả các mối quan hệ báo hiệu trong mạng. Bằng cách này mạng báo hiệu có thể xử lý lưu lượng khi chuỗi các sự cố đơn lẻ xảy ra. Nhờ thiết kế mạng theo cách tối ưu (hiệu quả giá thành), yêu cầu độ dư có thể được giảm. Điều này có thể đạt đựoc nhờ sử dụng cấu trúc đa liên kết, thay vì sử dụng cấu trúc đơn liên kết. Đơn liên kết: Tất cả các kênh báo hiệu và tất cả các STP được tạo nhóm thành các cặp. Xem hình 10 Vùng tamdem 1&2 Đơn liên kết Vùng tamdem 2&4 Cụm các SP Cặp STP Cặp STP Cụm các SP Hình 10. Cấu trúc mạng đơn liên kết. L0=Ln+Ln=2Ln Ln=0.5L0 L0=dung lượng STP yêu cầu khi STP hỏng, trạng thái quá tải Ln=Trạng thái tải bình thường Từ một SP có hai SL cho cặp STP. Nếu một SL bị hỏng thì SL liên kết của cặp sẽ được thiết kế để có thể magn toàn bộ lưu lượng. Trang 11
Chương 7: Báo hiệu trong hệ thống viễn thông Nguyên tắc giống như thế được áp dụng khi dung lượng lượng cặp liên kết được định cỡ. STP cần có độ dư để đảm bảo cho sự cố của STP là 100%. Đa liên kết: Mỗi STP không chỉ có các SL ở mỗi cụm SP mà nó có ở vài cụm SP. L0=Ln+0.5Ln Ln=0,67L0 Trong trường hợp STP có sự cố thì lưu lượng của STP sẽ được chất tải vào hai STP khác. Như vậy với cấu trúc đa liên kết có thể đựôc thiết kế bằng nhiều cách khác ở hình , đó là cách kết hợ của 3 hoặc nhhiều STP hoặc 3 hoặc nhiều cụm. Các kênh báo hiệu trực tiếp giữa các SP ở các cụm khác nhau và giữa các STP của khu vực khác nhau có thể được thiết lập nếu cần thiết. Vùng Tamdem Vùng Tamdem Đa liên kết 3 1 2 4 Cụm SP Hình11 Cấu trúc mạng đa liên kết 4. Báo hiệu số 7 trong mạng PSTN 4.1 Tổng quan: Ứng dụng đầu tiên của hệ thống báo hiệu số 7 là thiết lập cuộc gọi trong mạng điện thoại thông thường, PSTN. Hệ thống báo hiệu số 7 thực hiện cùng các chức năng báo hiệu như các hệ thống báo hiệu truyền thống nhưng với kỹ thuật cao, phù hợp hơn với các hệ thống số và các tổng đài SPC. Trang 12
VIENTHONG05.TK Chương 7: Báo hiệu trong hệ thống viễn thông Đối với các thuê bao, SS7 có nghĩa là thiết lập cuộc gọi nhanh hơn và có năng lực cho các dịch vụ mới. Đối với việc quản lý từ xa, báo hiệu số 7 có nghĩa là đòi hỏi ít thiềt bị báo hiệu trong mạng hơn và tăng dung lượng của các cuộc thoại. Đối với báo hiệu trong mạng điệnthoại chuyển mạch công cộng PSTN đòi hỏi hệ thống báo hiệu giữa các tổng đài điện thoại (các điểm báo hiệu). Phần của người sử dụng điện thoại (TUP) là phần của hệ thống báo hiệu, nó tạo nên tínhiệu điện thoại trong tổng đài chủ gọi, thu và dịch tín hiệu ở tổng đài bị gọi (tổng đài đích) (Điểm báo hiệu) Điểm (Điểm báo hiệu) chuyển Phần của người Phần của người giao báo Phần của người Phần của người sử dụng sử dụng hiệu sử dụng sử dụng S S C Phần điều khiển đấu nối báo hiệu C C C P P Hệ thống điều Hệ thống điều Hệ thống điều Phần khiển chuyển khiển chuyển khiển chuyển chuyển giao tin báo giao tin báo giao tin báo giao tin báo MTP Kênh số liệu báo hiệu Kênh số liệu báo hiệu Hình 12 Cấu trúc hệ thống báo hiệu cố 7 của CCITT. 4.2 Phần chuyển giao tin báo-MTP: Phần chuyển giao tin báo là phầnchung đối với tất cả các phần của người sử dụng trong một tổng đài. Nó bao gồm kênh số liệu báo hiệu (lớp 1), để đáo nối hai tổng đài và hệ thống điều khiển chuyển giao tin báo. Xem hình 13 Hệ thống điều khiển chuyển giao tin báo được chia làm hai phần, các chức năng của kênh báo hiệu (lớp 2) và các chức năng của mạng báo hiệu (lớp 3). Xem hình . - Các chức năng của kênh báohiệu: là giám sát kênh số liệu báo hiệu tìm các bản tin báo hiệu bị lỗi, điều khiển bản tin đã phát và thu đúng trình tự mà không bị mất mát hoặc không bị lặp. Trang 13
Chương 7: Báo hiệu trong hệ thống viễn thông - Xử lý bản tin báo hiệu: bao gồm các chức năng để định tuyến tin báo tới kênh thích hợp và phân phối các bản tin thu được ở tổng đài thường trú tới các người sử dụng - Quản lý mạng báo hiệu: với các trường hợp có sự thay đổi trạng thái trong mạng báohiệu, ví dụ nếu kênh báo hiệu hoặc điểm báo hiệu vì lý do gí đó mà không có khả năng thực hiện thì các chức năng điều hành mạng báo hiệu sẽ điều khiển lập lại cấu hình và các thao tác khác để phục hồi khả năng chuyển giao tin báo thông thường. Mức 4 Mức 3 Mức 2 Mức 1 Phần chuyển giao tin báo MTP Các UP Các chức năng của Kênh báo hiệu mạng báo hiệu Xử lý bản tín Các chức Kênh số báo hiệu năng của kênh liệu báo báo hiệu hiệu Điều hành mạng báo hiệu Hình 13 Cấu trúc tổng quát các chức năng của hệ thống báo hiệu 4.3 Kênh số liệu báo hiệu (lớp 1) Kênh số liệu báo hiệu Mức 1 Bộ Bộ lựa lựa chọn chọn ST MUX ET ET MUX ST 64kbit/s PCM30 (G703) (G732, 734) Hình 14 Kênh số liệu báo hiệu. Trang 14
VIENTHONG05.TK Chương 7: Báo hiệu trong hệ thống viễn thông Kênh số liệu báo hiệu là một tuyến truyền dẫn song hướng để báo hiệu. Kênh số liệu báo hiệu có thểlà số hoạc analog. Kênh số liệu báo hiệu số được thiết lập bởi các kênh turyền dẫn số (64kbit/s) và các chuyển mạch số. Kênh số liệu báo hiệu analog được thiết lập bởi kênh truyền dẫn analog (4KHz) và các modem. Lớp 1 xác định tính chất điện, vật lý và các đặc trưng chức năng của kênh số liệu báo hiệu. Ngoài trừ khe thời gian số 0 còn lại, bất cứ khe thời gian nào cũng có thể được sử dụng là kênh báo hiệu. Thông thường thì kênh số liệu báo hiệu là kênh bán vĩnh cữu được đấu nối qua nhóm chuyển mạch nhằm để dễ dàng thay đổi tuyến báo hiệu tới kết cuối báo hiệu khác khi có lỗi. 4.4 Kênh báo hiệu (lớp hai): Các chức năng kênh báo hiệu, cùng với số liệu kênh báo hiệu là môi trường turyền dẫn và với kết cuối báo hiệu là bộ điều khiển tiếp nhận/truyền dẫn, cung cấp kênh báo hiệu được chuyển giao bản tin báo hiệu trực tiếp giữa hai điểm báo hiệu đã đấu nối đươc tin cậy. Các chức năng của kênh báo hiệu bao gồm: - Phát hiện lỗi - Sửa lỗi - Đồng bộ ban đầu - Cắt bộ xử lý - Điều khiển luồng lớp 2 - Chỉ thị độ ứ tới lớp 3 - Giám sát lỗi của kênh báo hiệu Kênh số liệu báo hiệu Mức2 Mức 1 Mức2 Bộ Bộ lựa lựa chọn chọn ST MUX ET ET MUX ST 64kbit/s PCM30 (G703) (G732, 734) Hình 15. Kênh báo hiệu. Giám sát lỗi của kênh báo hiệu: Mục đích các chức năng của kênh báo hiệu là để đảm bảo rằng các bảnt in được phân chia tới đầu xa một các chính xác, theo tuần tự đúng và không tổn thất Trang 15
Chương 7: Báo hiệu trong hệ thống viễn thông hoặc trùng lặp. Mục đích thực hiện sự đồng bộ ban đầu của kênh giám sát (đặc trưng chất lượng thực hiện) của kênh. Các chức năng điều khiển kênh báo hiệu tổng quan: Thông tin báo hiệu được đưa vào khối tín hiệu báo (MSU), khối này có thể có độ dài thay đổi phụ thuộc vào tổng khối lượng thông tin được chuyển giao. MSU bao gồm một số trường điều khiển cùng thông tin báo hiệu (SIF). Xem hình 16: Khối bản tin - MSU F CK SIF SIO LI Sửa lỗi F Mức 2 Mức 2 Hình 16 Tín hiệu báo hiệu-MSU Các trường điều khiển được sử dụng bởi các chức năng điều khiển kênh báo hiệu để đảm bảo tin cậy chuyển giao tin báo. Đồ dài khối chỉ thị (LI) được sử dụng để phân biệt giữa MSU, LSSU (đơn vị tín hiệu trạng) và đơn vị tín hiệu làm đầy. Dãn giới hạn của tín hiệu làm đầy: Thời điểm bắt đầu và kết thúc của đơn vị tín hiệu được chỉ thị bởi mô hình 8 bit duy nhất, cờ. Xem hình 17 Khối bản tin - MSU F CK SIF SIO LI Sửa lỗi F 0 1 1 1 1 1 1 0 Hình 17. Cờ trong MSU. Để đảm bảo trong đơn vị tín hiệu không thể có mô hình bị trùng lặp thì bị (chèn) được sử dụng. Bị chèn để bổ sung thêm các bit 0 vào sau một chuỗi 5 bit liên tiếpcủa tin báo. Tại đầu thu kết cuối báo hiệu sẽ xoá các bit 0 phụ thêm này. Trang 16
VIENTHONG05.TK Chương 7: Báo hiệu trong hệ thống viễn thông Đồng bộ tín hiệu: Việc đồng bộ đơn vị tín hiệu được thực hiện nhờ thủ tục giãn giớn hạn đã mô tả ở trên. Tổn thất đồng bộ xảy ra khi mô hình bit không được phép thủ tục giãn giới hạn thu được, hoặc khi độ dài lớn nhất của đơn vị tín hiệu. Chú ý rằng khối chỉ thị độ dài (LI) không được sử dụng để xác định độ dài của đơn vị tín hiệu. Phát hiện lỗi: Chức năng phát hiện lỗi thực hiện được nhờ có 16 bit kiểm tra (CK) đã được cung cấp ở cuối mỗi tín hiệu. Các bit kiểm tra (kiểm tra tổng) được tạo ra nhờ kết cuối báo hiệu hoạt động bằng các bit phía trước của khối tín hiệu theo một thuật toán đã xác định. Nếu hai tổng kiểm tra không bằng nhau thì sự hiện diện của lỗi sẽ được chỉ thị và khối tín hiệu sẽ bị huỷ bỏ. Sửa lỗi: Trường sửa lỗi có 16 bit và bao gồm các số tuần tự thuận và các số tuần tự nghịch cũng như các bit chỉ thuận và nghịch. Xem hình 18 Mỗi bản tin báo đã phát được phân phối một số tuần tự, số tuần tự này được đưa vào trường FSN. Các MSU được phát lại khi lỗi đã được phát hiện. Các LSSU và FISU không được phát lại. Có ba phương pháp sửa lỗi được cung cấp là: - Phương pháp sửa lỗi cơ bản - Phương pháp sửa lỗi cơ bản có lặp lại - Phương pháp phát lại tuần hoàn để phòng ngừa Các thủ tục sửa lỗi hoạt động độc lập theo hai hướng truyền dẫn Khối bản tin - MSU F CK SIF SIO LI Sửa lỗi F F B I FSN I BSN B B Hình 18 Các trường sửa lỗi. Trang 17
Chương 7: Báo hiệu trong hệ thống viễn thông Phương pháp sửa lỗi cơ bản: ở phương pháp này, mỗi khối tín hiệu đã gửi đi còn lại trong bộ đệm phát lại tới khi nhận được sự khẳng định từ đầu thu. Nếu bản tin báo hiệu nhận được hoàn toàn chính xác thì thíêt bị báo hiệu đầu thu gửi sự khẳng định bằng cách xen vào số trình tự hướng nghịch (BSN) như số trình tự hướng thuận (FSN) nhận được trong khối tín hiệu tin báo MSU thông thường hoặc trong FISU và LSSU. Bit chỉ thị hướng nghịch BIB được đặt bằng bit chỉ thị hướng thuận (FIB). Trong bản tin nhận được. Khi nhận được sự khẳng định thì thiết bị báo hiệu đầu phát sẽ loại bỏ bản tin khỏi bộ đệm phát lại. Nếu khối tín hiệu tin báo nhận được là không chính xác, thì thiết bị báo hiệu đầu thu sẽ gửi sự phủ định bằng cách đảo bit chỉ thị hướng nghịch (BIB). Số trình tự hướng thuận (FSN) của thông báo nhận được cuối cùng mà được công nhận là chính xác sẽ được gài vào trường số trình tự hướng nghịch (BSN). Khi thiết bị báo hiệu đầu phát nhận được sự phủ định thì sẽ ngừng truyền khối tín hiệu mới. Các khối tín hiệu trong bộ đệm mà chưa có sự khẳng định thì sẽ được truyền lặp lại theo một trình tự tương tự như chúng đã được truyền đi trước đó. Điều này đảm bảo các khối tín hiệu được thu nhận chính xác theo trình tự. Phương pháp sửa lỗi cơ bản có lặp lại: Phương pháp này có một chút bổ sung đối với phương pháp sửa lỗi cơ bản. Mỗi MSU được phát theo trình tự hai lần. Mỗi MSU có cờ đóng và cờ mở của nó để đảm bảo rằng MSU lặp không bị mất do sự mất mát của cờ đơn. Phương pháp phát lại tuần hoàn để phòng ngừa: Khối tín hiệu đã được gởi đi vẫn cón được lưu trữ lại trong bộ đệm phát lại cho đến khi nhận được sự khẳng định đối với tín hiệu này. Trong thời gian không có khối tín hệu mới nào được gởi thì tất cả các khối tín hiệu vẫn chưa nhận được sự khẳng định đối với tín hiệu này. Trong thời gian không có khối tín hiệu mới nào được gởi đi thì tất cả các khối tín hiệu vẫn chưa nhận được sự khẳng định sẽ truyền lặp lại theo chu kỳ. “Thủ tục phát lại bắt buộc” được bắt đầu khi tồn tại một số lượng định trước các khối tín hiệu mới nào được gửi đi thì tất cả các khối tín hiệu vẫn chưa nhận được sự khẳng định sẽ được truyền lặp lại theo chu kỳ cho đến khi số lượng các khối tín hiệu chưa khẳng định đã giảm đi. Chú ý: Trong phương pháp này không có sự phủ định. Phương pháp phát lại theo chu kỳ này được sử dụng ở các kênh báo hiệu, trong đó độ trễ truyền lớn hơn 15ms và ở tất cả các kênh báo hiệu được thiết lập qua vệ tinh. Trang 18
VIENTHONG05.TK Chương 7: Báo hiệu trong hệ thống viễn thông Sự đồng bộ ban đầu: Thủ tục đồng bộ ban đầu là thích hợp đối với cả sự khởi đầu của thời gian ban đầu (ví dụ sau khi mở máy) và sự đồng bộ kết hợp với sự phục hồi sau khi có sự cố của kênh. Thủ tục dựa trên sự trao đổi bắt buộc của các khối tín hiệu trạng thái kênh (LSSU) giữa hai điểm báo hiệu liên quan và điều kiện của chu kỳ thử. Sự bố trí của LSSU được chỉ ra trong hình 19. Ở trường trạng thái (SF) có ba bit có trọng số đầu tiên được sử dụng để trạng thái của kênh báo hiệu theo như bảng ở hình 19. Khối bản tin - MSU C B A F CK SIF SIO LI Sửa lỗi F 0 0 0 mất đồng bộ 0 0 1 Đồng bộ bình thường 0 1 0 Đồng bộ khẩn 0 1 1 Mất dịch vụ Chỉ trạng 1 0 0 Dừng bộ xử lý Dư thái CBA 1 0 1 Bận Hình 19. Khối tín hiệu trạng thái kênh. Mức 2 điều khiển 2 luồng: Điều khiển luồng được bắt đầu khi độ ứ được phát hiện ở đầu thu của kênh báo hiệu. Đầu thu bị ứ của kênh thông báo tình trạng của đầu phát từ xa bằng phương thức LSSU; chỉ thị trạng thái bận (SIB), và nó không chấp nhận tất cả các khối tín hiệu tin báo đến. Khi độ ứ giảm đi, việc chấp nhận tất cả các khối MSU lại tiếp tục. Trong khi độ ứ còn tồn tại thì đầu phát ở phát ở xa được thông báo định kỳ tình trạng độ ứ này. Đầu phát ở xa sẽ chỉ thị kênh có sự cố nếu như độ ứ còn tiếp tục quá dài. Các chỉ thị độ ứ tới mức 3: Các mức độ ứ ở bộ đệm phát và bộ đệm phát lại được giám sát nhờ bộ điều khiển kênh báo hiệu để cung cấp sự chỉ thị độ ứ tới mức 3 Giám sát lỗi của kênh báo hiệu: Để đảm bảo rằng chất lượng của kênh báo hiệu là thích hợp với các nhu cầu của dịch vụ báo hiệu, ví dụ tỉ lệ của các khối tínhiệu thu đượckhông chính xác là có thể chấp nhận được, thì hoạt động của mỗi kênh được giám sát bởi hai bộ giám sát. Trang 19
Chương 7: Báo hiệu trong hệ thống viễn thông 4.4 Các chức năng của mạng báo hiệu (lớp 3) Các chức năng của mạng báo hiệu có thể được chai thành hai loại cơ bản, có tên như sau: - Xử lý bản tin báo hiệu (xử lý lưu lượng) - Điều hành mạng báo hiệu Mức 4 Mức 3 Mức 2 Mức 1 Phần chuyển giao tin báo MTP Các UP Các chức năng của Kênh báo hiệu mạng báo hiệu Xử lý bản tín Các chức Kênh số báo hiệu năng của kênh liệu báo báo hiệu hiệu Điều hành mạng báo hiệu Hình 20. Các chức năng mạng báo hiệu Xử lý bản tin báo hiệu báo hiệu: Mục đích của các chức năng xử lý bản tin báo hiệu là đảm bảo các bản tin báo hiệu xuất phát tới cùng một phần của người sử dụng ở điểm đích đã được phần của người sử dụng gửi tin báo chỉ ra. Mức 2 Mức 4 Xử lý bản tin báo hiệu Mức 3 Phân bổ tin Phân biệt báo tin báo Định tuyến tin báo Hình 21. Các chức năng của mạng báo hiệu Trang 20
VIENTHONG05.TK Chương 7: Báo hiệu trong hệ thống viễn thông Các chức năng xử lý bản tin báo hiệu dựa vào bộ chỉ thị của ạmng ở SIO và nhãn định tuyến chứa torng các tin báo nhằm để nhận dạng rõ ràng các điểm đích và điểm nguồn. Các chức năng xử lý bản tin báo hiệu được chia thành: - Định tuyến tin báo - Phân biệt tin báo - Phân bổ tin báo Định tuyến tin báo: Việc định tuyến tin báo tới kênh báo hiệu thích hợp dựa vào bộ chỉ thi của mạng (NI) ở octet thông tin dịch vụ và ở trường lựa chọn kênh báo hiệu (SLS) và mã của điểm đích (DPC) ở nhãn định tuyến. Việc định tuyến được thực hiện sao cho các bản tin giống nhau NI, SLS và DPC được định tuyến trên cùng một kênh báo hiệu nếu như báo hiệu không xảy ra sự cố. Chia tải là một phần của chức năng định tuyến tin báo, do lưu lượng báo hiệu có thể được phân bổ trên vài kênh báo hiệu và vài chùm kênh. Nó dựa trên 4 bit SLS ở nhãn định tuyến. Trong trường hợp xảy ra sự cố của kênh báo hiệu thì việc định tuyến được thay đổi theo các quy luật đã xác định trước và lưu lượng được định tuyến tới kênh báo hiệu khác trong chùm kênh. Nếu tất cả các kênh báo hiệu trong chùm kênh có sự cố thì lưu lượng được định tuyến tới các chùm kênh báo hiệu khác thuộc về cùng một đích. F CK SIF SIO LI Sửa lỗi F Nhãn định NI Dư SI SLS OPC DPC Hình 22 Các trường định tuyến tin báo. Phân biệt tin báo: Điểm báo hiệu SP trong mạng báo hiệu có thể hoạt động như một điểm hoặc như một điểm chuyển giao tín hiệu (STP) cho bản tin báo hiệu. Trong chừng mực nào đó các bản tin báo hiệu thu được có thể được kết nối trong SP của nó và trong trường hợp sau đó các bản tin báo hiệu thu được trực tiếp đưa tới chức năng định tuyến nhằm được gửi vào kênh thích hợp về phía điểm đích của tin báo. Chức năng phân biệt tin báo thực hiện công việc này nhờ phân tích NI và DPC có trang bản tin thu được. Trang 21
Chương 7: Báo hiệu trong hệ thống viễn thông Phân bổ tin báo: Nếu bản tin báo hiệu được kết cuối ở điểm báo hiệu SO của nó, thì nó được đưa trực tiếp từ chức năng phân biệt tin báo tới chức năng phân bổ tin báo. Bản tin báo hiệu có thể được kết cuối tới: a: Các phần của người sử dụng (UP) b: phần điều khiển đầu nối báo hiệu (SCCP) c: phần điều hành mạng báo hiệu của MTP d: phần kiểm tra và bảo dưỡng mạng báo hiệu của MTP Chức năng phân bổ tín báo đưa bản tin báo hiệu thu đượctới người sử dụng thích hợp, dựa vào nội dụng của khối chỉ thị dịch vụ (SI) trong octet thông tin dịch vụ (SIO) chứa trong khối tín hiệu tin báo. Octet thông tin dịch vụ Trường các Bộ chỉ thị dịch vụ phụ dịch vụ D C B A Điều hành mạng báo 00 0 0hiệu 00 0 1Kiểm tra mạng báo hiệu 00 1 0Dự phòng 0 0 1 1 SCCP Phần của người dùng 01 0 0thoại D C B A 01 0 1UP của ISDN Mạng quốc tế 0 0 01 1 0UP của số liệu Dự phòng 0 1 01 1 1UP của số liệu Mạng quốc gia 1 0 Dư 10 0 0 Dành cho người sử tới Dự phòng dụng quốc gia 1 1 11 1 1 Hình 23-Octet thông tin dịch vụ vụ SIO Các chức năng quản lý mạng báo hiệu: Mục đích của các chức năng điều hành mạng báo hiệu là cung cấp khả năng lập lại cấu hình của mạng báo hiệu trong trướng hợp có sự cố và điều khiển lưu lượng báo hiệu trong trường hợp để thay đổi việc định tuyến lưu lượng báo hiệu nhằm bỏ qua các kênh có sự cố hoặc các điểm báo hiệu liên quan xảy ra sự cố. Trang 22
VIENTHONG05.TK Chương 7: Báo hiệu trong hệ thống viễn thông Các chức năng điều hành mang báo hiệu được chia thành: - Điều hành lưu lượng báo hiệu. - Điều hành kênh báo hiệu - Điều hành tuyến báo hiệu Những chức năng này được sử dụng khi mà một sự kiện, như là sự cố hoặc phục hồi của kênh báo hiệu, xảy ra trong mạng báo hiệu. Điều hành mạng báo hiệu Mức 3 Mức 4 Điều hành lưu Mức 2 lượng báo hiệu Điều hành Điều hành tuyến báo hiệu kênh báo hiệu Hình 24 Các chức năng điều hành mạng báo hiệu. Điều hành lưu lượng báo hiệu: Chức năng điều hành lưu lượng báo hiệu được sử dụng để chuyển đổi lưu lượng báo hiệu được sử dụng để chuyển đổi lưu lượng báo hiệu từ kênh hoặc tuyến này tới kênh hoặc tuyến khác hoặc tới lưu lượng báo hiệu chậm hơn tạm thời trong trường hợp xảy ra ứ ở điểm báo hiệu. Chức năng điều hành lưu lượng báo hiệu bao gồm các thủ tục sau: - Thay đổi - Thay thế - Tái định tuyến bắt buộc - Tái định tuyến được điều khiển - Tái khởi động điểm báohiệu - Kiềm chế điều hành điều khiển lưu lượng báo hiệu Các thủ tục này được mô tả trong khuyến nghị Q.704 của CCITT. Điều hành kênh báo hiệu: Chức năng điều hành kênh báo hiệu được sử dụng để phục hồi các kênh báo hiệu để kích hoạt các kênh rỗi và không kích hoạt các kênh báo hiệu đã đồng bộ. Điều hành tuyến báo hiệu: Chức năng quản lý tuyến báo hiệu được sử dụng để phân bổ thông tin về trạng thái của mạng báo hiệu, nhằm ngăn hoặc giải toả các tuyến báo hiệu: Trang 23
VIENTHONG05.TK Chương 7: Báo hiệu trong hệ thống viễn thông - Thủ tục chuyển giao được điều khiẩn: chức năng được thực hiện tại một STP đối với tin báo liên quan tới địa chỉ nào đó, khi nó phải thông báo ch omột hay nhiều SP phía nguồn để hạn chế hoặc không trực tiếp tục gửi thêm các tin báo có cấp ưu tiên quy định thấp nhất. - Thủ tục chuyển giao bị ngăn cấp: được thực hiện tại một điểm báo hiệu đang hoạt động như STP khi nó phải thông báo cho một hoặc nhiều SP lân cận rằng chúng không được định tuyến qua STP này. - Thủ tục được cho phép chuyển giao: được thực hiện tại STP khi nó phải thông báo cho một hay nhiều SP lân cận rằng, nếu có thể, chúng không nên định tuyến qua STP đó nữa. - Thủ tục kiểm tra chùm tuyến báo hiệu: được thực hiện ở các điểm báo hiệu để kiểm tra xem lưu lượng báo hiệu hướng tói một điểm đích nào đó có thể lập tuyến thông qua một điểm chuyển tiếp STP lân cận hay không. - Thủ tục kiểm tra độ ứ chùm tuyến báo hiệu: được thực hiện ở một điểm báo hiệu để cập nhật trạng thái ứ liên quan tới liên quan tới một chùm tuyến báo hiệu đi đến một điểm đích nào đó. Các bản tin điều hành mạng báo hiệu: Việc lập cấu hình của mạng báo hiệu yêu cầu sự thông tin giữa các điểm báo hiệu. Vì lý do này mà có một chùm các bản tin điều hành mạng báo hiệu có khả năng thực hiện để xử lý các chức năng và các thủ tục đã mô tả ở trên. Các bản tin này có nhận dạng riêng của chúng ở trường chỉ thị dịch vụ (“0000”). Trang 24
VIENTHONG05.TK Bài giảng: Hệ thống viễn thông 2 Chương 7. HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH Chương này đề cập đến các khía cạnh về mã hoá, truyền, lưu trữ và hiển thị một ảnh video trong cả hai kỹ thuật hiện đại (số) và truyền thống (tương tự). Yêu cầu cơ bản của một hệ thống hiển thị video là khả năng truyền một chuỗi thông tin liên quan đến các phần khác nhau của một bức ảnh. Thông tin này thường phải chứa hai thành phần cơ bản, cụ thể là một vài mô tả về các phần của bức ảnh được hiển thị ví dụ như độ tương phản và một chỉ dẫn về vị trí (không gian và thời gian) của phần đó. Điều này yêu cầu một sự mã hoá hình ảnh trong hệ thống. Có nhiều phương pháp khác nhau để giải quyết vấn đề mã hoá này. Ta sẽ tìm hiểu một vài giải pháp chung được rút ra từ các giải pháp đang tồn tại. Tiếp theo ta sẽ xét đến các giải pháp dùng trong hệ thống tương tự trong đó việc truyền và hiển thị thông tin video theo thời gian thực và không có cơ chế trực tiếp cho việc thực hiện lưu trữ thời gian ngắn. Sau đó ta xét đến các giải pháp dựa trên công nghệ xử lý số trong đó cho phép việc lưu trữ chuỗi ảnh video. Tuy nhiên, cho đến ngày nay, phần lớn các chuỗi video số được hiển thị bằng kỹ thuật tương tự nhằm tương thích với các máy thu hình hiện thời trong hầu hết các hộ gia đình được trang bị trước đây. Vấn đề biểu diễn một phần nhỏ của bức ảnh (thường gọi là nguyên tố ảnh hay pixel) được giải quyết theo những cơ chế khác nhau ở những quốc gia khác nhau. Về cơ bản các thông tin trong một pixel được chia thành các thành phần trắng (White), đen (Black) và màu (Colour). Pixel, mặc dù thường được đề cập đến trong phần xử lý ảnh số, cũng có liên quan đến các bức ảnh tương tự khi biểu diễn các thành phần độc lập nhỏ nhất của một bức ảnh. Kích thước của pixel giới hạn độ phân giải và chất lượng ảnh. Đối với việc truyền thời gian thực điều này sẽ quyết định đến băng thông của tín hiệu mang chuỗi video này. Vấn đề nhận dạng vị trí của pixel được chỉ định bằng cách cho phép bức ảnh được biểu diễn bằng một chuỗi các dòng có bề rộng một pixel, được quét theo một quy luật xác định trước xuyên suốt qua bức ảnh, Hình 1. Các pixel sau đó được truyền theo từng dòng, các chuỗi xung đặc biệt được sử dụng để chỉ ra điểm bắt đầu của một dòng mới và một bức ảnh mới hoặc một khung hình mới tuỳ theo cơ chế mã hoá (xem hình 4). Chú ý rằng những hệ thống này dựa trên việc máy thu và máy phát vẫn còn đồng bộ được với nhau. Ở UK, cơ chế mã hoá được sử dụng cho phát hình quảng bá là PAL (phase alternate line), ở USA NTSC (National Television Standards Committee) được sử dụng. Trong khi đó, ở Pháp SECAM (sysème en couleur à mémoire) được thông hành. 7.1 BIỂU DIỄN MÀU SẮC Pixel từ một ảnh màu có thể được biểu diễn theo nhiều cách khác nhau. Các cách biểu diễn thông thường được sử dụng là: 1. Tín hiệu chói độc lập (intensity (or luminance) signal) và hai tín hiệu màu (colour (or chrominance) signal) thường được gọi là Hue và Saturation. 2. Ba tín hiệu màu tiêu biểu là những giá trị cường độ các màu đỏ (Red), xanh lục (Green) và xanh xẫm (Blue), trong đó mỗi thành phần đều chứa phần thông tin chói. Trường Đại học Giao Thông Vận Tải Tp.HCM 1
Bài giảng: Hệ thống viễn thông 2 Trong kỹ thuật thứ 2, một pixel trắng có được bằng cách trộn 3 thành phần màu cơ bản theo một tỷ lệ thích hợp. Tam giác màu trong hình 2 chỉ ra cách phối hợp để tạo ra các màu khác nhau từ 3 màu cơ bản. Hình 2 cũng thể hiện thông tin Hue và Saturation trên phương diện hình học. Hue là một độ đo màu trên tam giác màu trong khi đó tỷ lệ màu bảo hoà (saturated (pure) colour) so với màu trắng mô tả qua khoảng cách bán kính. Trong thực tế, ta cũng cần tính đến đáp ứng của mắt người với các màu sắc hoặc bước sóng khác nhau trong hình 3. Do vậy, để có ánh sáng được cảm nhận là trắng ta cần thêm vào 59% ánh sáng Green, 30% ánh sáng Red và 11% ánh sáng Blue.Vì thế thành phần chói Y liên hệ với sự phân bố của các giá trị cường độ Red, Breen và Blue theo công thức xấp xĩ sau: (1) Hình 1. Địng dang TV quét dòng với các trường chẵn và lẽ Hình 2. Tam giác màu mô tả Hue và Saturation Trong thực tế, thông tin màu và chói được liên kết bằng toán học theo các quan hệ có tính kinh nghiệm. Lợi ích cơ bản trong việc tách thành các tín hiệu chói và màu là thành phần chói sau đó có thể được sử dụng để tái tạo một phiên bản đơn sắc của bức ảnh. Phương pháp này thông hành trong việc truyền hình màu nhằm mục đích tương thích với các hệ thống truyền TV trắng đen có sớm hơn. Lý thuyết tạo một dải màu đơn sắc bằng việc kết hợp 3 thành phần màu cơ bản được gọi là việc trộn cộng màu (Additive mixing) (Điều này không mâu thuẫn với việc trộn trừ màu Trường Đại học Giao Thông Vận Tải Tp.HCM 2
VIENTHONG05.TK Bài giảng: Hệ thống viễn thông 2 được sử dụng trong đồ hình màu). Thông tin màu đầy đủ có thể phục hồi được bằng việc phát đi thành phần chói và 3 thành phần màu. Trong thực tế tín hiệu sai lệch chói/màu (ví dụ R-Y) được phát. Điều này được cải biên để phù hợp với các ràng buột về biên độ cụ thể. Các tín hiệu sai lệch màu, hay các thành phần video được tách màu, U và V là: (2) và (3) Hình 3. Đáp ứng của mắt người với màu sắc Phần lớn các camera và thiết bị hiểu thị CRT (cathode ray tube) tạo ra một ảnh theo định dạng RBG bằng cách sử dụng 3 màu của thông tin chói và màu được trộn. Do vậy, hình ảnh được chuyển thành định dạng YUV trước khi truyền đi và tái định dạng thành dạng RBG cho các thiết bị hiển thị. 7.2 HỆ THỐNG VÀ TÍN HIỆU TRUYỀN HÌNH TƯƠNG TỰ 7.2.1 Mã hoá PAL Cơ chế mã hoá PAL, phát triển ở UK, cung cấp cả cho việc truyền thông tin màu và tái tạo lại ảnh quét sau khi đồng bộ hiển thị. Phần sau đạt được bằng cách truyền bức ảnh bằng một chuỗi các dòng (625 dòng) được hiển thị theo chuỗi các khung (25 khung/giây), hình 1. Hệ thống về cơ bản là tương tự, việc bắt đầu mỗi dòng và bắt đầu mỗi khung được biểu diễn bằng các xung với độ rộng và biên độ được định nghĩa trước. Việc quét các dòng ảnh được mô tả trong hình 1. Trong các hệ PAL, một ảnh hay một khung hình hoàn chỉnh được chia tách thành 2 trường (chẵn và lẽ), trong đó, mỗi trường được quét xuyên suốt toàn bộ vùng ảnh nhưng chỉ bao gồm các dòng xen kẽ nhau. Trường chẳn chứa các dòng chẵn và trường lẽ chứa các dòng lẽ của khung. Tốc độ của trường là 50 trường/giây với 312 ½ dòng trên mỗi trường và tốc độ khung là 25khung/giây. Cấu trúc dòng được mô tả trong hình 4. Hình 4a mô tả khoảng không gian giữa hai trường và hình 4b mô tả chi tiết tín hiệu trên một dòng quét. Tín hiệu này bao gồm một xung đồng bộ dòng được đứng trước bởi một khoảng chu kỳ ngắn (1,5μs) gọi là front porch và được theo sau bởi một chu kỳ khác gọi là back porch trong đó chứa một ‘colour bust’ được sử dụng để đồng bộ màu. Tổng thời gian của phần tín hiệu này (12μs) tương ứng với khoảng chu kỳ không hiển thị tại máy thu và được gọi là ‘line blanking’. Sau đó, khoảng thông tin video tích cực theo sau với biên độ tín hiệu tỷ lệ với cường độ chói từ bên này sang bên kia màn hình và biểu diễn cho toàn bộ các cường độ pixel trong một dòng trong chuỗi. Mỗi dòng được hiển thị tại máy thu trong một khoảng thời gian 52μs và được lặp lại với chu kỳ 64μs để hình thành một trường. Trường Đại học Giao Thông Vận Tải Tp.HCM 3
Bài giảng: Hệ thống viễn thông 2 625 dòng được phát thành 2 trường cho mỗi khung. Tuy nhiên, chỉ có 575 số dòng chứa thông tin video tích cực. Các dòng không tích cực chứa các xung đồng bộ trường và cũng có thể là dữ liệu dùng cho các dịch vụ loại teletext. Trong tin video được mang trên tín hiệu mã hoá PAL và được chứa trong một số băng tần, để tiết kiệm băng tần, thông tin màu được chèn vào phần tần số cao của tín hiệu chói, hình 4c. Băng này được chọn để tránh các hài của tần số quét dòng chứa trong năng lượng chói. May mắn là độ phân giải màu của mắt người thấp hơn độ phân giải đối với ảnh đen trắng và vì thế ta có thể truyền thông tin màu trên tín hiệu nằm trong phổ của tín hiệu chói nhằm làm giảm băng thông tín hiệu chung. Hình 4. Chi tiết dạng sóng TV: (a) thông tin khoảng trống giữa hai trường tại cuối mỗi một khung; (b) chi tiết một dòng tín hiệu video; (c) phổ tín hiệu video Thông tin màu được mang bởi tín hiệu điều chế biên độ vuông pha (triệt sóng mang) sử dụng hai sóng mang 4,43MHz được phân biệt với nhau bởi độ lệch pha 900 để mang các tín hiệu sai lệch màu trong các phương trình (2) và (3). Nếu tần số sóng mang là fc (thường gọi là tần số tải màu) thì tín hiệu màu Sc là: (4) Tín hiệu màu này có băng thông 2MHz. Thỉnh thoảng, tín hiệu màu này được gọi là tín hiệu YIQ. Hình 4 cũng mô tả tín hiệu âm tần cộng vào với tần số sóng mang con là 6MHz. Để giải điều chế thành phần màu QAM, một dao động cục bộ khoá pha hoạt động tại tần số tải màu fc phải được trang bị tại máy thu. Điều này đạt được bằng cách đồng bộ dao Trường Đại học Giao Thông Vận Tải Tp.HCM 4
VIENTHONG05.TK Bài giảng: Hệ thống viễn thông 2 động tại máy thu với sóng mang tải màu được truyền đi, sử dụng tín hiệu “colour burst” nhận được, hình 4b. Do thành phần màu nhạy pha, nó sẽ bị giảm chất lượng khá nhiều bởi méo pha tương đối nằm trong dải tần của nó, ví dụ hiện tương đa đường truyền của tín hiệu RF phát đi. Điều này dẫn đến hàng loạt sai số màu nhưng ảnh hưởng của nó được giảm bằng cách đảo pha của một thành phần sai lệch màu ở các dòng xen kẽ nhau. Vì thế, kênh R-Y bị đảo cực trong quá trình phát đi các dòng xem kẽ nhau để làm giảm bớt ảnh hưởng của pha bị sai lệch trong môi trường truyền. Phổ tín hiệu PAL được mô tả trong hình 4c là tín hiệu TV dải nền và nếu truyền TV RF thì phải được điều chế lên tần số sóng mang thích hợp và khuếch đại lên công suất thích hợp. Các tần số sóng mang UHF thông thường mở rộng tới hàng trăm MHz với mức công suất lên tới hàng trăm kW (thậm chí MW trong một vài trường hợp). Các kênh TV mặt đất 21 đến 34 nằm trong khoảng từ 471,25 đến 581,25MHz và các kênh 39 đến 68 nằm trong khoảng 615,25 đến 853,25Mhz, bảng 1. TV vệ tinh chiếm dải tần 11GHz với 16 kênh con 16MHz. 7.2.2 Máy thu truyền hình PAL Hình 5. Sơ đồ khối đơn giản hoá của máy thu hình màu Hình 5 mô tả sơ đồ khối đơn giản các thành phần chức năng chính của một máy thu hình màu. Tín hiệu RF từ anten hoặc các nguồn khác được chọn và khuếch đại bởi bộ điều hưởng và các tầng IF và cuối cùng được giải điều chế thành dạng tín hiệu dải nền PAL. Sau đó, 4 tín hiệu thông tin được trích lọc: âm thanh, chói, màu và các tín hiệu đồng bộ. Tín hiệu màu được giải điều chế bằng cách trộn với các sóng mang tải màu đồng pha và vuông pha được tái tạo tại máy thu. Sau đó, các tín hiệu chói và sai lệch màu được cộng theo những tỷ lệ thích hợp và các tín hiệu ngõ ra R, B, G được khuếch đại tới các mức đủ để lái bộ hiển thị video CRT. Các sự lệch hướng x và y của các chùm electron được tạo ra bởi các trường điện từ được cung cấp bởi các cuộn dây đặt ở bên ngoài CRT. Các cuộn dây này được lái từ các bộ phát xung dốc (ramp generator), được đồng bộ với các dòng video nhận được để chùm electron được kéo lệch theo phương ngang xuyên suốt bề mặt hiển thị của ống từ trái qua phải xuốt trong khoảng chu kỳ của dòng video tích cực và theo phương đứng từ trên xuống dưới suốt trong khoảng chu kỳ trường tích cực. Trường Đại học Giao Thông Vận Tải Tp.HCM 5
Bài giảng: Hệ thống viễn thông 2 7.2.3 Các cơ chế mã hoá khác Hệ thống NTSC có nhiều điểm tương tự như hệ PAL nhưng sử dụng tốc đồ phát khác nhau. Ví dụ tốc độ khung là 30 Hz và số dòng trên mỗi khung là 525. Thật ra, PAL là một sự mở rộng các nguyên tắc cơ bản của hệ thống NTSC, Sự khác biệt chính giữa hai hệ thống này nằm ở chỗ hiệu chỉnh sự méo pha được cung cấp trong hệ PAL. Việc này không tồn tại trong hệ thống NTSC và vì thế NTSC có thể dễ bị sai số màu trong các điều kiện tiếp nhận kém. Sự hiệu chỉnh pha được điều khiển hoàn toàn tại máy thu, phần lớn các loại máy thu cho phép người xem hiệu chỉnh pha bằng việc điều khiển bằng tay. Bề rộng phổ của NTSC có phần nhỏ hơn PAL. Hệ thống SECAM sử dụng cùng một tốc độ khung và dòng với hệ PAL và, giống như hệ PAL, được phát tirển nhằm mục đích giảm độ nhạy méo pha của hệ thống NTSC. Về cơ bản, SECAM chỉ truyền một trong hai thành phần màu trên mỗi dòng và chuyền sang thành phần màu thứ 2 đối với dòng tiếp theo. Việc truyền các ảnh video được mã hoá theo dạng số hiện thời đang được phát triển và thực hiện. Một vài kỹ thuật số cơ bản được thảo luận trong các phần sau. 7.3 HỆ TRUYỀN HÌNH MÀU NTSC 7.3.1 Lịch sử hệ màu NTSC Năm 1940, để giải quyết các tranh chấp giữa các công ty sản xuất tivi, Hội Đồng Liên Ban Truyền Thông Hoa Kì, FCC (Federal Communication Commission), đã thành lập Ủy ban Hệ thống Truyền hình, NTSC (National Television System Committe). NTSC đã quyết định hệ thống chuẩn Tivi trắng đen bấy giờ sẽ gồm 525 dòng, 30 khung hình mỗi giây, xen kẽ 2 dòng, tỷ lệ khung hình 4:3 và sử dụng điều chế âm thanh bằng kỹ thuật điều tần. Tháng 1 năm 1951, NTSC được thành lập một lần nữa để đưa ra các chuẩn cho hệ tivi màu bấy giờ, gọi là chuẩn NTSC. Do được bổ sung từ các chuẩn tivi trắng đen hiện có nên mặc dù chuẩn NTSC dành cho ti vi màu nhưng vẫn hoàn toàn tương thích với ti vi trắng đen đang được sử dụng. Do đó, NTSC nhanh chóng được sử dụng khắp Châu Mỹ và Nhật Bản. Chuẩn NTSC được sử dụng ở rất nhiều nước trên thế giới. Ở một số nước, hệ màu NTSC được thay đổi ít nhiều tạo nên một số phiên bản khác như NTSC-A ở khối Liên hiệp Anh (đã không còn sử dụng), NTSC-J được sử dụng ở Nhật Bản, NTSC-M sử dụng ở Brazil hoặc NTSC-4.43 được cải tiến từ NTSC-M. 7.3.2 Các yếu tố kỹ thuật của chuẩn NTSC Hệ NTSC bao gồm các yếu tố sau: hệ màu, điều chế và truyền, và phương pháp quét ảnh. a. Hệ màu Theo kết quả nghiên cứu phân tích màu sắc, mọi màu sắc đều có thể tổng hợp bởi 3 màu chính là: Đỏ (R – red), Xanh lá (G – green) và xanh dương (B – blue). Vì vậy, muốn truyền thành công một ảnh màu bất kì, chỉ cần phân tích điểm từng điểm ảnh của ảnh màu đấy thành 3 thành phần màu cơ bản (R, G, B), truyền 3 thành phần màu trên đi và tái tạo trở lại tất cả điểm ảnh từ thành phần màu (R, G, B) nhận được. Trong chuẩn NTSC, do phải tương thích với hệ truyền hình đen trắng, người ta đã phải phân tích hệ màu dựa trên ảnh đen trắng (thành phần đơn sắc hay tín hiệu chói) và tìm cách bổ sung thêm thông tin về màu sắc. Kết quả phân tích đã đưa ra công thức tính thành phần đơn sắc như sau: U’Y = 0.299U’R + 0.587U’G + 0.114U’B Trường Đại học Giao Thông Vận Tải Tp.HCM 6
VIENTHONG05.TK Bài giảng: Hệ thống viễn thông 2 Trong đó: U’Y: tín hiệu chói của tín hiệu ảnh màu. U’R, U’G, U’B: tín hiệu màu sau khi hiệu chỉnh gamma. Nhận xét về công thức tính U’Y - Có biên độ đỉnh bằng 1 (biên độ đỉnh của các thành phần màu bằng 1). - Chứa nhiều thành phần màu xanh lá do mắt người rất nhạy với thành phần màu này. - Có thể tái tạo lại đủ 3 thành phần màu gốc (R, G, B) nếu được truyền kèm theo 2 thành phần màu bất kỳ trong 3 thành phần màu cơ bản trên. Theo nhận xét trên, người ta phải chọn 2 trong 3 thành phần màu truyền kèm theo thành phần chói để bổ sung thông tin màu sắc. Do mắt người rất nhạy với màu xanh lá, người ta đã không chọn màu này để truyền đi vì nó đòi hỏi phải truyền một lượng thông tin rất lớn, tiêu tốn rất nhiều băng thông. Vì vậy, thành phần màu R, B được chọn để sử dụng bổ sung màu cho hệ ảnh. Tuy nhiên, việc truyền 2 thành phần màu R, B kèm theo cũng không phải là giải pháp tối ưu. Do thành phần màu R, B vẫn mang thông tin về độ chói nên việc truyền tín hiệu thành phần màu cơ bản R, B sẽ làm phí phạm băng thông truyền đi. Vì vậy, người ta quyết định tìm cách khử thành phần chói trong hai thành phần trên bằng cách chọn hai thành phần sau: U’R – Y = 0.877(U’R – U’Y) U’B – Y = 0.493(U’B – U’Y) (2 hệ số 0.877 và 0.493 dùng để đảm bảo biên độ đỉnh U’R – Y và U’B – Y không vượt quá 1) Để tận dụng tối đa sự hạn chế của mắt người đối với màu xanh dương, người ta đã quay một góc 33o hệ trục 2 màu trên nhằm tối thiểu hóa băng thông truyền đi. Trường Đại học Giao Thông Vận Tải Tp.HCM 7
Bài giảng: Hệ thống viễn thông 2 SQ B-Y SI o 33 R-Y Kết quả, tín hiệu được truyền đi cuối cùng gồm 3 thành phần sau : U’Y = 0.299U’R + 0.587U’G + 0.114U’B o o SI = 0.877 ( U’R-Ycos 33 – U’R-Ysin 33 ) o o SQ = 0.493 ( U’R-Ysin 33 + U’B-Ycos 33 ) Nhận xét về tín hiệu truyền đi : - Thành phần chói U’Y tương tự như tín hiệu đen trắng Æ có thể dùng tivi hệ màu đen trắng để thu. - Khi thu tín hiệu đen trắng, thành phần màu U’ R – Y và thành phần U’B – Y tự triệt tiêu lẫn nhau (do khi đó U’R = U’G = U’B = U’Y). Điều này chứng tỏ thành phần SI và SQ hoàn toàn không chứa thông tin về độ chói. - Có 2 tín hiệu mang thông tin màu sắc : SI và SQ kèm theo. 2 tín hiệu này lệch một góc 33o so với hệ màu R–B chuẩn và được nén theo tỉ số (0.877, 0.493) Æ giảm thiểu sự phá rối của tín hiệu màu sắc vào tín hiệu chói và thu hẹp giải thông. - Dãy tần của các tín hiệu (U’Y, SI, SQ) là (4.2, 1.5, 0.5) MHz và được sử dụng trong phổ tần (0 – 4.2, 2.3 – 4.2, 3.8 – 4.2) MHz, trong đó tín hiệu SQ tận dụng hạn chế về sự nhạy cảm về mắt người để thu hẹp băng thông truyền đi (băng thông ít hơn nhiều so với 2 thành phần còn lại). b. Điều chế và truyền dẫn Một kênh truyền NTSC (gồm hình và tiếng) chiếm 6 MHz băng thông. Để phân cách giữa cách kênh NTSC với nhau, người ta sử dụng một tần số phân cách 250 KHz hoàn toàn không chứa thông tin thuộc vùng thông thấp của trong kênh NTSC ở tần số cao để tách biệt hoàn toàn với kênh NTSC chiếm tần số trước nó. Tín hiệu hình (video) được điều chế biên độ trong dãy tần từ 500 KHz đến 5.45 MHz (nghĩa là băng thông : 4.95 MHz) tính từ tần số thấp nhất trong kênh truyền. Tín hiệu hình sau khi điều tần sẽ có 2 dãy biên, mỗi dãy có độ rộng 4.2 MHz. Tuy nhiên, chỉ có dãy biên trên (upper sideband) được truyền hoàn toàn đi, còn dãy biên dưới (lower sideband) chỉ được truyền đi 750 KHz. Riêng tín hiệu màu sẽ được điều chế bằng sóng mang phụ có tần số 3.579545 MHz bằng phương pháp điều biên vuông góc (quadrature – amplitude modulation). Thông tin SI sẽ được mã hoá trong thành phần pha (in phase) và SQ được mã hóa trong thành phần vuông góc (quadrature). Trường Đại học Giao Thông Vận Tải Tp.HCM 8
Bài giảng: Hệ thống viễn thông 2 Lower sideband Video (vestigial) Color encoding Amplitude modulation guard upper band sideband audio 0 0.5 1.25 3.58 5.45 5.75 6 MHz Tín hiệu âm thanh (audio) được điều tần (FM) bằng tần số 5.75MHz và chiếm băng thông 250 KHz. Sau này, người ta sử dụng tín hiệu MTS, có nghĩa là nhìều hơn một tín hiệu âm thanh, để truyền âm thanh sterio. c. Phương pháp quét ảnh Do có sự lưu ảnh của mắt, nếu ta truyền 24 ảnh mỗi giây, khi tái tạo ảnh, người xem sẽ có cảm giác một hình ảnh chuyển động liên tục. Tuy nhiên với 24 ảnh mỗi giây, ảnh vẫn bị chớp và gây khó chịu cho khán giả. Để khắc phục nhược điểm trên, người ta sử dụng phương pháp quét xen kẽ. Trong phương pháp này, khi chiếu một ảnh liên tục trong thời gian 1/24 giây, người ta chiếu ảnh đó làm 2 lần, mỗi lần 1/48 giây. Kết quả cho ta cảm giác được xem 48 ảnh mỗi giây thay vì 24 ảnh mỗi giây. Hình ảnh sẽ chuyển động liên tục và ánh sáng không bị chớp. Để phù hợp với tần số điện lưới đang được sử dụng tại Hoa Kỳ là 60Hz, chuẩn NTSC qui định sử dụng phương pháp quét xen kẽ với tần số 30 ảnh mỗi giây. Theo cách quét này, dòng điện tử được quét từ trái sang phải, từ trên xuống dưới theo 2 phần riêng biệt, gọi là 2 mành. - Mành thứ nhất – mành lẻ: gồm các dòng lẻ: 1, 3, 5, và ½ dòng cuối. - Mành thứ hai – mành chẵn : gồm ½ dòng đầu và dòng 2,4,6 (vì hệ NTSC qui định màn hình gồm 525 dòng nên mỗi mành sẽ gồm 262 dòng và ½ dòng). - Xung quét dòng, mành có dạng răng cưa. Trường Đại học Giao Thông Vận Tải Tp.HCM 9
Bài giảng: Hệ thống viễn thông 2 Hướng quét mành ½ dòng mành 2 Mành 1 Mành 2 Hướng quét dòng Quét ngược ½ dòng mành 1 Trong thực tế, người ta sử dụng tần số 59.94 Hz thay vì 60 Hz như qui định để loại bỏ hiện tượng “điểm chạy” trên màn hình trong tần số 60 Hz. Bằng cách sử dụng tần số 59.94 Hz (có nghĩa là tốc độ khung hình là : 29.97 khung hình mỗi giây), người ta đảm bảo được độ lệch pha của tín hiệu màu chính xác 180 cho mỗi dòng trên màn hình. Điều này rất quan trọng vì thời điểm bấy giờ ti vi đen trắng vẫn còn được sử dụng. Nó sẽ đảm bảo cho hệ ti vi đen trắng vẫn thu được tín hiệu chóa mặc dù không cần sử dụng bộ lọc màu như thiết kế ban đầu. Ngoài ra, nó còn đảm bảo cho các ti vi màu nguyên thủy có thể loại bỏ những điểm sáng bất thường xuất hiện gần vùng biên màu của hình ảnh hoặc kết hợp với các phương pháp khác (như dùng bộ lọc lược) để hiển thị ảnh một cách hoàn hảo hơn. 7.3.3 Sự điều chế màu SI và SQ được sử dụng để điều chế sóng mang phụ có tần số 3.58 MHz dùng 2 bộ điều chế cân bằng: một bộ điều chế được lái bởi sóng mang phụ tại pha sine, bộ điều chế kia được Trường Đại học Giao Thông Vận Tải Tp.HCM 10
Bài giảng: Hệ thống viễn thông 2 lái bởi sóng mang phụ tại pha cosine (hình 1-2). Các ngỏ ra của hai bộ điều chế cân bằng được cộng lại với nhau: oo UCQ= S sin(ωω t+33 ) + SI cos( t+33 ) ω = 2πfsc fsc =± 3.579545 MHz ( 10 Hz) hay cách viết khác: UAsin(tC = ω + ϕ) (1.4) trong đó: ASS=+22 - A là độ dài của vectơ tín hiệu màu, IQ, A biểu thị độ bảo hòa màu. S ϕ=arctg I +33o S - ϕ là pha của tín hiệu màu, Q , ϕ biểu thị sắc thái của màu. d. Tách sóng tín hiệu mang màu Trong phần này ta sẽ tìm hiểu cách thức lấy lại các tín hiệu SI và SQ từ tín hiệu cao tần UC (đây là quá trình ngược của sự điều chế màu). Tín hiệu mang màu cao tần UC được đưa vào bộ tách tín hiệu mang màu. Bộ tách tín hiệu mang màu thường là bộ tách sóng đồng bộ (còn gọi là bộ tách sóng nhân). Trong máy thu hình cần phải có mạch tạo dao động tần số mang phụ có tần số và pha đồng bộ với tần số và pha của dao động tần số mang phụ ở phía phát. Ta có: oo UU*UUtC==00[SQI sin( ω t+33 ) + S cos( ω t+33 )] U =ωasin( t + α ) trong đó: 0 là dao động tần số mang phụ ở bên thu. Nếu α = 33o ta có: 2o o o Uat =ωSQI sin ( t+33 ) + aS cos( ω t+33 )sin( ω t+33 ) 11 1 Ua=−S ac S os2( ω t + 33oo ) + aS sin2(ω t+33 ) t 22QQ 2 I Dùng mạch tích phân để lọc bỏ các thành phần tần số cao ta được: 1 Ua= S ts 2 Q Nếu α = 33o + 90o ta có: U =ωasin( t + 33oo + 90 ) = acos(ω t + 33o ) 0 1 Uats = SI 2 Trường Đại học Giao Thông Vận Tải Tp.HCM 11
Bài giảng: Hệ thống viễn thông 2 e. Bộ lập mã màu hệ NTSC Hình trên là sơ đồ khối đơn giản của bộ lập mã màu ở hệ NTSC, trong sơ đồ này không vẽ các mạch ghim, mạch vi phân Mạch ma trận hình thành tín hiệu chói theo công thức: Y.R'.=+0 299 0 5879 G'.B + 0 114 ' S.R'.G'.BI =−−0 596 0 275 0 321 ' S.R'.G'.Q =−+0 212 0 523 0 311B' Mạch tạo sóng mang phụ (TSMP) tạo ra dao động điều hòa có tần số fSC = 3.58 MHz và góc pha là 180o (so với trục (B-Y)). Dao động này qua mạch dịch pha -57o đảm bảo cho sóng mang phụ đặt lên mạch điều biên cân bằng 1 (ĐBCB 1) có góc pha 123o và lại qua mạch dịch pha -90o để cho sóng mang phụ đặt lên mạch ĐBCB 2 có góc pha là 33o. Tại mạch cộng C1 thực hiện cộng tín hiệu chói với xung đồng bộ đầy đủ và xung tắt đầy đủ. Tại mạch cộng C3, cộng tín hiệu chói (có xung đồng bộ đầy đủ và xung tắt đầy đủ) với tín hiệu màu UC và tín hiệu đồng bộ màu. Tín hiệu màu đầy đủ ở ngỏ ra C3 được đưa qua mạch lọc thông thấp có dải thông (0-4.2 MHz). f. Bộ giải mã màu hệ NTSC Trường Đại học Giao Thông Vận Tải Tp.HCM 12
Bài giảng: Hệ thống viễn thông 2 Bộ khuếch đại tín hiệu màu tổng hợp nhận và khuếch đại tín hiệu màu tổng hợp Utổng , ở đầu ra bộ khuếch đại ta lấy được hai tín hiệu: độ chói Y và tín hiệu sắc UC. 1. Kênh chói Dây trễ dải rộng có dải thông tần 4.2 MHz và thời gian trễ khoảng (0.3 – 0.7) μs, để cho tín hiệu chói và các tín hiệu hiệu màu của một phần tử ảnh đến mạch ma trận hoặc đèn hình màu cùng một lúc. Mạch lọc chắn dải sẽ nén sóng mang phụ và các thành phần phổ của tín hiệu màu gần fSC nhằm giảm ảnh hưởng của tín hiệu màu đến chất lượng ảnh truyền hình màu. Khi có mạch lọc chắn dải trong kênh chói, dải thông kênh chói thu hẹp. Vì vậy lúc thu chương trình truyền hình đen trắng phải tìm cách làm cho mạch lọc chắn dải mất tác dụng. 2. Kênh màu Mạch lọc thông dải chọn lấy tín hiệu màu, tín hiệu đồng bộ màu và nén các thành phần tần thấp của tín hiệu chói nằm ngoài phổ tần tín hiệu màu. Mạch khuếch đại sắc UC là mạch khuếch đại cộng hưởng nhằm khuếch đại điện áp tín hiệu sắc UC tại tần số fSC = 3.58 MHz và đưa hai tín hiệu song biên nén tần số mang tới các bộ tách tín hiệu song biên. Bộ tạo sóng mang phụ f’SC có nhiệm vụ tạo lại tần số sóng mang phụ fSC. Để tần số tự tạo luôn đồng bộ với phía phát, bộ tạo sóng mang f’SC làm việc dưới sự điều khiển của xung đồng bộ màu có tần số fSC. Bộ tách song tín hiệu sắc làm nhiệm vụ biến đổi tín hiệu song biên thành tín hiệu điều biên, sau đó tách sóng điều biên để lấy tín hiệu SI và SQ. 7.3.4 Ưu nhược điểm của hệ truyền hình NTSC Ưu điểm chính của hệ thống NTSC là đơn giản, thiết bị mã hóa và giải mã không phức tạp vì vậy giá thành thiết bị thấp hơn so với thiết bị của các hệ thống khác. Khuyết điểm chính của hệ thống NTSC là rất dễ bị sai màu khi hệ thống tín hiệu màu không lý tưởng và có nhiễu, tín hiệu màu nhạy cảm với méo pha và méo vi sai. Một số đặc điểm khác của hệ thống NTSC: Trường Đại học Giao Thông Vận Tải Tp.HCM 13
Bài giảng: Hệ thống viễn thông 2 - Méo gây ra do dải tần tín hiệu mang màu bị hạn chế: Vì dải tần tín hiệu mang màu bị hạn chế nên sinh ra sự nhòe ranh giới giữa các dãi màu thuần khiết nằm kề nhau theo chiều ngang, làm cho độ chói bị giảm thấp ở vùng giới hạn các dải màu và ở các chi tiết nhỏ. - Méo gây ra do dải tần của hai tín hiệu mang màu khác nhau: Sự sai khác dải tần của UI và UQ dẫn đến sự sai màu vùng độ chói biến đổi đột ngột bởi vì tại đó tốc độ của UI và UQ không giống nhau, do đó góc pha ϕ thay đổi theo thời gian. Sự sai khác tần số còn làm thay đổi giới hạn của các vùng màu trong đồ thị màu. - Nhiễu của tín hiệu chói vào kênh màu: Khi tín hiệu chói có các đột biến hoặc chứa các thành phần tần số cao thì dưới tác dụng của nó, đầu ra của các bộ lọc thông dải tần số fsc sẽ xuất hiện các dao động tần số sóng mang phụ. Các dao động này được tách sóng và gây nhiễu cho tín hiệu màu. Bởi vì tín hiệu mang màu cao tần là điều biên, cho nên loại nhiễu kể trên rất khó khắc phục. Chính nhiễu này làm các chi tiết ảnh đen-trắng trở nên có màu khi có kích thước thích hợp. - Nhiễu lẫn nhau giữa các tín hiệu mang màu do phát hai biên tần không đối xứng: Khi hai biên tần của thành phần UI không đối xứng thì trong tín hiệu UQ nhận được sau tách sóng có lẫn thành phần UI. Sự lẫn màu này xảy ra càng nghiêm trọng nếu đặc tuyến tần số máy phát và máy thu bị sai lệch. 7.4 HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH MÀU PAL 7.4.1 Giới thiệu Hệ thống truyền hình màu NTSC tồn tại một số nhược điểm như sự nhạy cảm của tín hiệu màu với méo pha và méo pha vi sai – do sự biến đổi pha sóng mang phụ, làm cho màu sắc của ảnh khôi phục không được chính xác. Thiết bị của hệ thống đòi hỏi có độ chính xác cao. Để khắc phục nhược điểm của hệ thống NTSC, nhiều hệ truyền hình màu đã lần lượt ra đời và có những khác biệt so với hệ thống NTSC. Hệ truyền hình màu PAL là hệ truyền hình màu được CHLB Đức nghiên cứu và được xem là hệ tiêu chuẩn từ năm 1966. Đây là hệ truyền hình đồng thời, nó đồng thời truyền hình tín hiệu chói và hai tín hiệu màu. Hệ PAL có nhiều thông số giống hệ NTSC. Điểm khác nhau cơ bản giữa hai hệ này là pha tải màu cho thành phần R-Y đảo ngược theo từng dòng trong mỗi mành (field). Hệ thống truyền hình màu PAL có những đặc điểm sau: Ưu điểm: - Hệ PAL có méo pha nhỏ hơn hẳn so với hệ NTSC. - Hệ PAL không có hiện tượng xuyên lẫn màu. - Hệ PAL thuận tiện cho việc ghi băng hình hơn hệ NTSC. Nhược điểm: - Máy thu hình PAL phức tạp hơn vì cần có dây trễ 64 µs và yêu cầu dây trễ này có chất lượng cao. Trường Đại học Giao Thông Vận Tải Tp.HCM 14