Hệ thống vi ba số

Nội dung text: Hệ thống vi ba số

1. z  HHỆỆ TTHHỐỐNNGG VVII BBAA SSỐỐ
2. 1 Ch−¬ng 1 Tæng quan vÒ hÖ thèng vi ba sè Giíi thiÖu ch−¬ng Ch−¬ng nµy tr×nh bµy tæng quan vÒ c¸c vÊn ®Ò sau: + Kh¸i niÖm vµ ®Æc ®iÓm chung cña c¸c hÖ thèng vi ba sè + Ph©n lo¹i c¸c hÖ thèng Vi ba sè + C¸c −u, nh−îc ®iÓm cña hÖ thèng Vi ba sè + C¸c m¹ng Vi ba sè ®iÓm-®iÓm vµ ®iÓm-nhiÒu ®iÓm + §iÒu chÕ vµ gi¶i ®iÒu chÕ + Ph−¬ng ph¸p gi¶m ®é réng b¨ng tÇn truyÒn trong hÖ thèng Vi ba sè + C¸c m· truyÒn dÉn phæ biÕn trong hÖ thèng 1.1 ®Æc ®iÓm Th«ng tin vi ba sè lµ mét trong 3 ph−¬ng tiÖn th«ng tin phæ biÕn hiÖn nay (bªn c¹nh th«ng tin vÖ tin vµ th«ng tin quang). HÖ thèng vi ba sè sö dông sãng v« tuyÕn vµ biÕn ®æi c¸c ®Æc tÝnh cña sãng mang v« tuyÕn b»ng nh÷ng biÕn ®æi gi¸n ®o¹n vµ truyÒn trong kh«ng trung. Sãng mang v« tuyÕn ®−îc truyÒn ®i cã tÝnh ®Þnh h−íng rÊt cao nhê c¸c anten ®Þnh h−íng. HÖ thèng Vi ba sè lµ hÖ thèng th«ng tin v« tuyÕn sè ®−îc sö dông trong c¸c ®−êng truyÒn dÉn sè gi÷a c¸c phÇn tö kh¸c nhau cña m¹ng v« tuyÕn. HÖ thèng Vi ba sè cã thÓ ®−îc sö dông lµm: + C¸c ®−êng trung kÕ sè nèi gi÷a c¸c tæng ®µi sè. + C¸c ®−êng truyÒn dÉn nèi tæng ®µi chÝnh ®Õn c¸c tæng ®µi vÖ tinh. + C¸c ®−êng truyÒn dÉn nèi c¸c thuª bao víi c¸c tæng ®µi chÝnh hoÆc c¸c tæng ®µi vÖ tinh. + C¸c bé tËp trung thuª bao v« tuyÕn. + C¸c ®−êng truyÒn dÉn trong c¸c hÖ thèng th«ng tin di ®éng ®Ó kÕt nèi c¸c m¸y di ®éng víi m¹ng viÔn th«ng. C¸c hÖ thèng truyÒn dÉn Vi ba sè lµ c¸c phÇn tö quan träng cña m¹ng viÔn th«ng, tÇm quan träng nµy ngµy cµng ®−îc kh¼ng ®Þnh khi c¸c c«ng nghÖ th«ng tin
3. 2 v« tuyÕn míi nh− th«ng tin di ®éng ®−îc ®−a vµo sö dông réng r·i trong m¹ng viÔn th«ng. 1.1 M« h×nh hÖ thèng vi ba sè FDM Codec Tho¹i Bé ADC M¸y Ph¸t T−¬ng tù GhÐp sè Nguån sè §−êng truyÒn FDM Codec Tho¹i Bé DAC M¸yThu T−¬ng tù T¸ch sè Nguån sè H×nh 1.1 M« h×nh cña hÖ thèng vi ba sè tiªu biÓu Mét hÖ thèng vi ba sè bao gåm mét lo¹t c¸c khèi xö lý tÝn hiÖu. C¸c khèi nµy cã thÓ ®−îc ph©n lo¹i theo c¸c môc sau ®©y: + BiÕn ®æi tÝn hiÖu t−¬ng tù thµnh tÝn hiÖu sè + TËp hîp c¸c tÝn hiÖu sè tõ c¸c nguån kh¸c nhau thµnh tÝn hiÖu b¨ng tÇn gèc + Xö lý tÝn hiÖu b¨ng gèc ®Ó truyÒn trªn kªnh th«ng tin + TruyÒn tÝn hiÖu b¨ng gèc trªn kªnh th«ng tin + Thu tÝn hiÖu b¨ng gèc tõ kªnh th«ng tin + Xö lý tÝn hiÖu b¨ng gèc thu ®−îc ®Ó ph©n thµnh c¸c nguån kh¸c nhau t−¬ng øng + BiÕn ®æi tÝn hiÖu sè thµnh c¸c tÝn hiÖu t−¬ng tù t−¬ng øng - BiÕn ®æi ADC vµ DAC cã thÓ ®−îc thùc hiÖn b»ng mét trong c¸c ph−¬ng ph¸p sau ®©y: §iÒu vµ gi¶i ®iÒu xung m· (PCM); xung m· Logarit (Log(PCM)); xung m· vi sai (DPCM); xung m· vi sai tù thÝch nghi (ADPCM); §iÒu vµ gi¶i ®iÒu delta (DM); Delta tù thÝch nghi (ADM). - TËp hîp c¸c tÝn hiÖu sè tõ c¸c nguån kh¸c nhau thµnh tÝn hiÖu b¨ng gèc vµ ph©n chia tÝn hiÖu sè tõ tÝn hiÖu b¨ng gèc ®−îc thùc hiÖn nhê qu¸ tr×nh ghÐp-t¸ch. Cã hai hÖ thèng ghÐp-t¸ch chñ yÕu: theo thêi gian TDM vµ theo tÇn sè FDM. Trong FDM
4. 3 cã c¸c tËp hîp nhãm, siªu nhãm, chñ nhãm hoÆc 16 siªu nhãm. FDM cña c¸c kªnh ©m tÇn th−êng cÇn thiÕt giao tiÕp víi hÖ thèng truyÒn dÉn sè (nhê c¸c bé Codec) - ViÖc xö lý tÝn hiÖu b¨ng gèc thµnh d¹ng sãng v« tuyÕn thÝch hîp ®Ó truyÒn trªn kªnh th«ng tin phô thuéc vµo m«i tr−êng truyÒn dÉn v× mçi m«i tr−êng truyÒn dÉn cã ®Æc tÝnh vµ h¹n chÕ riªng. ViÖc x¸c ®Þnh s¬ ®å ®iÒu chÕ vµ gi¶i ®iÒu chÕ thÝch hîp yªu cÇu ®é nh¹y cña thiÕt bÞ t−¬ng øng víi tØ lÖ lçi bit BER cho tr−íc ë tèc ®é truyÒn dÉn nhÊt ®Þnh, phô thuéc vµo ®é phøc t¹p còng nh− gi¸ thµnh cña thiÕt bÞ. Giao tiÕp ChuyÓn ®æi KhuÕch ®¹i §iÒu chÕ nh¸nh Xö lý tÇn sè c«ng suÊt b¨ng tÇn Bé läc Dao ®éng gèc LO nh¸nh néi T¸ch vµ KhuÕch ®¹i Kªnh ghÐp kªnh Gi¶i ChuyÓn ®æi ©m thÊp nghiÖp vô ®iÒu chÕ tÇn sè Dao ®éng LO Xö lý sè néi Xö lý t−¬ng tù H×nh 1.2. S¬ ®å khèi thiÕt bÞ thu ph¸t vi ba sè. 1.2 Ph©n lo¹i Phô thuéc vµo tèc ®é bÝt cña tÝn hiÖu PCM cÇn truyÒn, c¸c thiÕt bÞ v« tuyÕn ph¶i ®−îc thiÕt kÕ, cÊu t¹o phï hîp ®Ó cã kh¶ n¨ng truyÒn dÉn c¸c tÝn hiÖu ®ã. Cã thÓ ph©n lo¹i nh− sau: + Vi ba sè b¨ng hÑp (tèc ®é thÊp): ®−îc dïng ®Ó truyÒn c¸c tÝn hiÖu cã tèc ®é 2Mbit/s, 4 Mbit/s vµ 8 Mbit/s, t−¬ng øng víi dung l−îng kªnh tho¹i lµ 30 kªnh, 60 kªnh vµ 120 kªnh. TÇn sè sãng v« tuyÕn (0,4 - 1,5)GHz. + Vi ba sè b¨ng trung b×nh (tèc ®é trung b×nh): ®−îc dïng ®Ó truyÒn c¸c tÝn hiÖu cã tèc ®é tõ (8-34) Mbit/s, t−¬ng øng víi dung l−îng kªnh tho¹i lµ 120 ®Õn 480 kªnh. TÇn sè sãng v« tuyÕn (2 - 6)GHz. + Vi ba sè b¨ng réng (tèc ®é cao): ®−îc dïng ®Ó truyÒn c¸c tÝn hiÖu cã tèc ®é tõ (34-140) Mbit/s, t−¬ng øng víi dung l−îng kªnh tho¹i lµ 480 ®Õn 1920 kªnh. TÇn sè sãng v« tuyÕn 4, 6, 8, 12GHz.
5. 4 1.4 Mét sè −u ®iÓm cña hÖ thèng vi ba sè 1. Nhê c¸c ph−¬ng thøc m· ho¸ vµ ghÐp kªnh theo thêi gian dïng c¸c vi m¹ch tÝch hîp cì lín nªn th«ng tin xuÊt ph¸t tõ c¸c nguån kh¸c nhau nh− ®iÖn tho¹i, m¸y tÝnh, facsimile, telex,video ®−îc tæng hîp thµnh luång bit sè liÖu tèc ®é cao ®Ó truyÒn trªn cïng mét sãng mang v« tuyÕn. 2. Nhê sö dông c¸c bé lÆp t¸i sinh luång sè liÖu nªn tr¸nh ®−îc nhiÔu tÝch luü trong hÖ thèng sè. ViÖc t¸i sinh nµy cã thÓ ®−îc tiÕn hµnh ë tèc ®é bit cao nhÊt cña b¨ng tÇn gèc mµ kh«ng cÇn ®−a xuèng tèc ®é bit ban ®Çu. 3. Nhê cã tÝnh chèng nhiÔu tèt, c¸c hÖ thèng vi ba sè cã thÓ ho¹t ®éng tèt víi tØ sè sãng mang / nhiÔu (C/N)>15dB. Trong khi ®ã hÖ thèng vi ba t−¬ng tù yªu cÇu (C/N) lín h¬n nhiÒu (>30dB, theo khuyÕn nghÞ cña CCIR). §iÒu nµy cho phÐp sö dông l¹i tÇn sè ®ã b»ng ph−¬ng ph¸p ph©n cùc trùc giao, t¨ng phæ hiÖu dông vµ dung l−îng kªnh. 4. Cïng mét dung l−îng truyÒn dÉn, c«ng suÊt ph¸t cÇn thiÕt nhá h¬n so víi hÖ thèng t−¬ng tù lµm gi¶m chi phÝ thiÕt bÞ, t¨ng ®é tin cËy, tiÕt kiÖm nguån. Ngoµi ra, c«ng suÊt ph¸t nhá Ýt g©y nhiÔu cho c¸c hÖ thèng kh¸c. 1.5 Mét sè khuyÕt ®iÓm cña hÖ thèng vi ba sè 1. Khi ¸p dông hÖ thèng truyÒn dÉn sè, phæ tÇn tÝn hiÖu tho¹i réng h¬n so víi hÖ thèng t−¬ng tù. 2. Khi c¸c th«ng sè ®−êng truyÒn dÉn nh− trÞ sè BER, S/N thay ®æi kh«ng ®¹t gi¸ trÞ cho phÐp th× th«ng tin sÏ gi¸n ®o¹n, kh¸c víi hÖ thèng t−¬ng tù th«ng tin vÉn tån t¹i tuy chÊt l−îng kÐm 3. HÖ thèng nµy dÔ bÞ ¶nh h−ëng cña mÐo phi tuyÕn do c¸c ®Æc tÝnh b·o hoµ, do c¸c linh kiÖn b¸n dÉn g©y nªn, ®Æc tÝnh nµy kh«ng x¶y ra cho hÖ thèng t−¬ng tù FM C¸c vÊn ®Ò trªn ®· ®−îc kh¾c phôc nhê ¸p dông c¸c tiÕn bé kü thuËt míi nh− ®iÒu chÕ sè nhiÒu møc, dïng thiÕt bÞ dù phßng (1+n) vµ sö dông c¸c m¹ch b¶o vÖ. 1.6 C¸c m¹ng vi ba sè Th−êng c¸c m¹ng vi ba sè ®−îc nèi cïng víi c¸c tr¹m chuyÓn m¹ch nh− lµ mét bé phËn cña m¹ng trung kÕ quèc gia hoÆc trung kÕ riªng, hoÆc lµ nèi c¸c tuyÕn nh¸nh xuÊt ph¸t tõ trung t©m thu thËp th«ng tin kh¸c nhau ®Õn tr¹m chÝnh. (øng dông trong c¸c trung t©m chuyÓn m¹ch hoÆc tæ chøc c¸c m¹ng Internet)
6. 5 1.6.1 Vi ba sè ®iÓm nèi ®iÓm M¹ng vi ba sè ®iÓm nèi ®iÓm hiÖn nay ®−îc sö dông phæ biÕn. Trong c¸c m¹ng ®−êng dµi th−êng dïng c¸p sîi quang cßn c¸c m¹ng quy m« nhá h¬n nh− tõ tØnh ®Õn c¸c huyÖn hoÆc c¸c ngµnh kinh tÕ kh¸c ng−êi ta th−êng sö dông cÊu h×nh vi ba sè ®iÓm-®iÓm dung l−îng trung b×nh hoÆc cao nh»m tho¶ m·n nhu cÇu cña c¸c th«ng tin vµ ®Æc biÖt lµ dÞch vô truyÒn sè liÖu. Ngoµi ra, trong mét sè tr−êng hîp vi ba dung l−îng thÊp lµ gi¶i ph¸p hÊp dÉn ®Ó cung cÊp trung kÕ cho c¸c m¹ng néi h¹t, m¹ng th«ng tin di ®éng. RX/TX RX/TX MUX/ DEMUX MUX/ DEMUX H×nh 1.3 M« h×nh cña hÖ thèng vi ba sè ®iÓm nèi ®iÓm tiªu biÓu. 1.6.2 Vi ba sè ®iÓm nèi ®Õn nhiÒu ®iÓm M¹ng vi ba sè nµy trë thµnh phæ biÕn trong mét sè vïng ngo¹i « vµ n«ng th«n. M¹ng bao gåm mét tr¹m trung t©m ph¸t th«ng tin trªn mét an ten ®¼ng h−íng phôc vô cho mét sè tr¹m ngo¹i vi bao quanh. NÕu c¸c tr¹m ngo¹i vi nµy n»m trong ph¹m vi (b¸n kÝnh) truyÒn dÉn cho phÐp th× kh«ng cÇn dïng c¸c tr¹m lÆp, nÕu kho¶ng c¸ch xa h¬n th× sÏ sö dông c¸c tr¹m lÆp ®Ó ®−a tÝn hiÖu ®Õn c¸c tr¹m ngo¹i vi. Tõ ®©y, th«ng tin sÏ ®−îc truyÔn ®Õn c¸c thuª bao. ThiÕt bÞ vi ba tr¹m ngo¹i vi cã thÓ ®Æt ngoµi trêi, trªn cét.v.v mçi tr¹m ngo¹i vi cã thÓ ®−îc l¾p ®Æt thiÕt bÞ cho nhiÒu trung kÕ. Khi mËt ®é cao cã thÓ bæ sung thªm thiÕt bÞ; ®−îc thiÕt kÕ ®Ó ho¹t ®éng trong c¸c b¨ng tÇn 1,5GHz -1,8GHz vµ 2,4GHz sö dông mét sãng mang cho hÖ thèng hoµn chØnh. HiÖn nay c¸c hÖ thèng ®iÓm nèi ®Õn ®a ®iÓm 19GHz ®· ®−îc chÕ t¹o vµ l¾p ®Æt ë Ch©u ¢u ®Ó cung cÊp c¸c dÞch vô sè liÖu (Kbit/s) Internet trong m¹ng néi h¹t
7. 6 kho¶ng c¸ch 10Km. Tr¹m trung t©m ph¸t tèc ®é bit kho¶ng 8,2Mb/s vµ ®Þa chØ mçi tr¹m l¹i sö dông kü thuËt TDMA. MW MW Tr¹m ngo¹i vi 3 MW RX/TX RX/TX Tr¹m ngo¹i vi 1 MUX/ DEMUX MUX/ DEMUX Tr¹m trung t©m MW TX/RX RX/TX MUX/ DEMUX Trung kÕ Tr¹m ngo¹i vi 2 Néi h¹t H×nh 1.3 M« h×nh cña hÖ thèng vi ba sè ®iÓm nèi ®iÓm tiªu biÓu. 1.7. §iÒu chÕ vµ gi¶I §iÒu chÕ sè 1.7.1. §iÒu chÕ sè §iÒu chÕ sè lµ ph−¬ng thøc ®iÒu chÕ ®èi víi tÝn hiÖu sè mµ trong ®ã 1 hay nhiÒu th«ng sè cña sãng mang ®−îc thay ®æi theo sãng ®iÒu chÕ. Hay nãi c¸ch kh¸c, ®ã lµ qu¸ tr×nh g¾n tin tøc (sãng ®iÒu chÕ) vµo mét dao ®éng cao tÇn (sãng mang) nhê biÕn ®æi 1 hay nhiÒu h¬n 1 th«ng sè nµo ®ã cña dao ®éng cao tÇn theo tin tøc. Th«ng qua qu¸ tr×nh ®iÒu chÕ sè, tin tøc ë vïng tÇn sè thÊp sÏ ®−îc chuyÓn lªn vïng tÇn sè cao ®Ó cã thÓ truyÒn ®i xa. M¸y ph¸t M¸y thu Bé ®iÒu chÕ Bé gi¶i ®iÒu chÕ TÝn hiÖu b¨ng TÝn hiÖu b¨ng tÇn gèc TÝn hiÖu b¨ng tÇn tÇn gèc v« tuyÕn Sãng mang H×nh 1.4. S¬ ®å m« t¶ qu¸ tr×nh ®iÒu chÕ vµ gi¶i ®iÒu chÕ sè. Gi¶ sö cã 1 sãng mang h×nh sin nh− sau:
8. 7 f 0 (t) = A.cos(ω 0t + ϕ) (1.1) Trong ®ã: + A : biªn ®é cña sãng mang + ωo = 2.π.fo : tÇn sè gãc cña sãng mang + fo : tÇn sè cña sãng mang + ϕ(t) : pha cña sãng mang Tuú theo tham sè ®−îc sö dông ®Ó mang tin: cã thÓ lµ biªn ®é A, tÇn sè fo, pha ϕ(t) hay tæ hîp gi÷a chóng mµ ta cã c¸c kiÓu ®iÒu chÕ kh¸c nhau: +§iÒu chÕ khãa dÞch biªn ®é ASK (Amplitude Shift Keying): Sãng ®iÒu biªn ®−îc t¹o ra b»ng c¸ch thay ®æi biªn ®é cña sãng mang tuú thuéc b¨ng gèc. Sãng ®iÒu biªn ®−îc t¹o ra b»ng c¸ch nh©n sãng cao tÇn h×nh sin víi b¨ng gèc. +§iÒu chÕ khãa dÞch tÇn sè FSK (Frequency Shift Keying): Sãng ®iÒu biªn ®−îc t¹o ra b»ng c¸ch thay ®æi tÇn sè sãng mang theo biªn ®é tÝn hiÖu b¨ng gèc. +§iÒu chÕ khãa dÞch pha PSK (Phase Shift Keying): : Sãng ®iÒu biªn ®−îc t¹o ra b»ng c¸ch thay ®æi pha sãng mang theo biªn ®é tÝn hiÖu b¨ng gèc. +§iÒu chÕ biªn ®é vµ pha kÕt hîp hay ®iÒu chÕ cÇu ph−¬ng QAM (Quadrature Amplitude Modulation). 1.7.2. Gi¶i ®iÒu chÕ sè Gi¶i ®iÒu chÕ lµ qu¸ tr×nh ng−îc l¹i víi qu¸ tr×nh ®iÒu chÕ, trong qu¸ tr×nh thu ®−îc cã mét trong nh÷ng tham sè: biªn ®é, tÇn sè, pha cña tÝn hiÖu sãng mang ®−îc biÕn ®æi theo tÝn hiÖu ®iÒu chÕ vµ tuú theo ph−¬ng thøc ®iÒu chÕ mµ ta cã c¸c ph−¬ng thøc gi¶i ®iÒu chÕ thÝch hîp ®Ó lÊy l¹i th«ng tin cÇn thiÕt. 1.7.3. C¸c ph−¬ng thøc ®iÒu chÕ vµ gi¶i ®iÒu chÕ sè HiÖn nay hÇu hÕt c¸c thiÕt bÞ vi ba sè ®Òu sö dông ph−¬ng ph¸p ®iÒu chÕ pha (PSK) vµ ®iÒu chÕ cÇu ph−¬ng (QAM), do vËy ch−¬ng nµy tr×nh bµy vÒ hai lo¹i ®iÒu chÕ nµy. 1.7.3.1. Ph−¬ng thøc ®iÒu chÕ PSK C¬ së to¸n häc PSK lµ ph−¬ng thøc ®iÒu chÕ mµ pha cña tÝn hiÖu sãng mang cao tÇn biÕn ®æi theo tÝn hiÖu b¨ng tÇn gèc. BiÓu thøc tÝn hiÖu sãng mang: f 0 (t) = cos(ω 0t + ϕ)
9. 8 BiÓu thøc tÝn hiÖu b¨ng gèc: s(t) lµ tÝn hiÖu ë d¹ng nhÞ ph©n (0,1) hay lµ mét d·y NRZ (Non-Return Zero). Khi ®ã, tÝn hiÖu ®iÒu pha PSK cã d¹ng: P(t) = cos{ω 0t + ϕ + [s(t).∆φ]/ 2} (1.2) Trong ®ã: ∆φ = 2π/n lµ sù sai pha gi÷a c¸c pha l©n cËn cña tÝn hiÖu. BiÔu diÔn tÝn hiÖu theo kiÓu cÇu ph−¬ng: P(t) = cos{ω 0t + ϕ + [s(t).∆φ]/ 2} = cos{[s(t).∆φ]/ 2}.cos(ω 0t + ϕ) − sin{[s(t).∆φ]/ 2}.sin(ω 0t + ϕ) ⎧a(t) = cos{[s(t).∆φ] / 2} §Æt ⎨ ⎩b(t) = − sin{[s(t).∆φ] / 2} P(t) = a(t).cos(ω 0t + ϕ) + b(t).sin(ω 0t + ϕ) (1.3) VËy, tÝn hiÖu ®iÒu pha lµ tæng cña hai tÝn hiÖu ®iÒu biªn vu«ng gãc nhau. 1.7.3.1.1. §iÒu chÕ pha 2 møc 2-PSK Tõ biÓu thøc (4.2), víi n = 2, ∆φ = π th× ta cã kiÓu ®iÒu chÕ 2-PSK hay cßn gäi lµ PSK nhÞ ph©n BPSK. TÝn hiÖu 2-PSK cã d¹ng: π P(t) = cos{ω 0t + ϕ + s(t). } (1.4) Sãng mang 2 1 0 t -1 Xung vµo 1 0 t -1 D¹ng sãng ®· ®iÒu chÕ 1 0 t -1 H×nh 1.5. TÝn hiÖu 2PSK §iÒu chÕ TÝn hiÖu b¨ng gèc s(t) lµ xung NRZ l−ìng cùc vµ s¬ ®å ®iÒu chÕ nµy sö dông mét trong hai pha lÖch nhau 180o vµ ®−îc gäi lµ PSK nhÞ ph©n (BPSK).
10. 9 π +Víi c¸c bit 1: P (t) = cos{ω t + ϕ + } 1 0 2 π +Víi c¸c bit -1: P (t) = cos{ω t + ϕ − } −1 0 2 Nh− vËy, biªn ®é cña cña tÝn hiÖu BPSK kh«ng ®æi trong qu¸ tr×nh truyÒn dÉn, nh−ng bÞ chuyÓn ®æi tr¹ng th¸i. sinωo.t cosω .t o -1 1 π H×nh 1.6. BiÓu ®å vector BPSK, ϕ = − 2 Gi¶i ®iÒu chÕ TÝn hiÖu 2-PSK ®−îc tæng hîp víi sãng mang chuÈn th«ng qua bé läc th«ng thÊp ®Ó lo¹i bá thµnh phÇn hµi bËc cao cho ta thu ®−îc tÝn hiÖu ban ®Çu. BPSK LPF s(t) Sãng mang chuÈn H×nh 1.7. S¬ ®å nguyªn lý gi¶i ®iÒu chÕ tÝn hiÖu 2-PSK. Pha cña tÝn hiÖu sãng mang chuÈn b»ng víi pha cña tÝn hiÖu thu nhËn ®−îc, nªn nÕu tÝn hiÖu thu lµ: π P(t) = 2.cos(ω t ± ) = 2.s(t).sinω t víi s(t) = ±1 (1.5) 0 2 0 th× tÝn hiÖu chuÈn lµ: ± 2.sinω 0t vµ tÝn hiÖu gi¶i ®iÒu chÕ lµ: ±s(t). 1.7.3.1.2. §iÒu chÕ pha 4 tr¹ng th¸i 4-PSK Tõ biÓu thøc (4.2), víi n = 4, ∆φ = π/2 th× ta cã kiÓu ®iÒu chÕ 4-PSK hay PSK cÇu ph−¬ng (QPSK). TÝn hiÖu 4-PSK cã d¹ng: π P(t) = cos{ω t + ϕ + s(t). } (1.6) 0 4 TÝn hiÖu b¨ng gèc s(t) lµ xung NRZ l−ìng cùc nhËn 4 gi¸ trÞ.
11. 10 §iÒu chÕ S¬ ®å nguyªn lý bé ®iÒu chÕ 4-PSK sö dông mét trong 4 pha lÖch nhau 90o, ®−îc gäi lµ 4-PSK hay PSK cÇu ph−¬ng (QPSK). b(t) = ±1 Bé quay s(t) o SPC pha 90 P(t) a(t) = ±1 Sãng mang chuÈn f0(t) = cosϖ0t H×nh 1.8. S¬ ®å nguyªn lý ®iÒu chÕ tÝn hiÖu QPSK. TÝn hiÖu b¨ng gèc ®−îc ®−a vµo bé biÕn ®æi nèi tiÕp thµnh song song, ®Çu ra ®−îc hai luång sè liÖu cã tèc ®é bit gi¶m ®i mét n÷a, ®ång thêi biÕn ®æi tÝn hiÖu ®¬n cùc thµnh tÝn hiÖu ±1. Hai sãng mang ®−a tíi hai bé trén lµm lÖch pha nhau 90o. Tæng hîp tÝn hiÖu ®Çu ra 2 bé trén ta ®−îc tÝn hiÖu 4-PSK. TÝn hiÖu ra ë 2 bé trén: M 1 (t) = a(t).cosω 0t M 2 (t) = b(t).sinω 0t víi a(t) = ±1, b(t) = ±1. TÝn hiÖu ra 4-PSK lµ: P(t) = a(t).cosω0 .t + b(t).sinω0t (1.7) a(t) 1 0 t -1 -1-1 1-1 b(t) 1 0 t -1 -11 11 P(t) H×nh 1.10 BiÓu ®å vector 1 cña ®iÒu chÕ QPSK 0 t -1 H×nh 1.9. TÝn hiÖu 4PSK
12. 11 Gi¶i ®iÒu chÕ P(t) Bé quay pha 90o Sãng mang chuÈn f0(t) = cosϖ0t H×nh 1.11. S¬ ®å nguyªn lý gi¶i ®iÒu chÕ pha 4-PSK. π Gi¶ sö tÝn hiÖu thu ®−îc lµ: P(t) = 2.cos[ω t + + ϕ(t)] 0 4 = a(t).cosω 0t + b(t).sinω 0t Víi ϕ(t) = nπ/2; n = 0,1,2,3. Vµ a(t) = ±1, b(t) = ±1. Hai tÝn hiÖu chuÈn vµo bé trén: nπ P (t) = 2.cos(ω t + ) ref 1 0 2 nπ P (t) = 2.sin(ω t + ) ref 2 0 2 TÝn hiÖu sau khi qua c¸c bé läc: π nπ a(t) 1 PLPF1 (t) = cos[ϕ(t) + − ] = = ± (1.8.a) 4 2 2 2 π nπ b(t) 1 PLPF 2 (t) = sin[ϕ(t) + − ] = = ± (1.8.b) 4 2 2 2 1.7.3.1.3. §iÒu chÕ pha 8 tr¹ng th¸i 8-PSK Tõ biÓu thøc (3.4), víi n = 8, ∆φ = π/4 th× ta cã sãng ®iÒu chÕ 8-PSK. TÝn hiÖu π 8-PSK cã d¹ng: P(t) = cos[ω t +ϕ + s(t). ] (1.9) 0 8 TÝn hiÖu b¨ng gèc s(t) nhËn 8 gi¸ trÞ. §iÒu chÕ Bé ®iÒu chÕ 8-PSK lµ sù kÕt hîp tÝn hiÖu cña 2 bé ®iÒu chÕ 4-PSK. Sãng mang cña 2 bé ®iÒu chÕ cos mét sù sai pha 45o. Mét bé m· ho¸ biÕn ®æi tÝn hiÖu ®−îc t¹o ra tõ tÝn hiÖu b¨ng gèc s(t) sau khi ®i qua bé SPC thµnh c¸c tÝn hiÖu ®iÒu chÕ.
13. 13 Víi ϕ(t) = nπ/2; n = 0,1,2, ,7. Vµ a(t) = ±1, b(t) = ±1. TÝn hiÖu chuÈn vµo bé trén: n2π P (t) = 2.cos(ω t + φ ) , víi: φ (t) = ref 1 0 R R 8 TÝn hiÖu ®É ®−îc gi¶i ®iÒu chÕ sau khi qua c¸c bé läc th«ng thÊp : π 3π P (t) = cos[ϕ(t) + −φ − ] (1.20.a) LPF1 8 R 4 π 2π P (t) = cos[ϕ(t) + −φ − ] (1.20.b) LPF 2 8 R 4 π π P (t) = cos[ϕ(t) + −φ − ] (1.20.c) LPF 3 8 R 4 π P (t) = cos[ϕ(t) + −φ ] (1.20.d) LPF 4 8 R Sau bé läc th«ng thÊp lµ c¸c bé so s¸nh nh»m x¸c ®Þnh 4 tÝn hiÖu nhÞ ph©n. C¸c m¹ch logic t¹o ra 3 tÝn hiÖu nhÞ ph©n tõ 4 ®−êng vµo b»ng c¸c xö lý logic thÝch hîp. NhËn xÐt: +Khi sè pha t¨ng lªn th× tèc ®é bit gi¶m, ®iÒu nµy sÏ lµm gi¶m b¨ng th«ng, tiÕt kiÖm ®−îc ®−êng truyÒn dÉn, cho phÐp truyÒn ®−îc nhiÒu kªnh th«ng tin. +Tuy nhiªn, khi sè pha t¨ng lªn c¸c tæ hîp bit sÏ cµng gÇn nhau h¬n, nghÜa lµ t¨ng kh¶ n¨ng m¾c lçi cña hÖ thèng. Do vËy, trong th«ng tin sè tèc ®é cao sè tr¹ng th¸i pha nhiÒu, ®Ó gi¶m kh¶ n¨ng m¾c lçi cã thÓ sö dông ph−¬ng ph¸p ®iÒu chÕ biªn ®é cÇu ph−¬ng QAM. 1.7.3.2. §iÒu chÕ biªn ®é cÇu ph−¬ng QAM §iÒu chÕ biªn ®é cÇu ph−¬ng QAM lµ ph−¬ng ph¸p ®iÒu chÕ kÕt hîp gi÷a ®iÒu chÕ biªn ®é ASK vµ ®iÒu chÕ pha PSK. Trong ph−¬ng thøc ®iÒu chÕ nµy, ta thùc hiÖn ®iÒu chÕ biªn ®é nhiÒu møc 2 sãng mang mµ 2 sãng mang nµy ®−îc dÞch pha 1 gãc 90o. TÝn hiÖu tæng cña 2 sãng mang nµy cã d¹ng võa ®iÒu biªn võa ®iÒu pha: Q1 (t) = a(t).cos[ω o .t + ϕ1 (t)] vµ Q2 (t) = b(t).sin[ω o .t + ϕ 2 (t)] TÝn hiÖu s(t) lµ tæng cña 2 thµnh phÇn ss(t) vµ sc(t) vµ ®−îc biÓu diÔn nh− sau: Q (t ) = Q 1 (t ) + Q 2 (t ) = a(t).cos[ω o .t + ϕ1 (t)] + b(t).sin[ω o .t + ϕ 2 (t)] (1.21) Nhê cã biªn ®é thay ®æi mµ c¸c tr¹ng th¸i pha cña sãng mang ®· c¸ch xa nhau, do vËy kh¶ n¨ng m¾c lçi sÏ gi¶m, ®©y còng chÝnh lµ −u ®iÓm cña QAM.
14. 14 §iÒu chÕ 2/L LPF TÝn hiÖu s(t) Bé quay M-QAM SPC pha 90o 2/L LPF Sãng mang H×nh 1.15. S¬ ®å nguyªn lý ®iÒu chÕ tÝn hiÖu M-QAM. Bé chuyÓn ®æi SPC chuyÓn ®æi tÝn hiÖu ®iÒu chÕ vµo thµnh 2 chuçi tÝn hiÖu NRZ song song. Bé biÕn ®æi 2/L cã chøc n¨ng chuyÓn ®æi chuçi NRZ thµnh chuçi tÝn hiÖu cã L = M møc. Víi L = 4 th× M = 16, ta cã ®iÒu chÕ 16-QAM, vµ víi L = 8 th× M = 64, ta cã ®iÒu chÕ 64-QAM. H×nh 1.16. BiÓu ®å kh«ng gian tÝn hiÖu 16QAM L2 - QAM C¸c møc C¸c møc H×nh 1.17. BiÓu ®å kh«ng gian tÝn hiÖu QAM nhiÒu tr¹ng th¸i.
15. 15 Gi¶i ®iÒu chÕ TÝn hiÖu M-QAM vµo: Q(t) = a(t).cosω 0t + b(t).sinω 0t TÝn hiÖu chuÈn: Qref 1 (t) = 2.cosω 0t vµ Qref 2 (t) = 2.sinω 0t Sau khi lo¹i bá thµnh phÇn hµi bËc cao ë c¸c bé läc th«ng thÊp ta sÏ cã: QLPF1 (t) = a(t) vµ QLPF 2 (t) = b(t) LPF ADC s(t) Q(t) Bé quay o pha 90 PSC LPF ADC Sãng mang chuÈn H×nh 1.18. S¬ ®å nguyªn lý gi¶i ®iÒu chÕ M-QAM. Biªn ®é cña tÝn hiÖu gi¶i ®iÒu chÕ cã L = M møc, trong ®ã M lµ sè tr¹ng th¸i tÝn hiÖu. TÝn hiÖu L møc ®−îc biÕn ®æi bëi bé biÕn ®æi ADC thµnh n/2 tÝn hiÖu 2 møc, trong ®ã L = 2n/2 vµ M = 2n. Víi 16-QAM th× n = 4, L = 4 vµ víi 64-QAM th× n = 6, L = 8. Tõ n tÝn hiÖu nµy, bé biÕn ®æi PSC sÏ t¹o nªn tÝn hiÖu gi¶i ®iÒu chÕ. 1.8 Gi¶m ®é réng b¨ng tÇn truyÒn b»ng ph−¬ng ph¸p ®iÒu chÕ nhiÒu møc. Theo ®Þnh lý Nyquist: §é réng b¨ng tÇn cña kªnh truyÒn( B ) (kªnh th«ng r thÊp) ph¶i lín h¬n hoÆc b»ng tèc ®é ký hiÖu chia 2 ( S ) ®Ó kh«ng cã hiÖn t−îng 2 r giao thoa gi÷a c¸c ký hiÖu. B ≥ S (1.22) 2 Trong hÖ thèng PCM, rS = f S b (1.23) f S ,b : lÇn l−ît lµ tÇn sè lÊy mÉu, sè bit trong tõ m·. Thay (1.23) vµo (1.22) ta ®−îc biÓu thøc vÒ ®é réng b¨ng tÇn cÇn thiÕt cña kªnh truyÒn ®Ó tr¸nh hiÖn t−îng giao thoa gi÷a c¸c ký hiÖu nh− sau: r f b B ≥ S = S (1.24) 2 2
16. 16 Gi¶ sö ta sö dông ph−¬ng ph¸p ®iÒu chÕ pha M tr¹ng th¸i. Lóc ®ã tèc ®é ký hiÖu gi¶m log 2 M lÇn. Do ®ã, ®é réng b¨ng tÇn cÇn thiÕt cña kªnh truyÒn còng gi¶m log 2 M lÇn so víi ®iÒu chÕ nhÞ ph©n hai møcnh− biÓu thøc: f b B ≥ S (1.25) 2log 2 M VÝ dô: M· ho¸ PCM mét kªnh tho¹i f S = 8KHz víi sè bit trong tõ m·: b = 8bit th× r f b 8.8 b¨ng tÇn tèi thiÓu lµ: B = S = S = = 32KHz. Trong khi ®ã, ph−¬ng ph¸p min 2 2 2 truyÒn dÉn tÝn hiÖu t−¬ng tù yªu cÇu b¨ng tÇn tho¹i 3,1KHz (0,3-3,4) KHz. Suy ra, ph−¬ng ph¸p truyÒn dÉn tÝn hiÖu sè cã b¨ng tÇn xÊp xÜ 10 lÇn so víi ph−¬ng ph¸p t−¬ng tù. NÕu sö dông ph−¬ng ph¸p ®iÒu chÕ 16-PSK cã M=16 møc th× b¨ng th«ng yªu cÇu gi¶m log 2 M = log 2 16 = 4 lÇn vµ t−¬ng ®−¬ng 8 KHz. 1.9 C¸c m· truyÒn dÉn NÕu cïng c¸c sè liÖu ®−îc truyÒn ®i liªn tôc, lçi cã thÓ ph¸t sinh khi nhËn chóng. V× thÕ viÖc phôc håi sè liÖu cùc kú khã kh¨n . Do ®ã, c¸c tÝn hiÖu nhÞ ph©n tõ thiÕt bÞ ghÐp kªnh ®−îc biÕn ®æi thµnh c¸c m· truyÒn dÉn ®Ó gi¶m lçi tÝn hiÖu trong qu¸ tr×nh truyÒn. §Ó ®¹t ®−îc ®iÒu ®ã, c¸c m· truyÒn dÉn ph¶i tho¶ m·n c¸c yªu cÇu sau ®©y: + Ph¶i phèi hîp ®Æc tÝnh phæ cña tÝn hiÖu víi ®Æc tÝnh cña kªnh truyÒn. + §¶m b¶o c¸c d·y bit ph¶i ®éc lËp thèng kª víi nhau ®Ó gi¶m l−îng tr−ît, gi¶m sù phô thuéc mÉu do c¸c mÉu lÆp g©y ra. + DÔ dµng t¸ch ®−îc xung ®ång hå vµ t¸i sinh tÝn hiÖu + §¶m b¶o ®é d− cÇn thiÕt ®Ó gi¸m s¸t lçi truyÒn dÉn vµ ph¸t hiÖn ®−îc sù cè cña thiÕt bÞ. + Ph¶i duy tr× ®é d− thõa th«ng tin ë møc thÊp cã thÓ ®−îc ®Ó gi¶m tèc ®é bÝt vµ gi¶m ®é réng b¨ng tÇn tÝn hiÖu + Gi¶m thµnh phÇn mét chiÒu cña tÝn hiÖu ®Õn møc b»ng 0. + Gi¶m c¸c thµnh phÇn tÇn sè thÊp ®Ó gi¶m xuyªn ©m vµ kÝch th−íc cña bé phËn vµ c¸c linh kiÖn trong m¹ch. TÝn hiÖu nhÞ ph©n ®¬n cùc cã thµnh phÇn mét chiÒu, cã chøa n¨ng l−îng lín trong trong phæ tÇn thÊp v× vËy kh«ng thÝch hîp cho viÖc truyÒn
17. 17 dÉn. Trong thùc tÕ ng−êi ta th−êng sö dông c¸c m· l−ìng cùc ch¼ng h¹n nh− m· truyÒn dÉn HDB3 (m· nhÞ ph©n mËt ®é cao cã cùc ®¹i 3 sè 0 liªn tiÕp), CMI 1.9.1 C¸c m· ®−êng truyÒn Trong hÖ thèng truyÒn dÉn th«ng tin Vi ba th−êng sö dông c¸c lo¹i m· HDB3, CMI, vµ do vËy ta chØ xem xÐt 2 lo¹i m· nµy. M· HDBN (High Density Binary with maximum of 3 consecutive Zeros) M· HDBN lµ m· l−ìng cùc mËt ®é cao cã cùc ®¹i N sè 0, ®©y lµ lo¹i m· c¶i tiÕn cña m· AMI thùc hiÖn viÖc thay thÕ N+1 sè 0 liªn tiÕp b»ng N+1 xung nhÞp chøa xung ph¹m luËt V vµ xung ph¹m luËt nµy sÏ ë t¹i bit thø N+1 cña c¸c m· sè 0 liªn tôc. Víi lo¹i m· HDBN nµy th× d¹ng HDB3 th−êng ®−îc sö dông trong hÖ thèng truyÒn ®Én th«ng tin vi ba sè. M· HDB3 M· HDB3 lµ m· l−ìng cùc mËt ®é cao cã cùc ®¹i lµ 3 sè 0 liªn tiÕp. Quy t¾c m· ho¸: +Møc logic 1 ®−îc m· ho¸ theo møc l−ìng cùc. +Møc logic 0 ®−îc m· ho¸ theo tr¹ng th¸i 0 th«ng th−êng. +§èi víi d·y 4 sè 0 liªn tiÕp th× ®−îc m· ho¸ theo mét trong 2 tr−êng hîp sau: OOOV hoÆc BOOV sao cho sè bit B gi÷a 2 bit Vlµ lÎ. Gi¸ trÞ 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 t nhÞ p h©n Quy luËt B 0 0 0 V B B B 0 0 V 0 t m· ho¸ +V TÝn hiÖu t HDB3 0 -V H×nh 1.19. D¹ng sãng HDB3. M· nµy kh¸ th«ng dông vµ ITU-T khuyÕn nghÞ sö dông ë tèc ®é bit 2,048Mbps; 8,448Mbps; 34,368Mbps theo tiªu chuÈn ch©u ¢u (khuyÕn nghÞ G- 703).
18. 18 M· CMI (Code Mark Inversion) M· CMI lµ m· ®¶o dÊu m·, ®©y chÝnh lµ lo¹i NRZ 2 møc. Quy t¾c m· ho¸: +Møc logic 0 ®−îc m· ho¸ thµnh c¸c sãng vu«ng d−¬ng - ©m hoÆc ©m - d−¬ng nh−ng mçi møc chØ chiÕm 1 kho¶ng thêi gian T/2. +Møc logic 1 ®−îc m· ho¸ thµnh c¸c sãng vu«ng d−¬ng - d−¬ng hoÆc ©m - ©m nh−ng mçi møc chØ chiÕm 1 kho¶ng thêi gian T theo luËt lu©n phiªn. M· CMI ®−îc ITU-T khuyÕn nghÞ sö dông ë tèc ®é bit 140Mbps theo tiªu chuÈn ch©u ¢u (khuyÕn nghÞ G-703). Ngoµi ra, cßn nhiÒu m· kh¸c nh−: m· Wal1, m· Wal2, m· Manchester, m· chuçi, m· 5B6B, tuy nhiªn chóng kh«ng ®−îc sö dông th«ng dông. Theo khuyÕn nghÞ G703 vÒ c¸c giao tiÕp cña CCITT cho chi tiÕt trë kh¸ng, lo¹i ®«i d©y dÉn møc tÝn hiÖu d¹ng khung, t¶i khung ph©n bè còng nh− m· truyÒn dÉn ë nh÷ng tèc ®é bit kh¸c nhau dïng cho hÖ Ch©u ¢u. B¶ng 1.2 M· truyÒn dÉn dïng trong vi ba sè Tèc ®é bit (Mb/s) 2.048 8.448 34.368 139.246 Lo¹i c¸p S/C C C C Trë kh¸ng(Ω) 120/75 75 75 75 M· ®−êng HDB3 HDB3 HDB3 CMI D¹ng xung chuÈn Vu«ng Vu«ng Vu«ng Vu«ng S: c¸p ®èi xøng. C: C¸p ®ång trôc.
19. 15 Ch−¬ng 2 C¸c c¬ së vÒ sãng v« tuyÕn - Pha ®inh - ThiÕt bÞ vi ba sè 2.1 Kh¸i niÖm vÒ sãng v« tuyÕn Sãng v« tuyÕn lµ sãng ®iÖn tõ cã tÇn sè tõ 30KHz ®Õn 300GHz vµ ®−îc chia ra c¸c b¨ng tÇn LF, HF, VHF, UHF vµ b¨ng tÇn cao dïng cho th«ng tin vÖ tinh. Cã hai lo¹i sãng v« tuyÕn lµ sãng däc vµ sãng ngang. Sãng däc lµ sãng lan truyÒn theo ph−¬ng chuyÓn ®éng cña nã (tiªu biÓu nh− sãng ©m thanh lan truyÒn trong kh«ng khÝ) cßn sãng ngang lµ sãng ®iÖn tõ cã vect¬ c−êng ®é ®iÖn tr−êng vµ tõ tr−êng vu«ng gãc víi nhau vµ vu«ng gãc víi ph−¬ng truyÒn sãng. C¸c sãng v« tuyÕn cã thÓ ®−îc truyÒn tõ an ten ph¸t ®Õn an ten thu b»ng hai ®−êng chÝnh: b»ng sãng bÒ mÆt vµ sãng kh«ng gian. 2.1.1 Sãng bÒ mÆt Khi sãng v« tuyÕn lan truyÒn däc theo bÒ mÆt tr¸i ®Êt, th× n¨ng l−îng truyÒn dÉn bÞ tiªu hao. Møc ®é tiªu hao nµy phô thuéc vµo h»ng sè ®iÖn dÉn vµ ®iÖn m«i hiÖu dông cña ®Êt. t−¬ng tù nh− khi sãng ®i däc theo ®−êng d©y. Khi tÇn sè sãng trªn 30MHz ®Êt cã t¸c dông nh− mét d©y dÉn kÐm g©y tiªu hao lín. Do ®ã, trong thùc tÕ khi truyÒn sãng trªn mÆt ®Êt ng−êi ta th−êng chän sãng cã tÇn sè thÊp. 2.1.2 Sãng kh«ng gian Lµ mét lo¹i sãng quan träng trong th«ng tin VHF,UHF vµ SHF. N¨ng l−îng truyÒn cña sãng kh«ng gian tõ anten ph¸t ®Õn anten thu theo ba ®−êng truyÒn t−¬ng øng víi sãng trùc tiÕp, sãng ph¶n x¹ tõ mÆt ®Êt vµ sãng ph¶n x¹ tõ tÇng ®èi l−u. BÇu khÝ quyÓn chia ra lµm 3 tÇng: + TÇng ®èi l−u: lµ líp khÝ quyÓn tõ mÆt ®Êt lªn ®Õn ®é cao kho¶ng (10 - 15)km. Cµng lªn cao mËt ®é ph©n tö khÝ cµng gi¶m, lµm thay ®æi ph−¬ng truyÒn cña c¸c tia sãng. TÇng nµy thÝch hîp cho viÖc truyÒn sãng ng¾n. + TÇng b×nh l−u: lµ líp khÝ quyÓn n»m trong miÒn tõ tÇng ®èi l−u lªn ®Õn ®é cao kho¶ng 60km, tÇng nµy cã mËt ®é ph©n tö khÝ thÊp, chiÕt suÊt khÝ cã t¸c dông lµm khóc x¹ tia sãng, ®æi ph−¬ng truyÒn, lµm cho c¸c tia sãng ph¸t tõ mÆt ®Êt lªn tÇng
20. 16 b×nh l−u sÏ bÞ ®æi ph−¬ng truyÒn quay vÒ mÆt ®Êt. Do vËy rÊt thÝch hîp cho viÖc truyÒn sãng cùc ng¾n. + TÇng ®iÖn ly: lµ tÇng khÝ quyÓn cao n»m tõ ®é cao (60 - 2000)km, miÒn nµy hÊp thô nhiÒu tia tö ngo¹i cã n¨ng l−îng lín, c¸c tia nµy cã t¸c dông ph©n ly c¸c phÇn tö khÝ trë thµnh c¸c ion tù do, ë tÇng nµy mËt ®é ph©n tö khÝ gi¶m thÊp. Khi tia sãng ®−îc ph¸t lªn gÇn tÇng ®iÖn ly th× còng bÞ ph¶n x¹ bÎ cong vµ quay trë l¹i mÆt ®Êt do vËy rÊt thÝch hîp cho viÖc truyÒn sãng ng¾n. + Sãng trùc tiÕp Lµ sãng truyÒn trùc tiÕp tõ anten ph¸t ®Õn anten thu kh«ng bÞ ph¶n x¹ trªn ®−êng truyÒn. Trong ®iÒu kiÖn truyÒn lan b×nh th−êng, nã cã biªn ®é lín nhÊt so víi c¸c sãng kh¸c ®Õn m¸y thu. + Sãng ph¶n x¹ ®Êt Sãng nµy ®Õn an ten thu sau lóc ph¶n x¹ mét vµi lÇn tõ mÆt ®Êt hoÆc tõ c¸c vËt thÓ xung quanh. Sù ph¶n x¹ kh«ng nh÷ng chØ xuÊt hiÖn trªn mÆt ph¼ng ®øng mµ cßn cã thÓ xuÊt hiÖn trªn mÆt ph¼ng ngang. Sãng ph¶n x¹ tíi anten thu cã biªn ®é vµ pha kh¸c víi biªn ®é vµ pha cña sãng trùc tiÕp, lµm tÝn hiÖu thu kh«ng æn ®Þnh. NÕu hiÖu kho¶ng c¸ch ®−êng truyÒn cña tia ph¶n x¹ vµ tia trùc tiÕp b»ng sè lÎ lÇn nöa b−íc sãng th× ë anten thu sãng ph¶n x¹ lÖch pha víi sãng trùc tiÕp mét gãc 1800 vµ kÕt qu¶ lµm suy gi¶m tÝn hiÖu sãng trùc tiÕp, ®Õn mét møc ®é nµo ®ã phô thuéc vµo biªn ®é cña sãng ph¶n x¹. + Sãng ph¶n x¹ tÇng ®èi l−u Do thay ®æi chØ sè khóc x¹ cña kh«ng khÝ theo ®é cao so víi mÆt ®Êt, nªn sãng cã thÓ bÞ ph¶n x¹, tuú theo gãc sãng tíi cã thÓ x¶y ra ph¶n x¹ toµn phÇn tõ tÇng ®èi l−u. Trong tr−êng hîp nµy xuÊt hiÖn mét biªn giíi cã t¸c dông gièng nh− mét bÒ mÆt ph¶n x¹, göi sãng trë l¹i mÆt ®Êt. Mét sè tia nµy sÏ ®Õn an ten thu, cã thÓ lµm suy gi¶m sãng trùc tiÕp do sù thay ®æi pha vµ biªn ®é g©y ra. Sãng truyÒn theo tÇng ®èi l−u cã thÓ lan réng ®Õn 10 dÆm (kho¶ng 15km). 2.2 C¸c nh©n tè ¶nh h−ëng ®Õn sù truyÒn lan sãng v« tuyÕn 2.2.1 Suy hao khi truyÒn lan trong kh«ng gian tù do Kho¶ng kh«ng mµ trong ®ã c¸c sãng truyÒn lan bÞ suy hao ®−îc gäi lµ kh«ng gian tù do. Møc suy hao cña sãng v« tuyÕn ®−îc ph¸t ®i tõ anten ph¸t ®Õn anten thu
21. 17 trong kh«ng gian tù do tû lÖ thuËn víi kho¶ng c¸ch gi÷a hai anten vµ tØ lÖ nghÞch víi ®é dµi b−íc sãng. Suy hao nµy gäi lµ suy hao truyÒn lan trong kh«ng gian tù do, 4πd ®−îc tÝnh nh− sau: L = 20log( ) [dB] (2.1) o λ d[m], λ [m]: lÇn l−ît lµ kho¶ng c¸ch truyÒn dÉn vµ b−íc sãng cña sãng v« tuyÕn. 2.2.2 ¶nh h−ëng cña pha ®inh vµ m−a Pha ®inh ®−îc ®Þnh nghÜa lµ sù thay ®æi c−êng ®é tÝn hiÖu sãng mang cao tÇn thu ®−îc do sù thay ®æi khÝ quyÓn vµ ph¶n x¹ ®Êt, n−íc trong ®−êng truyÒn sãng. Thùc tÕ cho thÊy ¶nh h−ëng do m−a vµ pha ®inh nhiÒu tia lµ nh÷ng ¶nh h−ëng lan truyÒn chñ yÕu ®èi víi c¸c tuyÕn v« tuyÕn tÇm nh×n th¼ng trªn mÆt ®Êt lµm viÖc trong d¶i tÇn GHz. V× chóng quyÕt ®Þnh c¸c tæn hao truyÒn dÉn vµ do ®ã quyÕt ®Þnh kho¶ng c¸ch lÆp cïng víi toµn bé gi¸ thµnh cña mét hÖ v« tuyÕn chuyÓn tiÕp. Pha ®inh nhiÒu tia t¨ng khi ®é dµi cña tuyÕn t¨ng tuy nhiªn nã kh«ng phô thuéc nhiÒu vµo tÇn sè. Cßn tiªu hao do m−a t¨ng lªn khi tÇn sè t¨ng. Ch¼ng h¹n, ®èi víi c¸c tuyÕn sö dông tÇn sè trªn 35GHz th−êng suy hao do m−a lín do ®ã ®Ó ®¶m b¶o chÊt l−îng tÝn hiÖu truyÒn dÉn th× c¸c kho¶ng c¸ch lÆp th−êng chän d−íi 20km, ngoµi ra viÖc gi¶m ®é dµi ®−êng truyÒn sÏ lµm gi¶m c¸c ¶nh h−ëng cña pha dinh nhiÒu tia. VËy ®èi víi c¸c ®−êng truyÒn dµi vµ cã tÇn sè ho¹t ®éng thÊp th× pha ®inh nhiÒu tia lµ ¶nh h−ëng chÝnh. Cßn ®èi víi c¸c tuyÕn ng¾n vµ cã tÇn sè ho¹t ®éng cao h¬n th× tiªu hao do m−a lµ ¶nh h−ëng chñ yÕu. B¶ng 2.1 KÕt qu¶ thùc nghiÖm vÒ suy hao do h¬i n−íc - khÝ hËu theo tÇn sè sãng v« tuyÕn cña Alcatel. Suy hao dB/km 6GHz 10GHz 20GHz 40GHz M−a võa 0,25mm/h ≈ 0 ≈ 0 0,013 0,07 M−a lín 5mm/h 0,012 0,08 0,45 1,5 B·o 50mm/h 0,22 1,2 5,5 13 B·o lín 150mm/h 1,2 5,5 18 27
22. 18 Cïng møc dù tr÷ phadinh 40dB, mét ®−êng truyÒn vi ba ë d¶i tÇn 38GHz sÏ bÞ mÊt ®i hoµn toµn do b·o lín, trong khi tuyÕn vi ba lµm viÖc ë tÇn sè 6GHz vÉn tiÕp tôc ho¹t ®éng b×nh th−êng. 2.2.4 Sù can nhiÔu cña sãng v« tuyÕn Th«ng th−êng nhiÔu x¶y ra khi cã thµnh phÇn can nhiÔu bªn ngoµi trén lÉn vµo sãng th«ng tin. Sãng can nhiÔu cã thÓ trïng hoÆc kh«ng trïng tÇn sè víi sãng th«ng tin. Ch¼ng h¹n hÖ thèng Vi ba sè ®ang sö dông bÞ ¶nh h−ëng bëi sù can nhiÔu tõ c¸c hÖ thèng vi ba sè l©n cËn n»m trong cïng khu vùc, cã tÇn sè sãng v« tuyÕn trïng hoÆc gÇn b»ng tÇn sè cña hÖ thèng nµy, ngoµi ra nã cßn bÞ ¶nh h−ëng bëi c¸c tr¹m mÆt ®Êt cña c¸c hÖ thèng th«ng tin vÖ tinh l©n cËn. 2.3 Pha ®inh Pha dinh lµ sù biÕn ®æi c−êng ®é tÝn hiÖu sãng mang cao tÇn t¹i anten thu do cã sù thay ®æi kh«ng ®ång ®Òu vÒ chØ sè khóc x¹ cña khÝ quyÓn, c¸c ph¶n x¹ cña ®Êt vµ n−íc trªn ®−êng truyÒn sãng v« tuyÕn ®i qua. Sù biÕn ®æi nµy lµ yÕu tè xÊu ®èi víi thèng th«ng tin vi ba. -Pha ®inh ph¼ng: lµm thay ®æi ®Òu tÝn hiÖu sãng mang trong mét d¶i tÇn sè (thay ®æi gièng nhau ®èi víi c¸c tÇn sè trong d¶i). -Pha ®inh lùa chän tÇn sè: lµm thay ®æi tÝn hiÖu sãng mang víi møc thay ®æi phô thuéc vµo tÇn sè, pha ®inh nµy ¶nh h−ëng lín ®Õn tuyÕn vi ba sè dung l−îng cao. Hai lo¹i pha ®inh nµy cã thÓ xuÊt hiÖn ®éc lËp hoÆc ®ång thêi v× vËy dÉn ®Õn lµm gi¸n ®o¹n th«ng tin. Sù thay ®æi tÝn hiÖu t¹i anten thu do ph¶n x¹ nhiÒu tia gäi lµ pha ®inh nhiÒu tia. 2.3.1 Pha ®inh ph¶n x¹ ®Êt NÕu ®−êng truyÒn v« tuyÕn ®i qua mÆt ®Êt hoÆc mÆt n−íc cã ®é ph¶n x¹ cao th× pha ®inh do ph¶n x¹ mÆt ®Êt lµ pha ®inh chñ yÕu so víi pha ®inh do ph¶n x¹ tõ tÇng ®èi l−u. §Æc biÖt víi c¸c ®−êng truyÒn ng¾n th× ph¶n x¹ mÆt ®Êt lµm cho c¸c tÝn hiÖu thu th¨ng gi¸ng ngÉu nhiªn do c¸c ®iÒu kiÖn khÝ t−îng g©y ra lµm biÕn ®æi c¸c tham sè truyÒn dÉn. NÕu ®−êng truyÒn v« tuyÕn ®i qua c¸c vïng nh− biÓn, hå, c¸c vïng b»ng ph¼ng vµ Èm −ít, ®Çm lÇy, th× c¸c møc tÝn hiÖu ph¶n x¹ nhá h¬n 10dB so víi møc tÝn
23. 19 hiÖu cña ®−êng truyÒn trùc tiÕp. NÕu trong tr−êng hîp tuyÕn v« tuyÕn ®i qua ®Þa h×nh cã s−¬ng mï bao phñ cã thÓ cã sù ph¶n x¹ toµn phÇn. 2.3.2 C¸c kü thuËt gi¶m ¶nh h−ëng cña pha dinh nhiÒu tia C¸c kü thuËt ®−îc sö dông ®Ó gi¶m c¸c ¶nh h−ëng cña pha dinh ph¼ng vµ pha ®inh lùa chän tÇn sè nhiÒu tia lµ dïng ph©n tËp kh«ng gian vµ ph©n tËp tÇn sè ®Ó n©ng cao chÊt l−îng cña tÝn hiÖu thu. Ph©n tËp theo kh«ng gian cïng víi c¸c anten ®Æt c¸ch nhau theo chiÒu däc kÕt hîp c¸c bé kh÷ giao thoa ph©n cùc giao nhau. HiÖu qu¶ cña kü thuËt nµy ®¶m b¶o kh«ng lµm gi¸n ®o¹n th«ng tin, th−êng ®−îc biÓu thÞ b»ng mét hÖ sè n©ng cao. Nhê ¸p dông kü thuËt ph©n tËp kh«ng gian vµ ph©n tËp tÇn sè thêi gian gi¸n ®o¹n th«ng tin gi¶m nhá so víi thêi gian yªu cÇu ®Ó hÖ thèng ®¹t ®−îc chØ tiªu chÊt l−îng ®Ò ra. 2.3.2.1 Ph©n tËp theo kh«ng gian §Þnh nghÜa: Ph©n tËp theo kh«ng gian lµ kü thuËt thu hoÆc ph¸t mét tÝn hiÖu trªn 2 anten (hoÆc nhiÒu h¬n 2 anten) víi cïng mét tÇn sè v« tuyÕn f. Kho¶ng c¸ch c¸c anten cña m¸y ph¸t vµ m¸y thu ®−îc chän sao cho c¸c tÝn hiÖu riªng biÖt ®−îc thu kh«ng t−¬ng quan nhau t−¬ng øng víi hÖ sè t−¬ng quan b»ng “0”. Trong thùc tÕ kh«ng bao giê ®¹t ®−îc gi¸ trÞ b»ng “0” nµy. Trong hÖ thèng th«ng tin tÇm nh×n th¼ng ng−êi ta ®−a ra mét c«ng thøc b¸n kinh nghiÖm biÓu thÞ hÖ sè t−¬ng quan kh«ng gian theo kho¶ng c¸ch trôc ®øng: 1/2 ρs = exp [-0,0021sf(0,4d) ] (2.2) Víi s: kho¶ng c¸ch gi÷a 2 t©m cña an ten [m] f: TÇn sè sãng v« tuyÕn [GHz] d: kho¶ng c¸ch truyÒn dÉn [km] Trong biÓu thøc nµy, ta bá qua sãng ph¶n x¹ ®Êt. Theo khuyÕn nghÞ 376-4 cña CCIR, ng−êi ta chän kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c an ten sao cho hÖ sè t−¬ng quan kh«ng gian kh«ng v−ît qu¸ 0,6. Do ®ã cã thÓ sö dông hÖ sè nÇy ®Ó lµm ng−ìng cho viÖc sö dông ph©n tËp. Kh¶ n¨ng c¶i thiÖn tÝn hiÖu thu do sö dông mét cÆp anten ®−îc x¸c ®Þnh b»ng ®é lîi ph©n tËp Ios Fm 2 −4+ 10 ⎛ s ⎞ ⎛ f ⎞ 2 10 Ios = 100⎜ ⎟ ⎜ ⎟a (2.3) ⎝ 9 ⎠ ⎝ 4 ⎠ r (d / 40)
24. 20 trong ®ã s: kho¶ng c¸ch gi÷a 2 t©m cña 2 anten [m] f: TÇn sè sãng mang v« tuyÕn [GHz] ar: HÖ sè khuÕch ®¹i ®iÖn ¸p t−¬ng ®èi cña anten ph©n tËp so víi anten [(Ad-Am)/20] chÝnh: ar = 10 Ad: lµ hÖ sè khuÕch ®¹i c«ng suÊt anten ph©n tËp [dB] Am: lµ hÖ sè khuÕch ®¹i c«ng suÊt anten chÝnh [dB] d: ®é dµi cña tuyÕn truyÒn dÉn [Km] Fm: ®é dù tr÷ pha dinh ph¼ng B»ng sù m« pháng nhiÒu lÇn t×m ®−îc vÞ trÝ tèt nhÊt cho hai anten, khi kh«ng thÓ tÝnh ®−îc vÞ trÝ, th× kho¶ng c¸ch hai anten ph¶i lín h¬n 150λ. Th«ng th−êng c«ng thøc trªn tÝnh gÇn ®óng cho mét tuyÕn cã chiÒu dµi (20 ÷ 70)Km vµ tÇn sè (2÷11)GHz E1 T1 f1 T2 E2 R2 f f1 2 R1 f 2 S2 ChuyÓn ChuyÓn S1 m¹ch m¹ch Div Div R2’ R1’ H×nh 2.2 Ph©n tËp theo kh«ng gian sö dông 4 an ten. 2.3.2.2 Ph©n tËp theo tÇn sè §Þnh nghÜa: ph©n tËp theo tÇn sè lµ kü thuËt thu hoÆc ph¸t mét tÝn hiÖu trªn hai kªnh (hoÆc nhiÒu h¬n hai kªnh) tÇn sè sãng v« tuyÕn. HÖ sè c¶i thiÖn ph©n tËp tÇn sè cã thÓ tÝnh: Iof = 0,8(1/fd)(∆f/f) 10FM/10 (2.4) Trong ®ã: f : lµ tÇn sè trung t©m cña b¨ng tÇn [GHz] d: ®é dµi cña ®−êng truyÒn [km]
25. 21 ∆f/f: lµ kho¶ng c¸ch tÇn sè t−¬ng ®èi biÓu thÞ b»ng % Fm: lµ ®é dù tr÷ pha ®inh [dB] Ph−¬ng tr×nh trªn ®óng víi c¸c gi¸ trÞ tham sè sau: 2GHz< f <11GHz; 30km< d <70km; ∆f/f ≤ 5%; Iof ≥ 5 MÆc dï c¸c hÖ thèng th«ng tin v« tuyÕn sè ph©n tËp theo tÇn sè cã thÓ cho c¸c hÖ sè c¶i thiÖn tèt h¬n nh−ng viÖc sö dông phæ tÇn kh«ng ®¹t hiÖu qu¶ cao. Ngoµi ra ®Ó t¨ng hiÖu qu¶ chèng pha ®inh ng−êi ta sö dông kÕt hîp ph©n tËp kh«ng gian vµ tÇn sè. E1 E2 T f1 T 1 3 2 R R f3 3 1 S2 ChuyÓn f3 ChuyÓn S1 m¹ch f m¹ch T 2 T 2 4 R R 4 2 H×nh 2.3. Ph©n tËp kh«ng gian vµ tÇn sè sö dông 3 anten. 2.3.2.3 ChuyÓn m¹ch b¶o vÖ Môc ®Ých cña chuyÓn m¹ch b¶o vÖ lµ ®Ó n©ng cao ®é kh¶ dông cña hÖ thèng b»ng c¸ch chuyÓn sang kªnh dù phßng khi cã hiÖn t−îng sù cè thiÕt bÞ chÝnh . Ngoµi ra còng cã thÓ ®¹t ®−îc lîi Ých kh¸c khi thiÕt bÞ b¶o vÖ chèng l¹i sù gi¸n ®o¹n th«ng tin do pha dinh lùa chän tÇn sè g©y ra b»ng c¸ch chuyÓn sang hÖ thèng dù phßng. (NghÜa lµ kªnh dù phßng ®−îc sö dông khi kªnh chÝnh bÞ sù cè hoÆc bÞ gi¸n ®o¹n th«ng tin do pha ®inh). ChÊt l−îng vµ kh¶ n¨ng s½n sµng cña hÖ thèng vi ba sè cã thÓ n©ng cao nhê sö dông mét hay 2 kªnh dù phßng ®Ó thay thÕ cã c¸c kªnh bÞ sù cè nhê thiÕt bÞ chuyÓn m¹ch tù ®éng. Th«ng th−êng khi sè kªnh truyÒn dÉn nhá h¬n hoÆc b»ng 7 (n ≤ 7) th× dïng mét kªnh dù phßng, t−¬ng øng víi cÊu h×nh (n+1). Trong thùc tÕ dïng cÊu
26. 22 h×nh (1+1) gåm mét kªnh truyÒn dÉn vµ mét kªnh dù phßng nãng HSB (Hot Standby), cã thÓ ho¹t ®éng ë cao tÇn RF hoÆc trung tÇn IF. H×nh 2.4 m« t¶ mét tuyÕn vi ba sè cã chuyÓn m¹ch b¶o vÖ b»ng kªnh dù phßng ThiÕt Tx/Rx Tx/Rx Tx/Rx Tx/Rx ThiÕt BÞ Kªnh Kªnh Kªnh Kªnh BÞ chuyÓn 1 1 1 1 chuyÓn m¹ch ChÆng truyÒn dÉn ChÆng truyÒn dÉn m¹ch Tù tù ®éng Tx/Rx Tx/Rx Tx/Rx Tx/Rx ®éng Kªnh Kªnh Kªnh Kªnh x x x x Ph©n ®o¹n chuyÓn m¹ch H×nh 2.4 N©ng cao ®é an toµn cho tuyÕn b»ng kªnh dù phßng ChuyÓn m¹ch ®−îc thùc hiÖn khi m¸y ph¸t bÞ sù cè hoÆc lµ khi cã sù lùa chän m¸y thu cho tÝn hiÖu tèt nhÊt trong 2 m¸y ®ang ho¹t ®éng. T¶i TÝn hiÖu ChuyÓn vµo m¹ch RF T1 T x GhÐp vµ t¸ch kªnh R1 TÝn hiÖu ra Bé song c«ng Rx Bé chia Bé tæ hîp chän lùa tÝn hiÖu tèt nhÊt H×nh 2.5 PhÇn ph¸t vµ phÇn thu cña hÖ thèng dù phßng nãng theo cÊu h×nh (1+1)
27. 23 B»ng ph−¬ng ph¸p ph©n tËp theo kh«ng gian trong ®ã sö dông mét anten riªng rÏ cho m¸y thu dù phßng nãng, chóng ta sÏ cã mét tuyÕn th«ng tin dù phßng nãng cho phÐp t¨ng ®Æc tÝnh truyÒn dÉn cña nã. Trong hÖ thèng chuyÓn m¹ch b¶o vÖ nhiÒu ®−êng còng cã thÓ sö dông ph©n tËp kh«ng gian vµ tÇn sè ®Ó n©ng cao ®Æc tÝnh cña hÖ thèng do ®iÒu kiÖn truyÒn lan xÊu. Trong cÊu h×nh tiÕp theo, ng−êi ta kÕt hîp kü thuËt ph©n tËp theo tÇn sè vµ chuyÓn m¹ch b¶o vÖ theo cÊu h×nh (1+1) hoÆc (n+1). Kªnh dù phßng ph¸t tÝn hiÖu trªn mét tÇn sè sãng v« tuyÕn kh¸c ®Ó tr¸nh tr−êng hîp thiÕt bÞ sù cè vµ gi¸n ®o¹n ®−êng truyÒn x¶y ra t¹i mét trong nh÷ng kªnh chÝnh. ChuyÓn m¹ch logic §iÒu chÕ + Ph¸t Kªnh 1 F BB1 1 Tx 2 ®Õn 34 Mbit/s G703 §iÒu chÕ + Ph¸t Kªnh 2 F2 Tx BB2 2 ®Õn 34 Mbit/s G703 §iÒu chÕ + Ph¸t Kªnh X FX Tx BBX 2 ®Õn 34 Mbit/s G703 H×nh 2.6 PhÇn ph¸t cña hÖ thèng vi ba sè cã kªnh X dù phßng
28. 24 ChuyÓn m¹ch logic ®−îc thùc hiÖn t¹i phÇn ph¸t khi cã yªu cÇu chuyÓn m¹ch theo kªnh phôc vô ®Õn tõ thiÕt bÞ thu ë kho¶ng c¸ch xa hoÆc trong tr−êng hîp mÊt nguån ph¸t. KiÓu Logic nµy cã thÓ ®−îc øng dông më réng cho cÊu h×nh n+1. Nã cho phÐp thùc hiÖn chuyÓn m¹ch kh«ng sai sè ®èi víi c¶ phÇn ph¸t lÉn phÇn thu. Gi¶ sö bé phËn ®iÒu chÕ vµ ph¸t cña kªnh 1 bÞ sù cè ®ét suÊt, chuyÓn m¹ch logic sÏ t¸c ®éng ®iÒu khiÓn tÝn hiÖu tõ b¨ng th«ng c¬ së BB1 qua khèi chuyÓn m¹ch vµo bé phËn ®iÒu chÕ vµ ph¸t cña kªnh X ®Ó ph¸t ®i trªn tÇn sè sãng v« tuyÕn FXTX ®Ó ®Õn m¸y thu, ®ång thêi tÝn hiÖu tõ b¨ng th«ng c¬ së BBX còng ®−îc t¸ch ra khái khèi chuyÓn m¹ch, kh«ng ®−îc chuyÓn ®i, nh−êng kªnh dù phßng X cho kªnh 1. ChuyÓn m¹ch logic Thu + Gi¶i ®iÒu chÕ F1 Kªnh 1 B¨ng tÇn gèc Rx 2 ®Õn 34 Kªnh 1 Mbit/s G703 Thu + Gi¶i ®iÒu chÕ F2 Kªnh 2 B¨ng tÇn gèc Rx 2 ®Õn 34 Kªnh 2 Mbit/s G703 Thu + Gi¶i ®iÒu chÕ F Kªnh B¨ng tÇn gèc X 2 ®Õn 34 Kªnh x Rx Mbit/s G703 H×nh 2.7 PhÇn thu cña hÖ thèng vi ba sè cã kªnh X dù phßng T¹i phÇn thu chuyÓn m¹ch logic sÏ thùc hiÖn t−¬ng tù nh− phÇn ph¸t ®Ó thu tÝn hiÖu cña kªnh 1 nhê bé thu vµ gi¶i ®iÒu chÕ cña kªnh X nh− trªn h×nh vÏ. ChuyÓn m¹ch logic ®−îc thùc hiÖn t¹i m¸y thu dùa trªn sù ph©n tÝch kÕt qu¶ cña tr−êng tÝn hiÖu hoÆc dùa vµo tØ lÖ lçi bit thu ®−îc.
29. 25 2.4 C¸c chØ tiªu kü thuËt cña vi ba sè 2.4.1 Ph©n bè tÇn sè luång cao tÇn TÇn sè luång cao tÇn ë ®©y lµ tÇn sè thu ph¸t cña thiÕt bÞ v« tuyÕn, viÖc lùa chän ph−¬ng ¸n ph©n bè tÇn sè phô thuéc vµo: - Ph−¬ng thøc ®iÒu chÕ sè. - C¸ch s¾p xÕp c¸c luång cao tÇn. - §Æc tÝnh cña m«i tr−êng truyÒn sãng. Theo khuyÕn nghÞ cña cña CCITT vÒ vi ba sè th× d¶i tÇn lµm viÖc nªn chän tõ 2GHz ®Õn 23GHz. NÕu sãng mang gi÷a c¸c luång cao tÇn kh«ng ®−îc ph©n chia ®óng th× cã sù can nhiÔu gi÷a chóng vµ t¹p ©m sÏ t¨ng lªn. C¸c luång l©n cËn nªn c¸ch nhau 29 ®Õn 40 MHz vµ ph©n cùc trùc giao. 2.4.2 C«ng suÊt ph¸t C«ng suÊt ph¸t còng gièng nh− ë vi ba t−¬ng tù, phô thuéc vµo cù ly vµ ®é nh¹y m¸y thu ®Ó ®¶m b¶o tØ sè lçi bit cho phÐp. §¬n vÞ c«ng suÊt ph¸t tÝnh b»ng dBm. P0 = 1mw P P TX TX [dBm] (2.5) PTXdBm =10log10 =10log10 P0 1mW 2.4.3 §é nh¹y m¸y thu hay ng−ìng thu Lµ møc tÝn hiÖu cao tÇn tèi thiÓu ®Õn ë ®Çu vµo m¸y thu ®Ó nã ho¹t ®éng b×nh th−êng, nghÜa lµ tho¶ m·n tØ sè lçi bit (BER) cho tr−íc t−¬ng øng víi tèc ®é bÝt nhÊt ®Þnh. 2.4.4 TØ sè bit lçi BER Sè bÝt lçi BER = % (2.6) Sè bit truyÒn di §Ó th«ng tin ®¹t ®−îc ®é tin cËy cao, ®¶m b¶o cho thiÕt bÞ ho¹t ®éng kh«ng nhÇm lçi th× tØ sè nµy cµng nhá cµng tèt, b×nh th−êng còng ph¶i ®¹t 10−3 , víi chÊt l−îng tèt h¬n ph¶i ®¹t 10−6 . Víi yªu cÇu BER cho tr−íc m¸y thu ph¶i cã mét ng−ìng thu t−¬ng øng. 2.4.5 Ph−¬ng thøc ®iÒu chÕ vµ gi¶i ®iÒu chÕ
30. 26 Th«ng th−êng trong vi ba sè, tïy theo tèc ®é bit (dung l−îng kªnh) ng−êi ta th−êng dïng c¸c ph−¬ng thøc ®iÒu chÕ nh− QPSK (hoÆc 4PSK hay QAM) hoÆc QAM nhiÒu møc, ch¼ng h¹n (16QAM, 64QAM) Ph−¬ng thøc gi¶i ®iÒu chÕ ®−îc chän t−¬ng øng víi ph−¬ng thøc ®iÒu chÕ thùc hiÖn t¹i m¸y ph¸t. Th«ng th−êng, trong viÖc gi¶i ®iÒu chÕ cã 2 ph−¬ng ph¸p lµ t¸ch sãng kÕt hîp (Coherent), hoÆc t¸ch sãng kh«ng kÕt hîp. T¸ch sãng kÕt hîp ®ßi hái m¸y thu sù kh«i phôc l¹i sãng mang ®ång pha víi ®µi ph¸t nªn cÊu h×nh phøc t¹p nh−ng chÊt l−îng tÝn hiÖu cao h¬n so víi t¸ch sãng kh«ng kÕt hîp. 2.4.6 Trë kh¸ng vµo m¸y thu vµ trë kh¸ng ra m¸y ph¸t VÊn ®Ò phèi hîp trë kh¸ng ®èi víi m¹ch cao tÇn rÊt quan träng, c¸c bé phËn kÕt nèi vµo m¸y ph¸t vµ m¸y thu ph¶i phèi hîp ®−îc trë kh¸ng. NÕu viÖc phèi hîp trë kh«ng tèt sÏ lµm ¶nh h−ëng ®Õn chÊt l−îng tÝn hiÖu, c«ng suÊt ph¸t hoÆc thu kh«ng ®¹t cùc ®¹i, ngoµi ra cßn g©y ra sãng ph¶n x¹, g©y mÊt c©n b»ng lµm gi¶m ®é nh¹y m¸y thu. Th«ng th−êng trë kh¸ng ra cña m¸y ph¸t vµ trë kh¸ng vµo m¸y thu ®−îc chuÈn ho¸ lµ 50Ω do ®ã trë kh¸ng vµo ra cña c¸c bé läc, èng dÉn sãng, phi ®¬ ph¶i lµ 50Ω. 2.4.7 Tèc ®é ë b¨ng tÇn gèc Tèc ®é ë b¨ng gèc lµ tèc ®é d·y sè liÖu vµo ra m¸y thu ph¸t v« tuyÕn VÝ dô: ThiÕt bÞ vi ba sè RMD 1502/4 HDB3 2*2048kb/s 9470LX HDB3 4*2048kb/s Mini-link HDB3 2*2048kb/s víi trë kh¸ng 75 Ω kh«ng c©n b»ng 2.4.8 Kªnh nghiÖp vô Cã c¸c chØ tiªu vÒ ®iÒu chÕ, møc vµo ra, tØ sè S/N, tÇn sè b¸o gäi (kªnh nghiÖp vô th−êng ®−îc ®iÒu chÕ FM hoÆc FSK). 2.4.9 Kªnh gi¸m s¸t vµ ®iÒu khiÓn tõ xa Còng cã c¸c chØ tiªu nh− kªnh nghiÖp vô (cã thÓ ®−îc ®iÒu chÕ theo ph−¬ng thøc ASK ,FSK). Ng−êi ta sö dông kªnh nµy ®Ó khai th¸c qu¶n lý vµ gi¸m s¸t thiÕt bÞ.
31. 27 2.5 thiÕt bÞ an ten Yªu cÇu chÝnh cña thiÕt bÞ an ten cho mét hÖ thèng v« tuyÕn lµ cã suy hao truyÒn dÉn nhá vµ kinh tÕ (hiÖu suÊt bøc x¹ an ten cao), hÖ sè khuÕch ®¹i lín. 2.5.1 Anten Anten lµ mét giao diÖn chÝnh gi÷a thiÕt bÞ ®iÖn vµ m«i tr−êng truyÒn sãng, tuú thuéc vµo tÇn sè, c«ng nghÖ vµ c«ng dông. Anten YAGI ®−îc sö dông cho tÇn sè 400MHz ÷ 900MHz. Anten Parabol ®−îc sö dông cho tÇn sè tõ 1GHz ®Õn 60GHz, bé phËn ph¶n x¹ ®−îc chÕ t¹o b»ng kim lo¹i hoÆc nhùa cã phñ mét líp kim lo¹i máng ë mÆt lâm cña an ten. Khi tÇn sè nhá h¬n 4GHz bé phËn ph¶n x¹ cã thÓ ®−îc chÕ t¹o b»ng viÖc phñ kim lo¹i trªn c¸c thanh máng ®Ó lµm gi¶m träng l−îng anten vµ lµm cho giã l−ít xuyªn. PhÇn chÝnh cña mét anten Parabol B D PhÔu thu sãng d F 0 θ0 D©y dÉn sãng A H×nh 2.8 s¬ ®å kÝch th−íc cña mét anten Parabol S¬ ®å cÊu t¹o cña anten parabol ®−îc biÓu diÔn nh− h×nh 2.8. Trong ®ã: D: §−êng kÝnh anten [m] d: BÒ s©u lßng ch¶o, ®−îc tÝnh tõ t©m ®Õn mÆt miÖng ch¶o [m] F: Tiªu cù cña ch¶o, ®−îc tÝnh tõ t©m ch¶o ®Õn tiªu ®iÓm F cña nã.
32. 28 Mèi liªn hÖ gi÷a tiªu cù, bÒ s©u lßng ch¶o vµ ®−êng kÝnh ch¶o ®−îc biÓu diªnc theo D 2 biÓu thøc: F = (2.7) 16d Khi pha cña nguån s¬ cÊp ®Æt ngay t©m F cña Parabol th× c¸c sãng bøc x¹ ®Òu ®ång pha. §é lîi cña anten parabol ®−îc tÝnh theo biÓu thøc: 2 2 4πS ⎛ πD ⎞ ⎛ πDf ⎞ GdB = 10 lgη = 10 lgη⎜ ⎟ 10 lgη⎜ ⎟ [dB] (2.8) λ2 ⎝ λ ⎠ ⎝ c ⎠ Trong ®ã: S: DiÖn tÝch (tiÕt diÖn) bÒ mÆt an ten [m2] η: HiÖu suÊt cña an ten tõ (0,5 ÷ 0,7) B¶ng 2.2 §é lîi cña an ten theo hiÖu suÊt vµ tÇn sè (sè liÖu cña h·ng Alcatel) TÇn sè 2GHz 4GHz 8GHz 13GHz 23GHz 38GHz D / η 50% 50% 60% 60% 70% 70% 3,7m 32dB 38dB 45dB 2,4m 28dB 34dB 42dB 46dB 1,2m 28dB 36dB 40dB 46dB 0,6m 34dB 40dB 44dB 0,3m 34dB 38dB Sù biÕn ®æi cña h×nh d¹ng anten parabol hoÆc sai lÖch tiªu cù ®Òu cã thÓ dÉn ®Õn suy gi¶m trÞ sè ®é lîi cña nã. C¸c an ten cã thÓ ®−îc dïng ®Ó ph¸t hoÆc thu nhËn sãng theo mét hoÆc 2 ph©n cùc (ph©n cùc ®øng hoÆc ph©n cùc ngang). 2.5.2 BiÓu ®å bøc x¹ PhÇn chÝnh cña n¨ng l−îng ®−îc tËp trung ë bóp sãng chÝnh nh−ng mét phÇn n¨ng l−îng sÏ bÞ bøc x¹ theo c¸c bóp sãng phô, ®iÒu nµy dÉn ®Õn hiÖn t−îng giao thoa t¹i c¸c ®iÓm nót. Gãc më θ ë 3dB phô thuéc vµo ®−êng kÝnh anten vµ b−íc sãng ®−îc tÝnh theo biÓu thøc sau: 70λ θ ≈ (2.9) −3db D
33. 29 Trong ®ã: D §−êng kÝnh an ten λ B−íc sãng BW 1/2 bÒ réng chïm c«ng suÊt 3dB Biªn ®é (dB) Chïm sãng chÝnh Chïm sãng phô Trôc an ten 0 H×nh 2.9 BiÓu ®å bøc x¹ cña anten Parabol B¶ng 2.3 gãc ph¸t x¹ theo ®−êng kÝnh anten (sè liÖu cña h·ng Alcatel) TÇn sè 2GHz 4GHz 8GHz 13GHz 23GHz 38GHz 3,7m 2,80 1,40 0,70 2,4m 4,40 2,20 1,10 0,70 1,2m 2,20 1,30 0,80 êng knh 0 0 0 − 0,6m 2,7 1,5 0,9 § 0,3m 3, 00 1,80
34. 31 Ch−¬ng 3 thiÕt kÕ tuyÕn vi ba 3.1 Qui ®Þnh chung ViÖc thiÕt kÕ tuyÕn th«ng tin nãi chung vµ tuyÕn vi ba sè nãi riªng ®−îc tiÕn hµnh trªn c¬ së: + Dù ¸n b¸o c¸o kh¶ thi ®· ®−îc c¸c cÊp cã thÈm quyÒn phª duyÖt. + Hå s¬ kh¶o s¸t, thuyÕt minh chÝnh x¸c vÒ néi dung x©y l¾p, c¸c sè liÖu tiªu chuÈn cÇn ®¹t ®−îc. + C¸c v¨n b¶n thñ tôc hµnh chÝnh cña c¬ quan trong vµ ngoµi ngµnh liªn quan ®Õn ®Þa ®iÓm, mÆt b»ng x©y dùng tr¹m. + C¸c tiªu chuÈn, qui tr×nh, qui ph¹m x©y dùng cña nhµ n−íc vµ cña ngµnh + C¸c ®Þnh møc vµ dù to¸n cã liªn quan ®Ó ¸p dông trong thiÕt kÕ. + Hå s¬ tµi liÖu thu thËp ®−îc trong qu¸ tr×nh kh¶o s¸t vµ ®o ®¹c ViÖc thiÕt kÕ cÇn ph¶i ®¶m b¶o ®óng tiªu chuÈn, qui tr×nh, qui ph¹m cña nhµ n−íc ban hµnh, nh−: + §¨ng ký tÇn sè lµm viÖc cña thiÕt bÞ víi Côc tÇn sè v« tuyÕn ®iÖn Quèc gia. + An toµn vÒ phßng chèng thiªn tai, b·o lôt. + An toµn khi cã gi«ng sÐt, ®¶m b¶o chÊt l−îng cña c¸c hÖ thèng chèng sÐt, tiÕp ®Þa cho thiÕt bÞ vµ th¸p anten theo qui ph¹m cña ngµnh 3.1.2 Néi dung thiÕt kÕ 3.1.2.1 PhÇn thuyÕt minh ThuyÕt minh tæng quan vÒ c¬ së lËp thiÕt kÕ kü thuËt vµ c¸c b¶n vÏ , tãm t¾t c¸c néi dung thiÕt kÕ ®−îc chän, ®Ò ra c¸c ph−¬ng ¸n thiÕt kÕ, nªu c¸c th«ng sè vµ chØ tiªu ®¹t ®−îc cña c«ng tr×nh theo ph−¬ng ¸n ®· chän. 3.1.2.2 PhÇn b¶n vÏ §−a ra c¸c b¶n ®å tæng thÓ c¸c vÞ trÝ cña 2 tr¹m tØ lÖ 1/250.000 hoÆc 1/500.000 tuú theo yªu cÇu cÊp chÝnh x¸c cÇn cho tr−íc vµ c¸c b¶n vÏ tuyÕn cÇn thÓ hiÖn. C¸c b¶n vÏ
35. 32 vÒ s¬ ®å mÆt c¾t nghiªng cña tuyÕn vµ c¸c s¬ ®å nguyªn lý tæ chøc th«ng tin gi÷a hai tr¹m. 3.1.2.3 PhÇn tæng dù to¸n C¸c c¬ së ®Ó lËp tæng dù to¸n bao gåm c¸c biÓu ®Þnh møc, biÓu ®¬n gi¸ vµ khèi l−îng c«ng tr×nh. Tõ ®ã lËp tæng dù to¸n cña c«ng tr×nh. 3.2 TÝnh to¸n ®−êng truyÒn 3.2.1 Néi dung viÖc tÝnh to¸n ®−êng truyÒn + TÝnh to¸n ®−êng truyÒn dÉn. + TÝnh to¸n chØ tiªu chÊt l−îng. + TÝnh to¸n thêi gian mÊt th«ng tin. + L¾p ®Æt thiÕt bÞ, anten, ®−a hÖ thèng vµo ho¹t ®éng thö nghiÖm ®Ó kiÓm tra. TiÕn hµnh ®o c¸c th«ng sè sau khi l¾p ®Æt nh− (c«ng suÊt m¸y ph¸t, ph©n tÝch khung 2Mbit/s, tØ sè bit lçi BER10 -3 vµ BER10 -6 trong 24 giê C«ng viÖc tÝnh to¸n ®−êng truyÒn ®−îc b¾t ®Çu tõ nh÷ng sè liÖu thùc tÕ vÒ ®−êng truyÒn, ®Æc ®iÓm ®Þa h×nh, ®é dµi tuyÕn, dung l−îng sö dông. Tr×nh tù tÝnh to¸n ®−îc tiÕn hµnh theo c¸c b−íc nh− sau: 3.3 Kh¶o s¸t vÞ trÝ ®Æt tr¹m Trong môc nµy ta sÏ kh¶o s¸t bµi to¸n thiÕt kÕ mét tuyÕn ®¬n chØ cã hai tr¹m truyÒn dÉn. Tr−íc tiªn, cÇn tiÕn hµnh mét sè c«ng viÖc nh− sau: - X¸c ®Þnh tuyÕn trªn b¶n ®å. (cÇn t×m b¶n ®å ®Þa h×nh cña khu vùc x©y tr¹m) - T¹o nªn c¸c b¶n vÏ mÆt c¾t nghiªng cña tuyÕn. Tõ c¸c yªu cÇu thùc tÕ cña mét tuyÕn vi ba gåm: vÞ trÝ tr¹m, kho¶ng c¸ch tr¹m, dung l−îng truyÒn dÉn, ®Þa h×nh tuyÕn sÏ ®i qua ta tiÕn hµnh ®¸nh dÊu hai ®Çu cuèi cña tr¹m trªn b¶n ®å cña Së ®o ®¹c ®Ó x¸c ®Þnh chÝnh x¸c kinh ®é, vÜ ®é cña mçi tr¹m. C¸c th«ng sè to¹ ®é nµy ®−îc sö dông ®Ó ®iÒu chØnh c¸c anten ë mçi tr¹m trong giai ®o¹n l¾p ®Æt thiÕt bÞ. Ký hiÖu trªn b¶n ®å : tr¹m A lµ tr¹m thø nhÊt vµ tr¹m B lµ tr¹m thø hai. Sau ®ã vÏ mét mÆt c¾t nghiªng cña ®−êng truyÒn. H×nh dung mÆt c¾t nµy nh− mét con dao c¾t rêi qu¶ ®Êt däc theo h−íng cña tia v« tuyÕn. H×nh 3.1 thÓ hiÖn mÆt c¾t ®−êng truyÒn gi÷a hai tr¹m A vµ B.
36. 33 θ ha2 ha1 d1 d2 Tr¹m A d Tr¹m B H×nh 3.1 mÆt c¾t ®−êng truyÒn gi÷a hai tr¹m A vµ B. MÆc dï mÆt ®Êt cã ®é cong nh−ng ®Ó ®¬n gi¶n trong tÝnh to¸n ng−êi ta th−êng vÏ mÆt c¾t nghiªng øng víi hÖ sè b¸n kÝnh hiÖu dông cña tr¸i ®Êt lµ k = 4/3. Ph−¬ng tr×nh sau cho ta x¸c ®Þnh chç låi cña mÆt ®Êt: d d h= 1 2 1000 (3.1) 2r1.k r1 lµ b¸n kÝnh qu¶ ®Êt 6370 [km] h = (4/51)d1d2/ k [m] (3.2) k lµ hÖ sè b¸n kÝnh cña qu¶ ®Êt d1, d2 [km]: lÇn l−ît lµ kho¶ng c¸ch tõ tr¹m A vµ tr¹m B ®Õn ®iÓm ®ang xÐt ®é låi cña mÆt ®Êt. h lµ ®é låi thùc cña mÆt ®Êt t¹i ®iÓm ®ang xÐt. Nh− vËy trªn mÆt c¾t nghiªng nµy thÓ hiÖn ®−îc bÒ mÆt cña ®Þa h×nh. Ngoµi ra nã còng cã thÓ biÓu diÔn ®−îc c¶ ®é cao cña c©y cèi c¸c vËt ch¾n trªn ®−êng truyÒn nèi hai tr¹m A, B ch¼ng h¹n nh− c¸c gß, ®åi, c¸c nhµ cao tÇng §èi víi kho¶ng truyÒn dÉn dµi, ®é cong cña mÆt ®Êt lín th× cÇn ph¶i tÝnh to¸n ®Õn ®é n©ng cña vÞ trÝ tr¹m. §é n©ng ®−îc vÏ däc c¸c ®−êng th¼ng ®øng nªn kh«ng ®i däc theo ®−êng b¸n kÝnh xuÊt ph¸t tõ t©m qu¶ ®Êt. 3.4 Chän tÇn sè lµm viÖc C«ng viÖc nµy liªn quan ®Õn viÖc chän thiÕt bÞ cho tuyÕn vµ liªn quan ®Õn tÇn sè sãng v« tuyÕn cña c¸c hÖ thèng l©n cËn. ViÖc chän lùa tÇn sè ph¶i tr¸nh can nhiÔu víi c¸c tÇn sè kh¸c ®· tån t¹i xung quanh khu vùc, xem xÐt cã thÓ bè trÝ viÖc ph©n cùc
37. 34 anten nh− thÕ nµo cho hîp lý . Khi sö dông c¸c thiÕt bÞ th× gi¸ trÞ c¸c tiªu chuÈn ®−îc chän theo khuyÕn nghÞ cña CCIR . 3.5 VÏ mÆt c¾t ®−êng truyÒn vµ tÝnh c¸c th«ng sè liªn quan 3.5.1 TÝnh kho¶ng c¸ch tia truyÒn phÝa trªn vËt ch¾n Sau khi ®· chän ®−îc tÇn sè lµm viÖc cho tuyÕn, ta tÝnh miÒn Fresnel thø nhÊt. §ã lµ miÒn cã d¹ng h×nh elip tõ anten ph¸t ®Õn anten thu; lµ mét m«i tr−êng v©y quanh tia truyÒn th¼ng. §−êng biªn cña miÒn Fresnel thø nhÊt t¹o nªn quü tÝch sao cho bÊt kú tÝn hiÖu nµo ®i ®Õn anten thu qua ®−êng nµy sÏ dµi h¬n so víi ®−êng trùc tiÕp mét nöa b−íc sãng (λ/2) cña tÇn sè sãng mang. MiÒn bªn trong cña elip thø nhÊt nµy gäi lµ miÒn Fresnel thø nhÊt. NÕu tån t¹i mét vËt c¶n ë r×a cña miÒn Fresnel thø nhÊt th× sãng ph¶n x¹ sÏ lµm suy gi¶m sãng trùc tiÕp, møc ®é suy gi¶m tuú thuéc biªn ®é cña sãng ph¶n x¹. Do ®ã viÖc tÝnh to¸n ®èi víi miÒn Fresnel thø nhÊt ®ßi hái cã tÝnh chÝnh x¸c ®Ó viÖc th«ng tin gi÷a hai tr¹m kh«ng bÞ ¶nh h−ëng ®¸ng kÓ bëi sãng ph¶n x¹ nµy. B¸n kÝnh cña miÒn Fresnel thø nhÊt (F1) ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: d1d 2 1/2 F1 = λ = 17,32[d1d2 / (fd)] [m] (3.3) d d1, d2 [km]: lÇn l−ît lµ kho¶ng c¸ch tõ tr¹m A vµ tr¹m B ®Õn ®iÓm ë ®ã b¸n kÝnh miÒn Fresnel ®−îc tÝnh to¸n. d [km] lµ kho¶ng c¸ch gi÷a hai tr¹m, d = d1 + d2 f lµ tÇn sè sãng mang [GHz]. Trong thùc tÕ, th−êng gÆp ®−êng truyÒn ®i qua nh÷ng ®Þa h×nh kh¸c nhau cã thÓ ch¾n miÒn Fresnel thø nhÊt g©y nªn tæn hao trªn ®−êng truyÒn. ë c¸c lo¹i ®Þa h×nh nµy cã thÓ cã vËt ch¾n h×nh nªm trªn ®−êng truyÒn vµ c¸c lo¹i ch−íng ng¹i kh¸c. H×nh 3.2 chØ ra m« h×nh cña vËt ch¾n trªn ®−êng truyÒn dÉn, trong ®ã F1 lµ b¸n kÝnh miÒn Fresnel thø nhÊt, F lµ kho¶ng hë thùc; lµ kho¶ng c¸ch gi÷a tia trùc tiÕp vµ mét vËt ch¾n h×nh nªm t¹i ®iÓm tÝnh to¸n miÒn Fresnel thø nhÊt.
38. 35 Âæåìng træûc tiãúp Miãön Fresnel thæï nháút ha 1 F Hçnh nãm ha2 Âäü läöi màût âáút d1 d2 d Traûm A Khoaíng caïch Traûm B H×nh 3.2 MÆt c¾t nghiªng ®−êng truyÒn vµ miÒn Fresnel thø nhÊt Theo c¸c chØ tiªu thiÕt kÕ vÒ kho¶ng hë ®−êng truyÒn ®−îc khuyÕn nghÞ th× ®é cao tèi thiÓu cña anten ®¶m b¶o sao cho tÝn hiÖu kh«ng bÞ nhiÔu x¹ bëi vËt ch¾n n»m trong miÒn Fresnel thø nhÊt lµ F = 0,577F1. NghÜa lµ ®−êng trùc tiÕp gi÷a m¸y thu vµ m¸y ph¸t cÇn mét kho¶ng hë trªn mÆt ®Êt hoÆc trªn mét vËt ch¾n bÊt kú Ýt nhÊt lµ vµo kho¶ng 60% b¸n kÝnh miÒn Fresnel thø nhÊt ®Ó ®¹t ®−îc c¸c ®iÒu kiÖn truyÒn lan trong kh«ng gian tù do. 3.5.2 TÝnh chän chiÒu cao cña th¸p anten §Ó tÝnh ®é cao cña th¸p anten th× tr−íc tiªn ph¶i x¸c ®Þnh ®−îc ®é cao cña tia v« tuyÕn truyÒn gi÷a hai tr¹m. Trªn c¬ së cña ®é cao tia ®· cã ®Ó tÝnh ®é cao tèi thiÓu cña th¸p anten ®Ó thu ®−îc tÝn hiÖu. ViÖc tÝnh to¸n ®é cao cña tia v« tuyÕn còng ph¶i dïng ®Õn s¬ ®å mÆt c¾t nghiªng ®−êng truyÒn nèi hai tr¹m trong ®ã cã xÐt ®Õn ®é cao cña vËt ch¾n (O), ®é cao cña c©y cèi (T) gi÷a tuyÕn vµ b¸n kÝnh cña miÒn Fresnel thø nhÊt (F1). BiÓu thøc x¸c ®Þnh ®é cao cña tia v« tuyÕn nh− sau: B = E(k) + (O + T) + C.F1 ⎧ 4 ⎫ ⎨ d1d 2 ⎬ ⎩51 ⎭ d1d 2 = + ()O + T +17,32C [m] (3.4) k df d, d1,d2, f ®−îc dïng nh− trong c«ng thøc (3.2)
39. 36 k: lµ hÖ sè b¸n kÝnh cña qu¶ ®Êt, k = 4/3. C: lµ hÖ sè hë, C = 1 Th«ng th−êng th× ®é cao cña tia B ®−îc tÝnh to¸n t¹i ®iÓm cã mét vËt ch¾n cao nhÊt n»m gi÷a tuyÕn. ha1 CF 1 ha2 Bi Ti+Oi E d d 1 2 d Traûm A Traûm B H×nh 3.3 X¸c ®Þnh ®é cao tia B ®Ó lµm hë mét vËt ch¾n. C¸c ®é cao cña c©y cèi vµ vËt ch¾n gi÷a tuyÕn ®−îc x¸c ®Þnh tõ b−íc kh¶o s¸t ®−êng truyÒn. H×nh 3.3 biÓu diÔn mÆt c¾t ®−êng truyÒn cña tuyÕn cïng víi c¸c vËt ch¾n gi÷a tuyÕn vµ cã xÐt ®Õn miÒn Fresnel thø nhÊt. Sau khi ®· cã ®−îc ®é cao tuyÕn, ta tÝnh ®é cao cña anten ®Ó lµm hë mét vËt ch¾n n»m gi÷a tuyÕn (tøc kh«ng g©y nhiÔu ®Õn ®−êng truyÒn v« tuyÕn). ë b−íc kh¶o s¸t ®Þnh vÞ tr¹m, ta ®· x¸c ®Þnh ®−îc ®é cao cña hai vÞ trÝ ®Æt tr¹m so víi mÆt n−íc biÓn t−¬ng øng lµ h1 vµ h2. Hai th«ng sè nµy kÕt hîp víi ®é cao B cña tia nh− ®· tÝnh to¸n ë trªn sÏ tÝnh ®−îc ®é cao cña cét an ten cßn l¹i khi biÕt tr−íc ®é cao cña mét cét an ten. ha1 = h2 + ha2 + [B - (h2 + ha2)](d/d2) - h1 [m] (3.5) ha2 = h1 + ha1 + [B - (h1 + ha1)](d/d1) - h2 [m] Trong ®ã: ha1, ha2 [m] lµ ®é cao cña mét trong hai anten cÇn ®−îc tÝnh. d1, d2 [km] lµ kho¶ng c¸ch tõ mçi tr¹m ®Õn vÞ trÝ ®· tÝnh to¸n ®é cao cña tia B. Nh− vËy khi biÕt ®−îc ®é cao cña mét an ten th× cã thÓ tÝnh ®−îc ®é cao cña an ten kia sao cho kh«ng lµm gi¸n ®o¹n tia truyÒn cña hai tr¹m. H×nh 3.4 minh ho¹ c¸ch tÝnh to¸n ®é cao cña an ten nãi trªn
40. 37 θ h1 + ha1 B ha2 d1 d2 d Traûm A Traûm B θ h2 + ha2 ha1 B1B d1 d2 d Traûm A Traûm B H×nh 3.4 Minh ho¹ viÖc tÝnh ®é cao cña mét anten khi biÕt ®é cao anten kia. Tuy nhiªn nh− ®· ®Ò cËp ë phÇn tr−íc, ®Ó ®¶m b¶o cho hÖ thèng ho¹t ®éng kh«ng chÞu ¶nh h−ëng cña c¸c yÕu tè trong t−¬ng lai th× ®é cao an ten ph¶i sö dông mét kho¶ng dù phßng, phô thuéc vµo ng−êi thiÕt kÕ. Khi ®ã c¸c ®é cao cña c¸c an ten thùc tÕ ph¶i lµ har1, har2 do ®· ®−îc céng víi mét l−îng ®é cao dù phßng lµ Ph1 hoÆc Ph2 nh− sau: har1 = ha1 + Ph1 [m] (3.6) har2 = ha2 + Ph2 [m] (3.7) 3.5.3 TÝnh to¸n c¸c nh©n tè ¶nh h−ëng ®Õn ®−êng truyÒn C«ng suÊt tÝn hiÖu truyÒn gi÷a tr¹m ph¸t ®Õn tr¹m thu bÞ suy hao trªn ®−êng truyÒn. Khi ph¸t mét c«ng suÊt Pt ë phÝa ph¸t th× ë bªn thu sÏ ®−îc mét c«ng suÊt lµ Pt/ vµ do suy hao nªn Pt > Pt/. Sù mÊt m¸t c«ng suÊt nµy do c¸c yÕu tè g©y nhiÔu ®−êng truyÒn; ®−îc xem xÐt d−íi ®©y. +§é dù tr÷ pha dinh ph¼ng:
41. 38 Do t¸c ®éng cña pha ®inh ph½ng møc tÝn hiÖu thu ®−îc cã thÓ bÞ sôt ®i so víi møc tÝn hiÖu thu kh«ng bÞ pha ®inh, tr−íc khi hÖ thèng cßn lµm viÖc ®óng. Nh− vËy t¸c ®éng cña pha ®inh lµ lµm thay ®æi møc ng−ìng thu cña m¸y thu. Do ®ã khi bÞ ¶nh h−ëng cña pha dinh ph¼ng m¸y thu cã thÓ nhËn ®−îc tÝn hiÖu rÊt yÕu tõ ®−êng truyÒn vµ cã thÓ lµm gi¸n ®o¹n th«ng tin nÕu tr−êng hîp pha ®inh m¹nh. ViÖc tÝnh to¸n mét l−îng pha ®inh dù tr÷ lµ cÇn thiÕt cho ®−êng truyÒn v« tuyÕn. §é dù tr÷ pha ®inh ph¼ng Fm (dB) liªn quan ®Õn møc tÝn hiÖu thu ®−îc kh«ng pha dinh Wo (dB) vµ møc tÝn hiÖu thu ®−îc thùc tÕ thÊp W(dBm) tr−íc lóc hÖ thèng kh«ng cßn ho¹t ®éng tÝnh theo biÓu thøc: Fm = 10 lg(w0/w)dB = [W0(dBm) - W(dBm)] [dB] (3.8) +Pha ®inh lùa chän: Pha dinh lùa chän chñ yÕu ¶nh h−ëng ®Õn c¸c hÖ thèng vi ba sè cã dung l−îng trung b×nh (34Mb/s) vµ dung l−îng cao (140Mb/s) +Tiªu hao do m−a: Tiªu hao do m−a vµ pha ®inh lµ c¸c ¶nh h−ëng truyÒn lan chñ yÕu c¸c c¸c tuyÕn v« tuyÕn tÇm nh×n th¼ng trªn mÆt ®Êt lµm viÖc ë c¸c tÇn sè trong d¶i tÇn GHz, v× chóng quyÕt ®Þnh c¸c biÕn ®æi tæn hao truyÒn dÉn do ®ã quyÕt ®Þnh kho¶ng c¸ch lÆp cïng víi toµn bé gi¸ thµnh cña mét hÖ thèng v« tuyÕn chuyÓn tiÕp. Tiªu hao do m−a t¨ng nhanh theo sù t¨ng cña tÇn sè sö dông, ®Æc biÖt víi c¸c tÇn sè trªn 35GHz th−êng suy hao nhiÒu vµ do ®ã ®Ó ®¶m b¶o th× kho¶ng c¸ch lÆp ph¶i nhá h¬n 20km, ngoµi ra viÖc gi¶m ®é dµi cña ®−êng truyÒn sÏ gi¶m c¸c ¶nh h−ëng cña pha dinh nhiÒu tia. 3.6 TÝnh to¸n c¸c tham sè cña tuyÕn C¸c tham sè ®−îc sö dông trong tÝnh to¸n ®−êng truyÒn nh−: Møc suy hao trong kh«ng gian tù do, c«ng suÊt ph¸t, ng−ìng thu, c¸c suy hao trong thiÕt bÞ cã vai trß quan träng ®Ó xem xÐt tuyÕn cã thÓ ho¹t ®éng ®−îc hay kh«ng vµ ho¹t ®éng ë møc tÝn hiÖu nµo. +Tæn hao trong kh«ng gian tù do: Tæn hao trong kh«ng gian tù do (A0) lµ tæn hao lín nhÊt cÇn ph¶i ®−îc xem xÐt tr−íc tiªn. §©y lµ sù tæn hao do sãng v« tuyÕn lan truyÒn tõ tr¹m nµy ®Õn tr¹m kia trong m«i tr−êng kh«ng gian ®−îc tÝnh theo biÓut thøc sau:
42. 39 4πd 4πdf c A0 = 20lg = 20lg , ( λ = ), (3.9) λ c f A0 = 92,5 + 20lg (f) + 20 lg (d) [dB] (3.10) Víi f: lµ tÇn sè sãng mang tÝnh b»ng [GHz]. d: ®é dµi tuyÕn [km] +Tæn hao phi ®¬: §©y lµ tæn hao thiÕt bÞ (èng dÉn sãng) ®Ó truyÒn dÉn sãng gi÷a an ten vµ m¸y ph¸t/ m¸y thu. Khi tÝnh to¸n suy hao nµy th× ph¶i c¨n cø vµo møc suy hao chuÈn ®−îc cho tr−íc bëi nhµ cung cÊp thiÕt bÞ. Ch¼ng h¹n víi phi ®¬ sö dông lo¹i WC 109 cã møc tiªu hao chuÈn lµ 4,5dB/ 100m vµ céng víi 0,3dB suy hao cña vßng trßn ®Ó chuyÓn tiÕp èng dÉn sãng th× tæn hao phi ®¬ m¸y ph¸t (LTxat) vµ m¸y thu (LRxat) ®−îc tÝnh nh− sau: LTxat = 1,5har1. 0,045 + 0,3 [dB] (3.11) LRxat = 1,5har2 .0,045 + 0,3 [dB] Trong ®ã har1 vµ har2 lµ ®é cao cña c¸c an ten ®· ®−îc tÝnh to¸n l−îng dù phßng. +Tæn hao rÏ nh¸nh: Tæn hao rÏ nh¸nh x¶y ra t¹i bé ph©n nh¸nh thu ph¸t, tæn hao nµy còng ®−îc cho bëi nhµ cung cÊp thiÕt bÞ. Møc tæn hao nµy th−êng kho¶ng (2 ÷ 8)dB. +Tæn hao hÊp thô khÝ quyÓn: C¸c thµnh phÇn trong khÝ quyÓn g©y ra c¸c tæn hao mµ møc ®é cña nã thay ®æi theo ®iÒu kiÖn thêi tiÕt, thay ®æi theo mïa, theo tÇn sè sö dông Khi tÝnh to¸n møc suy hao nµy ta dùa theo c¸c chØ tiªu ®· ®−îc khuyÕn nghÞ ë c¸c n−íc ch©u ¢u. ch¼ng h¹n ®èi víi hÖ thèng thiÕt bÞ v« tuyÕn 18, 23 vµ 38GHz th× møc suy hao chuÈn Lsp0 ®−îc cho trong khuyÕn nghÞ vµo kho¶ng 0,04 dB/km ÷ 0,19 dB/km vµ 0,9 dB/m khi ®ã tæn hao cho c¶ tuyÕn truyÒn dÉn ®−îc x¸c ®Þnh lµ: Lsp = Lsp0d [dB] (3.13) Víi d lµ kho¶ng c¸ch cña tuyÕn tÝnh b»ng km. Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng c«ng suÊt trong tÝnh to¸n ®−êng truyÒn: Pr = Pt + G - At [dB] (3.14) Trong ®ã: Pt lµ c«ng suÊt ph¸t At: Tæn hao tæng = tæn hao trong kh«ng gian tù do + tæn hao phi d¬ + tæn hao rÏ nh¸nh + tæn hao hÊp thô khÝ quyÓn
43. 40 G: Tæng c¸c ®é lîi = §é lîi cña an ten A + ®é lîi cña an ten B Pr: C«ng suÊt t¹i ®Çu vµo m¸y thu. Pr lµ tham sè quan träng khi thiÕt kÕ ®−êng truyÒn vi ba, tham sè nµy lµ mét chØ tiªu quyÕt ®Þnh xem tuyÕn cã ho¹t ®éng ®−îc hay kh«ng khi ®em so s¸nh nã víi møc ng−ìng thu cña m¸y thu. 3.7 TÝnh to¸n c¸c tham sè chÊt l−îng cña tuyÕn V× chÊt l−îng ®−êng truyÒn ®−îc ®¸nh gi¸ dùa trªn tû sè BER; c¸c tû sè BER kh¸c nhau sÏ cho mét møc ng−ìng t−¬ng øng vµ còng cã ®é dù tr÷ pha ®inh kh¸c nhau. C¸c tû sè BER th−êng ®−îc sö dông trong vi ba sè lµ: BER = 10-3 vµ BER = 10-6 t−¬ng øng víi hai møc ng−ìng RXa vµ RXb. 1. §é dù tr÷ pha ®inh øng víi RXa vµ RXb lµ FMa vµ FMb ®−îc tÝnh theo biÓu thøc: -3 FMa = Pr - RXa víi BER = 10 (3.14) -6 FMb = Pr - RXb víi BER = 10 (3.15) 2. X¸c xuÊt pha dinh ph¼ng nhiÒu tia (P0) lµ mét hÖ sè thÓ hiÖn kh¶ n¨ng xuÊt hiÖn pha dinh nhiÒu tia ®−îc ®¸nh gia theo c«ng thøc sau: B c P0 = KQ . f . d (3.16) Trong ®ã KQ = 1, 4 .10-8 ; B = 1 ; C = 3,5 lµ c¸c tham sè liªn quan ®Õn ®iÒu kiÖn truyÒn lan vÒ khÝ hËu vµ ®Þa h×nh cña sãng v« tuyÕn vµ c¸c gi¸ trÞ ®−îc sö dông theo khuyÕn nghÞ cña CCIR. 3. X¸c suÊt ®¹t ®Õn ng−ìng thu RXa; RXb. Gäi Pa; Pb lµ x¸c suÊt ®¹t tíi c¸c gi¸ trÞ ng−ìng thu t−¬ng øng RXa vµ RXb ®−îc tÝnh nh− sau: FM − a 10 Pa =10 (3.17) FM − b 10 Pb = 10 -3 -6 Víi FMa vµ FMb lµ ®é dù tr÷ pha dinh øng víi c¸c tû sè BER = 10 , BER = 10 ®· ®−îc tÝnh to¸n ë trªn. 4.Kho¶ng thêi gian pha dinh
44. 41 Ta vµ Tb lµ c¸c gi¸ trÞ ®Æc tr−ng cho c¸c kho¶ng thêi gian tån t¹i pha dinh vµ còng øng víi FMa, FMb ®−îc tÝnh theo c«ng thøc: ⎡ −α2FM a ⎤ ⎢ ⎥ ⎣ 10 ⎦ β2 Ta = C210 f (3.18) ⎡ −α2 .FM b ⎤ ⎢ ⎥ β2 ⎣ 10 ⎦ Tb = C210 f Víi C2 = 10,3d; α2 = 0,5; β2 = -0,5 lÊy theo khuyÕn nghÞ. 5.X¸c suÊt pha dinh ph¼ng dµi h¬n 10 gi©y P(10) vµ P(60) lµ X¸c suÊt xuÊt hiÖn pha dinh ph¼ng dµi h¬n 10s vµ 60s t−¬ng øng víi c¸c tû sè BER kh¸c nhau vµ ®−îc c¸c ®Þnh theo c«ng thøc: P(Ta ≥ 10) = P(10) = 0, 5 [1 - erf(Za)] = 0, 5 erfc (Za) (3.19) P(Tb ≥ 60) = P(60) = 0, 5 [1 - erf(Zb)] = 0, 5 erfc (Zb) Víi Za = 0, 548ln(10/Ta); Víi Zb = 0, 548ln(10/Tb) Víi erfc(t) = 1- erf(t) t 2 2 Trong ®ã: erf(t) = ∫ e −t dt lµ hµm sai sè. π 0 6. X¸c suÊt BER v−ît 10-3 X¸c suÊt BER v−ît 10-3 thÓ hiÖn sù gi¸n ®o¹n th«ng tin nh−ng trong thêi gian kh«ng qu¸ 10s. −FMa -3 -3 10 X¸c suÊt (BER ≥ 10 ) : x¸c suÊt (BER ≥ 10 ) = P0. Pa = P0 .10 (3.20) 7.X¸c suÊt m¹ch trë nªn kh«ng thÓ sö dông ®−îc do pha dinh ph¼ng. Pu lµ x¸c suÊt m¹ch sÏ cã BER > 10-3 trong kho¶ng thêi gian lín h¬n 10s tøc lµ m¹ch trë nªn kh«ng sö dông ®−îc vµ ®−îc tÝnh theo Pu =P0 . Pa . P(10) (3.21) 8.Kh¶ n¨ng sö dông tuyÕn Kh¶ n¨ng sö dông tuyÕn ®−îc biÓu thÞ b»ng phÇn tr¨m vµ ®−îc x¸c ®Þnh theo Pu nh− sau: Av = 100(1 - Pu) (3.22) -6 8. X¸c suÊt m¹ch cã BER ≥ 10 x¸c suÊt nµy ®−îc tÝnh dùa theo x¸c suÊt P0 vµ Pb −FMb -6 -6 10 X¸c suÊt (BER ≥ 10 ): X¸c suÊt (BER ≥ 10 )= P0. Pb =P0 .10 (3.23)
45. 42 9.X¸c suÊt m¹ch cã BER ≥ 10-6 trong h¬n 60s do pha dinh ph¼ng X¸c suÊt m¹ch cã BER ≥ 10-6 ®−îc tÝnh bëi x¸c BER ≥ 10-6 vµ x¸c suÊt ®é s©u pha dinh lín h¬n ®é dù tr÷ pha dinh cã kho¶ng thêi gian kÐo dµi h¬n 60s. -6 X¸c suÊt (BER ≥ 10 ) trong 60s =P0 . Pb . P(60) (3.24) Nh− vËy toµn bé c¸c tham sè ®· tÝnh cho ®−êng truyÒn còng nh− c¸c tham sè ®Ó ®¸nh gi¸ chÊt l−îng tuyÕn ®−îc sö dông ®Ó ng−êi thiÕt kÕ ®−a ra c¸c quyÕt ®Þnh vÒ kh¶ n¨ng lµm viÖc cña tuyÕn, ®Ó tÝnh xem tuyÕn cã ®ñ cong suÊt cung cÊp cho m¸y thu hay kh«ng. Ngoµi ra còng dùa vµo c¸c tham sè nµy ®Ó cã thÓ hiÖu chØnh l¹i c«ng suÊt m¸y ph¸t, quyÕt ®Þnh dïng c¸c biÖn ph¸p ph©n tËp 3.8 C¸c chØ tiªu kü thuËt ®¸nh gi¸ chÊt l−îng tuyÕn Ba chØ tiªu chñ yÕu ®Ó ®¸nh gi¸ chÊt l−îng tuyÕn: 1. §é kh«ng sö dông ®−êng cho phÐp (®èi víi ®−êng trôc): Pucf = 0,06L/600% víi L<600km L [km] vÝ dô: L=30km Pucf = 0,06L/600% = 0,06.30/600% = 0,003% 2. §é kh«ng sö dông ®−îc cña m¹ng néi h¹t ( gi¸ trÞ cho phÐp) = 0,0325% (t¹i mçi ®Çu cuèi). 3. §é kh«ng sö dông ®−îc ( gi¸ trÞ cho phÐp) cña hµnh tr×nh ng−îc = 0,0225% Môc ®Ých c¸c tÝnh to¸n chØ tiªu chÊt l−îng lµ nh»m x¸c ®Þnh x¸c suÊt v−ît c¸c chØ tiªu BER, b»ng c¸ch sö dông c¸c gi¸ trÞ cña c¸c x¸c suÊt t×m ra trong c¸c tÝnh to¸n ®−êng truyÒn. C¸c môc tiªu tØ lÖ lçi bit BER ®−îc sö dông sao cho BER kh«ng ®−îc lín h¬n c¸c gi¸ trÞ sau: +1.10-6 trong h¬n 0,4.d / 2500 % cña th¸ng bÊt kú ®èi víi thêi gian hîp thµnh 1 phót, víi 280km < d < 2500km. +1.10-6 trong h¬n 0,045 % cña th¸ng bÊt kú ®èi víi thêi gian hîp thµnh 1 phót, víi d < 280km.
46. 43 +1.10-3 trong h¬n 0,054.d / 2500 % cña th¸ng bÊt kú ®èi víi thêi gian hîp thµnh 1 gi©y, víi 280km < d < 2500km. +1.10-3 trong h¬n 0,006 % cña th¸ng bÊt kú ®èi víi thêi gian hîp thµnh 1 gi©y, víi d < 280km. C¸c môc tiªu ®Æc tr−ng +C¸c phót suy gi¶m chÊt l−îng: lµ kho¶ng thêi gian 1 phót trong ®ã BER trung b×nh xÊu h¬n 10-6, nghÜa lµ trong 1 phót nµy ®· xuÊt hiÖn Ýt nhÊt 5 lçi (gi¶ sö 64Kbps). +C¸c gi©y lçi nghiªm träng: lµ kho¶ng thêi gian 1 gi©y, trong ®ã BER trung b×nh xÊu h¬n 10-3, nghÜa lµ cã h¬n 64 lçi trong gi©y nµy. +C¸c gi©y lçi: lµ kho¶ng thêi gian 1 gi©y trong ®ã xuÊt hiÖn Ýt nhÊt mét lçi bit. 3.9 §¸nh gi¸ chÊt l−îng tuyÕn, l¾p ®Æt thiÕt bÞ ®−a vµo ho¹t ®éng §©y lµ mét b−íc ®−îc tiÕn hµnh sau khi ®· tÝnh to¸n ®−îc kh¶ n¨ng lµm viÖc cña tuyÕn vµ tÝnh xong c¸c tham sè cÇn thiÕt ®Ó thiÕt lËp tuyÕn cã nghÜa lµ trªn tÝnh to¸n thiÕt kÕ th× tuyÕn ®· ho¹t ®éng. Tuy nhiªn vÉn cßn nhiÒu vÊn ®Ò tån t¹i sÏ t¸c ®éng lªn tuyÕn vµ cã thÓ lµm cho kh¶ n¨ng lµm viÖc cña tuyÕn kh«ng nh− mong muèn cña ng−êi thiÕt kÕ. Nãi chung viÖc ®¸nh gi¸ chÊt l−îng cña tuyÕn lµ dùa vµo c¸c gi¸ trÞ ®· tÝnh ®−îc ë c¸c b−íc thiÕt kÕ trªn. C«ng viÖc cuèi cïng lµ l¾p ®Æt thiÕt bÞ ®−a vµo vËn hµnh. TiÕn hµnh c©n chØnh anten ®Ó thu ®−îc tin hiÖu tõ m¸y ph¸t. Vµ ®©y còng lµ lóc ®Ó ®èi chiÕu gi÷a viÖc tÝnh to¸n gi÷a thùc tÕ vµ lý thuyÕt phï hîp víi nhau hay kh«ng b»ng viÖc ®o thö c¸c tÝn hiÖu ë hai bªn thu vµ ph¸t. 3.10 vÝ dô TÝnh to¸n ®−êng truyÒn tuyÕn vi ba sè Tr¹m 110Kv §iÖn nam - Tr¹m 110Kv Th¨ng b×nh Nh÷ng tiÕn bé cña khoa häc c«ng nghÖ ®iÖn tö viÔn th«ng vµ tin häc ngµy cµng ®−îc øng dông réng r·i trong mäi lÜnh vùc, mäi ngµnh kinh tÕ, Trong ®ã ngµnh §iÖn ®· tõng b−íc ®i vµo tù ®éng hãa. Tr−íc ®©y Trung t©m §iÒu ®é hÖ thèng ®iÖn MiÒn trung ®iÒu hµnh s¶n xuÊt ®iÖn trªn ®Þa bµn MiÒn trung vµ T©y nguyªn, viÖc th«ng tin chñ yÕu lµ th«ng tin tho¹i qua c¸c thiÕt bÞ t¶i ba (PLC) vµ m¹ng VHF .
47. 44 Nh»m ®¸p øng nhu cÇu ph¸t triÓn l−íi ®iÖn trªn ®Þa bµn MiÒn trung trong t−¬ng lai, còng nh− yªu cÇu ®iÒu hµnh s¶n xuÊt ®iÖn cña Trung t©m tõng b−íc ®i vµo tù ®éng hãa th«ng qua hÖ thèng SCADA/EMS ®ang ®−îc l¾p ®Æt. Tõ nhu cÇu ®ã viÖc thiÕt lËp hÖ thèng th«ng tin ngµnh ®iÖn trªn ®Þa bµn MiÒn trung hiÖn nay ®ßi hái ph¶i ®ñ kªnh th«ng tin cho truyÒn sè liÖu SCADA vµ c¸c kªnh tho¹i còng nh− c¸c kªnh trung kÕ ®Ó nèi liªn tæng ®µi, ngoµi ra còng ph¶i tÝnh ®Õn hÖ thèng më cho t−¬ng lai sau nµy. Chän ph−¬ng ¸n tÝnh to¸n tuyÕn vi ba gi÷a tr¹m biÕn ¸p 110Kv Th¨ng b×nh vµ tr¹m 110Kv §iÖn ngäc vÒ Trung t©m §iÒu ®é hÖ thèng ®iÖn MiÒn trung (®· ®−îc x©y l¾p trong n¨m 2002) Ph¹m vi tÝnh to¸n: Víi thiÕt bÞ vi ba ®· cã: Dïng lo¹i MINI-LINK (cña h·ng ERICSSON) §Æc tÝnh kü thuËt cña thiÕt bÞ TÇn sè 7GHz C«ng suÊt ph¸t +28dBm Ng−ìng thu BER 10 -3 -91dBm Ng−ìng thu BER 10 -6 -87dBm Anten 2,4m GdB = 42,5dB èng dÉn sãng WC 42 0,1dB/m Dung l−îng 2*2Mb/s: M« t¶ tuyÕn: TuyÕn th«ng tin vi ba gi÷a Trung t©m §iÒu ®é HT§ MiÒn trung ®· cã tr−íc, do vËy tuyÕn th«ng tin cho tr¹m biÕn ¸p 110Kv Th¨ng b×nh ®−îc thiÕt kÕ sö dông kªnh 2w cho tho¹i, 4w E&M, vµ kªnh data V28 ®Ó truyÒn tÝn hiÖu SCADA/EMS vÒ Trung t©m §iÒu ®é HT§ MiÒn trung. C¸c th«ng sè ®−îc x¸c ®Þnh trªn b¶n ®å qu©n sù tû lÖ: 1/50.000, cã cù ly tuyÕn lµ 28km . Trªn ®−êng truyÒn sãng qua ®Þa h×nh b»ng ph¼ng kh«ng cã vËt ch¾n h×nh nªm. Täa ®é, ®é cao cña 2 tr¹m so víi mùc n−íc biÓn ®−îc x¸c ®Þnh b»ng m¸y thu ®Þnh vÞ GPS 3.10. Th«ng sè tuyÕn §é dµi tuyÕn 28km
48. 45 NhiÖt ®é trung b×nh hµng n¨m 250C L−îng m−a trung b×nh hµng n¨m 150mm/h K = 4 , C = 1 (chän theo khuyÕn nghÞ) 3 Tr¹m §iÖn Ngäc Tr¹m Th¨ng b×nh VÜ tuyÕn 15056’00’’ 150 43’14’’ Kinh tuyÕn 1080 15’ 30’’ 1080 21’ 02’’ §é cao mÆt ®Êt (so víi n−íc biÓn) 5m 12m §é cao anten 30m CÇn tÝnh to¸n §é cao c©y cèi 7m 12m 3.11 TÝnh ®é cao th¸p anten khi cã ®é cao cña anten kia ¸p dông c«ng thøc (3.4) tÝnh ®é cao cña tia v« tuyÕn B B = E(k) + (O + T) + C.F1 1/2 B= (4/51)d1d2/k + (O + T) + 17,32[d1d2)/df] [m] (3.26) = 11,49 + 11+ 17,32 =39,81 m ha2 = h1 + ha1 + [B - (h1 + ha1)](d/d1) - h2 = 35 +{39,81- 35}(28/14)-1 = 32,62m ta chän th¸p anten cao 35m ®Ó cã ®é dù phßng
49. Dùa vµosèliÖutrªnb¶n®å,®écaocña 3.12 vÏmÆtc¾tnghiªng MÆt c¾t tuyÕn VI BA: §iÖn Ngäc Th¨ng B×nh Kho¶ng c¸ch tuyÕn: 28km ; K=1,33 §iÖn Ngäc TÇn sè :7000Mhz ; Kho¶ng: 0,36 Th¨ng B×nh §é cao tù nhiªn: 3mÐt §é cao tù nhiªn: 6mÐt Kho¶ng §é cao §é cao §é cao an ten: 35 mÐt c¸ch tù nhiªn c©y cèi §é cao an ten: 30 mÐt (km) (m) (m) 45 0 3 7 1 3 7 2 3 7 40 3 3 7 4 5 7 5 3 7 35 6 3 7 7 3 6 30 2 antentavÏmÆtc¾tnghiªngcñatuyÕn 8 6 8 9 3 7 46 10 5 8 25 11 5 7 12 3 8 13 7 6 20 14 6 7 15 5 4 16 4 7 15 17 3 6 18 6 8 19 4 8 10 20 3 7 21 7 6 22 6 8 5 23 6 7 24 7 7 25 5 6 0 26 4 8 0 5 10 15 20 25 28 27 4 7 28 6 6
50. 47 3.13 TÝnh tæn hao cña ®−êng truyÒn a/ TÝnh tæn hao ®−êng truyÒn kh«ng gian tù do ¸p dông c«ng thøc A0= 92,5 + 20lg7 + 20lg 28 =138,5dB b/ Tæn hao phi ®¬ Tra b¶ng suy hao 0,1dB/m ë f=7GHz Tr¹m §iÖn ngäc 50m Tr¹m Th¨ng b×nh 55m 5dB 5,5dB c/ Tæn hao rÏ nh¸nh (¸p dông b¶ng) = 4dB (cho 1 tr¹m ) d/ C¸c tæn hao bé phèi hîp vµ ®Çu nèi = 0,5dB (cho 1 tr¹m ) Tæng môc a+b+c+d 138,5 +10,5 + 4*2 + 0, 5*2 =158dB e/ §é lîi cña anten (cho bëi nhµ chÕ t¹o víi f=7GHz) anten 2,4m ®é lîi GdB= 42,5 dB ®é lîi 2anten 42,5 x 2 = 85dB f/ C«ng suÊt ph¸t Pt = +28 dBm Tæng c¸c ®é lîi 85 + 28 = 113dB Tæng tæn hao A1= Pt -{ Pt -tæng tæn hao + tæng c¸c ®é lîi cña anten} A1 = 28-{28 -158+ 85 }= 73dB g/ Møc ®Çu vµo m¸y thu (dBm) Pr= Pt - A1 =28 - 73 = - 45dBm h/ C¸c møc ng−ìng m¸y thu L < 280km; BER≤ 10-3 0, 006% th¸ng bÊt kú Gi¸ trÞ cña ®é dù tr÷ phading ph½ng -3 FMa = Pr - RXa= -45-(-91) = 46dB Víi BER = 10 -6 FMb = Pr - RXb = -45-(-87)= 42dB Víi BER = 10
51. 48 i/ X¸c suÊt pha dinh ph½ng nhiÒu tia ¸p dông biÓu thøc: B C P0 = KQ.f d -8 -3 Trong ®ã: KQ = 1, 4x10 , B = 1, C = 3,5 (theo khuyÕn nghÞ). Suy ra P0 = 11, 38 10 k/ X¸c suÊt ®¹t tíi c¸c ng−ìng -Fma/10 -46/10 -7 Pa = 10 = 10 =251, 19.10 -FMb/10 -42/10 -7 Pb = 10 = 10 =630, 95. 10 l/ Kho¶ng thêi gian pha ®inh: ⎛ −α2FM a ⎞ ⎡ −α2FM b ⎤ ⎜ ⎟ ⎢ ⎥ ⎝ 10 ⎠ β2 ⎣ 10 ⎦ β2 Ta = C210 f Tb = C210 f Víi C2 = 56,6*d ; α2 = 0,5; β2 = -0,5 lÊy theo khuyÕn nghÞ. ⎡ −0,5.46 ⎤ ⎡ −0,5.42 ⎤ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ −0,5 ⎣ 10 ⎦ −0,5 ⎣ 10 ⎦ Ta = 56,6.28.7 .10 = 2,99 Tb = 56,6.28.7 .10 = 4,76 m/ X¸c suÊt pha ®inh ph¼ng dµi h¬n 10s: P(Ta ≥ 10) = P(10) = 0,5 [1 - erf(Za)] = 0,5 erfc (Za) = 0,5* 0,820998*0,661= 0,27133 P(Tb ≥ 60) = P(60) = 0,5 [1 - erf(Zb)] = 0,5 erfc (Zb) Víi: Za = 0,548ln(10/Ta) = 0,548ln (10/2,99) = 0,661 Zb = 0,548ln(10/Tb) = 0,548ln (10/4,76) = 0,742 ∞ 2 2 Trong ®ã erfc(t) = ∫ e−t dt , dïng ph−¬ng ph¸p tÝnh gÇn ®óng π t 2 2 2 3 2n −t 2 (−t ) (−t ) t e ≈ 1+(-t2 ) + + + + (−1) n 2! 3! n! 2 ∞ t 4 t 6 erfc(t) ≈ ∫{1- t 2 + - + +} dt π t 2 6 erfc(10) ≈ 0,820998 erfc(60) ≈ 0,157299 p(10) = 0,5* (0,820998)*0,661 = 0,27133 P(60) = 0,5*0,157299* 0,742 = 0,058357 n/ X¸c suÊt BER v−ît qu¸ 10-3: -3 -3 -7 -7 X¸c suÊt BER >10 = Po*Pa = 11,38 10 *251,19.10 = 2,858*10 o/ X¸c suÊt m¹ch kh«ng thÓ sö dông do pha ®inh ph½ng Pu: -7 -7 Pu = Po.Pa.P(10) = 2,858*10 *0.27133 = 0,77546*10
52. 49 p/ Kh¶ n¨ng sö dông tuyÕn: Kh¶ n¨ng sö dông tuyÕn% Av = 100 ( 1 - Pu ) = 100 ( 1 - 0,77546*10-7) = 99,999992245 q/ X¸c suÊt m¹ch cã BER > 10-6: -6 -3 -7 -7 X¸c suÊt BER >10 =Po*Pb = 11,38 10 *630,95. 10 = 7,180*10 LËp B¶ng kÕt qu¶ tÝnh to¸n ®−êng truyÒn tuyÕn vi ba sè §iÖn Nam - Th¨ng B×nh M« t¶ tuyÕn: Tr¹m A Tr¹m B Sè lo¹i thiÕt bÞ: Mini Link E Tªn tr¹m Tr¹m 110kV §iÖn Nam Tr¹m 110kV Th¨ng B×nh TÇn sè: (MHz) 7157,75 7210,25 TÇn sè trung t©m 7GHz Dung l−îng kªnh: (2 x 2) Mb/s Lo¹i ®iÒu chÕ m¸y ph¸t: 4QAM Tham kh¶o b¶n ®å ®o ®¹c: 1/50000 (côc b¶n ®å qu©n ®éi ) VÜ ®é 15056’00” 15043’14” Kinh ®é: 108015’30” 108021’02” §é dµi cña ®−êng truyÒn dÉn: 28km §é cao cña an ten: 30mÐt 35mÐt §é cao an ten ph©n tËp: 0 0 §é cao so víi mùc n−íc biÓn 5mÐt 12mÐt T¨ng Ých Tr¹m A Tr¹m B M¸y ph¸t A (dBm) +28 T¨ng Ých an ten: 42,5 42,5 Tæng t¨ng Ých cña c¸c cét 113 Tæng tæn hao At (dB) 158 Møc vµo cña m¸y thu (dBm) -45 -3 Møc ng−ìng thu ®−îc RXa (dBm) -91 BER 10 Møc ng−ìng thu ®−îc RXb (dBm) -87 BER 10-6 §é suy gi¶m RFI (dB) §é dù tr÷ pha dinh ph¼ng: FMa (dB) 46 §é dù tr÷ pha dinh ph¼ng: FMb (dB) 42
53. 50 C¸c tæn hao: Tr¹m A Tr¹m B Tæn hao ®−êng truyÒn dÉn cña kh«ng gian tù do: A (dB) = 138,5dB 0 Lo¹i phi ®¬: C¸p ®ång trôc 75Ω §é dµi phi ®¬ 50m 55m Tæn hao phi d¬ 5dB 5,5dB Tæn hao rÏ nh¸nh 4dB 4dB Tæn hao bé phèi hîp vµ nèi (dB) 0,5 0,5 Tæn hao vËt ch¾n: 0 0 Tæn hao hÊp thô khÝ quyÓn: 0 0 Tæng tæn hao cña tÊt c¶ phÇn: (db) 158dB C¸c hiÖu øng pha dinh ph¼ng: Tr¹m A Tr¹m B -3 X¸c suÊt pha dinh nhiÒu tia P0 11,38 . 10 −46 10 -7 X¸c suÊt ®¹t ng−ìng: RXa Pa = 10 = 251,19.10 −42 10 -7 X¸c suÊt ®¹t ng−ìng: RXb Pb = 10 = 630,95. 10 Kho¶ng thêi gian pha dinh Ta s 2,99 Kho¶ng thêi gian pha dinhT s 4,76 b X¸c suÊt fdg > 10s P(10) 0,27133 X¸c suÊt fdg > 60s P(60) 0,05835 X¸c suÊt BER v−ît 10-3 2,858.10-7 X¸c suÊt ®Ó m¹ch trë nªn kh«ng dïng ®−îc 0,000000077546 §é sö dông cña tuyÕn % 99,99992245 X¸c suÊt BER >10-6 7,18 10-3 X¸c suÊt BER > 10-6 7,18.10-7 HÖ sè c¶i thiÖn ph©n tËp kh«ng gian: kh«ng KÕt LuËn Qua tÝnh to¸n c¸c th«ng sè trªn cho ta kÕt luËn víi cù ly tuyÕn tõ Tr¹m 110Kv §iÖn ngäc ®Õn Tr¹m 110Kv Th¨ng b×nh còng nh− ®é cao anten ë hai tr¹m, víi thiÕt bÞ vi ba sè Minilink Microwave cã c¸c ®Æt tÝnh kü thuËt nh− ®· nªu ë trªn cïng kÕt qu¶ tÝnh to¸n ®−êng truyÒn : §é dù tr÷ pha dinh 46dB víi BER 10-3, 42dB víi BER 10-6 §é sö dông tuyÕn 99, 9999% . Víi c¸c th«ng sè trªn ta kh«ng cÇn sö dông ph©n tËp cho tuyÕn, tuyÕn ho¹t ®éng tèt
54. 51 Ch−¬ng tr×nh phÇn mÒm L−u ®å thuËt to¸n ch−¬ng tr×nh ®å ho¹ vÏ mÆt c¾t ®−êng truyÒn vµ tÝnh to¸n kho¶ng hë ®−êng truyÒn ®−îc biÓu diÔn nh− h×nh vÏ: B¾t ®Çu NhËp c¸c th«ng sè cÇn thiÕt: tÇn sè, ®é cao anten, kho¶ng c¸ch gi÷a 2 tr¹m, ®é cao so víi mùc n−íc biÓn, ®é cao vËt ch¾n, kho¶ng hë cho phÐp TÝnh to¸n kho¶ng hë nhá nhÊt (Clmin) So s¸nh víi kho¶ng Sai hë cho phÐp: Clmin > Clcho phÐp §óng VÏ ®å thÞ mÆt c¾t KÕt Thóc
55. 52 L−u ®å thuËt to¸n ch−¬ng tr×nh tÝnh to¸n ®−êng truyÒn cña tuyÕn truyÒn dÉn cña vi ba sè. Bàõt âáöu Nháûp caïc yãu cáöu thiãút kãú tuyãún (âäü daìi tuyãún, táön säú, dung læåüng, khoaíng caïch ,âäü cao váût chàõn, ) Tênh toaïn caïc tham säú âæåìng Tàng cäng suáút phaït, truyãön (tiãu hao âæåìng truyãön, phán táûp mæïc cäng suáút vaìo maïy thu, ) Sai So saïnh caïc mæïc cäng suáút ngæåîng quy âënh <cäng suáút vaìo Âuïng Kãút thuïc
56. 53 CHÆÅNG 4 KHAÏI NIÃÛM CHUNG VÃÖ THÄNG TIN VÃÛ TINH 4.2. NGUYÃN LYÏ CUÍA THÄNG TIN VÃÛ TINH Sau khi âæåüc phoïng vaìo vuî truû, vãû tinh tråí thaình traûm thäng tin ngoaìi traïi âáút. Noï coï nhiãûm vuû thu tên hiãûu dæåïi daûng soïng vä tuyãún tæì mäüt traûm åí traïi âáút, khuãúch âaûi räöi phaït tråí vãö traïi âáút cho mäüt traûm khaïc. Coï hai quy luáût chi phäúi quyî âaûo cuía caïc vãû tinh bay xung quanh quaí âáút laì: • Màût phàóng quyî âaûo bay cuía vãû tinh phaíi càõt ngang tám Traïi âáút. • Quía âáút phaíi laì trung tám cuía báút kyì quyî âaûo naìo cuía vãû tinh. Hçnh 4.1 biãøu diãùn 3 daûng quyî âaûo cå baín cuía vãû tinh. Quyî âaûo elip nghiãng Quyî âaûo xêch âaûo Quyî âaûo cæûc troìn Hçnh 4.1 Ba daûng quyî âaûo cå baín cuía vãû tinh. 4.2.1. Quyî âaûo cæûc troìn Æu âiãøm cuía daûng quyî âaûo naìy laì mäùi âiãøm trãn màût âáút âãöu nhçn tháúy vãû tinh thäng qua mäüt quyî âaûo nháút âënh, viãûc phuí soïng toaìn cáöu cuía daûng quyî âaûo naìy âaût âæåüc vç quyî âaûo bay cuía vãû tinh seî láön læåüt queït táút caí caïc vë trê trãn màût âáút. Daûng quyî âaûo naìy âæåüc sæí duûng cho caïc vãû tinh dæû baïo thåìi tiãút, haìng haíi, thàm doì taìi nguyãn vaì caïc vãû tinh do thaïm, khäng thäng duûng cho truyãön thäng tin. 4.2.2. Quyî âaûo elip nghiãng Æu âiãøm cuía loaûi quyî âaûo naìy laì vãû tinh coï thãø âaût âãún caïc vuìng cæûc cao maì cacï vãû tinh âëa ténh khäng thãø âaût tåïi. Tuy nhiãn quyî âaûo elip nghiãng coï nhæåüc âiãøm laì hiãûu æïng Doppler låïn vaì váún âãö âiãöu khiãøn baïm âuäøi vãû tinh phaíi åí mæïc cao.
57. 54 4.2.3. Quyî âaûo xêch âaûo troìn Âäúi våïi daûng quyî âaûo naìy, vãû tinh bay trãn màût phàóng âæåìng xêch âaûo vaì laì daûng quyî âaûo âæåüc duìng cho vãû tinh âëa ténh, nãúu vãû tinh bay åí mäüt âäü cao âuïng thç daûng quyî âaûo naìy seî lyï tæåíng âäúi våïi caïc vãû tinh thäng tin. 4.2.3.1. Quyî âaûo âëa ténh GEO (Geosychronous Earth Orbit) Hçnh 4.2 : Vãû tinh quyî âaûo âëa ténh. Vãû tinh âëa ténh laì vãû tinh âæåüc phoïng lãn quyî âaûo troìn åí âäü cao khoaíng 36.000km so våïi âæåìng xêch âaûo, vãû tinh loaûi naìy bay xung quanh quaí âáút mäüt voìng máút 24h. Do chu kyì bay cuía vãû tinh bàòng chu kyì quay cuía traïi âáút xung quanh truûc cuía noï theo hæåïng Âäng cuìng våïi hæåïng quay cuía traïi âáút, båíi váûy vãû tinh dæåìng nhæ âæïng yãn khi quan saït tæì màût âáút, do âoï noï âæåüc goüi laì vãû tinh âëa ténh. Båíi vç mäüt vãû tinh âëa ténh coï thãø âaím baío thäng tin äøn âënh liãn tuûc nãn coï nhiãöu æu âiãøm hån vãû tinh quyî âaûo tháúp duìng laìm vãû tinh thäng tin. Nãúu ba vãû tinh âëa ténh âæåüc âàût åí caïch âãöu nhau bãn trãn xêch âaûo thç coï thãø thiãút láûp thäng tin liãn kãút giæîa caïc vuìng trãn traïi âáút bàòng caïch chuyãøn tiãúp qua mäüt hoàûc hai vãû tinh. Âiãöu naìy cho pheïp xáy dæûng mäüt maûng thäng tin trãn toaìn thãú giåïi. Ngoaìi ra ngæåìi ta coìn coï 2 loaûi quyî âaûo khaïc: 4.2.4. Quyî âaûo tháúp LEO (Low Earth Orbit) Âäü cao âiãøn hçnh cuía daûng quyî âaûo naìy laì 160 âãún 480 km, noï coï chu kyì 90 phuït. Sæû gáön kã ö cuía caïc vãû tinh LEO coï thuáûn låüi laì thåìi gian âãø dæî liãûu phaït âi âãún vãû tinh vaì âi vãö laì ráút ngàõn. Do khaí nàng thæûc hiãûn nhanh cuía noï, taïc duûng tiãúp sæïc tæång häù toaìn cáöu giæîa caïc maûng vaì loaûi hçnh häüi thoaûi vä tuyãún truyãön hçnh seî coï
58. 55 hiãûu quaí vaì háúp dáùn hån. Nhæng hãû thäúng LEO âoìi hoíi phaíi coï khoaíng 60 vãû tinh loaûi naìy måïi bao truìm hãút bãö màût âëa cáöu 4.2.5. Quyî âaûo trung bçnh MEO (Medium Earth Orbit) Vãû tinh MEO åí âäü cao tæì 10.000km âãún 20.000 km, chu kyì cuía quyî âaûo laì 5 âãún 12 giåì, thåìi gian quan saït vãû tinh tæì 2 âãún 4 giåì. ÆÏïng duûng cho thäng tin di âäüng hay thäng tin radio. Hãû thäúng MEO cáön khoaíng 12 vãû tinh âãø phuí soïng toaìn cáöu. 4.3. CAÏC ÂÀÛC ÂIÃØM CUÍA THÄNG TIN VÃÛ TINH: Trong thåìi âaûi hiãûn nay, thäng tin vãû tinh âæåüc phaït triãøn vaì phäø biãún nhanh choïng vç nhiãöu lyï do khaïc nhau. Caïc æu âiãøm chênh cuía thäng tin vãû tinh so våïi caïc phæång tiãûn thäng tin dæåïi biãøn vaì trãn màût âáút nhæ hãû thäúng capï quang vaì hãû thäúng chuyãøn tiãúp viba säú laì: - Coï khaí nàng âa truy nháûp . - Vuìng phuí soïng räüng. - ÄØn âënh cao, cháút læåüng vaì khaí nàng cao vãö thäng tin bàng räüng. - Coï thãø æïng duûng cho thäng tin di âäüng. - Hiãûu quaí kinh tãú cao trong thäng tin cæû ly låïn, âàûc biãût trong thäng tin xuyãn luûc âëa. Soïng vä tuyãún âiãûn phaït âi tæì mäüt vãû tinh åí quyî âaûo âëa ténh coï thãø bao phuí hån 1/3 toaìn bäü bãö màût traïi âáút, nãn nhæîng traûm màût âáút âàût trong vuìng âoï coï thãø thäng tin træûc tiãúp våïi báút kyì mäüt traûm màût âáút khaïc trong vuìng qua mäüt vãû tinh thäng tin . Kyî thuáût sæí duûng mäüt vãû tinh chung cho nhiãöu traûm màût âáút vaì viãûc tàng hiãûu quaí sæí duûng cuía noï tåïi cæûc âaûi âæåüc goüi laì âa truy nháûp. Noïi caïch khaïc âa truy nháûp laì phæång phaïp duìng mäüt bäü phaït âaïp trãn mäüt vãû tinh chung cho nhiãöu traûm màût âáút. 4.4. HÃÛ THÄÚNG THÄNG TIN VÃÛ TINH CÅ BAÍN Mäüt hãû thäúng thäng tin vãû tinh bao gäöm hai pháön cå baín: - Pháön trãn khäng laì vãû tinh vaì caïc thiãút bë liãn quan. - Pháön màût âáút bao gäöm caïc traûm màût âáút . Trong âoï vãû tinh âoïng vai troì làûp laûi tên hiãûu truyãön giæîa caïc traûm màût âáút, thæûc cháút kyî thuáût thäng tin vãû tinh laì kyî thuáût truyãön dáùn maì trong âoï mäi træåìng truyãön dáùn laì khäng gian vuî truû våïi khoaíng caïch âæåìng truyãön kha ï daìi. Taûi âáy ta cuîng gàûp laûi mäüt säú váún âãö âäúi våïi mäüt baìi toaïn truyãön dáùn, âoï laì caïc váún âãö âiãöu chãú taûp ám vaì nhiãùu âæåìng truyãön, âäöng bäü giæîa hai âáöu thu phaït. Hçnh veî laì mäüt vê duû âån giaín vãö liãn laûc giæîa hai traûm màût âáút thäng qua vãû tinh thäng tin .
59. 56 Âæåìng lãn Âæåìng xuäúng 6GHz(14GHz) 4GHz(11GHz) Khuãúch âaûi Haû Giaíi âiãuö Âiãöu Náng Khuãúch âaûi taûp ám thaïp táön chãú chãú táön cäng suáút Hçnh 4.3. Liãn laûc giæîa hai traûm màût âáút qua vãû tinh. Âæåìng hæåïng tæì traûm màût âáút phaït âãún vãû tinh âæåüc goüi laì âæåìng lãn (Up link) vaì âæåìng tæì vãû tinh âãún traûm màût âáút thu goüi laì âæåìng xuäúng (Down link). Háöu hãút, caïc táön säú trong khoaíng 6GHz hoàûc 14GHz âæåüc duìng cho âæåìng lãn vaì táön säú khoaíng 4GHz hoàûc 11GHz cho âæåìng xuäúng. Taûi âáöu phaït, thäng tin nháûn tæì maûng nguäön (coï thãø laì kãnh thoaûi, truyãön hçnh quaíng baï, truyãön säú liãûu ) seî âæåüc duìng âãø âiãöu chãú mäüt soïng mang trung táön IF. Sau âoï tên hiãûu naìy âæåüc âæa qua bäü chuyãøn âäøi náng táön (Up Converter) cho ra táön säú cao hån RF (Radio Frequency). Tên hiãûu RF naìy âæåüc khuãúch âaûi åí bäü khuãúch âaûi cäng suáút cao HPA (High Power Amplifier) räöi âæåcü bæïc xaû ra khäng gian lãn vãû tinh qua anten phaït. Taûi vãû tinh, tên hiãûu nháûn âæåüc qua anten seî âæåüc khuãúch âaûi vaì chuyãøn âäøi táön säú xuäúng (Down Converter), sau âoï âæåüc khuãúch âaûi cäng suáút räöi âæåüc phaït tråí laûi traûm màût âáút. ÅÍ traûm màût âáút thu, tên hiãûu thu âæåüc qua anten âæåüc khuãúch âaûi båíi bäü khuãúch âaûi taûp ám tháúp LNA (Low Noise Amplifier). Sau âoï âæåüc chuyãøn âäøi táön säú xuäúng trung táön qua bäü chuyãøn âäøi haû táön (Down Converter) vaì cuäúi cuìng âæåüc giaíi âiãöu chãú khäi phuûc laûi tên hiãûu bàng gäúc. 4.5. Táön säú sæí duûng trong thäng tin vãû tinh Caïc táön säú sæí duûng trong thäng tin vãû tinh nàòm trong bàng táön siãu cao SHF (Super High Frequency) tæì 3 âãún 30 GHz, trong phäø táön säú sæ í duûng cho vãû tinh ngæåìi ta coìn chia caïc bàng táön nhoí våïi phaûm vi cuía daîy phäø nhæ baíng 4.1. Hiãûn nay, bàng C vaì bàng Ku âæåüc sæí duûng phäø biãún nháút, bàng C (4/6 GHz) nàòm åí khoaíng giæîa cæía säø táön säú, suy hao êt do mæa, træåïc âáy âæåüc duìng cho caïc hãû thäúng viba màût âáút. Sæí duûng chung cho hãû thäúng Intelsat vaì caïc hãû thäúng khaïc bao gäöm caïc hãû thäúng vãû tinh khu væûc vaì nhiãöu hãû thäúng vãû tinh näüi âëa. Bàng Ku (12/14 vaì 11/14 GHz), âæåüc sæí duûng räüng raîi tiãúp sau bàng C cho viãùn thäng cäng cäüng, duìng nhiãöu cho thäng tin näüi âëa vaì thäng tin giæîa caïc cäng ty. Do táön säú cao nãn cho pheïp sæí duûng nhæîng anten coï kêch thæåïc nhoí, nhæng cuîng vç táön säú cao nãn tên hiãûu åí bàng Ku bë háúp thuû låïn do mæa.
60. 57 Baíng 4.1. Táön säú sæí duûng trong thäng tin vãû tinh. Bàng Táön säú (GHz) Bæåïc soïng (cm) L 0,390 ÷ 1,661 76,9 ÷ 18 S 1,662 ÷ 3,339 18 ÷ 8,82 C 3,400 ÷ 7,075 8,82 ÷ 4,41 X 7,025 ÷ 8,425 4,41 ÷ 3,56 Ku 10,90 ÷ 18,10 2,75 ÷ 1,66 Ka 17,70 ÷ 36,00 1,95 ÷ 0,83 Bàng Ka (20/30 GHz) láön âáöu tiãn sæí duûng cho thäng tin thæång maûi qua vãû tinh Sakura cuía Nháût, cho pheïp sæí duûng caïc traûm màût âáút nhoí vaì hoaìn toaìn khäng gáy nhiãùu cho caïc hãû thäúng viba. Tuy nhiãn bàng Ka suy hao âaïng kãø do mæa nãn khäng phuì håüp cho thäng tin cháút læåüng cao. 4.6. Caïc phæång phaïp âa truy nháûp âãún mäüt vãû tinh 4.6.1. Phæång phaïp âa truy nháûp phán chia theo táön säú FDMA FDMA (Frequency Division Multiplex Access) laì loaûi âa truy nháûp âæåüc duìng phäø biãún trong thäng tin vãû tinh, trong hãû thäúng naìy mäùi traûm màût âáút phaït âi mäüt soïng mang coï táön säú khaïc våïi táön säú soïng mang cuía caïc traûm màût âáút khaïc. Mäùi mäüt soïng mang âæåüc phán caïch våïi caïc soïng mang khaïc bàòng caïc bàng táön baío vãû thêch håüp sao cho chungï khäng chäöng lãn nhau. FDMA coï thãø âæåüc sæí duûng cho táút caí caïc hãû thäúng âiãöu chãú: hãû thäúng âiãöu chãú tæång tæû hay âiãöu chãú säú nhæ caïc soïng mang FM (Frequency Modulation) âiãöu chãú bàòng caïc tên hiãûu âiãûn thoaûi âaî gheïp kãnh hoàûc caïc tên hiãûu truyãön hçnh vaì caïc soïng mang PSK (Phase Shift Keying) âiãöu chãú säú. Mäüt traûm màût âáút thu caïc tên hiãûu coï chæïa thäng tin nhåì mäüt bäü loüc thäng daíi. Thåìi gian f f Táön säú fA B fC D Bäü phaït âaïp Hçnh 4.4. FDMA.
61. 58 Phæång phaïp naìy cho pheïp táút caí caïc traûm truyãön dáùn liãn tuûc, noï coï æu âiãøm laì khäng cáön thiãút âiãöu khiãøn âënh thåìi âäöng bäü vaì caïc thiãút bë sæí duûng khaï âån giaín. Hiãûu quaí sæí duûng cäng suáút vãû tinh cuía noï laì khaï täút, tuy nhiãn vç caïc kãnh truyãön dáùn âæåüc phán chia theo mäüt thæåïc âo váût lyï laì táön säú. Nãn phæång phaïp naìy thiãúu linh hoaût trong viãûc thay âäøi caïch phán phäúi kãnh vaì hiãûu quaí tháúp khi säú soïng mang tàng. Nhæng buì laûi phæång phaïp naìy coï thuí tuûc truy nháûp âån giaín, caïc cáúu hçnh phæång tiãûn traûm màût âáút cuîng âån giaín, do âoï dãù daìng æïng duûng phán phäúi theo yãu cáöu vaì kêch hoaût bàngò tiãúng noïi trong caïc täøng âaìi dung læåüng nhoí . 4.6.2. Phæång phaïp âa truy nháûp phán chia theo thåìi gian TDMA TDMA laì phæång phaïp âa truy nháûp trong âoï caïc traûm màût âáút duìng chung mäüt bäü phaït âaïp trãn cå såí phán chia theo thåìi gian nhæ hçnh 4.5. A D C Thåìi gian B 1khung TDMA A f 0 Táön säú Hçnh 4.5. Âa truy nháûp phán chia theo thåìi gian Trong hçnh 4.5, truûc hoaình chè táön säú, truûc tung chè thåìi gian. Truûc thåìi gian âæåüc phán chia thaình caïc khoaíng thåìi gian goüi laì caïc khung TDMA, mäùi khung TDMA âæåüc phán chia thaình caïc khe thåìi gian, caïc khe thåìi gian naìy âæåüc áún âënh cho mäùi traûm màût âáút. Táút caí caïc traûm màût âáút âãöu duìng chung mäüt soïng mang coï táön säú trung tám laì f 0 vaì chè phaït vaì thu tên hiãûu trong caïc khe thåìi gian âæåüc áún âënh. Vç thãú, trong mäüt khoaíng thåìi gian nháút âënh, chè coï tên hiãûu tæì mäüt traûm màût âáút chiãúm toaìn bäü bàng táön cuía bäü phaït âaïp vãû tinh vaì khäng bao giåì xaíy ra træåìng håüp tên hiãûu tæì hai traûm màût âáút tråí lãn chiãúm bäü phaït âaïp cuía vãû tinh trong cuìng mäüt thåìi gian. Âäü daìi cuía khe thåìi gian áún âënh cho mäùi traûm màût âáút tuyì thuäüc vaìo læu læåüng cuía traûm. TDMA sæí duûng caïc soïng mang âiãöu chãú säú vaì caïc soïng mang âæåüc phaït âi tæì traûm màût âáút cáön phaíi âæåüc âiãöu khiãøn chênh xaïc sao cho chuïng nàòm trong khe thåìi gian âæåüc phán phäúi. Âãø laìm âæåüc âiãöu naìy, cáön phaíi coï mäüt tên hiãûu chuáøn phaït âi tæì mäüt traûm chuáøn vaì caïc traûm khaïc láön læåüt truyãön tên hiãûu ngay sau tên hiãûu chuáøn. Trong phæång phaïp âa truy nháûp naìy, caïc traûm màût âáút phaíi truyãön tên hiãûu mäüt
62. 59 caïch giaïn âoaûn vaì cáön phaíi dæû phoìng khoaíng thåìi gian baío vãû giæîa caïc soïng mang âãø caïc tên hiãûu tæì caïc traûm màût âáút khäng chäöng láún lãn nhau khi âãún bäü phaït âaïp. Æu âiãøm cuía phæång phaïp naìy laì coï thãø sæí duûng täút cäng suáút täúi âa cuía vãû tinh vaì coï thãø thay âäøi dãù daìng dung læåüng truyãön taíi bàòng caïch thay âäøi khoaíng thåìi gian phaït vaì thu, do âoï noï linh hoaût trong viãûc thay âäøi, thiãút láûp tuyãún, âàûc biãût laì hiãûu suáút sæí duûng tuyãún ráút cao khi säú kãnh liãn laûc tàng. Màût khaïc, TDMA khi kãút håüp våïi kyî thuáût näüi suy tiãúng noïi thç coï thãø tàng dung læåüng truyãön dáùn lãn ba âãún bäún láön. Tuy nhiãn, TDMA coï mäüt säú nhæåüc âiãøm nhæ sau: • Yãu cáöu phaíi coï âäöng bäü cuûm Maûng TDMA chæïa caïc traûm læu læåüng vaì êt nháút mäüt traûm chuáøn. Caïc cuûm âæåüc phaït âi tæì caïc traûm læu læåüng âæåüc goüi laì caïc cuûm læu læåüng. Säú liãûu læu læåüng âæåüc phaït bàòng caïc cuûm læu læåüng. Traûm chuáøn phaït mäüt cuûm âàûc biãût theo chu kyì goüi laì cuûm chuáøn. Cuûm chuáøn cung cáúp chuáøn âënh thåìi vaì chu kyì cuía noï âuïng bàòng mäüt khung TDMA. Mäùi traûm læu læåüng phaït caïc cuûm læu læåüng trong caïc khe thåìi gian âæåüc áún âënh åí vãû tinh bàòng caïch âiãöu khiãøn âënh thåìi phaït cuûm theo cuûm chuáøn, cuûm chuáøn âæåüc sæí duûng laìm chuáøn âënh thåìi, cuûm chuáøn vaì caïc cuûm læu læåüng âæåüc âàût theo thæï tæû âuïng âãø traïnh chäöng láún trong mäùi khung TDMA. Nãúu khäng coï âäöng bäü cuûm thç caïc cuûm âæåüc phaït coï thãø træåüt khoíi caïc khe thåìi gian âæåüc áún âënh åí vãû tinh. Nãúu xaíy ra chäöng láún caïc cuûm åí vãû tinh thç thäng tin seî bë máút. • Tên hiãûu tæång tæû phaíi âæåüc chuyãøn sang daûng säú khi sæí duûng kyî thuáût TDMA. • Giao diãûn våïi caïc hãû thäúng màût âáút tæång tæû ráút phæïc taûp dáùn âãún giaï thaình cuía hãû thäúng cao. 4.6.3.Phæång phaïp âa truy nháûp phán chia theo maî CDMA CDMA (Code Division Multiplex Access) laì phæång phaïp truy nháûp æïng duûng kyî thuáût traíi phäø, trong âoï moüi âäúi tæåüng coï thãø : • Âæåüc pheïp hoaût âäüng âäöng thåìi. • Hoaût âäüng taûi táön säú nhæ nhau. • Sæí duûng toaìn bäü bàng táön cuía hãû thäúng cuìng mäüt luïc maì khäng gáy nhiãùu sang thäng tin cuía âäúi tæåüng khaïc. Âa truy nháûp phán chia theo maî CDMA laì phæång phaïp âa truy nháûp maì åí âoï caïc traûm màût âáút coï thãø phaït tên hiãûu mäüt caïch liãn tuûc vaì âäöng thåìi, vaì sæí duûng cuìng mäüt bàng táön cuía kãnh. Trong CDMA, mäùi soïng mang phaït âæåüc âiãöu chãú bàòng mäüt maî âàûc biãût qui âënh cho mäùi traûm màtû âáút vaì traûm màût âáút thu coï thãø taïch âæåüc tên hiãûu cáön thu khoíi caïc tên hiãûu khaïc nhåì maî âàûc biãût âoï. Táûp håüp caïc maî cáön duìng phaíi coï caïc thuäüc tênh tæång quan sau âáy:
63. 60 • Mäùi maî phaíi coï thãø âæåüc phán biãût mäüt caïch dãù daìng våïi baín sao cuía chênh noï bë dëch chuyãøn theo thåìi gian. • Mäùi maî phaíi coï thãø âæåüc phán biãût mäüt caïch dãù daìng báút cháúp caïc maî khaïc âæåüc sæí duûng trãn maûng. Viãûc truyãön dáùn tên hiãûu hæîu êch kãút håüp våïi maî âoìi hoíi mät bàng thäng låïn hån nhiãöu so våïi bàng thäng yãu cáöu âãø truyãön dáùn chè riãng thäng tin hæîu êch. Âoï laì lyï do vç sao ngæåìi ta goüi laì truyãön dáùn traíi phäø. Âàûc âiãøm cuía CDMA • Hoaût âäüng âån giaín, do noï khäng âoìi hoíi báút kyì sæû âäöng bäü truyãön dáùn naìo giæîa caïc traûm. Âäöng bäü duy nháút laì âäöng bäü cuía maïy thu våïi chuäùi soïng mang thu âæåüc. • Nhåì viãûc traíi phäø åí phêa phaït vaì thu heûp phäø åí phêa thu nãn noï coï khaí nàng chäúng laûi can nhiãùu giæîa caïc hãû thäúng vaì nhiãùu do hiãûn tæåüng âa âæåìng truyãön ráút täút, âäöng thåìi coï tênh baío máût cuía tên hiãûu cao. Bãn caûnh caïc æu âiãøm nhæ trãn, CDMA váùn täön taûi nhæåüc âiãøm nhæ hiãûu quaí sæí duûng bàng táön keïm, âäü räüng bàng táön truyãön dáùn yãu cáöu låïn. Tuy váûy CDMA ráút phuì håüp âäúi våïi caïc maûng coï caïc traûm nhoí våïi âäü räüng chuìm tia anten låïn vaì âäúi våïi truyãön thäng vãû tinh våïi caïc maïy di âäüng. 4.6.4. Phæång phaïp âa truy nháûp phán phäúi træåïc vaì âa truy nháûp phán phäúi theo yãu cáöu 4.6.4.1. Âa truy nháûp phán phäúi træåïc Âa truy nháûp phán phäúi træåïc laì mäüt phæång phaïp âa truy nháûp maì trong âoï caïc kãnh vãû tinh âæåüc phán bäú cäú âënh cho táút caí caïc traûm màût âáút khaïc nhau, báút cháúp coï hay khäng coï caïc cuäüc goüi phaït âi. 4.6.4.2. Âa truy nháûp phán phäúi theo yãu cáöu Âa truy nháûp phán phäúi theo yãu cáöu laì phæång phaïp âa truy nháûp maì trong âoï caïc kãnh vãû tinh âæåüc sàõp xãúp laûi mäùi khi coï yãu cáöu thiãút láûp kãnh tæì caïc traûm màût âáút coï liãn quan. Âa truy nháûp phán phäúi theo yãu cáöu cho pheïp sæí duûng coï hiãûu quaí dung læåüng kãnh cuía vãû tinh âàûc biãût khi mäüt säú traûm màût âáút coï dung læåüng nhoí sæí duûng chung mäüt bäü phaït âaïp nhæ trong træåìng håüp hãû thäúng âiãûn thoaûi vãû tinh trãn biãøn. 4.7 SÆÛ PHÁN CÆÛC SOÏNG Træåìng âiãûn tæì cuía soïng vä tuyãún âiãûn khi âi qua trong mäüt mäi træåìng dao âäüng theo mäüt hæåïng nháút âënh, tuyì theo kiãøu dao âäüng âoï maì ta coï hai loaûi phán cæûc. Hai loaûi phán cæûc soïng vä tuyãún âiãûn âæåüc sæí duûng trong thäng tin vãû tinh laì soïng phán cæûc thàóng vaì soïng phán cæûc troìn. 4.7.1 Soïng phán cæûc thàóng
64. 61 Mäüt soïng phán cæûc thàóng coï thãø âæåüc taûo ra bàòng caïch dáùn caïc tên hiãûu tæì mäüt äúng dáùn soïng chæî nháût âãún mäüt anten loa, nhåì âoï soïng âæåüc bæïc xaû theo kiãøu phán cæûc thàóng âæïng song song våïi caûnh âæïng cuía anten loa. Âãø thu âæåüc soïng naìy anten thu cuîng cáön phaíi bäú trê giäúng nhæ tæ thãú anten phêa phaït. Trong træåìng håüp khi âàût anten thu vuäng goïc våïi anten phaït thç khäng thãø thu âæåüc soïng naìy ngay caí khi soïng âi vaìo äúng dáùn soïng, vç noï khäng âæåüc näúi våïi âæåìng caïp âäöng truûc. Ta dãù daìng taûo ra soïng phán cæûc thàóng, nhæng cáön phaíi âiãöu chènh hæåïng cuía äúng dáùn soïng anten thu sao cho song song våïi màût phàóng phán cæûc soïng âãn.ú 4.7.2 Soïng phán cæûc troìn Soïng phán cæûc troìn laì soïng trong khi truyãön lan phán cæûc cuía noï quay troìn, coï thãø taûo ra loaûi soïng naìy bàòng caïch kãút håüp hai soïng phán cæûc thàóng coï phán cæûc vuäng goïc nhau vaì goïc lãûch pha laì 900. Soïng phán cæûc troìn laì phán cæûc phaíi hay traïi phuû thuäüc vaìo sæû khaïc nhau giæîa caïc soïng phán cæûc thàóng laì såïm pha hay cháûm pha. Âäúi våïi soïng phán cæûc troìn màûc duì khäng cáön âiãöu chènh hæåïng cuía loa thu, nhæng maûch fiâå cuía anten laûi tråí nãn phæïc taûp hån âäi chuït. Trong thäng tin vãû tinh, soïng phán cæûc troìn âæåüc choün âãø sæí duûng nhåì coï tênh æu viãût sau: - Sæû chãnh lãûch giæîa phán cæûc troìn phaíi vaì phán cæûc troìn traïi laì khaï låïn. Vç váûy maì viãûc phaït vaì thu tên hiãûu khäng aính hæåíng lãn nhau våïi kyî thuáût sæí duûng laûi táön säú. -Trong khoaíng táön säú tæì 4GHz âãún 6GHz thç mæïc âäü phán caïch giæîa hai phán cæûc phaíi vaì phán cæûc traïi roî rãût, do âoï chuïng khäng gáy giao thoa hay can nhiãùu lãn nhau. 4.8 CÆÍA SÄØ TÁÖN SÄÚ Caïc soïng vä tuyãún âiãûn truyãön âãún hay âi tæì caïc vãû tinh thäng tin chëu aính hæåíng cuía táöng âiãûn ly vaì khê quyãøn. Táöng âiãûn ly laì mäüt låïp khê loaîng bë ion hoaï båíi caïc tia vuî truû, coï âäü cao tæì 60km âãún 2000km so våïi màût âáút, låïp mang âiãûn naìy coï tênh cháút háúp thuû vaì phaín xaû soïng. Do caïc biãún âäøi traûng thaïi cuía táöng âiãûn ly, laìm giaï trë háúp thuû vaì phaín xaû thay âäøi gáy ra sæû biãún thiãn cæåìng âäü soïng âi vaìo, goüi laì sæû thàng giaïng. Tuy nhiãn tênh cháút naìy aính hæåíng chuí yãúu âäúi våïi bàng soïng ngàõn, táön säú caìng cao aính hæåíng cuía táöng âiãûn ly caìng êt, caïc táön säú åí bàng soïng viba háöu nhæ khäng bë aính hæåíng cuía táöng âiãûn ly. Trong khê quyãøn, tuy aính hæåíng cuía khäng khê, håi næåïc vaì mæa cáön phaíi âæåüc tênh âãún, nhæng åí táön säú 30GHz hoàûc tháúp hån coï thãø boí qua, caïc táön säú naìy âang âæåüc sæí duûng cho thäng tin vãû tinh.
65. 62 100 50 Suy hao do Suy hao do mæa 25mm/h táöng âiãûn ly 10 Suy hao (dB) 5 Cæía säø táön säú 1 0,1 0,5 1 5 10 50 100 Táön säú (GHz) Hçnh 4.6. suy hao cuía soïng do táöng âiãûn ly vaì do mæa khi táön säú thay âäøi. Tæì âäö thë ta tháúy ràòng, caïc táön säú nàòm åí khoaíng giæîa 1 GHz vaì 10 GHz thç suy hao kãút håüp do táöng âiãûn ly vaì mæa laì khäng âaïng kãø, do váûy bàng táön naìy âæåüc goüi laì "cæía säø táön säú ". Nãúu soïng trong cæía säø vä tuyãún âæåüc sæí duûng trong thäng tin vãû tinh thç suy hao truyãön dáùn coï thãø âæåüc xem gáön âuïng laì suy hao khäng gian tæû do. Vç váûy, cho pheïp thiãút láûp caïc âæåìng thäng tin vãû tinh äøn âënh, nhæng phaíi læu yï âãún sæû can nhiãùu våïi caïc âæåìng thäng tin viba trãn màût âáút vç caïc soïng trong thäng tin viba cuîng sæí duûng táön säú nàòm trong cæía säø táön säú. 4.9 SUY HAO TRONG THÄNG TIN VÃÛ TINH Mäüt tuyãún thäng tin vãû tinh bao gäöm âæåìng truyãön soïng tæì anten cuaí traûm phaït âãún vãû tinh (tuyãún lãn - uplink) vaì tæì vãû tinh âãún anten cuía traûm màût âáút thu (tuyãún xuäúng - downlink). Do âoï suy hao trong thäng tin vãû tinh gäöm caïc loaûi suy hao sau: 4.9.1 Suy hao trong khäng gian tæû do Âäúi våïi vãû tinh âiaû ténh åí âäü cao 35.768km, cæû ly thäng tin cho mäüt tuyãún lãn hay mäüt tuyãún xuäúng gáön nháút laì 35.768km. Do cæû ly truyãön soïng trong thäng tin vãû tinh låïn nhæ váûy nãn suy hao trong khäng gian tæû do laì suy hao låïn nháút. Goüi suy hao naìy laì Ltd , ta coï : 2 ⎛ 4πd ⎞ Ltd = ⎜ ⎟ (4.1) ⎝ λ ⎠ Trong âoï d[km] : laì chiãöu daìi cuía mäüt tuyãún lãn hay xuäúng. λ [m] : bæåïc soïng cäng taïc. Ltd [dB] ì Bæåïc soïng λ âæåüc âäøi ra táön säú cäng taïc våïi quan hãû f = c/ λ . c : váûn täúc aïnh saïng c = 3.108 m/s.
66. 63 f : táön säú cäng taïc [GHz]. Luïc âoï cäng thæïc âãø tênh suy hao trong khäng gian tæû do laì Ltd = 20lg(4π df) - 20lg(c) (4.2) Suy hao khäng gian tæû do cuía tuyãún lãn hay xuäúng khi cäng taïc åí bàng C (4/6 GHz) vaìo khoaíng 200dB. Âãø buì vaìo suy hao naìy, âaím baío cho maïy thu nháûn âæåüc mäüt tên hiãûu âuí låïn cåî -90dBm âãún -60dBm, ngæåìi ta sæí duûng anten coï âæåìng kênh âuí låïn haìng chuûc meït âãø coï hãû säú tàng êch låïn khoaíng 60dB vaì maïy phaït coï cäng suáút låïn haìng tràm dãún haìng ngaìn W. Xeït træåìng håüp mäüt maïy phaït coï cäng suáút bæïc xaû laì 100W cho mäùi soïng mang, cäng taïc åí bàng C (6/4GHz). Nãúu chè tênh âãún suy hao khäng gian tæû do laì 200dB thç cäng suáút thu âæåüc åí soïng mang âoï seî laì: 20 −18 −15 PRx = 100 /10 = 10 (W ) = 10 (mW ) Tênh theo dBw : PRx = 10lg100(dBW ) − 200(dB) = 20 (dBW) - 200 (dB) = -180 (dBW) = -150 (dBmW). Våïi cäng suáút nhoí nhæ váûy thç maïy thu khäng thãø thu âæåüc tên hiãûu, âãø coï âæåüc cäng suáút âáöu vaìo maïy thu khoaíng -70dBm thç ta phaíi sæí duûng anten phaït vaì thu coï hãû säú tàng êch låïn. Nãúu hãû säú tàng êch cuía anten traûm màût âáút laì GR =50dB thç anten thu trãn vãû tinh coï hãû säú tàng êch GT =30dB. Ngoaìi suy hao chênh trong khäng gian tæû do coìn coï caïc suy hao khaïc tuy khäng låïn nhæng khi tênh toaïn tuyãún thäng tin vãû tinh maì ta khäng xeït hãút caïc khaí nàng xáúu nháút do aính hæåíng cuía mäi træåìng truyãön soïng thç khi xaíy ra caïc hiãûn tæåüng âoï cháút læåüng thäng tin seî xáúu âi vaì coï thãø laìm giaïn âoaûn thäng tin. Caïc suy hao âoï âæåüc trçnh baìy sau âáy. 4.9.2 Suy hao do táöng âäúi læu Táöng âäúi læu laì låïp khê quyãøn nàòm saït màût âáút lãn âãún âäü cao (10km-15km) (theo quy âënh cuía táöng âäúi læu tiãu chuáøn), bao gäöm caïc cháút khê chênh háúp thuû soïng gáy ra suy hao nhæ håi næåïc, Oxy, Ozon, Cacbonic. Suy hao naìy phuû thuäüc nhiãöu vaìo táön säú vaì goïc ngáøng cuía anten vaì chè âaïng kãø khi táön säú cäng taïc tæì 10GHz tråí lãn, nghéa laì khi cäng taïc åí bàng Ku (14/12GHz) hay bàng Ka (30/20GHz). Anten coï goïc ngáøng caìng låïn thç suy hao táöng âäúi læu caìng nhoí, do âæåìng truyãön cuía soïng trong táöng âäúi læu caìng ngàõn. Taûi caïc táön säú 21GHz vaì 60GHz coï caïc suy hao cæûc âaûi, âoï laì do sæû cäüng hæåíng háúp thuû âäúi våïi caïc phán tæí håi næåïc vaì Oxy. 4.9.3 Suy hao do táöng âiãûn ly Táöng âiãûn ly laì låïp khê quyãøn nàòm åí âäü cao khoaíng 60km âãún 2000km, do bë ion hoaï maûnh nãn låïp khê quyãøn åí âäü cao naìy bao gäöm chuí yãúu laì caïc âiãûn tæí tæû do,
67. 64 caïc ion ám vaì dæång nãn âæåüc goüi laì táöng âiãûn ly. Sæû háúp thuû soïng trong táöng âiãûn ly giaím khi táön säú tàng, åí táön säú trãn 600MHz thç sæû háúp thuû khäng âaïng kãø. 4.9.4 Suy hao do thåìi tiãút Suy hao do caïc âiãöu kiãûn thåìi tiãút nhæ máy, mæa, sæång muì, suy hao naìy phuû thuäüc vaìo nhiãöu yãúu täú nhæ cæåìng âäü mæa hay sæång muì, vaìo táön säú, vaìo chiãöu daìi quaîng âæåìng âi cuía soïng trong mæa, chiãöu daìi naìy phuû thuäüc vaìo goïc ngáøng anten. Khi goïc ngáøng tàng, suy hao giaím, våïi goïc ngáøng anten khoaíng 400 tråí lãn thç suy hao khäng âaïng kãø, luïc âoï suy hao do mæa khoaíng 0,6 dB, suy hao do sæång muì khoaíng 0,2dB, coìn suy hao trong caïc cháút khê ráút nhoí coï thãø boí qua. Noïi chung khi táön säú vaì cæåìng âäü mæa tàng thç suy hao tàng nhanh, âàûc biãût trong khoaíng táön säú tæì 10GHz âãún 100GHz. Suy hao thæûc tãú tuyì thuäüc vaìo goïc ngáøng anten, âäü cao âàût anten so våïi mæïc næåïc biãøn, chiãöu cao cån mæa vaì sæång muì maì âoaûn âæåìng âi thæûc tãú cuía soïng qua vuìng âoï laì khaïc nhau. Suy hao trãn toaìn bäü âoaûn âæåìng coï chiãöu daìi Le soïng âi qua laì: Ltt = γ .Le (dB) Trong âoï γ : laì hãû säú suy hao trãn âoaûn âæåìng 1km (dB/km), γ phuû thuäüc táön säú, mäi træåìng gáy suy hao nhæ cæåìng âäü mæa hay âäü daìy cuía sæång muì. Le : laì chiãöu daìi thæûc tãú soïng âi qua vuìng gáy suy hao (km), phuû thuäüc goïc ngáøng anten, âäü cao âàût anten, âæåüc xaïc âënh theo cäng thæïc: h − h L = m s (km) (4.3) e sin E Våïi hm laì âäü cao cuía cån mæa (km), theo khuyãún nghë 564 cuía CCIR åí vé âäü 0 0 tæì 0 âãún 56 láúy hm = 3 + 0,028 (km). hs laì âäü cao anten traûm màût âáút so våïi mæïc næåïc biãøn (km). coìn E laì goïc ngáøng anten (âäü). 4.9.5 Suy hao do âàût anten chæa âuïng Khi anten phaït vaì thu lãûch nhau thç seî taûo ra suy hao vç buïp chênh cuía anten thu hæåïng khäng âuïng chuìm tia phaït xaû cuía anten phaït. Thæåìng thç suy hao do âàût anten chæa âuïng tæì 0,8 âãún 1 dB. Anten phatï Anten thu Goïc sai lãûch α α T α R Hçnh 4.7. Sai lãûch do âàût anten chæa âuïng
68. 65 4.9.6 Suy hao trong thiãút bë phaït vaì thu Täønhaofiâå Täønhaofiâå L TX LFTX LFRX RX PR PTX PT PRX GT GR Hçnh 4.8. Suy hao trong thiãút bë phaït vaì thu. Suy hao trong thiãút bë phaït vaì thu coìn goüi laì suy hao do hãû thäúng fiâå, coï hai loaûi nhæ sau: Suy hao LFTX giæîa maïy phaït vaì anten, âãø anten phaït âæåüc cäng suáút PT cáön phaíi cung cáúp mäüt cäng suáút PTX åí âáöu ra cuía bäü khuãúch âaûi phaït, do váûy: PT = PTX - LFTX [dB] Suy hao LFRX giæîa anten vaì maïy thu, cäng suáút PRX åí âáöu vaìo maïy thu bàòng: PR = PRX - LFRX [dB] Trong caïc hãû thäúng vãû tinh hiãûn nay, âãø âån giaín thæåìng láúy hãû säú täøn hao fiâå -0,2 LFRX = LFTX = 2dB. Suy ra LFTX = LFRX = 10 (láön). 4.9.7 Suy hao do phán cæûc khäng âäúi xæïng Suy hao do phán cæûc khäng âäúi xæïng xaíy ra khi anten thu khäng âuïng hæåïng våïi sæû phán cæûc cuía soïng nháûn. Åí âæåìng truyãön phán cæûc troìn, soïng phaït chè âæåüc phán cæûc troìn trãn truûc anten phaït vaì noï seî tråí thaình elip khi ra khoíi truûc anten âoï. Khi truyãön qua báöu khê quyãøn cuîng coï thãø laìm thay âäøi phán cæûc troìn thaình phán cæûc elip. Coìn trong âæåìng truyãön phán cæûc thàóng thç soïng coï thãø bë quay màût phàóng phán cæûc cuía noï khi âæåìng truyãön âi qua khê quyãøn, do âoï anten thu khäng coìn màût phàóng phán cæûc cuía soïng âæïng vaì soïng tåïi. Suy hao do lãûch phán cæûc thæåìng chè 0,1dB. 4.10 TAÛP ÁM TRONG THÄNG TIN VÃÛ TINH Trong mäüt tuyãún thäng tin vãû tinh,taûp ám gáy ra cho traûm màût âáút do nhiãöu nguyãn nhán nhæ sau: 4.10.1 Nhiãût taûp ám hãû thäúng Trong mäüt tuyãún thäng tin vãû tinh, taûp ám gáy ra cho traûm màût âáút do nhiãöu nguyãn nhán vaì âæåüc tênh bàòng nhiãût taûp ám tæång âæång TSYS vaì âæåüc goüi laì nhiãût taûp ám hãû thäúng. Nhiãût taûp ám hãû thäúng âæåüc xem laì täøng cuía bäún thaình pháön âæåüc biãøu diãùn theo biãøu thæïc: