Bài giảng Thông tin vô tuyến
Đề cƣơng bài giảng
Thông tin vô tuyến
MỤC LỤC
MỤC LỤC .................................................................................................................... 1
1.1. Các khái niệm về thông tin vô tuyến .................................................................. 4
1.1.1. Khái niệm về thông tin vô tuyến.................................................................. 4
1.1.2. Lịch sử phát triển của thông tin vô tuyến..................................................... 4
1.1.3. Khái niệm kênh truyền................................................................................. 5
1.1.4. Khái niệm về sóng mang ............................................................................. 5
1.1.6. Phân loại các hệ thống thông tin vô tuyến ................................................... 6
1.1.7. Khái niệm về chuẩn vô tuyến....................................................................... 6
2.2. Đáp ứng xung và hàm truyền đạt của kênh......................................................... 9
2.3. Bề rộng độ ổn định về tần số của kênh............................................................. 10
2.4. Hiệu ứng Doppler............................................................................................. 11
2.5. Kênh phụ thuộc thời gian ................................................................................. 12
2.6. Bề rộng độ ổn định về thời gian của kênh ........................................................ 12
2.7. Khái niệm về sóng vô tuyến ............................................................................. 13
2.7.1. Sóng bề mặt ............................................................................................... 13
2.7.2. Sóng không gian ........................................................................................ 13
2.8. Đƣờng truyền lan sóng vô tuyến....................................................................... 14
2.8.1. Sự lan truyền của băng tần số thấp............................................................. 15
2.8.2. Sự truyền lan của băng tần số cao.............................................................. 15
2.9. Các phƣơng thức truyền lan sóng điện từ......................................................... 15
2.9.1. Sự truyền lan sóng đất ............................................................................... 16
2.9.2. Sự truyền lan sóng không gian................................................................... 16
2.9.3. Sự truyền lan sóng trời............................................................................... 17
2.10. Một số thuật ngữ và định nghĩa truyền sóng................................................... 18
2.10.1. Tần số tới hạn và Góc tới hạn .................................................................. 18
2.10.2. Độ cao ảo................................................................................................. 19
2.11.2. Ảnh hƣởng của pha đing và mƣa ............................................................. 20
2.11.3. Sự can nhiễu của sóng vô tuyến............................................................... 21
2.12. Đặc điểm một số dải sóng vô tuyến................................................................ 21
2.12.1. Sóng cực dài và sóng dài ......................................................................... 21
Nguyễn Thị Huyền Linh
1
Đề cƣơng bài giảng
Thông tin vô tuyến
2.12.2. Sóng trung................................................................................................ 21
2.12.3. Sóng ngắn (SN)........................................................................................ 22
2.12.4. Các sóng cực ngắn (SCN)........................................................................ 23
3.1. Các loại nhiễu trong thông tin vô tuyến............................................................ 25
3.2.2. Định lý giới hạn băng thông Nyquist......................................................... 32
4.1.1. Nhiệt độ tạp âm hệ thống và hệ số tạp âm ................................................. 36
4.1.2. Độ nhạy thu ............................................................................................... 38
4.1.3. Các hiện tƣợng phi tuyến........................................................................... 39
4.2. Các chuẩn vô tuyến .......................................................................................... 39
4.3. Kiến trúc các hệ thống vô tuyến ....................................................................... 46
4.3.1. Hệ thống phát vô tuyến.............................................................................. 46
4.3.2. Kiến trúc máy thu ...................................................................................... 47
TUYẾN....................................................................................................................... 54
5.1. Kỹ thuật điều chế OFDM ................................................................................. 54
5.1.1. Mở đầu....................................................................................................... 54
5.1.2. Các ƣu và nhƣợc điểm ............................................................................... 55
5.3. Lý thuyết về điều chế OFDM........................................................................... 59
5.3.1. Khái niệm về sự trực giao của hai tín hiệu................................................. 59
5.3.2. Bộ điều chế OFDM.................................................................................... 60
5.3.3. Chuỗi bảo vệ trong hệ thống OFDM.......................................................... 62
Nguyễn Thị Huyền Linh
2
Đề cƣơng bài giảng
Thông tin vô tuyến
5.4. Lý thuyết về giải điều chế OFDM .................................................................... 65
5.4.2. Bộ giải điều chế OFDM............................................................................. 65
5.5. Phổ tín hiệu OFDM.......................................................................................... 69
TUYẾN....................................................................................................................... 73
6.1.1. Tế bào và việc phân bổ tần số.................................................................... 73
6.2. Các phƣơng pháp đa truy nhập mạng ............................................................... 74
6.2.1. Đa truy nhập phân chia theo tần số ............................................................ 74
6.2.2. Đa truy nhập phân chia theo thời gian ....................................................... 77
6.2.3. Đa truy nhập phân chia theo mã................................................................. 80
6.2.4. Đa truy nhập phân chia theo không gian.................................................... 82
6.3. Các phƣơng thức truyền dẫn............................................................................. 83
6.3.1. Truyền dẫn có dây ..................................................................................... 83
6.3.2. Truyền dẫn không dây ............................................................................... 85
Nguyễn Thị Huyền Linh
3
Đề cƣơng bài giảng
Thông tin vô tuyến
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN VÔ
TUYẾN 1.1. Các khái niệm về thông tin vô tuyến
1.1.1. Khái niệm về thông tin vô tuyến
Hình 1.1 thể hiện một mô hình đơn giản của một hệ thông thông tin vô tuyến.
Mô hình kênh
(Discrete Channel)
Nguồn tin
Mã nguồn
Mã kênh
Điều chế
(source coding)
(Channel coding)
(Modulation)
Kênh vô tuyến
(Channel)
Tín hiệu đích
Giải mã nguồn
Giải mã kênh
Giải điều chế
(Destination)
(Demodulation)
(source decoding)
(Channel Decoding)
Hình 1.1 Mô hình hệ thống thông tin
Nguồn tin trƣớc hết qua mã nguồn để giảm các thông tin dƣ thừa, sau đó đƣợc
mã kênh để chống các lỗi do kênh truyền gây ra. Tín hiệu sau khi qua mã kênh đƣợc
điều chế để có thể truyền tải đƣợc đi xa. Các mức điều chế phải phù hợp để với điều
kiện của kênh truyền. Sau khi tín hiệu đƣợc phát đi ở máy phát, tín hiệu thu đƣợc ở
máy thu sẽ trải qua các bƣớc ngƣợc lại so với máy phát. Kết quả tín hiệu đƣợc giải mã
và thu lại đƣợc ở máy thu. Chất lƣợng tín hiệu phụ thuộc vào chất lƣợng kênh truyền,
các phƣơng pháp điều chế và mã hóa khác nhau.
1.1.2. Lịch sử phát triển của thông tin vô tuyến
Vào đầu thế kỷ 20 Marconi thành công trong việc liên lạc vô tuyến qua Đại Tây
dƣơng, Kenelly và Heaviside phát hiện một yếu tố là tầng điện ly hiện diện ở tầng phía
trên của khí quyển có thể dùng làm vật phản xạ sóng điện từ. Những yếu tố đó đã mở
ra một kỷ nguyên thông tin vô tuyến cao tần đại quy mô. Gần 40 năm sau Marconi,
thông tin vô tuyến cao tần là phƣơng thức thông tin vô tuyến duy nhất sử dụng phản xạ
của tầng đối lƣu, nhƣng nó hầu nhƣ không đáp ứng nổi nhu cầu thông tin ngày càng
gia tăng.
Chiến tranh Thế giới lần thứ hai là một bƣớc ngoặt trong thông tin vô tuyến.
Thông tin tầm nhìn thẳng - lĩnh vực thông tin sử dụng băng tần số cực cao (VHF) và
đã đƣợc nghiên cứu liên tục sau chiến tranh thế giới - đã trở thành hiện thực nhờ sự
phát triển các linh kiện điện tử dùng cho HF và UHF, chủ yếu là để phát triển ngành
Nguyễn Thị Huyền Linh
4
Đề cƣơng bài giảng
Thông tin vô tuyến
Rađa. Với sự gia tăng không ngừng của lƣu lƣợng truyền thông, tần số của thông tin
vô tuyến đã vƣơn tới các băng tần siêu cao (SHF) và cực cao (EHF). Vào những năm
1960, phƣơng pháp chuyển tiếp qua vệ tinh đã đƣợc thực hiện và phƣơng pháp chuyển
tiếp bằng tán xạ qua tầng đối lƣu của khí quyển đã xuất hiện. Do những đặc tính ƣu
việt của mình, chẳng hạn nhƣ dung lƣợng lớn, phạm vi thu rộng, hiệu quả kinh tế cao,
thông tin vô tuyến đƣợc sử dụng rất rộng rãi trong phát thanh truyền hình quảng bá, vô
tuyến đạo hàng, hàng không, quân sự, quan sát khí tƣợng, liên lạc sóng ngắn nghiệp
dƣ, thông tin vệ tinh - vũ trụ v.v... Tuy nhiên, can nhiễu với lĩnh vực thông tin khác là
điều không tránh khỏi, bởi vì thông tin vô tuyến sử dụng chung phần không gian làm
môi trƣờng truyền dẫn.
Để đối phó với vấn đề này, một loạt các cuộc Hội nghị vô tuyến Quốc tế đã
đƣợc tổ chức từ năm 1906. Tần số vô tuyến hiện nay đã đƣợc ấn định theo "Quy chế
thông tin vô tuyến (RR) tại Hội nghị ITU ở Geneva năm 1959. Sau đó lần lƣợt là Hội
nghị về phân bố lại dải tần số sóng ngắn để sử dụng vào năm 1967, Hội nghị về bổ
sung quy chế tần số vô tuyến cho thông tin vũ trụ vào năm 1971, và Hội nghị về phân
bố lại tần số vô tuyến của thông tin di động hàng hải cho mục đích kinh doanh vào
năm 1974. Tại Hội nghị của ITU năm 1979, dải tần số vô tuyến phân bố đã đƣợc mở
rộng tới 9kHz - 400 Ghz và đã xem xét lại và bổ sung cho Quy chế thông tin vô tuyến
điện (RR). Để giảm bớt can nhiều của thông tin vô tuyến, ITU tiếp tục nghiên cứu
những vấn đề sau đây để bổ sung vào sự sắp xếp chính xác khoảng cách giữa các sóng
mang trong Quy chế thông tin vô tuyến:
- Dùng cách che chắn thích hợp trong khi lựa chọn trạm.
- Cải thiện hƣớng tính của anten
- Nhận dạng bằng sóng phân cực chéo.
- Tăng cƣờng độ ghép kênh.
- Chấp nhận sử dụng phƣơng pháp điều chế chống lại can nhiễu.
1.1.3. Khái niệm kênh truyền
Kênh truyền là môi trƣờng truyền dẫn cho phép truyền lan sóng vô tuyến.
Thông tin vô tuyến sử dụng khoảng không gian làm môi trƣờng truyền dẫn. Tùy thuộc
vào môi trƣờng truyền dẫn mà kênh truyền dẫn có các tính chất khác nhau.
1.1.4. Khái niệm về sóng mang
Sóng mang là sóng đƣợc nhân với tín hiệu có ích trƣớc khi gửi ra ăngten phát.
Sóng mang bản thân nó không mang tín hiệu có ích. Tùy thuộc vào môi trƣờng truyền dẫn
Nguyễn Thị Huyền Linh
5
Đề cƣơng bài giảng
Thông tin vô tuyến
và dải tín hiệu cho phép mà ngƣời ta lựa chọn giá trị tần số sóng mang. Thông thƣờng
thì sóng mang là sóng trung tâm của dải băng tần cho phép của hệ thống thông tin.
1.1.5. Khái niệm về truyền dẫn ở băng tần cơ sở và truyền dẫn ở băng thông
Truyền dẫn vô tuyến thông thƣờng đƣợc thực hiện ở băng thông , nghĩa là tín
hiệu phải đƣợc điều chế bằng một sóng mang nào đó trƣớc khi phát đi. Truyền dẫn ở
băng tần có sở là việc truyền dẫn không qua sóng mang. Tín hiệu không qua sóng
mang không có khả năng truyền đƣợc đi xa do suy hao lớn.
1.1.6. Phân loại các hệ thống thông tin vô tuyến
Các hệ thống thông tin vô tuyến có thể đƣợc phân loại theo sự cung cấp dịch
vụ. Ví dụ hệ thống phát thanh và truyền hình, dịch vụ của hai hệ thống là thoại và hình
ảnh. Có thể phân loại hệ thống thông tin vô tuyến theo phƣơng thức truyền dẫn nhƣ hệ
thống truyền bán song công (bộ đàm) hay song công (hệ thống thông tin di động).
Cũng có thể phân loại hệ thống theo môi trƣờng truyền dẫn.
1.1.7. Khái niệm về chuẩn vô tuyến
Để xây dựng một hệ thống vô tuyến trong phạm vi đa quốc gia hay toàn cầu
ngƣời ta đƣa ra các chuẩn cụ thể cho các hệ thống cụ thể. Các chuẩn này quy định cấu
trúc máy phát, máy thu, cấu trúc toàn bộ hệ thống thông tin một cách thống nhất. Các
hãng sản xuất thiết bị thông tin sẽ theo các quy chuẩn này để thiết kế hệ thống. Trên
thế giới có hai tổ chức lớn thực hiện các vấn đề này đó là Hiệp hội Điện tử Thế giới
IEEE và tổ chức quy chuẩn của Châu Âu ETSI.
1.2. Phân chia dải tần số vô tuyến và ứng dụng cho các mục đích thông tin
Thông tin vô tuyến đảm bảo việc phát thông tin đi xa nhờ các sóng điện từ . Môi
trƣờng truyền sóng (khí quyển trên mặt đất, vũ trụ, nƣớc, ...) là chung cho nhiều kênh
thông tin vô tuyến. Việc phân kênh chủ yếu dựa vào tiêu chuẩn tần số. Phổ tần tổng
cộng và miền áp dụng cho chúng đƣợc chỉ ra trên hình 1.2.
Dải tần số radio
Viba,
Dải sợi quang
Tia
Âm
thanh âm
Hồng
ngoại thấy
Tia
X
Tia vũ
gamma trụ
Hạ
âm
Siêu
AM
radio
TV,
FM
vệtinh,
rađa
nhìn
Cực
tím
Tia
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
1022
Tần số (Hz)
Hình 1.2 Phổ tần số vô tuyến và ứng dụng
Nguyễn Thị Huyền Linh
6
Đề cƣơng bài giảng
Thông tin vô tuyến
22
Phổ tần kéo dài từ các tần số dƣới âm thanh (vài Hz) đến các tia vũ trụ (10
Hz) và đƣợc chia tiếp thành các đoạn nhỏ gọi là các băng tần. Toàn bộ dải tần số vô
tuyến (RF) lại đƣợc chia thành các băng nhỏ hơn, có tên và ký hiệu theo Ủy ban tƣ vấn
về thông tin vô tuyến quốc tế CCIR.
- Các tần số cực kỳ thấp (ELF) có giá trị nằm trong phạm vi 30Hz đến 300Hz, chứa cả
tần số mạng điện AC và các tín hiệu đo lƣờng từ xa tần thấp.
- Các tần số tiếng nói (VF), có giá trị nằm trong phạm vi 300Hz đến 3kHz, chứa các
tần số kênh thoại tiêu chuẩn.
- Các tần số rất thấp (VLF), có giá trị nằm trong phạm vi 3kHz đến 30kHz, chứa phần
trên của dải nghe đƣợc của tiếng nói. Dùng cho các hệ thống an ninh, quân sự và
chuyên dụng của chính phủ nhƣ là thông tin dƣới nƣớc (giữa các tàu ngầm).
- Các tần số thấp (LF) có giá trị nằm trong phạm vi 30kHz đến 300kHz (thƣờng gọi là
sóng dài), chủ yếu dùng cho dẫn đƣờng hàng hải và hàng không.
- Các tần số trung bình (MF) có giá trị nằm trong phạm vi 300kHz đến 3MHz (thƣờng
đƣợc gọi là sóng trung), chủ yếu dùng cho phát thanh thƣơng mại sóng trung. Ngoài ra
cũng sử dụng cho đƣờng dẫn hàng hải và hàng không.
- Các tần số cao (HF) có giá trị nằm trong phạm vi 3MHz đến 30MHz (thƣờng gọi là sóng
ngắn). Phần lớn các thông tin vô tuyến hai chiều sử dụng dải này với mục đích thông tin ở
cự ly xa xuyên lục địa, liên lạc hàng hải, hàng không, phát thanh quảng bá,...
- Các tần số rất cao (VHF) có giá trị nằm trong phạm vi 30MHz đến 300MHz (còn gọi
là sóng mét), thƣờng dùng cho vô tuyến di động, thông tin hàng hải và hàng không,
phát thanh FM thƣơng mại, truyền hình thƣơng mại.
- Các tần số cực cao (UHF) có giá trị nằm trong phạm vi 300MHz đến 3GHz (còn gọi
là sóng decimet), dùng cho các kênh truyền hình thƣơng mại, các dịch vụ thông tin di
động mặt đất, các hệ thống điện thoại tế bào, một số hệ thống rađa và dẫn đƣờng, các
hệ thống vi ba và thông tin vệ tinh.
- Các tần số siêu cao (SHF) có giá trị nằm trong phạm vi 3GHz đến 30GHz (còn gọi là
sóng centimet), chủ yếu dùng cho vi ba và thông tin vệ tinh.
- Các tần số cực kỳ cao (EHF) có giá trị nằm trong phạm vi 30GHz đến 300GHz (còn
gọi là sóng milimet), ít sử dụng cho thông tin vô tuyến.
- Các tần số hồng ngoại có giá trị nằm trong phạm vi 0,3THz đến 300THz, nói chung
không gọi là sóng vô tuyến. Sử dụng trong các hệ thống dẫn đƣờng tìm nhiệt, chụp
ảnh điện tử và thiên văn học.
Nguyễn Thị Huyền Linh
7
Đề cƣơng bài giảng
Thông tin vô tuyến
- Các ánh sáng nhìn thấy có giá trị nằm trong phạm vi 0,3PHz đến 3PHz, dùng trong
hệ thống sợi quang.
- Các tia cực tím, tia X, tia gamma và tia vũ trụ rất ít sử dụng cho thông tin.
12
Chú thích: 1 THz (terahertz) = 10 Hz 1
15
PHz (petahertz) = 10 Hz 1
18
EHz (exahertz) = 10 Hz
Nguyễn Thị Huyền Linh
8
Đề cƣơng bài giảng
Thông tin vô tuyến
CHƢƠNG 2. LÝ THUYẾT VỀ KÊNH VÔ TUYẾN
2.1. Khái niệm về kênh truyền dẫn phân tập đa đƣờng
Ăng ten
Vật
Tuyến 2 (τ2)
phản
Tuyến 1 (τ1
)
xạ
Máy thu
Hình 2.1 Mô hình phản xạ trong truyền dẫn phân tập đa đƣờng
Tín hiệu từ ăng ten phát đƣợc truyền đến máy thu thông qua nhiều hƣớng phản
xạ hoặc tán xạ khác nhau. Ở hình trên tín hiệu giả sử nhận đƣợc bằng hai luồng tín
hiệu. Một luồng là tín hiệu truyền thẳng có trễ truyền dẫn tƣơng ứng là τ , tuyến thứ
1
hai phản xạ từ vật cản có trễ truyền dẫn là τ . Tín hiệu ở máy thu là tổng của tín hiệu
2
nhận đƣợc từ 2 tuyến truyền dẫn, tín hiệu thu đƣợc ở luồng τ bị suy giảm ở một mức
1
độ khác so với độ suy giảm ở luồng τ . Do vậy cƣờng độ tín hiệu thu đƣợc ở luồng τ
2
1
khác với tín hiệu ở luồng τ cho dù máy phát phát đi hai tín hiệu có cùng biên độ. Hiện
2
tƣợng này đƣợc gọi là hiện tƣợng fading ở miền tần số (fading đƣợc hiểu là hiện tƣợng
suy hao của tín hiệu phát nhận đƣợc tại máy thu do kênh truyền dẫn gây ra). Kênh
truyền dẫn phân tập đa đƣờng gây nên hiệu ứng fading ở miền tần số gọi là kênh phụ
thuộc tần số. Thực chất của hiện tƣợng kênh phụ thuộc tần số là hàm truyền đạt của
kênh phụ thuộc vào giá trị của tần số của tín hiệu phát.
Mô hình tổng quát của truyền dẫn phân tập đa đƣờng không phải chỉ là hai
tuyến truyền dẫn mà có thể là vô số các tuyến truyền dẫn khác nhau. Tín hiệu phát có
thể là phản xạ, tán xạ hoặc khúc xạ theo nhiều hƣớng khác nhau rồi mới đến máy thu.
Trong trƣờng hợp máy phát và máy thu đặt trong tầm nhìn thẳng thì sẽ có một luồng
tín hiệu trong tầm nhìn thẳng. Tín hiệu này thƣờng có cƣờng độ lớn hơn hẳn và chất
lƣợng tín hiệu thu tốt hơn nhiều.
2.2. Đáp ứng xung và hàm truyền đạt của kênh
2.2.1. Đáp ứng xung của kênh không phụ thuộc thời gian
a) Khái niệm về kênh không phụ thuộc thời gian
Kênh không phụ thuộc thời gian là kênh truyền dẫn trong trƣờng hợp không có
sự chuyển động tƣơng đối giữa máy phát và máy thu.
Bản chất của hiện tƣợng này là cả đáp ứng xung và hàm truyền đạt của kênh không
phụ thuộc thời gian.
b) Định nghĩa của xung Dirac
Xung δ(t) đƣợc định nghĩa là xung Dirac nếu nó thõa mãn hai điều kiện sau :
Nguyễn Thị Huyền Linh
9
Đề cƣơng bài giảng
Thông tin vô tuyến
(t) 1
(t) 0 nếu t ≠ 0 và
c) Khái niệm về đáp ứng xung của kênh
Đáp ứng xung của kênh là một dãy xung thu đƣợc ở máy thu khi máy phát phát
đi một xung cực ngắn gọi là xung Dirac δ(t).
Đáp ứng xung của kênh không phụ thuộc thời gian về mặt toán học đƣợc biểu
diễn nhƣ sau :
N
p
h( ) ak . ( k )
k 1
Trong đó : k là chỉ số của tuyến truyền dẫn, h(τ) là đáp ứng xung của kênh, τ là
biến trễ truyền dẫn, τ là trễ truyền dẫn tƣơng ứng với biến k, a là hệ số suy hao và
k
k
N là số tuyến truyền dẫn.
p
Hình 2.2 mô tả đáp ứng xung của kênh.
h(τ)
τ
Hình 2.2 Đáp ứng xung của kênh
2.2.2. Hàm truyền đạt của kênh không phụ thuộc thời gian
Chuyển đổi Fourier của đáp ứng xung h(τ) ta đƣợc hàm truyền đạt H(jω) :
FT
h(τ) H(jω)
Hàm truyền đạt của kênh là :
N
p
H ( j) h( )e j d ak e j
k
k 1
Dựa vào hàm truyền đạt của kênh ta có thể nhận biết đƣợc ở miền tần số nào tín
hiệu bị suy hao hay tƣơng ứng với độ fading lớn, hoặc ở miền tần số nào tín hiệu ít bị
suy hao.
2.3. Bề rộng độ ổn định về tần số của kênh
Bề rộng độ ổn định về tần số của kênh đƣợc định nghĩa :
1
(f )
c
max
Trong đó, (Δf) là bề rộng độ ổn định tần số của kênh còn τ
là trễ truyền dẫn
max
c
lớn nhất của kênh. Tùy thuộc vào bề rộng băng tần của hệ thống so với bề rộng độ ổn
định tần số của kênh mà kênh đƣợc định nghĩa là kênh phụ thuộc tần số hay không.
Nguyễn Thị Huyền Linh
10
Đề cƣơng bài giảng
Thông tin vô tuyến
Nếu bề rộng độ ổn định tần số của kênh lớn hơn nhiều so với bề rộng băng tần
của hệ thống:
(Δf) >>B
c
thì kênh đƣợc định nghĩa là không phụ thuộc vào tần số. Trong trƣờng hợp ngƣợc lại :
(Δf) <<B
c
thì kênh đƣợc định nghĩa là kênh phụ thuộc tần số.
2.4. Hiệu ứng Doppler
Hiệu ứng Doppler gây ra do sự chuyển động tƣơng đối giữa máy phát và máy
thu nhƣ trên hình 2.3.
Ăng ten
Vật
phản
xạ
Tuyến 2: τ2(t)
Tuyến 1: τ1(t)
1
Máy thu
Hình 2.3 Hàm truyền đạt của kênh
Bản chất của hiện tƣợng này là phổ của tín hiệu thu đƣợc bị xê lệch đi so với
tần số trung tâm một khoảng gọi là tần số Doppler.
Giả thiết góc tới của tuyến k so với hƣớng chuyển động của máy thu là k , khi
đó tần số Doppler tƣơng ứng của tuyến này là:
fD
c f cos( )
k
0
k
Trong đó: là vận tốc chuyển động tƣơng đối của máy phát so với máy thu, c là
vận tốc ánh sáng và f là tần số sóng mang của hệ thống.
0
Nếu k = 0 thì tần số Doppler lớn nhất sẽ là:
f
f
D max
0
c
Giả thiết tín hiệu đến máy thu bằng nhiều luồng khác nhau với cƣờng độ ngang
nhau ở khắp mọi hƣớng, khi đó phổ của tín hiệu tƣơng ứng với tần số Doppler đƣợc
biểu diễn nhƣ sau :
f
f
f f
A
0
D max
0
D max
f
f0
f
1
yy ( j)
f
max
0
cac truong hop con lai
Phổ của tín hiệu thu đƣợc biểu diễn trên hình 2.4.
Nguyễn Thị Huyền Linh
11
Đề cƣơng bài giảng
Thông tin vô tuyến
(f)
yy
A
f
-f
f0
fDmax+f0
f
Dmax 0
Hình 2.4 Mật độ phổ của tín hiệu thu
Mật độ phổ của tín hiệu thu bị ảnh hƣởng bởi hiệu ứng Doppler do Jake tìm ra
năm 1974, nên còn đƣợc gọi là phổ Jake.
Ý nghĩa của phổ tín hiệu:
Giả thiết tín hiệu phát đi ở tần số sóng mang f , khi đó tín hiệu thu sẽ không
0
nhận đƣợc chính xác trên tần số sóng mang f mà bị dịch đi cả về hai phía với độ dịch
0
là f
. Sự dịch tần số này ảnh hƣởng đến sự đồng bộ của nhiều hệ thống. Hiệu ứng
Dmax
Doppler còn gây ra sự phụ thuộc thời gian của kênh vô tuyến.
2.5. Kênh phụ thuộc thời gian
Sự dịch chuyển tƣơng đối giữa máy phát và máy thu gây ra hiệu ứng Doppler
và hiện tƣợng phụ thuộc vào thời gian của kênh. Sự phụ thuộc thời gian của đáp ứng
xung kênh vô tuyến đƣợc biểu diễn ở phƣơng trình sau :
j(2f D
t )(
k
k
k
k
(t))
h(,t) a e
Thời gian trễ truyền dẫn τ liên quan đến độ dài của tuyến truyền dẫn và vận tốc
ánh sáng, còn thời gian tuyệt đối t liên quan đến điểm thời gian quan sát kênh. Điểm
thời gian quan sát kênh có thể là ban ngày hay ban đêm, mang ý nghĩa tuyệt đối, còn
trễ truyền dẫn đƣợc tính là hiệu số giữa thời điểm nhận đƣợc tín hiệu và thời điểm phát
tín hiệu.
Đáp ứng xung của kênh là phép biểu diễn toán học của kênh ở miền thời gian. Biến
đổi Fourier của đáp ứng xung của kênh cho ta hàm truyền đạt của kênh, vì vậy hàm
truyền đạt của kênh là phép biểu diễn toán học của kênh ở miền tần số. Hàm truyền đạt
của kênh đƣợc biểu diễn nhƣ sau :
N
p
j (2f t
(t )
H(j,t) h(,t)e j d a e
)e j
D
k
k
k
k
k 1
2.6. Bề rộng độ ổn định về thời gian của kênh
Để đánh giá sự phụ thuộc vào thời gian của kênh, Proakis đƣa ra định nghĩa về
bề rộng độ ổn định về thời gian của kênh nhƣ sau :
Nguyễn Thị Huyền Linh
12
Đề cƣơng bài giảng
Thông tin vô tuyến
(t) 1
c
2.f
D max
Tùy thuộc vào sự so sánh giữa bề rộng độ ổn định về thời gian của kênh với
chu kỳ lấy mẫu tín hiệu sẽ cho ta kết quả liệu kênh vô tuyến đƣợc gọi là kênh phụ
thuộc thời gian hay không.
Nếu bề rộng sự ổn định về thời gian của kênh lớn hơn nhiều so với độ dài một
mẫu tín hiệu của hệ thống : (Δt) >> T
c
s
thì kênh truyền dẫn của hệ thống đó đƣợc coi là không phụ thuộc thời
gian. Trong trƣờng hợp ngƣợc lại, có nghĩa là : (Δt) << T
c
s
thì kênh truyền dẫn của hệ thống đƣợc coi là phụ thuộc thời gian.
2.7. Khái niệm về sóng vô tuyến
Sóng vô tuyến là sóng điện từ có tần số từ 30KHz đến 300GHz và đƣợc chia ra
các băng tần LF, HF, VHF, UHF và băng tần cao dùng cho thông tin vệ tinh.
Có hai loại sóng vô tuyến là sóng dọc và sóng ngang. Sóng dọc là sóng lan
truyền theo phƣơng chuyển động của nó (tiêu biểu nhƣ sóng âm thanh lan truyền trong
không khí) còn sóng ngang là sóng điện từ có vectơ cƣờng độ điện trƣờng và từ trƣờng
vuông góc với nhau và vuông góc với phƣơng truyền sóng.
Các sóng vô tuyến có thể đƣợc truyền từ an ten phát đến an ten thu bằng hai
đƣờng chính: bằng sóng bề mặt và sóng không gian.
2.7.1. Sóng bề mặt
Khi sóng vô tuyến lan truyền dọc theo bề mặt trái đất, thì năng lƣợng truyền dẫn
bị tiêu hao. Mức độ tiêu hao này phụ thuộc vào hằng số điện dẫn và điện môi hiệu
dụng của đất. Khi tần số sóng trên 30MHz đất có tác dụng nhƣ một dây dẫn kém gây
tiêu hao lớn. Do đó, trong thực tế khi truyền sóng trên mặt đất ngƣời ta thƣờng chọn
sóng có tần số thấp.
2.7.2. Sóng không gian
Là một loại sóng quan trọng trong thông tin VHF,UHF và SHF. Năng lƣợng
truyền của sóng không gian từ anten phát đến anten thu theo ba đƣờng truyền tƣơng
ứng với sóng trực tiếp, sóng phản xạ từ mặt đất và sóng phản xạ từ tầng đối lƣu.
Bầu khí quyển chia ra làm 3 tầng:
+ Tầng đối lƣu: là lớp khí quyển từ mặt đất lên đến độ cao khoảng (10 - 15)km. Càng
lên cao mật độ phân tử khí càng giảm, làm thay đổi phƣơng truyền của các tia sóng.
Tầng này thích hợp cho việc truyền sóng ngắn.
+ Tầng bình lƣu: là lớp khí quyển nằm trong miền từ tầng đối lƣu lên đến độ cao
khoảng 60km, tầng này có mật độ phân tử khí thấp, chiết suất khí có tác dụng làm
khúc xạ tia sóng, đổi phƣơng truyền, làm cho các tia sóng phát từ mặt đất lên tầng bình
lƣu sẽ bị đổi phƣơng truyền quay về mặt đất. Do vậy rất thích hợp cho việc truyền
sóng cực ngắn.
Nguyễn Thị Huyền Linh
13
Đề cƣơng bài giảng
Thông tin vô tuyến
+ Tầng điện ly: là tầng khí quyển cao nằm từ độ cao (80 - 800)km, miền này hấp thụ
nhiều tia tử ngoại có năng lƣợng lớn, các tia này có tác dụng phân ly các phần tử khí
trở thành các ion tự do, ở tầng này mật độ phân tử khí giảm thấp. Khi tia sóng đƣợc
phát lên gần tầng điện ly thì cũng bị phản xạ bẻ cong và quay trở lại mặt đất do vậy rất
thích hợp cho việc truyền sóng ngắn.
+ Sóng trực tiếp
Là sóng truyền trực tiếp từ anten phát đến anten thu không bị phản xạ trên
đƣờng truyền. Trong điều kiện truyền lan bình thƣờng, nó có biên độ lớn nhất so với
các sóng khác đến máy thu.
+ Sóng phản xạ từ mặt đất
Sóng này đến an ten thu sau khi phản xạ một vài lần từ mặt đất hoặc từ các vật
thể xung quanh. Sóng phản xạ tới anten thu có biên độ và pha khác với biên độ và pha
của sóng trực tiếp, làm tín hiệu thu không ổn định. Nếu hiệu khoảng cách đƣờng
truyền của tia phản xạ và tia trực tiếp bằng số lẻ lần nửa bƣớc sóng thì ở anten thu
0
sóng phản xạ lệch pha với sóng trực tiếp một góc 180 và kết quả làm suy giảm tín
hiệu sóng trực tiếp, đến một mức độ nào đó phụ thuộc vào biên độ của sóng phản xạ.
+ Sóng phản xạ tầng đối lƣu
Do thay đổi chỉ số khúc xạ của không khí theo độ cao so với mặt đất, nên sóng
có thể bị phản xạ, tuỳ theo góc sóng tới có thể xảy ra phản xạ toàn phần từ tầng đối
lƣu. Trong trƣờng hợp này xuất hiện một biên giới có tác dụng giống nhƣ một bề mặt
phản xạ, gửi sóng trở lại mặt đất. Một số tia này sẽ đến an ten thu, có thể làm suy giảm
sóng trực tiếp do sự thay đổi pha và biên độ gây ra. Sóng truyền theo tầng đối lƣu có
thể lan rộng đến 10 dặm (khoảng 15km).
2.8. Đƣờng truyền lan sóng vô tuyến
Sóng vô tuyến không truyền lan theo dạng lý tƣởng khi chúng ở trong không
gian do ảnh hƣởng của mặt đất và tầng đối lƣu. Hình 2.5(a) mô tả đƣờng truyền sóng
giữa các đầu phát T và đầu thu R và chỉ cho thấy còn có sóng phản xạ từ bề mặt đất để
đạt tới trạm thu, ngoài sóng trực tiếp theo đƣờng thẳng.
Hình 2.5 Đƣờng đi của Sóng vô tuyến
Khi khoảng cách giữa trạm phát và trạm thu xa nhau hơn, thông tin bằng sóng
đi thẳng trở nên không thể đƣợc do độ cong của bề mặt trái đất nhƣ trình bày trong
hình 2.5(b) nhƣng vẫn có thể có sóng vô tuyến truyền lan xuống mặt đất do có sóng bề
mặt, sóng phản xạ và sóng trời (hình 2.6). Nói chung, sóng bề mặt, sóng trực tiếp và
sóng phản xạ, trừ sóng trời, đều đƣợc gọi là sóng đất. Sóng trời là sóng điện từ bị thay
đổi hành trình của mình tại tầng điện ly và quay trở về trái đất; tầng điện ly là nơi hội
Nguyễn Thị Huyền Linh
14
Đề cƣơng bài giảng
Thông tin vô tuyến
tụ của vô số điện tích, định hình tại độ cao 80-800 Km. Ngoài sóng bề mặt và sóng trời
còn có sóng tán xạ - đó là phản xạ do những sự biến đổi mãnh liệt của tầng đối lƣu và
điện ly hoặc do sóng điện từ va chạm với các vật chất, chẳng hạn nhƣ các sao băng, và
bị tán xạ để rồi đạt tới đầu thu. Sóng tán xạ đƣợc sử dụng trong phƣơng pháp chuyển
tiếp qua tán xạ đối lƣu.
Hình 2.6 Hành trình của sóng vô tuyến đi qua đƣờng chân trời
2.8.1. Sự lan truyền của băng tần số thấp
Sự lan truyền của băng tần số thấp là nhờ vào sóng đất. Do nhiễu xạ sóng điện
từ, độ nhiễu xạ tỷ lệ nghịch với bƣớc sóng cho nên tần số sử dụng càng cao, sóng đất
càng yếu (để truyền lan tần số thấp). Hiện tƣợng nhiễu xạ có mối tƣơng quan chặt chẽ
với độ dẫn điện và hằng số điện môi của đất trong đƣờng lan truyền. Vì cự ly truyền
sóng trên mặt biển dài hơn so với mặt đất cho nên tần số thấp đƣợc sử dụng rộng rãi
trong thông tin vô tuyến đạo hàng. Trong trƣờng hợp tần số cực thấp, bƣớc sóng lớn
hơn nhiều so với chiều cao từ bề mặt trái đất lên tới tầng điện ly. Cho nên, mặt đất và
tầng điện ly đóng vai trò nhƣ hai bức tƣờng. Nó đƣợc gọi là chế độ ống dẫn sóng mặt
đất - điện ly mà nhờ nó, có thể thông tin tới toàn thế giới. Băng tần số cực thấp đƣợc
sử dụng chủ yếu cho thông tin hàng hải và thông tin đạo hàng.
2.8.2. Sự truyền lan của băng tần số cao
Thông tin cự ly xa bằng băng tần số cao đƣợc thực hiện nhờ sự phản xạ của
sóng trời trên tầng điện ly. Trong phƣơng thức thông tin này, mật độ thu sóng trời phụ
thuộc vào tần số vô tuyến và trạng thái của tầng điện ly, trạng thái này thay đổi theo
thời gian, theo ngày, theo mùa và theo điều kiện thời tiết. Cho nên việc dự báo trạng
thái của tầng điện ly là vô cùng quan trọng đối với thông tin liên lạc sử dụng sóng trời.
2.9. Các phƣơng thức truyền lan sóng điện từ
Các sóng bức xạ từ điểm phát có thể đến đƣợc các điểm thu theo những đƣờng
khác nhau. Các sóng truyền lan dọc theo bề mặt quả đất gọi là sóng đất hay sóng bề mặt;
các sóng đi tới các lớp riêng biệt của tầng ion và phản xạ lại gọi là sóng điện ly hay sóng
trời; sóng trực tiếp và sóng phản xạ từ mặt đất gọi là sóng không gian (hình 2.7).
Nguyễn Thị Huyền Linh
15
Đề cƣơng bài giảng
Thông tin vô tuyến
Khí quyển trái đất
Sóng nhìn thẳng
Anten phát
Anten thu
Sóng phản xạ từ đất
Sóng bề mặt
Bề mặt trái đất
Hình 2.7 Các phƣơng thức truyền sóng
2.9.1. Sự truyền lan sóng đất
Sóng đất là sóng truyền lan dọc theo bề mặt trái đất, do đó còn đƣợc gọi là sóng
bề mặt. Sóng đất là sóng phân cực đứng bởi vì điện trƣờng trong sóng phân cực ngang
sẽ song song với bề mặt trái đất, và các sóng nhƣ thế sẽ bị ngắn mạch bởi sự dẫn điện
của đất.
Thành phần điện trƣờng biến đổi của sóng đất sẽ cảm ứng điện áp trong bề mặt
trái đất, tạo ra dòng điện chảy. Bề mặt trái đất cũng có điện trở và các tổn hao điện
môi, gây nên sự suy hao sóng đất khi lan truyền. Sóng đất lan truyền tốt nhất trên bề
mặt là chất dẫn điện tốt nhƣ nƣớc muối, và truyền kém trên vùng sa mạc khô cằn. Tổn
hao sóng đất tăng nhanh theo tần số, vì thế sóng đất nói chung hạn chế ở các tần số
thấp hơn 2 MHz. Sóng đất đƣợc dùng rộng rãi cho liên lạc tàu thủy - tàu thủy và tàu
thủy - bờ. Sóng đất đƣợc dùng tại các tần số thấp đến 15 kHz.
Các nhƣợc điểm của truyền lan sóng đất là:
- Sóng đất yêu cầu công suất phát khá cao.
- Sóng đất yêu cầu anten kích thƣớc lớn.
- Tổn hao thay đổi đáng kể theo loại
đất. Các ƣu điểm là:
- Với công suất phát đủ lớn, sóng đất có thể dùng để liên lạc giữa 2 điểm bất kì
trên thế giới.
- Sóng đất ít bị ảnh hƣởng bởi sự thay đổi điều kiện khí quyển.
2.9.2. Sự truyền lan sóng không gian
Gồm sóng trực tiếp và sóng phản xạ từ mặt đất, truyền trong vài kilomet tầng
dƣới của khí quyển. Sóng trực tiếp lan truyền theo đƣờng thẳng giữa các anten phát và
thu, còn gọi sóng nhìn thẳng (LOS: Line-Of-Sight). Vì thế, sóng không gian bị hạn chế
bởi độ cong của trái đất. Sóng phản xạ từ đất là sóng phản xạ từ bề mặt trái đất khi lan
truyền giữa anten phát và thu. Độ cong của trái đất tạo nên chân trời đối với sự truyền
lan sóng không gian, thƣờng gọi là chân trời vô tuyến. Có thể kéo dài chân trời vô
tuyến bằng cách nâng cao anten phát hoặc anten thu (hay cả hai) bằng tháp hoặc đặt
Nguyễn Thị Huyền Linh
16
Đề cƣơng bài giảng
Thông tin vô tuyến
trên đỉnh núi (tòa nhà). Hình 2.8 chỉ ra ảnh hƣởng của độ cao anten đến chân trời vô
tuyến.
Anten phát
Tia nhìn thẳng LOS
Anten thu
ht
dt
dr
hr
d
Hình 2.8 Sóng không gian và chân trời vô tuyến
Chân trời vô tuyến nhìn thẳng đối với một anten bằng: d 2h
trong đó: d = khoảng cách đến chân trời vô tuyến (dặm, 1 dặm = 1,5km), h = độ cao
anten so với mực nƣớc biển (feet, 1 feet = 0,304767m). Do đó, khoảng cách giữa anten
phát và anten thu là:
d dt dr 2ht 2hr
trong đó: d là tổng khoảng cách (dặm hoặc km), ,d , d là chân trời vô tuyến đối với
t
r
anten phát và anten thu (dặm hoặc kilomet), h , h độ cao anten phát và anten thu (phít
t
r
hoặc mét). Nhƣ vậy, khoảng cách truyền sóng không gian có thể tăng bằng cách tăng
độ cao anten phát, anten thu hoặc cả hai.
Do các điều kiện ở tầng dƣới khí quyển hay thay đổi nên mức độ khúc xạ thay
đổi theo thời gian. Trƣờng hợp đặc biệt gọi là truyền lan trong ống sóng xảy ra khi mật
độ đạt mức sao cho các sóng điện từ bị bẫy giữa tầng này và bề mặt trái đất. Các lớp
khí quyển hoạt động nhƣ ống dẫn sóng và các sóng điện từ có thể lan truyền rất xa
vòng theo độ cong trái đất và trong ống.
2.9.3. Sự truyền lan sóng trời
Các sóng điện từ có hƣớng bức xạ cao hơn đƣờng chân trời (tạo thành góc khá
lớn so với mặt đất) đƣợc gọi là sóng trời. Sóng trời đƣợc phản xạ hoặc khúc xạ về trái
đất từ tầng điện ly, vì thế còn gọi là sóng điện ly. Tầng điện ly hấp thụ một số lƣợng
lớn năng lƣợng của tia cực tím và tia X bức xạ của mặt trời, làm ion hóa các phân tử
không khí và tạo ra electron tự do. Khi sóng điện từ đi vào tầng điện ly, điện trƣờng
của sóng tác động lực lên các electron tự do, làm cho chúng dao động. Khi sóng
chuyển động xa trái đất, sự ion hóa tăng, song lại có ít hơn phân tử khí để ion hóa. Do
đó, phần trên của khí quyển có số phần trăm phân tử ion hóa cao hơn phần dƣới. Mật
độ ion càng cao, khúc xạ càng lớn. Nói chung, tầng điện ly đƣợc phân chia thành 3
lớp: lớp D, E, và F theo độ cao của nó; lớp F lại đƣợc phân chia thành lớp F1, F2 (hình
2.9). Độ cao và mật độ ion hóa của 3 lớp thay đổi theo giờ, mùa và theo chu kì vết đen
của mặt trời (11 năm). Tầng điện ly đậm đặc nhất vào ban ngày và mùa hè.
Nguyễn Thị Huyền Linh
17
Đề cƣơng bài giảng
Thông tin vô tuyến
km
400
F1+F2
300 F1+F2
Lớp F2
Lớp F1
200
137
Lớp F
Lớp E
100
50
Lớp D (chỉ có ban ngày)
0
1
2
3
4
5
6
7 8
9
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Giờ trong ngày
Hình 2.9 Tầng điện ly và sự thay đổi của chúng theo thời gian trong
Lớp D: là lớp thấp nhất, có độ cao 50 ÷ 100 km và nằm xa mặt trời nhất, do đó
có ion hóa ít nhất. Nhƣ vậy lớp D ít có ảnh hƣởng đến hƣớng truyền lan sóng vô tuyến.
Song các ion ở lớp này có thể hấp thụ đáng kể năng lƣợng sóng điện từ. Lớp D biến
mất về đêm. Lớp này phản xạ sóng VLF và LF, hấp thụ các sóng MF và HF.
Lớp E: có độ cao 100 ÷ 140 km, còn gọi là lớp Kennelly - Heaviside theo tên
của hai nhà bác học khám phá ra nó. Lớp E có mật độ cực đại tại độ cao 70 dặm vào
22 giữa trƣa khi mặt trời ở điểm cao nhất. Lớp E hầu nhƣ biến mất về đêm, hỗ trợ sự
lan truyền sóng bề mặt MF và phản xạ sóng HF một chút về ban ngày. Phần trên của
lớp E đôi khi đƣợc xét riêng và gọi là lớp E thất thƣờng. Lớp này gây bởi hiện tƣợng
nhật hoa và hoạt động của vết đen mặt trời. Đây là lớp mỏng có mật độ ion hoá rất
cao, cho phép cải thiện không ngờ cự ly liên lạc.
Lớp F: gồm 2 lớp F1 và F2. Lớp F1 có độ cao 140 ÷ 250 km vào ban ngày. Lớp
F2 có độ cao 140 ÷ 300 km về mùa đông và 250 ÷ 350 km về mùa hè. Về đêm, 2
lớp này hợp lại với nhau tạo thành một lớp. Lớp F1 hấp thụ và suy hao một số sóng
HF, cho qua phần lớn các sóng để đến F2 , rồi khúc xạ ngƣợc về trái đất.
2.10. Một số thuật ngữ và định nghĩa truyền sóng
2.10.1. Tần số tới hạn và Góc tới hạn
Các tần số cao hơn dải UHF thực tế không bị ảnh hƣởng bởi tầng điện ly vì
bƣớc sóng của chúng cực kì ngắn. Tại các tần số này, khoảng cách giữa các ion là khá
lớn, do đó các sóng điện từ đi qua chúng hầu nhƣ không bị ảnh hƣởng.
Nhƣ vậy phải tồn tại giới hạn tần số trên đối với sự truyền lan sóng trời. Tần số
tới hạn là tần số cao nhất mà sóng điện từ vẫn còn có thể trở về trái đất bởi tầng điện
ly. Tần số tới hạn phụ thuộc vào mật độ ion và thay đổi theo giờ và mùa. Nếu góc bức
xạ đứng giảm, các tần số lớn hơn hoặc bằng tần số tới hạn còn có thể khúc xạ trở lại bề
mặt trái đất, vì chúng sẽ đi khoảng cách dài hơn trong tầng ion và có nhiều thời gian
hơn để khúc xạ. Vì thế, tần số tới hạn chỉ đƣợc dùng làm điểm chuẩn so sánh. Mỗi tần
số có góc đứng cực đại tại đó nó có thể lan truyền và còn khúc xạ lại bởi tầng ion. Góc
này đƣợc gọi là góc tới hạn (hình 2.10). Nhƣ vậy, góc tới hạn liên quan đến mật độ ion
Nguyễn Thị Huyền Linh
18
Đề cƣơng bài giảng
Thông tin vô tuyến
của tầng điện ly và tần số của tín hiệu. Góc tới hạn cao cho tần số thấp và thấp cho tần
số cao.
Xuyên qua tầng ion và biến mất
Phản xạ liên tiếp
Khúc xạ về trái đất
Góc tới hạn
Anten phát
Bề mặt trái đất
Hình 2.10 Góc tới hạn
Một kỹ thuật đo lƣờng gọi là thăm dò tầng điện ly bằng âm thanh (ionospheric
sounding) đôi khi đƣợc sử dụng để xác định tần số tới hạn. Tín hiệu đƣợc truyền thẳng
từ bề mặt đất và tăng dần tần số. Tại các tần số thấp hơn, tín hiệu sẽ bị hấp thụ hoàn
toàn bởi khí quyển. Khi tần số tăng dần, một phần sẽ trở lại trái đất. Tại tần số nào đó,
tín hiệu sẽ xuyên qua khí quyển, đi vào không gian xa xôi và không trở lại trái đất. Tần
số cao nhất sẽ còn trở lại trái đất theo hƣớng thẳng đứng chính là tần số tới hạn.
2.10.2. Độ cao ảo
Độ cao ảo là độ cao tại đó sóng khúc xạ cũng chính là sóng phản xạ dự kiến
(hình 2.11).
Hình 2.11 Độ cao ảo và độ cao thực tế
Sóng bức xạ đƣợc khúc xạ lại trái đất theo đƣờng A. Độ cao cực đại thực tế mà
sóng đến đƣợc là ha. Đƣờng B là đƣờng dự kiến sao cho sóng phản xạ sẽ đi qua và còn
trở về trái đất tại cùng vị trí. Độ cao cực đại mà sóng phản xạ dự kiến này sẽ tới đƣợc
chính là độ cao ảo hv.
Nguyễn Thị Huyền Linh
19
Đề cƣơng bài giảng
Thông tin vô tuyến
2.11. Các nhân tố ảnh hƣởng đến sự truyền lan sóng vô tuyến
2.11.1. Suy hao khi truyền lan trong không gian tự do
Khoảng không mà trong đó các sóng truyền lan bị suy hao đƣợc gọi là không
gian tự do. Mức suy hao của sóng vô tuyến đƣợc phát đi từ anten phát đến anten thu
trong không gian tự do tỷ lệ thuận với khoảng cách giữa hai anten và tỉ lệ nghịch với
độ dài bƣớc sóng. Suy hao này gọi là suy hao truyền lan trong không gian tự do, đƣợc
tính nhƣ sau:
4d 2
4fd 2
Lp
c
Trong đó: L là suy hao đƣờng truyền không gian tự do (không có thứ
p
nguyên). D là khoảng cách (tính theo mét)
f là tần số (Hz)
λ là bƣớc sóng (mét) c
là tốc độ ánh sáng.
Chuyển sang dB ta có:
Lp[dB] 20lg
4
fd
4
20lg f 20lg d
dB 20lg
c
c
Nếu tần số tính theo MHz và khoảng cách tính theo km, ta có:
4(106 )( 103 )
8
p
(MHz)
(km)
L [dB]20lg
20lgf
20lgd
3.10
32,4 20lg f(MHz) 20lg d(km)
Nếu tần số tính theo GHz và khoảng cách tính theo km, ta có:
Lp [dB] 92,4 20lg f(GHz ) 20lg d(km)
2.11.2. Ảnh hưởng của pha đing và mưa
Pha đing đƣợc định nghĩa là sự thay đổi cƣờng độ tín hiệu sóng mang cao tần
thu đƣợc do sự thay đổi khí quyển và phản xạ đất, nƣớc trong đƣờng truyền sóng.
Thực tế cho thấy ảnh hƣởng do mƣa và pha đing nhiều tia là những ảnh hƣởng lan
truyền chủ yếu đối với các tuyến vô tuyến tầm nhìn thẳng trên mặt đất làm việc trong
dải tần GHz. Vì chúng quyết định các tổn hao truyền dẫn và do đó quyết định khoảng
cách lặp cùng với toàn bộ giá thành của một hệ vô tuyến chuyển tiếp. Pha đing nhiều
tia tăng khi độ dài của tuyến tăng tuy nhiên nó không phụ thuộc nhiều vào tần số. Còn
tiêu hao do mƣa tăng lên khi tần số tăng. Chẳng hạn, đối với các tuyến sử dụng tần số
trên 35GHz thƣờng suy hao do mƣa lớn do đó để đảm bảo chất lƣợng tín hiệu truyền
dẫn thì các khoảng cách lặp thƣờng chọn dƣới 20km, ngoài ra việc giảm độ dài đƣờng
truyền sẽ làm giảm các ảnh hƣởng của pha đing nhiều tia. Vậy đối với các đƣờng
truyền dài và có tần số hoạt động thấp thì pha đing nhiều tia là ảnh hƣởng chính. Còn
đối với các tuyến ngắn và có tần số hoạt động cao hơn thì tiêu hao do mƣa là ảnh
hƣởng chủ yếu.
Nguyễn Thị Huyền Linh
20
Tải về để xem bản đầy đủ
86 trang
12/01/2024
30665
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Thông tin vô tuyến", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_thong_tin_vo_tuyen.pdf
