Giáo trình Thông tin vi ba vệ tinh - Chương 2: Các cơ sở về sóng vô tuyến - Pha đinh - Thiết bị vi ba số
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.
C¸c sãng v« tuyÕn cã thÓ lan truyÒn theo c¸c ph¬ng thøc kh¸c nhau ®îc biÓu
diÔn nh sau:
Sãng trêi
Sãng ®Êt
(tÇng ®iÖn ly)
Sãng bÒ mÆt
Sãng kh«ng gian
Sãng truyÒn
trùc tiÕp
Sãng ph¶n x¹ tõ
mÆt ®Êt
Sãng ph¶n x¹ tõ
tÇng ®èi l-u
H×nh 2.1 C¸c ph-¬ng thøc truyÒn sãng v« tuyÕn
Sãng trêi
(tÇng ®iÖn ly)
TÇng ®èi l-u
Sãng trùc tiÕp
Sãng bÒ mÆt
Sãng ph¶n x¹
tõ mÆt ®Êt
Tr¸i ®Êt
H×nh 2.2 C¸c ph-¬ng thøc truyÒn sãng v« tuyÕn.
2.1.1 Sãng bÒ mÆt
Khi sãng v« tuyÕn lan truyÒn däc theo bÒ mÆt tr¸i ®Êt, th× n¨ng lîng truyÒn dÉn
bÞ tiªu hao. Møc ®é tiªu hao nµy phô thuéc vµo h»ng sè ®iÖn dÉn vµ ®iÖn m«i hiÖu
16
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 ngêi ta thêng 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 lîng
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 lu.
+ 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 thêng, 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 bíc 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 tõ bÇu khÝ quyÓn
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
lu. Trong trêng 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
lu cã thÓ lan réng ®Õn 10 dÆm (kho¶ng 15km).
BÇu khÝ quyÓn chia ra lµm 3 tÇng:
+ TÇng ®èi lu: 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 lu: lµ líp khÝ quyÓn n»m trong miÒn tõ tÇng ®èi lu 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
b×nh lu sÏ bÞ ®æi ph¬ng truyÒn quay vÒ mÆt ®Êt. Do vËy rÊt thÝch hîp cho viÖc truyÒn
sãng cùc ng¾n.
+ TÇng ®iÖn ly (Ionosphere): lµ tÇng khÝ quyÓn cao n»m tõ ®é cao (60 - 400)km,
miÒn nµy hÊp thô nhiÒu tia tö ngo¹i cã n¨ng lîng 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 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.
2.1.3 Sãng trêi (ph¶n x¹ tõ tÇng ®iÖn ly)
H×nh 2.3 biÓu diÔn c¸c tÇng ®iÖn ly bao quanh mÆt ®Êt cã ®é cao tõ 60km ®Õn
400km, chia thµnh 3 tÇng: D, E vµ F. TÇng F cã 2 phÇn lµ tÇng F1 vµ F2. Cµng ë tÇng
trªn cao th× ph©n tö kh«ng khÝ cµng bÞ Ion ho¸ bëi bøc x¹ mÆt trêi, ban ngµy nhiÒu
h¬n ban ®ªm. Vµo ban ®ªm, khi kh«ng cã bøc x¹ mÆt trêi th× vïng D vµ E biÕn mÊt
17
cßn F1 vµ F2 th× kÕt hîp víi nhau thµnh tÇng F. TÇng nµy vÉn tån t¹i vµo ban ®ªm v×
mËt ®é kh«ng khÝ rÊt thÊp nªn thêi gian t¸i hîp cña c¸c Ion diÔn ra l©u h¬n.
TÇng F
2
TÇng F
1
TÇng E
TÇng D
Tr¸i ®Êt
H×nh 2.3 C¸c líp cña tÇng ®iÖn ly
Sãng v« tuyÕn ®îc phãng lªn tÇng ®iÖn ly quay trë vÒ tr¸i ®Êt nhê hiÖn tîng
khóc x¹, thùc hiÖn liªn l¹c gi÷a c¸c ®Þa ®iÓm kh¸c nhau trªn mÆt ®Êt. Kh«ng khÝ bÞ
ion ho¸ chøa c¸c ®iÖn tö tù do, cã thÓ di chuyÓn khi cã mÆt cña sãng v« tuyÕn (®iÖn
tõ trêng). Qu¸ tr×nh t¬ng t¸c nµy rÊt phøc t¹p, nhng hiÖu øng chñ yÕu lµ sù gi¶m
h»ng sè ®iÖn m«i lµm cho sãng v« tuyÕn bÞ uèn cong vÒ tr¸i ®Êt. TÇn sè cµng cao th×
cÇn nhiÒu qu¸ tr×nh ion ho¸ ®Ó t¹o ra sù khóc x¹. NÕu kh«ng bÞ khóc x¹ ®ñ m¹nh th×
nã cã thÓ bÞ hÊp thô hoÆc xuyªn qua bÇu khÝ quyÓn vµo kh«ng gian.
Vµo ban ngµy, c¸c líp D vµ E hÊp thô sãng v« tuyÕn t¬ng øng víi c¸c tÇn sè
l©n cËn vµ thÊp h¬n 8MHz vµ 10MHz. Cßn ®èi víi c¸c tÇn sè tõ 10MHz ®Õn 30MHz
th× sãng v« tuyÕn bÞ khóc x¹ bëi c¸c tÇng F1 vµ F2 vµ cã thÓ quay vÒ tr¸i ®Êt. Vµo
ban ®ªm, c¸c líp D vµ E biÕn mÊt, c¸c tÇn sè thÊp h¬n kh«ng bÞ hÊp thô nªn chóng
cã thÓ ®Õn tÇng F vµ bÞ khóc x¹ quay vÒ tr¸i ®Êt. §ång thêi, c¸c tÇn sè cao h¬n cã
thÓ xuyªn qua tÊt c¶ c¸c tÇng khÝ quyÓn ®Ó ®i vµo kh«ng gian.
Do ®ã, ngêi ta sö dông sãng v« tuyÕn cã tÇn sè cao h¬n 10MHz vµo ban ngµy
vµ dïng tÇn sè thÊp h¬n vµo ban ®ªm ®Ó thùc hiÖn liªn l¹c b»ng sãng v« tuyÕn trªn
mÆt ®Êt.
TÇng F
2
TÇng F
1
TÇng E
TÇng D
Tr¸i ®Êt
H×nh 2.4 Thùc hiÖn liªn l¹c nhê 2 lÇn khóc x¹
Mét ®iÓm h¹n chÕ tron viÖc truyÒn sãng nhê tÇng ®iÖn ly lµ sãng v« tuyÕn
trong d¶i VHF vµ cao h¬n (f>30MHz) kh«ng quay vª tr¸i ®Êt khi ®îc phãng lªn
tÇng ®iÖn ly.
18
2.2 C¸c nh©n tè ¶nh hëng ®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
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 bíc sãng. Suy hao nµy gäi lµ suy hao truyÒn lan trong kh«ng gian tù do,
4π d
Lo
=
20log(
)
[dB]
®îc tÝnh nh sau:
(2.1)
d[m], λ [m]: lÇn lît lµ kho¶ng c¸ch truyÒn dÉn vµ bíc sãng cña sãng v« tuyÕn.
2.2.2 ¶nh hëng cña pha ®inh vµ ma
Pha ®inh ®îc ®Þnh nghÜa lµ sù thay ®æi cêng ®é tÝn hiÖu sãng mang cao tÇn thu
®îc do sù thay ®æi khÝ quyÓn vµ ph¶n x¹ ®Êt, níc trong ®êng truyÒn sãng.
Thùc tÕ cho thÊy ¶nh hëng do ma vµ pha ®inh nhiÒu tia lµ nh÷ng ¶nh hëng 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 ma t¨ng lªn khi tÇn sè t¨ng. Ch¼ng h¹n, ®èi víi c¸c
tuyÕn sö dông tÇn sè trªn 35GHz thêng suy hao do ma lín do ®ã ®Ó ®¶m b¶o chÊt l-
îng tÝn hiÖu truyÒn dÉn th× c¸c kho¶ng c¸ch lÆp thêng chän díi 20km, ngoµi ra viÖc
gi¶m ®é dµi ®êng truyÒn sÏ lµm gi¶m c¸c ¶nh hëng 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 hëng chÝnh. Cßn ®èi víi c¸c tuyÕn ng¾n vµ cã tÇn sè ho¹t ®éng cao h¬n th×
tiªu hao do ma lµ ¶nh hëng chñ yÕu.
B¶ng 2.1 KÕt qu¶ thùc nghiÖm vÒ suy hao do h¬i níc - khÝ hËu theo tÇn sè sãng v«
tuyÕn cña Alcatel.
Suy hao dB/km
6GHz
10GHz
20GHz
0,013
0,45
5,5
40GHz
0,07
1,5
Ma võa 0,25mm/h
Ma lín 5mm/h
B·o 50mm/h
≈ 0
0,012
0,22
1,2
≈ 0
0,08
1,2
13
27
B·o lín 150mm/h
18
5,5
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 thêng.
2.2.4 Sù can nhiÔu cña sãng v« tuyÕn
Th«ng thêng 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 hëng 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 hëng bëi c¸c tr¹m
mÆt ®Êt cña c¸c hÖ thèng th«ng tin vÖ tinh l©n cËn.
2.3 Pha ®inh
19
Pha dinh lµ sù biÕn ®æi cêng ®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
níc 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 hëng lín ®Õn tuyÕn vi ba sè dung lîng 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 níc 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 lu. §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 tîng 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 hiÖu
cña ®êng truyÒn trùc tiÕp. NÕu trong trêng 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 hëng cña pha dinh nhiÒu tia
C¸c kü thuËt ®îc sö dông ®Ó gi¶m c¸c ¶nh hëng 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 lîng 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, thêng ®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 lîng ®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 ngêi 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:
ρs = exp [-0,0021sf(0,4d)1/2]
Víi s: kho¶ng c¸ch gi÷a 2 t©m cña an ten [m]
f: TÇn sè sãng v« tuyÕn [GHz]
(2.2)
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, ngêi ta chän kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c an ten
sao cho hÖ sè t¬ng quan kh«ng gian kh«ng vît qu¸ 0,6. Do ®ã cã thÓ sö dông hÖ sè
nÇy ®Ó lµm ngìng cho viÖc sö dông ph©n tËp.
20
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
4
+
s
f
10−
2
10
(2.3)
Ios
=
100
ar2
9
4
(d / 40)
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 t¬ng ®èi cña anten ph©n tËp so víi anten chÝnh:
ar = 10[(Ad-Am)/20]
Ad: lµ hÖ sè khuÕch ®¹i anten ph©n tËp [dB]
Am: lµ hÖ sè khuÕch ®¹i 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 thêng c«ng thøc
trªn tÝnh gÇn ®óng cho mét tuyÕn cã chiÒu dµi (20 ÷ 70)Km vµ tÇn sè (2÷11)GHz
f1
E1
T1
R2
E2
T2
R1
f
f1
2 f2
S1
S2
ChuyÓn
m¹ch
ChuyÓn
m¹ch
Div
R1’
Div
R2’
H×nh 2.6 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:
Fm
1
∆ f
I
=
0,8
10 10
(2.4)
fd
f
Trong ®ã: f : lµ tÇn sè trung t©m cña b¨ng tÇn
d: ®é dµi cña ®êng truyÒn
[GHz]
[km]
∆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:
21
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 nhng viÖc sö dông phæ tÇn kh«ng ®¹t hiÖu qu¶ cao.
Ngoµi ra ®Ó t¨ng hiÖu qu¶ chèng pha ®inh ngêi ta sö dông kÕt hîp ph©n tËp
kh«ng gian vµ tÇn sè.
E1
E2
T1
T3
R3
R1
S2
S1
ChuyÓn
m¹ch
ChuyÓn
m¹ch
T2
T4
2
R4
R2
H×nh 2.7 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 tîng 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).
Tx/Rx
Kªnh1
Tx/Rx
Kªnh1
Tx/Rx
Kªnh1
Tx/Rx
Kªnh1
ThiÕt
BÞ
ThiÕt
BÞ
chuyÓn
m¹ch
tù
chuyÓn
m¹ch
Tù
ChÆng truyÒn dÉn
ChÆng truyÒn dÉn
Tx/Rx
Kªnhx
Tx/Rx
Kªnhx
Tx/Rx
Kªnhx
Tx/Rx
Kªnhx
®éng
®éng
Ph©n ®o¹n chuyÓn m¹ch
H×nh 2.8 N©ng cao ®é an toµn cho tuyÕn b»ng kªnh dù phßng
ChÊt lîng 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
(n
≤ 7)
th×
m¹ch tù ®éng. Th«ng thêng khi sè kªnh truyÒn dÉn nhá h¬n hoÆc b»ng 7
dïng mét kªnh dù phßng, t¬ng øng víi cÊu h×nh (n+1). Trong thùc tÕ dïng cÊu h×nh
22
(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
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
ChuyÓn
m¹ch RF
TÝn hiÖu
vµo
T
1
T
x
GhÐp vµ
t¸ch kªnh
R
1
TÝn hiÖu
ra
Bé song
c«ng
R
x
Bé chia
Bé tæ hîp chän lùa
tÝn hiÖu tèt nhÊt
H×nh 2.9 PhÇn ph¸t vµ phÇn thu cña hÖ thèng dù phßng nãng theo cÊu h×nh (1+1)
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, ngêi 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 trêng hîp thiÕt bÞ sù cè vµ gi¸n ®o¹n ®-
êng truyÒn x¶y ra t¹i mét trong nh÷ng kªnh chÝnh.
23
ChuyÓn m¹ch
logic
§iÒu chÕ +
Ph¸t
Kªnh 1
F
BB
BB
1 Tx
1
2 ®Õn 34 Mbit/s
G703
§iÒu chÕ +
Ph¸t
Kªnh 2
F
2 Tx
2
2 ®Õn 34 Mbit/s
G703
§iÒu chÕ +
Ph¸t
Kªnh X
F
X Tx
BB
X
2 ®Õn 34 Mbit/s
G703
H×nh 2.10 PhÇn ph¸t cña hÖ thèng vi ba sè cã kªnh X dù phßng
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 trêng 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, nhêng kªnh dù phßng X cho kªnh 1.
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 trêng tÝn
hiÖu hoÆc dùa vµo tØ lÖ lçi bit thu ®îc.
24
ChuyÓn m¹ch
logic
Thu + Gi¶i
®iÒu chÕ
F
1
B¨ng tÇn gèc
Kªnh 1
Kªnh 1
Rx
2 ®Õn 34
Mbit/s
G703
Thu + Gi¶i
®iÒu chÕ
F
2
B¨ng tÇn gèc
Kªnh 2
Kªnh 2
2 ®Õn 34
Mbit/s
G703
Thu + Gi¶i
®iÒu chÕ
F
X
B¨ng tÇn gèc
Kªnh x
Kªnh
2 ®Õn 34
Mbit/s
G703
Rx
H×nh 2.11 PhÇn thu cña hÖ thèng vi ba sè cã kªnh X dù phßng
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 trêng 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
PTX
PTX
10 1mW
PTX
=
10log10
= 10log
[dBm]
(2.5)
dBm
P
2.4.3 §é nh¹y m¸y thu hay ngìng thu
0
Lµ møc tÝn hiÖu cao tÇn tèi thiÓu ®Õn ë ®Çu vµo m¸y thu ®Ó nã ho¹t ®éng b×nh
thêng, nghÜa lµ tho¶ m·n tØ sè lçi bit (BER) cho tríc t¬ng øng víi tèc ®é bÝt nhÊt
®Þnh.
25
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
−
3
nhÇm lçi th× tØ sè nµy cµng nhá cµng tèt, b×nh thêng còng ph¶i ®¹t
10−
, víi chÊt l-
10
îng tèt h¬n ph¶i ®¹t
thu t¬ng øng.
2.4.5 Ph¬ng thøc ®iÒu chÕ vµ gi¶i ®iÒu chÕ
6 . Víi yªu cÇu BER cho tríc m¸y thu ph¶i cã mét ngìng
Th«ng thêng trong vi ba sè, tïy theo tèc ®é bit (dung lîng kªnh) ngêi 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 thêng, 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 nhng chÊt
lîng 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 hëng ®Õn chÊt lîng 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 thêng 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 thêng ®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). Ngêi ta sö dông kªnh nµy ®Ó khai th¸c qu¶n lý vµ gi¸m s¸t thiÕt bÞ.
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 trêng 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
26
kim lo¹i trªn c¸c thanh máng ®Ó lµm gi¶m träng lîng anten vµ lµm cho giã lít
xuyªn.
PhÇn chÝnh cña mét anten Parabol
B
D
PhÔu thu sãng
F
d
0
0
θ
D©y dÉn sãng
A
H×nh 2.12 s¬ ®å kÝch thíc cña mét anten Parabol
S¬ ®å cÊu t¹o cña anten parabol ®îc biÓu diÔn nh h×nh 2.12. 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.
Mèi liªn hÖ gi÷a tiªu cù, bÒ s©u lßng ch¶o vµ ®êng kÝnh ch¶o ®îc biÓu diªnc theo
D2
biÓu thøc:
(2.7)
F
=
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
π
Df
c
4
π
S
2
π D
[dB]
(2.8)
GdB
=
10lg
η
=
10lg
η
10lgη
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
50%
4GHz
50%
8GHz
60%
13GHz
60%
23GHz
70%
38GHz
70%
D / η
3,7m
2,4m
1,2m
0,6m
0,3m
32dB
28dB
38dB
34dB
28dB
45dB
42dB
36dB
46dB
40dB
34dB
46dB
40dB
34dB
44dB
38dB
27
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 lîng ®îc tËp trung ë bóp sãng chÝnh nhng mét phÇn n¨ng
lîng sÏ bÞ bøc x¹ theo c¸c bóp sãng phô, ®iÒu nµy dÉn ®Õn hiÖn tîng giao thoa t¹i
c¸c ®iÓm nót.
Gãc më θ ë 3dB phô thuéc vµo ®êng kÝnh anten vµ bíc sãng ®îc tÝnh theo biÓu
thøc sau:
70
λ
θ
≈
3db
(2.9)
−
D
Trong ®ã: D §êng kÝnh an ten
λ Bíc sãng
BW
1/2 bÒ réng chïm c«ng
suÊt
3dB
Chïm sãng
chÝnh
Chïm sãng phô
Trôc an ten
0
H×nh 2.13 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
3,7m
2GHz
2,80
4,40
4GHz
1,40
2,20
8GHz
0,70
13GHz 23GHz 38GHz
0,70
2,4m
1,2m
0,6m
0,3m
1,10
2,20
1,30
2,70
0,80
1,50
3, 00
0,90
1,80
13 trang
21801
Free
Bạn đang xem tài liệu "Giáo trình Thông tin vi ba vệ tinh - Chương 2: Các cơ sở về sóng vô tuyến - Pha đinh - Thiết bị vi ba số", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_thong_tin_vi_ba_ve_tinh_chuong_2_cac_co_so_ve_son.pdf
