Giáo trình Thông tin vi ba, vệ tinh - Chương 2: Các cơ sở về sóng vô tuyến. Pha đinh. Thiết bị vi ba số

Mục đích của chuyển mạch bảo vệ là để nâng cao độ khả dụng của hệ thống 
bằng cách chuyển sang kênh dự phòng khi có hiện tợng sự cố thiết bị chính . Ngoài 
ra cũng có thể đạt đợc lợi ích khác khi thiết bị bảo vệ chống lại sự gián đoạn thông 
tin do pha dinh lựa chọn tần số gây ra bằng cách chuyển sang hệ thống dự phòng. 
(Nghĩa là kênh dự phòng đợc sử dụng khi kênh chính bị sự cố hoặc bị gián đoạn 
thông tin do pha đinh).
 Hình 2.8 Nâng cao độ an toàn cho tuyến bằng kênh dự phòng
Chất lợng và khả năng sẵn sàng của hệ thống vi ba số có thể nâng cao nhờ sử 
dụng một hay 2 kênh dự phòng để thay thế có các kênh bị sự cố nhờ thiết bị chuyển 
mạch tự động. Thông thờng khi số kênh truyền dẫn nhỏ hơn hoặc bằng 7 )7( ≤n thì 
dùng một kênh dự phòng, tơng ứng với cấu hình (n+1). Trong thực tế dùng cấu hình 
21
Thiết
Bị 
chuyển 
mạch 
Tự
 động
Tx/Rx
Kênh1
Tx/Rx
Kênhx
Tx/Rx
Kênhx
Tx/Rx
Kênhx
Tx/Rx
Kênhx
Tx/Rx
Kênh1
Tx/Rx
Kênh1
Tx/Rx
Kênh1
Chặng truyền dẫn Chặng truyền dẫn
Thiết
Bị 
chuyển 
mạch
 tự 
động
Phân đoạn chuyển mạch
S1
E1 E2
S2
T1
R3
Chuyển 
mạch
T3
R1
Chuyển 
mạchT2
R4
T4
R2
Hình 2.7 Phân tập không gian và tần số sử dụng 3 anten.
(1+1) gồm một kênh truyền dẫn và một kênh dự phòng nóng HSB (Hot Standby), có 
thể hoạt động ở cao tần RF hoặc trung tần IF.
Hình 2.4 mô tả một tuyến vi ba số có chuyển mạch bảo vệ bằng kênh dự phòng
Chuyển mạch đợc thực hiện khi máy phát bị sự cố hoặc là khi có sự lựa chọn 
máy thu cho tín hiệu tốt nhất trong 2 máy đang hoạt động.
 Hình 2.9 Phần phát và phần thu của hệ thống dự phòng nóng theo cấu hình (1+1)
Bằng phơng pháp phân tập theo không gian trong đó sử dụng một anten riêng 
rẽ cho máy thu dự phòng nóng, chúng ta sẽ có một tuyến thông tin dự phòng nóng 
cho phép tăng đặc tính truyền dẫn của nó. Trong hệ thống chuyển mạch bảo vệ 
nhiều đờng cũng có thể sử dụng phân tập không gian và tần số để nâng cao đặc tính 
của hệ thống do điều kiện truyền lan xấu.
Trong cấu hình tiếp theo, ngời ta kết hợp kỹ thuật phân tập theo tần số và 
chuyển mạch bảo vệ theo cấu hình (1+1) hoặc (n+1). Kênh dự phòng phát tín hiệu 
trên một tần số sóng vô tuyến khác để tránh trờng hợp thiết bị sự cố và gián đoạn đ-
ờng truyền xảy ra tại một trong những kênh chính.
22
Ghép và 
tách kênh
T
1
T
x
R
1
R
x
Bộ tổ hợp chọn lựa 
tín hiệu tốt nhất
Bộ chia 
Bộ song 
công
Chuyển 
mạch RF
Tải 
Tín hiệu 
vào
Tín hiệu 
ra
 Hình 2.10 Phần phát của hệ thống vi ba số có kênh X dự phòng 
Chuyển mạch logic đợc thực hiện tại phần phát khi có yêu cầu chuyển mạch 
theo kênh phục vụ đến từ thiết bị thu ở khoảng cách xa hoặc trong trờng hợp mất 
nguồn phát. Kiểu Logic này có thể đợc ứng dụng mở rộng cho cấu hình n+1. Nó cho 
phép thực hiện chuyển mạch không sai số đối với cả phần phát lẫn phần thu.
Giả sử bộ phận điều chế và phát của kênh 1 bị sự cố đột suất, chuyển mạch 
logic sẽ tác động điều khiển tín hiệu từ băng thông cơ sở BB1 qua khối chuyển mạch 
vào bộ phận điều chế và phát của kênh X để phát đi trên tần số sóng vô tuyến FXTX 
để đến máy thu, đồng thời tín hiệu từ băng thông cơ sở BBX cũng đợc tách ra khỏi 
khối chuyển mạch, không đợc chuyển đi, nhờng kênh dự phòng X cho kênh 1.
Tại phần thu chuyển mạch logic sẽ thực hiện tơng tự nh phần phát để thu tín 
hiệu của kênh 1 nhờ bộ thu và giải điều chế của kênh X nh trên hình vẽ. Chuyển 
mạch logic đợc thực hiện tại máy thu dựa trên sự phân tích kết quả của trờng tín 
hiệu hoặc dựa vào tỉ lệ lỗi bit thu đợc.
23
2 đến 34 Mbit/s
G703
2 đến 34 Mbit/s
G703
2 đến 34 Mbit/s
G703
Kênh X
Kênh 2
Kênh 1
Điều chế + 
Phát
F
1 TxBB
1
BB
2
Điều chế + 
Phát
F
2 Tx
BB
X
Điều chế + 
Phát
F
X Tx
Chuyển mạch 
logic
 Hình 2.11 Phần thu của hệ thống vi ba số có kênh X dự phòng
2.4 Các chỉ tiêu kỹ thuật của vi ba số
2.4.1 Phân bố tần số luồng cao tần 
Tần số luồng cao tần ở đây là tần số thu phát của thiết bị vô tuyến, việc lựa 
chọn phơng án phân bố tần số phụ thuộc vào:
- Phơng thức điều chế số.
- Cách sắp xếp các luồng cao tần.
- Đặc tính của môi trờng truyền sóng.
Theo khuyến nghị của của CCITT về vi ba số thì dải tần làm việc nên chọn từ 
2GHz đến 23GHz. Nếu sóng mang giữa các luồng cao tần không đợc phân chia 
đúng thì có sự can nhiễu giữa chúng và tạp âm sẽ tăng lên. Các luồng lân cận nên 
cách nhau 29 đến 40 MHz và phân cực trực giao.
2.4.2 Công suất phát 
Công suất phát cũng giống nh ở vi ba tơng tự, phụ thuộc vào cự ly và độ nhạy 
máy thu để đảm bảo tỉ số lỗi bit cho phép. 
Đơn vị công suất phát tính bằng dBm. P0 = 1mw
 mW1
Plog10
P
Plog10P TX10
0
TX
10dBmTX == [dBm] (2.5)
2.4.3 Độ nhạy máy thu hay ngỡng thu 
Là mức tín hiệu cao tần tối thiểu đến ở đầu vào máy thu để nó hoạt động bình 
thờng, nghĩa là thoả mãn tỉ số lỗi bit (BER) cho trớc tơng ứng với tốc độ bít nhất 
định. 
24
Thu + Giải 
điều chế
Kênh 2
2 đến 34 
Mbit/s
G703
Kênh 1
Thu + Giải 
điều chế
F
1 
Rx
Băng tần gốc
Kênh 1
Thu + Giải 
điều chế
F
2 
Rx
F
X
Rx
Chuyển mạch 
logic
2 đến 34 
Mbit/s
G703
Băng tần gốc
Kênh 2
Kênh 
X2 đến 34 
Mbit/s
G703
Băng tần gốc
Kênh x
2.4.4 Tỉ số bit lỗi BER 
 %
di truyềnbit Số
lỗibít Số
=BER (2.6)
Để thông tin đạt đợc độ tin cậy cao, đảm bảo cho thiết bị hoạt động không 
nhầm lỗi thì tỉ số này càng nhỏ càng tốt, bình thờng cũng phải đạt 310− , với chất l-
ợng tốt hơn phải đạt 610− . Với yêu cầu BER cho trớc máy thu phải có một ngỡng 
thu tơng ứng.
2.4.5 Phơng thức điều chế và giải điều chế
Thông thờng trong vi ba số, tùy theo tốc độ bit (dung lợng kênh) ngời ta th-
ờng dùng các phơng thức điều chế nh QPSK (hoặc 4PSK hay QAM) hoặc QAM 
nhiều mức, chẳng hạn (16QAM, 64QAM)...
Phơng thức giải điều chế đợc chọn tơng ứng với phơng thức điều chế thực hiện 
tại máy phát. Thông thờng, trong việc giải điều chế có 2 phơng pháp là tách sóng kết 
hợp (Coherent), hoặc tách sóng không kết hợp. Tách sóng kết hợp đòi hỏi máy thu 
sự khôi phục lại sóng mang đồng pha với đài phát nên cấu hình phức tạp nhng chất 
lợng tín hiệu cao hơn so với tách sóng không kết hợp. 
2.4.6 Trở kháng vào máy thu và trở kháng ra máy phát
Vấn đề phối hợp trở kháng đối với mạch cao tần rất quan trọng, các bộ phận 
kết nối vào máy phát và máy thu phải phối hợp đợc trở kháng. Nếu việc phối hợp trở 
không tốt sẽ làm ảnh hởng đến chất lợng tín hiệu, công suất phát hoặc thu không đạt 
cực đại, ngoài ra còn gây ra sóng phản xạ, gây mất cân bằng làm giảm độ nhạy máy 
thu. Thông thờng trở kháng ra của máy phát và trở kháng vào máy thu đợc chuẩn 
hoá là 50Ω do đó trở kháng vào ra của các bộ lọc, ống dẫn sóng, phi đơ phải là 50Ω.
2.4.7 Tốc độ ở băng tần gốc
Tốc độ ở băng gốc là tốc độ dãy số liệu vào ra máy thu phát vô tuyến
Ví dụ: Thiết bị vi ba số RMD 1502/4 HDB3 2*2048kb/s
 9470LX HDB3 4*2048kb/s
 Mini-link HDB3 2*2048kb/s
với trở kháng 75 Ω không cân bằng
2.4.8 Kênh nghiệp vụ
Có các chỉ tiêu về điều chế, mức vào ra, tỉ số S/N, tần số báo gọi (kênh nghiệp 
vụ thờng đợc điều chế FM hoặc FSK).
2.4.9 Kênh giám sát và điều khiển từ xa
Cũng có các chỉ tiêu nh kênh nghiệp vụ (có thể đợc điều chế theo phơng thức 
ASK ,FSK). Ngời ta sử dụng kênh này để khai thác quản lý và giám sát thiết bị.
2.5 thiết bị an ten
Yêu cầu chính của thiết bị an ten cho một hệ thống vô tuyến là có suy hao 
truyền dẫn nhỏ và kinh tế (hiệu suất bức xạ an ten cao), hệ số khuếch đại lớn.
2.5.1 Anten
Anten là một giao diện chính giữa thiết bị điện và môi trờng truyền sóng, tuỳ 
thuộc vào tần số, công nghệ và công dụng.
Anten YAGI đợc sử dụng cho tần số 400MHz ữ 900MHz. 
Anten Parabol đợc sử dụng cho tần số từ 1GHz đến 60GHz, bộ phận phản xạ đ-
ợc chế tạo bằng kim loại hoặc nhựa có phủ một lớp kim loại mỏng ở mặt lõm của an 
ten. Khi tần số nhỏ hơn 4GHz bộ phận phản xạ có thể đợc chế tạo bằng việc phủ 
25
kim loại trên các thanh mỏng để làm giảm trọng lợng anten và làm cho gió lớt 
xuyên.
 Phần chính của một anten Parabol
Hình 2.12 sơ đồ kích thớc của một anten Parabol
Sơ đồ cấu tạo của anten parabol đợc biểu diễn nh hình 2.12. Trong đó:
D: Đờng kính anten [m]
d: Bề sâu lòng chảo, đợc tính từ tâm đến mặt miệng chảo [m]
F: Tiêu cự của chảo, đợc tính từ tâm chảo đến tiêu điểm F của nó.
Mối liên hệ giữa tiêu cự, bề sâu lòng chảo và đờng kính chảo đợc biểu diênc theo 
biểu thức: 
d
DF
16
2
= (2.7)
Khi pha của nguồn sơ cấp đặt ngay tâm F của Parabol thì các sóng bức xạ đều 
đồng pha. 
Độ lợi của anten parabol đợc tính theo biểu thức:
22
2 lg10lg10
4lg10 




==
c
DfDSGdB piη
λ
piη
λ
piη [dB] (2.8)
Trong đó: S: Diện tích (tiết diện) bề mặt an ten [m2]
 η: Hiệu suất của an ten từ (0,5 ữ 0,7)
 Bảng 2.2 Độ lợi của an ten theo hiệu suất và tần số (số liệu của hãng Alcatel)
Tần số 2GHz 4GHz 8GHz 13GHz 23GHz 38GHz
D / η 50% 50% 60% 60% 70% 70%
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
26
A
D
0
Dây dẫn sóng
F
B
θ0
Phễu thu sóng
d
Sự biến đổi của hình dạng anten parabol hoặc sai lệch tiêu cự đều có thể dẫn 
đến suy giảm trị số độ lợi của nó. Các an ten có thể đợc dùng để phát hoặc thu nhận 
sóng theo một hoặc 2 phân cực (phân cực đứng hoặc phân cực ngang).
2.5.2 Biểu đồ bức xạ
Phần chính của năng lợng đợc tập trung ở búp sóng chính nhng một phần năng 
lợng sẽ bị bức xạ theo các búp sóng phụ, điều này dẫn đến hiện tợng giao thoa tại 
các điểm nút. 
Góc mở θ ở 3dB phụ thuộc vào đờng kính anten và bớc sóng đợc tính theo biểu 
thức sau:
Ddb
λθ 703 ≈− (2.9)
Trong đó: D Đờng kính an ten λ Bớc sóng
 Hình 2.13 Biểu đồ bức xạ của anten Parabol
Bảng 2.3 góc phát xạ theo đờng kính anten (số liệu của hãng Alcatel)
Tần số 2GHz 4GHz 8GHz 13GHz 23GHz 38GHz
Đ
ờn
g 
kn
h 3,7m
2,4m
1,2m
0,6m
0,3m
2,80
4,40
1,40
2,20
0,70
1,10
2,20
0,70
1,30
2,70
0,80
1,50
3, 00
0,90
1,80
27
Trục an ten
Chùm sóng 
chính
BW 1/2 bề rộng chùm công 
suất
3dB
B
iê
n 
độ
(d
B
)
Chùm sóng phụ
0