Tổng quan về thông tin Vi ba số doc

Tổng quan về thông tin Vi

ba số

1

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ VI BA SỐ.

1.1. Giới thiệu chung.

Hệ thống truyền dẫn là 1 hệ thống bao gồm các thiết bị, phương tịên dùng để truyền tín hiệu

từ nơi này đến nơi khác.

Ngày nay, theo phương tiện truyền dẫn, các HTTT bao gồm các loại hệ thống chủ yếu sau:

+ HTTT dùng cáp đồng trục, trong đó môi trường truyền dẫn là cáp đồng trục (coaxial cable)

Các hệ thống sử dụng cáp đồng trục có dung lượng không cao, cự ly khoảng lặp ngắn và

khả năng cơ động kém. Các hệ thống loại này đang dần được thay thế và được sử dụng chỉ

trong những tình huống cụ thể nhất định.

+ HTTT sóng cực ngắn (microwave) với môi trường truyền dẫn vô tuyến trên giải sóng cực

ngắn, bao gồm các loại hệ thống thông tin vệ tinh, thông tin vô tuyến tiếp sức (radio-relay) và

thông tin di động;

Các hệ thống thông tin vệ tinh có dung lượng trung bình song bù lại có cự ly liên lạc từ lớn

đến rất lớn. Các hệ thống này được sử dụng làm trục xuyên lục địa hoặc phục vụ cho các tuyến

khó triển khai các loại hình liên lạc khác (như tuyến liên lạc đất liền-hải đảo, đất liền-các giàn

khoan dầu, đất liền-các tàu viễn dương...). Ngoài ra, các hệ thống vệ tinh địa tĩnh còn được sử

dụng cho các hệ thống phát quảng bá truyền hình. Trong tương lai gần, khi hệ thống các vệ

tinh quỹ đạo thấp và trung bình được triển khai, các hệ thống vệ tinh có thể được sử dụng cho

cả thông tin di động phủ sóng toàn cầu.

Các hệ thống thông tin di động phục vụ các đầu cuối di động, nói chung có dung lượng

thấp. Khả năng di động là ưu thế lớn nhất của các hệ thống này.

Các hệ thống vô tuyến tiếp sức mặt đất (terrestrial radio-relay) có dung lượng từ thấp tới

cao, có khả năng thay thế tốt các tuyến cáp đồng trục trong các mạng nội hạt lẫn đường trục.

Với thời gian triển khai tương đối thấp, tính cơ động của các hệ thống vô tuyến tiếp sức mặt

đất hơn hẳn một số loại hệ thống khác. Một ưu điểm nữa của các hệ thống này là rất dễ triển

khai, ngay cả trong các điều kiện địa hình gây nhiều trở ngại cho việc triển khai các loại hệ

thống dung lượng cao khác như trong các đô thị, hoặc qua các vùng có địa hình rừng núi với

cự ly chặng liên lạc lên đến 70 km, trung bình là từ 40 dến 45 km.

+ HTTT quang sợi (fiber-optic) với môi trường truyền dẫn là cáp sợi quang học (gọi tắt là

cáp quang).

Hệ thống cáp quang có dung lượng lớn nhất, giá rẻ (theo chi phí tính trên kênh thoại) do đó

thường được sử dụng làm đường trục quốc gia, xuyên quốc gia, xuyên lục địa. Nhược điểm cơ

bản của HTTT cáp quang là khả năng cơ động hệ thống kém, chi phí lắp đặt ban đầu khá cao,

vì vậy trong một số trường hợp cụ thể thì việc triển khai được xem là rất khó khăn.

+ HTTT vô tuyến làm việc trong giải tần số từ 60MHz trở xuống.

1.2. Hệ thống thông tin vi ba

Từ tiếng Anh microwave có nghĩa là sóng cực ngắn hay vi ba theo cách dịch qua tiếng

Trung Quốc. Từ vi ba được sử dụng chung cho các hệ thống vệ tinh, di động hay vô tuyến tiếp

sức mặt đất, song ở nước ta từ vi ba đã được sử dụng từ trước chỉ để chỉ các hệ thống vô tuyến

tiếp sức. Do đó, hiện nay trong các tài liệu kỹ thuật của ta, nói vi ba là nói tới hệ thống vô

tuyến tiếp sức mặt đất.

Thông tin sóng cực ngắn giữa hai điểm bắt đầu xuất hiện vào những năm 30 của thế kỷ

trước tuy nhiên lúc bấy giờ do khó khăn về mặt kỹ thuật nên chỉ làm việc ở dải sóng mét do

vậy ưu điểm của thông tin siêu cao tần chưa được phát huy. Năm 1935 đương thông tin VTTS

đầu tiên được thành lập ở Newyooc và Philadenphi chuyển tiếp qua 6 địa điểm và chuyền được

5 kênh thoại. Và TTVTTS bùng nổ sau chiến tranh thế giới lần thứ hai. Hệ thống vi ba số bắt

đầu hình thành từ đầu những năm 50 và phát triển mạnh mẽ cùng với sự phát triển của kỹ thuật

viễn thông.

2

Mô hình của một hệ thống thông tin vi ba

1.2.1. Giải tần số của các hệ thống vi ba:

Tổng quan về phân chia các băng tần

Băng tần Ký hiệu Đặc tính lan truyền Phạm vi ứng dụng

3-30KHz

(Chục km)

Tần số rất thấp (VLF) - Sóng mặt đất

- Lan truyền cự ly xa

- Mức tạp nhiễu khí

quyển lớn

ứng dụng nhiều cho

thông tin dưới nước

(solar)

30-300KHz

(Km)

Tần số thấp (LF) - Tương tự như VLF

nhưng bị hấp thụ vào ban

ngày

Vô tuyến hàng hải

300-

3000KHz

(Trăm mét)

Tần số trung bình

(MF)

- Sóng mặt đất và sóng

trời ban đêm

- Suy hao thấp ban đêm

cao vào ban ngày

- Tạp khí quyển

Vô tuyến và định vị

hàng hải, các tần số cho

cứu hộ và vô tuyến

quảng bá AM

3-30MHz

(Chục mét)

Tần số cao

(HF)

Phản xạ tầng điện ly thay

đổi theo thời gian trong

ngày, mùa và tấn số

Vô tuyến nghiệp dư;

phát sóng quốc tế;

thông tin quân sự, hàng

không đường dài.

30-300MHz

(mét)

Tần số rất cao (VHF) Lan truyền theo tần nhìn

thẳng (LoS)

Truyền hình VHF, phát

thanh FM, thông tin đạo

hàng AM, thông tin vi

ba

0,3-3GHz

(dm)

Tần số cực cao

(ultrahigh frequency￾UHF)

Lan truyền theo tầm nhìn

thẳng

Truyền hình UHF,

radar, thông tin vi ba

3-30GHz

(cm)

Tần số siêu cao

(superhigh

frequency-SHF)

Lan truyền Los, suy hao

nhanh theo lượng mưa,

suy hao khí quyền do ôxi

và hơi nước, hấp thụ hơi

nước cao ở 22GHz.

Thông tin vệ tinh, thông

tin vi ba.

30-300GHz

(mm)

Tần số siêu siêu cao

(Extremely High

Frequency EHF)

LoS, hấp thụ hơi nước tại

183GHz và hấp thụ ô xi

tại 60 và 119GHz

Rada, vệ tinh thử

nghiệm.

103

-107GHz Hồng ngoại, ánh sáng

nhìn thấy và tia cực

tím

LoS Thông tin quang

Thông tin siêu cao tần làm việc ở dải sóng cực ngắn dùng để truyền tín hiệu có dải tần rộng.

Về lý thuyết, giải sóng dùng cho các hệ thống vi ba là từ 60MHz cho tới 60/80GHz. Trong

thực tế, đối với các hệ thống vi ba ở dạng thương phẩm thường làm việc trên giải sóng từ

60MHz đến 20 GHz, các hệ thống công tác với giải tần số cao hơn (60÷80 GHz) hiện vẫn đang

còn trong giai đoạn thử nghiệm.

3

Hệ thống thông tin siêu cao tần làm việc ở dải tấn số:

60 MHz ÷ 80 GHz do có dải tần làm việc rất rộng và cao so với thông tin cao tần vì vậy được

sử dụng làm phương tiện truyền dẫn chính trong viễn thông công cộng siêu ngắn

siªu cao

C

f

λ = → λsiªu cao,siªu ng¾n

Gọi là Viba

Trong hệ thống thông tin siêu cao tần bao gồm:

+ Hệ thống thông tin vi ba là hệ thống thông tin siêu cao tần các trạm chuyển tiếp được

đặt trên mặt đất.

+ Hệ thống thông tin vệ tinh là hệ thống thông tin siêu cao tần các trạm chuyển tiếp

được đặt trên vệ tinh nằm ngoài quả đất.

+ Thông tin di động là giao tiếp viễn thông giữa máy di động MS với trạm thu phát gốc

BTS cũng làm việc ở dải sóng siêu cao tần.

1.2.2. Đặc điểm

+ Do làm việc ở dải sóng siêu cao tần nên đảm bảo được việc truyền những tín hiệu dải

rộng.

+ Độ rộng dải tần siêu cao khoảng 30GHz do đó nhiều đài có thể làm việc đồng thời.

+ Hầu như không bị can nhiễu khí quyển và công nghiệp

+ Trong dải sóng SCT dễ dàng tạo ra các hệ thống anten có tính định hướng cao, búp

sóng hẹp nhờ vậy máy phát có thể giảm công suất và trên cùng một phạm vi ta có thể triển khai

nhiều hệ thống cùng làm việc mà không gây nhiễu lẫn nhau.

+ Triển khai nhanh và giá thành rẻ hơn so với các hệ thống thông tin dùng cáp (cáp

quang hoặc cáp đồng trục) vì việc triển khai hệ thống cáp là rất tốn kém và trong khu vực đông

dân cư có nhiều công trình xây dựng thì việc triển khai một hệ thống cáp là rất khó khăn.

+ Dễ dàng quản lý vì hệ thống vi ba chỉ giới hạn quản lý trong phạm vi của trạm vô

tuyến dọc theo trục (trong khi đó hệ thống cáp phải quản lý toàn bộ tuyến cáp và đặcbiệt phải

đối đầu với nguy cơ đứt cáp).

+ Dải sóng SCT có nhược điểm là chỉ truyền được chắc chắn trong tầm nhìn thẳng cự

ly không quá 50 km. Vì vậy khi muốn thông tin đi xa cần thực hiện chuyển tiếp nhiều lần.

+ Có tốc độ nhỏ hơn nhiều so với hệ thống cáp quang và hiện nay ở đường trục chỉ còn

sử dụng ở những khu vực chưa kéo được cáp quang do địa hình phức tạp.

+ Chịu tác động của đường truyền: hấp thụ do hơi nước và ôxi, suy hao do mưa và hiện

tượng pha đinh đặc biệt đối với các hệ thống băng rộng phải chịu tác động của pha đinh đa

đường chọn lọc theo tần số.

1.3. Phân loại

- Có nhiều phương pháp, căn cứ để phân loại:

+ Theo dung lượng (tốc độ bít tổng cộng B ở đầu vào) các hệ thống vi ba số được phân

thành:

4

+ Các hệ thống dung lượng thấp: B<10 Mb/s;

+ Các hệ thống dung lượng trung bình: B ∈(10÷100 Mb/s);

+ Các hệ thống dung lượng cao: B>100 Mb/s.

+ Theo cự ly liên lạc (haul)

+ Tuyến dài (cự ly liên lạc lớn hon 400km): thường là những đường trục có dung lượng

lớn so sánh được với cáp quang. Dải tần được sử dụng rộng rãi từ 4 đến 6 GHz.

+ Tuyến ngắn (cự ly liên lạc dưới 400km): dung lượng thấp, thông thường 1DS1, 4DS1,

1E1, 4E1 dùng để nối các trung tâm chuyển mạch di động. Dải tần thường sử dụng khoảng 15

GHz vì ở dải tần này cho phép thu gọn kích thước của an ten và thiết bị. Do chặng ngắn nên

không cần phân tập để chống lại hiện tượng pha đing. Nguyên nhân gây gián đoạn liên lạc chủ

yếu gây do mưa nên cần có hệ số khuyếch đại lớn và chặng ngắn. Với chặng lớn hơn thường

sử dụng dải tần L6GHz, U6GHz hoặc 11GHz dung lượng thấp. Dải tần này không chịu ảnh

hưởng pha đing do mưa nên có thể bảo đảm cự ly liên lạc xa hơn.

- Căn cứ phân loại theo mục đích sử dụng:

+ Hệ thống viễn thông riêng ( nội bộ ) là mạng thông tin phục vụ cho thông tin riêng,

nội bộ của các cơ quan, đơn vị không dùng để kinh doanh.

+ Hệ thống viễn thông công cộng: là hệ thống giành cho mọi đối tượng sử dụng và sử

dụng để kinh doanh, yêu cầu chất lượng cao, thuận tiện, đơn giản, dễ sử dụng.

- Căn cứ phân loại theo quy mô của mạng:

+ Mạng nội hạt: phục vụ cho 1 khu vực địa lý, khu vực dân cư ( tỉnh, thành phố)

+ Mạng quốc gia ( mạng liên tỉnh) phục vụ thông tin giữa các vùng, các khu vực, các

tỉnh thành.

+ Mạng quốc tế: dùng để phục vụ thông tin giữa các nước.

- Căn cứ phân loại theo địa lý:

+ Mạng viễn thông nông thôn: mật độ thưa, không tập trung.

+ Mạng viễn thông thành phố: mật độ dày đặc, tập trung nhiều.

- Căn cứ phân loại theo phương pháp xử lý truyền dẫn tín hiệu:

+ Hệ thống viễn thông tương tự

+ Hệ thống viễn thông số.

Chủ yếu đi vào viễn thông công cộng, viễn thông số.

1.4. Các chỉ tiêu chất lượng cơ bản của hệ thống vi ba:

Đối với các hệ thống thông tin số hiện tại, các tín hiệu số là các tín hiệu nhận giá trị trong

tập hữu hạn các giá trị có thể có và có thời gian tồn tại hữu hạn. Khi tập các giá trị có thể có

của tín hiệu gồm hai phần tử 0 và 1 thì hệ thống được gọi là nhị phân và tín hiệu khi đó được

gọi là bít. Gọi giá trị của bít thứ k là Dk và thời gian tồn tại của nó là Tk (Tk =T và là hằng số với

mọi k). Ở đầu thu tín hiệu khôi phục lại là Dk

∧

và có độ rộng là T

∧

k, nếu D

∧

k≠ Dk thì tín hiệu thứ

k được gọi là bị lỗi, nếu T

∧

k≠ T tín hiệu thứ k được gọi là có jitter. Cũng như các hệ thống truyền dẫn

số khác, chỉ tiêu chất lượng cơ bản của hệ thống vi ba số là xác suất bít lỗi và jitter (rung pha hay còn

được gọi là trượt trong một số tài liệu). Xác suất lỗi bít BER (Bit-Error Ratio) được định nghĩa là:

BER=P{ D

∧

k≠ Dk}, với P{.} là xác suất (1.1)

Khi T

∧

k= T+δT thì δ .T

được gọi là jitter (1.2)

Tuỳ từng loại dịch vụ mà các hệ thống có các đòi hỏi khác nhau về BER và jitter. Đối với

các hệ thống truyền thoại, yêu cầu BER<10-6 và do thoại ít nhạy với jitter nên có thể cho phép

5

jitter khá cao. Đối với tín hiệu truyền hình, nếu sử dụng điều chế xung mã (PCM) thường thì

BER đòi hỏi cũng như đối với thoại song cần lưu ý là tốc độ truyền với truyền hình là khá cao.

Khi sử dụng ADPCM (Adaptive Differential Pulse Coded Modulation: Điều chế xung mã vi

sai tự thích nghi) để truyền hình thì yêu cầu BER<10-9, thậm chí còn yêu cầu tới BER<10-12

.

Nói chung các tín hiệu truyền hình rất nhạy cảm với jitter. Nhìn chung khi BER≥10-3 thì hệ

thống được xem như gián đoạn liên lạc. Jitter được xem là lớn nếu lớn hơn 0.05T (giá trị đỉnh￾đỉnh).

Thực tế người ta còn sử dụng một số thông số chất lượng dẫn xuất khác như các giây không

lỗi, các giây bị lỗi, các giây bị lỗi trầm trọng, các phút suy giảm chất lượng... để đánh giá hệ

thống vi ba số.

Giây bị lỗi (Errored Second) là những khoảng 1s mà trong đó có ít nhất một bít lỗi

Tỷ số giây bị lỗi (Errored Second Ratio) = ∑

∑

( )

'

T s

ER s

Giây bị lỗi trầm trọng (Severely Errored Second) là những khoảng 1s mà BER>10-3

Tỷ số giây bị lỗi trầm trọng (Severely Errored Second Ratio) = ∑

∑

( )

'

T s

SER s

Các phút suy giảm chất lượng là những khoảng thời gian 1 phút trong đó BER > 10-6

Tính không khả dụng của hệ thống là khoảng thời gian không thể làm việc được, bắt đầu khi

BER >10-3 trong mỗi giây và kéo dài 10 s liên tiếp (10 s này là khoảng thời gian không làm

việc được). Thời gian không làm việc được kết thúc khi BER <10-3 trong mỗi giây và kéo dài

liên tiếp trong 10s.

Tiêu chuẩn với hệ thống thực

• Đối với tuyến có cự ly L<280 km

- Phút suy giảm chất lượng < 0,045% thời gian 1 tháng bất kỳ

- Giây lỗi trầm trọng < 0,006% thời gian của tháng bất kỳ

• Đối với tuyến có cự ly 280km<L<2500 km

- Phút suy giảm chất lượng < (L/2500)x 0,4% thời gian 1 tháng bất kỳ

- Giây bị lỗi trầm trọng < (L/2500)x 0,054 % thời gian của 1 tháng bất kỳ

• Chỉ tiêu về độ khả dụng của hệ thống L < 600 km là 0,06. (L/600) %

6