ĐÀO HUY DU

Giáo trìnhCÁC HỆ THỐNG

THÔNG TIN VÔ TUYẾN

ĐÀO HUY DU

Giáo trìnhCÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN

NHÀ XUẤT BẢN GIÁO DỤC VIỆT NAM

LỜI NÓI ĐẦU

Với xu thế truyền thông mọi lúc mọi nơi, hệ thống thông tin vô tuyến hiện nay đã đáp ứng được yêu cầu này và ngày càng được người sử dụng quan tăm. Chúng tôi biên soạn cuốn “Giáo trình Các hệ thong thông tin vô tuyến” nhằm cung cấp kiến thức cơ bàn về truyền dẫn tín hiệu trong môi trường vô tuyến. Nội dung giáo trình giới thiệu hai hệ thống vô tuyến cơ bàn là hệ thông vi ba số và hệ thống thông tin vệ tinh. Ngoài ra, trong Giáo trình còn có các ví dụ minh họa quá trình thực hiện tính toán các tham số trong hệ thống thông tin vô tuyến.

Nội dung Giáo trình được chia làm 3 phần, gồmio chương như sau:

Phần 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THÓNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN

Chương 1. Cơ sở truyền sóng vô tuyến

Chương 2. Hệ thống thông tin vô tuyến

Phần 2. HỆ THỐNG THÔNG TIN VIBA SỐ

Chương 3. Giới thiệu về hệ thống vi ba số

Chương 4. Chỉ tiêu chất lượng cùa hệ thong vi ba so

Chương 5. Kỹ thuật vô tuyến tầm nhìn thẳng

Chương 6. Nhiêu và phân bô tần số

Phần 3. HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH

Chương 7. Tống quan về thông tin vệ tinh

Chương 8. Vệ tinh thông tin

Chương 9. Trạm mặt đất

Chương 10. Tính toán năng lượng đường truyền

Khi biên soạn Giáo trình, tác giả đã tiếp thu nhiều ý kiến đóng góp quý báu cùa các nhà khoa học, đòng thời đã trao đổi với các cán bộ kỹ thuật đang vận hành trong thực tế để đám bảo tính sát thực của nội dung Giáo trình.

3

Chúng tôi hy vọng Giáo trình này là tài liệu bổ ích và thiêt thực cho những người đang khai thác vận hành và thiết kế hệ thong thông tin, đặc biệt phù hợp với sinh viên và giáng viên chuyên ngành Điện tử viễn thông trong các trường đại học.

Nhăn dịp Giáo trình được xuất ban, tác giá xin bày tó lòng cám ơn tới: ThS. Trần Anh Thắng và Bộ môn Điện tử viễn thông - Trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp đã giúp đỡ hoàn thành cuốn Giáo trình này.

Tuy nhiên, lần đầu xuất bán, mặc dù tác già đã có nhieu có gang khi biên soạn nhưng nội dung Giáo trình chắc chắn sẽ không tránh khói còn khiếm khuyết. Chúng tôi rất mong nhận được sự góp ý xây dụng cùa các bạn đọc đế Giáo trình hoàn thiện hơn trong những lần tái bàn sau.

Mọi ý kiến đóng góp xin gửi về theo địa chi: Bộ môn Điện từ viễn thông, Khoa điện tử, trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, số 666 đường 3/2 phường Tích Lương, Thành Phố Thái Nguyên.

Xin trân trọng cám ơn!

Tác giả

4

MỤC LỤC

Phần ITỔ N G Q U A N VÈ HỆ TH Ó N G TH Ô N G TIN VÔ TU Y ÉN

Chương 1. C ơ SỜ TRUYỀN SÓNG VÔ TUYẾN1.1. Thông tin vô tuyến và cơ sở về sóng vô tu y ế n ..................................................................9

1.1.1. Thông tin vô tuyến...................................................................................................91.1.2. Cơ sờ về sóng vô tuyến............................................................................................91.1.3. Phân cực sóng....................................................................................................... 14

1.2. Các tham số ảnh hường đến sự lan truyền của sóng vô tu y ế n .............................. 171.2.1. Ánh huờng cùa khí q uyền ....................................................................................171.2.2. Ánh hưởng cùa địa h ình ....................................................................................... 191.2.3. Ảnh hường của fading và m ư a ...........................................................................231.2.4. Sự can nhiễu cùa các hệ thống vô tuyến k h ác ................................................24

1.3. Fading và ph ư on g pháp khắc p h ụ c ...................................................................................241.3.1. Phan loại .................................................................................................................251.3.2. Các đặc tính .......................................................................................................... 301.3.3. Ảnh hưởng cùa fading nhiều t i a ......................................................................341.3.4. Các biện pháp khắc phục fading......................................................................36

Chương 2. HỆ THỐNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN2.1. Sơ đồ khối của hệ thống thông tin vô t u y ế n ..................................................................442.2. Khối cao t ầ n ................................................................................................................................. 44

2.2.1. Bộ khuếch đại tập âm thấp LNA (Low Noise A m plifier)...........................442.2.2. Bộ khuếch đại công suất lớn HPA (High Power A m plifier)......................492.2.3. Bộ biến đổi tần số ..................................................................................................54

2.3. Khối trung tầ n ..............................................................................................................................582.4. Khối băng tần g ố c ......................................................................................................................582.5. Hệ thống a n te n ............................................................................................................................ 59

2.5.1. Giới thiệu chung.................................................................................................... 592.5.2. Phân loại A nten ..................................................................................................... 602.5.3. Hệ số tăng ích ............................................................................................................... 642.5.4. Nhiệt tạp âm của anten......................................................................................... 67

Phần IIHỆ TH Ó N G TH Ô N G TIN VI BA SỐ

Chưững 3. GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG VI BA SỐ3.1. Đặc đ iểm ................................................................................................................................... 71

3.1.1. Vài nét về vi ba tương tự ............................................................................... 723.1.2. Vi ba số ........................................................................................................ 723.1.3. Phân lo ạ i .............................................................................................. 7 3

3.2. Các phần tử của hệ thống thông tin s ố ...........................................................................743.3. Lập kế hoạch tần s ố ................................................................................................................ 81

3.3.1. Phương án tần số cho các trạm đa luồng vô tuyến........................................ 813.3.2. Bố trí tẩn số cho trạm lặp ...................................................................................82

3.4. Ưu, nhược điềm cùa hệ thống vi ba s ố ............................................................................ 843.4.1. Một số ưu điểm cùa hệ thống vi ba s ố ............................................................843.4.2. Một số khuyết điềm cùa hệ thống vi ba số .................................................... 85

3.5. Các m ạng vi ba số .................................................................................................................... 853.5.1. Vi ba số điểm nối đ iềm .................................................................................... 863.5.2 Vi ba số điểm nối đến nhiều đ iểm ................................................................... 86

3.6. Điều chế và giãi điều chế trong vi ba số .......................................................................... 87

Chương 4. CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG CỦA HỆ THỐNG VI BA SỐ4.1. Các hệ thống vi ba s ố ............................................................................................................. 914.2. Các chì tiêu chất lượng cơ bẳn đối với hệ thống vi ba ............................................924.3. Các giải pháp kỹ thuật trong vi ba số S D H ..................................................................94

4.3.1. Điều chế................................................................................................................ 944.3.2. Các giái pháp kỹ thuật trong máy th u ............................................................954.3.3. Các giải pháp kỹ thuật trong máy p h á t......................................................... 954.3.4. Sừ dụng ATDE và phân tập............................................................................... 954.3.5. Bộ hiệu chinh lỗi trước: Mã chống nhiễu....................................................... 97

4.4. Các biện pháp đàm bảo chất lượng hệ th ố n g .............................................................. 984.4.1. Các yếu tố làm suy giàm chất lượng hệ thống............................................... 984.4.2. Các biện pháp khắc p h ụ c ...................................................................................98

4.5. Các chi' tiêu đặc trưng đối vói hệ thống vi ba s ố ..........................................................994.5.1. Tỷ số lỗi thấp................................................................................................... 1044.5.2. Tỳ số lỗi cao .....................................................................................................1044.5.3. Chỉ tiêu giây không lỗi (EFS) trong một thời gian dài...............................1044.5.4. Chi tiêu đột biến lỗ i........................................................................................104

4.6. Các chì tiêu đặc tính l ỗ i ................................................................................................... 1054.6.1 Chỉ tiêu đặc tính lỗ i .........................................................................................1054.6.2 Đặc tính lỗi cùa một đoạn nối số quốc tế tạo nên một phần cùa ISDN. 111

4.7. Tính khả dụng của hệ th ố n g .......................................................................................... 1 1 3

Chưưng 5. KỸ THUẬT VÔ TUYẾN TÀM NHÌN THÂNG5.1. Các loại tính to á n .................................................................................. Ị 15

5.1.1. Các tính toán đường truyền.......................................... 115

5.1.2. Các tính toán chì tiêu chất luợng................................... 115

5.1.3. Tính toán nhiễu (giao thoa)....................................... 116

5.2. Tính toán các thông số của đường tr u y ề n ................................. 1165.2.1 Các tính toán đường truyền............................................. ] 16

6

5.2.2 Các tính toán tham số cùa tuyên..................................................................... 1195.2.3 Các ảnh hường của fading phẳng....................................................................122

5.3. Các tính toán chì tiêu chất lượng của hệ th ố n g .......................................................1255.4. Tính toán tính khả d ụ n g .................................................................................................... 126

Chương 6. NHIỄU VÀ PHÂN BỒ TÀN SỐ6.1. K hái n iệm .................................................................................................................................. 1296.2. Chọn tần số trung tần IF đối với hệ thống vi ba số dung lượng l ớ n ............. 1376.3. Sắp xếp tần số siêu cao và tính toán n h iễ u ................................................................1386.4. Phương pháp chống n h iễ u ................................................................................................ 139

6.4.1. Sừ dụng những màn chắn đặc biệt đế tăng tính loại trừnhiễu trong các tuyến vi ba (báo cáo 831 C C IR )....................................139

6.4.2 Phân cách tần số là một biện pháp chống nhiễu kênh lân c ận ............. 141

PH À N III HỆ TH Ố N G TH Ô N G TIN VỆ TINH

Chương 7. TÓNG QUAN VÈ THÔNG TIN VỆ TINH7.1. G iói thiệu ch u n g .....................................................................................................................146

7.1.1 Lịch sử ra đời của hệ thống thông tin vệ tin h ............................................. 1467.1.2 Quá trình phát triển............................................................................................1477.1.3 Sự phát triển cùa công nghệ, kỹ thuật và dịch v ụ ...................................... 148

7.2. Đặc điểm của thông tin vệ t in h .......................................................................................1497.3. Sử dụng tần số trong thông tin vệ t in h ....................................................................... 151

7.3.1. Môi trường truyền só n g .................................................................................. 1517.3.3. Các phương pháp phù sóng cùa vệ t in h ......................................................1557.3.4. Hiệu ứng DOPPLER....... .............. ................................................................. 155

7.4. Cấu hình của m ột hệ thống thông tin vệ t in h ............................................................1567.4.1. Đoạn mặt đ ấ t ...................................................................................................... 1577.4.2. Đoạn vũ t r ụ ........................................................................................................ 159

Chương 8. VỆ TINH THÔNG TIN8.1. Tổng quát về vệ tinh thông t in ........................................................................................ 162

8.1.1. Giới th iệu ............................................................................................................1628.1.2. Các thông số đặc trư n g ................................................................................... 162

8.2. Quỹ đạo vệ t in h ......................................................................................................................1638.2.1. Phương trình chuyển đ ộ n g ............................................................................. 1638.2.2. Chuyển động của vệ tinh trong mặt phang quỹ đạo .................................. 1678.2.3. Sai lệch và duy trì quỹ đạo............................................................................. 1688.2.4. Các dạng quỹ đ ạ o ............................................................................................. 171

8.2.5. Quỹ đạo và thời gian quan sát vệ tinh ........................................................ 1 7 4

8.3. Cấu hình của vệ tinh thông tin8.3.1. Sơ đồ khối:.......................................................................................... 175

7

8.3.2. Bộ phát đáp (H TTT)......................................................................................... 1798.3.3 Anten vệ tinh ...................................................................................................... 1848.3.4 Truyền lệnh và đo từ x a ................................................................................... 1868.3.5. Điều khiển vệ t in h ............................................................................................ 1888.3.6. Hệ thống nguồn điện......................................................................................... 191

8.4. Hiện tượng điều chế tương hỗ trong thông tin vệ t in h .......................................... 1938.4.1. Nguyên nhân phát sinh hiện tượng điều chế tương h ỗ ............................. 1938.4.2. Quy luật phân bố các sản phẩm điều chế tương hỗ.................................. 1978.4.3. Hạn chế ành hường cùa hiện tượng điều chế tương h ỗ ............................ 203

Chương 9. TRẠM MẶT ĐÁT9.1. Giới thiệu chung......................................................................................................................2109.2. Các tham số của cự ly thông tin ........................................................................................2119.3. Cấu hình cùa trạm mặt đất tiêu ch u ẩn ......................................................................... 2139.4. Hệ thống bám vệ tin h ........................................................................................................... 218

9.4.1. Hệ thống bám xung đơn (đơn xung trích mode)........................................ 2199.4.2. Hệ thống bám từng nấc (bám theo bước).................................................... 2209.4.3. Bám theo chương tr ìn h ..................................................................................... 2219.4.4. Bám nhân công...................................................................................................222

9.5. Hệ số phẩm chất của một trạm m ặt đất........................................................................2229.5.1. Vị trí đặt trạm mặt đất....................................................................................... 2229.5.2. Các chỉ tiêu của trạm mặt đ ấ t..........................................................................2239.5.3. Tính toán hệ số phẩm chất cùa trạm mặt đ ấ t................................................225

Chuơng 10. TÍNH TOÁN NĂNG LƯỢNG ĐƯỜNG TRUYỀN10.1. Khái niệm ch u n g ..................................................................................................................22910.2. Tạp â m .................................................................................................................................... 230

10.2.1. Các nguồn tạp â m ............................................................................................ 23110.2.2. Các thông số và đặc tính cùa tạp âm ............................................................ 237

10.3. Các loại suy h a o ...................................................................................................................23910.3.1. Suy hao đường truyền.....................................................................................23910.3.2. Suy hao fid ơ .....................................................................................................24010.3.3. Suy hao lệch hướng........................................................................................ 24010.3.4. Suy hao lệch phân c ự c ................................................................................... 240

10.4. Tính toán tham số đường tru y ền .......................................................................... 24010.4.1. Công suất tín hiệu và mật độ thông lượng.......................... 24010.4.2. Tính tỳ số C/No................................................................... 24410.4.3. Các ví dụ tính toán cụ thể................................................ 251

TÀI LIỆU THAM K H ẢO .............. ............................................................................... 263

8