Đề tài Các yếu tố ảnh hưởng tới hệ thống truyền dẫn số

Các yếu tố ảnh h−ởng tới hệ thống truyền dẫn số. Sinh viên: L−ơng Xuân Tr−ờng_Bùi Xuân Th−ờng Lớp : K40ĐVT 1 Mục lục Phần 1: tổng quan về hệ thống thông tin số…………………...3 1. Lịch sử phát triển và các yêu cầu trong t−ơng lai ……….………………..3 2. Các đặc tính của truyền dẫn số…………………………………..………..6 3. Sơ đồ khối của một hệ thống thông tin số………………….…….……….8 Phần 2: Các yếu tố ảnh h−ởng Tới hệ thống truyền dẫn số………………….……...……………………………………11 1. Các yếu tố ảnh h−ởng tới quá trình truyền dẫn sỗ……………………….11 1.1. Xuyên nhiễu giữa các dấu (ISI: InterSymbol Interfrence)…………..12 1.2 Méo tín hiệu………………………………………………………….13 1.2.1 Méo tuyến tính……………………….………………………...13 1.2.2 Méo phi tuyến……………………….…………………………17 1.3. Fading……………………………………………………………….23 1.4 ảnh h−ởng của sai lệch pha sóng mang và sai lệch tín hiệu đồng hồ.29 1.4.1. ảnh h−ởng của sai lệch pha sóng mang………………………29 1.4.2. ảnh h−ởng của sai lệch tín hiệu đồng hồ……………………..31 1.5. Can nhiễu và các tác động khác của đ−ờng truyền…………...……..34 1.5.1. Can nhiễu và các nguồn nhiễu………………….……………..34 1.5.2. Tác động khác của đ−ờng truyền……………………………...35 Phần 3: mô phỏng bằng phần mềm ASTRAS……………………….36 Các yếu tố ảnh h−ởng tới hệ thống truyền dẫn số. Sinh viên: L−ơng Xuân Tr−ờng_Bùi Xuân Th−ờng Lớp : K40ĐVT 2 Lời nói đầu Các hệ thống thông tin số hiện nay đang phát triển rất mạnh mẽ trên toàn thế giới và đã thay thế hầu hết các hệ thống thông tin analog. ở n−ớc ta, có thể nói rằng hiện nay gần nh− tất cả các hệ thống chuyển mạch và truyền dẫn của ngành b−u điện đều đã đ−ợc số hoá. Một hệ thống thông tin số có tốt hay không, phải dựa vào những đặc điểm và khă năng truyền dẫn của nó. Khi truyền dẫn mà đảm bảo đ−ợc tính an toàn, tính chính xác của thông tin và phải đảm bảo tốc độ truyền tin, thì mới đem lại hiệu quả và tinh khả dụng cao. Vì vậy mục đích của đề tài là nghiên cứu các yếu tố ảnh h−ởng tới hệ thống truyền dẫn thông tin số. Khảo sát những yếu tố này, mà qua đó tìm ra cách khắc phục và đảm bảo cho hệ thống thông tin số hoạt động tốt. Để có tính thuyết phục cao, đề tài sử dụng gói ch−ơng trình ASTRAS để mô phỏng chất l−ợng của hệ thống thông tin số. Sau một thời gian đ−ợc sự h−ớng dẫn tận tình của cô: Đoμn Thanh Hải bộ môn Điện tử Viễn thông, đồng thời vận dụng những kiến thức đã học ở lớp , thông qua bạn bè và tài liệu tham khảo đến nay đồ án này đã hoàn thành. Do vấn đề nghiên cứu còn rộng và bản thân còn nhiều hạn chế nên trong đề tài không tránh khỏi những thiếu sót hoặc thiếu chính xác. Rất mong nhận đ−ợc sự đóng góp của các thầy giáo, cô giáo và các bạn để đề tài thực sự có chất l−ợng hơn. Chúng em rất cảm ơn tới cô: Đoàn Thanh Hải bộ môn Điện tử viễn thông, đã giảng dạy và h−ớng dẫn chúng em hoàn thành đề tài này. Sinh viên: L−ơng Xuân Tr−ờng_Bùi Xuân Th−ờng Các yếu tố ảnh h−ởng tới hệ thống truyền dẫn số. Sinh viên: L−ơng Xuân Tr−ờng_Bùi Xuân Th−ờng Lớp : K40ĐVT 3 phần 1: Tổng quan về hệ thống thông tin số 1. Lịch sử phát triển vμ các yêu cầu trong t−ơng lai . Tín hiệu là dạng hiển thị thông tin đ−ợc dùng để chuyển thông tin từ nơi này( ng−ời gửi ) sang nơi khác ( nguời nhận ). Bất cứ tín hiệu nào ng−ời gửi muốn g−ỉ đi thì ng−ời nhận phải hiểu đ−ợc nội dung thông tin chứa trong nó. Truyền thông là sự truyền đạt hoặc trao dổi thông tin. Viễn thông là truyền thông tin trên một khoảng cách xa mà không cần có sự trợ giúp của con ng−ời . Trong suốt lịch sử phát triển của loài ng−òi việc phát minh ra ngôn ngữ là cuộc cách mạng truyền thông lớn nhất. Sau đó ít lâu việc phát minh ra tín hiệu bằng lửa có khả năng truyền đạt thông tin có hiệu quả và nhanh chóng đến vùng xa. - Cuộc phát minh lớn nữa là con ng−ời biết đ−ợc làm thế nào để nghi lại suy nghĩ và t− t−ởng của mình bằng cách dùng chữ viết. Với khả năng này con ng−ời có thể truyền thông tin mà không bị giới hạn bởi không gian và thời gian. Đồng thời việc phát minh này đã đ−a ra các dịch vụ đ−a th− và điện báo. - Năm 1820, Georgo Ohm đã đ−a ra công thức ph−ơng trình toán học để giải thích các tín hiêu điện chạy qua một dây dẫn rất thành công. - Năm 1830, Michall Faraday đã tìm ra định luật dẫn điện từ tr−ờng. - Năm 1850, đại số Boolean của George Boolers đã tạo ra nền móng cho lôgic học và phát triển các rơ-le điện sau này phục vụ trong các chuyển mạch số. - Năm 1870 James Clerk Maxwell đã đ−a ra học thuyết điện từ tr−ờng bằng các công thức toán học. Tổng đài điện thoại đầu tiên đ−ợc thiết lập đâu tiên năm 1876 ngay sau khi Alexander Graham Bell phát minh ra điện thoại 5 năm sau. Bell bắt đầu dịch vụgọi điện thoại đ−ờng dài giữa New York và Chicago và Guglieno Mareconi của Italia đã bắt đầu đặt một trạm phát sóng vô tuyến để phát các tín hiệu điện tín. Các yếu tố ảnh h−ởng tới hệ thống truyền dẫn số. Sinh viên: L−ơng Xuân Tr−ờng_Bùi Xuân Th−ờng Lớp : K40ĐVT 4 -Năm 1900, Einstein một nhà vật lý nổi tiếng về học thuyết t−ơng đối, đã viết rất nhiều tài liệu quan trọng về chất rắn, thống kê học, điện từ tr−ờng, và cơ học l−ợng tử. - Năm 1910, Erwin Schrodinger đã thiết lập nền tảng cho cơ học l−ợng tử thông qua công bố của ông ta về cân bằng sóng để giải thích cấu tạo nguyên tử và các đặc điểm của nguyên tử và R.H Goddard đã chế tạo thành công tên lửa bay bằng phản lực chất lỏng, và máy tê-lê-tip đã đ−ợc phát minh. - Năm 1920, Ha rold S. Black của phòng thí nghiệm nghiên cứu Bell đã phát minh ra một máy khuếch đại phản hồi âm tần mà ngày nay vẫn còn dùng trong mọi lĩnh vực viễn thông và công nghệ điện toán. V.K. Zworykin của RCA, Mỹ đã phát minh ra đèn hình bằng điện cho vô tuyến truyền hình, và các cáp đồng trục, ph−ơng tiện truyền dẫn có hiệu quả hơn các loại dây đồng trục bình th−ờng đã đ−ợc sản xuất. - Năm 1930, Claude Schannon của phòng thí nghiệm Bell, bằng cách sử dụng các công thức toàn học tiên tiến đã thành công trong việc đặt ra học thuyết thông tin dùng để xác định l−ợng thông tin tối đa mà một hệ thống viễn thông có thể xử lý vào một thời điểm đã định. Học thuyết này đã đ−ợc phát triển thành học thuyết truyền thông số. - Năm 1939, dịch vụ phát sóng truyền hình th−ờng xuyên đ−ợc bắt đầu lần đầu tiên trong lịch sử. - Năm 1940, phòng thí nghiệm Bell đã đặt nền móng cho các chất bán dẫn có độ tích hợp ngày càng cao qua việc phát minh ra đèn ba cực và Howard Aiken của đại học Harvrd, cùng cộng tác với IBM, đã thành công trong việc lắp đặt một máy điện đầu tiên có kích th−ớc là 50 feet và 8 feet . - Vào những năm 60, các loại LSIs, các máy điện toán mini có bộ nhớ kiểu bong bóng, cáp quang, và máy phân chia thời gian đ−ợc phát triển và th−ơng mại hoá một cách thành công vào các năm 70, các loại CATs hai h−ớng, đĩa Video, máy điện toán đồ hoạ, truyền ảnh qua vệ tinh, và các hệ thống tổng đài điện tử hoá đ−ợc đ−a ra. Cũng trong những năm 70 này, các mạng truyền đữ liệu lớn, dùng chung đầu tiên (ARPNET và TYMNET) đã đ−ợc phát triển , tạo ra mối quan tâm đặc biệt của chuyển mạch gói. Các yếu tố ảnh h−ởng tới hệ thống truyền dẫn số. Sinh viên: L−ơng Xuân Tr−ờng_Bùi Xuân Th−ờng Lớp : K40ĐVT 5 Bảng 1.1 Các sự kiện quan trọng trong lịch sử thông tin điện tử Năm Sự kiện Xuất xứ Kiểu thông tin 1837 Hoàn thiện bằng đ−ờng dây Morse Số 1875 Phát minh điện thoại Bell T−ơng tự 1897 Chuyển mạch tự động trao đổi theo từng nấc Strongger 1901 Điện báo không dây Marconi Số 1905 Giới thiiêụ về điện thoại không dây Fessenden T−ơng tự 1907 Truyền thanh vô tuyến dạng chuẩn đầu tiên USA T−ơng tự 1918 Phát minh ra máy thu vô tuyến đổi tần Amstrong T−ơng tự 1921 Xuất hiện di động cá nhân Detroit police T−ơng tự 1928 Giới thiệu dạng truyền hình điện tử Farnsworth T−ơng tự 1928 Lý thuyết truyền tín hiệu điện báo Nyquist Số 1928 Truyền dẫn thông tin Hartley Số 1931 Điện báo Số 1933 Giới thiệu điều chế tần số Amstrong T−ơng tự 1934 Giới thiệu Ra đa (Vô tuyến định vị) Kuhnol 1937 Đ−a ra PCM Reeves Số 1939 Th−ơng mại hoá dịch vụ truyền hìnhquảng bá BBC T−ơng tự 1943 Phát minh ra bộ lọc thích ứng North Số 1945 Phát minh ra vệ tinh địa tĩnh Clarke 1946 Phát triển hệ thống ARQ Duuren Số 1948 Lý thuyết toán học cho thông tin Shannon 1955 Chuyển tiếp vi ba mặt đất RCA T−ơng tự 1960 Giới thiệu đầu tiên về laze Maiman Các yếu tố ảnh h−ởng tới hệ thống truyền dẫn số. Sinh viên: L−ơng Xuân Tr−ờng_Bùi Xuân Th−ờng Lớp : K40ĐVT 6 1962 Triển khai thông tin vệ tinh Telstar1 T−ơng tự 1963 Truyền thông vệ tinh địa tĩnh Syncom II T−ơng tự 1966 Phát minh cáp quang Kao&Hockman 1966 Chuyển mạch gói Số 1970 Mạng truyền dữ liệu cỡ trung bình ARPA/TYMNET Số 1970 LAN,MAN và WAN Số 1971 ISDN CCITT Số 1974 Internet Cerf & Kahn Số 1978 Vô tuyến tế bào T−ơng tự 1978 Bắt đầu nghiên cứu về GPS Navstar Global Số 1980 Mô hình tham chiếu 7 lớp OSI ISO Số 1981 Giới thiệu truyền hình độ phân giải cao NHK, Nhật Bản Số 1985 Truy nhập tốc độ cơ sở ở UK BT Số 1986 Giới thiệu SONET/SDH USA Số 1991 Hệ thống tế bào GSM Châu âu Số 1993 Đ−a ra khái niệm PCM Toàn cầu Số 1994 Phát minh ra DMA-IS 95 Ngày nay với việc phát triển nh− vũ bão của điện tử và viễn thông sẽ tạo tiền đề cho b−ớc phát triển mới trong kỹ thuật viễn thông để đáp ứng những dịch vụ và yêu cầu ngày càng cao của con ng−ời 2. Các đặc tính của truyền dẫn số . Hệ thống truyền dẫn số có những −u điểm sau khi so sánh cùng với hệ thống t−ơng tự t−ơng ứng. A. Về kinh tế Các thành phần trong hệ thống truyền dẫn đ−ợc chia làm 2 phần: Phần xử lý trong nhà và phần lặp. Các yếu tố ảnh h−ởng tới hệ thống truyền dẫn số. Sinh viên: L−ơng Xuân Tr−ờng_Bùi Xuân Th−ờng Lớp : K40ĐVT 7 -Phần xử lý trong nhà : + Sau khi phát minh ra các vi mạch thì việc ứng dụng mạch logic cho phần xử lý cũng nh− hệ thống máy tính và thiết lập trên hệ LSI (Large scale intergration) của hệ thống truyền dẫn số trở nên kinh tế và nhất là độ tin cậy hơn so với hệ thống t−ơng tự. Việc truyền đạt đ−ợc dễ dàng và giảm nhẹ đ−ợc kích th−ớc thiết bị . + Do sử dụng tín hiệu số t−ơng thích với các hệ thống điều khiển và sử lý hiện đại, nên có khả năng khai thác quản trị và bảo trì hệ thống một cách tự động cao. -Đối với phần lặp: Trong khi bộ lặp t−ơng tự rất đơn giản chỉ gồm một vài transistor thì bộ lặp số đ−ợc chế tạo phức tạp hơn gồm nhiều phần tử hơn vì mục đích tái tạo xung. Vì vậy, giá thành của bộ lặp số cao hơn rất nhiều so với bộ lặp t−ơng tự. Tuy nhiên , sau khi phát minh và đ−a vào ứng dụng cáp sợi quang thì khoảng cách lặp trong hệ thống số tăng lên khoảng 10 lần dẫn đến số l−ợng bộ lặp giảm đi đáng kể và lúc này tổng chi phí cho toàn hệ thống thấp hơn rất nhiều so với hệ thống t−ơng tự. B. Chất l−ợng truyền dẫn. Chất l−ợng truyền dẫn là th−ớc đo đánh giá độ chính xác của một l−ợng thông tin nào đó đ−ợc truyền đi trong quá trình truyền dẫn. Ví dụ: l−ợng tạp âm trong tín hiệu thoại , tỉ lệ lỗi trong truyền số liệu . - Các hệ thống truyền dẫn số th−ờng sử dụng các tuyến truyền dẫn số đ−ợc thiết kế chuẩn, do đó tr−ờng hợp xảy ra lỗi bít là không đáng kể trong quá trình tái tạo và lặp các xung truyền. Khi đó chất l−ợng truyền dẫn chỉ phụ thuộc vào nhiễu l−ợng tử mà không phụ thuộc vào khoảng cách. - Trong hệ thống t−ơng tự, nhiệt độ biến đổi trực tiếp gây ra sự biến đổi mức tín hiệu trong khi đó ở các hệ thống số rất khó làm thay đổi mức tín hiệu vì các xung là các mức rời rạc và chỉ đ−ợc tái tạo tại các bộ lặp. - Trong hệ thống truyền dẫn số ta không cần quan tâm đến đặc tính của tín hiệu nguyên thuỷ và nó có thể thích hợp cho mọi đ−ờng truyền trong mạng thông tin liên kết. Khác hẳn với việc truyền dẫn t−ơng tự, việc lựa chọn một ph−ơng pháp phù hợp với đặc tính tín hiệu nguyên thuỷ để đảm bảo đặc tính tín hiệu trong quá trình truyền dẫn là một vấn đề cần thiết. Các yếu tố ảnh h−ởng tới hệ thống truyền dẫn số. Sinh viên: L−ơng Xuân Tr−ờng_Bùi Xuân Th−ờng Lớp : K40ĐVT 8 C. Tính mềm dẻo cho nhiều dịch vụ Hệ thống truyền dẫn số biểu diễn tất cả các loại thông tin bằng sự có mặt hoặc không có mặt xung và truyền nó đi. Trong hệ thống này chỉ có phần mã hoá là riêng biệt với từng loại tín hiệu, các phần còn lại ( phần xử lý trong nhà và phần lặp ) đều có thể dùng chung và truyền mọi loại tín hiệu. Nh− vậy các thành phần trong hệ thống số trừ phần mã hoá đều không phụ thuộc vào phần thông tin truyền đi . Nghĩa là, có thể truyền nhiều loại thông tin trên cùng một đ−ờng truyền mà dung l−ợng truyền chỉ phụ thuộc vào khả năng của bộ mã hoá. ý t−ởng trên đ−ợc đ−a ra và phát triển thành một mạng mới gọi là mạng số đa dịch vụ ISDN. ISDN kết hợp hệ thống truyền dẫn số và thiết bị chuyển mạch tạo ra các mạch số giữa thuê bao và thuê bao, cố gắng cung cấp đa dạng tất cả các dịch vụ cho thuê bao . ™ Nh−ợc điểm của hệ thống thông tin số: Nh−ợc điểm căn bản của một hệ thống thông tin số so với các hệ thống thông tin t−ơng tự là phổ chiếm của tín hiệu số khi truyền các bản tin liên tục t−ơng đối lớn hơn so với phổ của tín hiệu t−ơng tự. Tuy nhiên trong t−ơng lai khi các kỹ thuật số hoá tín hiệu liên tục tiên tiến hơn đ−ợc áp dụng thì phổ của tín hiệu số có thể so sánh với phổ của tín hiệu liên tục. 3. Sơ đồ khối của một hệ thống thông tin số . A. Sơ đồ khối . Tạo dạng Mãhoá nguồn Mãhoá mật Mãhoá kênh Điều chế Đatruy nhập Trải phổ Máy phát Kênh truyền Máy thu Đatruy nhập Giải trảiphổ Giải điềuchế Phân kênh Giảimã kênh Giảimã mật Giảimã nguồn Tạo khuôn Ghép kênh Đồng bộ Nguồn tin Bộ nhận tin H1.Sơ đồ khối hệ thống thông tin số Các yếu tố ảnh h−ởng tới hệ thống truyền dẫn số. Sinh viên: L−ơng Xuân Tr−ờng_Bùi Xuân Th−ờng Lớp : K40ĐVT 9 B. Chức năng cơ bản của từng khối: • Nguồn tin: thoại, audio, video, dữ liệu và loại dữ liệu theo dịch vụ. • Tạo dạng số: thực hiện bién đổi tin tức cần truyền thể hiện ở dạng tín hiệu liên tục hay số thành chuỗi các bít nhị phân • Mã hoá nguồn và giải mã nguồn : thực hiện nén và giải nén tin nhằm giảm tốc độ bít để giảm phổ của tín hiệu số . • Mã hoá mật và giải mã mật: thực hiên mã và giải mã chuỗi bít theo một khoá nhất định nhằm bảo mật tin tức. • Mã hoá kênh và giải mã kênh: nhằm chống nhiễu và các tác động xấu khác của đ−ờng truyền dẫn. • Ghép_phân kênh: Tập hợp các tín hiệu từ băng gốc số và phân chia tín hiệu số từ tín hiệu băng gốc số. Thực hiện việc truyền tin từ nhiều nguồn tin khác nhau tới các đích nhận tin khác nhau trên cùng một đ−ờng truyền dẫn. • Điều chế và giải điều chế số ( th−ờng gọi là MODEM): Chuyển tín hiệu số sang tín hiệu t−ơng tự với tần số cao để truyền đi xa. Có các ph−ơng pháp điều chế số sau: Điều biên: -Điều biên xung (PAM); Điều biên xung M mức (PAM M mức); Khoá-đóng mở (ODD) tách-kết hợp; Khoá đóng mở tách đ−ờng bao; Điều biên cầu ph−ơng M trạng thái (QAM M trạng thái). Điều tần: - Khoá dịch pha tần số-tách không kết hợp (FSK tách kết hợp); Pha liên tục_khoá dịch tần số-tách kết hợp(CP-FSK-CD); Pha liên tục_khoá dịch tần số-tách không kết hợp(CP-FSK-NCD); Khoá dịch cực tiểu (MSK). Điều pha: Các yếu tố ảnh h−ởng tới hệ thống truyền dẫn số. Sinh viên: L−ơng Xuân Tr−ờng_Bùi Xuân Th−ờng Lớp : K40ĐVT 10 - Khoá dịch pha nhị phân (BPSK)-tách kết hợp; Khoá dịch pha nhị phân-Mã hoá vi sai(DE_BPSK); Khoá dịch pha vi sai (DPSK); Khoá dịch pha cầu ph−ơng (BPSK); Khoá dịch pha M trang thái (M-PSK); • Trải và giải trải phổ: nhằm chống nhiễu và bảo mật tin tức. • Đa truy nhập: cho phép nhiều đối t−ợng có thể truy nhập mạng thông tin để sử dụng hệ thống truyền dẫn theo nhu cầu. • Đầu cuối phát: gồm có 4 chức năng chính: - Lọc để hạn phổ: Lọc bỏ năng l−ợng thấp để chống nhiễu cho hệ thống bên cạnh và lọc thích nghi nhằm sửa méo tín hiệu gây bởi đ−ờng truyền. - Trộn để đ−a tin hiệu nên tần số công tác. - Khuếch đại công suất đẻ bù đắp tổn hao của môi tr−ờng. - Bức xạ ra môi tr−ờng. • Đồng bộ: Bao gồm dồng bộ nhịp và đồng bộ pha sóng mang đối với các hệ thống thông tin liên kết ( coherent). Đối với một hệ thống tin số thì MODEM đóng vai trò nh− một bộ não của con ng−ời. Các khối chức năng còn lại không phải là bắt buộc đối với tất cả mọi hệ thống thông tin số ( Chúng đ−ợc biểu diễn bằng nét đứt trên hình 1). Các yếu tố ảnh h−ởng tới hệ thống truyền dẫn số. Sinh viên: L−ơng Xuân Tr−ờng_Bùi Xuân Th−ờng Lớp : K40ĐVT 11 Phần 2: Các yếu tố ảnh h−ởng Tới hệ thống truyền dẫn số. I. CáC YếU Tố ảNH HƯởNG TớI QUá TRìNH TRUYềN DẫN Số. Đối với hệ thống truyền dẫn số, cho tới ngày nay ng−ời ta ch−a tìm ra đ−ợc một ph−ơng thức hữu hiệu nào để truyền trực tiếp các tín hiệu băng gốc trên một cự ly lớn và do các hệ thống tín hiệu tr−ớc dây vốn là hệ thống analog nên việc sử dụng các đ−ờng truyền analog để truyền các tín hiệu số là một vấn đề có tính nguyên tắc và sự kế thừa có tính hợp lý. Do vậy, kênh số sẽ bao hàm trong nó một kênh có đặc tính liên tục với tín hiệu nối vào là một kênh có dạng sóng liên tục chứ không phải là tín hiệu là các con số thuần tuý, mặc dầu các tín hiệu nh− vậy vẫn là các tín hiệu số do độ dài thời gian của từng tín hiệu là hữa hạn và số các dạng sóng có thể đ−ợc phát đi cũng là hữa hạn. Kênh truyền các tín hiệu liên tục nh− vậy gọi là kênh liên tục. Tuy nhiên có hai hạn chế trong viễn thông khi truyền thông tin theo ph−ơng pháp điện : đó là hạn chế về mặt dải thông và hạn chế về tạp âm. Phải có một dải thông đủ rộng để truyền đ−ợc thông tin trong thời gian ngắn, đặc biệt là các hệ thống thông tin trong thời gian thực. Tuy nhiên, nếu dải thông quá lớn sẽ gây lãng phí băng tần mà băng tần là một nguồn tài nguyên quý và có hạn. Mặt khác các yếu tố cơ bản tác động tới quá trình truyền dẫn tín hiệu số trên các loại kênh truyền dẫn ( bao gồm cả máy thu phát đầu cuối và môi tr−ờng truyền ) là luôn xảy ra nh−: xuyên nhiễu giữa các dấu (ISI), méo tín hiệu, sai pha đồng hồ, sai pha sóng mang, can nhiễu, hiệu ứng doppler do các máy đầu cuối thu, phát di động so với nhau và sự biến đổi theo thời gian của kênh truyền, nhiễu kênh lân cận…… Đối với hệ thống thông tin số, chỉ tiêu chất l−ợng cơ bản của hệ thống là xác suất bít lỗi (BER) và jitter (rung pha hay trôi pha). Tuỳ thuộc vào từng loại hình dịch vụ mà các hệ thống vi ba có những đòi hỏi khác nhau về BER và jitter. Đối với các hệ thống truyền tín hiệu thoại, yêu cầu BER<10-6 và do thoại ít nhạy với jitter nên có thể cho phép jitter khá cao. Đối với tín hiệu truyền hình, nếu sử Các yếu tố ảnh h−ởng tới hệ thống truyền dẫn số. Sinh viên: L−ơng Xuân Tr−ờng_Bùi Xuân Th−ờng Lớp : K40ĐVT 12 dụng điều xung mã th−ờng PCM thì BER đòi hỏi cũng nh− đối với tín hiệu thoại song cần l−u ý là tốc độ của truyền hình là khá cao. Khi sử dụng ADPCM (Adaptive Differential Pulse Coded dulation: Điều chế xung mã vi sai tự thích nghi) để truyền tín hiệu 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. Khi BER>10-3 thì hệ thống đ−ợc xem nh− là gián đoạn liên lạc vì khi đó ngay cả dịch vụ telex là loại dịch vụ cho phép chất l−ợng truyền dẫn tồi nhất cũng không thể truyền đ−ợc. Jitter đ−ợc xem là lớn nếu lớn hơn 0.05T (giá trị đỉnh đỉnh - peak to peak). Trên thực tế ng−ời ta còn sử dụng một số thông số nh− là các chỉ tiêu về xác suất gián đoạn thông tin, các chỉ tiêu tỷ số lỗi thấp, chỉ số lỗi cao, các chỉ tiêu các giây không lỗi trong một thời gian dài, các chỉ tiêu đột biến, tính khả dụng của hệ thống... để đánh chất l−ợng của hệ thống. 1.1.Xuyên nhiễu giữa các dấu (ISI: InterSymbol Interfrence). Nh− ta đã biết, mỗi một symbol đ−ợc hình thành từ K bít và có thời gian tồn tại bằng K lần thời gian tồn tại của một bít. Do vậy các dạng sóng điều chế dùng để truyền chúng cũng có độ dài hữu hạn bằng độ dài của K bít : Ts =k.Tb. Với Ts và Tb lần l−ợt là độ dài của một symbol và độ dài của một bit. Do các dạng sóng có độ dài là hữu hạn nên phổ của chúng (nhận đ−ợc thông qua phép biến đổi Fourrier) sẽ trải ra vô hạn trên miền tần số. Do băng tần truyền dẫn là hữu hạn, để hạn chế phổ tần và làm tăng số hệ thống có thể cùng công tác trên một băng sóng cho tr−ớc ng−ời ta sử dụng mạch lọc. Do vậy hàm truyền tổng cộng của một hệ thống truyền dẫn số sẽ có đặc tính nh− của một mạch lọc. ở đầu ra, phổ tín hiệu thu đ−ợc bị hạn chế bởi đặc tính lọc của hệ thống nên tín hiệu thu đ−ợc của một symbol (ch−a kể đến tạp âm) sẽ trải ra vô hạn về thời gian. Điều đó dẫn đến tại đầu thu các symbol đ−ợc truyền kế tiếp nhau sẽ chồng lấn nên nhau về thời gian và gây nhiễu lẫn nhau. Hiện t−ợng này đ−ợc gọi là : xuyên nhiễu giữa các dấu (ISI) . Sự tồn tại của ISI dẫn đến tín hiệu thu bị méo rất lớn và tin tức sẽ bị nhận sai: tại thời điểm t=kTs giá trị của tín hiệu thu đ−ợc ở lối ra mạch lấy mẫu của máy thu có thể v−ợt ng−ỡng quyết định và tín hiệu sẽ bị quyết định nhầm. Các yếu tố ảnh h−ởng tới hệ thống truyền dẫn số. Sinh viên: L−ơng Xuân Tr−ờng_Bùi Xuân Th−ờng Lớp : K40ĐVT 13 1.2 Méo tín hiệu. Méo tín hiệu phát sinh do sai lệch giữa đặc tính biên độ-tần số và/ hoặc đặc tính pha-tần (hay đặc tính giữ chậm) của hàm truyền tổng cộng của hệ thống so với đặc tính đ−ợc thiết kế nhằm triệt tiêu ISI trong quá trình truyền dẫn tín hiệu số. 1.2.1 Méo tuyến tính. a. Các nguồn gây méo tuyến tính. Méo tuyến tính có đặc tính không phụ thuộc biên độ tín hiệu đ−ợc truyền và đ−ợc đánh giá thông qua độ sai lệch giữa đặc tính biên độ-tần số và/hoặc đặc tính pha tần của hàm truyền tổng cộng của hệ thống so với đặc tính đ−ợc thiết kế nhằm triệt tiêu ISI trong quá trình truyền dẫn tín hiệu số. Méo tuyến tính có các nguyên nhân chính sau: • Chế tạo không hoàn hảo các mạch lọc. • Đặc tính tần số (bao gồm đặc tính biên độ và đặc tính giữ chậm) của môi tr−ờng truyền không bằng phẳng trên suốt độ rộng băng tín hiệu do các hiện t−ợng nh−: + Pha đinh đa đ−ờng chọn lọc theo tần số trong hệ thống vô tuyến băng rộng. + Tiêu hao phụ thuộc tần số khí quyển do sự hấp thụ của không khí và hơi n−ớc đối với các hệ thống vô tuyến. + Tiêu hao phụ thuộc tần số của đ−ờng dây………. Ta có đặc tính lọc tổng cộng của hệ thống đ−ợc thiết kế nhằm thoả mãn tiêu chuẩn Nyquist thứ nhất để triệt tiêu ISI. Trong tính toán thiết kế, đặc tính lọc này đ−ợc thiết kế theo đặc tính lọc căn bậc hai cosine nâng và đ−ợc phân chia cho các mạch lọc phát và mạch thu với hàm truyền của hai mạch lọc này có dạng căn bậc hai cosine nâng (square root cosine filter). Nh−ng trong quá trình chế tạo, ta không thể tạo đ−ợc một cách lý t−ởng cho nên có sai lệch về đặc tính biên độ và đặc tính trễ nhóm giữa đặc tính thực tế của các bộ lọc và đặc tính thiết kế. Mặt khác, sự truyền dẫn nhiều tia trong hệ thống thông tin số dung l−ợng cao cũng gây nên hiện t−ợng pha đinh chọn lọc đa đ−ờng theo tần số. Do đó hàm truyền tổng cộng của hệ thống d−ới tác động của pha-đinh lựa chọn theo tần số cũng bị sai lệch so với hàm truyền lý t−ởng, tức là bị méo tuyến tính. Méo tuyến tính gây bởi pha đinh đa đ−ờng chọn lọc theo tần số là rất trầm trọng, thậm chí nó có thể gây gián đoạn liên lạc. Các yếu tố ảnh h−ởng tới hệ thống truyền dẫn số. Sinh viên: L−ơng Xuân Tr−ờng_Bùi Xuân Th−ờng Lớp : K40ĐVT 14 b. Đặc điểm nhận dạng méo tuyến tính. Để nhạn dạng ISI gây ra do méo tuyến tính hay không ng−ời ta dựa vào biểu đồ chòm sao tín hiệu thu. Ta lấy ví dụ đối với hệ thống 64QAM truyền tai 140Mb/s. Do ảnh h−ởng của méo tuyến tính, constellation của các tín hiệu thu không còn là M điểm nữa là một tập hợp các cụm điểm nằm t−ơng đối đối xứng xung quanh điểm lý t−ởng. Với việc tồn tại các cụm điểm tín hiệu trên constellation của các tín hiệu thu là một dấu hiệu để nhận biết là có méo tuyến tính tác động. Diện tích các cụm điểm càng lớn nếu méo càng lớn, nh−ng diện tích các cụm điểm này không phụ thuộc vào biên độ của tín hiệu. c. ảnh h−ởng của méo tuyến tính. Ta có hàm truyền tổng cộng của hệ thống khi có méo tuyến tính sẽ có dạng: H(f)=C(f).M(f). (2.1) Trong đó C(f) là tích của các hàm truyền của bộ lọc phát và bộ lọc thu và M(f) là hàm truyền của môi tr−ờng. H2. Constellation của một hệ thống 64QAM truyền tải 140Mb/s khi có méo tuyến tính. Các yếu tố ảnh h−ởng tới hệ thống truyền dẫn số. Sinh viên: L−ơng Xuân Tr−ờng_Bùi Xuân Th−ờng Lớp : K40ĐVT 15 Nh− ta đã biết,do thiết kế bộ lọc không hoàn hảo nên C(f) không còn thoả mãn tiêu chuẩn Nyquist thứ nhất nữa, nữa Ta lấy ví dụ méo tuyến tính đối với hệ thống M-QAM : Nếu không xét đến tạp âm, thì tín hiệu thu đ−ợc tại đầu vào mạch quyết định có thể biểu diễn nh− sau: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) k k k 0 0 k k k k 0 t a jb t kT h t a jb h t a jb h t kT ω δ+∞ =−∞ +∞ =−∞ ≠ = + − ∗ = + + + − ∑ ∑ (2.2) Ta có thể biểu diễn h(t) d−ới dạng: h(t)=hc(t)+jhs(t) (2.3) Tại thời điểm lấy mẫu với symbol thứ 0 (t=0), ta có: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )0 0 c s k k c sk k 0 t a jb h 0 jh 0 a jb h kT jh kTω +∞ =−∞ ≠ ⎡ ⎤ ⎡ ⎤= + + + + +⎣ ⎦ ⎣ ⎦∑ Nh− vậy, ngoài thành phần tín hiệu hữu ích là ( ) ( )0 c 0 ca h 0 jb h 0+ , thì tín hiệu sau lấy mẫu còn có các thành phần nhiễu khác từ các symbol (ak, bk) trong chuỗi. Các thành phần tác động này chính là ISI và điều này làm cho việc quyết định nhầm tín hiệu ngay cả khi không có tạp âm. Và do vậy, làm tăng xác suất lỗi thu các symbol, làm tăng tỉ lệ BER (H3). Chỉ riêng tác động của pha đinh đa đ−ờng chọn lọc theo tần số cũng đã có thể làm cho hệ thống bị gián đoạn liên lạc ngay cả khi không tính đến tạp âm nhiệt. (2.4) H3. BER của hệ thống 64-QAM khi có méo tuyến tính Các yếu tố ảnh h−ởng tới hệ thống truyền dẫn số. Sinh viên: L−ơng Xuân Tr−ờng_Bùi Xuân Th−ờng Lớp : K40ĐVT 16 Hình 3 là đ−ờng cong BER theo Eb/No của một số hệ thống 64-QAM d−ới tác động của pha đinh đa đ−ờng chọn lọc theo tần số có độ sâu khe pha đinh B khác nhau, tần số khe pha đinh trùng với tần số khe sóng mang. Eb là năng l−ợng của một bit, No là mật độ phổ một phía của tạp âm Gao-xơ trắng chuẩn. ™ Xác suất lỗi của hệ thống. L−ợng méo tuyến tính đ−ợc xác định qua sự sai lệch giữa đặc tính thực tế của hệ thống so với đặc tính đ−ợc thiết kế. Sai lệch này gồm có sai lệch về đặc tính biên độ-tần số và đặc tính trễ nhóm, th−ờng đ−ợc mô tả thông qua các hệ số méo bậc một, bậc hai và các tham số mô tả sai số gợn sóng trong băng tần Nyquist. Việc đánh giá xác suất thu lỗi của hệ thống d−ới tác động đồng thời của méo tuyến tính và tạp âm là hết sức phức tạp. Nó th−ờng đ−ợc đánh giá qua sự phụ thuộc giữa l−ợng thiệt hại tỷ số tín trên tạp âm (SNRD–Signal to Noise Ratio Degradation) gây bởi méo tuyến tính tại một giá trị xác định của BER (th−ờng là 10-6) và các tham số của méo. Trong tr−ờng hợp hệ thống có phần thu gồm toàn các khối hoàn toàn tuyến tính, xác suất lỗi thu PE của hệ thống tính trung bình trên toàn bộ tập tín hiệu có thể đ−ợc tính theo: ( ) ( ) ( ) 1 1 1 . i M E C i i i V P P p s p r s g p g dv = = − = − +∑ ∫ (2.5) Trong đó p(si) là xác suất tiên nghiệm của tín hiệu si, Vi là miền quyết định của tín hiệu si còn ( )ip r s g+ là hàm mật độ xác suất điều kiện của tín hiệu thu đ−ợc, Pc là xác suất thu đúng trung bình của hệ thống. Trong tr−ờng hợp tạp âm trắng chuẩn cộng tính thì ( )ip r s g+ là hàm mật độ xác suất Gao-xơ, kỳ vọng là si+g và ph−ơng sai No. Một trong những tác động của méo tuyến tính tổng cộng là gây gián đoạn liên lạc, nguyên nhân chủ yếu là do pha đinh nhiều tia chọn lọc theo tần số. ISI gây bởi đơn thuần méo tuyến tính có thể gần đúng rất tốt đ−ợc bằng một biến ngẫu nhiên Gauss hoặc đều, tuỳ theo giá trị của M. Nếu M càng lớn thì phân bố Các yếu tố ảnh h−ởng tới hệ thống truyền dẫn số. Sinh viên: L−ơng Xuân Tr−ờng_Bùi Xuân Th−ờng Lớp : K40ĐVT 17 của ISI càng có xu h−ớng tiến đến gần phân bố chuẩn hơn. Có thể dễ dàng thấy đ−ợc rằng kỳ vọng của các biến ISI ứng với từng giá trị của symbol đều bằng không (giả thiết là chuỗi các symbol đ−ợc truyền đi là chuỗi các biến ngẫu nhiên độc lập, cùng phân bố). Do tính chất kỳ vọng bằng không nên trên không gian tín hiệu thu, các cụm điểm có đặc tính là t−ơng đối đối xứng xung quanh giá trị lý t−ởng của tín hiệu trên constellation. Việc tồn tại các cụm điểm trên constellation của tín hiệu thu là dấu hiệu chắc chắn cho thấy có ISI gây bởi méo tín hiệu. Cụm điểm càng rộng méo tuyến tính càng lớn, tức là ph−ơng sai ISI càng lớn. Vì vậy, ta có một mối liên hệ giữa l−ợng méo tuyến tính tổng cộng với ph−ơng sai ISI. Do méo tuyến tính khá phức tạp, nên việc xác định các tham số liên quan tới méo tuyến tính tổng cộng của hệ thống là khó. Đặc biệt, là méo tuyến tính đ−ợc biểu thị qua nhiều tham số cùng có ảnh h−ởng và không thể bỏ qua đối với ph−ơng sai của ISI gây bởi méo tuyến tính. Do đó, việc biểu diễn tác động của méo tuyến tính, chẳng hạn nh− SNRD theo một tập nhiều tham số là rất khó khăn và ít có ý nghĩa ứng dụng. Trên thực tế, ta chỉ có thể xác định mối quan hệ này thông qua ph−ơng pháp mô phỏng máy tính. 1.2.2 Méo phi tuyến. a. Các nguồn gây méo phi tuyến. Tính phi tuyến của kênh truyền có thể gây bởi các nguyên nhân sau: - Các bộ khuếch đại công suất nhỏ và các mạch trộn tần - Các mạch điện trong hệ thống truyền dẫn - Các bộ khuếch đại công suất máy phát (KĐCS) có công xuất lớn. ™ Các mạch khuếch đại công suất nhỏ và các mạch trộn tần: nhìn chung là có độ phi tuyến không đáng kể và có thể bỏ qua. ™ Các mạch điện trong hệ thống truyền dẫn: th−ờng gây ra hai tác động cơ bản: + Làm thay đổi (mở rộng) phổ của tín hiệu: dẫn đến thay đổi can nhiễu giữa các kênh vô tuyến lân cận trong một tuyến truyền dẫn tín hiệu số Các yếu tố ảnh h−ởng tới hệ thống truyền dẫn số. Sinh viên: L−ơng Xuân Tr−ờng_Bùi Xuân Th−ờng Lớp : K40ĐVT 18 + Làm thay đổi tỷ lệ lỗi của hệ thống: sự thay đổi này là không giống nhau đối với các hệ thống. Đối với các hệ thống có đ−ờng bao không đổi (nh− điều chế PSK) tác động của tính phi tuyến thực tế là không quá lớn. Đối với hệ thống có đ−ờng bao thay đổi( nh− điều chế QAM) thì tỷ lệ của lỗi bit BER tăng đáng kể d−ới tác động của méo phi tuyến trên kênh. Do vậy việc đảm bảo độ tuyến tính cao đối với hệ thống điều chế M-QAM là hết sức quan trọng. ™ Méo phi tuyến gây bởi các bộ (KĐCS: khuếch đại công suất): đ−ợc thể hiện qua. + Công suất tín hiệu lối ra thể hiện không tuyến tính với công suất tín hiệu lối vào và đ−ợc gọi là: biến điệu biên độ-biên độ (AM/AM conversion), gọi tắt là méo biên độ. + L−ợng dịch pha của tín hiệu lối ra phụ thuộc biên độ tín hiệu lối vào đ−ợc gọi là biến điệu biên độ-pha (AM/PM conversion), gọi tắt là méo pha. b. Đặc điểm nhận dạng méo phi tuyến. Đối với hệ thống thông tin số, các bộ KĐCS là một nguồn gây méo phi tuyến cơ bản nên ta sẽ tìm hiểu ảnh h−ởng của méo phi tuyến gây bởi bộ KĐCS. Ta có thể nhận thấy méo phi tuyến một cách rõ rệt trên biểu đồ chòm sao của tín hiệu thu (hình vẽ 4). Khi có méo phi tuyến, ISI xuất hiện trên chòm sao tín hiệu thu nh− M cụm điểm hình sao chổi với điểm trung bình dịch khỏi vị trí lý t−ởng. Biên độ tín hiệu càng lớn thì diện tích cụm điểm càng tăng và dịch chuyển khỏi vị trí lý t−ởng càng xa. Các yếu tố ảnh h−ởng tới hệ thống truyền dẫn số. Sinh viên: L−ơng Xuân Tr−ờng_Bùi Xuân Th−ờng Lớp : K40ĐVT 19 c. ảnh h−ởng của méo phi tuyến. Tr−ớc khi tín hiệu đ−ợc phát đi qua hệ thống ăng-ten thì tín hiệu phải đ−ợc khuếch đại tới một l−ợng công suất nhất định nhờ các bộ khuếch đại công suất. Bộ khuếch đại công suất phải có thể khuếch đại tuyến tính công suất tín hiệu đỉnh, nó có thể là 6 tới 7dB trên công suất trung bình với hệ thống 16QAM và 7 tới 8dB cho hệ thống 64QAM và 8 tới 9dB cho hệ thống 256QAM. H4. Chòm sao tín hiệu thu của hệ thống 64-QAM truyền tải 140Mb/s khi có méo phi tuyến. Điều chế Lọc giải Giải điều Chế KĐCS n(t) Các yếu tố ảnh h−ởng tới hệ thống truyền dẫn số. Sinh viên: L−ơng Xuân Tr−ờng_Bùi Xuân Th−ờng Lớp : K40ĐVT 20 Đặc tính vào-ra của bộ KĐCS: Việc đánh giá xác suất lỗi của hệ thống d−ới tác động của méo phi tuyến gây bởi bộ KĐCS là hết sức phức tạp. Đặc biệt trong khi phải xét tới cả tính có nhớ của mạch khuếch đại. ™ Bộ KĐCS có tính có nhớ của mạch khuếch đại. Là bộ khuếch đại mà độ rộng băng của bộ lọc đới (zone-filter) trên bộ phát đáp là >1/Ts , với Ts là thời gian của một symbol. Tính có nhớ của bộ khuếch đại đ−ợc phát sinh do các mạch lọc đặt tr−ớc hoặc đặt sau bộ khuếch đại. Tính có nhớ này thực sự đáng kể đối với bộ khuếch đại của bộ phát đáp trên vệ tinh thông tin còn trong các hệ thống vô tuyến chuyển tiếp mặt đất các bộ KĐCS có thể xem là không có nhớ. Việc tính toán đến tác động của cả tạp âm đ−ờng lên đến tạp âm đ−ờng xuống của một tuyến vệ tinh là hết sức phức tạp. Đặc biệt là tính đến tác động đồng thời của méo lẫn tạp âm cho dù các tạp âm đ−ờng lên và đ−ờng xuống có thể làm gần đúng bằng các tạp âm cộng trắng chuẩn (AWGN), song sau khuếch đại phi tuyến của bộ phát đáp thì phân bố của tạp âm của đ−ờng lên, tính tới đầu ra của bộ khuếch đại không còn là phân bố chuẩn nữa. Việc tính toán có thể bỏ qua tác động của tạp âm đ−ờng lên, do công suất của trạm mặt đất th−ờng lớn hơn công suất của bộ khuếch đại TWT ( Traveling wave tube: Bộ KĐCS dùng đèn sóng chạy) trên bộ phát đáp tới 30-35 dB. ™ Bộ khuếch đại công xuất không có tính nhớ của mạch khuếch đại. y(t) x(t) Pout, ϕ P in ϕ PoutGΔ ΔΦ a, b, H5. Ký hiệu bộ KĐCS và các đặc tính biên độ, pha Các yếu tố ảnh h−ởng tới hệ thống truyền dẫn số. Sinh viên: L−ơng Xuân Tr−ờng_Bùi Xuân Th−ờng Lớp : K40ĐVT 21 Là bộ khuếch đại mà độ rộng băng của chúng < 1/ Ts , ví dụ đối với các hệ thống vô tuyến mặt đất dung l−ợng lớn sử dụng điều chế M-QAM hoàn toàn có thể xem đ−ợc là phần tử phi tuyến không nhớ, tức là tín hiệu lối ra tại thời điểm nào đó chỉ phụ thuộc vào tín hiệu lối vào tại chính thời điểm đó. Cũng có nghĩa là các đặc tính biên độ và đặc tính pha của bộ KĐCS và có thể xem nh− không thay đổi theo tần số trong suốt cả băng tần của tín hiệu. Đặc tính biên độ vào ra th−ờng mô tả quan hệ giữa công suất tín hiệu lối ra Pout và công suất lối vào Pin, còn đặc tính pha mô tả quan hệ giữa l−ợng quay pha của tín hiệu lối ra theo công suất tín hiệu lối vào. Nh− vậy, méo phi tuyến trong các hệ thống vô tuyến chuyển tiếp mặt đất sử dụng điều chế M-QAM sẽ gồm có hai yếu tố: yếu tố biên độ và yếu tố pha. Tín hiệu có công suất lớn hơn đ−ợc khuếch đại với hệ số khuếch đại nhỏ hơn và bị quay pha nhiều hơn. Tác động cơ bản mà méo phi tuyến gây ra do bộ KĐCS tới hệ thống vô tuyến sử dụng điều chế M-QAM có thể tổng kết nh− sau: • Tác động trải rộng phổ và tạp âm phi tuyến Ta giả sử tín hiệu đầu vào của bộ KĐCS là x thì tín hiệu ra sau bộ KĐCS sẽ là y. Do đặc tuyến biên độ có dạng nh− hình vẽ (2.5b) cho nên ta có thể phân tích tín hiệu ra theo tín hiệu vào theo công thức nh− sau: 2 31 2 3 ...y a x a x a x= + + + (2.6) Ta có thể nhận xét nh− sau: các thành phần bậc chẵn trong tín hiệu ra sẽ sinh ra các thành phần sản phẩm xuyên điều chế rơi ra xa ngoài băng tần tín hiệu. Do vậy các thành phần bậc chẵn này không gây hại đến tín hiệu. Nh− vậy trong thành phần của tín hiệu ra chỉ còn có các thành phần bậc lẻ. Chính các thành phần bậc lẻ này làm cho phổ tín hiệu bị mở rộng, và điều này sẽ làm tăng nhiễu kênh lân cậnh đồng thời làm giảm tỷ số tín hiệu trên nhiễu S/N và làm tăng tỷ số lỗi bít. Trong đánh giá tác động của méo phi tuyến gây bởi bộ KĐCS, ng−ời ta đ−a ra một thông số đó là tỷ số liên điều chế bậc ba IMR3 (third order Inter Modulation Ratio), với 1 3 PIMR3 =10lg P , trong đó P1, P3 t−ơng ứng là công suất Các yếu tố ảnh h−ởng tới hệ thống truyền dẫn số. Sinh viên: L−ơng Xuân Tr−ờng_Bùi Xuân Th−ờng Lớp : K40ĐVT 22 của các thành phần sản phẩm bậc 1 và bậc 3. Khi giá trị IMR3 = 40dB≥ thì ta có thể bỏ qua méo phi tuyến gây bởi bộ KĐCS. . H6. Sự mở rộng phổ tín hiệu do méo phi tuyến. Phổ điều chế lẫn nhau giữa các thành phần tần số của tín hiệu khi đi qua một bộ khuếch đại với méo phi tuyến tới bậc ba nh− thế thì có thể mở rộng phổ tín hiệu vào quãng ba lần phổ của tín hiệu ban đầu (hình vẽ 6). Sự mở rộng phổ nh− thế có thể gây nhiễu đối với các kênh lân cận. Để loại bỏ can nhiễu này đối với các kênh lân cận, ở đầu ra của bộ KĐCS th−ờng có một mạch lọc phụ có nhiệm vụ giữ cho phổ tín hiệu lối ra máy phát nằm d−ới một mặt nạ xác định. • Làm dịch chuyển vị trí các điểm tín hiệu trên mặt phẳng pha Bộ KĐCS th−ờng đ−ợc đặc tr−ng bởi các biến điệu AM/AM và AM/PM. Các biến điệu AM/AM và AM/PM dẫn đến các tín hiệu QAM với biên độ khác nhau đ−ợc khuếch đại với các hệ số khuếch đại khác nhau và bị quay pha với các góc quay pha khác nhau, biên độ tín hiệu càng lớn thì hệ số khuếch đại càng nhỏ và quay pha càng lớn. Do vậy vị trí trung bình của các điểm tín hiệu trên constellation của tín hiệu thu sẽ bị dịch chuyển, không còn phân bố trên l−ới vuông góc nữa. Tín hiệu có công suất càng lớn thì càng bị dịch chuyển khỏi vị trí lý t−ởng nhiều hơn. Các điểm tín hiệu bị dịch chuyển gần lại biên quyết định hơn và do đó xác suất lỗi của hệ thống có thể tăng một cách nghiêm trọng. Các yếu tố ảnh h−ởng tới hệ thống truyền dẫn số. Sinh viên: L−ơng Xuân Tr−ờng_Bùi Xuân Th−ờng Lớp : K40ĐVT 23 • Tác động gây ISI phi tuyến Do hàm truyền tổng cộng của hệ thống đ−ợc thiết kế để không có ISI. Nh−ng khi bộ KĐCS, bản chất là phần tử phi tuyến, đ−ợc đặt giữa các bộ lọc phát và lọc thu nh− trên hình vẽ (2.6) thì hàm truyền tổng cộng của hệ thống sẽ không có dạng cosine nâng nữa. Nh− vậy sẽ xuất hiện ISI, và ISI gây ra do bộ KĐCS này sẽ đ−ợc gọi là ISI phi tuyến (tạo ra do méo phi tuyến) để phân biệt với ISI gây bởi các méo tuyến tính gây bởi các phần tử tuyến tính trong hệ thống nh− các mạch lọc hay pha-đinh nhiều tia chọn lọc theo tần số. D−ới tác động của bộ KĐCS, thay vì M điểm tín hiệu phân bố trên l−ới vuông góc, các tín hiệu thu xuất hiện d−ới dạng M cụm điểm trên mặt phẳng pha. Tín hiệu QAM có công suất càng lớn thì cụm điểm t−ơng ứng càng rộng (ISI đối với nó càng lớn). Vị trí trung bình của từng cụm điểm bị dịch chuyển khỏi vị trí nguyên gốc d−ới tác động của các méo AM/AM và AM/PM. 1.3. Fading Fading là hiện t−ợng sai lạc tín hiệu thu một cách bất th−ờng xảy ra đối với các hệ thống vô tuyến do tác động của môi tr−ờng truyền dẫn. ™ Các yếu tố gây ra Fading đối với các hệ thống vô tuyến mặt đất nh−: - Sự thăng giáng của tầng điện ly đối với hệ thống sóng ngắn - Sự hấp thụ gây bởi các phân tử khí, hơi n−ớc, m−a, tuyết, s−ơng mù…sự hấp thụ này phụ thuộc vào dải tần số công tác đặc biệt là dải tần cao (>10Ghz). - Sự khúc xạ gây bởi sự không đồng đều của mật độ không khí. - Sự phản xạ sóng từ bề mặt trái đất, đặc biệt trong tr−ờng hợp có bề mặt n−ớc và sự phản xạ sóng từ các bất đồng nhất trong khí quyển. Đây cũng là một yếu tố dẫn đến sự truyền lan đa đ−ờng. - Sự phản xạ, tán xạ và nhiễu xạ từ các ch−ớng ngại trên đ−ờng truyền lan sóng điện từ, gây nên hiện t−ợng trải trễ và giao thoa sóng tại điểm thu do tín hiệu nhận đ−ợc là tổng của rất nhiều tín hiệu truyền theo nhiều đ−ờng. Hiện t−ợng này đặc biệt quan trọng trong thông tin di động. Hệ số suy hao đặc tr−ng cho quá trình truyền sóng có thể biểu diễn d−ới dạng: Các yếu tố ảnh h−ởng tới hệ thống truyền dẫn số. Sinh viên: L−ơng Xuân Tr−ờng_Bùi Xuân Th−ờng Lớp : K40ĐVT 24 a(t,f) = αfs.A(t,f). (2.7) Với a(t,f) là hệ số suy hao sóng vô tuyến trong khí quyển, A(t,f) đặc tr−ng cho sự phụ thuộc của suy hao năng l−ợng sóng điện từ vào các hiện t−ợng khí quyển và đ−ợc gọi là hệ số suy hao do pha đinh, αfs là hệ số suy hao trong không gian tự do. ™ Phân loại Fading: Có 2 loại : - Fading phẳng ( flat fade ). - Fading lựa chọn tần số ( Selective fade ) . a. Fading phẳng. Là Fading mà suy hao phụ thuộc vào tần số là không đáng kể và hầu nh− là hằng số với toàn bộ băng tần hiệu dụng của tín hiệu. Fading phẳng th−ờng xảy ra đối với các hệ thống vô tuyến có dung l−ợng nhỏ và vừa, do độ rộng băng tín hiệu khá nhỏ nên fading do truyền dẫn đa đ−ờng và do m−a gần nh− là xem không có chọn lọc theo tần số. • Fading phẳng do truyền dẫn đa đ−ờng: hình thành do phản xạ tại các ch−ớng ngại cũng nh− sự thay đổi của độ khúc xạ của khí quyển c−ờng độ tr−ờng thu đ−ợc ở đầu thu bị suy giảm và di chuyển trong quá trình truyền dẫn. Trong các hệ thống chuyển tiếp số LOS (Line-Of-Sight), sự biến thiên của đọ khúc xạ là nguyên nhân chủ yếu dẫn đến hiện t−ợng truyền dẫn đa đ−ờng mà kết quả của nó là tổn hao Fading thay đổi theo tần số. Tuy nhiên, hệ thống có băng tín hiệu nhỏ nên tín hiệu suy hao fading đa đ−ờng là nhỏ nên có thể bỏ qua và fading đa đ−ờng đ−ợc xem là fading phẳng. Đối với fading đa đ−ờng, việc thực hiện đ−ợc đánh giá bằng đo công suất tín hiệu thu đ−ợc tại một tần số trong băng tín hiệu. Đặc tr−ng thống kê của fading phẳng đa đ−ờng là phân bố thời gian fading v−ợt quá một mức nào đó. • Fading phẳng do hấp thụ: Là hiện t−ợng sóng điện từ bị hấp thụ và bị tán xạ do m−a, tuyết, s−ong mù…hay các phần tử khác tồn tại trong môi tr−ờng truyền dẫn nên các tín hiệu vào đầu thu bị suy giảm. Nói chung hiện t−ợng fading này thay đổi phụ thuộc vào thời gian. Các yếu tố ảnh h−ởng tới hệ thống truyền dẫn số. Sinh viên: L−ơng Xuân Tr−ờng_Bùi Xuân Th−ờng Lớp : K40ĐVT 25 b. Fading đa đ−ờng lựa chọn theo tần số. Là hiện t−ợng khi mà sóng vô tuyến thu đ−ợc hơn 2 tia khác nhau trên cùng một đ−ờng truyền dẫn, sự truyền dẫn theo nhiều tia (đ−ờng) nh− thế sẽ gây nên một l−ợng tổn hao tín hiệu phụ thuộc vào tần số trong suốt độ rộng băng tín hiệu. Đặc tính biên độ và pha của sóng thu đ−ợc là tổng hợp của các sóng tới đầu thu. 1 c cf g a e b 0.001 0.01 0.1 10 100 3 6 12 18 3024 60 120180300 Tần số(GHz) H7. Suy hao sóng điện từ trong khí quyển Suy hao do m−a a:100mm/Hr b:50mm/Hr c:10mm/Hr Suy hao do hấp thụ không khí. d:Phần tử khí quyển Oxygen e:Hơi n−ớc Suy hao do s−ơng mù f:2,3g/m g:0,32g/m. Suy hao(dB/km) Tia khúc xạ Tia phản xạ Tầng tán xạ Tia trực tiếp Máy thu Tầng khúc xạ Máy phát H8. Fadinh kết hợp Các yếu tố ảnh h−ởng tới hệ thống truyền dẫn số. Sinh viên: L−ơng Xuân Tr−ờng_Bùi Xuân Th−ờng Lớp : K40ĐVT 26 Ta có: hàm truyền của môi tr−ờng khi truyền dẫn nhiều tia: h(t) = ∑ = − N i ii t 1 )(. τδα (2.8) Với αi thể hiện tổn hao , iτ thể hiện giữ chậm truyền súng theo tia thứ i. Vậy ta cú hàm truyền của kờnh truyền trờn kờnh fading nhiều tia là : H(f) =∑ = N i j i iie 1 . ωτα (2.9) Do sự phụ thuộc vào tần số của suy hao trong suốt độ rộng băng tần tín hiệu nên méo tuyến tính do fading chọn lọc theo tần số sẽ gây ra ISI và do đó sẽ làm giảm chất l−ợng của hệ thống. Chỉ riêng méo do fading đa đ−ờng mạnh đã có thể tạo ra ISI rất lớn và gây gián đoạn liên lạc (BER>10-3), thậm chí trong tr−ờng hợp không tính đến tạp nhiễu. Tia trực tiếp. Tia can nhiễu(Phản xạ hoặc khúc xạ) Tia thu đ−ợc(Tổng hợp của sóng trục tiếp và sóng phản xạ) 121 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 τ : Thời gian trễ của sóng trực tiếp can nhiễu. Kênh vô tuyến Băng tần truyền dẫn Tần số Tia thu Công suất(dB) τ1 H9a. Đặc tính biên độ- Tần số fading Các yếu tố ảnh h−ởng tới hệ thống truyền dẫn số. Sinh viên: L−ơng Xuân Tr−ờng_Bùi Xuân Th−ờng Lớp : K40ĐVT 27 Mô hình Rummler: Khi kênh đã đ−ợc xác định là truyền dẫn nhiều tia thì việc mô tả các mô hình hàm truyền dẫn pha-đinh của kênh là một việc rất quan trọng, từ đó ta mới có thể đ−a ra các biện pháp khắc phục. Theo Rummler, đáp ứng tần số hay hàm truyền của kênh đ−ợc biểu diễn d−ới dạng sau: ( ) 1 22 21 . .j f j fH f e eπ τ π τα β− −= + + Trong biểu thức trên, số hạng thứ nhất mô tả một tia sóng, th−ờng đ−ợc hiểu là tia truyền trực tiếp và là tia tham chiếu; số hạng thứ hai và thứ ba mô tả hai tia bới biên độ bằng α và β lần biên độ tia tham chiếu với các giữ chậm là 1τ và 2τ . Thực tế, chúng ta chỉ quan tâm tới hàm truyền H(f) tại các giá trị tần số xung quanh tần số sóng mang fc. Do vậy, trong biểu thức tên thì tần số f có thể đ−ợc xem nh− là (f-fc). Theo Rummler thì một trong hai tia mô tả bằng các số hạng thứ hai và thứ ba trong biểu thức trên đ−ợc giả thiết là rất gần với tia trực tiếp. Tức là 1.τB <<1, với B là độ rộng băng tần tín hiệu. Khi đó công thức có thể đ−ợc viết d−ới dạng: ( ) 21 . j fH f e π τα β −= + + Gọi f0 là tần số mà tại đó mô-đun hàm truyền đạt cực tiểu là tần số khe pha-đinh (notch frequency) và lấy đó làm điểm tham chiếu, khi đó hàm truyền có thể đ−ợc viết là: ( ) ( ) ( ) ( )021 . j f f j tH f a b e H f eπ τ ϕ− −⎡ ⎤= − =⎣ ⎦ Trong đó: 1a α= + và 1 b βα= − + . Theo mô hình Rummler thì a là một l−ợng tổn hao phẳng của kênh và biểu thức trong móc vuông biểu thị sự giao thoa giữa hai tia có thời gian giữ chậm t−ơng đối τ gây nên tại một cực tiểu của mô-đun hàm truyền tại tần số f0. Theo đó ta có hàm suy hao A(f) (tính theo dB) và hàm trễ nhóm D(f) là đạo hàm của đặc tính pha có dạng: ( ) ( )20logA f H f= − ; ( ) ( )1 2 d f D f dfπ Φ= Các yếu tố ảnh h−ởng tới hệ thống truyền dẫn số. Sinh viên: L−ơng Xuân Tr−ờng_Bùi Xuân Th−ờng Lớp : K40ĐVT 28 Trong đó giá trị bình ph−ơng biên độ và hàm trễ nhóm cho bởi: ( ) ( )2 2 2 01 2 cos 2H f a b b f fπ τ⎡ ⎤= + − −⎣ ⎦ ( ) ( ) ( )( ) 0 2 0 . cos 21 2 1 2 cos 2 b f f bd f D f df b b f f τ π τ π π τ ⎡ ⎤− −Φ ⎣ ⎦= = + − − Từ hàm truyền của mô hình kênh pha đinh của Rummler ta thấy rằng các cực tiểu chọn lọc theo tần số của công suất thu xảy ra cùng với các cực tiểu hoặc cực đại của méo trễ nhóm. H.9b. Hàm truyền của kênh theo mô hình Rummler. Có thể nhận thấy rằng khi đem so sánh mô hình hàm truyền của kênh pha-đinh chọn lọc tần số do Rummler (hình vẽ) với hàm truyền đã khảo sát trên thực tế, ta thấy rằng chúng rất khớp nhau. Tuy nhiên, mô hình hàm truyền của kênh theo Rummler còn có quá nhiều tham số và để tránh khó khăn này và cũng vì là một mô hình nên tham số giữ chậm τ có thể lựa chọn là một số cố định một cách t−ơng đối tuỳ ý với điều kiện chu kỳ của H(f) theo tần số là t−ơng đối đủ lớn. Rummler đã đề xuất chọn τ =0.63ns, bằng nghịch đảo của sáu lần độ rộng băng tần tín hiệu của hệ thống đã đ−ợc quan trắc. Trên thực tế giá trị τ =0.63ns này đ−ợc sử dụng rất nhiều. Bên cạnh giá trị đó, ta còn có thể chọn τ bằng nghịch đảo của sáu lần độ rộng băng tần của tín hiệu ( 1 6B τ = ) do thực tế đo l−ờng đã cho thấy rằng với giá trị này thì ba tham số còn lại là a, b và f0 có thể Các yếu tố ảnh h−ởng tới hệ thống truyền dẫn số. Sinh viên: L−ơng Xuân Tr−ờng_Bùi Xuân Th−ờng Lớp : K40ĐVT 29 làm khớp rất tốt với phản ứng của kênh. Tần số khe pha-đinh f0 có phân bố đều nhảy bậc với hàm mật độ xác suất phụ thuộc vào l−ợng giữ chậm 0τ . Khi b < 1 thì pha-đinh đ−ợc gọi là pha-đinh pha cực tiểu và khi 1b ≥ thì pha-đinh là pha- đinh pha không cực tiểu. Các tham số của mô hình Rummler, ngoại trừ τ đ−ợc chọn cố định, các tham số còn lại đều là các biến ngẫu nhiên và phân bố xác suất của chúng đ−ợc xác định gần đúng theo kinh nghiệm. Với pha-đinh pha cực tiểu, các tham số A1=-20loga (dB) biểu thị một l−ợng tổn hao phẳng trên toàn bộ băng tần của tín hiệu, còn tham số B1=-20log(1-b) (dB) biểu thị độ sâu khe pha-đinh tại tần số khe pha-đinh f0. Với tr−ờng hợp pha-đinh pha không cực tiểu thì hàm truyền của kênh đ−ợc viết lại d−ới dạng: ( ) ( )02 1j f fH f ab e b π τ− −⎛ ⎞= − −⎜ ⎟⎝ ⎠ Các tham số t−ơng ứng là A2=-20logab (dB), B2= 120log 1 b ⎛ ⎞− −⎜ ⎟⎝ ⎠ . Trong đó B1 và B2 đều có phân bố mũ với kỳ vọng MB=3.8dB; A1 và A2 có phân bố chuẩn với độ lệch quân ph−ơng 5δ = dB và có kỳ vọng đ−ợc xác định theo công thức thực nghiệm sau: 4 4 50024,6. 800A B B μ += + 1.4 ảnh h−ởng của sai lệch pha sóng mang và sai lệch tín hiệu đồng hồ 1.4.1. ảnh h−ởng của sai lệch pha sóng mang. Để xét ảnh h−ởng của sai lệch pha sóng mang, ta giả thuyết rằng mọi khối khác trong hệ thông đều lý t−ởng. Tức là trong tr−ờng hợp giả thuyết này sai lệch đồng hồ 0=∧D và đặc tính của cả hệ thống thì hoàn toàn lý t−ởng. Thiết bị khôi phục song mang thu tạo ra sóng mang )(tc ∧ sai lệch về pha đối với sóng mang tới một góc ∧θ . )2cos(2)( ∧∧∧ += θπ tftc c (2.10) Trong tr−ờng hợp đó, tín hiệu ra trên các nhánh đồng pha và vuông pha của bộ giải điều chế M-QAM có dạng: Các yếu tố ảnh h−ởng tới hệ thống truyền dẫn số. Sinh viên: L−ơng Xuân Tr−ờng_Bùi Xuân Th−ờng Lớp : K40ĐVT 30 S1(t) = )()(*)(.sin.)(*).(.cos. 1 tnthkTtpBthTktpA cs k kc k sK +−+− ∧∞ −∞= ∞ −∞= ∧ ∑∑ θθ (2.11) Và S2(t) = )()(*)(.sin.)(*)(.cos. 2 tnthkTtpAthkTtpB cs k kcs k k +−−− ∧∞ −∞= ∧∞ −∞= ∑∑ θθ (2.12) Trong đó hc(t) là phản ứng xung t−ơng đ−ơng thông thấp của cả hệ thống tính từ đầu ra mạch điều chế tới đầu vào mạch lấy mẫu và quyết định. {Ak} và {Bk} lần l−ợt là dãy các giá trị của tín hiệu điều chế luồng đồng pha và vuông pha, p(.) là hàm tạo xung với hệ thống M-QAM thì p(.) là hàm đồng pha và xung không-về-không NRZ (Non-Return to Zero), n1(t) và n2(t) lần l−ợt là các thành phần tạp âm t−ơng hợp với các thành phần đồng pha và vuông pha của tìn hiệu M-QAM thu đ−ợc. Tại thời điểm lấy mẫu symbol thứ 0 (k=0) là t=0, các biểu thức trên có thể viết lại thành: 1001 )(.sin.')0(.sin.)(.cos.')0(.cos.)( nkTsBsBkTsAsAtS s k ks k k +−++−+= ∧∞ −∞= ∧∧∞ −∞= ∧ ∑∑ θθθθ (2.13) 2002 )(.sin.')0(.sin.)(.cos.')0(.cos.)( nkTsAsAkTsBsBtS s k ks k k +−−−−+= ∧∞ −∞= ∧∧∞ −∞= ∧ ∑∑ θθθθ (2.14) Trong đó s(t)=p(t-kTs)*hc(t) và dấu phảy sau ký hiệu ∑ có nghĩa là tổng bỏ qua số hạng k=0, n1, n2 là các giá trị của các thành phần tạp âm t−ơng hợp đồng pha và vuông pha tại thời điểm lấy mẫu symbol thứ 0. Theo biểu thức(2.13) và (2.14), vì đặc tính của hệ thống đ−ợc giả thuyết là lý t−ởng (thoả mãn tiêu chuẩn Nyquist thứ nhất) nên s(0)=1 và s(-kTs)=0 ( 0≠∀k ), do đó tín hiệu lấy mẫu symbol thứ 0 còn lại: S1(0)= 100 sin.cos. nBA ++ ∧∧ θθ (2.15) S2(0)= 200 sin.cos. nAB +− ∧∧ θθ (2.16) Các yếu tố ảnh h−ởng tới hệ thống truyền dẫn số. Sinh viên: L−ơng Xuân Tr−ờng_Bùi Xuân Th−ờng Lớp : K40ĐVT 31 Nh− vậy, do sai pha sóng mang, thành hữu ích sau lấy mẫu so với tr−ờng hợp hoàn toàn lý t−ởng bị giảm độ lớn với hệ số ∧θcos và có xuyên nhiễu (crosstalk) giữa các luồng đồng pha và vuông pha (thành phần ∧θsin.0B ) trong biểu thức (2.15) và thành phần ∧ −− θsin0A trong biểu thức (2.16)). Các sai lệch này làm tăng xác suất thu lỗi của hệ thống. Do tác động của tạp nhiễu, sai lệch pha là một quá trình ngẫu nhiên )(t ∧θ . Vì vậy, nói cách chính xác thì khi nghiên cứu cần phải thể hiện sai lệch sóng mang nh− một quá trình ngẫu nhiên và tác động đến việc quyết định tín hiệu trong giải điều chế d−ới dạng một biến ngẫu nhiên ∧θ với một hàm mật độ xác suất nào đó.[5,27,…]. 1.4.2. ảnh h−ởng của sai lệch tín hiệu đồng hồ. Để xét ảnh h−ởng riêng của tín hiệu đồng hồ, ta giả thiết mọi khối khác trong hệ thống là lý t−ởng. Tức là trong trong tr−ờng hợp này sai lệch pha sóng mang 0=∧θ và đặc tính của cả hệ thống thì hoàn toàn lý t−ởng. Tín hiệu sau bộ lọc phối hợp giải điều chế đối với hệ thống M-QAM khi đó sẽ có dạng: -3.0 9.0 7.0 -7.0 -9.0 5.0 -5.0 -1.0 3.0 1.0 9.0 7.0 5.0 3.0 1.0 -7.0 -5.0 -1.0 -3.0 H10. Chòm sao tín hiệu thu d−ới tác động của sai lệch pha sóng mang 50 Các yếu tố ảnh h−ởng tới hệ thống truyền dẫn số. Sinh viên: L−ơng Xuân Tr−ờng_Bùi Xuân Th−ờng Lớp : K40ĐVT 32 S1(t)= )()(. 1 tnkTtsA s k k +−∑∞ ∞= (2.17) S2(t)= )()(. 2 tnkTtsB s k k +−∑∞ ∞= (2.18) Thiết bị khôi phục tín hiệu đồng hồ tạo ra tín hiệu đồng hồ có thể sai lệch đối với thời điểm lấy mẫu lý t−ởng một l−ợng ∧∧ DD ( < Ts). Thời điểm lấy mẫu đối với symbol thứ k khi đó đ−ợc xác định bởi tk = kTs + ∧ D . Xét các giá trị (mẫu) của tín hiệu thứ S1 và S2 tại thời điểm lấy mẫu symbol thứ 0 (t=t0=0.Ts+ ∧∧ = DD ) S1(t0)= 10 )(.')(. nkTDsADsA s k k +−+ ∧∞ ∞= ∧ ∑ (2.19) S2(t0)= 20 )(.')(. nkTDsBDsB s k k +−+ ∧∞ ∞= ∧ ∑ (2.20) Số hạng đầu tiên bên vế phải của các biểu thức (2.19) và (2.20) chính là tín hiệu hữu ích, số hạng thứ hai thể hiện ISI còn số hạng thứ ba n1 và n2 là các giá rrị của các thành phần tạp âm t−ơng hợp đồng pha và vuông pha tại thời điểm lấy mẫu symbol thứ 0. Nếu mạch khôi phục tín hiệu đồng hồ hoạt động hoàn toàn lý t−ởng (sai lệch tín hiệu đồng hồ 0=∧D ), thì 0)()(,1)0()( =−=−== ∧∧ ss kTsklTDssDs với mọi 0≠k do đặc tính hệ thống đ−ợc giả thuyết là lý t−ởng. Các số hạng thứ hai bên vế phải các biểu thức (2.19) và (2.20) đều bằng 0, tức là không tồn tại ISI. Nếu sai lệch tín hiệu đồng hồ khác không )0( ≠∧D thì 0)(,1)( ≠−≠ ∧∧ skTDsDs với 0≠k . Do đó các số hạng hiển thị ISI trong (2.19)và (2.20) đều khác 0. Tức là, ngay cả khi đ−ờng truyền hoàn toàn lý t−ởng thì ISI vẫn tồn tại và có thể có giá trị rất lớn nếu có sai lệch tín hiệu đồng hồ, dẫn đến xác suất thu lỗi của hệ thống tăng. Sự tạo thành ISI trong tr−ờng hợp nh− thế, thu đ−ợc qua mô phỏng bằng ch−ơng trình ASTRAS Các yếu tố ảnh h−ởng tới hệ thống truyền dẫn số. Sinh viên: L−ơng Xuân Tr−ờng_Bùi Xuân Th−ờng Lớp : K40ĐVT 33 H11a. Sự tạo thành ISI do sai lệch tín hiệu đồng hồ H11b. Constenllation khi 0τ =3,3%Ts Sự tạo thành ISI do sai lệch tín hiệu đồng hồ trong hệ thống 64-QAM. -3.0 9.0 7.0 -7.0 -9.0 5.0 -5.0 -1.0 3.0 1.0 9.0 7.0 5.0 3.0 1.0 -7.0 -5.0 -1.0 -3.0 Các yếu tố ảnh h−ởng tới hệ thống truyền dẫn số. Sinh viên: L−ơng Xuân Tr−ờng_Bùi Xuân Th−ờng Lớp : K40ĐVT 34 1.5. Can nhiễu và các tác động khác của đ−ờng truyền. 1.5.1. Can nhiễu và các nguồn nhiễu. Trên một kênh truyền liên tục, các tín hiệu si(t) đ−ợc phát đi từ phần phát(t−ơng ứng với các tin mi sản ra từ nguồn tin số) chụi tác động của cả méo lẫn tạp âm và can nhiễu, do cậy tín hiệu nhận đ−ợc R(t) có thể khác rất nhiều so với tín hiệu đã đ−ợc phát đi, dẫn đến việc đánh giá của máy thu về tín hiệu có thể bị sai. Các nguồn nhiễu có tần số trùng hoặc khác với tần số tín hiệu hữu ích đ−ợc mô tả bằng các tín hiệu zi(t) với phổ đ−ợc xác định nhờ các đặc tính lọc của chính hệ thống gây nhiễu đó Ti(f). Các nguồn nhiễu này có thể phát sinh từ nhiều nguồn khác nhau nh−: nhiễu vũ trụ, nhiễu công nghiệp, nhiễu từ các hệ thống truyền dẫn khác, nhiễu từ các kênh lân cận trên cùng một tuyến, nhiễu từ kênh sử dụng cùng tần số. Do các tác động lọc nhiễu và triệt xuyên phân cực chéo, các nguồn nhiễu này đ−ợc xem nh− tác động tới kênh truyền chính thông qua các khối tổn hao Ai. Kênh truyền chính hình thành từ các khối thể hiện các đặc tính tần số phát T(f), phần thu R(f) và môi tr−ờng F(f). Trong đó đặc tính đ−ờng T(f) R(f) F(f) A0 A1 An TN(f) T1(f) T0(f) zn(t) Các tín hiệu nhiễu n(t) (tạp âm) z0(t) z1(t) s(t) fc fc ≈ f0 H12. Mô hình kênh liên tục với ảnh h−ởng của các tín hiệu nhiễu f1 fN Các yếu tố ảnh h−ởng tới hệ thống truyền dẫn số. Sinh viên: L−ơng Xuân Tr−ờng_Bùi Xuân Th−ờng Lớp : K40ĐVT 35 truyền dẫn F(f) có thể có những ảnh h−ởng đặc biệt đối với chất l−ợng truyền dẫn. Ngoài ra, do các thiết bị có đặc tính không hoàn hảo một số các nhiễu khác nh− các hài của nguồn nuôi, các sản phẩm xuyên điều chế(intermodulation) do méo phi tuyến.., cũng có tác động làm giảm chất l−ợng truyền dẫn. Trong số các loại nhiễu kể trên, các loại can nhiễu quan trọng nhất có thể kể ra là: can nhiễu từ các kênh lân cận, từ các kênh cùng tần số và các sản phẩm xuyên điều chế. Đối với các hệ thống không trải phổ, các tần số sóng mang giông nhau đ−ợc sử dụng tại các tế bào cách đủ xa nhau. Với hệ thống có áp dụng kỹ thuật trải phổ (thí dụ nh− hệ thống đa truy nhập theo mã CDMA- code division multiple access), các tế bào cạnh nhau có thể sử dụng cùng một tần số sóng mang. Hệ quả là các kênh công tác trên cùng một tần số nh− thế có thể gây nhiễu lẫn nhau. 1.5.2. Tác động khác của đ−ờng truyền Kênh truyền có đặc tính phức tạp gặp phải đối với các hệ thống truyền dẫn số là kênh truyền trong hệ thống thông tin di động. Nguyên nhân là do sự thay đổi rất ngẫu nhiên của kênh theo thời gian đó là sự di động của các máy cầm tay hay còn gọi là các trạm di động(MS: Mobile Station). Hiệu ứng Doppler: Đó là sự thay đổi tần số của tín hiệu thu đ−ợc so với tín hiệu đã phát đi, gây bởi chuyển động t−ơng giữa máy phát và máy thu trong quá trình truyền sóng. Giả sử một sóng mang không bị điều chế có tần số fc đ−ợc phát tới một máy thu đang di động với vận tốc v. Tại máy thu, tần số của tín hiệu nhận đ−ợc theo tia sóng thứ i sẽ là f=fc+fm.cos iα , trong đó iα là góc tới của tia sóng thứ i so với h−ớng chuyển động của máy thu, fm là l−ợng dịch tần Doppler, fm+v.fc/c, với c là vận tốc của ánh sáng. Nh− vậy, chỉ trong tr−ờng hợp máy thu đứng yên so với máy phát (v=0), hoặc máy thu đang chuyển động vuông góc với góc tới của tín hiệu (cos iα =0) thì tần số tín hiệu thu mới không bị thay đổi so với tần số tín hiệu phát. Hiệu ứng Doppler xảy ra mạnh nhất khi máy thu di động theo ph−ơng của tia sóng tới (cos 1±=iα ). Điều này th−ờng xảy ra trong thông tin di động khi máy thu đặt trên xe di chuyển trên các xa lộ, còn các ăng-ten trạm phát thì đ−ợc bố trí dọc theo xa lộ. Các yếu tố ảnh h−ởng tới hệ thống truyền dẫn số. Sinh viên: L−ơng Xuân Tr−ờng_Bùi Xuân Th−ờng Lớp : K40ĐVT 36 Phần 3: mô phỏng bằng phần mềm ASTRAS Ví dụ 1: Một hệ thống vi ba số 64 – QAM, Tốc độ 140Mb/s có hệ số uấn lọc của các bộ lọc căn bậc hai cosine nâng phát và thu là 0.35, không có san bằng thích nghi ATDE, với độ sâu khe phe pha - đinh là 3.8 dB, tần số khe pha - đinh trùng với tần số sóng mang Nhập thông số cho các khối trong gói phần mềm ASTRAS: Khối nguồn Symbol: + Symbol source - Tốc độ số liệu (bit rate): 140.e6_ ( 140Mb/s) - Số mức (number of level): 64_ Khối điều chế: + Modulators/QAM - Số mức (number of level): 64_ Khối lọc phát: + Mạch sửa x/sinx: - Linear block/Predefined Miscellaneous/(x/sinx) corrector - Độ lệc điều h−ởng (mistuning): 0_ + Mạch Cosine tăng: - Linear block/Predefined Miscellaneous/Rqst(raised cosine) - Hệ số uốn lọc (Roll of Factor): 0.35_ - Độ lệch điều h−ởng (mistuning): 0_ Khối pha đinh: + Linear block/Predefined Miscellaneous/ Rummler model - Tần số khe pha đinh (notch frequency):0_ - Độ sâu khe (notch depth [dB]): 3.8_ Khối Tạp âm: + Sources of disturbances/noise Regenerator/featured by power - Công xuất (power): 1_ Các yếu tố ảnh h−ởng tới hệ thống truyền dẫn số. Sinh viên: L−ơng Xuân Tr−ờng_Bùi Xuân Th−ờng Lớp : K40ĐVT 37 Khối lọc thu: + Linear block/Predefined Miscellaneous/Rqst(raised cosine) - Hệ số uốn lọc (Roll of Factor): 0.35_ - Độ lệch điều h−ởng (mistuning): 0_ Khối giải điều chế: + Modulators/QAM - Số mức (number of level): 64_ Khối AGC: + Regenerators/ AGC - Tăng ích phụ (additional gain [dB]: 0_ - Loại AGC (type): 1_ Khối khôi phục sóng mang + Regenerators/ Carrier Regenerator - Quay pha phụ (additional phase shifft [deg]: 0_ - Loại khôi phục sóng mang (type): 1_ Khối khôi phục đồng hồ: + Regenerators/ Clock Regenerator -Loại khôi phục tín hiệu đồng hồ (type): 1_ Kết quả mô phỏng: H.13. Mạch sửa x/sinx Các yếu tố ảnh h−ởng tới hệ thống truyền dẫn số. Sinh viên: L−ơng Xuân Tr−ờng_Bùi Xuân Th−ờng Lớp : K40ĐVT 38 H.14. Bộ lọc xấp xỉ lọc căn hai cosine nâng H.15. Đặc tính pha - đinh nhiều tia Các yếu tố ảnh h−ởng tới hệ thống truyền dẫn số. Sinh viên: L−ơng Xuân Tr−ờng_Bùi Xuân Th−ờng Lớp : K40ĐVT 39 H.16. Phản ứng xung của toàn hệ thống khi không có ATDE H.17. Mẫu mắt của hệ thống khi không có ATDE Các yếu tố ảnh h−ởng tới hệ thống truyền dẫn số. Sinh viên: L−ơng Xuân Tr−ờng_Bùi Xuân Th−ờng Lớp : K40ĐVT 40 H.18. Constellation của tín hiệu, tần số khe pha đinh trùng tần số sóng mang, không có ATDE H.19. Đ−ờng cong BER Các yếu tố ảnh h−ởng tới hệ thống truyền dẫn số. Sinh viên: L−ơng Xuân Tr−ờng_Bùi Xuân Th−ờng Lớp : K40ĐVT 41 Ví dụ2: Một hệ thống vi ba số 64 – QAM, Tốc độ 140Mb/s có hệ số uốn lọc của các bộ lọc căn bậc hai cosine nâng phát và thu là 0.35, không có san bằng thích nghi ATDE. Hãy xác định SNRD tính tại BER = 10-6 gây bởi tr−ờng hợp sau: a. Có sai lệch pha sóng mang 30 Kết quả mô phỏng: H.20. Mạch sửa x/sinx H.21. Bộ lọc xấp xỉ lọc căn hai cosine nâng Các yếu tố ảnh h−ởng tới hệ thống truyền dẫn số. Sinh viên: L−ơng Xuân Tr−ờng_Bùi Xuân Th−ờng Lớp : K40ĐVT 42 H.23. Phản ứng xung của toàn hệ thống khi có sai pha sóng mang 30, không có ATDE H.22. Mô hình Rummler-modell Các yếu tố ảnh h−ởng tới hệ thống truyền dẫn số. Sinh viên: L−ơng Xuân Tr−ờng_Bùi Xuân Th−ờng Lớp : K40ĐVT 43 H.24. Mẫu mắt của hệ thống khi có sai pha sóng mang 30, không có ATDE H.25. Constellation của tín hiệu khi có sai pha sóng mang 30, không có ATDE Các yếu tố ảnh h−ởng tới hệ thống truyền dẫn số. Sinh viên: L−ơng Xuân Tr−ờng_Bùi Xuân Th−ờng Lớp : K40ĐVT 44 Ví dụ3: Đánh giá ảnh h−ởng của CCI(nhiễu đồng kênh) trong hệ thống ViBa số truyền hai luồng E4 trên phân cực V và H cùng sử dụng điều chế 64QAM. Hệ số uốn lọc là 0,35 cho cả hai luồng. XPIC có XPD là 20 dB. Có pha đinh với độ sâu khe pha-dinh là 3,8 dB, tần số khe pha dinh trùng với tần số sóng mang. Kết quả mô phỏng: H.26. Đ−ờng cong BER với ảnh h−ởng của sai pha sóng mang 30, không có ATDE H.27. Mạch sửa x/sinx khối lọc phát Các yếu tố ảnh h−ởng tới hệ thống truyền dẫn số. Sinh viên: L−ơng Xuân Tr−ờng_Bùi Xuân Th−ờng Lớp : K40ĐVT 45 H.28. Bộ lọc xấp xỉ lọc căn hai cosine nâng H.29. Mô hình Rummler Các yếu tố ảnh h−ởng tới hệ thống truyền dẫn số. Sinh viên: L−ơng Xuân Tr−ờng_Bùi Xuân Th−ờng Lớp : K40ĐVT 46 H.30. Đặc tính của ATDE H.31. Phổ của nhiễu đồng kênh Các yếu tố ảnh h−ởng tới hệ thống truyền dẫn số. Sinh viên: L−ơng Xuân Tr−ờng_Bùi Xuân Th−ờng Lớp : K40ĐVT 47 H.32. Phản ứng xung của toàn hệ thống H.33. Mẫu mắt của toàn hệ thống Các yếu tố ảnh h−ởng tới hệ thống truyền dẫn số. Sinh viên: L−ơng Xuân Tr−ờng_Bùi Xuân Th−ờng Lớp : K40ĐVT 48 H.34. Constellation của tín hiệu H.35. Đ−ờng cong BER Các yếu tố ảnh h−ởng tới hệ thống truyền dẫn số. Sinh viên: L−ơng Xuân Tr−ờng_Bùi Xuân Th−ờng Lớp : K40ĐVT 49 Ví dụ 4: Trong một hệ thống 64QAM truyền tải luồng E4. Hệ số uốn lọc 0,35 có pha dinh đa đ−ờng với độ sâu khe pha dinh là 3,8 dB, tần số khe pha dih trùng với tần só sóng mang có tính đến tác động sau: Có can nhiễu từ kênh lân cận cùng một phân cực sóng, khoảng cách gi−ũa các sóng mang là 29,65 MHz, hệ số uốn lọc là 0,35. Các thông số của hệ thống: Khối nguồn Symbol: + Symbol source - Tốc độ số liệu (bit rate): 140e6_ ( 140Mb/s) - Số mức (number of level): 64_ Khối điều chế: + Modulators/QAM - Số mức (number of level): 64_ Khối lọc phát: + Mạch sửa x/sinx: - Linear block/Predefined Miscellaneous/(x/sinx) corrector - Độ lệc điều h−ởng (mistuning): 0_ + Mạch Cosine tăng: - Linear block/Predefined Miscellaneous/Rqst(raised cosine) - Hệ số uốn lọc (Roll of Factor): 0.35_ - Độ lệch điều h−ởng (mistuning): 0_ Khối pha đinh: + Linear block/Predefined Miscellaneous/ Rummler model - Tần số khe pha đinh (notch frequency):0_ - Độ sâu khe (notch depth [dB]): 3.8_ Khối lọc thu: + Linear block/Predefined Miscellaneous/Rqst(raised cosine) - Hệ số uốn lọc (Roll of Factor): 0.35_ - Độ lệch điều h−ởng (mistuning): 0_ Các yếu tố ảnh h−ởng tới hệ thống truyền dẫn số. Sinh viên: L−ơng Xuân Tr−ờng_Bùi Xuân Th−ờng Lớp : K40ĐVT 50 Khối giải điều chế: + Modulators/QAM - Số mức (number of level): 64_ Khối AGC: + Regenerators/ AGC - Tăng ích phụ (additional gain [dB]: 0_ - Loại AGC (type): 1_ Khối khôi phục sóng mang + Regenerators/ Carrier Regenerator - Quay pha phụ (additional phase shifft [deg]: 0_ - Loại khôi phục sóng mang (type): 1_ Khối khôi phục đồng hồ: + Regenerators/ Clock Regenerator -Loại khôi phục tín hiệu đồng hồ (type): 1_ Khối ATDE: + Regenerators/ Equalizer/Time domain -Số mắt (nember of taps): 7 Kênh lân cận gây nhiễu: Khối nguồn symbol gây nhiễu: + Symbol Source - Tốc độ số liệu(bitrate): 140e6_ (140e6Mb/s) - Số mức(number of level): 64_ Khối điều chế nhiễu: + Source of dísturbances/disturbance modulator/QAM - Số mứccủa kênh bị gây nhiễu (number of levels): 64_ - Biên độ nhiễu (amplitude): 0.1_(tiêu hao 20 dB) - Lệch về tần số (frequency dev. [Hz]):29.65e6_ Khối lọc phát kênh gây nhiễu: (xấp xỉ lọc căn bậc hai cosine nâng) + Linear block/Predefined Miscellaneous/Rqst(raised cosine) Các yếu tố ảnh h−ởng tới hệ thống truyền dẫn số. Sinh viên: L−ơng Xuân Tr−ờng_Bùi Xuân Th−ờng Lớp : K40ĐVT 51 - Hệ số uốn lọc (Roll of Factor): 0.35_ - Độ lệch điều h−ởng (mistuning): 0_ Khối tạp âm: + Soureces of disturbances/noise generator/featured by power Công suất (power): 1_ (chuẩn hoá) Kết quả mô phỏng: H.36. Mạch sửa x /sinx H.37. Bộ lọc xấp xỉ lọc căn hai cosine nâng Các yếu tố ảnh h−ởng tới hệ thống truyền dẫn số. Sinh viên: L−ơng Xuân Tr−ờng_Bùi Xuân Th−ờng Lớp : K40ĐVT 52 H.38. Sai lệch đặc tính biên độ H.39. Sai lệch đặc tính giữ chậm nhóm Các yếu tố ảnh h−ởng tới hệ thống truyền dẫn số. Sinh viên: L−ơng Xuân Tr−ờng_Bùi Xuân Th−ờng Lớp : K40ĐVT 53 H.40. Bộ lọc xấp xỉ lọc căn hai cosine nâng H.41. Đặc tính pha đinh nhiều tia(mô hình Rummler) Các yếu tố ảnh h−ởng tới hệ thống truyền dẫn số. Sinh viên: L−ơng Xuân Tr−ờng_Bùi Xuân Th−ờng Lớp : K40ĐVT 54 H.42. Đặc tính của ATDE H.43. Phổ nhiễu kênh lân cận Các yếu tố ảnh h−ởng tới hệ thống truyền dẫn số. Sinh viên: L−ơng Xuân Tr−ờng_Bùi Xuân Th−ờng Lớp : K40ĐVT 55 H.45. Mẫu mắt của hệ thống H.44. Đáp ứng xung của hệ thống Các yếu tố ảnh h−ởng tới hệ thống truyền dẫn số. Sinh viên: L−ơng Xuân Tr−ờng_Bùi Xuân Th−ờng Lớp : K40ĐVT 56 Ví dụ 5: Một hệ thống vi ba số 64 – QAM, Tốc độ 140Mb/s có hệ số uấn lọc của các bộ lọc căn bậc hai cosine nâng phát và thu là 0.35, không có san bằng thích nghi ATDE. Hãy xác định SNRD tính tại BER = 10-6 gây bởi tr−ờng hợp sau: a. Có sai lệch đồng hồ H.46. Constellation của tín hiệu thu H.47. Đ−ờng cong tỉ lệ lỗi bit BER Các yếu tố ảnh h−ởng tới hệ thống truyền dẫn số. Sinh viên: L−ơng Xuân Tr−ờng_Bùi Xuân Th−ờng Lớp : K40ĐVT 57 Kết quả mô phỏng: H.48. Mạch sửa x/sinx H.49. Bộ lọc xấp xỉ lọc căn hai cosine nâng Các yếu tố ảnh h−ởng tới hệ thống truyền dẫn số. Sinh viên: L−ơng Xuân Tr−ờng_Bùi Xuân Th−ờng Lớp : K40ĐVT 58 H.50. Mô hình Rummler-modell H.51. Phản ứng xung của toàn hệ thống Các yếu tố ảnh h−ởng tới hệ thống truyền dẫn số. Sinh viên: L−ơng Xuân Tr−ờng_Bùi Xuân Th−ờng Lớp : K40ĐVT 59 H.52. Mẫu mắt của hệ thống H.53. Constellation của tín hiệu thu Các yếu tố ảnh h−ởng tới hệ thống truyền dẫn số. Sinh viên: L−ơng Xuân Tr−ờng_Bùi Xuân Th−ờng Lớp : K40ĐVT 60 Ví dụ 6: Một hệ thống Viba số 64QAM/140 Mb/s có hệ số uốn lọc của các bộ lọc căn bậc hai cosine nâng phát và thu là 0,35. Hãy xác định SNRD tính tại BER=10-6 gây bởi méo phi tuyến của HPA cho trong file 267 với BO=5dB. Peak- factor=1.23. Số symbol dùng cho mô phỏng là 20000. Kết quả mô phỏng: H.54. Đ−ờng cong BER H.55. Mẫu mắt của hệ thống Các yếu tố ảnh h−ởng tới hệ thống truyền dẫn số. Sinh viên: L−ơng Xuân Tr−ờng_Bùi Xuân Th−ờng Lớp : K40ĐVT 61 H.56. Đ−ờng cong BER H.57. Constellation của tín hiệu thu