Bài giảng Điện tử thông tin: Chương 6 - Truyền dẫn vô tuyến tín hiệu số - Th.S Nguyễn Hoàng Huy

Bài giảng Điện tử thông tin: Chương 6 - Truyền dẫn vô tuyến tín hiệu số của Th.S Nguyễn Hoàng Huy tập trung trình bày các vấn đề cơ bản về điều chế số; phân tích tuyến truyền dẫn vô tuyến. Bên cạnh phần lý thuyết có kèm phần bài tập để các bạn tham khảo và thực hành.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Điện tử thông tin: Chương 6 - Truyền dẫn vô tuyến tín hiệu số - Th.S Nguyễn Hoàng Huy Bài giảng điện tử thông tin Biên soạn Ths Nguyễn Hoàng Huy CHƯƠNG 6: TRUYỀN DẪN VÔ TUYẾN TÍN HIỆU SỐ THÔNG DẢI (15 tiết) PHẦN 1: LÝ THUYẾT (12 tiết) 6.1 Điều chế số 6.1.1. Khóa dịch biên (ASK) Khóa dịch biên độ (ASK – Amplitude Shift Keying) còn được gọi là khóa bật – tắt (OOK – On/Off Keying) điều biến một sóng mang hình sin bằng cách bật tắt với một tín hiệu nhị phân đơn cực. Hình 6.1 Các tín hiệu nhị phân được điều chế số Tín hiệu ASK được biểu diễn như sau: s (t )  Am(t ) cos  c t trong đó m(t) là tín hiệu dữ liệu băng cơ sở đơn cực như hình 6.1. Tín hiệu ASK có thể được tách sóng bằng một bộ tách sóng đường bao (tách sóng không kết hợp) hoặc một bộ tách sóng tích (tách sóng kết hợp). Trang 90 Bài giảng điện tử thông tin Biên soạn Ths Nguyễn Hoàng Huy Hình 6.2 Tách sóng ASK 6.1.2. Khóa dịch tần (FSK) Khóa dịch tần (FSK – Frequency Shift Keying) dịch tần số một sóng mang hình sin từ một tần số vết (tương ứng với việc gửi đi một số nhị phân 1) sang một tần số trống tương ứng với việc gửi đi một số nhị phân 0) theo tín hiệu băng cơ sở. Tín hiệu FSK được biểu diễn như sau:  A cos(1t   1 ) s (t )    A cos( 2 t   2 ) trong đó 1 được gọi là tần số vết và  2 được gọi là tần số trống 6.1.3. Khóa dịch pha nhị phân (BPSK) Khóa dịch pha nhị phân (BPSK – Binary Phase Shift Keying) sẽ dịch pha một sóng mang hình sin đi 00 hoặc 1800 bằng một tín hiệu nhị phân đơn cực (hình 6.1). Tín hiệu PSK được biểu diễn như sau: s (t )  A cos( c t  D p m(t )) trong đó m(t) là tín hiệu dữ liệu băng cơ sở cực như hình 6.1. Để tách sóng BPSK phải sử dụng tách sóng đồng bộ tương tự như hình 6.2b 6.1.4. Khóa dịch pha cầu phương (QPSK) và khóa dịch pha M (MPSK) Nếu máy phát PM có tín hiệu điều chế số với M = 4 mức thì tín hiệu đầu ra là tín hiệu khóa dịch pha M (MPSK). Các mức pha lần lượt có thể là 0 0, 900, 1800, 2700 hoặc 450, 1350, 2250, 3150. hai nhóm tín hiệu này cơ bản là giống nhau trừ độ lệch trong chuẩn pha sóng mang. Trường hợp MPSK trong đó pha của sóng mang là 450, 1350, 2250, 3150 còn được gọi là QPSK. Hình 6.3 Sô ñoà pha tín hieäu MPSK Trang 91 Bài giảng điện tử thông tin Biên soạn Ths Nguyễn Hoàng Huy 6.1.5. Ñieàu cheá bieân ñoä caàu phöông (QAM) Töông töï nhö MPSK söû duïng söï sai leäch pha ñeå ñieàu cheá nhöng khaùc ôû choå tín hieäu QAM (Quadrature Amplitude Modulation) coù theå coù nhieàu möùc bieân ñoä vaø nhieàu möùc pha hôn. QAM 16 (coù M = 16 möùc) vaø QAM 64 (coù M = 64 möùc) thöôøng ñöôïc söû duïng trong truyeàn hình soá. Hình 6.4 Sô ñoà pha tín hieäu QAM 16 6.2 Phân tích tuyến truyền dẫn vô tuyến 6.2.1. Tổn hao đường truyền và công suất tín hiệu thu Công suất thu đựơc ở một anten với hệ số khuếch đại Gr có thể biểu diễn như sau: EIRP.Gr Pr  Lp trong đó: EIRP = PtGt là công suất phát xạ tương đương của anten đẳng hướng; Pt là công suất phát; Gt là hệ số khuếch đại của anten phát; Gr là hệ số khuếch đại anten thu; Lp là tổn hao đường truyền. Đối với anten parabol, hệ số khuếch đại anten thường được tính theo công thức sau: G   10.472 fD  2 trong đó: f là tần số sóng mang [GHz], D là đường kính gương phản xạ [m] và η là hiệu suất mặt mở. Thông thường η = 0.55 – 0.73 Trong không gian tự do tổn hao đường truyền được xác định như sau: (4d ) 2 FSL  2 trong đó: d là khoảng cách giữa anten phát và anten thu, λ là bước sóng. Ở dạng dB: (4d ) 2 FSL  10 lg 2 FSL = 92,5 + 20lgf [GHz] + 20lgd [km], dB hay: FSL = 32,5 + 20lgf [MHz] + 20lgd [km], dB Trang 92 Bài giảng điện tử thông tin Biên soạn Ths Nguyễn Hoàng Huy Hấp thụ của khí trong khí quyển là nguyên nhân gây ra tổn hao khí quyển. Các tổn hao này thường vào khoảng vài phần của dB (ký hiệu là AA). Tầng điện ly gây ra dịch phân cực sóng điện từ dẫn đến tổn hao lệch phân cực (ký hiệu là PL). Ngoài ra, sự lệch định hướng và mất đồng chỉnh hướng phân cực của anten cũng gây ra tổn hao ký hiệu là AML Tổng tổn hao đường truyền Lp khi trời quang đãng được xác định theo công thức sau: Lp = FSL + RFL + AML + AA + PL [dB] trong đó: FSL là tổn hao trong không gian tự do; RFL là tổn hao phidơ máy thu; AA là tổn hao hấp thụ khí quyển; PL là tổn hao lệch phân cực. Phương trình cho công suất thu ở dB như sau: Pr = EIRP + Gr – Lp trong đó:P r là công suất thu [dBW], EIRP là công suất phát xạ đẳng hướng tương đương [dBW]; Lp là tổn hao đường truyền [dB]. 6.2.2. Hệ số nhiễu và nhiệt độ nhiễu  Nhiễu nhiệt: Công suất tín hiệu thu trong một đường truyền vô tuyến thường rất nhỏ, vào khoảng picowat. Công suất này sẽ được máy thu khuếch đại đến công suất đủ lớn. Tuy nhiên do luôn luôn có nhiễu ở đầu vào máy thu nên nếu tín hiệu thu không đủ lớn hơn nhiễu, khuếch đại sẽ không có tác dụng vì nó khuếch đại cả nhiễu. Tình trạng này còn trở nên tồi tệ hơn vì chính bộ khuếch đại cũng bổ sung thêm nhiễu gọi là nhiễu nhiệt. Trong thiết bị nhiễu nhiệt gây ra do chuyển ...