Bai Giang Thong Tin Viba Ve Tinh Chuong

56
HỆ THỐNG THÔNG TIN VIBA - VỆ TINH Khoa CN điện tử - viễn thông Đại học công nghệ Thành Đô Giảng viên Thẩm Đức Phương Tel. 0903 229 117 E- Mail: [email protected]

description

thông tin viba

Transcript of Bai Giang Thong Tin Viba Ve Tinh Chuong

Page 1: Bai Giang Thong Tin Viba Ve Tinh Chuong

HỆ THỐNG THÔNG TIN

VIBA - VỆ TINH

Khoa CN điện tử - viễn thông

Đại học công nghệ Thành Đô

Giảng viên Thẩm Đức Phương

Tel. 0903 229 117

E- Mail: [email protected]

Page 2: Bai Giang Thong Tin Viba Ve Tinh Chuong

Chương trình môn học

1. Chương 1 - Tổng quan về hệ thống thông tin vi ba số

2. Chương 2 - Anten và cơ sở truyền sóng vô tuyến

3. Chương 3 - Thiết kế tuyến vi ba số

4. Chương 4 - Khái niệm chung về hệ thống TTVT

5. Chương 5 - Kỹ thuật trạm mặt đất và trên vệ tinh

6. Chương 6 - Thiết kế tuyến thông tin vệ tinh

Page 3: Bai Giang Thong Tin Viba Ve Tinh Chuong

Tổng quan về hệ thống thông tin Viba số

1. Đặc điểm2. Mô hình hệ thống 3. Phân loại 4. Ưu khuyết điểm5. Các mạng Viba số

6. Đều chế và giải điều chế trong TTVS

Page 4: Bai Giang Thong Tin Viba Ve Tinh Chuong

Thông tin vi ba số là một trong 3 phương tiện thông tin phổ biến hiện nay (bên cạnh thông tin vệ tinh và thông tin quang). Hệ thống vi ba số sử dụng sóng vô tuyến. Sóng mang vô tuyến được truyền đi có tính định hướng rất cao nhờ các anten định hướng.

Hệ thống Vi ba số là hệ thống thông tin vô tuyến số được sử dụng trong các đường truyền dẫn số giữa các phần tử khác nhau của mạng vô tuyến.

1. Các đường trung kế số nối giữa các tổng đài số.2. Các đường truyền dẫn nối tổng đài chính đến các tổng đài vệ tinh.3. Các đường truyền dẫn nối các thuê bao với các tổng đài chính hoặc

các tổng đài vệ tinh. 4. Các bộ tập trung thuê bao vô tuyến.5. Các đường truyền dẫn trong các hệ thống thông tin di động để kết nối

các máy di động với mạng viễn thông.

Tổng quan về hệ thống thông tin Viba số

Đặc điểm

Page 5: Bai Giang Thong Tin Viba Ve Tinh Chuong

Tổng quan về hệ thống thông tin Viba số

Page 6: Bai Giang Thong Tin Viba Ve Tinh Chuong

Tổng quan về hệ thống thông tin Viba số

Page 7: Bai Giang Thong Tin Viba Ve Tinh Chuong

Tổng quan về hệ thống thông tin Viba số

Page 8: Bai Giang Thong Tin Viba Ve Tinh Chuong

Tổng quan về hệ thống thông tin Viba số

Page 9: Bai Giang Thong Tin Viba Ve Tinh Chuong

Tổng quan về hệ thống thông tin Viba số

Page 10: Bai Giang Thong Tin Viba Ve Tinh Chuong

Tín hiệu Analog

Tổng quan về hệ thống thông tin Viba số

Page 11: Bai Giang Thong Tin Viba Ve Tinh Chuong

Tín hiệu Analog

Tổng quan về hệ thống thông tin Viba số

Page 12: Bai Giang Thong Tin Viba Ve Tinh Chuong

Tín hiệu Analog

Tổng quan về hệ thống thông tin Viba số

Page 13: Bai Giang Thong Tin Viba Ve Tinh Chuong

Tổng quan về hệ thống thông tin Viba số

• Ñeå coù theå truyeàn daãn caùc thoâng tin soá baèng soùng ñieän töø, caàn phaûi tieán haønh ñieàu cheá soá.

• Ñieàu cheá soá laø kyõ thuaät gaén thoâng tin soá vaøo dao ñoäng hình sine (soùng mang), laøm cho soùng mang coù theå mang thoâng tin caàn truyeàn ñi.

• Ta cuõng coù theå hieåu: ñieàu cheá soá laø söû duïng thoâng tin soá taùc ñoäng leâ caùc thoâng soá cuûa soùng mang, laøm cho caùc thoâng soá cuûa soùng mang bieán thieân theo quy luaät cuûa thoâng tin.

Page 14: Bai Giang Thong Tin Viba Ve Tinh Chuong

Soùng mang hình sine coù daïng:• x(t) = A cos(2πfct + þ) Coù ba thoâng soá cuûa soùng mang coù theå

mang tin:laø bieân ñoä (A), taàn soá (fc) vaø goùc pha (þ).

Do ñoù, ta coù theå taùc ñoäng leân moät trong 3 thoâng soá cuûa soùng mang ñeå coù caùc phöông phaùp ñieàu cheá töông öùng.

Ngoaøi ra, ta cuõng coù theå taùc ñoäng leân moät luùc 2 thoâng soá cuûa soùng mang ñeå coù phöông phaùp ñieàu cheá keát hôïp.

Tổng quan về hệ thống thông tin Viba số

Page 15: Bai Giang Thong Tin Viba Ve Tinh Chuong

Điều chế số

Khái niệm: tín hiệu băng tần gốc được biến đổi thành một tín hiệu thích ứng với đường truyền để có thể dễ dàng ghép kênh và phát truyền qua vệ tinh. Quá trình xử lý biến đổi tín hiệu bên phát gọi là “điều chế”. Tại đầu thu, bộ biến đổi sẽ biến đổi tín hiệu thu thành tín hiệu ban đầu (giải điều chế), và sau đó truyền đến nơi nhận. Thông thường, tạp âm gây ra do đường truyền dẫn, máy phát, máy thu và bộ biến đổi làm cho chất lượng của tín hiệu thu được thấp hơn tín hiệu đã truyền đi.

Các dạng điều chế:

Tổng quan về hệ thống thông tin Viba số

Page 16: Bai Giang Thong Tin Viba Ve Tinh Chuong

Tổng quan về hệ thống thông tin Viba số

• Coù caùc phöông phaùp ñieàu cheá sau:– Amplitude-shift keying (ASK): ñieàu cheá khoaù – dòch bieân ñoä.– Frequency-shift keying (FSK) : ñieàu cheá khoaù – dòch taàn soá.– Phase-shift keying (PSK) : ñieàu cheá khoaù – dòch pha.– Quadrature Amplitude Modulation (QAM): Ñieàu cheá bieân ñoä

caàu phöông. Ñaây laø phöông phaùp keát hôïp giöõa ASK vaø PSK.

Page 17: Bai Giang Thong Tin Viba Ve Tinh Chuong

Tổng quan về hệ thống thông tin Viba số

Bit rate is the number of bits per second. Baud rate is the number of signal units per second. Baud rate is less than or equal to the bit rate.

Tốc độ Bit - số lượng Bit được truyền trong 1 giây

Tốc độ Bod - Số lượng tín hiệu được truyền trong 1 giây

Ví dụ: Một tín hiệu có 4 bits, người ta truyền 1000 tín hiệu đó trong 1 giây. Hỏi tốc độ Bit và tốc độ Bod bằng bao nhiêu? Giải:

Baud rate = 1000 bauds per second (baud/s)Baud rate = 1000 bauds per second (baud/s)Bit rate = 1000 x 4 = 4000 bps = Bit rate = 1000 x 4 = 4000 bps = Bod x sBod x số Bits ố Bits

Ví dụ: Tốc độ Bit là 3000, mỗi tín hiệu bao gồm 6 bits, hỏi tốc độ Bod là bao nhiêu? Baud rate = 3000 / 6 = 500 baud/s Baud rate = 3000 / 6 = 500 baud/s

Page 18: Bai Giang Thong Tin Viba Ve Tinh Chuong

Tổng quan về hệ thống thông tin Viba số

• Möùc thaáp nhaát laø ASK hai möùc (2 ASK) Bit 1 nhò phaân ñöôïc bieåu dieãn baèng moät soùng mang

coù bieân ñoä laø haèng soá. Bit 0 nhò phaân: khoâng xuaát hieän soùng mang.

• Vôùi tín hieäu soùng mang laø Acos(2πfct)

ts tfA c2cos

0

1bit

0bit

Điều chế ASK - Khoá dịch biên độ

Page 19: Bai Giang Thong Tin Viba Ve Tinh Chuong

Tổng quan về hệ thống thông tin Viba số

Tín hieäu ASK hai möùc

Ta coù theå taïo ra ñöôïc 4ASK, 16 ASK… Tuy nhieân caùc loaïi ñieàu cheá naøy coù khaù naêng choáng nhieãu keùm.

Page 20: Bai Giang Thong Tin Viba Ve Tinh Chuong

Điều chế ASK - Khoá dịch biên độ

Tổng quan về hệ thống thông tin Viba số

Page 21: Bai Giang Thong Tin Viba Ve Tinh Chuong

Tổng quan về hệ thống thông tin Viba số

Tốc độ Bit - số lượng Bit được truyền trong 1 giây

Tốc độ Bod - Số lượng tín hiệu được truyền trong 1 giây

Đối với ASK thì tốc độ Bit bằng tốc độ Bod

Page 22: Bai Giang Thong Tin Viba Ve Tinh Chuong

Tổng quan về hệ thống thông tin Viba số

Ví dụ: Băng thông (độ rộng phổ) của tín hiệu ASK là 5000 Hz, hãy cho biết tốc độ Bit và tốc độ Bod là bao nhiêu? Trong chế độ điều chế ASK thì tốc độ Bod bằng chính giá trị băng thông, tức là bằng 5000 Hz trong trường hợp này. Đối với dạng điều chế ASK thì tốc độ Bit và tốc độ Bod có giá trị như nhau, trong trường hợp này thì ốc độ Bit là 5000 Hz.

Page 23: Bai Giang Thong Tin Viba Ve Tinh Chuong

Tổng quan về hệ thống thông tin Viba số

Ví dụ cho băng thông của một tín hiệu (độ rộng phổ) là 10000 Hz (từ 1000 Hz đến 11000 Hz), máy thu/phát làm việc ở chế độ song công, hãy tìm các giá trị tần số song mang và băng thông tín hiệu ASK cho cả hai hướng. Đối với chế độ ASK song công thì băng thông tín hiệu cho mỗi hướng là

BW = 10000 Hz / 2 = 5000 HzTần số sóng mang cho hai hướng có thể chọn là điểm giữa của mỗi băng như hình mô tả:

fc (Tx - forward) = 1000 + 5000/2 = 3500 Hzfc (Rx - backward) = 11000 – 5000/2 = 8500 Hz

Page 24: Bai Giang Thong Tin Viba Ve Tinh Chuong

Tổng quan về hệ thống thông tin Viba số

• Möùc thaáp nhaát laø FSK hai möùc (2 FSK, BFSK)• Caû hai bit nhò phaân 0 vaø 1 ñöôïc bieåu dieãn ôû

hai taàn soá soùng mang khaùc nhau:

ts tfA 12cos tfA 22cos

1bit 0bit

Điều chế FSK - Khoá dịch tần số

Page 25: Bai Giang Thong Tin Viba Ve Tinh Chuong

Tổng quan về hệ thống thông tin Viba số

Điều chế FSK - Khoá dịch tần số

Page 26: Bai Giang Thong Tin Viba Ve Tinh Chuong

Tổng quan về hệ thống thông tin Viba số

Ví dụ 1: Tìm độ rộng băng thông của tín hiệu FSK dể truyền tín hiệu với tốc độ là 2000 bps. Máy phát làm việc ở chế độ đơn công, độ dịch tần (khoảng cách giữa các sóng mang) là 3000 Hz.

Đối với dạng đều chế FSK: Tốc độ Bit và tốc độ Bod bằng nhau BW = baud rate + fc1 - fc0 BW = bit rate + fc1 - fc0 = 2000bps + 3000 Hz = 5000 Hz

Ví dụ 2: Tìm giá trị tốc độ Bit của tín hiệu FSK có các tham số sau: Băng thông tín hiệu là 12000 Hz, độ di tần là 2000 Hz, máy phát làm việc ở chế độ song công. Bởi vì máy phát làm việc ở chế độ song công, nên chỉ có một nửa băng thông được dùng cho mỗi hướng liên lạc, tức là 12000 Hz/2= 6000 Hz BW = baud rate + fc1 - fc0 Baud rate = BW - (fc1 - fc0 ) = 6000 - 2000 = 4000Bởi vì trong chế độ FSK tốc độ Bit và tốc độ Bod bằng nhau, nên tốc độ Bit trong trường hợp này là 4000bps

Page 27: Bai Giang Thong Tin Viba Ve Tinh Chuong

Tổng quan về hệ thống thông tin Viba số

FSK có M - mức

• Söû duïng M taàn soá soùng mang• Hieäu quaû hôn veà söû duïng baêng thoâng nhöng loãi nhieàu

hôn.

• f i = f c + (2i – 1 – M)f d• f c = Taàn soá soùng mang• f d = ñoä dôøi taàn soá• M = Soá traïng thaùi ñieàu cheá = 2 L• L = Soá bít trong moãi traïng thaùi ñieàu cheá

tfAts ii 2cos Mi 1

Page 28: Bai Giang Thong Tin Viba Ve Tinh Chuong

Tổng quan về hệ thống thông tin Viba số

FSK có M - mức

Page 29: Bai Giang Thong Tin Viba Ve Tinh Chuong

Tổng quan về hệ thống thông tin Viba số

• PSK hai möùc (BPSK)– Söû duïng hai goùc pha bieåu dieãn cho 2 bit nhò phaân

ts tfA c2cos tfA c2cos

1bit 0bit

tfA c2cos

tfA c2cos1bit 0bit

Điều chế PSK - khoá dịch pha

Tín hieäu PSK hai möùc

Page 30: Bai Giang Thong Tin Viba Ve Tinh Chuong

Điều chế PSK - khoá dịch pha

Tổng quan về hệ thống thông tin Viba số

Page 31: Bai Giang Thong Tin Viba Ve Tinh Chuong

Tổng quan về hệ thống thông tin Viba số

Sô ñoà nguyeân lyù

2PSK2PSK ra

y(t)

NRZ vaøo

b(t)

Soùng mang

c(t)

0 1

Caùc vò trí pha

Sơ đồ điều chế

Page 32: Bai Giang Thong Tin Viba Ve Tinh Chuong

Điều chế PSK - khoá dịch pha

Tổng quan về hệ thống thông tin Viba số

Page 33: Bai Giang Thong Tin Viba Ve Tinh Chuong

Tổng quan về hệ thống thông tin Viba số

Điều chế PSK - khoá dịch pha

Page 34: Bai Giang Thong Tin Viba Ve Tinh Chuong

BPSK Demodulation - Giải điều chế BPSK

Tổng quan về hệ thống thông tin Viba số

Page 35: Bai Giang Thong Tin Viba Ve Tinh Chuong

Dịch chuyển pha cầu phương (QPSK)Khái niệm: Hệ thống QPSK sử dụng 4 trạng thái pha để đạt hiệu quả sử dụng tần số lớn hơn của BPSK. Trong hệ thống QPSK, tín hiệu truyền đi được biến đổi thành hai tín hiệu (biến đổi nối tiếp – song song). Hai sóng mang khác nhau về pha bằng π /2 được điều chế bởi 2 tín hiệu nhị phân nói trên, hai tín hiệu điều chế này kết hợp thành một tín hiệu ra đã điều chế. Vì biến đổi nối tiếp – song song được thực hiện trước điều chế nên tốc độ tín hiệu trong đường truyền dẫn bằng một nửa tốc độ tín hiệu đầu vào (tốc độ xung nhịp), tức là khi tốc độ truyền dẫn trên tuyến là như nhau, thì QPSK có thể gửi thông tin 2 bit trong một đơn vị thời gian xung nhịp trong khi BPSK chỉ có thể gửi thông tin 1 bit. Trong hệ thống thông tin vệ tinh, một thời gian xung nhịp gọi là mọt ký hiệu. Trong hệ thống QPSK, pha sóng mang có quan hệ với các tín hiệu băng tần gốc như sau :Tín hiệu băng tần gốc (I,Q) Góc pha sóng mang (θ)

(1,1) π /4(1,0) 3π /4(0,0) 5π /4 hoặc -3π/4(0,1) 7π/4 hoặc π/4

Page 36: Bai Giang Thong Tin Viba Ve Tinh Chuong

• PSK 4 möùc (QPSK)– Moãi traïng thaùi soùng mang mang thoâng tin 2 bit

ts

42cos

tfA c 11

4

32cos

tfA c

4

32cos

tfA c

42cos

tfA c

01

00

10

Dịch chuyển pha cầu phương (QPSK)

Page 37: Bai Giang Thong Tin Viba Ve Tinh Chuong

Dịch chuyển pha cầu phương (QPSK)

khi tốc độ truyền dẫn trên tuyến là như nhau, thì QPSK có thể gửi thông tin 2 bit trong một đơn vị thời gian xung nhịp trong khi BPSK chỉ có thể gửi thông tin 1 bit.

Page 38: Bai Giang Thong Tin Viba Ve Tinh Chuong

Dịch chuyển pha cầu phương (QPSK)

The 8-PSK characteristics

Page 39: Bai Giang Thong Tin Viba Ve Tinh Chuong

So sánh 3 loại điều chế số

Page 40: Bai Giang Thong Tin Viba Ve Tinh Chuong

Tổng quan về hệ thống thông tin Viba số

tftdtftdts cc 2sin2cos 21

Page 41: Bai Giang Thong Tin Viba Ve Tinh Chuong

Tổng quan về hệ thống thông tin Viba số

Page 42: Bai Giang Thong Tin Viba Ve Tinh Chuong

Các trạng thái của 4-QAM và 8 QAM

Page 43: Bai Giang Thong Tin Viba Ve Tinh Chuong

Dạng tín hiệu 8-QAM

Page 44: Bai Giang Thong Tin Viba Ve Tinh Chuong

Các trạng thái của 16-QAM

Page 45: Bai Giang Thong Tin Viba Ve Tinh Chuong

Giảm độ rộng băng tần truyền bằng phương pháp điều chế nhiều mức

Băng tần thoại analog chuẩn

fsampl ≥ Δfmax

PCM - Pulse coded modulation

Page 46: Bai Giang Thong Tin Viba Ve Tinh Chuong

Taïo khung voâ tuyeán

• Heä thoáng truyeàn daãn voâ tuyeán caàn coù theâm caùc loaïi thoâng tin khaùc nhau ñeå phuïc vuï cho giaùm saùt, quaûn lyù vaø baûo döôõng heä thoáng (goïi laø caùc bit nghieäp vuï).

• Caùc thoâng tin naøy ñöôïc gheùp vaøo luoàng soá tröôùc ñieàu cheá vaø laáy ra sau khi giaûi ñieàu cheá.

• Ñeå coù theå gheùp vaø taùch caùc bít nghieäp vuï chính xaùc caàn phaûi taïo moät caáu truùc khung môùi, ñöôïc goïi laø khung voâ tuyeán.

Page 47: Bai Giang Thong Tin Viba Ve Tinh Chuong

Caáu truùc khung voâ tuyeán

• Moät khung voâ tuyeán goàm coù caùc thaønh phaàn sau:– Caùc bit döõ lieäu cuûa luoàng soá caàn

truyeàn– Caùc bit nghieäp vuï– Caùc bit kieåm tra loãi– Caùc bit ñoàng boä khung.

• Moãi heä thoáng truyeàn daãn khaùc nhau ñònh nghóa caáu truùc khung voâ tuyeán khaùc nhau.

Page 48: Bai Giang Thong Tin Viba Ve Tinh Chuong

Mã hoá

Tx

Rx

Tx

Rx

MOD

MUX

DEMOD

DEMUX

DEMOD

DEMUX

MOD

MUX

HDB3/CMI NRZ

Page 49: Bai Giang Thong Tin Viba Ve Tinh Chuong

Mã hoá

Page 50: Bai Giang Thong Tin Viba Ve Tinh Chuong

Mã hoá

Chuyển đổi HDB3 thành NRZ

+V

Delay T/2

NRZ

X1

X2

f

Y1

+ L1

- L2

Y2

OP-Amp 1

OP-Amp 2

a

b

c

R1

R2

OR1OR2

d

eHDB-3

RZ

Page 51: Bai Giang Thong Tin Viba Ve Tinh Chuong

Khái niệm chung Mã hóa

Mã hóa là phép biến đổi cấu trúc thống kê của nguồn. Tức là lớp tin ở đầu vào thiết bị mã hóa được thay thế bằng một lớp tin khác tương đương và kinh tế hơn, như tính chống nhiễu cao hơn, tốc độ cao hơn, ...

A=

a1 a2 a3 a4

1/4 1/4 1/4 1/4

Ví dụ có một nguồn tin với 4 tin đẳng xác suất như sau;

Lượng tin I(ai)chứa trong một tin của A là: I(ai)=1.(-log21/4)=2

Page 52: Bai Giang Thong Tin Viba Ve Tinh Chuong

Mã hóa

A=

a1 a2 a3 a4

1/4 1/4 1/4 1/4

B= b1 b2

1/2 1/2

Khái niệm chung

Ta tiến hành mã hóa như sau:

a1→ b1b1; a2 →b1b2; a3 →b2b1; a4 →b2b2

Như vậy ta đã đổi nguồn tin A thành B=(b1, b2/ 1/2, 1/2)

Lượng tin chứa trong một tin của B vẫn bằng lượng tin tương ứng của A. Ví dụ tin bi bj tương ứng với tin ai trong A: I(bibj)=2.(-log21/2)=2

Page 53: Bai Giang Thong Tin Viba Ve Tinh Chuong

Khái niệm chung mã hoá Mã hóa

Lượng tin chứa trong một tin của B vẫn bằng lượng tin tương ứng của A. Ví dụ tin bi bj tương ứng với tin ai trong A: I(bibj)=2.(-log21/2)=2

Nói tóm lại khi mã hóa chúng ta đã thay thế lượng tin A có n tin với xác suất xuất hiện là 1/m bằng một nguồn tin B khác có n' tin và xác suất xuất hiện là 1/m' . Sự thay đổi đó phải đảm bảo lượng tin chứa trong a và b phải bằng nhau:

I(a) = nlogm = I(b) = n'logm'. Với điều kiện là đẳng xác suất

Page 54: Bai Giang Thong Tin Viba Ve Tinh Chuong

Khái niệm chung mã hoá

Page 55: Bai Giang Thong Tin Viba Ve Tinh Chuong

Khái niệm chung mã hoá

Page 56: Bai Giang Thong Tin Viba Ve Tinh Chuong

Khái niệm chung mã hoá