TỔNG QUAN VỀ KÊNH TRUYỀN VÔ TUYẾN
Giới thiệu chung
Trong mạng thông tin vô tuyến, kênh truyền đóng vai trò quan trọng bên cạnh nguồn tin và nhận tin Khác với kênh truyền hữu tuyến, kênh truyền vô tuyến chịu ảnh hưởng ngẫu nhiên từ nhiều yếu tố, dẫn đến sự phức tạp trong quá trình phân tích Các ảnh hưởng chính của kênh truyền vô tuyến bao gồm suy hao tín hiệu, tạp âm, và các hiện tượng như che khuất, phản xạ, tán xạ do chướng ngại vật, gây ra hiện tượng pha – đinh.
Các hệ thống thông tin đóng vai trò quan trọng trong việc truyền tải tin tức từ nguồn đến bộ nhận Tin tức được chuyển giao dưới dạng các bản tin, chứa đựng lượng thông tin nhất định Các bản tin này có thể được tạo ra từ nguồn liên tục hoặc rời rạc, tương ứng với các nguồn tin liên tục và rời rạc, và tập hợp các bản tin thường là hữu hạn.
Tín hiệu là biểu diễn vật lý của một bản tin, với nhiều loại tín hiệu khác nhau tùy thuộc vào đại lượng vật lý được sử dụng Các tín hiệu có thể là tín hiệu tương tự hoặc tín hiệu số, ảnh hưởng đến cách thức truyền tải tin tức trong các hệ thống truyền tin, dẫn đến sự phân chia thành hệ thống thông tin analog và hệ thống thông tin digital.
Nhược điểm chính của các hệ thống thông tin số là phổ chiếm của tín hiệu số lớn hơn so với tín hiệu tương tự khi truyền tải bản tin liên tục Hiện nay, do các hạn chế về kỹ thuật, tín hiệu số vẫn chiếm nhiều băng thông hơn tín hiệu tương tự Tuy nhiên, với sự phát triển của công nghệ số hóa tín hiệu liên tục trong tương lai, phổ của tín hiệu số có khả năng sẽ được cải thiện và có thể so sánh được với phổ của tín hiệu tương tự.
Các tham số chất lượng cơ bản của hệ thống thông tin số
Các tham số chất lượng chính của hệ thống thông tin số bao gồm độ chính xác truyền tin và tốc độ truyền, với yêu cầu cơ bản là nhanh chóng và chính xác Tuy nhiên, hai yêu cầu này thường mâu thuẫn; độ chính xác cao thường dẫn đến tốc độ truyền chậm hơn, trong khi tốc độ nhanh có thể làm tăng lỗi truyền Độ chính xác truyền tin thường được đánh giá qua tỷ lệ lỗi bit (BER), là tỷ lệ giữa số bit bị lỗi và tổng số bit đã truyền Khi thời gian quan sát kéo dài, tỷ lệ này gần đạt xác suất lỗi bít, mặc dù trong thực tế, thời gian quan sát không bao giờ là vô hạn Ngoài ra, trong một số dịch vụ, các tham số khác như giây bị lỗi trầm trọng (SES) và giây bị lỗi (ES) cũng được xem xét Đối với các hệ thống thông tin số sử dụng mã hóa hiệu quả, như điện thoại di động, độ chính xác truyền tin còn được đánh giá qua chất lượng tiếng nói liên quan đến chất lượng dịch vụ.
Khả năng truyền tin nhanh chóng của hệ thống thông tin số được xác định bởi dung lượng tổng cộng, phản ánh tốc độ truyền thông tin với độ chính xác nhất định Dung lượng này phụ thuộc vào băng tần truyền dẫn, sơ đồ điều chế số và mức độ tạp nhiễu trong hệ thống.
Các hệ thống thông tin số không chỉ cần đáp ứng các yêu cầu nguyên tắc mà còn phải đảm bảo tính bảo mật và độ tin cậy, với khả năng làm việc của hệ thống BER không vượt quá giá trị xác định Bên cạnh đó, yếu tố kinh tế, bao gồm giá thành và tốc độ thu hồi vốn đầu tư, cũng đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá hiệu quả của hệ thống.
Hệ thống truyền dẫn số
Hệ thống truyền dẫn số là tập hợp các phương tiện truyền tín hiệu số từ thiết bị phát đến thiết bị thu trong hệ thống thông tin số Các loại hệ thống này bao gồm truyền dẫn qua vệ tinh viễn thông, vô tuyến chuyển tiếp mặt đất, vô tuyến di động, và sử dụng cáp đồng trục, cáp xoắn hoặc cáp sợi quang Kỹ thuật truyền dẫn số được áp dụng trong các hệ thống này khác nhau, phù hợp với đặc tính môi trường truyền dẫn, tần số làm việc và loại dịch vụ cung cấp.
Các tham số chất lượng cơ bản của hệ thống truyền dẫn số, bao gồm tỷ lệ lỗi bít (BER) và dung lượng truyền dẫn, đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá hiệu suất của hệ thống Một trong những tham số chính để so sánh các hệ thống truyền dẫn số là tích số B.L, trong đó L đại diện cho cự ly truyền dẫn, với các giá trị dao động từ vài trăm Mb/s - km đến vài Gb/s - km cho các hệ thống vô tuyến chuyển tiếp số và cáp đồng trục, trong khi các hệ thống thông tin quang có thể đạt hàng ngàn Gb/s - km hoặc hơn Hiện nay, các tín hiệu số trong hệ thống truyền dẫn số chỉ nhận giá trị trong một tập hữu hạn và có thời gian tồn tại hữu hạn.
Hệ thống nhị phân chỉ có hai giá trị tín hiệu là 0 và 1, với tín hiệu được gọi là bít Khi số giá trị tín hiệu vượt quá 2, hệ thống được gọi là hệ thống M mức và tín hiệu được gọi là ký hiệu (symbol) Giá trị của ký hiệu thứ k được xác định trong bối cảnh này.
Dk và thời gian tồn tại Tk của nó là hằng số (Tk=T) trong các hệ thống thông thường hiện nay, với Tk không thay đổi cho mọi k Tín hiệu khôi phục lại ở đầu thu là Dk.
và có độ rộng là T k
thì tín hiệu thứ k được gọi là bị lỗi, nếu T k
Tín hiệu không có jitter khi ≠T Các tham số kỹ thuật quan trọng nhất cho các hệ thống truyền dẫn số bao gồm tỷ lệ bít lỗi (BER) và jitter (rung pha), phản ánh chất lượng cơ bản của hệ thống Đối với hệ thống nhị phân, xác suất lỗi bít (BER) được định nghĩa như một chỉ số quan trọng trong việc đánh giá hiệu suất truyền dẫn.
BER , với P{ } là xác suất (1.1)
=T+ δT thì |δ| được gọi là jitter, tính theo phần trăm (1.2)
Trong trường hợp hệ thống truyền dẫn nhiều mức thì
P được gọi là tỷ lệ lỗi symbol (SER :Symbol - Error Ratio) và có quan hệ chặt chẽ với BER của hệ thống [1].
Suy hao
Suy hao truyền dẫn trung bình xảy ra do sự mở rộng của tín hiệu, hấp thụ bởi nước và cây cối, cùng với phản xạ từ mặt đất Hiện tượng này phụ thuộc vào khoảng cách và biến đổi chậm, ngay cả khi các thuê bao di chuyển nhanh Tại anten phát, sóng vô tuyến được truyền đi theo mọi hướng, tạo thành hình cầu Dù sử dụng anten định hướng, sóng vẫn mở rộng theo hình cầu nhưng mật độ năng lượng được tập trung vào một khu vực nhất định Do đó, mật độ công suất của sóng giảm tỉ lệ với diện tích mặt cầu, tức là cường độ sóng giảm theo bình phương khoảng cách Phương trình (1.3) tính công suất thu được sau khi truyền qua khoảng cách R.
PR: Công suất tín hiệu thu được (W)
GR: Độ lợi anten thu
GT: Độ lợi anten phát
R: Khoảng cách λ: Bước sóng của sóng mang
Ta có thể viết lại công thức (1.3) là:
(1.4) Gọi L pt là hệ số suy hao do việc truyền dẫn trong không gian tự do: dB R f G
Chúng ta có thể xây dựng mô hình chính xác cho các tuyến thông tin vệ tinh và liên lạc trực tiếp không vật cản, như liên lạc vi ba điểm nối điểm trong phạm vi ngắn Tuy nhiên, các tuyến thông tin trên mặt đất như di động và mạng LAN không dây có môi trường truyền dẫn phức tạp hơn, làm cho việc tạo ra mô hình trở nên khó khăn Đặc biệt, đối với kênh truyền dẫn vô tuyến di động, điều kiện không gian tự do thường không được thỏa mãn.
L pt 10 log 10 T 10 log 10 R 20 log 10 BS 20 log 10 MS 40 log 10 (1.6)
Với hBS, hMS
