Giáo trình Tín hiệu và phường thức truyền dẫn

ề mặt trái đất lên đến độ cao 6 đến 11 
km. 
Nhiệt độ của không khí trong tầng đối lưu thay đổi theo độ cao (nhiệt độ giảm khi 
độ cao tăng). Ví dụ nhiệt độ trên bề mặt trái đất là 10 0 C có thể giảm đến -55 0 C 
tại biên trên của tầng đối lưu. 
Các hiện tượng thời tiết như sương mù mưa, bão, tuyết... đều xẩy ra trong tầng đối 
lưu và ảnh hưởng rất lớn đến quá trình truyền lan sóng vô tuyến điện. 
 Nếu hai anten thu và phát đặt cao (nhiều lần so với bước sóng công tác) trên mặt 
đất thì sóng có thể truyền trực tiếp từ anten phát đến anten thu, hoặc phản xạ từ mặt 
đất như chỉ ra ở hình 3.2a, hoặc lợi dụng sự không đồng nhất của một vùng nào đó 
trong tầng đối lưu để tán xạ sóng vô tuyến dùng cho thông tin gọi là thông tin tán 
xạ tầng đối lưu như chỉ ra ở hình 3.2b. Các phương thức thông tin như trên gọi là 
truyền lan sóng không gian hay sóng tầng đối lưu. 
 Phương thức truyền lan sóng không gian thường được sử dụng cho thông 
tin ở băng sóng cực ngắn (VHF, UHF, SHF), như truyền hình, các hệ thống vi ba 
như hệ thống chuyển tiếp trên mặt đất, hệ thống thông tin di động, thông tin vệ 
tinh... 
109 
Hình 0.3Truyền sóng trong không gian. 
1.3 Tầng điện ly 
Tầng điện ly tồn tại ở độ cao khoảng từ 60 km đến 600 km. Lớp khí quyển ở tầng 
này rất mỏng và bị ion hóa rất mạnh chủ yếu là do bức xạ của mặt trời, ngoài ra 
còn có bức xạ của các vì sao, các tia vũ trụ, chuyển động của các thiên thạch tạo 
thành một miền bao gồm chủ yếu là các điện tử tự do và các ion. 
Do Lớp khí quyển ở độ cao khoảng 60 km đến 600 km nên bị ion hoá rất mạnh chủ 
yếu do năng lượng bức xạ của mặt trời, tạo thành một lớp khí bao gồm chủ yếu là 
điện tử tự do và các ion. Lớp khí quyển đó được gọi là tầng điện ly.Tính chất đặc 
biệt của tầng điện ly là trong những điều kiện nhất định có thể phản xạ sóng vô 
tuyến điện.Lợi dụng sự phản xạ đó để sử dụng cho thông tin vô tuyến bằng cách 
phản xạ một hoặc nhiều lần từ tầng điện ly, như chỉ ra ở hình 3.4. Phương thức đó 
gọi là phương thức truyền lan sóng trời hay tầng điện ly. 
Hình 0.4Truyền sóng ở tầng điện ly. 
110 
2. Các Phương thức truyền dẫn tín hiệu và lĩnh vực áp dụng 
2.1 Truyền dẫn bằng nhiễu xạ trên mặt đất 
Truyền lan các sóng điện từ có tần số dưới 2 MHz. Ở đây sóng điện từ có 
khuynh hướng đi theo đường cong của trái đất. Sự nhiễu xạ của sóng sẽ làm cho 
sóng lan truyền theo bề mặt của trái đất. Cơ chế này được dùng trong phát thanh 
AM, việc phủ sóng địa phương theo đường cong mặt đất. Để bức xạ có hiệu suất 
cao thì anten cần dài hơn 1/10 bước sóng. 
2.2 Truyền dẫn bằng phản xạ tầng điện ly và tầng đối lưu 
Lan truyền các sóng điện từ có tần số từ 2 đến 30 MHz, đạt được khoảng cách phủ 
sóng xa bằng phản xạ sóng từ tầng điện li và tại các đường biên của trái đất. Tầng 
điện ly đóng vai trò như một tầng phản xạ. Đài phát sẽ có các vùng phủ sóng dọc 
theo bề mặt của trái đất. Trong đó vùng phủ sóng gần anten phát là do cơ chế sóng 
mặt đất, còn các vùng phủ sóng khác là do sóng trời, sẽ có các vùng không được 
phủ sóng dọc theo bề mặt trái đất giữa anten phát và anten thu. 
Sự truyền sóng chủ yếu là do phản xạ từ tầng F (tầng điện ly có độ cao từ 144 km 
đến 400 km). Nhờ tầng này ta có thể thu được các đài phát thanh quốc tế ở băng 
tần HF từ mặt bên kia của trái đất vào bất cứ thời gian nào trong ngày hoặc đêm. 
2.3 Truyền dẫn bằng chuyển tiếp qua vệ tinh 
Nói tới một hệ thống thông tin vệ tinh chóng ta phải kể đến ba ưu điểm nổi bật của 
nó mà các mạng mặt đất không có hoặc không hiệu quả bằng nó: 
- Khả năng quảng bá rộng lớn. 
- Có giải thông rộng. 
- Nhanh chóng và dễ dàng đặt lại cấu hình khi cần thiết (ví dụ khi bổ sung 
trạm mới hoặc thay đổi thông số trạm cũ) 
Ta đã biết đối với mạng thông tin vô tuyến mặt đất hai trạm muốn thông tin cho 
nhau thì các anten phải nhìn thấy nhau. Đó gọi là thông tin vô tuyến có tầm nhìn 
thẳng (Line Of Sight – LOS). Tuy nhiên do trái đất có hình dạng cầu cho nên 
111 
khoảng cách giữa hai trạm sẽ bị hạn chế để đảm bảo cho các anten trông thấy nhau. 
Đối với khả năng quảng bá còng nh vậy, các khu vực trên mặt đất không còn nhìn 
thấy anten của đài phát sẽ không thể thu được tín hiệu. Trong trường hợp bắt buộc 
phải truyền tin đi xa người ta, có thể dùng phương pháp nâng cao cột anten, truyền 
sóng phản xạ tầng điện ly hoặc xây dựng các trạm chuyển tiếp. Trên thực tế người 
ta thấy rằng cả ba phương pháp đều có nhiều nhược điểm. Việc nâng độ cao của 
cột anten gặp rất nhiều khó khăn về kinh phí và kĩ thuật mà hiệu quả không được là 
bao nhiêu (ví dụ nếu cột anten cao1km thì cũng không thể quảng bá quá 200km 
trên mặt đất). Nếu truyền sóng phản xạ tầng điện ly thì cần có công suất phát rất 
lớn và bị ảnh hưởng rất mạnh của môi trường truyền dẫn nên chất lượng tuyến 
không cao. Còn các trạm chuyển tiếp giữa hai trạm đầu cuối sẽ được cải thiện được 
chất lượng tuyến, nâng cao độ tin cậy, nhưng chi phí lắp đặt các trạm trung chuyển 
và rất không thích hợp khi có nhu cầu mở thêm tuyến mới. 
Tóm lại, để có thể truyền tin đi xa người ta mong muốn xây dựng được các trạm 
anten rất cao nhưng lại phải phát ổn định và vững chắc, sự ra đời của vệ tinh chính 
là để thoả mãn nhu cầu đó. Với vệ tinh người ta người ta có thể truyền sóng đi rất 
xa và dễ dàng thông tin trên toàn cầu hơn bất cứ một hệ thống mạng nào khác. 
Thông qua vệ tinh INTEL SAT, lần đầu tiên trên hai trạm đối diện trên hai bờ đại 
dương đã thông tin được cho nhau. Do có khả năng rộng lớn cho nên vệ tinh rất 
phù hợp cho các phương thức truyền tin đa điểm đến đa điểm (cho dịch vụ quảng 
bá) hay đa điểm đến một điểm HUB (cho dịch vụ thu thập số liệu). 
Bên cạnh khả năng phủ sóng lớn, băng tần rộng của các hệ thống vệ tinh rất thích 
hợp với các dịch vụ quảng bá như truyền hình số có độ phân dải cao (High 
Difinition TV), phát thanh sè hay các dịch vụ ISDN thông qua mạng mặt đất, hoặc 
trực tiếp đến thuê bao (Direct to Home – DTH) thông qua mạng VSAT. Cuối cùng 
do sử dụng phương tiện truyền dẫn qua giao diện vô tuyến cho nên các hệ thống 
thông tin vệ tinh là rất lý tưởng cho khả năng cấu hình lại nếu cần. Các công việc 
triển khai trạm mới, loại bỏ trạm cũ hay thay đổi tuyến đều có thể thực hiện dễ 
dàng, nhanh chóng với chi phí thực hiện tối thiểu. 
Tuy nhiên hệ thống thông tin vệ tinh cũng có nhược điểm đó là: 
- Không cố định . 
112 
- Khoảng cách truyền dẫn xa nên xuy hao lớn, ảnh hưởng của tạp âm lớn . 
- Giá thành lắp đặt hệ thống rất cao, chi phí cho trạm mặt đất cũng tương đối tốn 
kém 
- Tuổi thọ thấp hơn các hệ thống mặt đất, khó bảo dưỡng, sửa chữa và nâng cấp. 
Người ta muốn vệ tinh có vai trò nh mét cột anten cố định nhưng trong thực tế vệ 
tinh luôn chuyển động tương đối với mặt đất, dù là vệ tinh địa tinh đi nữa thì vẫn 
có một sự dao động nhỏ. Điều này bắt buộc trong hệ thống phải có các trạm điều 
khiển nằm giữ vệ tinh ở một vị trí tối ưu cho thông tin. Tuy nhiên kể cả khi có các 
trạm điều khiển thì vệ tinh vẫn không hoàn toàn cố định nên các trạm mặt đất nói 
chung cần các hệ thống bám phức tạp và điều này làm giá thành của trạm tăng vọt. 
Thêm nữa, do các vệ tinh bay trên các quỹ đạo cách rất xa mặt đất cho nên việc 
truyền sóng giữa các trạm gặp phải suy hao rất lớn, bị ảnh hưởng của thời tiết, đi 
qua nhiều dạng môi trường khác nhau. Để vẫn đảm bảo được chất lượng của tuyến 
người ta phải sử dụng nhiều kĩ thuật bù và chống lỗi phức tạp. 
Như ta đã nói ở trước, chi phí để phóng vệ tinh là rất cao nên nói chung các vệ tinh 
chỉ có khả năng hạn chế. Bù lại các trạm mặt đất phải có khả năng làm việc tương 
đối mạnh nên các thiết bị phần lớn là đắt tiền, nhất là chi phí cho mét anten lớn (ví 
dụ một trạm mặt đất trang bị anten khoảng 30m giá thành khoảng 10 triệu $). 
Các vệ tinh bay trong không gian cách xa mặt đất, năng lượng chủ yếu dùng cho 
các động cơ phản lực điều khiển là các loại nhiên liệu lỏng hoặc rắn được vệ tinh 
mạng theo trong boong. Lương nhiên liệu dự trữ này không thể quá lớn vì khả 
năng của các tên lửa đẩy có giới hạn, đồng thời nó sẽ làm cho kích thước vệ tinh 
tăng lên đáng kể do phải tăng thể tích của thùng chứa. Nếu như vệ tinh dùng hết 
loại nhiên liệu này thì chúng ta không điều khiển vệ tinh được nữa tức là không 
còn duy trì được sự ổn định của tuyến, khi đó coi như vệ tinh đã hỉng và như thế 
nói chung tuổi thọ của vệ tinh thường thấp hơn các thiết bị thông tin mặt đất khác. 
Để làm cho vệ tinh hoạt động trở lại người ta cần thu hồi vệ tinh để sửa chữa tiếp 
thêm nhiên liệu, sau đó lại phóng lên quỹ đạo. Việc khôi phục các vệ tinh đã hết 
tuổi thọ này hết sức tốn kém và phức tạp nên trong thực tế người ta thường dùng 
phương pháp thay thế bằng một vệ tinh hoàn toàn mới và vứt bỏ vệ tinh cũ đi. 
Một hệ thống vệ tinh có thể cung cấp rất nhiều loại hình dịch vụ khác nhau và ngày 
113 
càng được phát triển đa dạng hơn. Tuy nhiên nhìn chung thông tin vệ tinh đem lại 
ba lớp dịch vụ như sau: 
a. Trung chuyển các kênh thoại và các chương trình truyền hình. Đây là sự đáp 
ứng cho các dịch vụ cơ bản nhất đối với người sử dụng. Nó thu thập các luồng số 
liệu và phân phối đến các mạng mặt đất với một tỉ lệ hợp lí. Ví dụ cho líp dịch vụ 
này là các hệ thống INTELAT và EUTELSAT. Các trạm mặt đất của chúng thường 
được trang bị anten đường kính từ 15-30m. 
b. Cung cấp khả năng đa dịch vụ, thoại, số liệu cho những nhóm người sử dụng 
phân tách nhau về mặt địa lí. Các nhóm sẽ chia sẻ một trạm mặt đất và truy nhập 
đến nó thông qua mạng. Ví dụ cho líp dịch vụ này là các hệ thống vệ tinh 
TELECM 1, SBS, EUTELSAT 1, TELE – X, và INTELSAT (cho mạng IBS). Các 
trạm mặt đất ở đây được trạng bị anten đường kính từ 3 – 10m. 
b. Kết nối các thiết bị đầu cuối có góc mở rất nhỏ (VSAT) nhằm để truyền dẫn các 
luồng số liệu dung lượng thấp và quảng bá các chương trình truyền hình, truyền 
thanh số. Thông thường người ta dùng sẽ kết nối trực tiếp với trạm mặt đất có trang 
bị anten đường kính từ 0,6 – 1,2m. Các thuê bao di động cũng nằm trong líp dịch 
vụ này. Tiêu biểu cho các dịch vụ này là các hệ thống EQUATORIAN, ITELNET 
hoặc INTELSAT Các dịc vụ của VSAT hiện đã rất phong phú mà ta có thể kể 
đến nh cấp và tự động quản lí thẻ tín dụng, thu thập và phân tích số liệu, cung cấp 
dịc vụ thoại, mật độ thưa, truyền hình hội nghị 
114 
2.4 Truyền dẫn bằng cáp 
Được chia làm hai loại là : 
 Cáp đồng 
 Cáp quang 
Cáp đồng : 
Thường dùng 3 loại chính là :cáp xoắn đôi, cáp đồng trục ,cáp quang 
Cáp xoắn đôi thường là hai dây đồng cách điện với nhau và chúng được xoắn lại 
với nhau.Và được bó lại thành bó lớn . 
Hình 0.5 Cáp xoắn đôi 
115 
Hình 0.6Cấu tạo bên trong cáp đồng trục 
Trong cùng là kim loại dẫn tín hiệu 
 Tiếp đến là lớp cách điện 
 Lưới bảo vệ bên ngoài 
 Ngoài cùng là lớp nhựa bảo vệ 
Cấp đồng trục thường được dùng trong : Cáp truyền hình ,truyền dấn điện thoại đi 
xa 
Hình 0.7Cáp đồng trục 
116 
 Kết nối các hệ thống máy tính khoảng cách gần 
 Mạng cục bộ 
 Kết nối các thiết bị khoảng cách gần cần đường truyền tốc độ cao 
cáp đồng trục 
Các ảnh hưởng chủ yếu là: suy giảm, nhiễu nhiệt và nhiễu điều chế. 
Cáp quang: 
Hình 0.8 Cấu tạo cáp quang. 
Trong cùng sợi quang rất nhỏ, đường kính 8 đến 100 um, làm bằng thủy tinh hoặc 
plastic ,Bao bởi lớp áo có đặc tính quang khác,Ngoài cùng là lớp nhựa bảo vệ 
Cáp quang thường được dùng trong: 
 Môi trường truyền thích hợp để triển khai các ứng dụng mạng số đa dịch vụ 
tích hợp băng rộng(Broadband Integrated Services Digital Networks) 
 Đường trung kế khoảng cách xa 
 Trung kế đô thị 
 Trung kế tổng đài nông thôn 
117 
 Mạng cục bộ 
Chúng có những ưu điểm: 
 Băng thông rộng 
 Tốc độ dữ liệu lên đến hàng trăm Gbps 
 Kích thước và trọng lượng nhỏ 
 Độ suy hao thấp. 
 Cách ly trường điện từ (ít bị ảnh hưởng của nhiễu và môi trường xung 
quanh) 
 Khoảng cách giữa các bộ lặp xa 
 Giảm số bộ lặp, giảm giá thành, giảm khả năng lỗi 
3 Các loại anten thông dụng 
3.1 Anten chấn tử vòng 
Anten vòng là loại anten mà phần tử bức xạ cơ bản của nó là các vòng dây dẫn có 
dòng điện thẳng đứng .Một trong những biện pháp quan trọng và phổ biến để mở 
rộng dãi tần công suất của chấn tử là dùng chấn tử vòng . 
3.2 An ten parabol 
3.2.1 Anten parabol có sơ cấp đặt tại tiêu điểm 
Có hình parabol làm bằng các vật liệu có hệ số phản xạ cao, thường bằng nhôm 
hay hợp kim loại của nhôm, mặt phản xạ phải nhẵn để sóng phản xạ không bị tán 
xạ , tại tiêu điểm của gương parabol đặt 1 nguồn bức xạ sơ cấp (thường là 1 anten 
loa) gọi là bộ chiếu xạ, sao cho tâm pha của bộ chiếu xạ trung với tiêu điểm của 
gương. Đây là loại anten có cấu trúc đơn giản nhất và giá thành thấp nhất, nó được 
dùng chủ yếu cho các trạm chỉ thu và các trạm nhỏ đặc biệt với dung lượng thấp. 
Tuy nhiên, các đặc tính của nó như hệ số tăng ích, búp sóng phụ không được tốt. 
Một nhược điểm nữa là cáp đấu nối từ loa thu đến máy phát và máy thu thường 
dài. Bởivậy nó không được sử dụng ở các trạm mặt đất thông thường. 
118 
Hình 0.9Anten parabol có sơ cấp đặt tại tiêu điểm 
3.2.2 Anten cassegrain 
Là loại anten có thêm một gương phản xạ phụ ,được sử dụng cho các trạm bình 
thường vừa thu vừa phát có quy mô trung bình. 
Hình 0.10Anten cassegrain 
3.2.3 Anten lệch 
Các anten 1 gương parabol và anten 2 gương Cassegrain có 1 nhược điểm chung là 
bộ chiếu xạ hay gương phụ đặt thẳng hàng với đỉnh gương làm chắn một bộ phận 
các tia sóng phản xạ từ gương chính parabol gây ra 1“miền tối ’’ phía sau gương 
119 
làm giảm hệ số tăng ích , hiệu suất và tăng búp phụ . để khắc phục nhược điểm này 
người ta sử dụng anten lệch nghĩa là bộ chiếu xạ được đặt lệch ra ngoài hướng của 
các tia phản xạ từ gương parabol. 
 Gương phản xạ thu được đặt lệch một ít so với hướng trục chính chủa gương phản 
xạ chính để nó không che chắn đường đi của sóng phản xạ từ gương chính.Loại 
này cho hiệu suất cao,tạp âm thấp, búp sóng phụ nhỏ .Đặc tính phân cực tốt.Chúng 
thường được dùng cho các trạm mặt đất quy mô chất lượng cao. 
Hình 0.11 Anten lệch 
120 
CÁC THUẬT NGỮ CHUYÊN MÔN 
AM(Amplitude Modulation) : Điều chế biên độ 
FM (Frequency Modulation) : Điều chế tần số 
PM (Phase Modulation) : Điều chế pha 
VCO(Voltage Controlled oscillator) : Điều chế tần số 
PLL (Phase Locked Loop) : Vòng khóa pha 
ISDN (Integrated Services Digital Network) : Mạng số tích hợp đa dịch vụ 
PCM(Pulse-code modulation) : Điều chế xung mã 
GHZ(Gigaherzt) : một triệu herzt 
VHF(Very-High Frequency) : Tần số cao khoảng 30 MHz to 300 MHz 
SSB(Single side band) : phổ một bên 
BER (bit error rate) : tỷ lệ lỗi bit 
ISI(Intersymbol interference) : nhiễu liên ký tự 
RF(Radio frequency) : tần số vô tuyến 
IF(Intermediate frequency) : trung tần 
MIXER : bộ trộn tín hiệu 
PSTN (Public switched telephone network) : Mạng điện thoại công cộng 
121 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
1. Cơ sở kỹ thuật truyền số liệu , NXB Khoa Học Kỹ Thuật, 1999, Nguyễn 
Văn Thường 
2. Hệ thống viễn thông , NXB Đại Học Quốc Gia , Lê Tiến Thường