Chuong 5 HE THONG TRUYEN TUONG TU 5.1 ĐẶC TÍNH CỦA ĐƯỜNG TRUYỀN TƯƠNG TỰ Trong đường truyền tương tự, tin tức dạng tương tự được thể hiện thông qua những sự thay đổi liên tục của một thông số nào: đó của tín hiệu truyền đi. Truyền tương tự cũng có thể được coi là trường hợp đặc biệt của truyền số, khi số mức trạng thái”m của mỗi moment tăng đến œs. - Một tín hiệu tương tự ở nơi phát được đặc trưng bởi - Băng thông Ö của hàm mật độ phổ công suất ®sz(ƒ). - Công suất s„y hoặc mức công suất 7„„ của tín hiệu, được tính bởi Ps = |®sgŒ)-4ƒ ~ | ®ss(ƒ)-đƒ (5.1) 0 B Về kênh truyền, có các đặc tính cơ bản như sau: - Hàm truyền HỢ) của kênh, ành hưởng đến độ méo tần số của tín hiệu truyền qua kênh.
- Hàm mật độ phổ công suất ®;;(ƒ) của nhiễu - Hàm thống kê của nhiễu - Sự phi tuyến của kênh giữa tín hiệu đầu vào - ra, có thể gây ra các thành phan nhiéu do hai tr6n tan (intermodulation noise). Chất lượng của một bênh truyền tương tự được đánh giá từ các thông s6 sau: - Mic thu Lep cia tin hiéu tai đầu ra của hệ thống truyền Lsp =101gPsp (5.2) - Ti sé S/N tai diém thu, ky hiéu Ep 10 IgEp =Lsr - Lye ; (5.3) HE THONG TRUYEN TUONG TU 89 - Hệ số méo phi tuyến ở (distortion factor) là tÌ số củaa giá trị hiệu dụng các oe bac cao U,,(n >2) véi gid tri hiéu dung cua tin hiéu thu a= [S07 re / lều: _ (5.4) và nếu ta coi gần đúng giá trị hiệu dụng của tín hiệu thu là giá trị hiệu dụng của thành phần cơ bản thì log Giá trị d cũng biến thiên theo biên độ tin hiệu. | Cac gid tri cla Lop, Ep va d 6 trén duoc dinh nghĩa cho mức công suất danh định của tín hiệu trên đường truyền, chứ không phải là cho '` mức thực tế của tín hiệu khi hệ thống đang hoạt động.2 KHUẾCH ĐẠI ĐƯỜNG TRUYỀN Mạch khuếch đại nhằm bù lại sự mất mát và suy giảm của tín hiệu trên môi trường truyền, để đạt mức tín hiệu thu Lsp di Ién. Tuy nhiên, để bù lại méo tuyến tính (về biên độ và về pha) của đường truyền, hệ số khuếch đại G() phải có quy luật ngược lại với độ suy giảm của môi trường.
Ta có thể coi bộ khuếch đại gồm hai khối cân bằng (equaliser) va khéi khuéch dai c6 dinh G, ghép nối tiếp. : ! HG) Kênh _ ? Sido sae —C oa ED) 5 H(f) 1 S.= Hie) = const te Hinh 5.1 Về ký hiệu, trong các phần sau, ta dùng chữ số x và y lần lượt để chỉ tín hiệu đầu vào và ra của bộ khuếch đại, E và để chỉ tín hiệu đầu phát và thu của hệ thống đường truyền. 90 CHUONG 5 Nhiéu trong b6 khuéch dai duong truyền gôm ba loại - Nhiễu do chuyển động nhiệt của điện trở vào của bộ khuếch đại. - Nhiễu nên trong bộ khuếch đại, do các hiện tượng ngẫu nhiên xảy ra trong phần tử tích cực, thể hiện bằng hệ số nhiễu (oisc figure).
- Nhiễu hài trộn tần, do sự phi tuyến của các phần tử tích cực. Ta lần lượt xét mỗi loại sau 1- Nhiễu do Ehuyển động nhiệt — Nhiễu này tôn tại chủ yếu ở mỗi đầu vào của bộ khuếch đại, phụ thuộc băng thông bộ khuéch đại B và nhiệt độ môi trường chung quanh 1, : hE BR _ [dBm] (5.lmW) = 10lg 1mW Nếu không có các nguồn nhiễu khác, hệ số S/N ở đầu vào bộ khuếch đại là 10 lgt.7) T đâu vao khuéch dai 2- Nhiéu nén Nhiễu nền do các phần tử tích cực trong bộ khuếch đại, do đó hệ số SN ở đầu ra bộ khuếch đại š, sẽ thấp hơn hệ số S/⁄N ở đầu vào €,. Ta định nghĩa hệ số nhiễu (noise figure) F là độ sai biệt của logarithm của hệ số S⁄N ở đầu vào và ra, khi nhiệt độ môi trường ở mức quy ước 7, = 7; = 290K F=10igš, - 10igš, [dB] (B.8) Các mức tín hiệu và mức nhiễu (nhiễu do nhiệt, nhiễu nền) được vẽ ở hình 5. Người ta thường quy tương đương mức nhiễu chung ở đầu vào bộ khuếch dai Ly, 1a Lyy =Ly,, +F (tai T, = 290K) [dBm] (5.9) Một hình thức khác thể hiện sự hiện diện của nhiễu nền là tăng nhiệt độ môi trường 7 một lượng tương đương giả tưởng A7, để có nhiễu nhiệt tương đương bằng tổng nhiễu nhiệt thật và nhiễu nền.
— Nhiệt độ 7w =7+A7wy được gọi là nhiệt độ nhiễu tương đương P : T= a =T,+ATy [Kl | (5.10) HE THONG TRUYEN TUONG TU | 91 trong đó: Py - la công suất tổng nhiễu nhiệt và nhiễu nên quy về đầu vào của bộ khuếch đại (Py tương ứng mức Ly,) 3 | ` - L sy oo eds —— Tin hiéu L = 10/gé, 10lgé, ° [> ° S0 40RS GP 4920/30 LNy wa —— Nhiéu Ly loa v2 ng Kế G+F J Lite C= Se oe ~ = Hinh 5.2 Ta có | XI: 7 - 10/g —*— F=Ly Ny -L Nụ, = 10lg —-*__*—_ PL +A AR “3 PER =10lg|} 1+—* AT.11) , 18 mW h Š trụ W si a với 7„ = 290 E, ta có bảng sau.3 Bây giờ, xét hệ thống gồm nhiều tầng kHuếch đại ghép liên tiếp có độ lợi: ø, øạ,. ø„, mỗi tầng có công suất nhiễu quy tương đương về đầu vào là Py, =k-Ty, -B= k(T, +ATụ, )B Công suất tín hiệu ở đầu ra là Ps, = Pg -81°82°---82. 92 CHUONG 5 Mặt khác nhiễu ở đầu ra là tổng của nhiễu tạo bởi mỗi tầng, khuếch đại một số lần bằng số tầng khuếch đại từ điểm tạo nhiễu đến đầu ra. Nhiễu này được coi là tổng của nhiễu nhiệt đầu vào (đặc trưng bởi nhiệt độ môi trường 7;) và nhiễu nền của bộ khuếch đại đó (đặc trưng bởi độ tăng nhiệt độ tương đương ATy,).
Nhiễu tại đầu ra là | Py, = k1, B[(gi8a.-8,) + ATy, (G083---En) +--+ ATy, Bn | (5.13) hoặc viết cách khác với hệ số ø = Ø¡8u.8„ | Py = CS ban: - 8. AT, SÀN, — it my Tan (5.14) 81 &182---8n-1 Nếu giả thiết rằng g;>> 1 thi Py, = R(T, + ATy, )Bg (5.15) với công thức tính công suất nhiễu tại đầu ra của một bộ khuếch đại duy nhất tương đương, ta thấy - Nhiệt độ nhiễu tương đương là tổng của nhiệt độ môi trường T, va độ tăng nhiệt độ nhiễu nền của riêng tầng đầu tiên ATy,- - Các tác động nhiễu của các tầng sau (nhiễu nhiệt hay nhiễu nền) có thể được bỏ qua. : 3- Nhiễu do hài trộn tần ; Trong các bộ khuếch đại thực tế, khi tín hiệu dau vao u,(¢) ldn, lam tín hiệu đầu ra uy) bị bão hòa. Vậy, nếu tín hiệu vào gồm nhiều thành phần hình sin, sự trộn hài tân sẽ xảy ra, có một thành phần bậc ba sẽ rơi vào vùng băng tần cơ bản.
- Nhiễu hài tần này tăng nhanh khi biên độ tín hiệu tăng. 4- Sự tương nhượng giữa nhiễu nền và nhiễu hài trộn tần Ở đầu ra của bộ khuếch đại, nhiễu có thể coi là do nhiễu nền (nhiễu nhiệt và nhiễu nền) cộng với nhiễu do hài trộn tân. Nhiễu nên không phụ thuộc vào biên độ tín hiệu ra LZ, trong,khi nhiễu hài trộn tần phụ thuộc rất nhiều.4 mô tả sự biến thiên của tỉ số N/S của nhiễu HE THONG TRUYEN TUONG TU | 93 nền và sự biến thiên của nhiễu hài trộn tần theo mức công suất tin hiéu Ly. Nhiễu nền có mức chuẩn hóa quy về zéro với công suất phát chuẩn 1mW (0dBm).
Tỉ số N/S, tính bằng đB, tương ứng với nhiễu nên, được tính bởi: Da TIỀN, — ĐH xnomin al ai -10/g¢, (5.16) Ly @lg tg (ae (5.17) Đồ thị của Ly, theo Ls là đường thẳng dốc xuống ở hình 5. Trong khi đó, khi Lg tăng, nhiễu hài trộn tần „cũng tăng, ta có đồ thị dốc lên ở hình 5. LNHgng i Ì tm, Lig Z `x. Vùng bão hòa Vùng nhiễu nền Vùng nhiễu hài trộn tần Vùng tượng nhượng Hình 5.4 Vậy, nhiễu tổng LNossng của hai loại trên có đồ thị là đường liền nét ở hình 5.
Ta có vùng tương nhượng để có Loring CNC tiéu. 5- So dé nhiéu Trong hệ thống truyền tương tự, nguồn nhiễu chính xuất hiện do nhiệt là từ các điện trở đầu vào của các bộ khuếch đại. Vấn đề đặt ra là nếu trong hệ thống đường truyền, có một nguồn nhiễu duy nhất phát sinh tại điểm X với công suất nhiễu là Py,, thi tac dung nhiéu ở đầu thu ra sao? : Nếu ta giả sử rằng nhiễu và tín hiệu từ điểm X trở đi đều có cùng độ suy giảm đường truyền và độ khuếch đại, vậy nếu hệ thống không- , 94 _ CHUONG 5 còn nguồn nhiễu nào khác thi ti so S/N 'tại đầu thu cũng chính bằng tỉ số S/N tại điểm X, như biểu diễn ở hình 5. P | bp = SR aby = Sh * (5.
trong đó: S - tin hiéu; N - nhiéu; R - tai dau thu. Kết quả, công suất nhiễu tại đầu thu sẽ là P | ` : Pur = Psp be : - (49) SX. Tín hiệu I ' 10/ogš, We as tN ‘ake ' aos ' l : ; 4 ` ae S ue ` : ‘ ậ NR Nhiéu LQ _ 4 a ae eo TY * .:x ở Š 17: : _ ` 7 lồ lên ` ‘ Điểm x -_ Nơi thu Hinh 5.5 | Bay gid, néu trén hé théng truyén tuong tu, cé6 nhiéu nguén nhiéu Py,» Py, ---»-Py,, -- khde nhau, xudt hiện các điểm khác nhau có các công suất tín hiệu tương ứng là #,, Fs,,. và giả sử các tín hiệu nhiễu: trên độc lập thống kê với nhau, vậy, công suất nhiễu tại một điểm nào - đó, chẳng hạn, tại đầu thu #, sẽ là tổng của các công suất nhiễu thành.20) : trong đó: Pyạ, - là công suất nhiễu của thành phần thứ ¿ tại nơi thu.
= Psp :——— i Ps, nên ta có.21) Ps, Néu coi yp Sy ss : ; P. SR Gy Gi 2 HE THỐNG TRUYỀN TƯƠNG TỰ 95 thì =) > (5.22) Ta nhận thấy “ Trong hệ thống truyền, nếu có nhiều nguồn nhiễu xảy ra, ti sé N/S tại đầu thu là tổng của các tỉ số N;/S; cia các thành phần nhiễu riêng biệt. | - Công suất nhiễu quy chuẩn về zéro của mỗi thành phần thứ ¿ là Công suất nhiễu khi giả sử công suất tín hiệu là 1 mW (OdBm) Py, =~ÈLx1m PN; W= 1mW (5.23) tho Ps, Gi Tu (5.23), ta c6 thé viét ring ps Pvp, = ».94) Công suất nhiễu chung quy chuẩn vẻ zéro tại đâu ra của hệ thống Pun, là tổng của các công suất nhiễu quy chuẩn về zéro của các thành.
