LỜI NÓI ĐẦU
Chúng ta đang sống trong thế kỉ XXI, thời đại của khoa học kỹ thuật
và công nghệ. Trong cuộc sống cũng như trong công việc, con người luôn
có nhu cầu trao đổi thông tin với nhau, nghĩa là có nhu cầu truyền tin. Cùng
với sự phát triển của xã hội loài người, hệ thống viễn thông không ngừng
phát triển theo xu hướng phục vụ con người những thông tin đầy đủ, kịp
thời nhất. Bên cạnh đó, các tiến bộ khoa học đạt được trong các lĩnh vực:
tin học, điện tử, quang học, công nghệ vật liệu… là đòn bẩy thúc đẩy công
nghệ viễn thông phát triển. Các ứng dụng viễn thông đã trở thành một nhu
cầu không thể thiếu được trong đời sống xã hội bởi những lợi ích và hiệu
quả mà nó mang lại.
Ở nước ta hiện nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các ngành
kinh tế xã hội, việc đẩy mạnh phát triển các mạng thông tin cũng đang
được tiến hành một cách khá đồng bộ nhằm đáp ứng sự phát triển đó. Do
nhu cầu trao đổi thông tin trong một vùng hẹp, công nghệ tăng dung lượng
kênh thông tin vô tuyến là thật sự cần thiết, và có những bước phát triển vô
cùng nhanh chóng.
Có 3 phương pháp cơ bản để tăng thông lượng (tốc độ dữ liệu tổng
cộng) của một tài nguyên thông tin nào đó. Cách thứ nhất là hoặc tăng công
suất bức xạ đẳng hướng hiệu dụng của máy phát hoặc giảm tổn thất trong
hệ thống sao cho tỉ số S/N thu được tăng lên. Cách thứ hai là cung cấp
thêm băng thông cho kênh. Cách thứ 3 là phân bố tài nguyên thông tin một
cách có hiệu quả hơn.
Trong giới hạn của đồ án, chỉ đề cập đến việc tăng dung lượng bằng
cách phân bố lại tài nguyên thông tin trong thông tin vô tuyến nói chung và
thông tin sóng ngắn nói riêng. Chúng ta đã biết, dải tần sóng ngắn từ
1
3-30MHz là một băng tần khá hẹp so với dải VHF,UHF… ngoài ra, do ảnh
hưởng bởi tầng điện ly, pha đinh, nên thông tin sóng ngắn chỉ sử dụng tốt
trong dải tần 5-10MHz. Vì thế, việc tăng dung lượng trong thông tin sóng
ngắn là vấn đề vô cùng cần thiết, nhất là khi thông tin sóng ngắn được ứng

Hình 1.1 Phổ tần số vô tuyến và ứng dụng
3
Phổ này kéo dài từ các tần số dưới âm thanh đến các tia vũ trụ và
được chia tiếp thành các đoạn nhỏ gọi là các băng tần. Toàn bộ dải tần số
vô tuyến (RF) lại được chia thành các băng nhỏ hơn, có tên và kí hiệu như
bảng 1.1 (Theo Uỷ ban tư vấn về Thông tin vô tuyến quốc tế CCIR):
Bảng 1.1 Phân chia dải tần số vô tuyến
STT Phạm vi tần số Tên gọi
1 30Hz
÷
300Hz Tần số cực kì thấp (ELF)
2 0.3kHz
÷
3kHz Tần số thoại (VF)
3 3kHz
÷
30kHz Tần số rất thấp (VLF)
4 30kHz
÷
300kHz Tần số thấp (LF)
5 0.3MHz
÷
3MHz Tần số trung bình (MF)
6 3MHz
÷
30MHz Tần số cao (HF)
7 30MHz
÷
300MHz Tần só rất cao (VHF)
8 300MHz

÷
30EHz Tia vũ trụ
Trong các băng sóng này thì các băng HF, VHF và UHF là rất quen thuộc
đối với chúng ta.
 Các tần số cao (HF-High Frequencies) có giá trị nằm trong phạm vi 3
÷
30MHz (thường gọi là sóng ngắn). Phần lớn các thông tin vô tuyến 2
chiều sử dụng dải này với mục đích thông tin ở cự ly xa xuyên lục địa, liên
lạc hàng hải, hàng không, nghiệp dư, phát thanh quảng bá…v.v
 Các tần số rất cao (VHF-Very High Frequencies) có giá trị nằm trong
phạm vi 30
÷
300MHz (gọi là sóng mét) thường dùng cho vô tuyến di động,
4
thông tin hàng hải và hàng không, phát thanh FM thương mại (88 đến
108MHz), truyền hình thương mại (kênh 2 đến 12 với tần số 54MHz đến
216MHz).
 Các tần số cực cao (UHF-UltraHigh Frequencies) có giá trị nằm trong
phạm vi 300MHz
÷
3GHz (sóng dm), dùng cho các kênh truyền hình
thương mại 14
÷
83, các dịch vụ thông tin di động mặt đất, các hệ thống
điện thoại tế bào, một số hệ thống rađa và dẫn đường, các hệ thống viba và
thông tin vệ tinh.
1.2 Đặc điểm truyền sóng
1.2.1 Tính chất quang học của sóng vô tuyến
Các tính chất quang học của sóng vô tuyến bao gồm: khúc xạ, phản xạ,
nhiễu xạ và giao thoa.

2
sin
2
θ
(1.1)
hay
2
1
sin
sin
θ
θ
=
1
2
n
n
=
1
2
r
r
ε
ε
(1.2)
ở đây:
21
,
rr
εε

j
θθ
−
(1.3)
Γ
: là hệ số phản xạ (không thứ nguyên), E
i
: cường độ điện áp tới,
E
r
: cường độ điện áp phản xạ (vôn),
ri
θθ
,
= pha tới và pha phản xạ (độ)
6
Hình 1.3 Phản xạ sóng tại biên giới phẳng của 2 môi trường
3. Nhiễu xạ sóng
Hình 1.4 Nhiễu xạ sóng điện từ
Nhiễu xạ sóng là sự phân bố lại năng lượng trong mặt sóng khi nó đi
qua gần mép của vật thể không trong suốt với kích thước so sánh được với
bước sóng. Nhiễu xạ là hiện tượng cho phép sóng vô tuyến đi vòng qua
góc.
4. Sự giao thoa sóng
Xảy ra khi 2 hoặc hơn các sóng điện từ kết hợp với nhau sao cho chất
lượng hệ thống bị giảm đi. Sự giao thoa sóng tuân theo nguyên lý xếp
chồng tuyến tính của các sóng điện từ và xảy ra bất cứ khi nào 2 hoặc
nhiều hơn các sóng đồng thời chiếm cùng 1 điểm trong không gian.
7
Hình 1.5 Sự cộng tuyến tính 2 sóng có pha khác nhau và sự giao thoa sóng

Gồm sóng trực tiếp và sóng phản xạ từ mặt đất, truyền trong vài km
tầng dưới của khí quyển. Sóng trực tiếp lan truyền theo đường thẳng giữa
các ănten phát và thu, còn gọi là sóng nhìn thẳng (LOS). Vì thế, sóng
không gian bị hạn chế bởi độ cong của trái đất. Sóng phản xạ từ đất là sóng
phản xạ từ bề mặt trái đất khi lan truyền giữa ănten phát và thu. Độ cong
của trái đất tạo nên chân trời đối với sự truyền lan sóng không gian, thường
gọi là chân trời vô tuyến. Do khúc xạ khí quyển, chân trời vô tuyến dài hơn
chân trời quang học đối với khí quyển tiêu chuẩn thông thường. Chân trời
vô tuyến xấp xỉ bằng 4/3 chân trời quang học. Có thể kéo dài chân trời vô
9
tuyến bằng cách nâng cao ănten phát hoặc ănten thu (hay cả hai) bằng tháp
hoặc đặt trên đỉnh núi (toà nhà).
Chân trời vô tuyến thẳng đối với một ănten bằng:
D=
h2
(1.4)
trong đó: d = khoảng cách đến chân trời vô tuyến (dặm), h = độ cao ănten
so với mực nước biển. Do đó, khoảng cách giữa ănten phát và thu là:
d=d
t
+ d
r
=
t
h2
+
r
h2
(1.5)
trong đó: d là tổng khoảng cách; d

điện ly là vùng không gian nằm cách mặt đất chừng 50km đến 400km.
Tầng này hấp thụ một số lượng lớn năng lượng của tia cực tím và tia X bức
xạ của mặt trời, làm ion hoá các phân tử không khí và tạo ra electron tự do.
Khi sóng điện từ đi vào tầng điện ly, điện trường của sóng tác động lực lên
các electron tự do, làm chúng dao động. Khi sóng chuyển động xa trái đất,
sự ion hoá tăng, song lại có ít hơn phân tử khí để ion hoá. Do đó, phần trên
của khí quyển có số phần trăm phân tử ion hoá cao hơn phần dưới. Mật độ
ion càng cao, khúc xạ càng lớn. Nói chung, tầng điện ly được phân chia
thành 3 lớp: lớp D, lớp E, và lớp F theo độ cao của nó; lớp F lại được phân
chia thành lớp F1, F2. Độ cao và mật độ ion hoá của 3 lớp thay đổi theo
giờ, mùa và theo chu kì vết đen của mặt trời (11năm). Tầng điện ly đậm
đặc nhất vào ban ngày và mùa hè.
11
Lớp D: là lớp thấp nhất, có độ cao 50
÷
100km và nằm xa mặt trời
nhất, do đó có ion hoá ít nhất. Như vậy lớp D ít có ảnh hưởng đến truyền
lan sóng vô tuyến. Song các ion ở lớp này có thể hấp thụ đáng kể năng
lượng sóng điện từ. Lớp D biến mất về đêm. Lớp này phản xạ sóng VLF
và LF, hấp thụ các sóng MF và HF.
Lớp E: có độ cao 100
÷
140km còn gọi là lớp Kennelly-Heaviside theo
tên của hai nhà bác học khám phá ra nó. Lớp E có mật độ cực đại tại độ
cao 70 dặm vào giữa trưa khi mặt trời ở điểm cao nhất. Lớp E hầu như
biến mất về đêm, hỗ trợ sự lan truyền sóng bề mặt MF và phản xạ sóng HF
một chút về ban ngày. Phần trên của lớp E đôi khi được xét riêng và gọi là
lớp E thất thường. Lớp này gây bởi hiện tượng nhật hoa và hoạt động của
vết đen mặt trời. Đây là lớp mỏng có mật độ ion hoá rất cao, cho phép cải
thiện không ngờ cự ly liên lạc.

thụ năng lượng đã cho ở trong tầng ion. Điều kiện đầu hạn chế giới hạn
trên của tần số sử dụng, điều kiện sau giới hạn dưới. Vì vậy thông tin SN
bằng sóng điện ly chỉ có trong một khoảng tần số nhất định. Bề rộng của
khoảng này phụ thuộc vào tầng điện ly, nghĩa là phụ thuộc vào thời gian
của một ngày đêm, vào mùa, vào chu trình hoạt động của mặt trời. Cho nên
việc dự báo trạng thái của tầng điện ly là vô cùng quan trọng đối với thông
tin liên lạc sử dụng sóng trời.
- Hiện tượng pha đinh trong thông tin SN:
13
- Hiện tượng này làm giảm nhiều chất lượng thông tin SN bằng điện
ly. Pha đinh xuất hiện do sự thay đổi cấu trúc của các lớp phản xạ ở tầng
ion, do sự nhiễu xạ loạn của tầng ion và do sự truyền sóng theo nhiều tia.
Bản chất của pha đinh về cơ bản là sự giao thoa của một vài tia tới điểm
thu với pha thay đổi liên tục do sự thay đổi trạng thái của tầng điện ly.
Nguyên nhân của một vài tia tới điểm thu cùng lúc là:
- Sự phản xạ của tầng ion dưới các góc mà các tia phản xạ một số lần
khác nhau từ tầng ion và mặt đất lại hội tụ tại điểm thu.
- Hiện tượng khúc xạ kép dưới tác động của trường điện từ quả đất.
Do hiện tượng này hai tia phản xạ từ các lớp khác nhau của tầng ion lại
đến cùng một điểm thu.
- Sự không đồng nhất của tầng ion dẫn tới sự phản xạ khuếch tán các
sóng từ các vùng khác nhau của nó.
Hình 1.10 Pha đinh đa đường trong thông tin sóng ngắn.
Pha đinh còn có thể xảy ra do sự thăng giáng phân cực các sóng khi
phản xạ từ tầng điện ly, dẫn tới sự thay đổi mới quan hệ giữa các thành
phần đứng và ngang của trường điện từ tại nơi thu. Pha đinh phân cực xảy
ra hiếm hơn nhiều pha đinh giao thoa (10
÷
15% tổng số).
- Các bão từ và bão ion có thể ảnh hưởng đáng kể đến trạng thái thông

sóng. Giới hạn cho phép trong việc ghép kênh là đảm bảo sao cho tín hiệu
trong một kênh của tài nguyên chung không làm tăng xác suất lỗi trong
một kênh khác. Sử dụng tín hiệu trực giao trên các kênh sẽ tránh được can
15
nhiễu giữa các người sử dụng. Sau đây chúng ta chỉ tìm hiểu về 3 phương
pháp ghép kênh cơ bản nhất trong thông tin vô tuyến hiện nay: ghép kênh
phân chia theo tần số, ghép kênh phân chia theo thời gian và ghép kênh
phân chia theo mã.
1.3.1 Ghép kênh phân chia theo tần số (FDM)
Việc gán cho tín hiệu hay người sử dụng một băng tần con mang tính
cố định hay dài hạn. Tài nguyên thông tin chứa đồng thời nhiều tín hiệu
được phân biệt theo phổ tần. Vùng tần số giữa hai băng tần lân cận được
gọi là dải bảo vệ, dùng để giảm can nhiễu giữa chúng.
Hình 1.11 Ghép kênh theo tần số (FDM)
1.3.2 Ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM)
Việc chia sẻ tài nguyên thông tin được tiến hành bằng cách gán cho
mỗi trong số M tín hiệu toàn bộ băng thông của hệ thống nhưng chỉ trong
một khoảng thời gian ngắn gọi là khe thời gian. Khoảng thời gian không sử
dụng nằm giữa các khe được gọi là thời gian bảo vệ, đảm bảo không xuyên
nhiễu giữa các kênh lân cận với một mức sai lệch đồng hồ cho phép nào
đó.
16
Hình 1.12 Ghép kênh theo thời gian (TDM)
 TDM gán kênh cố định:
Sơ đồ TDM đơn giản nhất là TDM gán kênh cố định. Nó được gọi
như thế là do M khe thời gian của một khung được gán dài hạn cho các
nguồn tín hiệu. Việc ghép kênh là tạo cơ hội cho từng nguồn tin chiếm lấy
một hay nhiều khe thời gian. Việc tách kênh là lấy tin ra từ khe thời gian
và chuyển tới nơi nhận tin. Ghép và tách kênh phải được đồng bộ sao cho
tin của nguồn, ví dụ nguồn số 1, phải xuất hiện đúng trên đầu ra 1. Mỗi gói

Tín hiệu khoá biên độ nhị phân (BASK) được xác định bởi công thức:
ttAmtu
c
ω
cos)()(
=
(
Tt
≤≤
0
) (1.7)
Trong đó: A_hằng số; m(t)_nhận giá trị 0 hoặc 1;
)(
cc
f
ω
_tần số sóng
mang cao tần; T_thời gian tồn tại 1 bit
Hình 1.16 biểu diễn dạng tín hiệu BASK. Biên độ sóng mang cao tần được
đóng mở bởi tín hiệu nhị phân m(t). Do đó tín hiệu BASK còn được gọi là
OOK (On- Off Keying) .
s(t)
m(t)
t
t
-A
A
0
0
0 0 0

ftj
tfj
ffM
A
ffM
A
fS
dteetm
A
dteetm
A
fS
cc
++−=
+=
−
∞+
∞−
−
−
∞+
∞−
∫∫
π
π
π
π
(1.8 )
Từ biểu thức ta nhận thấy, quá trình điều chế khoá dịch biên nhị phân
BASK làm dịch phổ của tín hiệu tin tức (gốc) lên xung quanh f

/3
−−
Tf
c
/1
−−
T2/1
Tf
c
/1
+−
c
f
−
0
T2/1
fTf
c
/3
+−
Tf
c
/3
−
Tf
c
/1

ngày nay, phương pháp điều chế số biên độ ít được sử dụng riêng rẽ mà nó
thường sử dụng kết hợp với điều pha.
• Giải điều chế ASK
Với khoá dịch biên nhị phân BASK, người ta có hai cách giải điều
chế. Thông thường người ta sử dụng các bộ tách sóng biên độ, các bộ lọc
tần thấp và sửa dạng xung.
Hình 1.20 Giải điều chế BASK
Để nâng cao độ chống nhiễu, người ta sử dụng bộ giải điều chế theo
sơ đồ. Sóng mang được khôi phụ lại đưa vào bộ tách sóng đồng bộ. Sau đó
cũng sử dụng các mạch như trường hợp trên.
22
Hình 1.21 Giải điều chế BASK sử dụng tách sóng đồng bộ
1.4.2 Phương pháp FSK
• Khoá dịch tần nhị phân (BFSK)
Tín hiệu khóa dịch tần nhị phân được biểu diễn theo công thức sau:




π
π
=
tf2cosA
tf2cosA
)t(u
2
1

Tt
≤≤

. Như vậy, độ rộng dải của FSK là lớn hơn
ASK.
Hình 1.23 Sơ đồ khối bộ tạo tín hiệu FSK
Độ rộng băng tần khi điều chế khoá dịch tần (FSK) phụ thuộc vào độ
dịch tần ∆f tức khoảng cách giữa hai tần số f
1
và f
2
và độ rộng của bít số
liệu đầu vào cần điều chế (tín hiệu điều chế): T; nên độ dịch tần càng lớn
thì độ rộng băng tần càng cao. T càng nhỏ độ rộng băng tần càng lớn.
Từ sơ đồ hình 1.23 hai sóng mang có tần số f
1
và f
2
đưa vào hai bộ trộn M1
và M2, ở hai bộ trộn mức logic 1 sẽ khoá sóng mang f
2
và mức logic 0 sẽ
khoá sóng mang f
1
. Đầu ra cộng hai tín hiệu chúng ta được tín hiệu BFSK.
• Khoá dịch tần M mức (M - FSK)
Tín hiệu khoá dịch tần số M mức (M – FSK) được xác định bởi công thức:

)2cos()(
θπ
+=
i
fAtu