Wireless Communications
Principles and Practice
Chương 4
Lan truyền vô tuyến


Introduction
• Sóng vơ tuyến là một dạng bức xạ
điện từ
• Bức xạ điện từ có tính chất kép:
 Trong một số trường hợp xem như sóng
 Trong các trường hợp khác được xem
như các hạt (photon)

• Đối với tần số vơ tuyến, thích hợp
với mơ hình sóng hơn .
• Sóng điện từ có thể được tạo ra bằng
nhiều phương tiện, nhưng tất cả đều
liên quan đến sự chuyển động của
các điện tích.


Electromagnetic Wave (Sóng điện từ)
• Được dự đốn bởi nhà vật lý người Anh, James
Maxwell năm 1865, và được kiểm chứng thực tế bởi
nhà vật lý người Đức, Heinrich Hertz, năm 1887
• Được tạo nên bởi sự rung động của dịng điện
• Sóng được tạo ra có cả từ tính và điện tính, có khả
năng lan truyền qua khơng gian.
– Bằng việc sử dụng antenna, việc truyền và nhận sóng
điện từ qua khơng gian có thể thực hiện được.

– Tốc độ dao động của electron quyết định tần số sóng.


Electromagnetic Wave (Sóng điện từ)
• Bức xạ (radiation) điện từ tạo ra từ trường (Magnetic
Field) và điện trường (Electric Field).
• Hai trường này vng góc với nhau và hướng
di chuyển cũng vng góc với cả 2 trường.
• Mặt phẳng
xác định

của điện
trường sẽ
sự phân cực (polarization) của sóng


Các đặc tính của sóng điện từ
•
•
•
•

Wavelength (Bước sóng)
Frequency (Tần số)
Amplitude (Biên độ)
Phase (Pha)


Các đặc tính của sóng điện từ



Các đặc tính của sóng điện từ
• Wavelength (Bước sóng)
– Khoảng cách giữa 2 đỉnh của hình sóng
– Khoảng cách lan truyền được trong 1 chu kỳ (cycle)

– Tần số tỷ lệ nghịch với bước sóng (tần số càng cao thì bước
sóng càng ngắn và ngược lại)
– Tín hiệu có bước sóng ngắn sẽ suy hao nhanh hơn khi lan
truyền


Các đặc tính của sóng điện từ
• Frequency (Tần số)
–
–
–
–

Số lượt dao động của sóng trong 1 giây
1 hertz (Hz) = 1 cycle per second
1 kilohertz (KHz) = 1,000 cycles per second
1megahertz
(MHz) =
1,000,000
(million)
cycles per second
– 1gigahertz
(GHz) =
1,000,000,000 (billion)

cycles per second
Sóng được đặc trưng bởi tần số và bước sóng

v  f


Các đặc tính của sóng điện từ
• Amplitude (Biên độ):
Cường độ/ mức năng
lượng của tín hiệu
• λ là bước sóng
• Y là biên độ
(amplitude)
• Biên độ truyền: biên độ
ban đầu tại transmitter
• Biên độ nhận: cường độ
sóng nhận được.


Các đặc tính của sóng điện từ
• Phase (Pha)
– Sự khác biệt (đo bằng độ)
giữa các sóng hình sin
chồng lên nhau
• Lệch pha (Out of phase)

– Đo từ 0-360 độ
• 0 cựng pha (in phase)
ã 90
lch pha

ẳ
(quarter out
of phase)
• 180 – hủy tín hiệu ban đầu
(cancels out original)


Tốc độ, bước sóng và tần số
• Tốc độ ánh sáng = Bước sóng x Tần số
= 3 x 108 m/s = 300,000 km/s


Phổ điện từ - Electromagnetic Spectrum
• Phổ điện từ (Electromagnetic Spectrum) là thuật ngữ
được sử dụng để mơ tả tồn bộ dải tần số của bức xạ
điện từ, từ 0 đến vơ cực.
• Phổ (Spectrum) đại diện cho 1 qng tần số
(frequency range)


Phổ điện từ


Sóng vơ tuyến (Radio wave)
• Sóng radio là sóng điện từ có bước sóng lớn hơn 1 mm.
(Sóng điện từ có tần số thấp hơn 300 GHz).
• Trong phạm vi này, sóng có thể được dùng để truyền
thơng.
• Hầu hết cơng nghệ truyền thơng khơng dây đều dùng
sóng radio, và từ ‘wireless’ và ‘radio’ thường được hiểu

như nhau.


Sóng vơ tuyến (Radio wave)
• Để truyền dữ liệu từ điểm này đến điểm khác, dữ liệu
phải được biểu diễn dưới dạng tín hiệu:
– Điện thế chạy qua dây cáp bằng đồng.
– Xung ánh sáng truyền qua cáp quang
– Bức xạ vơ tuyến truyền qua khơng khí


Phân loại sóng vơ tuyến
Loại sóng

Tần số

Bước sóng

Sóng dài và cực dài
Sóng trung

3-300kHz
0,3-3MHz

100km-1km
1000m-100m

Sóng ngắn

3-30MHz


100m-10m

Sóng cực ngắn

30-3000MHz

10m-0,01m

• Dao động điện từ tần số nhỏ  bức xạ rất yếu  không có khả
năng truyền đi xa.
• Trong thơng tin vơ tuyến, sử dụng những sóng có tần số từ hàng
nghìn hec trở lên, gọi là sóng vơ tuyến.
• sóng càng ngắn (tức là tần số càng cao) thì năng lượng sóng càng
lớn


Phân loại sóng vơ tuyến
• Các sóng dài ít bị nước hấp thụ  được dùng để thông tin dưới
nước, ít được dùng để thơng tin trên mặt đất.
• Các sóng trung truyền dọc theo bề mặt của trái đất. Ban ngày
chúng bị tầng điện li hấp thụ mạnh, nên không truyền được xa.
Ban đêm, tầng điện li phản xạ các sóng trung nên chúng truyền
được xa. Vì vậy ban đêm nghe đài bằng sóng trung rõ hơn ban
ngày (Ground wave )


Phân loại sóng vơ tuyến
• Các sóng ngắn có năng lượng lớn hơn sóng trung. Chúng được tầng
điện li phản xạ về mặt đất, mặt đất phản xạ lại lần thứ hai tầng điện

li phản xạ lần thứ ba v.v… Vì vậy một đài phát sóng ngắn với cơng
suất lớn có thể truyền sóng đi mọi địa điểm trên mặt đất (Phát thanh
ở phạm vi quốc tế- Sky wave)
• Các sóng cực ngắn có năng lượng lớn nhất, khơng bị tầng điện li
hấp thụ hoặc phản xạ, có khả năng truyền đi rất xa theo đường
thẳng, và được dùng trong thơng tin vũ trụ. Vơ tuyến truyền hình
dùng các sóng cực ngắn, không truyền được xa trên mặt đất. Muốn
truyền hình đi xa, người ta phải làm các đài tiếp sóng trung gian,
hoặc dùng vệ tinh nhân tạo để thu sóng của đài phát (Điện thoại di
động, hệ thống vệ tinh, … - Space Wave)


Phân loại sóng vơ tuyến
Ground wave: Sóng mặt đất
Space wave: Sóng khơng gian
Sky wave: Sóng trời
Troposphere: tầng đối lưu
Stratosphere: tầng bình lưu
Mesosphere: tầng giữa
Ionosphere: tầng điện ly


Dải tần số ứng dụng trong phương tiện
truyền thông vô tuyến.
Dải tần

Tên

<20KHz
20-30 KHz

30-300KHz
300-3000KHz
3-30MHz
30-300MHz
300-3000MHz
3-30GHz
30-300GHz
Tia hồng ngoại
Ánh Sáng
Tia cực tím
Tia X

ELF
VLF
LF
MF
HF
VHF
UHF
SHF
EHF

Dữ liệu tương tự
Dư liệu số
Ứng dụng
Sự biên Độ rộng dải Sự điều Tốc độ dữ
thiên
tần
biến
liệu

Tiếng nói, kênh thoại
Âm thanh
ASK ,FSK 0.1-100b/s
Hàng hải
AM
4KHz
ASK ,FSK 10-1000b/s Phát thanh
AM
4KHz
ASK ,FSK 10-3000b/s Sóng ngắn
AM,FM 5Khz-5Mhz FSK,PSK 100kb/s
Truyền hình
FM
20MHz
PSK
10Mb/s
Truyền hình
FM
500MHz
PSK
100Mb/s Sóng vệ tinh
FM
1GHz
PSK
750Mb/s


Băng thơng - Bandwidth
• Bandwidth (BW)
• – Là sự khác biệt giữa tần số mức cao và tần số mức

• thấp trong 1 dải tần số liên tục


SỰ LAN TRUYỀN VÔ TUYẾN
(RADIO
PROPAGATION)


Antenna
• Một anten là 1 thiết bị dẫn hoặc 1 hệ thống thiết bị dẫn
có thể làm những việc sau:
– Truyền (Transmission)
điện từ vào khơng khí

–

phát

năng

lượng

– Nhận (Reception) – thu thập năng lượng điện từ từ khơng
khí

• Trong 1 hệ thống truyền thơng 2 chiều, 1 anten có thể
được sử dụng để truyền và nhận.


Phân loại Antenna

• Anten đẳng hướng (Isotropic antenna)
– Phát ra năng lượng như nhau theo mọi hướng

• Anten lưỡng cực (Dipole antenna)
– Half-wave dipole antenna (hoặc Hertz antenna)
– Quarter-wave verticalantenna
(hoặc Marconi
antenna)

• Anten định hướng (Directional Antenna)


Phân loại Antenna