luận văn thiết kế hệ thống thông tin CATV cho 1 khach sạn

luận văn thiết kế hệ thống thông tin CATV cho 1 khach sạn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ

-LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

KHẢO SÁT HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH

VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG THU CATV

CHO MỘT KHÁCH SẠN

Sinh viên thực hiện : NGUYỄN ĐỨC TỚI

Giáo viên hướng dẫn : ThS TRẦN VĨNH AN

TP HỒ CHÍ MINH Tháng 3 – 2000

cosωC.t

LỜI CẢM TẠ

Để hoàn thành được đề tài này thì trước tiên em xin chân

thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

KỸ THUẬT, các thầy cô trong Ban chủ nhiệm KHOA ĐIỆN

và các thầy cô bộ môn đã tạo điều kiện cho em được học tập và đã

truyền thụ nhiều kiến thức cho em làm nền tảng học vấn trên con

đường công danh sự nghiệp của mình.

Sau đó là em vô cùng cảm ơn thầy Trần Vĩnh An là người thầy đã trực tiếp định hướng và hướng dẫn em nghiên cứu về một lĩnh vực khá là mới mẻ so với những kiến thức mà em đã học được ở trường, giúp em mở rộng tầm hiểu biết về một lĩnh vực đang phát triển với tốc độ rất là nhanh chóng và vô cùng hữu ích trong cuộc sống.

Sinh viên thực hiện.

Nguyễn Đức Tới

cosωC.t

DẪN NHẬP Ngày nay chúng ta đang sống trong một thế giới của thông tin, vấn đề giao tiếp giữa con người với con người ngày càng trở nên thuận lợi hơn và hoàn hảo hơn nhờ vào các hệ thống truyền tin đa dạng như hệ thống thông tin vô tuyến hay hệ thống thông tin hữu tuyến Các hệ thống này thật sự là phương tiện cực kỳ hữu ích vì nó có khả năng nối liền mọi nơi trên thế giới để vượt qua cả khái niệm về không gian và thời gian giúp con người gần gũi nhau hơn mặc dù quãng đường thì xa vạn dặm, giúp con người cảm nhận cảm nhận được cuộc sống hiện tại của thế giới xung quanh xảy ra mà không cần phải vất vả đi xa thông qua các phương tiện truyền thông như điện thoại hay truyền hình quốc tế.

Trước khi đề cập đến nội dung của đề tài thì ta dễ dàng nhận thấy bất cứ một vấn đề gì thì cũng luôn có hai mặt của nó đó là hai mặt ưu và khuyết điểm Hai hệ thống thông tin viễn thông nói trên cũng không nằm ngoài quy luật đó

Đối với hệ thông thông tin hữu tuyến thì nói chung chi phí lắp đặt thấp, có tính bảo mật cao, ít bị nhiễu trong đường truyền, Tuy nhiên vấn đề sử dụng thì không được thuận tiện cho lắm vì mỗi thiết bị đều phải nối vào đường dây, do đó vấn đề truyền tín hiệu đi xa khá là phức tạp nhất là các đường truyền xuyên lục địa.

Còn đối với hệ thống thông tin vô tuyến thì nó đã khắc phục được nhược điểm của hệ thống thông tin hữu tuyến và đó chính là ưu điểm tuyệt vời của nó đó chính là vấn đề truyền tin xuyên lục địa Và dĩ nhiên nó cũng có các nhược điểm như bị suy hao nhiều trên đường truyền, chi phí lắp đặt cao,

Ở nước ta thì hệ thống thông tin hữu tuyến nhìn chung cũng đã có từ lâu còn hệ thống thông tin vô tuyến thì mới phát triển trong những năm gần đây và cũng còn là mới mẻ đối với rất nhiều người Để giao lưu với thế giới thì lĩnh vực này hiện nay đang được quan tâm đầu tư phát triển mạnh mẽ.

cosωC.t

Từ những vấn đề đó mà đề tài chỉ đi sâu nghiên cứu khảo sát về hệ thống thông tin vô tuyến mà cụ thể là hệ thông thông tin vệ tinh Phần nội dung của đề tài được phân bố như sau:

Phần 1: Khảo sát về Hệ Thông Thông Tin Vệ Tinh , phần này nghiên cứu về vấn đề thông tin được truyền đi trong không gian qua một thiết bị gọi là Vệ Tinh Thông Tin như thế nào Tìm hiểu về các công nghệ được sử dụng để truyền tin ra sao.

Phần 2: Là thiết kế một hệ thống thu CATV (Cable Television), đây chính là hệ thống phân phối thông tin nhận được từ một trạm thu ở mặt đất đến các thiết bị sử dụng là các Television.

Ngoài ra còn có một phần phụ lục để bổ sung nội dung cho một số vấn đề cần được làm sáng tỏ trong phần nội dung của đề tài.

cosωC.t

BẢN NHẬN XÉT LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP

CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Họ và tên sinh viên : NGUYỄN ĐỨC TỚI

Lớp : 95KĐĐ

Giáo viên phản biện :

Tên đề tài : KHẢO SÁT HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG THU CATV CHO MỘT KHÁCH SẠN Nhận xét của giáo viên phản biện :

Giáo viên phản biện

cosωC.t

MỤC LỤC

Phần 1: KHẢO SÁT HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH

1.1 GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ THÔNG TIN VỆ TINH -trang1 1.1.1 Thông Tin Vệ Tinh -trang 1

1.1.1.1 Nguyên lý thông tin vệ tinh -trang 11.1.1.2 Các đặc điểm của thông tin vệ tinh -trang 21.1.1.3 Cấu hình của các vệ tinh thông tin -trang 41.1.1.4 Quỹ đạo của vệ tinh -trang 51.1.1.5 Quá trình phóng vệ tinh -trang 5

1.1.2 Các Hệ Thống Thông Tin Vệ Tinh -trang 6

1.1.2.1 Các hệ thống thông tin vệ tinh quốc tế -trang 61.1.2.2 Các hệ thông thông tin vệ tinh khu vực -trang 6

1.2 CÁC ĐẶC TÍNH TẦN SỐ TRONG THÔNG TIN VỆ TINH -trang6 1.2.1 Sóng Vô Tuyến Điện Và Tần Số -trang 6 1.2.2 Phân Định Tần Số -trang 6 1.2.3 Các Tần Số Sử Dụng Trong Thông Tin Vệ Tinh Cố Định -trang 7 1.2.4 Phân Cực Sóng Trong Thông Tin Vệ Tinh -trang 9

1.2.4.1 Khái niệm -trang 91.2.4.2 Phân cực thẳng -trang 91.2.4.3 Phân cực tròn -trang 9

1.2.5 Sự Truyền Lan Sóng Vô Tuyến Trong Thông Tin Vệ Tinh -trang 11

1.2.5.1 Khái niệm -trang 111.2.5.2 Sự tiêu hao trong không gian tự do -trang 111.2.5.3 Cửa sổ vô tuyến -trang 121.2.5.4 Tạp âm trong truyền lan sóng vô tuyến -trang 121.2.5.5 Sự giảm khả năng tách biệt phân cực chéo do mưa -trang 131.2.5.6 Sự nhiễu loạn do các sóng can nhiễu -trang 14

1.3 HỆ THỐNG ĐIỀU CHẾ VÀ TRUYỀN DẪN -trang16 1.3.1 Hệ Thống Điều Chế -trang 16

1.3.1.1 Khái niệm -trang 161.3.1.2 Các loại điều chế -trang 16

1.3.2 Hệ Thống Kênh Truyền -trang 17

1.3.2.1 Đa truy nhập -trang 171.3.2.2 Đa truy nhập phân chia theo tần số: FDMA -trang 171.3.2.3 Đa truy nhập phân chia theo thời gian: TDMA -trang 181.3.2.4 Đa truy nhập trải phổ: CDMA -trang 19

1.3.3 Kỹ Thuật Trong Truyền Dẫn -trang 20

1.3.3.1 Kỹ thuật đồng bộ -trang 201.3.3.2 Kỹ thuật đồng bộ TDMA -trang 211.3.3.3 Sửa lỗi mã -trang 221.3.3.4 Kỹ thuật điều khiển lỗi -trang 231.3.3.5 Các chỉ tiêu trong truyền dẫn -trang 23

cosωC.t

1.3.4 Vấn Đề Nhiễu Trong Đường Truyền -trang 24

1.3.4.1 Nhiễu khác tuyến -trang 241.3.4.2 Nhiễu cùng tuyến -trang 261.3.4.3 Suy hao do tạp âm -trang 26

1.4 TRẠM MẶT ĐẤT -trang29 1.4.1 Cấu Hình Của Một Trạm Mặt Đất -trang 29

1.4.1.1 Cấu hình và nguyên lý hoạt động -trang 291.4.1.2 Các công nghệ quan trọng đối với trạm mặt đất -trang 30

1.4.2 Công Nghệ Máy Phát -trang 31

1.4.2.1 Máy phát công suất cao -trang 311.4.2.2 Phân loại các bộ khuếch đại công suất cao -trang 311.4.2.3 Cấu hình của một máy phát -trang 321.4.2.4 Đặc trưng khả năng phát: EIRP -trang 33

1.4.3 Công nghệ Máy Thu -trang 33

1.4.3.1 Khuếch đại tạp âm thấp -trang 331.4.3.2 Nhiệt tạp âm -trang 331.4.3.3 Các loại khuếch đại tạp âm thấp -trang 341.4.3.4 Đặcn trưng khả năng thu: G/T -trang 37

1.4.4 Công Nghệ Anten Trong Thông Tin Vệ Tinh -trang 38

1.4.4.1 Yêu cầu đối với anten trong thông tin vệ tinh -trang 381.4.4.2 Phân loại anten -trang 391.4.4.3 Hệ thống quay bám vệ tinh -trang 401.4.4.4 Các tính chất về điện của một anten -trang 40

Chương 2: TRUYỀN HÌNH VỆ TINH -trang43 2.1 Các Phương Thức Truyền Hình Vệ Tinh -trang 43

2.1.1 Truyền hình trực tiếp:DBS -trang 432.1.2 Truyền hình qua TVRO -trang 43

2.2 Các Hệ Truyền Hình -trang 43

2.2.1 Hệ NTSC -trang 432.2.2 Hệ SECAM -trang 432.2.3 Hệ PAL -trang 442.2.4 Họ truyền hình Component MAC -trang 45

2.3 Biến Đổi Số Tín Hiệu Video -trang 51 2.4 Ưùng Dụng ADC-DAC Trong Truyền Hình -trang 52

2.4.1 Biến đổi tương tự qua số ADC -trang 522.4.2 Biến đổi số qua tương tự DAC -trang 52

2.5 Giảm Tốc Độ Bit Của Tín Hiệu Veo Số -trang 53

2.5.1 Phương pháp DPCM -trang 552.5.2 Mã chuyển vị -trang 56

2.6 Truyền Tín Hiệu Truyền Hình Qua Vệ Tinh -trang 57 2.7 Công Suất Máy Phát Hình Trên Vệ Tinh -trang 59 2.8 Vệ Tinh Và Các Thiết Bị -trang 62

Chương 3: MÁY THU HÌNH VỆ TINH TVRO -trang63

3.1 Một Số Khái Niệm Có Liên Quan Giữa Trái Đất Và Vệ Tinh -trang 63

3.1.1 Kinh tuyến và vĩ tuyến -trang 63

cosωC.t

3.1.2 Địa cực và địa từ -trang 633.1.3 Góc ngẩng, góc phương vị và góc phân cực -trang 643.1.3.1 Góc ngẩng -trang 643.1.3.2 Góc phương vị -trang 663.1.3.3 Góc phân cực -trang 67

3.2 Trạm Thu Hình Vệ Tinh TVRO -trang 67

3.2.1 Sơ đồ khối -trang 673.2.2 Aten và phễu thu sóng -trang 713.2.2.1 Chảo parabol -trang 713.2.2.2 Phễu thu sóng- Feedhord -trang 763.2.2.3 Trụ và giá đỡ anten -trang 793.2.3 Bộ khuếch đại dịch tần và máy thu TVRO -trang 813.2.3.1 Bộ khuếch đại dịch tần -trang 813.2.3.2 Khối thu vệ tinh -trang 833.2.3.3 Tuner vệ tinh (Máy thu TVRO) -trang 853.2.4 Lắp đặt, cân chỉnh và dò tìm vệ tinh -trang 88

THU CATV CHO 1 KHÁCH SẠN

1 Yêu Cầu Của Hệ Thống -trang 91

1.1 Khảo sát các điểm cần để thiết lập nơi thu -trang 911.2 Yêu cầu cụ thể -trang 92

2 Mô Hình Thiết Kế -trang 92

3 Lựa Chọn Thiết Bị Và Tính Toán Chi Tiết -trang 99

3.1 Chọn anten -trang 993.2 Chọn bộ LNA và LNB -trang 993.3 Chọn máy thu TVRO -trang 993.4 Chọn bộ Booter -trang 993.5 Chọn Cable -trang 993.6 Chọn các bộ phân chia đường -trang 993.7 Tính toán suy hao -trang 1003.8 Chọn máy khuếch đại công suất -trang 103

4 Lắp Đặt Và Triển Khai Hệ Thống -trang 103

4.1 Điều tra và nghiên cứu vị trí để thiết lập nơi thu -trang 1034.2 Kế hoạch lắp đặt -trang 1034.3 Cho các thiết bị khởi động -trang 1064.4 Bảng thống kê thiết bị -trang 108

PhuÏ lục A: Mộ Số Kỹ Thuật Điều Chế Trong Thông Tin Vệ Tinh

cosωC.t

Phụ lục B: Bảng Tra Cứu Các Đặc Tính Kỹ Thuật Của Các Thiết Bị Sử Dụng Trong Thiết Kế Hệ Thống CATV

Phụ lục C: Các Thông Số Bổ Sung Cho Phần Lý Thuyết Khảo Sát Hệ Thống TTVTPhu lục D: Các Chữ Viết Tắt Và Tài Liệu Tham Khảo

cosωC.t

Phần 1

KHẢO SÁT HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH

cosωC.t

1.1.1.1 Nguyên lý thông tin vệ tinh.

-Một vệ tinh, có khả năng thu phát sóng vô tuyến điện Sau khi được phóng vào vũ trụ dùng cho thông tin vệ tinh: khi đó vệ tinh sẽ khuyếch đại sóng vô tuyến điện nhận được từ các trạm mặt đất và phát lại sóng vô tuyến điện đến các trạm mặt đất khác Loại vệ tinh nhân tạo sử dụng cho thông tin vệ tinh như thế gọi là vệ tinh thông tin

-Khi quan sát từ mặt đất, sự di chuyển của vệ tinh theo quỹ đạo bay người ta thường phân vệ tinh làm hai loại:

+Vệ tinh quỹ đạo thấp : là vệ tinh chuyển động liên tục so với mặt đất, thời gian cần thiết cho vệ tinh để chuyển động xung quanh quỹ đạo của nó khác với chu kỳ quay của quả đất ( Loại này dùng vào việc nghiên cứu khoa học, quân sự … ta không đề cập tới trong các phần sau)

1200



Trái đất

Vệ tinh quỹ đạo thấp Vệ tinh địa tĩnh.

+Vệ tinh địa tĩnh: là vệ tinh được phóng lên quỹ đạo tròn ở độ cao khoảng 36.000 km so với đường kính xích đạo Vệ tinh này bay xung quanh trái đất 1 vòng mất 24

cosωC.t

Điều này cho phép xây dựng một mạng thông tin trên toàn Thế giới.

-Cấu hình khái quát của một hệ thống vệ tinh gồm:

Một vệ tinh địa tĩnh (trên quỹ đạo)Các trạm mặt đất (các trạm này có thể truy cập đến vệ tinh)Đường hướng từ trạm mặt đất phát đến vệ tinh được gọi là đường lên Đường vệ tinh đến trạm mặt đất gọi là đường xuống

Satellite

6.GHz: ……… ……… : 4.GHz -> Băng C

14.GHz: ……… ……… : 11 GHz ->Băng Ku30.GHz ……… ……: 20.GHz -> Băng Ka

1.1.1.2 Các đặc điểm của thông tin vệ tinh.

-Về đại thể các hình thức thông tin có thể được phân ra các loại như:

Thông tin hữu tuyến điện như: cáp đồng trục, cáp quang…

Thông tin vô tuyến điện sử dụng sóng vô tuyến điện nối liền nhiều nơi thế gơí vượt qua “thời gian” và “không gian” thông tin sóng ngắn, viba , vệ tinh…

-Thông tin vệ tinh có các ưu điểm sau:

+Có khả năng đa truy nhập+Vùng phủ sóng rộng+Ổn định cao, chất lượng và khả năng về thông tin băng rộng+Có thể ứng dụng tốt cho thông tin di động

+Hiệu quả kinh tế cao cho thông tin đường dài, xuyên lục địa

-Sóng vô tuyến điện phát đi từ một vệ tinh trên quỹ đạo địa tĩnh có thế bao phủ 1/3 toàn bộ bề mặt quả đất Bởi vậy các trạm mặt đất thuộc vùng đó có thể liên lạc với bất kỳ một trạm mặt đất nào thuộc vùng phủ sóng thông qua vệ tinh thông tin

-Kỹ thuật sử dụng một vệ tinh chung cho nhiều trạm mặt đất và việc tăng hiệu quả sử dụng của nó tới cực đại gọi là đa truy nhập (Đa truy nhập là phương pháp dùng một bộ phát đáp trên vệ tinh , chung cho nhiều trạm mặt đất).

-Yêu cầu đối với đa truy nhập: không để nhiễu giữa các trạm mặt đất Vì vậy phải phân chia tần số , thời gian (hoặc không gian ) của sóng vô tuyến điện để truyền tin tức , phải phân phối tần số, các khe thời gian một cách thích hợp cho từng trạm mặt đất

-Đa truy cập có thể phân ra 3 dạng như sau: (theo quan điểm ghép sóng mang)

FDMA: Frequency Division Multiple Access

cosωC.t

TDMA: Time Division Multiple AccessCDMA: Code Division Multiple Access

- FDMA: là loại đa truy nhập được dùng phổ biến nhất trong thông tin vệ tinh; Các trạm mặt đất phát đi các sóng mang với các tần số khác với các băng tần bảo vệ thích hợp sao cho các băng tần không chồng lẫn lên nhau

-TDMA: một khung TDMA được chia ra theo thời gian, sao cho mỗi trạm mặt đất phát đi tần số sóng mang như nhau trong một khe thời gian đã được phân trong một chu kỳ thời gian nhất định

Bộ phát đáp

+Truyền tín hiệu một cách gián đoạn+Dự phòng một khoảng thời gian bảo vệ giữa các đài phát gián đoạn sao cho chúng không bị chồng lấn lên nhau

Vì vậy phải có một trạm chuẩn để phát đi tín hiệu chuẩn

-CDMA: là một phương pháp đa truy nhập, trong đó mỗi trạm mặt đất phát đi một tần số sóng mang như nhau, nhưng sóng mang này trước đó đã được điều chế bằng một mẫu bit đặc biệt quy định cho mỗi trạm mặt đất trước khi phát tín hiệu đã điều chế

Ơû loại này, ngay cả khi có nhiều tín hiệu điều chế được đưa vào một bộ phát đáp, tại trạm thu có thể tách tín hiệu cần thu bằng một mẫu bit đặc biệt để giải điều chế

-Nếu xét đa truy nhập theo quan điểm phân phối kênh thì có thể được chia ra làm hai loại là Đa truy nhập phân phối trước và đa truy nhập phân phối theo yêu cầu

+Đa truy nhập phân phối trước: là phương pháp truy nhập trong đó các kênh vệ tinh được phân bố cố định cho các trạm mặt đất khác, bất chấp có hay không các cuộc gọi phát đi

+Đa truy nhập phân phối theo nhu cầu: là phương pháp truy nhập trong đó các kênh vệ tinh được sắp xếp lại mỗi khi có yêu cầu thiết lập kênh được đưa ra từ các trạm mặt đất có liên quan

Nhược điểm của thông tin vệ tinh:

ABCD

- Với tổng chiều dài ở đường lên và đường xuống là trên 70.000Km thì thời gian truyền trễ là đáng kể ≈ ¼ giây mặc dù tốc độ truyền sóng rất cao 300.000Km/s.

-Sóng vô tuyến điện bị suy hao và hấp thụ ở tầng điện ly và khí quyển đặc biệt trong mưa

-> Để khắùc phục người ta thường chọn khoảûng tần số bị suy hao nhỏ nhất từ (1÷10) GHz gọi là khoảng “cửa sổ tần số” : Băng C

(d.B/Km)

2010

32

10.3o.20.1

-Tải nhiệm vụ bao gồm: Anten thu phát và bộ phát đáp

Trên là cấu hình của bộ phát đáp Nó thực hiện chức năng chính của vệ tinh thông tin là : thu sóng vô tuyến điện từ các trạm mặt đất, sau đó khuếch đại và biến đổi tần số của chúng rồi phát trở lại các trạm thu ở mặt đất Nó là một bộ phát đáp tích cực nhưng yêu cầu độ tin cậy cao, nhỏ gọn, tiêu thụ ít công suất và tự cung cấp công suất cần thiết

-Thân vệ tinh gồm chủ yếu các loại thiết bị như sau:

+Thiết bị điều khiển đo lường từ xa+Thiết bị điều khiển vệ tinh

+Bộ phận đẩy+Thiết bị điều khiển nhiệt

Cửa sổ vô tuyến

cosωC.t

+Cấu trúc con tàu vũ trụ

1.1.1.4 Quỹ đạo của vệ tinh địa tĩnh:

-Quỹ đạo của vệ tinh địa tĩnh là một đường tròn 3600 duy nhất xung quanh quả đất và có độ cao khoảng 36.000 km trên đường xích đạo nên nó là một nguồn tài nguyên có hạn Với đà phát triển hiện nay của thông tin vệ tinh, nó không chỉ giới hạn bởi các vệ tinh thông tin quốc tế, mà còn bao gồm một số vệ tinh nội địa và khu vực Cho nên vấn đề ùn tắc trên quỹ đạo địa tĩnh là một vấn đề lớn

-Vì vậy người ta thực hiện các biện pháp sau:

+Giới hạn một số vệ tinh phóng+Sử dụng lại tần số bằng cách dùng phân cực vuông góc+Sử dụng điều chế số nhiều mức, nhiều pha để tăng số bit truyền

1.1.1.5 Quá trình phóng vệ tinh.

-Mỗi vệ tinh được đưa lên quỹ đạo theo một trong hai cách sau:

+Dùng tên lửa đẩy nhiều tầng+Dùng phương tiện phóng sử dụng nhiều lần: tàu con thoi

-Ta xét 1 ví dụ về việc phóng vệ tinh dùng tên lửa đẩy 3 tầng:

Đầu tiên vệ tinh được phóng lên quỹ đạo chờ, nhờ sử dụng tầng thứ nhất và thứ hai Đó là quỹ đạo tròn có độ cao ( 200 ÷ 300 km) so với mặt đất

Sau đó được đưa lên quỹ đạo chuyển tiếp bằng sức đẩy của tầng thứ 3 Là quỹ đạo Elip có cận điểm là quỹ đạo chờ, viễn điểm là trên quỹ đạo địa tĩnh

Vệ tinh trên quỹ đạo chuyển tiếp được dưa vào quỹ đạo địa tĩnh tại viễn điểm bằng 1 tên lửa gọi là động cơ đẩy viễn điểm (AKM) đặt trong vệ tinh

Tuy nhiên vệ tinh đến đây không lập tức trở thành vệ tinh địa tĩnh, thực chất nó được đặt trên quỹ đạo trượt, ở gần quỹ đạo địa tĩnh, sau đó được đưa đến vị trí đã định trước và cuối cùng đạt tới điểm của quỹ đạo địa tĩnh cho hoạt động của bộ phận đẩy nhỏ



R=36.000Km

1.1.2 Các Hệ Thống Thông Tin:

Quỹ đạo chuyển tiếp( Elip )9(

Quỹ đạo

chờ

Quỹ đạo trượt

Quỹ đạo địa

tĩnh

( Tròn)

Cận điểm

Viễn điểm

cosωC.t

1.1.2.1 Các hệ thống thông tin quốc tế:

- INTELSAT: (International Telecommunications Satellite Organization)

+ Là một tổ chức quốc tế (tổ chức vệ tinh thông tin quốc tế) cung cấp các

dịch vụ thông tin vệ tinh trên toàn cầu, dựa trên cơ sở thương mại; Là một hệ thống toàn cầu mở cửa cho mọi quốc gia, không phân biệt hệ thống chính trị và trình độ phát triển kinh tế

+ Intelsat chia toàn bộ thế giới làm 3 vùng (khu vực) và phủ sóng tới tất cả các vùng này để cung cấp tất cả các dịch vụ đến mọi nơi trên trái đất Bao gồm vùng: Đại Tây Dương, Thái Bình Dương và Aán Độ Dương

+Đặc điểm của tổ chức Intelsat

Tư cách hội viên của mỗi nước gồm có: Chính phủ và Tổ chức khai thác thông tin

Tổ chức đưa ra quyết định cao nhất gồm có: Hội nghị của các nước ký hiệp ước và Hội nghị toàn thể của các bên tham gia

Bằng cách quản lý đó Intelsat cung cấp không chỉ các dịch vụ công cộng đến các trạm mặt đất tiêu chuẩn, mà còn cung cấp các mạch điện vệ tinh mềm dẻo, linh hoạt đáp ứng các đòi hỏi riêng biệt của người sử dụng

- INMARSAT: (International Marine Satellite Organization)

Là một tổ chức thông tin vệ tinh quốc tế mới được thành lập năm 1979 để khai thác quản lý tốt các dịch vụ thông tin hàng hải trên thế giới

1.1.2.2 Các hệ thống vệ tinh khu vực.

-Do nhu cầu của các nước và khu vực về thông tin ngày càng tăng, vì vậy ở Châu

Á, cũng như các nước xung quanh Việt nam có các vệ tinh thông tin địa tĩnh như sau (ngoài các vệ tinh quốc tế như: Intelsat I, V-F7, VA, VI):

+Chinasat 1,2 : Trung quốc+Asiasat 1 : Tổ chức vệ tinh Châu Á+Pataga B1, B2 : Indonesia

+Statstrosat 6, 14, 13 : Nga+Thaicom 1 : Thái lanCoi chi tiết các thông số ở phần phụ lục

1.2 ĐẶC TÍNH TẦN SỐ TRONGTHÔNG TIN VỆ TINH

1.2.1 Sóng vô tuyến điện và tần số :

-Sóng vô tuyến điện là một bộ phận của sóng điện từ, nó giống như sóng ánh sáng, tia hồng ngoại, tia X… sự khác nhau chỉ là tần số

1.2.2 Phân định tần số :

-Việc phân định tần số được thực hiện theo điều lệ vô tuyến ở mỗi khu vực của ITU ITU chia làm 3 khu vực:

+Khu vực 1 gồm: Châu Aâu, Châu Phi, Liên bang Xô viết cũ và các nước Đông Âu

+Khu vực 2: Các nước Nam và Bắc Mỹ

+Khu vực 3: Châu Á và Châu Đại Dương

-Tuy nhiên vẫn có một vài ngoại lệ, bảng sau chỉ rõ:

• Bảng tên và phân loại sóng:

cosωC.t

TT Dải tần số Băng tần Phân loại theo

Siêu âm , âm thanh

300 -> 3000 Hz ELF: Tần số cực

thấp

3 3 -> 30 KHz VLF: Tần số rất

thấp Sóng Mm (Chục nghìn

mét)

Vô tuyến hàng hải ,thông tin di động hàng hải

động hàng không

5 300 -> 3000 KHz MF:Tần số trung

bình

Sóng Hectomet(Trăm mét)

Thông tin hàng hải ,phát thanh , Thông tin quốc tế

(Chục mét) Thông tin quốc tế,phát thanh sóng ngắn ,TT di

thông vô tuyến thiên văn

1.2.3 Các tần số sử dụng cho thông tin vệ tinh cố định:

Việc phân định tần số cho các dịch vụ thông tin vệ tinh cố định, nghĩa là thông tin vệ tinh giữa các điểm cố định được trình bày như bảng sau:

Khoảng tần số (GHz) Dịch vụ thông tin vệ tinh cố định Dịch vụ giữa các vệ tinh

chung cho 3 khu vực

-R1, R2, R3 tương ứng với 3 khu vực do ITU phân định

-Băng C (6/4 GHz; cho đường lên ≈ 6 GHz, đường xuống ≈ 4 GHz):

Nằm ở khoảng giữa cửa sổ tần số, băng tần này ít bị suy hao do mưa, băng này trùng với hệ thống Viba dưới mặït đất Nó được sử dụng ở các hệ thống Intelsat, thông tin khu vực và nội địa

-Băng Ku [ các băng (14/12 và 14/11) GHz]:

Băng này được sử dụng tiếp sau Băng C cho viễn thông công cộng Được dùng nhiều cho thông tin nội địa và giữa các công ty Do tần số cao cho phép sử dụng các Anten kích thước nhỏ

-Băng Ka (30/20 GHz)

Vì tần số cao băng tần này cho phép sử dụng các trạm mặt đất nhỏ, sử dụng trong thông tin nội địa Nhưng suy hao lớn do mưa nên giá thành thiết bị tương đối cao, nhưng nó ít gây nhiễu cho hệ thống Viba số

-Bảng sử dụng các băng tần cho thông tin vệ tinh:

Dùng cho TT quốc tế& nội địa

(Bị suy hao do mưa)

(Bị suy hao nhiều do mưa)

1.2.4 Phân cực sóng trong thông tin vệ tinh

1.2.4.1 Khái niệm

-Trường điện từ của sóng vô tuyến điện đi trong môi trường truyền sóng sẽ dao động theo một hướng nhất định Phân cực sóng chính là hướng dao động của điện trường

cosωC.t

-Có hai loại sóng phân cực được sử dụng trong thông tin vệ tinh là sóng phân cực thẳng và phân cực tròn.

1.2.4.2 Sóng phân cực thẳng

-Một sóng phân cực thẳng có thể được tạo ra bằng cách dẫn các tín hiệu từ một ống dẫn sóng chữ nhật đến một anten loa Nhờ đó sóng phân cực theo kiểu thẳng đứng song song với cạnh đứng của anten loa

-Để thu được sóng này anten thu cũng cần phải bố trí giống tư thế của anten phát, như hình vẽ:

+Sóng phân cực tròn

-Sóng phân cực tròn là sóng khi truyền lan phân cực của nó quay tròn

-Có thể tạo ra loại sóng này bằng cách kết hợp hai sóng phân cực thẳng có phân cực vuông góc với nhau và có góc lệch pha là 900

-Sóng phân cực tròn là phân cực phải hay trái phụ thuộc vào sự khác pha giữa các sóng phân cực thẳng là sớm pha hay chậm pha

-Phân cực quay theo chiều kim đồng hồ hay ngược kim đồng hồ với tần số bằng tần số sóng mang

-Đối với sóng phân cực tròn: tại nơi thu không cần chính hướng của loa thu

-Phần minh họa được thể hiện như sau:

Cáp đồng trục

Sóng phân cực ngang Sóng phân cực đứng Hướng đi của sóng

cosωC.t

Sóng phân cực tròn

Sóng phân cực tròn phía tay phải

cosωC.t

1.2.5 Sự truyền lan sóng trong thông tin vệ tinh:

1.2.5.1 Khái niệm

-Ta biết hiện không có một môi trường truyền sóng nào là lý tưởng, mà khoảng cách từ trạm mặt đất tới vệ tinh lại rất xa, vì thế sự suy hao là đáng kể Ngoài ra sóng vô tuyến điện trong thông tin vệ tinh chịu ảnh hưởng của các tác động như tiêu hao do sóng bị hấp thụ ở tầng điện ly, khí quyển và mưa Đồàng thời sẽ bị can nhiễu bởi tầng điện ly, khí quyển, mưa và trên mặt đất.(Bảng quan hệ giữa tần số và suy hao trang sau)

1.2.5.2 Tiêu hao trong không gian tư ï do

-Trong thông tin vệ tinh sóng vô tuyến điện đi qua khoảng không vũ trụ , gần như chân không

-Trong một môi trường như vậy có rất ít chất có thể suy hao sóng hoặc làm lệch hướng truyền lan của nó Sự suy hao sóng gây ra chỉ do sự khuyếch tán tự nhiên của nó Môi trường như vậy gọi là không gian tự do

-Khi sóng vô tuyến điện truyền trong không gian tự do thì tỷ số công suất phát trên công suất thu tại điểm cách nơi phát một khoảng R(m) sẽ là:

γ= (4πR/λ )2

Với λ là bước sóng của sóng vô tuyến điện

-Tỷ số này gọi là tiêu hao trong không gian tự do.Tỷ số này chỉ đúng khi anten thu và phát là vô hướng ( có hệ số bằng tăng ích = 0 dB)

Nói chung trên đường truyền thì cả anten phát và thu đều có một trị số tăng ích khác [O] nên tỷ số thực của công suất phát trên công suất thu nhỏ hơn tiêu hao trong không gian tự do (α) một lượng bằng hệ số tăng ích

Dễ thấy: γ ~ R2

-Trong thông tin vệ tinh thì hầu hết sự truyền lan sóng đi trong không gian là chân không nên sự suy hao đường truyền có thể coi như là bằng (α) Tuy vậy R lớn ( 36.000 km) nên suy hao lớn Do vậy cần sử dụng các máy phát công suất lớn và máy thu độ nhạy cao, cũng như anten thu, phát phải có hệ số tăng ích cao

1.2.5.3 Cửa sổ vô tuyến:

-Sóng vô tuyến điện trong thông tin vệ tinh ngoài suy hao đường truyền do cự ly

xa còn chịu ảnh hưởng của tầng điện ly và khí quyển

+Ta biết tầng điện ly cách mặt đất 50 ÷400km là một lớp không khí loãng bị ion hóa bởi các tia vũ trụ và nó có tính chất hấp thụ và phản xạ sóng Tuy nhiên nó chỉ ảnh hưởng nhiều với băng sóng ngắn, tần số càng cao thì càng ít bị ảnh hưởng Các tần số ở băng sóng viba không bị ảnh hưởng bởi tầng điện ly nên chúng được sử dụng cho thông tin vệ tinh

+Trong khí quyển cần phải tính đến ảnh hưởng của không khí , hơi nước và mưa, nhưng với các tần số ≤ 30 GHz có thể bỏ qua, vì thế chúng được tận dụng triệt để trong thông tin vệ tinh

cosωC.t

Hệ số tăng

-Từ đồ thị ta thấy sóng truyền trong khoảng tần số giữa 1÷10 GHz thì suy hao kết

hợp do tầng điện ly và mưa là không đáng kể Hay còn gọi là “Cửa sổ tần số vô tuyến” Nếu sóng trong cửa sổ vô tuyến sử dụng cho thông tin vệ tinh thì tiêu hao truyền lan gần bằng tiêu hao trong không gian tự do, do đó cho phép thiết lập các đường thông tin vệ tinh ổn định

-Tuy nhiên dải tần này lại được sử dụng cả cho các đường thông tin viba trên mặt

đất Muốn các trạm mặt đất ( không bị can nhiễu với các trạm viba) ta phải xác định vị trí cũng như tần số hoạt động một cách khoa học

1.2.5.4 Tạp âm trong trong truyền lan sóng vô tuyến điện:

-Các chất khí (của khí quyển) và mưa không chỉ hấp thụ sóng vô tuyến điện mà còn là các nguồn bức xạ tạp âm nhiệt Tạp âm do các chất khí trong khí quyển ảnh hưởng không nhiều đến sự lan truyền sóng vô tuyến ở thông tin vệ tĩnh so với suy hao lớn do tạp âm gây ra do mưa Vì vậy trong khi thiết kế đường thông tin ngoài việc tính sự suy hao của sóng còn phải tính thêm tạp âm do mưa

-Hình sau cho thấy sự tăng tạp âm do mưa:

-Cũng có tạp âm mặt đất phát sinh trong khi truyền lan sóng Đây là tạp âm nhiệt gây ra bởi quả đất, gần như nhiệt bề mặt của mặt đất Ở phía trạm mặt đất, bức xạ anten huớng lên bầu trời do đó tạp âm từ mặt đất sẽ không ảnh hưởng nhiều đến trạm Tuy nhiên ở phía vệ tinh, bức xạ hướng tới mặt đất nên có ảnh hưởng nhiệt tạp âm của mặt đất đối với vệ tinh là 2500 k÷ 3000k

Nhiệt tạp âm (0K)300

250200150100 50 0

Suy hao

do mưa

Suy hao do tầng điện ly

Cửa sổ vô tuyến

cosωC.t

1.2.5.5 Sự giảm khả năng tách biệt phân cực chéo do mưa:

Điện trường của hai sóng vuông góc với nhau đôi khi kết hợp với nhau thành một và tạo ra một sóng “phân cực chéo” Một sóng như vậy có thể dùng một anten để tách ra các sóng riêng biệt Tuy nhiên khi sóng đi qua mưa, các hạt mưa có hình dẹt sẽ làm nghiêng phân cực chéo, do đó sinh ra các thành phần vuông góc hỗn hợp trên thành phần mong muốn được gọi là “sự tách biệt phân cực chéo” Để hạn chế tác động giảm tách biệt phân cực chéo, người ta dùng cách sắp xếp xen kẽ tần số như ở hình vẽ cho ệ thống FM để truyền dẫn tín hiệu tivi Vì đối với tín hiệu điều tần, công suất của nó tập trung xung quanh trung tâm băng tần sử dụng, do đó với cách sắp xếp tần số như hình vẽ sẽ giảm sự hỗn hợp thành phần vuông góc bằng bộ lọc

Hạt mưa

Hướng trục lớn

Hạt mưa

OZ: Thành phần đồng phân cực sau khi đi qua hạt mưa

Ow: Thành phần phân cực chéo sau khi đi qua hạt mưa

*)-Sự khử phân cực gây ra do hạt mưa dẹt:

Công suất

*)-Phổ tần số sắp xếp xen kẽ

1.2.5.6 Sự nhiễu loạn do các sóng can nhiễu

a)-Sự can nhiễu với các vệ tinh bên cạnh

-Xảy ra hai vệ tinh ở gần nhau và khi đó:

Sóng đi qua hạt mưa(Phân cực Elip)

Hướùng sóng tới hạt mưa(Phân cực thẳng)

Đường xuống can nhiễu xảy ra do anten phát của vệ tinh 2 chiếu vào trạm thu 1 và anen thu của trạm 1 cũng thu được hướng của vệ tinh 2.

+Tương tự cho đường lên can nhiễu (như hình vẽ) -Công suất của sóng can nhiễu giảm khi:

+Tăng góc bức xạ θ (giảm cường độ bức xạ)+Hệ số tăng ích của anten trạm mặt đất giảm

b)-Can nhiễu với đường thông tin viba trên mặt đất

-Có hai trường hợp với đường thông tin viba can nhiễu với một hệ thống thông tin vệ tinh là:

+Đường thông tin viba mặt đất cùng tần số làm việc với đường lên của hệ thống thông tin vệ tinh

+Đường thông tin viba mặt đất cùng tần số làm việc với đường xuống của hệ thống thông tin vệ tinh

-Trong trường hợp 1 anten của thông tin viba được điều khiển sao cho không hướng vào quỹ đạo vệ tinh địa tĩnh, như vậy can nhiễu được giảm nhỏ

-Trong trường hợp 2 việc chọn vị trí đặt trạm mặt đất thích hợp sẽ giảm được sự can nhiễu của tín hiệu viba

-Tương tự ta cũng cần quan tâm đến sự can nhiễu của hệ thống thông tin vệ tinh tới hệ thống viba

Cách khắc phục tốt nhất nếu có thể là ta tránh sự trùng lặp về tần số làm việc (hoặc kết hợp cả hai)

* Sự can nhiễu được mô phỏng như sau:

Tín hiệu can nhiễu

+ Mục đích của điều chế

-Nhờ điều chế tín hiệu phù hợp với môi trường thông tin để tăng khả năng chống nhiễu và giảm suy hao trên đường tryền

-Có khả năng ghép được nhiều kênh thông tin trên một môi trường truyền (tăng hiệu suất kênh truyền)

+ Giải điều chế là quá trình ngược của điều chế tín hiệu

+ Sơ đồ tóm tắt hệ thống như sau:

Trạm vi ba gây nhiễu với trạm thu vệ tinh

Trạm vi ba hướng lên quỹ đạo vệ tinh

Trạm thu vệ tinh

Vệ tinh thông tin

SỰ CAN NHIỄU TỪ HỆ THỐNG VI BA LÊN HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH

cosωC.t

Bên phát Bên thu

-Bộ biến đổi bên phát gọi là bộ điều chế

-Bộ biến đổi bên thu gọi là bộgiải điều chế

1.3.1.2 Các loại điều chế

Ta có bảng sau:

PFM: Pulse Frequency Modulation ( Điều chế tần số của xung )

ASK: Amplication Shift Key ( Khóa dịch chuyển về biên độ )

FSK: Frequency Shift Key ( Khóa dịch chuyển về tần số )

PCM: Pulse Code Moduation ( Điều chế xung mã được sử dụng thông dụng trong

điều chế và ghép kênh )

DM: Delta Modulation ( Dùng nhiều trong truyền số liệu )

MÁY

PHÁ T

Nguồn tạp âm

Bộ biến

đổi MÁY THU Bộ biến đổi Nguồn tin tức

cosωC.t

-Các tín hiệu điều chế số không được sử dụng trực tiếp để phát đi mà nó được điều chế tiếp ở dạng: ASK, FSK hoặc PSK) rồi mới phát đi.

Xem chi tiết trong phần phụ lục A

1.3.2 Hệ Thống Kênh Truyền

1.3.2.1 Đa truy nhập

-Là một phương pháp để cho nhiều trạm mạt đất sử dụng chung một bộ phát đáp Bao gồm:

+Đa truy nhập phân chia theo tần số (Frequency Division Multiple Access FDMA)

+Đa truy nhập phân chia theo thời gian (Time Division Multiple Access TDMA)+Đa truy nhập trải phổ (CDMA, SSMA)

( Ngoài ra còn phân loại theo kiểu khác là phân phối theo yêu cầu và phân phối trước)

1.3.2.2 Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA)

Đây là phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất Trong hệ thống này mỗi trạm mặït đất có dùng riêng một tần số phát không trùng với các trạm khác sao cho khoảng cách tần số giữa các trạm không bị chồng lấn lên nhau FDMA có thể sử dụng cho tất cả các hệ thống điều chế (điều chế số cũng tương tự)

Các trạm thu mặt đất muốn thu được tin tức phải dùng các bộ lọc dải tương ứng với tần số cần thu

Phương pháp này cho phép các trạm truyền dẫn liên tục mà không cần điều khiển định thời đồng bộ, thiết bị sử dụng kháù đơn giản Hiệu quả công suất của vệ tinh không quá tồi

Nhận xét: Phương pháp này thiếu linh hoạt trong việc thay đổi cách phân phối kênh

do: các kênh truyền dẫn được phân chia theo tần số quy định, khi muốn tăng số kênh bắt buộc phải giảm nhỏ băng thông nghĩa là thay đổi các bộ lọc dải đối với trạm thu Đồng thời phương pháp này tốn kém kênh truyền

Mô hình vẽ như sau:

Phát : f1 ,f2 ,f3Thu : f4 ,f5 ,f6

Phát f4 thu f1

Vệ tinh thông tin

Phát f5 thu f2

Phát f6 thu f3



cosωC.t

f1 f2 f3 f4 f5 f6

A -> B A-> C A->D B ->A C -> A D -> A

1.3.2.3 Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA)

Là một hệ thống các trạm thu mặt đất dùng chung một bộ phát đáp trên cơ sở phân chia thời gian Trước hết phải sử dụng một sóng mang điều chế số Hệ thống này thường định ra một khung thời gian gọi là khung TDMA Khung thời gian này sẽ chia ra làm nhiều khoảng tương ứng với mỗi trạm mặt đất

Mỗi trạm sẽ phát sóng theo theo khe thời gian của khung quy định Đồng thời giữa các khe thời gian cần một khoảng thời gian trống để tín hiệu các trạm không chồng nhau về thời gian tại trạm phát đáp

Tương tự tại các trạm thu mặt đất, để lấy được tin tức cần được xác định đúng khe thời gian để lấy sóng mang của chính nó

Đây là phương pháp có thể sử dụng tốt nhất công suất của vệ tinh Nó có thể thay đổi số khe cũng như độ rộng của khe thời gian trong khung mà không ảnh hưởng gì tới các thiết bị phần cứng

Hình ảùnh khung TDMA như sau:

1.3.2.4 Đa truy nhập trải phổ (CDMA) (Code Division Multiple Access - Đa truy

nhập phân chia theo mã)

-Khi cần gửi đi dữ liệu dạng nhị phân (hình a), để thực hiện điều chế PSK cho tín hiệu này trước hết người ta mã hóa các bit 0’, 1’ thành mã tốc độ cao hơn, sau đó đưa vào điều chế PSK như hình vẽ, như thế sẽ trải phổ của tín hiệu ra cả băng tần

-Hình (d) cho thấy việc sử dụng SSMA trong một bộ phát đáp

Một khe

Từ trạm chuẩnThời gian bảo vệ

Một khung

cosωC.t

( Đa truy nhập phân chia theo mã)

Các tín hiệu từ tất cả các trạm đều có cùng một vị trí trong bộ phát đáp cả về thời gian và tần số Phía thu thực hiện quá trình trải ngược lại, sử dụng mã giống như đã dùng trải phổ ở phía phát để thu lại tín hiệu ban đầu Điều này cho phép chỉ thu các tín hiệu mong muốn, ngay cả khi các sóng mang trải phổ với các mã khác đến cùng thời gian

Nhận xét:

-Hệ thống này có hiệu quả lớn chống lại can nhiễu từ các hệ thống khác, nó cũng tạo ra ít nhiều tới các hệ thống khác Tuy hiên hệ thống này cần độ rộng băng tần lớn và gây ra tạp âm nhiễu lẫn nhau khi nhiều trạm dùng chung một bộ phát đáp, vì thế dẫn tới dung lượng truyền dẫn trên bộ phát đáp rất nhỏ

-Bản tính năng của các hệ thống đa truy nhập cho ta sự lựa chọn thích hợp như sau:

FDMA - Thủ tục truy nhập đơn

cao

- Yêu cầu đồng bộ cụm

- Công suất trạm phát

- Có thể ứng dụng: SS-TDMA

c) Sóng đ/c : PSK

Đ iều chế lần hai

cosωC.t

- Linh hoạt trong việc thay

đổi thiết lập tuyến

mặt đất cao

- Chịu được sự thay đổi các

thông số khác nhau của

đường truyền dẫn

- Bảo mật tiếng nói cao

- Hiệu quả sử dụng băng tần kém

- Độ rộng băng tần truyền dẫn yêu cầu lớn

- Phù hợp với các hệ thống có trạm thu dung lượng nhỏ

1.3.3 Kỹ Thuật Trong Truyền Dẫn

1.3.3.1 Kỹ thuật đồng bộ:

Đồng bộ có nghĩa là tạo tần số đồng hồ để xác định vị trí bắt đầu và kết thúc của tin tức bao gồm:

+ Đồng bộ bit:

Phát đi các bit đồng bộ, bên thu sẽ tái tạo lại tín hiệu đồng hồ từ các tín hiệu thu được để tạo ra các vị trí bit giống nhau ở cả phía phát và thu

+ Đồng bộ khung:

Ơû hệ thống TDMA sẽ có nhiều kênh thông tin sử dụng một đường , nên phải xác định rõ ràng thứ tự các thông tin cho việc ghép kênh và phân kênh Các xung đồng bộ có chức năng chỉ ra điểm đầu của một khng được phát đi , đồng thời chỉ rõ thời điểm đóng mở các cổng phân kênh

Thứ tự phân kênh, ghép kênh định thời các thông tin được thiếp lập giống nhau ở cả hướng thu và phát Quá trình này được gọi là đồng bộ khung

+ Đồng bộ mạng

Để tạo được tần số đồng hồ như nhau trên toàn bộ mạng truyền dẫn

1.3.3.2 Kỹ thuật đồng bộ TDMA

bị trùng nhau tại mọi thời điểm

Đồng bộ trong hệ thống TDMA bao gồm đồng bộ sóng mang và đồng bộ cụm

a -Đồng bộ đồng hồ sóng mang:

Ơû đầu tín hiệu xung trong hệ thống TDMA có một phần gọi là “Phần mào đầu” chứa mã khôi phục sóng mang và mã khôi phục đồng hồ

Các mã này cho phép đồng hồ và sóng mang được khôi phục trong một thời gian ngắn tại một mạch khôi phục sóng mang và mạch khôi phục đồng hồ

b)-Đồng bộ cụïm:

-Bộ giải điều chế bắt đầu làm việc bình thường khi đã thiết lập đồng bộ đồng hồ sóng mang, nó sẽ tách ra các từ đồng bộ UW (Unique Word) là một chuỗi các bit có mẫu xác định trước

cosωC.t

-Mỗi một trạm phát được phân phối một mẫu khác Mỗi trạm thu nhận được các UW từ trạm chuẩn tại các khoảng thời gian cách đều nhau, thì các định thời chuẩn trong các khung được thiết lập và ta có thể thu được các tín hiệu cần thiết (đồng bộ thu).

-Khi đồng bộ thu đã được thiết lập thì cần phải xác định thời điểm phát Do khoảng cách từ các trạm phát tới vệ tinh khác nhau , thời gian truyền dẫn tín hiệu khác nên cần xác định thời điểm phát ngay sau khi thiết lập đồng bộ thu: gọi là sự thu nhận Sự thu nhận được chia làm: thu nhận vòng hở và vòng khép kín

+ Thu nhận vòng hở : Định thời phát cụm được xác định gần đúng thông qua tính toán dựa trên cơ sở đo lường hoặc đánh giá vị trí vệ tinh Một cụm ngắn chỉ chứa phần mào đầu được phát tại gần giữa khe thời gian được phân phối Ta sẽ có đồng bộ vòng khép kín khi cụm phát này được phát vòng trở lại từ vệ tinh và thu được

+ Thu nhận vòng kín: Một tín hiệu đặc biệt khi PN (tạp âm giả) được phát tại một mức thấp đến nỗi không gây ra nhiễu lớn, thậm chí nếu như nó chồng lẫn vào các cụm khác Thời điểm phát được xác định bằng việc so sánh tín hiệu thu phát trở lại từ vệ tinh tới vị trí cụm chuẩn

-Mỗi trạm mặt đất chuyển tới trạng thái thông tin bình thường sau khi thu nhận Tuy nhiên phải điều khiển liên tục để các cụm không chồng lên nhau Sự điều khiển này được gọi là “Đồng bộ phát” để phân biệt với sự thu nhận (đôi khi không phân biệt rõ ràng được) Đồng bộ phát cũng được chia làm 2 loại:

+ Đồng bộ vòng hở:

Đây là một phương thức để xác định thời điểm phát cụm, bằng cách tính toán khoảng cách từ vệ tinh xuống mỗi trạm mặt đất dựa trên cơ sở đo lường hoặc đánh giá vị trí vệ tinh Phương pháp này yêu cầu thời gian bảo vệ dài vì thiếu khả năng để đạt được đồng bộ chính xác cao nên hiệu quả sử dụng khung thấp

+ Đồng bộ vòng khép kín:

Ơû mỗi trạm thu cụm mà chính nó phát ra cụm này đã được phát trở lại từ vệ tinh Nó đối chiếu phát cụm bằng cách so sánh cụm đã vòng trở lại với cụm chuẩn, vì thế sẽ xác định khe thời gian của nó chính xác Có hai trường hợp đo lỗi định thời gian của cụm vòng trở lại:

Trường hợp 1: Trạm đo cụm mà nó đã phát

Trường hợp 2: Trạm chuẩn đo cụm đó và thông báo kết quả thông qua vệ tinh với trạm đã phát cụm

Thời gian bảo vệ

DATADATA

Sóng điều chế pha chế độ cụm

Phần

mở

đầu

cosωC.t

1.3.3.3 Sửa lỗi mã:

- Do tín hiệu nơi thu cực kỳ bé nên lỗi mã do tạp âm gây ra là không thể tránh khỏi

- Có hai cách sửa lỗi mã:

+ FEC (Forward Error Correction) dùng để sửa lỗi tại bên thu, trong đó chỉ có bên thu kiểm tra và xác định vị trí lỗi và sửa số liệu bị lỗi

+ ARQ (Automatic Repeat Request) là loại yêu cầu phát lại tự động, trong đó phía thu chỉ phát hiện các lỗi và yêu cầu phía phát lại số liệu

- Điện thoại và TV sử dụng FEC vì nó đòi hỏi thời gian thực, còn ARQ sử dụng trong truyền số liệu vì nó không cần thiết truyền dẫn theo thời gian thực

1.3.3.4 Kỹ thuật điều khiển lỗi:

- Khi truyền dữ liệu không đòi hỏi ở thời gian thực hiện một cách khắt khe như là thoại truyền hình Tuy nhiên nó lại đòi hỏi độ chính xác cao do đó người ta sử dụng sửa lỗi tại bên thu (FEC) khi cần thiết và yêu cầu ARQ,, thủ tục điều khiển số hiệu mức cao (HDLC) cũng được sử dụng

- Khi sử dụng các kỹ thuật này, phía phát phát đi một số gói nhất định tới phía thu, phía thu sẽ gửi lại thông báo kết quả phát hiện lỗi Thông tin theo kiểu này mất 0,5s trên mạch vệ tinh, trong thời gian này không thể phát được dữ liệu nên hiệu quả truyền dẫn giảm

- Khi có lỗi phía thu sẽ yêu cầu phát lại những thông tin bị lỗi bằng 2 phương pháp:

+ Phương pháp REJ

Khi phát hiện được lỗi ở nửa chừng, thì một khung REJ sẽ quay trở lại Và tất cả các khung kế tiếp khung bị lỗi đều được phát lại (hiệu quả thấp)

+ Phương pháp SREJ

Giống REJ chỉ khác là phía phát phát lại khung nào được báo lỗi (hiệu quả hơn REJ)

Phía phát Phía thu Phía phát Phía thu

Phát lại 13 Phát lại 111

a) Phương pháp REJ

b) Phương pháp SREJ

cosωC.t

1.3.3.5 Caực chổ tieõu trong truyeàn daón.

a Chổ tieõu chaỏt lửụùng

CCIR thiết lập các chỉ tiêu chất lợng cần thỏa mãn cho nhiều loại hình dịch vụ và các quá trình điều chế thực hiện Nhìn chung, nó đa ra ba ngỡng chất lợng không đợc phép vợt quá trong một phần trăm thời gian cho trớc

Đối với truyền hình, chỉ tiêu chất lợng đối với tất cả các truyền dẫn truyền hình khoảng cách xa (mặt đất hay vệ tinh) đợc nêu trong các khuyến nghị 567-1 và 568 Tức là, tỉ

số tín hiệu trên tạp âm (S/N) phải bằng hoặc lớn hơn 53dB trong 99% thời gian và 45dB trong 99,9% thời gian Thực tế các chỉ tiêu này không thể luôn đợc thỏa mãn trong các tuyến thông tin Tuy nhiên, các chỉ tiêu chất lợng này nói chung là dành cho các mạng hệ thống trong các tuyến quảng bá và không phản

ảnh thực tiển thiết kế hiện thời đối với các hệ thống vệ tinh dùng để phân phối chung hơn, đặc biệt là đối với các trạm mặt

đất nhỏ

Khi có thống kê suy hao do các điều kiện khí quyển, thì

có thể tính đợc tỉ số tín hiệu trên tạp âm mong muốn nhận đợc tại đầu vào máy thu trạm mặt đất cho các phần trăm khác nhau xác định trong chỉ tiêu chất lợng của CCIR Từ đó, suy ra tỉ

số tín hiệu trên tạp âm S/N hoặc BER tơng ứng và kiểm tra xem

b Caực chổ tieõu saỹn saứng

Một tuyến thông tin vệ tinh cố định thiết lập giữa các

đầu cuối của một tuyến chuẩn giả định hoặc đờng số chuẩn giả

định phải đợc xem là không sẵn sàng theo khuyến nghị 352.1 và 521-1, nếu nh hoặc nhiều điều kiện sau tồn tại ở một trong số các đầu cuối thu của tuyến lâu hơn 10 giây liên tiếp

- Truyền dẫn tơng tự, tín hiệu mong muốn đa vào tuyến đợc thu tại một đầu cuối khác ở một mức nhỏ nhất là 10dB dới mức mong muốn

- Truyền dẫn số, tín hiệu số bị ngắt ( có nghĩa là mất đồng bộ khung hoặc định thời khung

- Truyền dẫn tơng tự kênh thoại, công suất tạp âm không trọng số tại mức 0 tơng đối, với thời gian thích hợp là

Khuyến nghị 579 quy định tạm thời rằng độ sẵn sàng của ờng truyền đợc định nghĩa là (1- thời gian gián đoạn/ thời gian yêu cầu ) phải lớn hơn 99,8% trong một năm, khi chỉ xét

đ-đến gián đoạn do thiết bị

1.3.4 Vaỏn ẹeà Suy Hao va ứNhieóu Trong ẹửụứng Truyeàn

cosωC.t

1.3.4.1 Nhieóu khaực tuyeỏn.

Có bốn cách trong đó các tuyến thông tin vệ tinh có thể nhiễu với nhau

Trong số này nhiễu lớn nhất là xảy ra giữa tuyến viba mặt

đất và trạm mặt đất Nhiễu từ tuyến viba mặt đất lên đến hệ thống vệ tinh là không đáng kể Tuy nhiên, vì công suất thu của hệ thống thông tin vệ tinh là khá thấp, nên nhiễu tơng đối

từ tuyến viba mặt đất là khá cao Vì vậy, ta phải xem xét đầy

đủ khi thiết kế tuyến

Caực tuyeỏn nhieóu

Trong thiết kế tuyến thực tế, ta phải đặt trạm mặt đất sao cho nhiễu xảy ra ít nhất, với nhiễu C/N nhỏ nhất bằng cách

sử dụng các antenna có đặc tính búp phụ tốt

Một cách khác để tránh nhiễu là các đồi, các tòa nhà

nh một tấm chắn chống lại nhiễu các sóng vô tuyến Mặc dù mục tiêu cơ bản thiết kế tuyến đối với vệ tinh thông tin là để loại bỏ nhiễu, nếu điều này không thể thực hiện đợc, thì trong thiết kế tuyến phải bao hàm cả lợng nhiễu cho phép gặp phải

Nhiễu từ các tín hiệu khác có thể đợc xem nh là tơng

đ-ơng với tạp âm nếu nh mức công suất của tín hiệu là đủ thấp Sau đó, việc tính toán C/N có thể làm đối với tạp âm nhiễu ( I ), nh miêu tả dới đây:

Trớc tiên xác định C/I bằng phơng trình sau:

Traùm vi ba gaõy nhieóu vụựi traùm thu veọ tinh

Traùm vi ba hửụựng leõn quyừ ủaùo veọ tinh

Traùm TT veọ tinh

Veọ tinh thoõng tin

cosωC.t

Ta nhận thấy rằng, tạp âm nhiễu l đợc tính giống nh cách tính EIRP Nếu nh ta biết các đặc tính búp phụ antenna và các thông số nh khoảng cách đờng truyền đối với trạm gây nhiễu Nhiễu có thể đợc xác định bằng phép đo thực tế theo nhiều cách Ví dụ, trong thành phố nơi có nhiều vật cản phản xạ, nh các tòa nhà gần trạm , thờng nhiễu không thể đánh giá đợc bằng cách tính toán, vì thế phơng pháp đo thực tế là không thể thiếu đợc Khi đó, thực hiện kết hợp C/I và C/N để tìm ra C/N+I bằng phơng trình sau:

(C/N+I) = -10log10(10-1/10.C/N + 10-1/10.C/I)

Nhieóu phaõn cửùc

Nhieóu keõnh laõn caọn

Đơn vị của C/N, C/I và C/N + I là dB, vì thế tổng của tạp

âm và nhiễu cần biến đổi thành một số thực Để xác định chất lợng tuyến từ C/N + I , thì thay thế C/N trong đặc tuyến C/N-BER hoặc đặc tuyến C/N-S/N bằng C/N + I

1.3.4.2 Nhiễu cùng tuyến.

Ta đã xét nhiễu từ các tuyến thông tin khác, nhng nhiễu cũng có thể đợc tạo ra ngay trong tuyến Loại đầu đợc gọi là nhiễu khác tuyến và loại sau đợc gọi là nhiễu cùng tuyến Nhiễu cùng tuyến có thể là do cả : Tạp âm nhiễu khử phân cực

và Tạp âm nhiễu kênh lân cận

Nhiễu khử phân cực xảy ra trong hệ thống thông tin phân cực kép Loại này bị chi phối bởi các đặc tính của antenna Mặc khác, đối với nhiễu kênh lân cận thì thành phần kênh lân cận có cùng phân cực với tuyến vệ tinh thông tin bị điều hởng bởi các đặc tính bộ lọc máy thu

Có thể triệt nhiễu kênh lân cận bằng một bộ lọc có đặc tính cắt nhọn, mặt khác có một giới hạn có thể thay đổi bao nhiêu XPD (khả năng phân biệt phân cực chéo) của antenna để triệt tạp âm nhiễu khử phân cực Nghĩa là, XPD của antenna khoảng 30dB, khoảng 50dB với một hệ thống điều chế FM dùng cách xen dòng cũng phải chú ý độ giảm XPD do ma tại tần số khoảng 10GHz

1.3.4.3 Suy hao do tap aõm.

Tạp âm nhiệt đợc tạo ra trong máy phát và nó kết hợp với tạp

âm bên ngoài đi vào antenna thu và tạp âm bên trong tạo ra từ trong máy thu, antenna và hệ thống fiđơ Mặc dù số lợng tạp âm

đợc tạo ra ở máy phát là đáng kể, nhng nó giảm dọc theo đờng

T

Sóng phân cực

đứng

Nhiễu

Nhiễu

Nhiễu

Nhiễu

Tần Tần

cosωC.t

truyền lan, vì thế không cần xét đến loại tạp âm này Tuy nhiên, ta cần xét đến loại tạp âm bên trong và bên ngoài.

a.Tạp âm bên ngoài

Tạp âm bên ngoài bao gồm tạp âm không gian, tạp âm bề mặt mặt đất, tạp âm khí quyển và tạp âm ma Tạp âm hiệu dụng tại trạm mặt đất chủ yếu là tạp âm ma, và phải coi là nguyên nhân chính gây suy hao tín hiệu Khi trời quang tạp âm gây ra

là do khí quyển và không gian.Tuy nhiên, ta thấy rằng tạp âm

có thể bỏ qua nó trong quá trình thiết kế tuyến sơ bộ Tạp âm

từ bề mặt của trái đất không ảnh hởng đến trạm mặt đất bởi vì

ta sử dụng antenna có hớng, nhng nó ảnh hởng đến vệ tinh thông tin vì antenna của nó có hớng về phía trái đất Nhiệt độ tạp

âm của tạp âm bề mặt trái đất thu bằng vệ tinh thông tin gần giống nh của bề mặt trái đất

âm Vì C/N là trị số ở đầu vào tại máy thu, nên ta phải biến

đổi tạp âm xảy ra tại antenna và trong hệ thống fiđơ thành một trị số tại điểm đầu vào máy thu

Tạp âm máy phát

Tạp âm bên trong

Máy thu

Taùp aõm maựy thu

Toồn hao heọ thoỏng phiủụ

Maựy thu

Suy hao heọ thoỏng phiủụ LF

Taùp aõm beõn ngoaứi

ẹửụứng phiủụ(oỏng daón soựng)

Thay đổi của mức tạp âm

Phân loại nguồn tạp âm đờng xuống

cosωC.t

Nhiệt tạp âm anten và tạp âm hệ thống fiđơ đợc xem nh là suy hao hệ thống fiđơ Ta có thể biểu diễn tạp âm tổng tại đầu vào máy thu bằng nhiệt tạp âm nh sau:

Công thức cho ta tính các tạp âm xảy ra trong mỗi phần quy về đầu vào Nói chung, tạp âm đợc tạo ra ở mọi nơi trong thiết bị, nhng chỉ dùng các trị số quy về đầu vào của các tạp

âm tạo ra tại mỗi đầu vào trong thiết bị

công suất tạp âm quy về đầu vào trong một điện trở, ở đó công

có nghĩa là công suất tạp âm bên trong gây ra bởi hệ thống fiđơ tăng lên Để ngăn chặn điều này cần thiết kế các phơng tiện sao cho có hệ thống fiđơ nhỏ nhất

Nguyên nhân chính gây ra tạp âm antenna là tạp âm nhiệt

trạm VSAT, ở đó có nhiệt tạp âm máy thu cao, có thể bỏ qua tạp

âm antenna, nhng trong một trạm mặt đất lớn, ngời ta sử dụng các máy thu chất lợng cao, vì thế ảnh hởng do tạp âm antenna

là lớn trong toàn bộ hệ thống

Nhiệt tạp âm đối với một máy thu bằng tổng nhiệt tạp âm gây ra trong mỗi phần Đối với các bộ khuếch đại nối tiếp, có thể biểu diễn tạp âm máy thu (TR) bằng phơng trình :

TR = T1 + (T2/G1) + (T3/G1.G2) + … + (TK/G1.G2.G3….GK)

Vì tín hiệu trở nên lớn hơn khi đi qua mỗi tầng khuếch

đại, nên tác động của tạp âm tại mỗi tầng lại nhỏ đi Nếu nh

hệ số khuếch đại của tầng đầu là đủ lớn, thì tạp âm xảy ra tại tầng thứ 2 và các tầng khuếch đại tiếp theo có thể bỏ qua Vì vậy, khi cần phải giảm tạp âm trong máy thu xuống nhỏ hơn nh

là trong hệ thống thông tin vệ tinh, thì phải sử dụng tầng khuếch đại đầu tiên có hệ số khuếch đại cao và có tạp âm thấp Vì vậy, các máy thu thông tin vệ tinh sử dụng bộ khuếch đại tạp âm thấp (LNA), với nhiệt tạp âm đầu vào tầng đầu tiên là

cosωC.t

Taùp aõm

nhieọt T1

Taùp aõm nhieọt T2

Taùp aõm nhieọt T3

Taùp aõm nhieọt TKTớn hieọu

c Tạp âm hệ thống

Tạp âm bên ngoài và tạp âm bên trong đều tồn tại trong một hệ thống, vì thế tạp âm tổng đối với hệ thống đó bằng tổng công suất tạp âm bên ngoài và bên trong của nó Điều này cho thấy ở phơng trình sau:

Phơng trình đợc sử dụng trớc hết là để tìm ra nhiệt tạp

âm của trạm mặt đất ở đờng xuống từ vệ tinh thông tin Đối với

đờng lên từ một trạm mặt đất tới vệ tinh, các nguyên nhân gây tạp âm chính là tạp âm máy thu và tạp âm ngoài ( tạp âm bề mặt mặt đất ) Vì thế, ta có thể bỏ qua tạp âm hệ thống fiđơ

và antenna Nh vậy, khi bỏ qua suy hao hệ thống fiđơ, thì có thể biểu diễn nhiệt tạp âm đối với đờng lên bằng phơng trình:

TSYS = TS + TR

thị chất lợng máy thu, nó có thể biểu thị bởi phơng trình:

Boọ Kẹ 1

G1 Boọ Kẹ 2G2 Boọ Kẹ 3G3 Boọ Kẹ KG

K

cosωC.t

G/T = GR - 10log(Tsys) - LR

1.4 TRẠM MẶT ĐẤT

1.4.1 Cấu Hình Của Một Trạm Mặt Đất

1.4.1.1 Cấu hình và nguyên lý họat động.

b Nguyên lý họat động

Khi phát : Một tín hiệu được gửi đi từ một thiết bị truyền dẫn trên mặt đất (gồm một bộ ghép kênh,…) được điều chế thông qua thiết bị đa truy nhập, điều chế và giải điều chế; tần số của tín hiệu đầu ra ( ở một tần số trung tần) được biến đổi ra sóng phát ở bộ đổi tần đường lên Công suất của tín hiệu này được khuếch đại lên đến mức yêu cầu nhờ bộ khuếch đại công suất cao, tín hiệu đầu ra của nó sẽ được anten bức xạ đến vệ tinh

Khi thu: Anten từ trạm mặt đất thu tín hiệu từ vệ tinh sau đó được máy thu tạp âm thấp khuếch đại đưa đến bộ đổi tần đường xuống và được biến đổi ra tần số trung tần Sau đó được đưa đến thiết bị thông tin trên mặt đất thông qua thiết bị đa truy nhập điều chế và giải điều chế

Thiết bị

bám

xuống Bộ khuếch đại IF giải điều chếBộ

Hệ thống

fiđơ

Thiết bị đa truy nhập

Bộ dao độngBộ dao động

Thiết bị anten bám

Máy thu tạp âm thấp Thiết bị đa truy nhập

điều chế và giải điều chế

Máy phát công suất lớn

cosωC.t