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).
Trang 1BỘ 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
(BẢN TÓM TẮT)
ĐỀ TÀI:
KHẢO SÁT HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH
VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG THU CATV
CHO MỘT KHÁCH SẠN
Giáo viên hướng dẫn : ThS TRẦN VĨNH AN
Sinh viên thực hiện : NGUYỄN ĐỨC TỚI
TP HỒ CHÍ MINH Tháng 3 – 2000
Trang 2GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT VỀ LUẬN VĂN VÀ LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
* Giới thiệu khái quát;
Như tựa đề của cuốn luộn văn đã khái quát phần nội dung chính của đề tài là bao gồm 2 phần chính như sau:
Phần 1: KHẢO SÁT HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH
Chương 1: Tìm Hiểu Hệ Thống Thông Tin.
Nội dung của phần này đề cập đến các vấn đề như sự hoạt động của vệ tinh như thế nào, làm thế nào để truyền dữ liệu từ nơi này đến nơi khác thông qua 1 thiết bị gọi là Vệ Tinh Thông Tin
Chương 2: Truyền Hình Vệ Tinh.
Chương này đề cập đến một số phương thức , kỹ thuật xử lý tín hiệu truyền hình để truyền qua vệ tinh ra sao
Chương 3: Máy Thu Hình Vệ Tinh TVRO.
TVRO là loại thiết bị chỉ thu, nguyên lý hoạt động và cách thức sử lý tín hiệu như thế nào
Phần 2 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG THU CATV CHO 1 KHÁCH SẠN
Phần này nhằm thiết kế 1 hệ thống thu tín hiệu truyền hình từ vệ tinh và phân phối đến các thuê bao là các TV của khách sạn
Phần Phụ Lục
Để bổ sung nội dung cho một số vấn đề cần làm sáng tỏ trong phần nội dung chính của đề tài
* Lý do chọn đề tài:
Được sự định hướng và hướng dẫn của giáo viên hướng dẫn cùng với mong muốn được mở rộng tầm hiểu biết về 1 lĩnh vực mới so với những kiến thức đã học được ở trường nên em đã chọn
đề tài này làm luận văn tốt nghiệp của mình
Trang 3MỤC LỤC
Chương 1: TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH -trang1 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 1 1.1.1.2 Các đặc điểm của thông tin vệ tinh -trang 2 1.1.1.3 Cấu hình của các vệ tinh thông tin -trang 4 1.1.1.4 Quỹ đạo của vệ tinh -trang 5 1.1.1.5 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 6 1.1.2.2 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 9 1.2.4.2 Phân cực thẳng -trang 9 1.2.4.3 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 11 1.2.5.2 Sự tiêu hao trong không gian tự do -trang 11 1.2.5.3 Cửa sổ vô tuyến -trang 12 1.2.5.4 Tạp âm trong truyền lan sóng vô tuyến -trang 12 1.2.5.5 Sự giảm khả năng tách biệt phân cực chéo do mưa -trang 13 1.2.5.6 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 16 1.3.1.2 Các loại điều chế -trang 16
1.3.2 Hệ Thống Kênh Truyền -trang 17
1.3.2.1 Đa truy nhập -trang 17 1.3.2.2 Đa truy nhập phân chia theo tần số: FDMA -trang 17 1.3.2.3 Đa truy nhập phân chia theo thời gian: TDMA -trang 18 1.3.2.4 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 20 1.3.3.2 Kỹ thuật đồng bộ TDMA -trang 21 1.3.3.3 Sửa lỗi mã -trang 22 1.3.3.4 Kỹ thuật điều khiển lỗi -trang 23 1.3.3.5 Các chỉ tiêu trong truyền dẫn -trang 23
1.3.4 Vấn Đề Nhiễu Trong Đường Truyền -trang 24
1.3.4.1 Nhiễu khác tuyến -trang 24 1.3.4.2 Nhiễu cùng tuyến -trang 26
Trang 41.3.4.3 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 29 1.4.1.2 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 31 1.4.2.2 Phân loại các bộ khuếch đại công suất cao -trang 31 1.4.2.3 Cấu hình của một máy phát -trang 32 1.4.2.4 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 33 1.4.3.2 Nhiệt tạp âm -trang 33 1.4.3.3 Các loại khuếch đại tạp âm thấp -trang 34 1.4.3.4 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 38 1.4.4.2 Phân loại anten -trang 39 1.4.4.3 Hệ thống quay bám vệ tinh -trang 40 1.4.4.4 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 43 2.1.2 Truyền hình qua TVRO -trang 43
2.2 Các Hệ Truyền Hình -trang 43
2.2.1 Hệ NTSC -trang 43 2.2.2 Hệ SECAM -trang 43 2.2.3 Hệ PAL -trang 44 2.2.4 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 52 2.4.2 Biến đổi số qua tương tự DAC -trang 52
2.5 Giảm Tốc Độ Bit Của Tín Hiệu Video Số -trang 53
2.5.1 Phương pháp DPCM -trang 55 2.5.2 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 3.1.2 Địa cực và địa từ -trang 63 3.1.3 Góc ngẩng, góc phương vị và góc phân cực -trang 64 3.1.3.1 Góc ngẩng -trang 64 3.1.3.2 Góc phương vị -trang 66 3.1.3.3 Góc phân cực -trang 67
3.2 Trạm Thu Hình Vệ Tinh TVRO -trang 67
Trang 53.2.1 Sơ đồ khối -trang 67 3.2.2 Aten và phễu thu sóng -trang 71 3.2.2.1 Chảo parabol -trang 71 3.2.2.2 Phễu thu sóng- Feedhord -trang 76 3.2.2.3 Trụ và giá đỡ anten -trang 79 3.2.3 Bộ khuếch đại dịch tần và máy thu TVRO -trang 81 3.2.3.1 Bộ khuếch đại dịch tần -trang 81 3.2.3.2 Khối thu vệ tinh -trang 83 3.2.3.3 Tuner vệ tinh (Máy thu TVRO) -trang 85 3.2.4 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 91 1.2 Yêu cầu cụ thể -trang 92
2 Mô Hình Thiết Kế -trang 92
3 Lựa Chọn Thiết Bị Và Tính Tốn Chi Tiết -trang 99
3.1 Chọn anten -trang 99 3.2 Chọn bộ LNA và LNB -trang 99 3.3 Chọn máy thu TVRO -trang 99 3.4 Chọn bộ Booter -trang 99 3.5 Chọn Cable -trang 99 3.6 Chọn các bộ phân chia đường -trang 99 3.7 Tính tốn suy hao -trang 100 3.8 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 103 4.2 Kế hoạch lắp đặt -trang 103 4.3 Cho các thiết bị khởi động -trang 106 4.4 Bảng thống kê thiết bị -trang 108
PhuÏ lục A: Mộ Số Kỹ Thuật Điều Chế Trong Thông Tin Vệ Tinh
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 TTVT
Phu lục D: Các Chữ Viết Tắt Và Tài Liệu Tham Khảo
Trang 6KHÁI QUÁT VỀ THÔNG TIN VỆ TINH
1 Khái quát một hệ thống thông tin vệ tinh
Một hệ thống thông tin vệ tinh phải bao gồm ít nhất 1 trạm phát, 1 vệ tinh và 1 trạm thu như sau:
Đường phát từ trạm mặt đất lên vệ tinh gọi là đường lên (Up link) Đối với băng C là 6GHz, băng Ku là 14GHz và băng Ka là 30GHz
Đường phát từ vệ tinh xuống mặt đất gọi là đuờng xuống (Down link) Đối với băng C là 4GHz, băng Ku là 11GHz và băng Ka là 20GHz
2 Việc thu phát chuyển tiếp của vệ tinh được thực hiện thông qua bộ chuyển đổi tần số Có hai
loại dịch tần cho băng C và băng Ku.
• Loại cho băng C có sơ đồ như sau:
Trong đó:
1: Receiver Antenna (6GHz)
2: LNA – GaAsFET Amplifier
3: Down Converter
4: Local Oscillator (2225MHz)
5: RF Bandpass filter (4GHz)
6: RF Preamp GaAsFET or TWTA
7: HPA – TWTA or SSPA
8: Transmit Antenna (4GHz)
• Loại cho băng Ku có sơ đồ như sau:
1
3
4
1
3
4
7
8
11
Trang 7Trong đó:
1: Receiver Antenna (14GHz)
2: LNA – GaAsFET Amplifier
3: Down Converter
4: Local Oscillator (13GHz)
5: IF Bandpass filter (1GHz)
6: IF Amplifier (1GHz)
7: Up Converter
8: Local Oscillator (10GHz)
9: RF Bandpass filter (11GHz)
10: HPA
11: Transmit Antenna (11GHz)
3 Khi quan sát từ mặt đất người ta phân ra làm 2 loai vệ tinh Là vệ tinh quỹ đạo thấp và vệ tinh
địa tĩnh Như hình vẽ:
Quỹ
đạo
Elip
Quỹ đạo địa tĩnh
36.000 Km
1
1200
Trái Đất
Trang 8+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)
+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 giờ Do T bay của vệ tinh bằng T quay của Trái đất và cùng hướng (hướng Đông ), bởi vậy vệ tinh dường như đứng yên khi quan sát từ mặt đất; gọi là vệ tinh địa tĩnh
4 Qúa trình phóng vệ tinh
-Việc phóng vệ tinh 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
5 Cấu hình của 1 trạm mặt đất
Quỹ đạo chuyển tiếp ( Elip )
Quỹ đạo
chờ
Quỹ đạo trượt
Quỹ đạo địa
tĩnh
( Tròn)
Cận điểm
Viễn điểm
36.000 Km
Thiết bị bám
LNA Bộ đổi tần
xuống
Bộ khuếch đại IF Bộ
giải điều chế
Hệ thống fiđơ
HPA Bộ đổi tần
lên Bộ khuếch đại IF điều chếBộ
Thiết bị đa truy nhập
Bộ dao động
Bộ dao động
Thiết bị anten bám
Máy thu tạp âm thấp điều chế và giải điều chếThiết bị đa truy nhập
Máy phát công suất lớn
Trang 9Nguyên 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
TRẠM THU HÌNH VỆ TINH
* Sơ dồ khối trạm thu TVRO
Trạm thu hình vệ tinh bao gồm 2 phần chính là:
Thiết bị bên ngồi OUTDOOR gồm:
* Chảo anten parabol, đường kính chảo từ 0,6÷ 6m, tùy thuộc vào băng tần thu và cường độ trường tại điểm thu
* Phễu thu sóng, ống dẫn sóng và que phân cực
MÁY THU TVRO
Trang 10* Bộ khuyếch đại dịch tần nhiễu thấp, LNA hay LNB.
* Cơ cấu điều khiển chảo quay theo góc ngẩng và phương vị (Positioner)
* Cơ cấu điều khiển góc quay phân cực (Polarotor)
Thiết bị bên trong INDOOR gồm:
* Máy thu TVRO
* Mạch điện điều khiển góc quay của Polarotor và Positioner
* Bộ điều khiển từ xa và bộ nhớ
PHẦN THIẾT KẾ
1/ Mô hình thiết kế:
HEAD END
Provirding cable system
Trang 11HEARD END
UHF Antenna VHF Antenna Parabol AntennaSatellite 1 Parabol AntennaSatellite 2
RF AV
HEAD END
• Khối Head End thường gồm các thiết bị sau:
+ Anten thu ( UHF,VHF ,chảo Parabol) và các thiết bị phụ trợ cho Anten (nếu có) như: Polarotor dùng để điều khiển phân cực Anten Positioner để điều khiển góc ngẩng , góc phương vị ( Hoặc chỉ một trong hai chức năng)
+ Bộ khuyếch đại và dịch tần nhiễu thấp (LNAvà LNB) cho chảo Parabol , bộ RF BOOSTER cho Anten thu UHF / VHF
+ Máy thu dịch tần và điều chế AM cho ra tín hiệu hình RF ở băng tần cơ bản cấp cho máy thu hình dân dụng
+ Bộ Combiner để ghép các kênh RF từ bộ Booter và máy thu đưa tới
+ Bộ Amplifier : Đây là bộ khuếch đại dải rộng ,có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu đủ lớn để cung tín hiệu TV tới các thuê bao
+ Dây dẫn sóng cao tần ( cáp đồng trục 75 ôm) truyền dẫn tín hiệu từ đầu ra bộ dịch tần LNB tới máy thu
+ Ngồi ra để sử dụng hiệu quả các thiết bị người ta còn dùng một số bộ ghép nối phân đường ( NIF)
• Khối providing cable system bao gồm các thiết bị như :
+ Cáp đồng trục dải rọâng loại Indoor : Dùng truyền dẫn và phân phối tín hiệu ở băng tần cơ bản tới các thuê bao
+ Các bộ NIF,TAP,OUTLET và các bộ amplifier đường truyền (nếu có ) Tồn bộ các thiết bị khối này dùng loại Indoor
2/ Sơ đồ nguyên lý phần HEADEND
S 2
CHIA 4
1 R 2 R 3 R 4
M 1 CHIA XM 2 M 3 M 4
K/Đ ĐẦU VÀO
ch 7 ch 9 ch 21 ch 28 ch 31 ch 33 ch 35 ch 37 ch 39 ch 41 ch 43
ch 45
COMBINER
K/Đ ĐẦU VÀO
F
S 2
R 1 R 2 R 3 R 4
M 1 M 2 M 3 M 4 RF
Trang 13UHF Antenna
VHF Antenna
Parabol Antenna Satellite 1 Parabol AntennaSatellite 2
HEAD END
HEMR - 870G4 HEMR- 870G4
Trong thực tế để đáp ứng hnu cầu của khách sạn và các thiết bị hiện có trên thị trường ta có thể dùng một hệ thống HEADEND như sau:
3/ Đối với cáp phân phối thì có 2 kiểu thông dụng sau:
NIP-4DP
BW_40AS
R 1 R 2 R 3 R 4
M 1 M 2 M 3 M 4
NIF_8D
BW-40AS
NIP-4DP
COMBINER
R 1 R 2 R 3 R 4
M 1 M 2 M 3 M 4
COMBINER
NIF-3D
NIF
V
T P
NIF
Trang 144m 8m
OUTLET
8m
-Đối với loại cấu trúc hình xương cá : Có ưu điểm tiết kiệm được dây , nhưng sẽ phải dùng nhiều bộ chia nhánh hơn ( Tổn hao đường truyền lớn) và độ an tồn sẽ kém , chỉ cần 1
bộ chia nhánh hỏng sẽ mất tồn bộ tín hiệu cho các thuê bao sau nó, hoặc khi dây đứt cũng xẩy
ra trường hợp tương tự ) khó khăn cho sửa chữa thay thế
-Đối với loại cấu trúc hình cây : Tuy có tốn dây hơn nhưng nó khắc khục được các nhược điểm của loại cấu trúc hình xương cá
4/ Từ phân tích trên trong thiết kế này ta chọn cấu hình (b) Sơ đồ thiết kế cho mỗi tầng từ tầng 1 đến tầng 6 theo mặt cắt ngang như sau :
NIF_2D
NIF_4D NIF_4D
TV TV
Phòng ở
Hành lang
NIF_4D
TV
NIF_8D
NIF_4D
TV TV
TV
TV
TV
TV
TV
SAU ĐÂY LÀ SƠ ĐỒ PROVIDING CABLE SYSTEM
