Nghiên cứu cơ chế truyền thông và xây dựng công cụ phân tích, xử lý số liệu internet trên thông tin trên thông tin liên lạc vệ tinh địa tĩnh

Điều chế, giải điều chế BPSK với tín hiệu thựcSơ đồ khối chức năng bộ phát, bộ thu điều chế QPSK Điều chế, giải điều chế QPSK với tín hiệu thực Sơ đồ khối bộ phát, phân bố tín hiệu, bộ t

PHAN TUẤN ANH

NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ TRUYỀN THÔNG VÀ XÂY DỰNG CÔNG

CỤ PHÂN TÍCH, XỬ LÝ SỐ LIỆU INTERNET TRÊN THÔNG TIN

LIÊN LẠC VỆ TINH ĐỊA TĨNH

LUẬN VĂN THẠC SĨ: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

Hà Nội - 2012

PHAN TUẤN ANH

NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ TRUYỀN THÔNG VÀ XÂY DỰNG CÔNG

CỤ PHÂN TÍCH, XỬ LÝ SỐ LIỆU INTERNET TRÊN THÔNG TIN

LIÊN LẠC VỆ TINH ĐỊA TĨNH

Ngành: Công nghệ thông tin

Chuyên ngành: Truyền dữ liệu và mạng máy tính

Mã số: 60 48 15

LUẬN VĂN THẠC SĨ: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Văn Tam

Hà Nội - 2012

MỤC LỤC

Lời cam đoan

Lời cảm ơn

Danh mục thuật ngữ viết tắt

Danh mục hình vẽ

MỞ ĐẦU

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN LIÊN LẠC VỆ TINH ĐỊA TĨNH

1.1 Giới thiệu chung về TTLL vệ tinh địa tĩnh

1.1.1 Đặc điểm thông tin vệ tinh địa tĩnh

1.1.2 Cấu trúc tổng quát hệ thống truyền tin vệ tinh

1.1.3 Nguyên lý thông tin liên lạc vệ tinh địa tĩnh

1.1.4 Phân bố tần số cho các hệ thống TTLLVT

1.2 Truyền tín hiệu số trên kênh truyền vệ tinh

1.2.1 Kênh truyền thông tin vệ tinh

1.2.1.1 Mô hình kênh truyền

1.2.1.2 Đặc tính kỹ thuật kênh truyền

1.2.2 Truyền tín hiệu số

1.2.3 Ghép kênh TDM

1.2.3.1 Ghép kênh TDM đồng bộ

1.2.3.2 Khung (Frames)

1.2.3.3 Kỹ thuật chuyển dịch luân phiên (Interleaving)

1.2.3.4 Bit đồng bộ khung (Framing bits)

1.2.3.5 Ghép kênh phân thời không đồng bộ

1.2.3.6 Ghép kênh đảo (Invert Multiplexing)

1.2.4 Mã hóa kênh truyền

1.2.4.1 Tổng quan

1.2.4.2 Mã xoắn (Convulotion Code)

1.2.4.3 Mã khối

1.2.4.4 Mã Reed-Solomon

1.2.5 Điều chế số

1.2.5.1 Tổng quan

1.2.5.2 Điều chế pha hai mức (BPSK)

1.2.5.3 Điều chế pha bốn mức (QPSK)

1.2.5.4 Điều chế pha 8 mức (8-PSK)

1.2.5.5 Điều chế biên độ cầu phương, QAM 16

Chương 2 ĐA TRUY NHẬP TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH

2.1 Tổng quan

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

2.2.1 Tổng quan

2.2.2 Các mô hình truyền tín hiệu của đa truy nhập FDMA

2.2.3 Nhận xét chung

2.3 Đa truy nhập phân chia theo thời gian

2.3.1 Tổng quan

2.3.2 Tạo lập burst

2.3.3 Cấu trúc khung

2.3.4 Thu burst

2.3.5 Đồng bộ hệ thống thông tin vệ tinh TDMA

2.3.6 Nhận xét chung

2.4 Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA)

2.4.1 Tổng quan

2.4.2 Kỹ thuật trải phổ dãy trực tiếp (DS-CDMA)

2.4.3 Kỹ thuật trải phổ nhảy tần (FH-CDMA)

2.4.4 Tạo mã trong đa truy nhập CDMA

2.4.5 Đồng bộ trong đa truy nhập CDMA

2.4.6 Nhận xét chung về đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA)

Chương 3 CHƯƠNG TRÌNH ỨNG DỤNG

3.1 Phân tích cấu trúc dữ liệu Internet trên thông tin liên lạc vệ tinh

3.1.1 Đặc thù của số liệu đăng ký được từ thông tin liên lạc vệ tinh

3.1.2 Tổng quan về mô hình truyền dữ liệu trên Internet

3.1.3 Chức năng và cấu trúc giao thức truyền của mô hình TCP/IP

3.1.3.1 Tầng giao tiếp mạng (Network access Layer)

3.1.3.1.2 Chuẩn HDLC (Hyper Data Link Control)

3.1.3.1.3 Chuẩn PPP (Point To Point)

3.1.3.2 Tầng mạng (Network Layer)

3.1.3.2.1 Giới thiệu chung về IP

3.1.3.2.2 Cấu trúc giao thức IPv4

3.1.3.3 Tầng giao vận (Transport Layer)

3.1.3.3.1 Cấu trúc giao thức TCP

3.1.3.3.2 Cấu trúc giao thức UDP

3.1.3.4 Tầng ứng dụng (Application Layer)

3.2 Chương trình ứng dụng

3.2.1 Yêu cầu chương trình

3.2.2 Quy trình của ứng dụng

3.2.3 Giao diện chính của chương trình

3.2.4 Kết quả thử nghiệm

KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

Chữ viết

tắt

Từ duy nhất Tần số rất caoĐầu cuối có độ mở rất nhỏ Điều chế pha 8 mức

20, 2121222223232424252727292930313132

Điều chế, giải điều chế BPSK với tín hiệu thực

Sơ đồ khối chức năng bộ phát, bộ thu điều chế QPSK Điều chế, giải điều chế QPSK với tín hiệu thực

Sơ đồ khối bộ phát, phân bố tín hiệu, bộ thu điều chế 8PSK

Điều chế, giải điều chế 8PSK với tín hiệu thực

Sơ đồ khối bộ điều chế, bộ giải điều chế QAM Giản đồ pha, điều chế (giải điều chế) QAM16 với tín hiệu thực

Đa truy nhập phân chia theo tần số

Mô hình đa truy nhập phân chia theo tần số

Mô hình thác nước với các tín hiệu thực vệ tinh

Mô tả các dạng truyền theo đa truy nhập phân chia theo tần số từ các trạm mặt đất đến vệ tinh

Mô tả hoạt động của một mạng TTVT hoạt động theo nguyên lý TDMA

Khung đa truy nhập phân chia theo thời gian( TDMA)

Mô hình thác nước với các tín hiệu thực vệ tinh (TDMA) Mô tả quá trình tạo lập burst

Mô tả nguyên lý hoạt động hệ thống DS-CDMA trong thông tin vệ tinh

Mô tả sơ đồ nguyên lý hoạt động của một hệ thống truyền dẫn và đa truy nhập phân chia theo mã, ứng dụng kỹ thuật nhảy tần (FH-CDMA)

Mô tả nguyên lý tạo chuỗi mã giả ngẫu nhiên

Mô tả nguyên lý thu nhận chuỗi mã trong hệ thống CDMA

DS-Nguyên lý hoạt động của quá trình bám mã

Số liệu trung thực đăng ký từ thông tin liên lạc vệ tinh(chu

32

33, 3434

34, 35,36363738394040414344444447

4848495051

Ví dụ về sự nhồi và gỡ nhồi bit

Mô hình các lớp của TCP/IP và mô hình OSI Bộ giao thức trong mô hình TCP/IP Cấu trúc khung HDLC của OSI

Cấu trúc khung HDLC của Cisco Cấu trúc khung PPP

Số liệu phân tích thực tế cấu trúc chuẩn PPP Cấu trúc khung Ethernet II

Phân tích số liệu thực khung Ethernet II Cấu trúc khung Ethernet II trong khung HDLC Phân tích số liệu thực khung Ethernet II trong khung HDLC

Cấu hình mạng Frame Relay Luồng số Frame Relay thực đăng ký được trên TTLL vệ tinh

Cắt luồng số liệu theo cờ 7E (dạng hexa) Kết quả thực hiện xóa bit nhồi Kết quả phân tích xác định giá trị trong khung Cấu trúc header của Ipv4

Cấu trúc header của giao thức TCP Phân tích, xác định dịch vụ mail (POP3) của tầng ứng dụng

Cấu trúc header của giao thức UDP Cấu trúc header của giao thức RTP Phân tích số liệu thực tế chuẩn thoại G.729 trong giao thức

RTP

Mô hình thu, phân tích và xử lý số liệu Internet vệ tinh

5252535456575858595960606161626368707272737374

Phân tích số liệu kênh số 07 dạng truyền FrameRelay đa khung

Phân tích số liệu kênh số 07 dạng truyền FrameRelay đơn khung

Kết quả xử lý số liệu giao thức truyền HDLC Kết quả xử lý số liệu giao thức truyền PPP Kết quả xử lý số liệu giao thức truyền ETHERNET Kết quả xử lý số liệu giao thức truyền FrameRelay

Xử lý được dịch vụ email (POP3, SMTP, IMAP, Lotus…)

Xử lý được bản ảnh (*.jpg, *.gif, *.bmp, *.png, …)

Xử lý ra được dịch vụ thoại (*.g729)

MỞ ĐẦU

Các hệ thống thông tin vệ tinh được phát triển nhanh chóng trong những thập

kỷ gần đây Qua các hệ thống thông tin vệ tinh, con người có thể thu nhận hoặc traođổi thông tin với bất kỳ nơi nào trên quả đất Thông tin vệ tinh có khả năng đa dạngdịch vụ, không những các dịch vụ dân sự mà cả dịch vụ phục vụ cho quốc phòng,

an ninh, hàng không, hàng hải, khai thác thăm dò, …

Loại hình truyền thông này tuy mới bắt đầu ứng dụng thực tiễn từ những năm

60, nhưng do có nhiều ưu điểm cho hệ thống viễn thông mà đến nay nó đã có sựphát triển mạnh mẽ về số lượng và chất lượng Đối với các nước phát triển, trungbình một quốc gia có khoảng 50 đến 60 vệ tinh các loại Trong khi đó, tính đến thờiđiểm hiện tại nước ta đã có 02 vệ tinh địa tĩnh trên quỹ đạo (Vinasat1 - 1320E,phóng lên quỹ đạo 4/2008, đang được khai thác sử dụng hiệu quả; vệ tinh Vinasat2

- 131.80E được phóng lên quỹ đạo 5/2012)

Ngày nay các hệ thống, các mạng thông tin vệ tinh đang được kết nối với cácmạng cố định và di động mặt đất làm cho khả năng truyền thông ngày càng đadạng, phong phú Một trong các hệ thống vệ tinh nổi bật và nhiều nhất về số lượng

là hệ thống thông tin liên lạc vệ tinh địa tĩnh

Mục tiêu nghiên cứu

Với mong muốn tìm hiểu về lĩnh vực công nghệ mới thông tin liên lạc vệ tinh,

cụ thể là cơ chế, nguyên lý truyền thông trên thông tin liên lạc vệ tinh địa tĩnh, đồngthời có ý tưởng xây dựng một công cụ phân tích giao thức truyền, xử lý các số liệu

Internet trên thông tin liên lạc vệ tinh địa tĩnh Vì thế tôi lựa chọn “Nghiên cứu cơ chế truyền thông và xây dựng công cụ phân tích, xử lý số liệu Internet trên thông tin liên lạc vệ tinh địa tĩnh” làm đề tài nghiên cứu cho luận văn của mình.

Nội dung nghiên cứu

Về mặt lý thuyết:

- Nghiên cứu tổng quan về thông tin liên lạc vệ tinh và mô hình kênh truyền trên thông tin liên lạc vệ tinh địa tĩnh

- Nghiên cứu các cơ chế đa truy nhập trong hệ thống thông tin

- Nghiên cứu các giao thức truyền thông theo mô hình TCP/IP thường sử dụng trên thông tin liên lạc vệ tinh địa tĩnh



Về mặt thực hành:

- Nghiên cứu đặc điểm và phân tích số liệu đăng ký được từ thông tin liên lạc

Chương 1: Tổng quan về thông tin liên lạc vệ tinh địa tĩnh.

Chương 2: Đa truy nhập trong hệ thống thông tin liên lạc vệ tinh.

Chương 3: Chương trình ứng dụng (Trình bày các giao thức truyền thông

theo mô hình TCP/IP Các kết quả phân tích và xử lý đối với số liệu đăng ký đượctrên thông tin liên lạc vệ tinh)

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN LIÊN LẠC VỆ TINH ĐỊA TĨNH 1.1 Giới thiệu chung về TTLL vệ tinh địa tĩnh

1.1.1 Đặc điểm thông tin vệ tinh địa tĩnh

Sau khi được phóng vào vũ trụ dùng cho thông tin vệ tinh, vệ tinh sẽkhuyếch đại sóng vô tuyến điện nhận được từ các trạm mặt đất và phát lại sóng vôtuyến điện đến các máy ở trạm mặt đất khác Loại vệ tinh nhân tạo như vậy gọi là

vệ tinh thông tin

Khi quan sát từ mặt đất, sự di chuyển của vệ tinh theo quỹ đạo bay người tathường phân vệ tinh làm hai loại: Vệ tinh quỹ đạo thấp và vệ tinh quỹ đạo địa tĩnh

Hình 1-1: Quỹ đạo các vệ tinh

Vệ tinh quỹ đạo địa tĩnh: là vệ tinh được phóng lên quỹ đạo tròn ở độ caokhoảng 36.000km so với đường kính xích đạo Vệ tinh này bay xung quanh trái đất

1 vòng mất 24 giờ Do chu kỳ bay của vệ tinh bằng chu kỳ quay của Trái đất vàcùng hướng (hướng Đông), bởi vậy vệ tinh dường như đứng yên khi quan sát từmặt đất

Nói tới thông tin vệ tinh, chúng ta phải kể đến các ưu điểm nổi bật của nó sovới các hệ thống thông tin khác như sau:

+Có khả năng đa truy nhập

+ Vùng phủ sóng của vệ tinh khá rộng, chỉ cần 3 vệ tinh địa tĩnh thì có thể phủ sóng toàn cầu; dải thông rộng

+Ổn định cao, chất lượng và khả năng thông tin băng rộng

+ Hệ thống truyền tin vệ tinh có thể phục vụ nhiều dịch vụ khác nhau: Thoại,phi thoại, thăm dò địa chất, định vị toàn cầu, …, phục vụ các mục đích quốc phòng

an ninh

+ Hiệu quả kinh tế cao cho thông tin đường dài, xuyên lục địa Có khả năng quảng bá rộng lớn cho mọi loại địa hình.

+ Các thiết bị phát sóng dùng trong hệ thống thông tin vệ tinh chỉ cần côngsuất bé, còn thiết bị điện tử đặt trên vệ tinh có thể tận dụng năng lượng mặt trời đểcung cấp điện cả ngày lẫn đêm

Sóng vô tuyến điện phát đi từ một vệ tinh trên quỹ đạo địa tĩnh có thể baophủ 1/3 toàn bộ bề mặt quả đất Bởi vậy các trạm mặt đất thuộc vùng đó có thể liênlạc với bất kỳ một trạm mặt đất nào thuộc vùng phủ sóng thông qua vệ tinh thôngtin Do khả năng phủ sóng rộng lớn nên vệ tinh rất thích hợp cho các phương thứctruyền tin đa điểm đến đa điểm, điểm đến đa điểm (cho dịch vụ quảng bá) hay đađiểm đến một điểm trung tâm HUB (cho dịch vụ thu thập số liệu)

Bên cạnh khả năng phủ sóng rộng lớn, băng tần rộng của hệ thống vệ tinh rấtthích hợp với các dịch vụ quảng bá hiện tại như truyền hình số phân giải caoHDTV (High Definition Television), phát thanh số hay dịch vụ ISDN thông quamột mạng mặt đất hoặc trực tiếp đến thuê bao DTH (Direct To Home) thông quatrạm VSAT(Very Small Aperture Terminal) Cuối cùng do sử dụng phương tiệntruyền dẫn qua giao diện vô tuyến cho nên hệ thống thông tin vệ tinh là rất thíchhợp cho khả năng cấu hình lại nếu cần thiết Các công việc triển khai mạng mới,loại bỏ các trạm cũ hoặc thay đổi tuyến đều có thể thực hiện dễ dàng, nhanh chóngvới chi phí thực hiện tối thiểu

Kỹ thuật sử dụng một vệ tinh chung cho nhiều trạm mặt đất và việc tăng hiệuquả sử dụng của nó tới cực đại gọi là đa truy nhập

Tuy nhiên thông tin vệ tinh có những nhược điểm quan trọng:

- Khoảng cách truyền dẫn xa nên sóng vô tuyến điện bị hấp thụ và suy hao lớn ở tầng điện ly và khí quyển đặc biệt trong mưa, ảnh hưởng của tạp âm lớn

- Giá thành lắp đặt hệ thống, kinh phí ban đầu để phóng một vệ tinh lên quỹ đạo là rất cao, tốn kém nhưng xác suất rủi ro vẫn có thể tồn tại

- Thời gian sử dụng hạn chế, khó bảo dưỡng, sửa chữa và nâng cấp

- Do đường đi của tín hiệu vô tuyến truyền qua vệ tinh địa tĩnh khá dài (hơn 70.000 km) nên từ điểm phát đến điểm nhận sẽ có thời gian trễ đáng kể

Trong thực tế vệ tinh luôn có sự chuyển động tương đối đối với mặt đất, dù

là vệ tinh địa tĩnh nhưng vẫn có một sự dao động nhỏ Điều này buộc trong hệthống phải có các trạm điều khiển nhằm giữ vệ tinh ở một vị trí nhất định

Thêm nữa do các vệ tinh bay trên quỹ đạo cách rất xa mặt đất với tổng chiềudài từ đường lên và đường xuống là trên 70.000Km thì thời gian truyền trễ là đáng

kể = 1/4 giây mặc dù tốc độ truyền sóng là rất cao 300.000Km/s cho nên việctruyền sóng giữa các trạm phải chịu sự suy hao lớn, bị ảnh hưởng của các yếu tốthời tiết và phải đi qua nhiều loại môi trường khác nhau

Chi phí phóng vệ tinh là rất cao cho nên nói chung các vệ tinh có khả nănghạn chế Bù lại, các trạm mặt đất phải có khả năng làm việc tương đối mạnh nêncác thiết bị phần lớn đều đắt tiền, nhất là chi phí cho anten lớn (Một anten cóđường kính 18m giá khoảng 5-7 triệu USD)

Các vệ tinh bay trong không gian cách xa mặt đất, năng lượng chủ yếu dùngcho các động cơ phản lực điều khiển là các loại nhiên liệu lỏng Lượng nhiên liệu

dự trữ này không thể quá lớn vì khả năng của các tên lửa đẩy có hạn và phụ thuộcvào kích thước vệ tinh Nếu vệ tinh đã dùng hết lượng nhiên liệu này thì chúng coinhư hết khả năng sử dụng và vì thế tuổi thọ của vệ tinh nói chung thường thấp hơn

so với các thiết bị thông tin mặt đất khác Việc khôi phục vệ tinh hoạt động trở lạihết sức tốn kém và phức tạp nên trên thực tế người ta thường thay thế bằng một vệtinh hoàn toàn mới

1.1.2 Cấu trúc tổng quát hệ thống truyền tin vệ tinh

Cấu trúc khái quát của một hệ thống vệ tinh gồm:

-Phân đoạn không gian (space segment)

-Phân đoạn mặt đất (ground segment)

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

Hình 1-2: Cấu hình khái quát một hệ thống thông tin vệ tinh

1.1.2.1 Phân đoạn không gian

Phân đoạn không gian của một hệ thống thông tin vệ tinh bao gồm vệ tinh

cùng các thiết bị đặt trong vệ tinh và hệ thống các trang thiết bị đặt trên mặt đất để

kiểm tra theo dõi và điều khiển hành trình của vệ tinh (cả hệ thống bám, đo đạc và

điều khiển) Bản thân vệ tinh bao gồm hai phần: phần tải (payload) và phần thân

nền vệ tinh (platform) Phần tải bao gồm hệ thống các anten thu/phát và tất cả các

thiết bị điện tử phục vụ cho việc truyền dẫn và xử lý tín hiệu qua vệ tinh Phần thân

nền vệ tinh bao gồm các hệ thống phục vụ cho phần tải vệ tinh hoạt động như cấu

trúc vỏ, khung vệ tinh, nguồn cung cấp điện, …

Các sóng được truyền từ trạm mặt đất lên vệ tinh được gọi là tuyến lên

(uplink) Vệ tinh thu các sóng từ tuyền lên, xử lý, biến đổi tần số, khuếch đại và

truyền các sóng vô tuyến đó trở về trạm mặt đất gọi là tuyến xuống (downlink)

Các bộ phát đáp được đặt trong vệ tinh để thu tín hiệu từ tuyến lên, biến đổi

tần số, khuếch đại công suất và truyền trở lại tuyến xuống

Vệ tinh trong trường hợp này đóng vai trò một trạm trung chuyển tín hiệu

giữa các trạm mặt đất và được xem như là một nút của mạng với hai chức năng

chính:

- Khuếch đại các sóng mang thu được từ tuyến lên để sử dụng cho việc

truyền lại trên tuyến xuống

- Thay đổi tần số sóng mang (giữa thu và phát) nhằm tránh một phần công

suất phát tác động trở lại phía đầu vào đầu thu

Ngoài hai nhiệm vụ chủ yếu trên, thông thường vệ tinh còn có một số chức

năng khác tùy thuộc vào tính chất của vệ tinh

Tín hiệu từ tuyến lên

BPF Anten thu

6 GHz

- Dải tần công tác

- Số lượng bộ phát đáp

- Độ rộng dải thông qua mỗi bộ phát đáp

- Phân cực sóng của tuyến lên và tuyến xuống

Hình 1-4: Sơ đồ khối chức năng của một trạm mặt đất đơn

giản 1.1.3 Nguyên lý thông tin liên lạc vệ tinh địa tĩnh

Nguyên lý hoạt động của hệ thống thông tin vệ tinh có thể được tóm tắt: Tạiđầu phát trạm mặt đất, tín hiệu băng tần cơ bản BB (BaseBand) như: tín hiệu thoại,video, telex, fax,… được điều chế lên thành trung tần IF (Intermediate Frequency)sau đó được đổi lên thành cao tần RF (Radio Frequency) nhờ bộ đổi tần tuyến lênU/C (Up Coverter), rồi được bộ khuếch đại công suất HPA (High Power Amplifier)khuếch đại lên mức công suất cao và đưa ra anten phát lên vệ tinh

Tín hiệu cao tần từ trạm mặt đất phát truyền dẫn qua không gian tự do tớianten thu của vệ tinh đi vào bộ khuếch đại, sau đó được đổi tần, khuếch đại côngsuất rồi phát xuống trạm mặt đất thu qua anten phát

Tại trạm thu mặt đất, sóng phát từ vệ tinh truyền dẫn qua không gian tự dotới anten thu rồi đưa qua bộ khuếch đại tạp âm thấp LNA (Low Noise Amplifier),tần số siêu cao RF được biến đổi thành trung tần IF nhờ bộ đổi tần xuống D/C(Down Converter), sau đó đưa sang bộ giải điều chế DEM (Demodulator) để phụchồi lại tín hiệu như lối vào trạm mặt đất.

1.1.4 Phân bố tần số cho các hệ thống TTLLVT

Để thực hiện thông tin liên lạc giữa mặt đất và vệ tinh thì trước hết các sóngmang phải có tần số cao hơn tần số giới hạn xuyên qua tầng điện ly Qua kết quảnghiên cứu truyền sóng, thấy rằng: Các sóng thấp dưới 1GHz bị tiêu hao lớn dotầng điện ly, còn các sóng cao hơn 10GHz lại bị tiêu hao lớn do bị hấp thụ của khíquyển, mây, mưa Bởi vậy, chỉ có dải tần số từ 1 tới 10GHz là bị tiêu hao nhỏ nhất

và được coi là dải tần tốt nhất cho thông tin vệ tinh

Việc truyền các tín hiệu sóng vô tuyến trong dải tần này được xem nhưtruyền sóng trong không gian tự do Hiện nay, người ta thường chọn các tần sốtrong dải tần từ 1 tới 40 GHz để đảm bảo thông tin vệ tinh

Tên gọi băng tầnL

S C X Ku K Ka

Bảng 1: Băng tần công tác của các hệ thống TTVT

Băng C (6/4 GHz; cho đường lên = 6 GHz; đường xuống = 4GHz): Băng tầnnày có đặc tính là thiết bị tương đối rẻ, tạp âm vũ trụ nhỏ và suy hao tín hiệu trongtầng khí quyển bé Băng tần C trùng với hệ thống Viba dưới mặt đất Nó được sửdụng 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 saubăng C cho viễn thông công cộng Được dùng nhiều cho thông tin nội địa và giữacác 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 trạmmặt đất nhỏ, sử dụng trong thông tin quốc tế và nội địa Vì suy hao lớn do mưa nêngiá thành thiết bị tương đối cao, nhưng nó ít gây nhiễu cho hệ thông Viba số

Sơ đồ bố trí thực hiện truyền thông trên vệ tinh địa tĩnh Sinosat1:

Hình 1-5: Mô hình truyền thông trên vệ tinh địa tĩnh Sinosat1-

110.5 0 E 1.2 Truyền tín hiệu số trên kênh truyền vệ tinh

1.2.1 Kênh truyền thông tin vệ tinh

1.2.1.1 Mô hình kênh truyền

Các hình dưới mô tả kênh truyền từ thiết bị đầu cuối của người sử dụng này

đến thiết bị đầu cuối của người sử dụng khác thông qua vệ tinh (Hình1-6.a).

Đây là trường hợp trạm mặt đất cỡ lớn được kết nối với mạng mặt đất thôngqua giao diện trạm/ mạng mặt đất Với các trạm mặt đất cỡ nhỏ loại VSAT, thì kết

nối thông qua giao diện trạm mặt đất/ thiết bị đầu cuối (Hình 1-6.b).

Giữa giao diện trạm mặt đất/mạng hoặc trạm mặt đất/thiết bị đầu cuối vàanten phát là thiết bị mặt đất có chức năng cung cấp và xử lý tín hiệu băng gốc,điều chế trung tần (IF) và chuyển đổi thành tần số tuyến (RF) Quá trình ngược lại

sẽ diễn ra ở phía đầu thu

1.2.1.2 Đặc tính kỹ thuật kênh truyền

Các đặc tính của kênh truyền đã được chỉ tiêu hóa trong các khuyến nghị củaITU phù hợp với dạng tín hiệu được truyền trên kênh Chất lượng của tín hiệu cungcấp cho người sử dụng được xác định bởi các tham số:

- Tỷ số C/N = công suất tín hiệu băng gốc/công suất tạp âm băng gốc, trườnghợp tín hiệu truyền là tương tự (analog)

- Tỷ lệ lỗi bit BER (Bit Error Rate), trường hợp tín hiệu truyền là số

1.2.3 Ghép kênh TDM

Ghép kênh TDM là kỹ thuật xử lý số, có thể ứng dụng khi tốc độ truyền dữliệu trung bình lớn hơn tốc độ truyền dữ liệu yêu cầu bởi thiết bị gửi và nhận.Trong trường hợp này, nhiều truyền dẫn phức tạp có thể chiếm lĩnh một liên kết vật

lý bằng cách chia nhỏ chúng và chèn vào các khe khác nhau

Hình 1-8: Phương pháp ghép kênh TDM 1.2.3.1 Ghép kênh TDM đồng bộ

Trong ghép kênh phân thời đồng bộ, thuật ngữ “đồng bộ” ở đây có nghĩa là

bộ ghép kênh phân chia các khe thời gian giống nhau cho mỗi một thiết bị tại tất cảcác thời điểm không phân biệt.Tại mỗi thời điểm, thiết bị có khe thời gian tươngứng đã được phân sẽ có cơ hội để gửi một phần dữ liệu của nó Nếu như một thiết

bị không thể thực hiện truyền dẫn hoặc không có dữ liệu để gửi thì khe thời giancủa nó sẽ duy trì trạng thái rỗng

Hình 1-9: Ghép kênh phân thời đồng bộ TDM

1.2.3.3 Kỹ thuật chuyển dịch luân phiên (Interleaving)

TDM đồng bộ có thể so sánh với một cái công tắc chuyển mạch quay cựcnhanh Khi mở công tắc ở phía trước của thiết bị, thiết bị đó có cơ hội gửi một sốlượng dữ liệu xác định(x bit) trên đường truyền(path) Công tắc chuyển dịch từthiết bị này đến thiết bị khác với tốc độ không đổi và theo một trật tự xác định Kỹthuật xử lý này gọi là Interleaving

Interleaving có thể thực hiện theo bit, byte hoặc theo một đơn vị dữ liệu bất

kỳ Trong hệ thống định sẵn, các đơn vị (units) interleaving sẽ luôn có cùng kíchthước

Hình 1-10: Interleaving, quá trình dồn kênh

Ở bộ nhận, bộ phân kênh sẽ phân rã từng khung bằng cách rút trích lần lượtcác ký tự Khi ký tự được lấy ra khỏi khung nó sẽ được chuyển tới thiết bị nhậntương ứng

Hình 1-11: Interleaving, quá trình tách kênh

Quá trình dồn và tách kênh đã chỉ ra những nhược điểm chính của kỹ thuậtTDM đồng bộ là: Khi các đường truyền không hoạt động đồng thời chúng ta sẽ cónhững khe thời gian rỗng, vấn đề này gây ra sự lãng phí lớn về tận dụng khả năngcủa đường truyền Trong hình 1-10, có 3 khung đầu chứa đầy dữ liệu, 3 khung sau

có 6 khe rỗng, nghĩa là đã lãng phí 6/24 =1/4 khả năng của đường truyền

1.2.3.4 Bit đồng bộ khung (Framing bits)

Người ta thường thêm vào đầu mỗi khung một hoặc nhiều bit đồng bộ

Những bit này, được gọi là “framing bit”, từ khung này tới khung khác, mà nó cho

phép bộ phân kênh đồng bộ với dòng dữ liệu đến vì vậy nó có thể phân tách các khethời gian chính xác Trong phần lớn các trường hợp, thông tin đồng bộ này gồm1bit/khung, hoán chuyển giữa 0 và 1(01010101010) như chỉ ra ở hình 1-12

Hình 1-12: Khuôn dạng bit đồng

bộ 1.2.3.5 Ghép kênh phân thời không đồng bộ

Kỹ thuật TDM đồng bộ không bảo đảm tận dụng hết khả năng của liên kết(link) được sử dụng Ví dụ, giả sử có 20 máy tính ở đầu ra đã được ghép kênh trênmột đường truyền đơn ( single line ) Sử dụngTDM đồng bộ, tốc độ của mỗi đườngnhư vậy ít nhất cũng phải bằng 20 lần tốc độ của mỗi một đường vào (input line).Nếu như chỉ có 10 máy tính được sử dụng cùng lúc thì một nửa dung lượng đườngtruyền không được sử dụng Và TDM không đồng bộ (TDM thống kê) được thiết

kế nhằm tránh sự lãng phí đó Thuật ngữ “không đồng bộ” có nghĩa là linh hoạt vàkhông cố định

Hình 1-13: TDM không đồng bộ

Giống như TDM đồng bộ, TDM không đồng bộ cho phép một số các đườngvào (input line) có tốc độ truyền thấp ghép kênh thành một đường có tốc độ truyềncao hơn Khác là, trong kỹ thuật TDM không đồng bộ tốc độ truyền tổng thể củacác đường vào có thể lớn hơn khả năng của đường truyền (path) Trong hệ thống

đồng bộ, nếu còn đường vào, số khe thời gian trong khung là cố định và ít nhấtbằng n Trong hệ thống không đồng bộ, nếu chúng ta có n đường vào, mỗi khung sẽchứa không quá m khe, m<n ( Hình 1-13) Như vậy, với liên kết như nhau, TDMkhông đồng bộ hỗ trợ nhiều thiết bị hơn TDM đồng bộ.

Số khe thời gian trong TDM không đồng bộ (m) dựa trên sự phân tích thống

kê số lượng đường vào tham gia truyền dẫn tại thời điểm bất kỳ một cách hợp lý.Thay vì việc gán cố định trước các khe cho các đường vào, mỗi một khe sẽ khảdụng để các đường vào có dữ liệu gửi đi gắn vào Bộ ghép kênh quyết các đườngvào và chấp nhận các khối dữ liệu cho đến khi khung đầy, sau đó nó truyền cáckhung qua liên kết Nếu không có đủ dữ liệu để điền đầy các khe của khung, khungvẫn được truyền đi, vì vậy khả năng liên kết đầy có thể không đạt 100% Nhưng cóthể phân phối các khe thời gian vào một cách linh hoạt(động), theo cặp với tỷ lệ sốkhe thời gian/ số đường vào thấp hơn, điều này sẽ giảm đi sự lãng phí về khả năngcủa đường truyền rất lớn

1.2.3.6 Ghép kênh đảo (Invert Multiplexing)

Invert Multiplexing nghĩa là ngược lại với ghép kênh, nó nhận dòng dữ liệu

từ một đường truyền có tốc độ cao và chia thành các phần để có thể đồng thờitruyền đi trên các đường truyền có tốc độ thấp mà không làm giảm đi tốc truyềntổng thể

Hình 1-14: Ghép kênh và ghép kênh đảo

Xét trường hợp một công ty muốn gửi dữ liệu, âm thanh, video, mỗi loại sẽyêu cầu tốc độ truyền khác nhau Để gửi âm thanh, nó cần tốc độ truyền là 64Kbps;

Để gửi dữ liệu, nó có thể cần đường truyền có tốc độ 128Kbps; Để gửi video, nócần đường truyền có tốc độ 1.544Mbps Để đáp ứng tất cả các nhu cầu này, công ty

đó cần phải có một kênh thuê bao riêng có tốc độ 1.544Mbps và họ chỉ đôi khi sửdụng hết khả năng của kênh truyền Xây dựng hệ thống như thế sẽ rất lãng phí Tuynhiên, công ty có thể sử dụng kỹ thuật kênh truyền đảo bằng cách thuê một vài

kênh có tốc độ truyền thấp hơn Khi truyền âm thanh, dữ liệu và video thì chia nhỏ

ra và truyền qua một hoặc nhiều đường ghép

1.2.4 Mã hóa kênh truyền

1.2.4.1 Tổng quan

Theo định luật Shannon-Harley, dung lượng kênh truyền được xác định bằngbiểu thức:

(bit/s)Trong đó:

S là dung lượng của kênh (bit/s)

B là độ rộng dải tần của kênh.

C/N là tỷ số tín hiệu/tạp âm tại máy thu.

Cũng theo lý thuyết Shannon, nếu tốc độ truyền tin R nhỏ hơn dung lượng

kênh truyền thì các biện pháp mã hóa có thể ứng với xác suất lỗi của tín hiệu thu ởmức nhỏ tùy ý

Mã hóa kênh truyền là một khâu rất quan trọng trong hệ thống thông tin vôtuyến cùng với mã hóa nguồn, ghép kênh, điều chế,… để tạo ra một tín hiệu phùhợp cho việc truyền dẫn vô tuyến và tín hiệu đó có khả năng điều khiển được sự saibit và sửa các lỗi xảy ra nếu có để có thể khôi phục lại gần như nguyên dạng tínhiệu tin tức mà mình truyền đi

Mục đích mã hoá kênh truyền là làm giảm xác suất sai thông tin khi truyềnqua kênh truyền Việc giảm thiểu xác suất sai dựa vào phát hiện sai và sửa sai có

thể dẫn đến giảm tỉ số tín hiệu trên nhiễu (C/N) cần thiết nhờ đó giảm được công suất, tiết kiệm năng lượng Việc sửa sai hữu hiệu cho tín hiệu C/N nhỏ sẽ thuận lợi

cho việc bảo mật, trải phổ và tăng độ chính xác của thông tin nhận

Trong các hệ truyền thông tin vệ tinh, các loại mã hóa kênh được sử dụngphổ biến như là mã hóa xoắn (chập, convulotion), mã khối, mã BCH và mã RS

1.2.4.2 Mã xoắn (Convulotion Code)

Mã xoắn (còn gọi là mã chập), được ký hiệu mã là: (n, k, K) Trong đó, có k phần tử thông tin và (n-k) phần tử kiểm tra, nhưng (n-k) phần tử kiểm tra đó được tạo ra theo một phương pháp hoàn toàn khác K (độ dài bắt buộc của mã) là số các

bit được lưu giữ ở trong thanh ghi dịch chuyển, nó mô tả sự phụ thuộc một bit vào

các bit khác Tỷ số k/n được gọi là tốc độ mã.

Tạo mã chập

Các mã chập có thể được tạo ra bởi một thanh ghi dịch chuyển mạch rẽnhánh và hai hoặc nhiều bộ cộng modulo-2, đầu nối với các tầng cụ thể của thanh

ghi Các bit trong thanh ghi được dịch chuyển do tác động của k bit thông tin ở đầu

vào Mỗi một bit đầu vào tạo ra n bit ở đầu ra và các bit ở đầu ra đó được lấy từ cácđầu ra của các bộ cộng modulo-2

Ví dụ: mã chập (2, 1, 7) là bộ mã hóa có độ dài bắt buộc 7 bit và tốc độ 1/2

Sơ đồ tạo mã chập có tốc độ k/n như sau:

Hình 1-15: Sơ đồ tạo mã chập (n,k, K)

Độ phức tạp của bộ mã hóa chỉ phụ thuộc vào chiều dài thanh ghi dịch và tốc

độ mã hóa

Hình dưới mô tả mô hình khối kết nối của một bộ mã chập có độ dài bắt buộc là

3 (K = 3) Ở đầu vào là một dãy bit 10110, trong đó bit có trọng số lớn nhất được đưa

vào bộ mã hóa trước Khởi đầu, tất cả các giá trị trong bộ mã hóa là 0 Khi bit đầu tiên

1 vào bộ mã hóa thì nội dung của thanh ghi S 1 chuyển về 1; còn nội dung của thanh

ghi S 2 và S 3 vẫn giữ giá trị 0 Kết quả cho ở đầu ra của các bộ cộng modulo-2, tại V 1

và V 2 có giá trị tương ứng là 1 và 1, và nó là đầu ra được mã hóa

Hình 1-16: Hoạt động của bộ mã hóa chập có tốc độ 1/2 và độ dài bắt buộc là 3

Bit tiếp theo ở đầu vào có giá trị là 0 được đưa đến đầu vào bộ mã hóa và bit

trước đó trong các thanh ghi sẽ được dịch phải, như vậy lúc này trạng thái của S 2 sẽ

là 1; S 1 và S 3 sẽ là 0 Đầu ra của bộ mã hóa lúc này sẽ là 10 Quá trình như vậy cứ

tiếp tục và ứng với dãy bit đầu vào là 10110 sẽ cho chuỗi bit đầu ra là: 1110000101110000.

1.2.4.3 Mã khối

1.2.4.3.1 Mã khối tuyến tính

Một mã khối có chiều dài n gồm 2k từ mã được gọi là mã tuyến tính C(n, k)nếu và chỉ nếu 2k từ mã hình thành một không gian vectơ con k chiều của khônggian vectơ n chiều gồm tất cả các vectơ n thành phần trên trường GF(2)

Trường GF(2) (Galois Field (2)) là trường nhị phân đồng thời phép cộng là phép cộng modul 2 (kí hiệu là ⊕), còn phép nhân là phép và (AND) Cụ thể:

0⊕0=0 0⊕1=1 1⊕0=0 1⊕1=0

0.0=0 0.1=0 1.0=0 1.1=1

Mã tuyến tính C(n, k) có mục đích mã hoá những khối tin (hay thông báo) k

bit thành những từ mã n bit được biểu thị dưới dạng (n, k), trong đó k là số bit thông tin và n là số bit của từ mã Hiệu số của n – k = r là số bit dư hoặc còn gọi là bit kiểm tra Tốc độ mã hoặc hiệu suất mã được xác định bởi tỷ số k/n Các từ mã

tuyến tính có thể được tạo ra bằng cách sử dụng phương pháp biến đổi tuyến tínhđoạn tin Một dãy mã c gồm có các vector thành phần [c1, c2, c3, …, cn] được tạo ra

từ một dãy đoạn tin m, gồm các vector thành phần [m1, m2, m3, …, mk] bởi một

phép toán tử tuyến tính có dạng: c = mG

Trong đó G là ma trận sinh.

Tất cả các bit mã c đều được tạo ra từ các hỗn hợp tuyến tính của các bit thông tin k Một dạng đặc biệt của mã khối tuyến tính là mã hệ thống (systematic

code) Mã được biểu diễn dưới dạng ma trận trong đó ma trận sinh có dạng:

Ở đây, mã trận gồm có ma trận con nhận dạng I m kích thước [k x k] và ma trận kiểm tra P kích thước [k x r]

Trong thực tế, các từ mã được tạo ra bằng các thanh ghi dịch chuyển và các mạch cộng modulo 2

1.2.4.3.2 Mã TPC (Turbo Product Code)

Tổng quan

Các mã Turbo xuất hiện vào năm 1993 và từ đó đến nay nó là chủ đề chonhiều nghiên cứu về mã hóa kênh truyền Mã Turbo được ứng dụng rất hiệu quảtrong các hệ thống thông tin di động, thông tin vệ tinh và thông tin vũ trụ Các mãTurbo có hiệu năng tốt hơn nhiều so với các loại mã sửa lỗi khác

Mã Turbo được tạo ra bằng cách kết nối gồm hai hay nhiều bộ mã riêng biệt

để tạo ra một mã tốt hơn và cũng lớn hơn Mô hình ghép nối mã đầu tiên đượcForney nghiên cứu để tạo ra một loại mã có xác suất lỗi giảm theo hàm mũ với tốc

độ nhỏ hơn dung lượng kênh trong khi độ phức tạp giải mã chỉ tăng theo hàm đại

số Mô hình này gồm sự kết hợp nối tiếp một bộ mã trong và một bộ mã ngoài

Sự kết nối mã

Có hai kiểu kết nối cơ bản là kết nối nối tiếp (Hình 1-17) và kết nối song song (Hình 1-18).

Hình 1-17: Mã kết nối nối tiếp

Bộ mã hoá 1 được gọi là bộ mã ngoài, còn bộ mã hoá 2 là bộ mã

trong Đối với mã kết nối nối tiếp, tốc độ mã hoá: Rnt=k1k2/n1n2

Đối với mã song song, tốc độ mã hoá tổng: Rss=k/( n1+ n2)

Hình 1-18: Mã kết nối song song

Trên chỉ là các mô hình kết nối lý thuyết Thực tế các mô hình này cần phải

sử dụng thêm các bộ chèn giữa các bộ mã hoá nhằm cải tiến khả năng sửa sai

Từ mối quan hệ giữa các lỗi được sửa và khoảng cách tối thiểu, nhận thấy

rằng mã RS có khả năng sửa đến ( n – k ) ký tự trong từ mã.

Mã RS (255, 223) là một loại mã được sử dụng khá phổ biến trong hệ truyềntin của hệ thống thông tin vệ tinh Với loại mã này, mỗi từ mã có 223 byte dữ liệu

và 32 byte được sử dụng cho kiểm tra lỗi Và do đó, mã này có khả năng sửa đến

16 byte lỗi ở dữ liệu thu nếu có lỗi

n byte

Các byte dữ liệu

k byte

Hình 1-19: Mô tả cấu trúc mã Reed-Solomon

Ký tự thu có thể bị lỗi bit đơn hoặc cũng có thể trong trường hợp xấu nhất,tất cả các bit trong ký tự bị lỗi Bất kể trường hợp nào, mã RS có khả năng sửa lỗitheo ký tự Ví dụ với mã RS(255, 223) thì tối thiểu là 16 bit và tối đa là 128(16 x 8)bit có thể được sửa lỗi trong từ mã bị lỗi Điều này nói lên rằng mã sửa lỗi RS là

mã được sử dụng để sửa lỗi mã cụm Các từ mã RS được rút ngắn bằng cách cộngthêm một dãy các số 0 trước khi mã hóa, sau đó loại bỏ chúng trước khi truyền và

sẽ được cài lại phía thu cũng thường được sử dụng Ví dụ mã rút ngắn RS(204,

188)được tạo từ mã RS(255, 239) do việc cộng thêm 51 byte số 0 vào dữ liệutrước khi truyền và sẽ được cài lại tại phía thu Như vậy sẽ giảm được số bit phảitruyền mà vẫn đảm bảo được các tính chất sửa lỗi của mã

1.2.5 Điều chế số

1.2.5.1 Tổng quan

Điều chế số là quá trình biến đổi một sóng mang tương tự theo một chuổi bit

có chiều dài cố định hoặc thay đổi Tín hiệu bị điều chế là tín hiệu số còn tín hiệusóng mang vẫn là tín hiệu tương tự Nguyên lý chung về điều chế số trong các kênhtruyền tin thông tin vệ tinh cũng hoàn toàn giống như lý thuyết về radio số

Sơ đồ khối nguyên lý một bộ điều chế số M mức, gồm các khối:

- Bộ tạo tín hiệu (symbol)

- Bộ mã hóa

- Bộ tạo tín hiệu sóng mang tần số vô tuyến

Hình 1-20: Sơ đồ khối nguyên lý bộ điều chế số Trong sơ đồ trên, bộ tạo ra các ký hiệu với M trạng thái, trong đó M = 2 n, từ

m bit liên tiếp nhau (được nhóm lại thành một nhóm) đưa vào đầu vào Bộ mã hóa thiết lập một sự tương đồng giữa M trạng thái của các ký hiệu đó với M trạng thái

của sóng mang được truyền Trong thực tế thường gặp hai dạng mã hóa sau:

- Mã hóa trực tiếp, tức là một trạng thái của ký hiệu xác định một trạng thái của sóng mang

- Mã hóa chuyển tiếp, tức là một trạng thái của ký hiệu xác định một sự chuyển tiếp giữa hai trạng thái liên tiếp nhau của sóng mang

Trong hệ thống thông tin vệ tinh, kỹ thuật điều chế khóa dịch pha PSK được

sử dụng phổ biến nhất bởi vì nó có ưu điểm là đường bao sóng mang là hằng số và

so với kỹ thuật điều chế khóa dịch tần thì PSK có hiệu suất phổ tốt hơn (tức tính sốbit/s được truyền qua một đơn vị độ rộng dải tần vô tuyến)

Ta có sơ đồ điều chế PSK như sau:

Hình 1-21: Sơ đồ khối bộ điều chế PSK Nguyên lý: Tín hiệu số PSK làm thay đổi góc pha ban đầu của sóng mang.

Các bộ điều chế PSK thường gặp là:

 Loại điều chế 2 mức (M = 2): BPSK

 Loại điều chế 4 mức (M = 4): QPSK

 Loại điều chế 8 mức (M = 8): 8-PSK

 Loại điều chế biên độ cầu phương, QAM

1.2.5.2 Điều chế pha hai mức (BPSK)

Trong BPSK, ứng với tín hiệu vào là các điện thế biểu diễn các logic 1, 0 ta

có tín hiệu ra là các sóng mang hình sin có pha lệch nhau 180° Giả sử logic 1 đượcđặc trưng bởi điện thế +Vdc và logic 0 bởi -Vdc bộ phận chính của mạch điều chế

gồm một mạch nhân và một mạch dao động tạo sóng mang cosωct Tín hiệu logic,sóng mang được đưa vào mạch nhân và ta được tín hiệu +cosωct hoặc -cosωct ởngã ra của mạch này Hình 1-22.b,c là sơ đồ khối mạch điều chế và giải điều chếBPSK.

Hình 1-22.a: Đồ thị chòm

sao biểu diễn tín hiệu

BPSK

(b) Điều chế BPSK (Hình 1-22) (c) Giải điều chế BPSK

Hình 1-23: Điều chế, giải điều chế

BPSK với tín hiệu thực

1.2.5.3 Điều chế pha bốn mức (QPSK)

QPSK là một dạng điều chế góc, số và có biên độ không đổi QPSK là một

kỹ thuật mã hóa có mức M = 4 Ở QPSK thì sóng mang đơn ở đầu ra có bốn khả

năng về góc pha Do đó nó cần bốn trạng thái khác nhau ở đầu vào

Để có bốn trạng thái: 00, 01, 10 và 11thì cần 2 bit Như vậy, dữ liệu nhị phânđầu vào là các nhóm hai bit được hỗn hợp (gọi là bit kép) Mỗi một bit kép sẽtương ứng với một trong bốn khả năng pha ở đầu ra Vì thế mà tốc độ chuyển đổi ởđầu ra (tốc độ baud) sẽ bằng một nữa tốc độ bit ở đầu vào

Bộ phát QPSK

Cứ hai bit một (một bit kép) được nhập và đưa vào bộ chia bit, hai bit đưavào nối tiếp đã được đưa ra song song đồng thời, một bit đưa vào kênh I còn bit kiađưa vào kênh Q Bit kênh I điều chế với sóng mang và đồng pha với sóng mang của

bộ tạo sóng Bit kênh Q điều chế với sóng mang có lệnh pha 900 Nhận thấy rằng,mỗi một khi có một bit kép được tách ra và đưa vào kênh I và kênh Q, thì bài toán

xử lý sẽ giống như ở bộ điều chế BPSK

Với logic 1= +1V và với logic 0 = -1V thì hai pha đầu ra của bộ điều chế cân

900 đó sẽ có bốn khả năng của pha là: , ,

là các bit dữ liệu Các bit dữ liệu I, Q đó được đưa qua mạch I/Q để chuyển đổisong song thành dãy dữ liệu nối tiếp ở đầu ra đúng như dãy dữ liệu ở phía phát

Hình 1-24.b: Sơ đồ khối chức năng bộ thu QPSK

Hình 1-25: Điều chế, giải điều chế

QPSK với tín hiệu thực

1.2.5.4 Điều chế pha 8 mức (8-PSK)

8-PSK là một dạng điều chế có mức M = 8 nên có 8 khả năng pha ở đầu ra

Do đó, 1 trong 8 pha tùy thuộc trạng thái của tổ hợp 3 bit đầu vào (tribits)

Bộ phát 8-PSK

Hình 1-26.a: Sơ đồ khối của mạch điều chế 8-PSK

Mạch chia bit chia tổ hợp 3 bit theo 3 kênh khác nhau Các bit a và b theokênh I và Q xác định cực tính của tín hiệu ra ở mạch biến đổi từ 2 ra 4 mức, trongkhi bit c xác định biên độ của điện thế dc Có 2 biên độ được dùng là 0,34V và0,821V Khi a và b là bit 1 ngã ra mạch biến đổi có trị dương, ngược lại khi a và b

là bit 0 Biên độ của tín hiệu ra từ mạch biến đổi luôn luôn khác nhau, bất cứ khinào một mạch nhận tín hiệu c để cho ra tín hiệu có biên độ là 0,821 (0,34) thì mạchkia nhận tín hiệu đảo lại và cho ra tín hiệu có biên độ là 0,34 (0,821) Vì 3 bit abcđộc lập với nhau nên ± 0,821 và ± 0,344 luôn luôn là 4 giá trị có thể có ở ngã ra cácmạch biến đổi

Ở kênh I mạch điều chế trên sóng mang ban đầu (không làm lệch pha) nên

4 giá trị ngã ra là ± 0,821cosωct và ± 0,34 cosωct trong khi ở ngã ra Q đó là các giátrị ± 0,821sinωct và ± 0,34sinωct Mạch tổng sẽ tổng hợp tín hiệu ra của 2 kênh đểcho ra một tín hiệu duy nhất Tùy theo các tín hiệu vào các tín hiệu ra sẽ có các pha

khác nhau (Hình 1-26.b) Trong hình này góc A xác định bởi:

Như vậy các tín hiệu điều chế của các tribit có pha khác nhau từng 45°, 3 bitứng với một pha của tín hiệu ra nên vận tốc baud bằng 1/3 vận tốc bit Sơ đồ phân

bố tín hiệu của dạng điều chế 8-PSK, M = 8 như sau:

Tín hiệu vào 8-PSK qua bộ lọc dải thông, đến bộ chia công suất theo kênh I và

Q, sau đó đến bộ tách sóng tích trên kênh I, kênh Q và mạch hồi phục sóng mang.Nhiệm vụ của mạch hồi phục sóng mang là tái tạo lại sóng mang như ở phía phát Tínhiệu 8-PSK được trộn với sóng mang hồi phục trong bộ tách sóng tích kênh I với sóngmang cầu phương (lệch 900) trong bộ tách sóng tích kênh Q Đầu ra của các bộ táchsóng tích là tín hiệu PAM bốn mức Bộ chuyển đổi A/D chuyển đổi 4 mức tương tựthành 2 mức số Đầu ra của bộ chuyển đổi A/D của kênh I là các bit

I và C Đầu ra của bộ chuyển đổi A/D của kênh Q là các bit Q và C Mạch logicQ/I/C chuyển đổi các cặp I/C và Q/C thành các bit nối tiếp I, Q và C ở đầu ra củadãy dữ liệu thu.

Hình 1-26.c: Bộ thu tín hiệu 8-PSK

Hình 1-27: Điều chế, giải điều chế

8-PSK với tín hiệu thực

1.2.5.5 Điều chế biên độ cầu phương, QAM 16

Sóng điều biên cầu phương QAM (Quadrature Amplitude Modulation) có thểnhận được bằng cách thay đổi đồng thời hai tham số biên độ và pha Đây là phươngpháp điều chế có hiệu quả đối với mã nhiều mức và được dùng nhiều trên

thông tin vệ tinh Một tín hiệu hình sin có dạng cos( t + ) được biểu diễn:

Acos( t + ) = Acos cos t – Asin sin t = Xicos t – Xqsin t

Trong đó, cos t và sin t là các tín hiệu sóng mang hình sin lệch pha nhau

900, cos và sin là các hệ số tương ứng Nếu chọn các hệ số thích hợp ta có thểbiểu diễn được tất cả các điểm tín hiệu điều chế nhiều mức

Biểu diễn tín hiệu QAM bằng tổng của 2 tín hiệu hình sin điều biên 2 mức(+1,-1) vuông góc với nhau như sau:

Dãy bit

nhị phân

X i cos t + X q sin t

t, ta sẽ được như sau: