Nghiên cứu thiết kế giáo trình môn kỹ thuật truyền hình số qua vệ tinh vinasat theo phương pháp tiếp cận modul tại trường cao đẳng công nghiệp hưng yên

NGUYỄN VĂN KIM NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ GIÁO TRÌNH MÔN KỸ THUẬT TRUYỀN HÌNH SỐ QUA VỆ TINH VINASAT THEO PHƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN MODUL TẠI TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP HƯNG YÊN CHUYÊN NGÀNH: LÝ

NGHIỆP HƯNG YÊN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CHUYÊN NGÀNH: LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC

CHUYÊN SÂU: SƯ PHẠM KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

Hà Nội – Năm 2011

NGUYỄN VĂN KIM

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ GIÁO TRÌNH MÔN KỸ THUẬT TRUYỀN HÌNH SỐ QUA VỆ TINH VINASAT THEO PHƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN MODUL TẠI TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP HƯNG YÊN

CHUYÊN NGÀNH: LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM KỸ THUẬT

CHUYÊN SÂU: SƯ PHẠM KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS PHẠM CÔNG HÙNG

Hà Nội – Năm 2011

Tôi xin cam đoan luận văn này là công trình nghiên cứu của tôi, dưới sự hướng dẫn của TS Phạm Công Hùng Các tài liệu và số liệu trong luận văn này là trung thực, đảm bảo tính khách quan, khoa học và có nguốn gốc rõ ràng

Hà Nội, ngày tháng năm 2011

Tác giả luận văn

Nguyễn Văn Kim

I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1

II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 1

III GIẢ THUYẾT KHOA HỌC 2

IV ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 2

V NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU 2

VI PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2

VII CẤU TRÚC LUẬN VĂN 2

Chương 1: THÔNG TIN QUA VỆ TINH ĐẶC ĐIỂM VÀ KỸ THUẬT ĐƯỜNG TRUYỀN I Giới thiệu chung

1 Quy trình chia môn học Kỹ thuâ ̣t truyền hình số qua vê ̣ tinh Vinasat thành các mô đun

4 a: Nguyên tắc chia 5

b: Các ký hiệu 5

2: Sơ đồ logic giữa các mô đun 6

II: Thực tế chia 7

MÔ ĐUN I: THÔNG TIN QUA VỆ TINH ĐẶC ĐIỂM VÀ KỸ THUẬT ĐƯỜNG TRUYỀN (15 tiết) 8 1.1- ĐẶC ĐIỂM HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH 9

1.1.1- Định nghĩa, phân loại 9

1.1.2- Ưu điểm chính của thông tin liên lạc qua vệ tinh 10

1.2- CẤU HÌNH KHÁI QUÁT CỦA MỘT HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH

12 1.2.1- Cấu trúc cơ bản của vệ tinh 12

1.2.2- Trạm mặt đất 14

1.3 – TẦN SỐ LÀM VIỆC VÀ BĂNG THÔNG CỦA THÔNG TIN 16

1.4 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN TRÊN TUYẾN THÔNG TIN 17

1.4.1- Các mức công suất 17

1.4.1.1- Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương 18

1.4.1.2- Công suất thu 19

1.4.2 Các loại suy hao 19

1.4.2.1 Suy hao do phi đơ thu phát 19

1.4.2.2 Suy hao do anten thu phát lệch nhau 20

1.4.2.3 Suy hao do không thu đúng phân cực 21

1.4.2.4 Suy hao do khí quyển 21

1.4.2.5 Suy hao do mưa và mây 21

1.4.3 Nhiễu trên tuyến thông tin 27

1.4.3.1 Các nguồn nhiễu 27

1.4.3.2 Mật độ phổ công suất tạp nhiễu N 0 27

1.4.3.3 Nhiễu nhiệt của một nguồn nhiễu hình 28

1.4.3.4 Hệ số nhiễu 28

1.4.3.5 Nhiệt độ nhiễu của bộ suy hao T e 29

1.4.3.6 Nhiệt độ nhiễu của phần tử tích cực 29

1.4.3.7 Nhiệt độ nhiễu của hệ thống các thiết bị mắc nối tiếp 30

1.4.3.8 Nhiễu nhiệt của anten T A 31

1.4.3.9 Nhiễu nhiệt ở hệ thống thu 32

1.4.4 Tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu tại đầu vào decoder 34

1.4.5 Tỉ số năng lượng của Bit/mật độ tạp âm Eb/N 0 34

1.5: TỔNG KẾT 35

CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP

36

Chương 2: PHÂN TÍCH HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH SỐ VỆ TINH 38

2.1.1 Thực tiễn truyền hình số và chuản DVB - S 39

2.1.1.1 Vùng địa lý, các vệ tinh truyền hình - truyền thanh thương mại

39 2.1.1.2 Các băng tần sử dụng 39

2.1.1.3 Phân cực sóng 41

2.1.2 Kỹ thuật đa truy cập qua vệ tinh 41

2.1.2.1 Hệ thống SCPC (Single Channel Per Carrier) 41

2.1.2.2 Hệ thống MCPC (Multi Channel Per Carrie) 44

2.1.2.3 So sánh 2 hệ thống SCPC và MCPC 46

2.2 CÁC THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH SỐ VỆ TINH

48 2.2.1 Điều tần FM (fequency modulation) 48

2.2.1.1 Chỉ số điều chế (Modulation index) 48

2.2.1.2 Sự phân bố phổ 48

2.2.1.4 Tỉ số tín hiệu trên nhiễu (S/N) tại ngõ ra bộ giải điều chế: 48 2.2.1.5 Độ lợi giải điều chế 49

2.2.1.6 Chất lượng của tín hiệu truyền hình 49

2.2.2 Mã hóa kênh (Channel encoding) 52

2.2.3 Điều chế số (Digital Modulation) 52

2.2.4 Hiệu suất phổ (spectral efficiency) 53

2.2.5 Chất lượng của bộ giải điều chế 54

2.2.6 Giải mã và sửa lỗi 56

2.2.7 Tính toán tốc độ dữ liệu có ích so với dải thông vệ tinh 61

2.2.8 Hệ số phản xạ R 64

2.2.9 Hệ số sóng đứng - VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) 64

2.2.10 Return loss 65

2.2.14 Mức công suất tín hiệu vào 69

2.2.15 Dãy tốc độ symbol trong khoảng tần số ngõ vào 70

2.2.16 Nhiệt độ nhiễu tương đương T R , hệ số nhiễu 70

2.2.17 Băng thông IF2 70

2.2.18 Mức công suất của bộ dao động ở ngõ vào Low - band 70

2.2.19 Điểm ngăn hài bậc 3 70

2.2.20 Mức ra audio 70

2.3 HỆ THỐNG ANTEN 71

2.3.1 Đặc tính, yêu cầu của anten trạm mặt đất 71

2.3.2 Phân loại anten 72

2.3.3 Các thông số của anten parabol đối xứng 73

2.3.3.1 Kích thước và cấu trúc của antenna 73

2.3.3.2 Hiệu suất của anten 73

2.3.3.3 Nhiệt độ nhiễu của anten (T A ) 75

2.3.3.4 Độ lợi anten 75

2.3.3.5 Độ rộng búp hướng antenna 76

2.3.3.6 Hệ số sóng đứng 78

2.3.4 Phễu thu sóng 78

2.3.5 Vị trí anten 78

2.4 XỬ LÝ TÍN HIỆU AUDIO SỐ TRONG TRUYỀN HÌNH SỐ VỆ TINH [PL1]

81 2.4.1 Tổng quan 81

2.4.2 Các nguồn tín hiệu Audio số 81

2.4.2.1 Lấy mẫu (Sampling) 81

2.4.2.2 Lượng tử hóa (Quantizing) 81

2.4.2.3 - Mã hóa (Coding) 81

2.4.3.3 Đặc điểm player III 81

2.4.3.4 Ứng dụng 81

2.4.4 Sơ đồ khối cơ bản nén MPEG 81

2.4.5 Sơ đồ khối giải nén MPEG 81

2.5 XỬ LÝ TÍN HIỆU VIDEO SỐ TRONG TRUYỀN HÌNH SỐ VỆ TINH [PL2]

81 2.5.1 Các hệ truyền hình màu thế giới 81

2.5.1.1 Hệ NTSC (National Television System Committee) 81

2.5.1.2 Hệ PAL (Phase Alternative Line) 82

2.5.1.3 Hệ SECAM 82

2.5.2 Tiêu chuẩn composite số 82

2.5.2.1 Tiêu chuẩn Digital Composite fs = 4f SC PAL (tiêu chuẩn PAL, 4f SC )

82 2.5.2.2 Tiêu chuẩn Digital Composite fs = 4f sc NTSC (tiêu chuẩn NTSC 4f SC )

82 2.5.3 Tiêu chuẩn Component số 82

2.5.3.1 Tỷ lệ lấy mẫu 82

2.5.3.2 Chuẩn 4:2:2 82

2.5.4 Chuẩn nén MPEG -2 cho video số 82

2.6: TỔNG KẾT 82

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN ĐƯỜNG TRUYỀN HÌNH SỐ QUA VỆ TINH 84 MÔĐUN 3: TÍNH TOÁN ĐƯỜNG TRUYỀN HÌNH SỐ QUA VỆ TINH 84 3.1 TUYÊN TRUYỀN HÌNH SỐ VỆ TINH 86

3.1.1 Phần vệ tinh 86

3.2.3.1 Thiết kế tính toán tuyến xuống băng Ku tại Trường

CĐCNHY – CS2 Từ Sơn - Bắc Ninh trong điều kiện trời trong

90

3.2.3.2 Thiết kế tính toán tuyến xuống băng Ku tại Trường

CĐCNHY – CS2 Từ Sơn - Bắc Ninh trong điều kiện trời mưa

90

3.2.4 Tính tuyến tổng C trạm Bắc Ninh 90 3.3 TÍNH KÊNH TRUYỀN DẪN 90

3.4 TỔNG KẾT 91

Chương 4: THỰC HÀNH VÀ LẬP TRÌNH TÍNH TOÁN ĐƯỜNG

TRUYỀN BẰNG MATLAB

95

MÔ ĐUN 4: THỰC HÀNH VÀ LẬP TRÌNH TÍNH ĐƯỜNG TRUYỀN

BẰNG MATLAB

95

ĐÁP ÁN CÁC CÂU HỎI BÀI TẬP VÀ PHIẾU THĂM DÒ Ý KIẾN 97

II TỔNG HỢP PHIẾU THĂM DÒ Ý KIẾN CÁN BỘ CHUYÊN

GIA, GIÁO VIÊN VÀ SINH VIÊN

98

(Dùng cho sinh viên)

IV PHIẾU THĂM DÒ Ý KIẾN VỀ VIỆC VẬN DỤNG MODUL

ĐÀO TẠO CHUẨN VÀO GIẢNG DẠY MÔN TRUYỀN HÌNH SỐ

QUA VỆ TINH VINASAT TẠI TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG

NGHIỆP HƯNG YÊN (Dùng cho giáo viên)

TÀI LIỆU THAM KHẢO PHU ̣ LỤC

110

GIẢI NGHĨA CÁC TỪ VIẾT TẮT

A radio frequency signal (carrie) generetor: Một bô ̣ phát tín hiê ̣u RF

A symbol generetor: Một bô ̣ phát Symbol

ACS (Attitud Control Subsystem): Phân hệ điều khiển hướng vê ̣ tinh

ADC (Analog to Digital Converter): Bộ chuyển đổi tương tự - số

ADPCM (Adaptive Differentinal Pulse Code Modulation): Điều xung mã vi sai ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line): Mạng số truy câ ̣p Internet băng rô ̣ng AES (Audio Engineering Socety): Hiệp hô ̣i kỹ thuâ ̣t Audio

AKM (Solid Apogee Kich Moter): Mô tơ kích điểm cực viễn bằng bán dẫn

AMR (Analog Microweve Radio): Hệ thống tương tự

An encoder: Một bô ̣ mã hóa

AWGN (Additive White Gaussian noise): Nhiễu tạp âm trắ ng

ATSC (Advanced Television Standards Committee): Ủy ban tiêu chuẩn truyền hình

tiên tiến Mỹ

B (Blue): Màu xanh dương

Back off frequency: Sử du ̣ng la ̣i tần số (lùi tần số)

Back off Power: Lù i công suất

BEP (Bit Error Probability): Xác suất bít lỗi

BER (Bit Error Ratio): Tỉ lê ̣ bit lỗi

B-frame (Bidirectional - frame): Ảnh dự đoán B

BSS (Broadcast Satellite Service): Di ̣ch vụ quảng bá qua vê ̣ tinh

Bursts Error: Chù m lỗi

BPSK (Binary PSK): Khó a chuyển pha nhi ̣ phân (hai tra ̣ng thái)

CAT (Conditional Access Table): Bảng truy nhâ ̣p có điều kiê ̣n

ITU-R (International Telecommunications Union - Radiocommunications Standardisation Sector): Hiệp hô ̣i viến thông quốc tế - Bô ̣ phâ ̣n tiêu chuẩn vô tuyến Channel Encoding: Mã hóa kênh

C/N (Carrier / Noise): Tỷ số sóng mang / nhiễu

Close GOP: Cấ u trú c GOP kín (nhóm ảnh kín)

Coherent demodulator: Bộ giải điều chế nhất quán

Constant envelope: Đường bao không thay đổi

Convolutional Interleaving: Chèn xoắ n

Convolutional code: Mã xoắ n

Constellation diagram: Biểu đồ chò m sao

CDMA (Code Division Multiple Access): Đa truy nhâ ̣p phân chia theo mã

CRC (Cyclic Redundancy Check): Kiểm tra bit dư thừ a theo chu kỳ

Downlink: Tuyến xuống

Differentially encoder modulator: Giải điều chế mã vi sai

Digital Modulation: Điều chế số

Direct encoding: Mã hóa trực tiếp

DMR (Digital Microware Radio): Hệ thống số

DTH (Direct To Home): TV trực tiếp đến nhà

DVB (Digital Video Broadcasting): Quảng bá video số Châu Âu

DOMSAT (Domestic Satellite): Vệ tinh nô ̣i đi ̣a

EBU (European Broadcasting Union): Hiệp hô ̣i truyền thanh và truyền hình châu âu EIRP (Equivalent Isotropic Radiated Power): Công suấ t bứ c xa ̣ đẳng hướng tương

đương EMM (Entitlement Management Message): Thông tin quản lý quyền truy nhâ ̣p Encoding: Mã hóa

ES (Earth Station): Trạm mă ̣t đất

ES (Elementary Stream): Dò ng truyền tải cơ sở

Encoding of transitions - differential: Mã hóa theo sự chuyển tra ̣ng thái

Energy dispersion: Phân tán năng lượng

f/D (focal/diameter): Tiêu cự / đường kính anten parabol

Floating point: Điểm di đô ̣ng

FDMA (Frequency Division Multiple Access): Đa truy nhâ ̣p phân chia theo tần số FDM/FM (Frequency Division Multiplex/ Frequency Modulation): Ghép kênh theo

tầ n số/Điều tầ n

FM real time nutation accelerometer: Gia tốc nhi ̣p thờ i gian thực FM

FM real time attitud sensor: Cảm biến hướng thời gian thực FM

FEC (Forward error correct): Sử a lỗi trực tiếp (sửa lỗi trước / sửa lỗi tiến)

Feedhorn: Phễu hứ ng sóng và cu ̣m LNB

FSS (Fixed Satellite Service): Di ̣ch vụ vê ̣ tinh cố đi ̣nh

fH (Horizontal synchronising pulse frequency): Tầ n số đồng bộ dòng (quét ngang)

fSC (Colour subcarrier frequency): Tải tần mầu

fV (Vertical synchronising pulse frequency): Tầ n số đồng bộ do ̣c (quét do ̣c)

G (Green): Xanh lá ma ̣

GEO (Geostationary Earth Orbit ): Quỹ đa ̣o đi ̣a tĩnh

GSO (Geostationary Orbit): Quỹ đa ̣o đi ̣a tĩnh

Horizontally: Phân cực ngang

HDTV (High Definition Television): Truyền hình đô ̣ nét cao

IFRR (Image Rejection Ratio): Tỉ số nén tần số ảnh

IM (Intermodulation Noise): Nhiễu xuyên điều chế

ImF (Image Frequency): Tầ n số ảnh

Intra frame (I-frame): Nén trong ảnh, ảnh I

Intermodulation Distortion Noise: Tạp âm méo xuyên điều chế

Inter frame: Nén liên ảnh

IRD (Integrated Reciever/Decoder ): Đầu thu giải mã tín hiê ̣u số

ISDB-T (Integrated Services Digital Broadcasting):

ITMC(International Trunk Maintenance Center): Trung tâm bảo trì trung kế Quốc tế INMARSAT (International Maritime Satellite Organisation): Tổ chứ c vê ̣ tinh hàng

hải quốc tế

INTELSAT (International Telecommunications Satellite Organization): Tổ chứ c vê ̣

tinh quốc tế thông tin IOR (Indian Ocean Region): Miền Ấn Độ Dương

LEOs (Low Earth Orbits): Vệ tinh quỹ đa ̣o thấp

LO (Local Oscillator): Bộ dao đô ̣ng nô ̣i

LHCP (Left Hand Cycle Polarization):

LNA (Low noise Amplifier): Mạch khuếch đa ̣i nhiễu thấp (Ma ̣ch KĐ ta ̣p âm nhỏ) LNB (Low noise Block Downconverter): Bộ di ̣ch tần nhiễu thấp

LPF (Low pass filter): Bộ lo ̣c tần thấp

MOEs (Medium Earth Orbits): Quỹ đa ̣o trung bình

MPEG-2 (Moving Pictures Experts Group): Tiêu chuẩn nén dùng trong truyền hình MCPC (Multiple Channels Per Carrier): Đa kênh trên mô ̣t sóng mang

MSS (Mobile Satellite Services): Di ̣ch vụ di đô ̣ng

NIT (Network Information Table): Bảng thông tin ma ̣ng

NASA (National Aeronautic and Space Administration): Cơ quan quản lý vũ tru ̣ và

hàng không quốc gia NTSC (National Television System Committee): Ủy ban truyền hình quốc gia NGSO (Non- Geostationary Satellite Orbit): Quỹ đa ̣o vê ̣ tinh không phải đi ̣a tĩnh

OBO (Output Back- Off Power): Lù i công suất ngõ ra

Open GOP: GOP mở (nhóm ảnh mở)

P-frame (Predictive frame): Ảnh dự đoán P

PA (Power Amplifier): Khuếch đại công suất

PAT (Program Association Table): Bảng thông báo chương trình

PCM (Pulse Code Modulation): Điều biến mã xung

Power margin: Mứ c lề công suất

PWM (Pulse Width Modulation): Điều chế đô ̣ rô ̣ng xung

POR (Pacific Ocean Region): Vù ng thái bình dương

QSAM (Quadrature Suppress Amplitude Modulation ): Điều biên nén tải tần

QPSK (Quadrature Phase Shift Keying): Khó a di ̣ch pha 1/4 (4 tra ̣ng thái pha)

R (Red): Màu đỏ

Radio window: Cử a sổ vô tuyến

RHCP (Right Hand Cycle Polarization): Phân cực tròn phải

RL (Return Loss): Suy hao trở về

RLC (Run length Coding ): Mã có đô ̣ dài thay đổi

RF (Radio Frequency): Tầ n số vô tuyến

RTT (Round Trip Time): Thờ i gian truyền vòng

Scrambling, de- Scrambling: Ngẫu nhiên hó a, xáo trô ̣n, giải xáo trô ̣n

SEP (Symbol Error Probobility): Xác suất lỗi Symbol

SMTE (Society of Motion picture and television Engineer): Hội kỹ thuâ ̣t gia truyền

hình và điê ̣n ảnh của Mỹ SCPC (Single Channel Per Carrier): Đơn kênh trên mô ̣t sóng mang

S/N (Signal/Noise): Tín hiê ̣u trên nhiễu

SNG (Satellite News Gathering): Mạng thu thâ ̣p tin tức vê ̣ tinh

Spectral efficiency: Hiệu suất sử du ̣ng phổ tần

SSPA (Solid State Power Amplifier): Mạch khuêchs đa ̣i công suất bán dẫn

Stereo/joint stereo: Mã hóa kết hợp kênh trái và kênh phải của tín hiê ̣u stereo audio

TC&R (Telemetry, Comand & Ranging): Hệ thống thu phát lê ̣nh điều khiển dẫn

đường

TCS (Termal Control Subsystem): Phân hệ điều khiển nhiê ̣t đô ̣

TDA (Tunnel Diode Amplifier): Mạch khuếch đa ̣i dùng đi ốt tunnel

TDM (Time Division Multiple): Ghép kênh và phân chia theo thời gian

TS (Transport Stream): Dò ng truyền tải

TWTA (Travelling Wave Tube Amplifier): Bộ khuếch đa ̣i dùng đèn sóng cha ̣y TDMA (Time Division Multiple Access): Đa truy nhâ ̣p phân chia theo thời gian TT&C (Telemetry, Tracking and Command): Đo từ xa, bám và điều khiển

TVRO (TV Receiver Only): Chỉ thu TV vê ̣ tinh

Uplink: Tuyến lên

Vertically: Phân cực đứng

VLC (Variable Length Code): Mã có đô ̣ dài thay đổi (dùng cho mã Huffman)

VSAT (Very Small receiver antenna): Hệ thống anten thu vê ̣ tinh nhỏ

VSWR (Voltage Standing Wave Ratio): Hệ số sóng đứng

MỞ ĐẦU

I Lý do chọn đề tài

Khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển, cùng với sự phát triển của khoa học

kỹ thuật thì nhu cầu giải trí của con người ngày càng tăng Đặc biệt là từ khi Việt Nam phóng thành công vệ tinh Vinasat vào quỹ đạo thì vấn đề truyền hình số qua

vệ tinh đã mở ra một chân trời mới cho ngành công nghiệp giải trí này Đây là một lĩnh vực tương đối mới ở Việt nam Hiện nay nhu cầu tìm hiểu, nghiên cứu, học tập lắp đặt hệ thống thu truyền hình số qua vệ tinh Vinasat1 là rất lớn, đặc biệt là đối với đối tượng học sinh, sinh viên thuộc chuyên ngành điện tử trong các trường trung cấp chuyên nghiệp, cao đẳng và Đại học nói chung

Đối với trường Cao đẳng Công nghiệp Hưng Yên nói riêng, qua thực tế giảng dạy và tìm hiểu thì có rất nhiều học sinh, sinh viên thuộc chuyên ngành điện tử muốn tìm hiểu về những vấn đề liên quan đến truyền hình số qua vệ tinh Vinasat Tuy nhiên, những tài liệu viết về vấn đề này còn rất ít, do đó chưa đáp ứng được nhu cầu tìm hiểu về vấn đề này của học sinh, sinh viên Việc nghiên cứu thiết kế giáo trình môn Kỹ thuật truyền hình số qua vệ tinh Vinasat tại Trường Cao đẳng Công nghiệp Hưng Yên là rất cần thiết

Chính vì những lý do trên và với mong muốn giúp học sinh, sinh viên có thêm

cơ sở tiếp cận những vấn đề khoa học mới, để góp phần xây dựng nhà trường phát triển vững mạnh, ngày càng khẳng định uy tín, vị thế với các trường trong nước và

trong khu vực, tác giả đã lựa chọn vấn đề khoa học về "Nghiên cứu thiết kế giáo trình môn Kỹ thuật truyền hình số qua vệ tinh Vinasat theo phương pháp tiếp cận

mô đun tại Trường Cao đẳng Công nghiệp Hưng Yên” làm đề tài luận văn thạc sĩ

II Mục đích nghiên cứu của đề tài

Việc nghiên cứu thiết kế giáo trình môn Kỹ thuật truyền hình số qua vệ tinh vinasat theo phương pháp tiếp cận môdul tại Trường Cao đẳng Công nghiệp Hưng Yên nhằm đưa thêm những thông tin cần thiết về các vấn đề khoa học mới hiện nay, nâng cao chất lượng dạy học tại các trường trung cấp chuyên nghiệp, Cao đẳng nói chung và trường Cao đẳng Công nghiệp Hưng Yên nói riêng

III Giả thuyết khoa học

Nếu việc nghiên cứu thiết kế giáo trình môn Kỹ thuật truyền hình số qua vệ

tinh vinasat theo phương pháp tiếp cận môdul thành công và được triển khai trong

chương trình đào tạo ngành điện - điện tử tại trường sẽ tạo được động cơ, hứng thú

học tập cho học sinh, sinh viên, đồng thời giúp các giáo viên đổi mới và nâng cao

chất lượng giảng dạy, giúp quá trình đào tạo của nhà trường ngày càng được nâng

lên

IV Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của luận văn: tập trung vào khía cạnh phương pháp

luận của vấn đề nghiên cứu thiết kế giáo trình môn Kỹ thuật truyền hình số qua vệ

tinh vinasat theo phương pháp tiếp cận môdul tại Trường Cao đẳng Công nghiệp

Hưng Yên

V Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu tổng quan về dạy học theo phương pháp tiếp cận modul và cấu

trúc sư phạm cho Modul dạy học môn Kỹ thuật truyền hình số qua vệ tinh Vinasat

- Nghiên cứu để áp dụng phương pháp tiếp cận môdul cho môn Kỹ thuật

truyền hình số qua vệ tinh vinasat

- Xây dựng giáo trình cụ thể cho môn học Kỹ thuật truyền hình số qua vệ

tinh Vinasat

VI Phương pháp nghiên cứu

Luận văn vận dụng tổng hợp các phương pháp nghiên cứu khoa học chung

như lịch sử - lôgic, phân tích - tổng hợp, tiếp cận giá trị, loại suy lôgic kết hợp

chặt chẽ với khảo sát, điều tra thực tiễn và phương pháp chuyên gia

Các phương pháp nghiên cứu nói trên được sử dụng phù hợp với yêu cầu của

từng nội dung trong luận văn

VII Cấu trúc của luận văn: Luận văn gồm 4 chương

Chương 1: THÔNG TIN QUA VỆ TINH VỆ TINH ĐẶC ĐIỂM VÀ KỸ

THUẬT ĐƯỜNG TRUYỀN (15 tiết) Chương 2: KỸ THUẬT TRUYỀN HÌNH SỐ QUA VỆ TINH (15 tiết)

Chương 3: TÍNH TOÁN KÊNH TRUYỀN HÌNH SỐ QUA VỆ TINH (15 tiết) Chương 4: THỰC HÀNH VÀ LẬP TRÌNH TÍNH ĐƯỜNG TRUYỀN BẰNG

MATLAB (15 tiết)

Chương 1 THÔNG TIN QUA VỆ TINH ĐẶC ĐIỂM VÀ KỸ THUẬT ĐƯỜNG TRUYỀN

I Giới thiệu chung

Trong bối cảnh chúng ta đang đổi mới phương pháp dạy học theo hướng “phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo của học sinh trong hoạt động học tập” (khoản 2, điều 24, luật Giáo dục) nên hiểu: “Phương pháp dạy học là cách thức hoạt động của giáo viên trong việc chỉ đạo, tổ chức các hoạt động học tập của người học nhằm giúp họ tích cực tự giác, chủ động đạt được các mục tiêu dạy học”

“Mô đun dạy học là một đơn vị, một chương trình dạy học tương đối độc lập, được cấu trúc một cách đặc biệt nhằm phục vụ cho người học, nó chứa đựng cả mục tiêu dạy học, nội dung dạy học, phương pháp dạy học và hệ thống các công cụ đánh giá kết quả lĩnh hội, gắn bó chặt chẽ với nhau thành một thể hoàn chỉnh”

Mô đun dạy học còn có một số đặc trưng cơ bản khác sau đây:

- Hàm chứa một tập hợp những tình huống dạy học, được tổ chức xung quanh một chủ đề nội dung được xác định một cách tường minh

- Có một hệ thống các mục tiêu dạy học được xác định một cách xác đáng,

cụ thể, rõ ràng, có tính khả thi, có thể quan sát và đo lường được Hệ thống mục tiêu này sẽ định hướng quá trình dạy học

Có một hệ thống những test điều khiển quá trình dạy học nhằm đảm bảo sự thống nhất hoạt động giảng dạy, hoạt động học và kiểm tra đánh giá để phân hoá con đường lĩnh hội tiếp theo

Chứa đựng nhiều con đường lĩnh hội theo những cách khác nhau để chiếm lĩnh cùng một nội dung dạy học, đảm bảo cho người học tiến lên theo những nhịp

độ riêng để đi tới mục tiêu

Có tính độc lập tương đối xét về nội dung dạy học Vì vậy, để học một mô đun người học phải có những điều kiện tiên quyết về kiến thức, kỹ năng, thái độ Học xong một mô đun, người học có khả năng ứng dụng những điều đã học vào môi trường hoạt động

Mô đun dạy học có nhiều cấp độ: mô đun lớn, mô đun thứ cấp, mô đun nhỏ

: Kiểm tra đầu ra của mô đun con thứ i

: Kiểm tra đầu ra một mô đun

( tiểu mô đun) Một mô đun lớn thường tương đương với số tiết học của một hoặc một vài chương

Do các mô đun dạy học được biên soạn theo một số chuẩn mực nên nó có thể dùng chung và lắp lẫn nhau trong nhiều ngành học Đây là thuận lợi rất cơ bản trong việc tổ chức đào tạo, cải cách nội dung, phương pháp dạy học, tổ chức biên soạn và cung cấp sách giáo khoa, tài liệu học tập, các phương tiện kỹ thuật dạy học, các dụng cụ nghiên cứu và thí nghiệm cho HS Đó là những điểm cần lưu ý khi biên

soạn và sử dụng mô đun để thiết kế chương trình môn học " Kỹ thuật truyền hình số

qua vệ tinh Vinasat theo phương pháp tiếp cận mô đun"

1 Quy trình chia môn học Kỹ thuật truyền hình số qua vệ tinh Vinasat thành các mô đun

a: Nguyên tắc chia

Khi chia các môn học thành các mô đun cần dựa trên các nguyên tắc sau:

- Nội dung các mô đun tương đối độc lập nhau, thể hiện rõ một vấn đề

- Các mô đun có số giờ đồng đều nhau

b: Các ký hiệu

: Nội dung

? : Yêu cầu về kiến thức (kiểm tra đầu vào)

: Giới thiệu : Mục tiêu

Môdun 1 Thông tin qua vệ tinh đặc điểm và

kỹ thuật đường truyền

2: Sơ đồ logic giữa các mô đun

Theo sơ đồ logic trên, người dạy và người học có thể lần lượt học theo trình

tự sau

Test vào  Môđun 1  Môđun 2  Môđun 3  Môđun 4  Test ra

hoặc : Test vào  Môđun 1  Môđun 3  Môđun 2  Môđun 4  Test ra

Trong quá trình thực hiện tùy theo tình hình cụ thể mà Mô đun 4 có thể tiến hành song song với 3 mô đun đầu theo phương pháp sau

số qua vệ tinh

Môdun 3 Tính toán đường truyền hình số vệ tinh

Test ra

Môdun 1 Thông tin qua vệ tinh đặc điểm và

kỹ thuật đường truyền

Môdun 4 Thực hành lập trình tính đường truyền bằng Matlab

số qua vệ tinh

Môdun 3 Tính toán đường truyền hình số vệ tinh

Test ra

Môdun 4 Thực hành lập trình tính đường truyền bằng Matlab

II: Thực tế chia

Môn học Truyền hình số qua vệ tinh được chia thành 4 mô đun, mỗi mô đun

15 tiết, chia như vậy thì người học dễ hình dung ra và thuận lợi cho việc giảng dạy Các mô đun cụ thể như sau

MÔ ĐUN I: THÔNG TIN QUA VỆ TINH VỆ TINH ĐẶC ĐIỂM VÀ KỸ

THUẬT ĐƯỜNG TRUYỀN (15 tiết)

MÔ ĐUN 2: KỸ THUẬT TRUYỀN HÌNH SỐ QUA VỆ TINH (15 tiết)

MÔ ĐUN 3: TÍNH TOÁN KÊNH TRUYỀN HÌNH SỐ QUA VỆ TINH (15 tiết)

MÔ ĐUN 4: THỰC HÀNH VÀ LẬP TRÌNH TÍNH ĐƯỜNG TRUYỀN BẰNG

MATLAB (15 tiết)

MÔ ĐUN I: THÔNG TIN QUA VỆ TINH ĐẶC ĐIỂM VÀ KỸ THUẬT

ĐƯỜNG TRUYỀN (15 tiết)

Có các kiến thức về quỹ đạo, cấu tạo và các thông số cơ bản trên tuyến thông tin của vệ tinh

Trong kỹ thuật cũng như trong đời sống hiện nay,

ở nước ta đang tồn tại đan xen nhiều phương thức phát

sóng truyền hình nhằm phục vụ nhu cầu đa dạng của

người xem Ví dụ truyền hình phát sóng mặt đất,

truyền hình số mặt đất, truyền hình cáp, truyền hình số

qua vệ tinh (DTH) Phụ thuộc vào tình hình thực tế

của từng vùng, miền khác nhau mà mỗi phương thức

phát sóng truyền hình có những đặc điểm riêng

Trong các loại hình thông tin thì thông tin qua vệ

tinh đóng một vai trò hết sức quan trọng các dịch vụ

ứng dụng như dịch vụ thoại, truyền hình, thông tin di

động, truyền số liệu, Internet, các dịch vụ đào tạo và y

tế từ xa, truyền tin cho ngư dân trên biển, dự báo thời

tiết, đảm bảo an ninh quốc phòng Đặc biệt cung cấp

đường truyền thông tin cho các trường hợp khẩn cấp

như thiên tai, bão lụt, đường truyền cho các vùng sâu,

vùng xa, hải đảo mà các phương thức truyền dẫn khác

khó vươn tới được

Tuy vậy hệ thống thông tin vệ tinh cũng chịu ảnh

hưởng của nhiều yếu tố như địa hình, môi trường, khí

hậu tạo nên các loại suy hao, ảnh hưởng của các loại

nhiễu những yếu tố trên tác động làm ảnh hưởng tới

chất lượng tín hiệu Do đó, nắm vững về thông tin vệ

tinh sẽ giúp ích rất nhiều cho việc khắc phục các hiện

tượng trên

- Trình bày được khái niệm và phân loại vệ tinh

- Trình bày cấu trúc cơ bản

và ưu, nhược điểm của thông tin liên lạc qua vệ tinh

- Phân tích được các thông

số cơ bản trên tuyến thông tin như các mức công suất, các loại suy hao và nhiễu trên tuyến thông tin

- Tìm và phân tích được các nguyên nhân tác động làm ảnh hưởng tới chất lượng tín hiệu, biện pháp khắc phục

?

1.1 ĐẶC ĐIỂM HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH

1.2.CẤU HÌNH KHÁI QUÁT CỦA MỘT HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH

1.3 TẦN SỐ LÀM VIỆC VÀ BĂNG THÔNG CỦA THÔNG TIN VỆ TINH

1.4 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN TRÊN TUYẾN THÔNG TIN

1.1- ĐẶC ĐIỂM HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH

1.1.1- Định nghĩa, phân loại

+ Một vệ tinh có khả năng thu và phát sóng vô tuyến điện khi được phóng vào vũ trụ ta gọi là vệ tinh thông tin Khi đó vệ tinh sẽ khuếch đại sóng vô tuyến nhận được từ các trạm mặt đất và phát lại sóng vô tuyến điện đến các trạm mặt đất khác Do vệ tinh chuyển động khác nhau khi quan sát từ mặt đất, phụ thuộc vào quỹ đạo bay của vệ tinh, vệ tinh có thể phân ra vệ tinh quỹ đạo thấp và vệ tinh địa tĩnh

+ Vệ tinh quỹ đạo thấp (hình 1.1) là vệ tinh nhìn từ mặt đất nó chuyển động liên tục, thời gian vệ tinh chuyển động một vòng trên quỹ đạo của nó khác với chu

kỳ quay của trái đất xung quanh trục của mình Các quỹ đạo thấp có hình ellip gồm:

- LEOs (Low Earth Orbits) quỹ đạo thấp, ở độ cao 750 ÷ 1500 km

- MEOs (Medium Earth Orbits) quỹ đạo trung, ở độ cao 10000÷20000km

- HEO (Highly Elipitical Orbits) quỹ đạo elip cao, ở độ cao 40.000km

+ Ưu điểm chính của các hệ thống thông tin dùng ở các quỹ đạo này là:

- Giảm thời gian trễ

- Có thể thông tin đến bất cứ nơi nào trên trái đất

LEOs được ứng dụng nhiều trong các dịch vụ thông tin di động, MEOs cũng đang cạnh tranh với LEOs, hệ thống định vị toàn cầu GPS (The Global Position System) là một ví dụ ứng dụng của MEOs

+ Vệ tinh địa tĩnh (Geostationary Orbit - GSO hay Geostationary Earth Orbit

- GEO) là vệ tinh được phóng lên quỹ đạo tròn nằm trên mặt phẳng đường xích đạo cách trái đất 35786 km, vệ tinh loại này bay xung quanh quả đất một vòng mất 24 giờ Do chu kỳ bay của vệ tinh trùng chu kỳ quay của quả đất xung quanh trục của

?

*

nó theo hướng từ tây sang đông, bởi vậy vệ tinh dường như đứng yên khi quan sát

từ mặt đất Mặc dù được sử dụng rộng rãi trong thông tin vệ tinh nhưng vệ tinh GEO cũng có một số khuyết điểm như:

- Khó bao phủ ở những vùng cực

- Khó đạt đúng quỹ đạo

- Góc ngẩng tương đối thấp khi vĩ độ cao

- Thời gian trễ lớn (thời gian đi về của tín hiệu gần 0,25s)

+ Có 3 loại hình thông tin liên lạc qua vệ tinh:

- Dịch vụ cố định (FSS – Fixed Satellite Service): VSAT (Very small receiver antenna) + GSO (Geostationary Orbit)

- Dịch vụ quảng bá (BSS – Broadcast Satellite Service) TVRO (Television receive only), SMATV, Radio

- Dịch vụ di động (MSS – Mobile Satellite Service): SNG (Satellite News Gathering), LEO (Low Earth Orbits), MEO (Madium Earth Orbits)…

1.1.2- Ưu điểm chính của thông tin liên lạc qua vệ tinh

- Vùng phủ sóng rộng: do vệ tinh đặt cách xa trái đất

- Dung lượng thông tin lớn: vì sử dụng ở tần số cao nên băng tần rộng và áp dụng các biện pháp tiết kiệm khoảng tần số như FDMA (Frequency Division Multiple Access), TDMA (Time DMA), CDMA (Code DMA)…

- Độ tin cậy và chất lượng thông tin cao: do tuyến thông tin chỉ có ba chạm, trong

đó vệ tinh đóng vai trò như trạm lặp, còn hai trạm đầu cuối trên mặt đất nên xác suất hư hỏng trên tuyến rất thấp

- Tính linh hoạt và hiệu quả kinh tế: hệ thống thông tin được thiết lập nhanh chóng trong điều kiện các trạm mặt đất cách xa nhau Đặc biệt hiệu quả kinh tế cao trong thông tin cự li lớn, thông tin xuyên lục địa

- Đa dạng về loại hình dịch vụ: Dịch vụ thoại, Fax, Telex cố định

Dịch vụ phát thanh, truyền hình quảng bá Dịch vụ thông tin di động qua vệ tinh Dịch vụ VSAT, Inmarsat…

m

Vệ tinh địa tĩnh có thể đảm bảo thông tin ổn định liên tục hơn so với vệ tinh quỹ

đạo thấp, nên nó được sử dụng trong truyền hình

Nếu ba vệ tinh được đặt cách đều nhau trên đường xích đạo như

hình 1.2 thì có thể thiết lập thông tin giữa hầu hết các vùng trên quả đất bằng cách chuyển tiếp qua 1 hoặc 2 vệ tinh Điều này cho phép xây dựng một mạng thông tin trên toàn cầu

1.000

km

Hình 1.1: Vệ tinh quỹ đạo thấp Hình 1.2: Vệ tinh quỹ đạo địa tĩnh

Quỹ đạo địa tĩnh Quỹ đạo

elip

1.2- CẤU HÌNH KHÁI QUÁT CỦA MỘT HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH

Hệ thống thông tin vệ tinh (hình 1.3) gồm có:

- Một vệ tinh địa tĩnh

- Các trạm mặt đất

- Đường hướng từ trạm phát mặt đất đến vệ tinh được gọi là tuyến lên (Uplink)

- Đường hướng từ vệ tinh đến trạm thu mặt đất gọi là tuyến xuống (Downlink)

1.2.1- Cấu trúc cơ bản của vệ tinh:

Hình 1.4 mô tả một vệ tinh bao gồm:

- Vệ tinh nhân tạo chứa các máy thu phát hình, các bộ điều khiển bay

- Anten định hướng cho mặt đất, góc tỏa sóng của anten được chọn sao cho sóng bao trùm những vùng cần phủ trên mặt đất (cả nước hoặc cả vùng lục địa)

- Nguồn năng lượng cung cấp cho vệ tinh hoạt động chủ yếu là dùng pin mặt trời

Hình 1.3: Hệ thống thông tin vệ tinh

(Downlink)

Vệ tinh

Hình 1.5: Sơ đồ khối chức năng của vệ tinh

Channel 1

TDA

Low Level TWT

Filter

Channel 2 Channel 3

Hình 1.4: Cấu trúc cơ bản của vệ tinh

anten thu băng X

anten đo xa-điều khiển xa

anten phát băng X

anten đổi hướng được

Môđun tên lửa đẩy

Buồm hứng gió mặt trời

Trong đó:

+TDA: Tunnel Diode Amplifier

+ LO: Local Oscillator

+ PA: Power Amplifier

+ TWT: Traveling Wave Tube Amplifier + DEMUX: Demultiplexing Network

Hoạt động của vệ tinh (hình 1.5): Đầu tiên anten nhận tín hiệu của tuyến lên, kế đến bộ lọc sẽ bỏ đi dãy tần số không mong muốn, bộ khuếch đại nâng công suất tín hiệu và tín hiệu được dịch xuống dãy tần phù hợp với dãy tần của tuyến xuống Tiếp theo bộ khuếch đại, mạng lưới phân kênh tách các kênh riêng lẻ để xử lý như: cân bằng, khuếch đại, lọc … tất cả các kênh sau đó được kết hợp lại và truyền xuống

1.2.2- Trạm mặt đất

Phần mặt đất (hình 1.6) hay còn gọi là các trạm thu, phát trên mặt đất, viết tắt

là SES (Satellite Earth Station) Có nhiều trạm mặt đất khác nhau được sử dụng, tùy thuộc vào kiểu liên lạc qua vệ tinh Ví dụ như trạm cố định hoặc di động chỉ thu, phát hoặc cả hai, mục đích sử dụng để truyền thông tin dữ liệu, thoại hoặc truyền hình

Hệ thống thiết bị trong trạm mặt đất bao gồm: antenna, thiết bị phát và thiết bị thu siêu cao, các bộ biến đổi tuyến lên và tuyến xuống, hệ thống xử lý tín hiệu, hệ thống thiết bị băng tần cơ bản, hệ thống giám sát…

- Tín hiệu băng tần cơ bản (Base Band) ở trạm mặt đất được chia làm hai loại cơ bản là:

id Converter Down Demod Antenna

Hình 1.6: Sơ đồ khối chức năng trạm mặt đất

Tín hiệu thoại, Telex, dữ liệu… dưới dạng tương tự hay số được đưa đến và lấy

ra từ trung tâm bảo trì trung kế quốc tế ITMC (International Trunk Maintenance Center) được đấu nối đến trạm mặt đất bằng hệ thống cáp đồng trục hoặc cáp sợi quang

Tín hiệu hình được đưa đến trạm mặt đất từ Studio truyền hình (phát hình hoặc thu hình) cũng bằng cáp đồng trục hoặc cáp sợi quang

- Hệ thống anten: Đường kính anten thu, phát của trạm mặt đất thông thường từ 0,6m đến 30m tùy theo tiêu chuẩn của từng loại trạm Anten được một hệ thống cơ khí vững trắc giữ, đảm bảo đỡ anten được trong các điều kiện mưa to gió lớn thậm chí động đất Hệ thống anten được đấu nối trực tiếp với bộ khuếch đại tạp âm thấp LNA và bộ khuếch đại công suất lớn HPA bằng hệ thống ống dẫn sóng Để ngăn cách giữa tín hiệu công suất phát và tín hiệu thu về không lẫn sang nhau (vì dùng chung antenna) người ta dùng bộ lọc thu phát siêu cao (Diplexer)

- Hệ thống thu tín hiệu: Tín hiệu SHF thu từ anten được khuếch đại lên nhờ LNA, sau đó qua bộ chia cao tần rồi vào bộ biến đổi xuống (Down Converter) để đổi từ tần số RF xuống trung tần IF, kế đến bộ giải điều chế để thu lại tín hiệu băng tần cơ bản (Base Band) Tín hiệu sẽ được xử lý như giải nén, sửa lỗi (Redundancy), giải nhấn (De-emphasis), triệt tiếng dội (Echo -Cancellation) … sau đó các tín hiệu thoại hay truyền hình được phân kênh để có thể truy xuất dễ dàng theo các tần số sóng mang chuẩn

- Hệ thống phát tín hiệu : Tín hiệu băng tần cơ bản được dồn kênh (Mux), sau

đó qua bộ xử lý tín hiệu, điều chế, tổng hợp tần số, đổi tần cho từng kênh riêng lẻ sau đó qua bộ khuếch đại công suất lớn truyền qua Diplexer, Feeder và bức xạ ra antenna

Ngoài ra còn các hệ thống bám vệ tinh (Tracking), hệ thống giám sát, cấp nguồn…các thiết bị điện tử trong trạm đều bắt buộc làm việc trong môi trường thích hợp, đó là nhiệt độ 200C với độ ẩm 70% để đảm bảo an toàn, duy trì tuổi thọ cũng như chất lượng thông tin

1.3 – TẦN SỐ LÀM VIỆC VÀ BĂNG THÔNG CỦA THÔNG TIN VỆ TINH

1.3.1- Cửa sổ vô tuyến

Hình 1.7 cho thấy sóng điện từ ở tần số thấp bị hấp thụ năng lượng mạnh khi truyền qua tầng điện li (đặc biệt là mây từ) và ở tần số cao (lớn hơn 10Ghz) bị suy hao đáng kể khhi truyền qua lớp khí quyển (mây mù và đặc biệt là mưa) Chỉ có dải tần từ 1-10Ghz là có suy hao tương đối thấp nên được chọn sử dụng trong thông tin

vệ tinh, ta gọi khoảng tần số này là cửa sổ vô tuyến (Radio Window)

Liên đoàn thông tin quốc tế ITU chia thế giới làm 3 khu vực:

- Khu vực 1: Châu Âu, Châu Phi, Liên bang Nga, và các nước Đông Âu cũ

(b) (a)

Suy giảm do mưa (c) Atmospheric gases

Nhiễu khí quyển (d) Tropospheric scintillation

Nhiễu tầng đối lưu

Hình 1.7: Sự suy giảm của sóng vô tuyến trong không gian

Band Characteristics Major service (Systems)

L Ø Low propagation loss

Ø Many commercial satellites

Ø Rain attenuation is negligible

Ø Large Earth station antenna

Ø Fixed services

Ø Direct-to-Home (DTH)

X

Ø Reasonable bandwidth

Ø Rain attenuation is not negligible

Ø Medium Earth station antenna

Ø Mobile services

Ø Fixed services

Ku

Ø Reasonable bandwidth

Ø Serious rain attenuation

Ø Small Earth station antenna

Ø Fixed services

Ø DBS, DTH

Ka

Ø Large bandwidth

Ø Much serious rain attenuation

Ø Medium Earth station antenna

Ø Fixed services

Bảng 1.1 và 1.2 cho ta thấy phân định băng tần thông tin vệ tinh và các dịch vụ ứng dụng

Ví dụ:

+ Băng S (uplink 2GHz – downlink 1GHz)

+ Băng C, Ku được sử dụng nhiều ở cả 3 vùng, dùng cho thông tin cố định

và truyền hình DBS, DTH Băng Ka sử dụng ở nhật

1.4 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN TRÊN TUYẾN THÔNG TIN

1.4.1- Các mức công suất

Bảng 1.2: Ứng dụng cụ thể theo băng tần vệ tinh

T

P

EIRP G

P T T 

2 2

4

EIRP R

A G

P

4

T

T G P

1.4.1.1- Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương

Hình 1.8 cho một anten có hệ số khuếch đại GT =1, góc đặc là góc được tạo

bởi một cung có độ dài bằng bán kính Đặt một công suất RF có giá trị PT tại tâm

hình cầu khi đó ta có công suất bức xạ trên một đơn vị góc đặc anten đẳng hướng là

Hình 1.9: Anten thực bức xạ vùng A

hd T

T hd hd

R

EIRP R

G P A A

T T R

T

T

R

L G G P R

G G P G

4

2 2

PT: Công suất đưa ra anten phát

GT: Độ lợi anten phát; trường hợp anten vô hướng GT=1 (0dB)

Ф: Mật độ thông lượng công suất

1.4.1.2- Công suất thu

Hình 1.10 tính công suất thu PR ở cự ly R:

(1.6)

Trong đó: Ahd : diện tích hiệu dụng của anten thu

: bước sóng thu Thay 1.7 vào 1.6 có:

Trong đó:

2 4

FS

R T T

1.4.2 Các loại suy hao

1.4.2.1 Suy hao do phi đơ thu phát (hình 1.11)

Hình 1.11 Tính suy hao thu phát

Suy hao LFTX giữa máy phát và anten phát là suy hao bởi các ống dẫn sóng và các đầu nối, để anten bức xạ một công suất Pt thì công suất tại đầu ra bộ khuyếch đại của mát phát có độ lớn:

P EIRP

TX

T TX T

Suy hao giữa máy thu và anten thu là suy hao tạo nên bởi các phi đơ dẫn sóng

và các đầu nối Công suất PRX tại đầu vào máy thu có độ lớn như sau:

1.4.2.2 Suy hao do anten thu phát lệch nhau (hình 1.12)

Khi anten phát và thu lệch nhau thì sẽ tạo ra suy hao vì búp sóng chính của anten thu không hướng đúng chùm tia phát xạ của anten phát, ta biểu diễn hai loại suy hao bằng công thức sau:

Hình 1.12 - Suy hao do anten thu phát lệnh nhau

10lg ( ) 12( )2[ ]

3 2

3

76 2

dB e

L

dB T dB

3

76 2

dB e

L

dB T dB

3 70 70 [degrees]

Df

C D

1.4.2.3 Suy hao do không thu đúng phân cực

Loại suy hao này xảy ra khi an ten thu không đúng hướng phát cùng với phân cực sống máy thu, ví dụ đối với sóng điện từ phát đi phân cực tròn thì chỉ trên trục bức xạ của anten sóng mới có phân cực tròn, ngoài trục bức xạ phân cực biến dạng thành elip, khi truyền trong môi trường khác nhau (đặc biệt trong mưa) phân cực bị biến đổi

Nếu gọi  là góc giữa hai mặt sóng thì suy hao do lệch phân cực được biểu diễn:

Thường lấy góc lệch beam 3 dB trong phân cực tròn

1.4.2.4 Suy hao do khí quyển

L = LFSLA

LA: Suy hao do khí quyển bao gồm suy hao trong tầng điện ly (chủ yếu là suy hao trong mây từ) và suy hao trong tầng đối lưu (chủ yếu suy hao trong chất khí O2

và hơi nước H2O)

1.4.2.5 Suy hao do mưa và mây

Nước ta mưa nhiều nên việc thu sóng vệ tinh cũng bị ảnh hưởng không ít Theo hình 1.13, Việt Nam nằm ở vùng quy định N của ITU Bảng 1.3 là lượng mưa trung bình ở vùng Châu Á - Thái Bình Dương

Suy hao do mưa Arain được tính theo công thức:

Trong đó R: Suy hao trên một đơn vị dài (dB/km), R phụ thuộc tần số sóng mang và lượng mưa RP (mm/h), R được xác định từ nomogram hình 1.15 Kết quả

sẽ là giá trị suy giảm theo phần trăm trong năm (p)

Le: Chiều dài thực của đoạn đường sóng đi qua mưa (Km)

Hình 1.12 - Lượng mưa trung bình (mm/h) của các vùng trên thế giới

1 năm = 8.760 h; 0,3% của 1 năm = 26,28h

99,7% được tính trong vùng mưa N đòi hỏi máy thu dự trữ đủ trên mức ngưỡng ứng với lượng mưa nhỏ hơn 15 mm/h

Bảng 1.3– Lượng mưa tương ứng với tổng thời gian suy giảm tín hiệu

do mưa trung bình trong năm

e L

L s

r

cos 1

1 01

0

L S R  S

Với e: Góc ngẩng của trạm mặt đất, e>50

hs: Là độ cao anten trạm mặt đất so với mực nước biển (Km)

+ Tính toán chiều dài hình chiếu LG của chiều dài nghiêng đi qua mưa LS hình 1.14

1 01

0



Xác định tỷ lệ mưa (R0.01) vượt quá 0.01% của một năm trung bình từ bảng 1.3

và hình 1.15 cho trạm mặt đất

+ Tính quãng đường thực tế sóng đi qua mưa sẽ là

Hình 1.17 cho thấy suy hao do mưa ở băng Ku nghiêm trọng hơn băng C

Hình 1.15 Lượng mưa R 0.01 (mm/h) vượt quá 0.01% của một năm TB