Tài liệu Hệ thống thông tin vệ tinh - chương 7 docx

Tiêu chuẩn quan trọng nhất ñánh giá chất lượng ñiều chế là tỉ số tín hiệu/tạp âm S/Nñối vớitín hiệu tương tựvàBERñối với tín hiệu số trong kênh thông tin S/N hoặc BER phụ thuộc vào một s

HỆ THỐNG THÔNG TIN

VỆ TINH

B
môn Thông tin vô tuyn

ðại học công nghệ - ðHQG HN

Giảng viên Thẩm ðức Phương Tel 0903 229 117

E- Mail: phuongthamduc@yahoo.com

1 Tín hiệu analog

2 Tín hiệu số băng gốc

3 ðiều chế số FSK, PSK, ñiều chế lai

4 Các phương pháp ña truy cập FDMA,

TDMA, CDMA

Chương 7 – ðiều chế và ña truy cập

2 Tín hiệu Analog

Tín hiệu Analog

Tín hiệu Analog

Tín hiệu số băng gốc

4 Tín hiệu số băng gốc - Modulation

Tín hiệu số băng gốc - Demodulation

ðiều chế số

Khái niệm: tín hiệu băng tần gốc ñược biến ñổi thành một tín

hiệu thích ứng với ñường truyền ñể có thể dễ dàng ghép kênh

và phát truyền qua vệ tinh Quá trình xử lý biến ñổi tín hiệu bên

phát gọi là “ñiều chế” Tại ñầu thu, bộ biến ñổi sẽ biến ñổi tín

hiệu thu thành tín hiệu ban ñầu (giải ñiều chế), và sau ñó

truyền ñến nơi nhận Thông thường, tạp âm gây ra do ñường

truyền dẫn, máy phát, máy thu và bộ biến ñổi làm cho chất

lượng của tín hiệu thu ñược thấp hơn tín hiệu ñã truyền ñi

Các dạng ñiều chế:

Chất lượng ñiều chế

Một hệ thông tin liên lạc cần phải ñược thiết kế ñể ñạt ñược

chất lượng yêu cầu với sự giới hạn của công suất phát và ñộ

rộng băng tần công tác Khi ñó hiệu suất ñiều chế là quan

trọng

Tiêu chuẩn quan trọng nhất ñánh giá chất lượng ñiều chế là tỉ

số tín hiệu/tạp âm (S/Nñối vớitín hiệu tương tựvàBERñối với

tín hiệu số) trong kênh thông tin

S/N (hoặc BER) phụ thuộc vào một só yếu tố, quan trọng hơn

cả là:

– Tỉ số sóng mang/tạp âm C/N của kênh thông tin RF hoặc

của tín hiệu trung tần IF trong máy thu

– Dạng ñiều chế tín hiệu

6 Các dạng ñiều chế số

Các dạng ñiều chế số

Dịch chuyển pha nhị phân (BPSK)

Khái niệm: Dịch chuyển pha nhị phân là thay ñổi góc θ trong

phương trình biểu diễn sóng mang Trong trường hợp này,

pha thay ñổi như sau :

Tín hiệu ‘0’ tương ứng với θo = π ( hoặc 0)

Tín hiệu ‘1 ‘ tương ứng với θ1 = 0 (hoặc π)

Dịch chuyển pha cầu phương (QPSK)

Khái niệm: Hệ thống QPSK sử dụng 4 trạng thái pha ñể ñạt hiệu

quả sử dụng tần số lớn hơn của BPSK Trong hệ thống QPSK,

tín hiệu truyền ñi ñược biến ñổi thành hai tín hiệu (biến ñổi nối

tiếp – song song) Hai sóng mang khác nhau về pha bằng π /2

ñược ñiều chế bởi 2 tín hiệu nhị phân nói trên, hai tín hiệu ñiều

chế này kết hợp thành một tín hiệu ra ñã ñiều chế Vì biến ñổi nối

tiếp – song song ñược thực hiện trước ñiều chế nên tốc ñộ tín

hiệu trong ñường truyền dẫn bằng một nửa tốc ñộ tín hiệu ñầu

vào (tốc ñộ xung nhịp), tức là khi tốc ñộ truyền dẫn trên tuyến là

như nhau, thì QPSK có thể gửi thông tin 2 bit trong một ñơn vị

thời gian xung nhịp trong khi BPSK chỉ có thể gửi thông tin 1 bit

Trong hệ thống thông tin vệ tinh, một thời gian xung nhịp gọi là

mọt ký hiệu Trong hệ thống QPSK, pha sóng mang có quan hệ

với các tín hiệu băng tần gốc như sau :

Tín hiệu băng tần gốc (I,Q) Góc pha sóng mang (θ)

Dịch chuyển pha cầu phương (QPSK)

khi tốc ñộ truyền dẫn trên tuyến là như nhau, thì QPSK có

thể gửi thông tin 2 bit trong một ñơn vị thời gian xung nhịp

trong khi BPSK chỉ có thể gửi thông tin 1 bit

Các phương pháp ña truy nhập

Khái niệm: ña truy nhập là khả năng một số lượng lớn các

trạm mặt ñất có thể ñược nối với nhau ñể truyền tín hiệu thoại,

hình ảnh, số liệu, tín hiệu fax,… cho nhau thông qua vệ tinh

Một số yếu tố ảnh hưởng ñến khả năng truy nhập của các

trạm mặt ñất qua vệ tinh:

–Khả năng của vệ tinh

– Việc sử dụng phổ

– Công suất của vệ tinh

– Khả năng kết nối

– Giá thành

– Sự chấp nhận của người sử dụng

– Tính linh hoạt

Có 3 kỹ thuật ña truy nhập chính thường sử dụng là: FDMA,

TDMA và CDMA

Mỗi kênh khuyếch ựại một sóng mang mà phổ của sóng mang

này nằm trong dải thông của kênh vào thời ựiểm kênh này

ựang ở trạng thái hoạt ựộng Như vậy có thể tại một thời ựiểm,

các sóng mang cùng chiếm dải tần kênh và can nhiễu lẫn

nhau để tránh can nhiễu này, các máy thu của trạm mặt ựất

phải có khả năng phân biệtgiữa các sóng mang thu ựược

Có thể thực hiện ựược ựiều này theo một số phương thức

sau:

Ớ Nếu phổ của các sóng mang chiếm mộtdải conkhác nhau

trong dải tần của kênh thì máy thu có thể phân biệt giữa các

sóng mang nhờ các bộ lọc đó là nguyên lý của ựa truy nhập

phân chia theo tần số (FDMA)

Các phương pháp ựa truy nhập

ỚMột số sóng mang ựược máy thu nhận theo thứ tự thời gian

có thể ựược phân biệt theo kiểu chọn cửa thời gian ngay cả

khi chúng chiếm cùng một băng tần đây là nguyên lý ựa truy

nhập phân chia thời gian (TDMA)

ỚBằng việc ựưa thêm một Ộdấu hiệu riêngỢ ựặc trưng cho các

sóng mang sẽ ựảm bảo máy thu nhận dạng ựược từng sóng

mang riêng biệt ngay khi các sóng mang chiếm ựồng thời

cùng một băng tần Dấu hiệu riêng thường ựược thể hiện

bằng các mã giả ngẫu nhiên PN (Pseudo Noise) Phương

pháp này là ựa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) Việc sử

dụng các mã như vậy có tác ựộng ựến việc mở rộng ựáng kể

phổ sóng mang, và do vậy phương pháp này còn gọi là ựa

truy nhập giãn phổ

Các phương pháp ựa truy nhập

ða truy nhập phân chia theo tần số (FDMA)

Hệ thống này thực hiện dùng chung một phổ tần của bộ phát

ñáp bằng cách chia phổtần thành nhữngbăng tần convà

phân cho các kênh sử dụng riêng biệt FDMA ñược ñặc trưng

bởi sự ñơn giản gọn nhẹ về mặt thiết bị trạm mặt ñất, nhưng

bị hạn chế bới việc truyền dẫn ña kênh ðiều này dẫn tới sự

cần thiết phải ñiều khiển công suất phát của ñưởng kết nối từ

trạm lên vệ tinh và làm phức tạp cho việc phân bố tần số

cũng như việc phân chia sử dụng, sự suy giảm chất lượng,

khả năng lưu lượng của hệ thống

Các trạm chia sẻ băng tần của

bộ phát ñáp bằng các dải tần

số riêng biệt

Các yếu tố ảnh hưởng chất lượng FDMA

Các suy giảm phẩm chất do phân cực:

Nhiễu phân cực trực giao phát sinh do sự săp xếp phân cực

tín hiệu không hoàn toàn triệt ñể giữa trạm mặt ñất và vệ tinh,

sự sai lệch cực tính của tín hiệu do mưa lớn trên ñường

truyền, ngoài ra còn do chất lượng thực tế của các anten thu

phát không ñúng như thiết kế

Nhiễu cùng kênh có thể sinh ra từ nhiều nguồn khác nhau, ví

dụ do các vệ tinh có vị trí gần nhau hoặc do các trạm mặt ñất

sử dụng các băng tần gần nhau Ngoài ra, có thể do các

anten mặt ñất có khả năng nhận biết kém sự phân cực của

chùm tín hiệu tia chính

ða truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA)

Hệ thống này tạo khả năng truy nhập tới phổ tần bộ phát ñáp

cho phép trên cơ sởphân chia thời gian Hệ thống TDMA

ñược ñặc trưng bởi tính tương thích với các hệ thống thống

tin số, sử dụng tối ñacông suất bộ phát ñáp và ñộ rộng băng

tần, nhưng thiết bị trạm mặt ñất ñòi hỏi phức tạp hơn so với

hệ thống FDMA, và giá thành cũng cao hơn

Các trạm chia sẻ khả năng của bộ

phát ñáp bằng các khoảng thời

gian riêng biệt khác nhau

Các yếu tố ảnh hưởng chất lượng TDMA

Cácbộ lọccủa các bộ phát ñáp trên vệ tinh có ảnh hưởng

ñến chỉ số lỗi bit tín hiệu (BER) Một sựsuy giảm rất nhỏcủa

năng lượng sóng mang trên bit (Eb) hoặc sự tăng của mật ñộ

công suất tạp âm (No) ñều gây ra sự thay ñổi của chỉ số lỗi bit

(BER)

Sự mất nhịp ñồng bộcó thể làm mất khả năng phát hiện các

bit trong các từ mã thông tin ñặc trưng, các “tag”, và thông tin

của kênh cho tới khi xuất hiện các burst thông tin tiếp theo

hoặc tín hiệu ñồng bộ khung ñược tạo ra Vì chỉ có một phổ

dùng chung nên sự ñồng bộ là rất quan trọng vì tại một thời

ñiểm chỉ cho phép một trạm ñược phát Nếu một trạm ñánh

mất khung ñịnh thời hoạt ñộng của mình thì sẽ gây ra sự

nghẽn ñường phát của các trạm ñược ấn ñịnh

ða truy nhập phân chia theo mã (CDMA)

ðược thực hiện bằng cách dùng chungmột bộ phát ñáp

thông thường bằng kỹ thuật giãn phổ, trong ñó tín hiệu ñược

truyền dẫn trên một băng tần lớn hơnrất nhiều lần băng tần

thực tế ñiều này ñược thực hiện một cách tức thời Mỗi trạm

mặt phát sử dụng một mã giả ngẫu nhiên ñặc biêt (PN) ñể

thực hiện giãn phổ cho luồng tín hiệu phát ñi Mỗi trạm thu

trong mạng phải có mã nhận dạngtạp âm giả ngẫu nhiên ñể

phục hồi vàthu nhậnlại thông tin ban ñầu Các mạng khác

có thể hoạt ñộng ñồng thời và trong cùng một phổ nếu như

sử dụng mã khác nhau ñể giãn phổ và khôi phục tín hiệu

thông tin của mình

Cho phép chèn các tín hiệu

mã theo thời gian và tần số

Mỗi trạm sẽ tách các tín hiệu

mã này và nhận dạng chúng

Kỹ thuật ñơn giản, do nó không dòi hỏi bất kỳ sự ñồng bộ

truyền dẫn nào giữa các trạm ðồng bộ duy nhất là của máy

thu với chuỗi sóng mang thu ñược

Nó cung cấp các thuộc tính hữu ích ñể chống lại can nhiễu

từ các hệ thống khác

ða truy nhập phân chia theo mã (CDMA)

CDMA TDMA

FDMA