Thu truyền hình trực tiếp từ vệ tinh

của con người.Nó thay đổi từng ngày từng giờ cuộc sống của con người theo hướng hiện đại hơn.Dân số càng tăng , nhu cầu cũng tăng theo , các dịch vụ , các tiện ích từ đó cũng được hình thành và phát triển theo. Kể từ khi truyền hình xuất hiện vào đầu thế kỷ thứ XX đến nay, truyền hình đã có nhưng bước phát triển như vũ bão nhờ sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật và công nghệ.Từ truyền hình đen trắng rồi đến truyền hình màu. Đến nay chúng ta đã có nhiều dạng truyền hình khác nhau với chất lượng hình tốt hơn như : truyền hình số , truyền hình cáp , truyền hình với độ phân giải cao HD,truyền hình vệ tinh… nhằm làm thoả mãn nhu cầu ngày càng cao của con người. Trong đó truyền hình vệ tinh đang ngày càng phát triển vì những tính ưu việt của nó như vùng phủ sóng rộng, băng tần công tác rộng thích hợp cho truyền hình độ nét cao…Truyền hình vệ tinh hiện nay đang được ứng dụng tại nước ta và trong tương lai sẽ ngày một phát triển. Chính vì những lý do trên em quyết định chọn đề tài : “ Thu truyền hình trực tiếp từ vệ tinh” cho báo cáo thực tập tốt nghiệp của mình.Nội dung của báo cáo : Chương I:Một số vấn đề về thông tin vệ tinh nói chung Qua đây em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy cô trong khoa Điện tử-viễn thông và đặc biệt em xin chân thành cảm ơn thầy Th.s-GVC Lê Tân Phương đã tận tình chỉ bảo và hướng dẫn em trong thời gian làm báo cáo thực tập. Chương I MỘT SỐ VẤN ĐỀ CƠ BẢN CỦA THÔNG TIN VỆ TINH NÓI CHUNG 1.1:Tổng quan về thông tin vệ tinh 1.1.1:Nguyên lý thông tin vệ tinh Thông tin vệ tinh là hệ thống thông tin liên lạc giữa các điểm mặt đất với nhau thông qua trạm chuyển tiếp siêu cao tần trên vệ tinh đặt rất xa trái đất. a.Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống thông tin vệ tinh: Trong đó: Us(t):Tín hiệu thông tin BB: Tín hiệu băng gốc MOD:Bộ điều chế U/C:Bộ đổi tần lên HPA:Bộ khuếch đại công suất lớn fpm:Tần số lên LNA:Máy thu tạp âm thấp D/C:Bộ đổi tần xuống fpd:Tần số xuống DEMOD:Bộ giải điều chế b.Nguyên lý làm việc: Thông tin liên lạc thực hiện giữa trạm A và trạm B(hay điểm A với điểm B) trên trái đất nhưng với cự ly rất xa người ta không thể liên lạc trực tiếp giữa điểm A và điểm B do đó người ta phải thông qua trạm chuyển tiếp vệ tinh. Để liên lạc giữa A với B thì tín hiệu thông tin Us(t) hay tín hiệu băng gốc BB được đưa vào bộ điều chế MOD để điều chế vào sóng trung tần.Sau đó đưa đến bộ biến đổi tần lên(U/C) để biến đổi lên tần số cao(với tần số lên fpm). Đưa đến bộ khuếch đại công suất lớn để khuếch đại đủ công suất theo yêu cầu rồi đưa ra anten phát để biến thành sóng siêu cao tần bức xạ ra không gian truyền lan trong không gian lên anten thu trên vệ tinh.Anten thu trên vệ tinh thu được fpm chuyển đổi thành tín hiệu siêu cao tần đưa đến bộ đổi tần xuống D/C mục đích thực hiện chuyển đổi sang tần số xuống fpd .Rồi đưa đến bộ khuếch đại công suất lớn HPA trên vệ tinh để khuếch đại đủ lớn đưa vào anten phát,phát trở lại mặt đất đến trạm B vào anten.Sóng điện từ siêu cao tần qua anten biến thành tín hiệu siêu cao tần đưa đến máy thu tạp âm thấp,khuếch đại đủ lớn đưa đến bộ đổi tần xuống D/C để đổi từ fpd sang trung tần fIF đưa đến bộ giải điều chế DEMOD.Sau giải điều chế ta nhận được tín hiệu thông tin US(t) hoặc tín hiệu băng gốc BB. Hệ thống thông tin vệ tinh được chia làm 3 phần: *Phần mặt đất:là các trạm mặt đất có thể chỉ có thu hoặc chỉ có phát như hệ thống truyền hình và trạm mặt đất có thể bao gồm cả thu và phát như hệ thống thông tin liên lạc. *Phần không gian:là phần rất rộng lớn ngoài Trái đất nó bao gồm tầng đối lưu,tầng điện ly (tầng i-on) và tầng không gian tự do. *Phần trên vệ tinh:gồm 50-70 bộ phát đáp (bộ chuyển tiếp).Bộ phát đáp gồm 3 khối LNA,D/C,HPA.Anten trên vệ tinh dùng cho cả thu và phát. 1.1.2: Ưu nhược điểm của thông tin vệ tinh a. Ưu điểm Thông tin vệ tinh tuy ra đời muộn so với nhiều phương tiện truyền thông khác nhưng nó được phát triển nhanh chóng nhờ có nhiều ưu điểm là: -Khoảng cách thông tin liên lạc giữa điểm thu và phát có thể rất lớn(trên 10.000km với 1 vệ tinh địa tĩnh) -Vùng phủ sóng rất lớn nên cự ly thông tin rất xa có thể đạt được hàng vạn km vì vệ tinh đặt rất xa Trái đất như vệ tinh địa tĩnh đặt cách trái đất 36000km. Chỉ cần góc mở của anten vệ tinh bằng 1 độ thì diện tích phủ sóng là 700km2 .Trên lý thuyết chỉ nhờ 3 vệ tinh địa tĩnh là đã có thể phủ sóng cho gần như hoàn toàn trái đất (trừ vùng ở 2 cực). -Dung lượng thông tin rất lớn vì nó có băng tần rộng B=500Mhz.Với kỹ thuật mở rộng băng tần có thể lên tới 2590Mhz.Do đó hệ thống thông tin vệ tinh đáp ứng được rất nhiều loại hình dịch vụ như : thoại, FAX , phát thanh truyền hình chất lượng cao,thăm dò địa chất, định vị toàn cầu,truyền hình…. -Độ tin cậy rất cao đạt 99.9%. Độ tin cậy được đánh giá bằng xác suất hỏng trong hệ thống.Trong vệ tinh chỉ có 3 trạm và vật liệu làm vệ tinh rất chắc chắn nên ít bị hỏng. -Chất lượng thông tin rất cao vì nhiễu và pha đinh trong dải siêu cao tần không đáng kể. Với thông tin tương tự tỉ lệ S/N lên đến hàng chục lần. Với thông tin số BER (tỉ lệ lỗi bit) là 10-9 ,của sóng ngắn là 10-3. Với thông tin địa tĩnh thì không gặp hiệu ứng Doppler. -Tính linh hoạt cao.Việc lắp đặt hay di chuyển các thành phần trong hệ thống truyền vệ tinh đặt trên mặt đất tương đối nhanh chóng, dễ dàng và không phụ thuộc vào cấu hình mạng cũng như hệ thống truyền dẫn. b.Nhược điểm: -Khoảng cách giữa trạm mặt đất với vệ tinh khá xa nên thời gian trễ lớn(240-275)ms dễ gây tiếng dội. -Công suất máy phát từ vệ tinh không thể dùng lớn được cộng với anten không được phép dùng lớn nên Ga nhỏ, hiệu suất thấp. -Cần phải có hệ thống tự động điều khiển xa, đo lường xa rất tinh vi, phức tạp để đảm bảo vệ tinh và các thiết bị trên vệ tinh hoạt động đúng với các chỉ tiêu yêu cầu -Nguồn cung cấp cho tất cả các thiết bị trên vệ tinh là pin mặt trời công suất không lớn.nếu vệ tinh bay đến vùng trái đất che mặt trời không có ánh sáng mặt trời vệ tinh không hoạt động nên phải có nguồn dự trữ. -Qúa trình phóng vệ tinh lên quỹ đạo rất phức tạp khó khăn và đắt tiền. -Vốn đầu tư ban đầu lớn. 1.2: Đặc điểm của thông tin vệ tinh 1.2.1:Cấu hình và quỹ đạo vệ tinh a.Cấu hình: Phân đoạn không gian của một hệ thống truyền tin vệ tinh bao gồm các thiết bị đặt trong vệ tinh và các hệ thống trang thiết bị đặt trên mặt đất để kiểm tra theo dõi, điều khiển hành trình của vệ tinh (cả hệ thống bám, đo đạc và điều khiển).Bản thân vệ tinh bao gồm 2 phần: *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.Các bộ phát đáp trên vệ tinh có nhiệm vụ thu sóng điện từ từ Trái đất phát lên, khuếch đại tín hiệu thực hiện đổi tần và khuếch đại công suất phát trở lại Trái đất.Thông thường có 50-72 bộ phát -Cấu hình bộ phát đáp: Hình 1.2.1.1: Cấu hình bộ phát đáp -Nguyên lý làm việc: 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 theo tuyến xuống. Ở đây không có nhiệm vụ giải điều chế tín hiệu thu. Nó đóng vai trò như một bộ chuyển đổi xuống,có hệ số khuếch đại công suất lớn. Do hạn chế về kích thước và trọng lượng cho nên các anten thu và phát của bộ phát đáp thường có kích thước nhỏ, vì vậy độ tăng ích của anten có giới hạn Vệ tinh trong trường hợp này đóng vai trò như một trạm trung chuyển tín hiệu giữa các trạm mặt đất và được xem như một nút mạng với hai chức năng chính sau đây: +Khuếch đại công suất sóng mang thu được từ tuyến lên để sử dụng cho việc truyền lại tuyến xuống. +Thay đổi tần số sóng mang (giữa thu và phát) nhằm tránh một phần công suất phát tác đông trở lại phía đầu vào máy thu. *Phần thân vệ tinh: Bao gồm các hệ thống phục vụ cho phần tải vệ tinh hoạt động như: cấu trúc vỏ và thân vệ tinh,gồm hệ thống điều khiển nhiệt độ, điều khiển hướng chuyển động và quỹ đạo, bám đo đạc… b.Qũy đạo của vệ tinh: Qũy đạo vệ tinh là hành trình của vệ tinh trong không gian mà trong đó vệ tinh được cân bằng bởi hai lực đối nhau.Hai lực đó là lực hấp dẫn của quả đất và lực ly tâm được hình thành do độ cong của hành trình vệ tinh. Qũy đạo vệ tinh nằm trên một mặt phẳng có dạng hình tròn hoặc elip.Nếu quỹ đạo là tròn thì tâm quỹ đạo trùng tâm Trái đất. Điểm xa nhất trên quỹ đạo so với Trái đất được gọi là viễn điểm và điểm gần nhất được gọi là cận điểm. Các dạng quỹ vệ tinh: -Qũy đạo cực tròn: Ưu điểm của dạng quỹ đạo này là mỗi điểm trên mặt đất đều nhìn thấy vệ tinh thông qua một quỹ đạo nhất định. Việc phủ sóng toàn cầu của dạng quỹ đạo này đạt được vì quỹ đạo bay của vệ tinh sẽ lần lượt quét tất cả các vị trí trên mặt đất.Dạng quỹ đạo này được sử dụng cho các vệ tinh dự báo thời tiết, hàng hải, thăm dò tài nguyên và các vệ tinh do thám, không thông dụng cho truyền thông tin. -Qũy đạo xích đạo: Đối với dạng quỹ đạo này, vệ tinh bay trên mặt phẳng đường xích đạo và là dạng quỹ đạo được dùng cho vệ tinh địa tĩnh,nếu vệ tinh bay ở một độ cao đúng thì dạng quỹ đạo này sẽ lý tưởng đối với các vệ tinh thông tin. -Quỹ đạo elip nghiêng: Ưu điểm của dạng quỹ đạo này là vệ tinh có thể đạt đến các vùng mà vệ tinh địa tĩnh không thể đạt tới.Tuy nhiên quỹ đạo elip nghiêng có nhược điểm là hiệu ứng Doppler lớn và vấn đề điều khiển bám đuổi vệ tinh phải ở mức cao. c.Vùng phủ sóng của vệ tinh: Chính là diện tích của Trái đất mà từ đó có thể nhìn thấy vệ tinh và do đó nó chính là diện tích của chỏm cầu tạo bởi hai đường tiếp tuyến kẻ từ vệ tinh tới Trái đất xoay tròn. -Với vệ tinh địa tĩnh nếu ta chia Trái đất ra làm ba cung.Mỗi cung 1200 và đặt ba vệ tinh địa tĩnh để mỗi vệ tinh phủ sóng cho một cung đó.Thì ta thấy có những vùng chỉ có một vệ tinh phủ sóng, có những vùng có hai vệ tinh phủ sóng.Hay nói cách khác với cung 1200 thì ta có khả năng thông tin liên lạc được với cả ba vệ tinh.Do đó chỉ cần ba vệ tinh có thể phủ sóng toàn cầu(trừ nam cực và bắc cực). Vùng phủ sóng là vùng từ đó có thể thực hiện thông tin liên lạc qua vệ tinh. 1.2.2:Sóng vô tuyến điện và tần số vô tuyến sử dụng trong thông tin vệ tinh a.Sóng vô tuyến điện: Sóng vô tuyến điện là một bộ phận của sóng điện từ và giống như sóng ánh sáng,tia hồng ngoại,tia X…Chúng chỉ khác nhau về tần số.Theo tiêu chuẩn cua ITU sóng vô tuyến điện được quy định là những sóng có tần số nhỏ hơn 3000Ghz(bước sóng 0.1mm).Sóng vô tuyến điện được dùng trong thông tin vệ tinh từ 1Ghz đến 52Ghz.Trong đó dùng nhiều từ 1Ghz(bước sóng 30cm) đến 10Ghz(bước sóng 3cm), khoảng này được gọi là cửa sổ tần số vì ảnh hưởng tạp âm nhiệt vũ trụ nhỏ tổn hao do mưa và các phần tử khí có trong vũ trụ nhỏ và ít bị suy hao nhất. b.Sự phân định sóng vô tuyến điện của ITU: Phân bố tần số cho các dịch vụ vệ tinh là quá trình rất phức tạp. Đòi hỏi phải có sự hợp tác quốc tế và có quy hoạch.Việc phân định tần số được thực hiện theo điều lệ vô tuyến ở mỗi khu vực của ITU. Để tiện cho việc quy hoạch tần số thế giới được chia làm ba khu vực: -Khu vực 1:Châu Âu và Châu Phi, Liên Xô cũ và Mông Cổ. -Khu vực 2: Châu Mỹ. -Khu vực 3:Châu Á(trừ KV1) và Châu Đại Dương, Nhật Bản. Trong các vùng này băng tần được cung cấp cho các dịch vụ vệ tinh khác nhau.Các dịch vụ do vệ tinh cung cấp bao gồm: -Các dich vụ vệ tinh cố định(FSS). -Các dịch vụ vệ tinh quảng bá(BSS). -Các dịch vụ vệ tinh di động(MSS). -Các dịch vụ vệ tinh đạo hàng. -Các dịch vụ vệ tinh khí tượng. Bảng 1.2.2.1: Tên và phân loại sóng vô tuyến STT Dải tần số Tên băng tần Phân loại theo bước sóng Lĩnh vực sử dụng 1 30Hz-300Hz Tần số cực kỳ thấp(ULF) Sử dụng trong vật lý, y học 2 300Hz-3Khz Tần số cực thấp (EHF) Chưa được phân định 3 3Khz-30Khz Tần số rất thấp(VLF) Sóng mm(chục nghìn mét) Vô tuyến hàng hải. Thông tin di động hàng hải 4 30Khz-300Khz Tần số thấp (LF) Sóng km Thông tin di động hàng không. Vô tuyến hàng hải 5 300Khz-3Mhz Tần số trung bình(MF) Sóng hectomet(cỡ trăm mét) Phát thanh;thông tin hàng hải;thông tin quốc tế 6 3Mhz-30Mhz Tần số cao(HF) Sóng decamet(cỡ chục met) Phát thanh sóng ngắn Các loại thông tin di động; thông tin quốc tế 7 30Mhz-300Mhz Tần số rất cao(VHF) Sóng met Phát thanh FM và truyền hình;thông tin di động 8 300Mhz-3Ghz Tần số cực cao(UHF) Sóng dm Truyền hình Các loại thông tin di động 9 3Ghz-30Ghz Tần số siêu cao tần(SHF) Sóng cm Thông tin vệ tinh và rada Viễn thông công cộng Vô tuyến thiên văn 10 30Ghz-300Ghz Tần số vô cùng cao(EHF) Sóng mm Vô tuyến thiên văn Rada sóng mm Nghiên cứu và thí nghiệm 11 300Ghz-3000Ghz Sóng decimilimet Chưa được phân định c.Các tần số sử dụng trong thông tin vệ tinh: -Băng C:nằm ở khoảng giữa cửa sổ tần số,băng tần này chỉ suy hao ít do mưa và trước đây đã được sử dụng cho các hệ thống viba dưới mặt đất.Do có sự phát triển của thiết bị ở một số nước tiên tiến,nó được sử dụng chung hệ thống Intelsat và các hệ thống khác bao gồm các hệ thống vệ tinh khu vực và nhiều vệ tinh nội địa. Đối với băng C, đường lên là 6Ghz và đường xuống là 4Ghz. -Băng Ku: được sử dụng rông rãi tiếp sau băng C cho hệ thống viễn thông công cộng,dùng nhiều cho thông tin nội địa và thông tin giữa các công ty.Băng Ku có tần số đường lên cao, đường lên 14Ghz và đường xuống 11Ghz nên cho phép các trạm mặt đất sử dụng những anten có kích thước nhỏ.Nhưng cũng vì tần số cao nên tín hiệu ở băng Ku bị hấp thụ lớn do mưa. -Băng Ka:lần đầu tiên sử dụng cho thông tin thương mại qua vệ tinh Sakura của Nhật, cho phép sử dụng các trạm mặt đất nhỏ và hoàn toàn koong gây nhiễu cho các hệ thống viba trên mặt đất.Tuy nhiên băng Ka có nhược điểm là giá thành tương đối cao,bị suy hao nhiều do mưa nên không phù hợp cho thông tin chất lượng cao. Bảng 1.2:Các tần số sử dụng cho thông tin vệ tinh Băng Tần số(GHz) Bước sóng(cm) C 3.400÷7.075 8.82÷4.41 Ku 10.90÷18.10 2.75÷1.66 Ka 17.70÷36.00 1.95÷0.83 1.2.3:Anten trong thông tin vệ tinh a.Yêu cầu cuả anten: -Độ tăng ích và hiệu suất của anten phải cao. -Tính định hướng cao. -Phân cực sóng phải tốt. -Nhiệt tạp âm của anten phải nhỏ. PN=K.T.B.W Trong đó: PN:công suất tạp âm K:hằng số Bolzman(K=1,38.10-23) B: độ rộng kênh T: nhiệt công tác (0K) Nhiệt tạp âm tính bằng công thức: T = b.Các loại anten dùng trên vệ tinh: Anten trên vệ tinh thực hiện chức năng kép: thu đường lên và phát đường xuống.Chúng có nhiều loại từ các anten dipole có đặc tính vô hướng đến các anten tính hướng cao phục vụ cho viễn thông, chuyển tiếp truyền hình và phát quảng bá. Các chức năng chính của anten trên vệ tinh: -Lựa chọn sóng vô tuyến được phát đi trong băng tần đã cho với phân cực đã cho từ các trạm mặt đất nằm trong vùng phủ sóng của vệ tinh. -Phát sóng vô tuyến ở băng tần và phân cực đã cho lên khu vực đã quy định trên mặt đất. -Thu can nhiễu càng nhỏ càng tốt. -Phát công suất nhỏ nhất ra ngoài vùng quy định. *Anten loa : có ưu điểm độ tin cậy và đơn giản nhưng tính định hướng kém nên được sử dụng để phủ sóng với búp sóng toàn cầu. Hệ số định hướng tính theo công thức: D= Trong đó: S: diện tích của miệng loa. v:hiệu suất sử dụng bề mặt (0.6÷0.8) λ :bước sóng tín hiệu *Anten phản xạ : là loại anten thường được sử dụng nhất để tạo ra búp sóng dạng vết và dạng hình thù riêng rẽ.Anten này bao gồm: một mặt phản xạ parabol và một hoặc nhiều nguồn phát xạ đặt tại tiêu điểm của mặt phản xạ. Để điều chỉnh được hướng chùm sóng của anten trên quỹ đạo bằng các lệnh điều khiển từ xa.Việc thay đổi búp sóng được thực hiện bằng cách thay đổi pha của các phần tử bức xạ.Việc lắp đặt bộ phát xạ được đặt theo kiểu đồng trục hay lệch trục. Để tạo ra búp sóng dạng tròn hay elip được thực hiện bằng cách thay đổi hình dạng mặt phản xạ cho phù hợp với vùng phủ sóng.Còn để tạo ra búp sóng dạng hình thù riêng rẽ hay phức tạp thì có thể được thực hiện bằng cách đặt một dãy các phần tử bức xạ tại tiêu điểm của mặt phản xạ được tiếp điện của cùng một tín hiệu nhưng biên độ và pha lệch nhau nhờ các mạch tạo búp sóng. *Anten dãy : sử dụng một bộ rất nhiều các phần tử bức xạ để tạo nên một góc mở bức xạ.Biểu đồ bức xạ của anten này được tạo ra bằng cách kết hợp biên độ và pha của sóng được bức xạ bởi dãy các phần tử bức xạ.Các phần tử bức xạ được đặt cách nhau 0.6λ,biểu đồ bức xạ được điều chỉnh bằng cách thay đổi pha và biên độ của tín hiệu tiếp điện bằng một độ dịch pha,chia công suất có thể điều khiển được. c. Các loại anten của trạm mặt đất: Yêu cầu đầu tiên đối với anten trạm mặt đất là có độ tăng ích lớn và búp sóng nhọn hướng về vệ tinh.Trong nhiều trường hợp anten thu và phát của trạm mặt đất thường được sử dụng chung và tín hiệu của hai đường thu và phát được tách biệt nhau qua một bộ chia(hoặc gọi là bộ phân luồng). Có hai loại anten sử dụng phổ biến nhất của các trạm mặt đất, đó là anten parabol và anten casegrain. *Anten parabol: Cấu trúc của anten parabol gồm hai bộ phận chủ yếu là: gương phản xạ và phần tử tích cực gọi là bộ chiếu xạ. Thực chất bộ chiếu xạ là một anten sơ cấp nó bức xạ sóng điện từ hướng về gương phản xạ.Gương phản xạ là một bộ phận thụ động, nó chỉ có nhiệm vụ phản xạ năng lượng sóng tập trung vào búp sóng hẹp theo hướng ngược lại.Anten này có đặc điểm: -Đơn giản, rẻ tiền, hiệu suất thấp. -Búp sóng chính lớn và chỉ thích hợp với anten có kích thước nhỏ. Anten parabol thường dùng vào các trạm mặt đất có quy mô trung bình hoặc các trạm mặt đất chỉ có thu. *Anten casegrain: Thường được dùng rộng rãi cho các trạm mặt đất trung bình và lớn. Nó có những đặc điểm sau: -Đắt tiền(vì sử dụng 2 mặt gương phản xạ) -Có hiệu suất cao -Búp sóng chính nhỏ -Tạp âm nhiệt nhỏ d.Hệ bám vệ tinh của anten: Trong thông tin vệ tinh phải luôn luôn có hệ thống bám vệ tinh vì vệ tinh kể cả vệ tinh địa tĩnh cũng luôn luôn bị thay đổi vị trí.Khi quỹ đạo vệ tinh thay đổi thì tâm búp sóng chính của anten trên mặt đất sẽ bị lệch. Với độ lệch tia sóng chính như vậy sẽ ảnh hưởng lớn đến cường độ trường thu được và chất lượng thu tín hiệu từ vệ tinh.Nếu không có biện pháp điều chỉnh góc lệch này nhỏ dần.Yêu cầu đặt ra là các anten trên mặt đất phải bám theo vệ tinh nhằm giảm thiểu sự suy hao mức tín hiệu do độ tăng ích anten giảm. Các phương pháp điều chỉnh bám vệ tinh của anten: -Hệ xung đơn: Hệ thống này luôn luôn xác định tâm búp sóng của anten có hướng vào vệ tinh hay không để điều chỉnh bám vệ tinh. -Hệ thống bám theo từng nấc(thường dùng cho vệ tinh địa tĩnh): Sau khi nhận được tín hiệu chuẩn được phát từ vệ tinh gọi là tín hiệu beacon(hay được gọi là tín hiệu pilot),anten tại trạm thu mặt đất nhận được lệnh thực hiện chuyển động theo một góc ngẩng hoặc góc phương vị nào đó so với vị trí ban đầu.Với từng vệ tinh thu phát tại băng tần nhất định(băng C,băng Ku…) ta có một tần số beacon nhất định.Bằng việc so sánh mức tín hiệu nhận được và sau khi chuyển động, chiều chuyển động tiếp theo có thể được quyết định. Nếu như mức tín hiệu được tăng lên,anten tiếp tục được chuyển đông theo cùng chiều và nếu như mức tín hiệu bị giảm xuống, chiều chuyển động của anten sẽ theo hướng ngược lại.Qúa trình này sẽ được tiếp diễn và luân chuyển giữa hai trục vuông góc của anten. -Hệ thống bám vệ tinh theo chương trình: Là phương pháp dựa trên dự đoán trước về quỹ đạo của vệ tinh để điều khiển anten bám vệ tinh.Trong trường hợp này các giá trị của góc phương vị và góc ngẩng của anten được tính toán trước với các thông số cho theo chương trình lập sẵn.Anten được điều chỉnh theo các giá trị tính toán góc phương vị và góc ngẩng ứng với mỗi thời điểm.Các thông số được lưu trữ trước trong bộ nhớ trong đó có tính đến chuyển động biểu kiến của vệ tinh.Sai số định vị trong trường hợp này phụ thuộc vào độ chính xác tham số cho.Hệ bám vệ tinh theo chương trình lập sẵn được sử dụng cho các vệ tinh quỹ đạo với anten trạm mặt đất có tỉ số λ/D lớn(tức là búp sóng chính của anten có độ rông khá lớn) và các hệ thống không yêu cầu độ định vị chính xác cao thì hệ thống này chỉ điều chỉnh sơ bộ anten hướng vào vùng không gian vệ tinh xuất hiện để có thể thu được tín hiệu dẫn đường phát từ vệ tinh. 1.2.4:Sự truyền lan sóng vô tuyến và ảnh hưởng môi trường truyền sóng a.Môi trường truyền sóng vệ tinh: Môi trường truyền sóng vệ tinh là bao la và được chia ra làm ba tầng: Hình 1.2.4.1:Các môi trường truyền sóng vệ tinh *Tầng đối lưu: Lớp không khí trên mặt đất ở dưới cùng của tầng khí quyển, có độ cao so với mặt đất từ 10÷15km được gọi là tầng đối lưu.Tầng đối lưu chứa nhiều không khí hay gặp mưa.Nó chứa nhiều chất khí chia thành những lớp có chiết suất khác nhau.Các thành phần khí trong tầng đối lưu(chủ yếu là oxy) biến đổi nhiều theo chiều cao.Trong đó có hơi nước là phụ thuộc nhiều vào các điều kiện khí tượng thủy văn và giảm mạnh theo chiều cao. *Tầng điện ly: Là tầng ion, xuất hiện trong quá trình ion hóa chất khí của ánh sáng mặt trời.Chia ra các lớp DEF(F1F2) rất bất định luôn luôn thay đổi hoạt động không có quy luật. *Tầng không gian tự do: Là phần không gian tự do ngoài vũ trụ (xem như chân không), nó chiếm một khoảng khá rộng. b. Các tác động trên đường truyền: *Suy hao khi truyền lan trong không gian tự do: Không gian tự do là môi trường rất rộng,sóng truyền trong không gian tự do là rất dài.Mặc dù không gian tự do xem như chân không, không có yếu tố ảnh hưởng đến việc truyền sóng.Nhưng sóng truyền trong không gian bị khuếch tán nên bị suy hao. Để đánh giá độ suy hao của sóng truyền người ta xét tỉ số công suất máy phát trên công suất máy thu ở khoảng cách r nào đó. = γ = {}2 Trong đó: R:khoảng cách từ máy phát đến máy thu λ :bước sóng công tác Vậy suy hao của sóng trong không gian tự do tỉ lệ thuận với khoảng cách giữa hai máy thu phát và tỉ lệ nghịch với độ dài bước sóng.Tuy nhiên trong thực tế thường dùng là các anten định hướng có hệ số tăng ích là Ga nên độ suy hao nhỏ hơn nhiều so với công thức tính toán(với một lượng gần bằng Ga).Đường truyền sóng vệ tinh có khoảng cách tự do rất rộng nên độ suy hao của sóng khá lớn. Ví dụ:khi hệ thống thông tin vệ tinh sử dụng anten định hướng với tần số sử dụng ở băng C với fpm=6Ghz thì độ suy hao trong không gian tự do gần bằng 200dB.Do đó thông tin vệ tinh cần có công suất phát rất lớn, độ tăng ích Ga phải lớn,tính định hướng cao,máy thu có độ nhạy rất cao.Tạp âm nhiệt máy thu rất nhỏ,máy thu làm việc ở nhiệt độ phải thấp(-1500C÷ -1600C). *Tạp âm do tầng khí quyển gây ra: -Hấp thụ sóng do nước:do tác động trường của sóng truyền lan,các hạt nước có tính bán dẫn điện sẽ có dòng điện dịch.Mật độ của dòng điện dịch có một giá trị tương đối nào đó.Mật độ dòng điện dịch cũng tỉ lệ với tần số do đó nó chỉ có giá trị đáng xem xét ở dải sóng siêu cao tần(sóng cm và sóng dm).Chính sự tổn hao năng lượng trong các hạt nước đó gây ra sự hấp thụ năng lượng sóng truyền lan.Trong dải sóng siêu cao tần thì sự hấp thụ năng lượng sóng trong các hạt nước là do tổn hao nhiệt và quá trình khuếch tán. -Suy hao do pha đinh:là sự thay đổi cường độ tín hiệu sóng mang cao tần tại điểm thu theo thời gian.Nguyên nhân là do có nhiều sóng qua nhiều đường đến điểm thu theo nhiều hướng khác nhau.Với thông tin vệ tinh có hai loại: +Pha đinh do tầng khí quyển:nguyên nhân do sự khúc xạ sóng điện từ bởi các lớp có chiết suất khác nhau do hiện tượng hội tụ và phân kỳ của sóng điện từ trong tầng khí quyển.Chu kỳ pha đinh thay đổi vài chục giây một lần và được chia làm hai loại: Pha đinh dài(pha đinh sâu):thời gian diễn ra dài. Pha đinh ngắn(pha đinh nông):thời gian diễn ra ngắn. Phụ thuộc vào góc ngẩng của anten và đường kính của anten (góc ngẩng pha đinh càng nhỏ thì suy hao ít và đường kính anten lớn thì suy hao nhỏ) +Pha đinh do tầng ion gây ra:nguyên nhân do tính không đồng nhất của tầng ion gây ra. Đặc biệt là ở lớp F ở độ cao 200km÷400km, thời gian pha đinh thay đổi ngắn (đột ngột 1s÷5s). Nguyên nhân là do tầng ion hóa thay đổi không ngừng, liên tục và không theo quy luật.Pha đinh phụ thuộc góc ngẩng anten, đường kính anten ngoài ra còn phụ thuộc vào địa lý ngày giờ,tháng năm và chu kỳ hoạt động của mặt trời(sóng ngắn bị ảnh hưởng bởi tầng ion là lớn nhất) Các biện pháp để giảm pha đinh: .Dùng thu phân tập theo không gian : là kỹ thuật thu hoặc phát một tín hiệu trên hai anten(hoặc nhiều hơn hai anten) với cùng một tần số vô tuyến f .Dùng thu phân tập theo tần số : là kỹ thuật thu hoặc phát một tín hiệu trên hai kênh(hoặc nhiều hơn hai kênh) tần số sóng vô tuyến. .Kết hợp cả thu phân tập theo không gian và phân tập theo tần số. .Thu phân tập theo không gian và phân tập theo tần số nhưng dùng bốn máy thu. -Suy hao do mưa:sóng điện từ khi qua vùng mưa sẽ làm thay đổi phân cực.Suy hao phụ thuộc vào các yếu tố sau: +Qúa trình truyền sóng trong vùng mưa dài hay ngắn. +Chiều cao của vùng bị mưa +Phụ thuộc vào góc ngẩng anten +Phụ thuộc vào vĩ tuyến của trạm mặt đất +Phụ thuộc tần số công tác của vệ tinh và ảnh hưởng nhiều ở băng C Hình 1.2.4.2: Kết quả thực nghiệm về suy hao do hơi nước-khí hậu theo tần số sóng vô tuyến của Ancatel *Tạp âm do vũ trụ gây ra: Thông tin vệ tinh chịu ảnh hưởng của nhiều hành tinh và các hành tinh này đều gây ra tạp âm và gây ra sự suy hao sóng điện từ. -Tạp âm do trái đất:mặt đất phản xạ sóng điện từ đưa vào búp sóng phụ của anten gây ra nhiễu cho các trạm mặt đất.Trái đất làm tăng tạp âm nhiệt từ 3-250C dẫn đến công suất tạp âm tăng. -Tạp âm do mặt trời:vệ tinh bay xung quanh trái đất nên có những vị trí tương đối khác nhau so với mặt trời, nên khi vệ tinh nằm giữa trái đất và mặt trời thì vệ tinh mất thông tin hoàn toàn. Để khắc phục vấn đề này intelsat sẽ nghiên cứu đo đạc để dự đoán trước trong trường hợp đó không liên lạc. -Tạp âm do dải ngân hà:dải ngân hà cũng bức xạ sóng điện và tác động đến vệ tinh một lượng nhiêu khá lớn. *Tạp âm do hiệu ứng Faraday: Hiệu ứng faraday là hiện tượng làm cho các mặt sóng phân cực của sóng thẳng quay đi một góc,khi sóng đi qua tầng ion hoặc nó làm thay đổi vận tốc và pha của sóng phân cực tròn.Nói cách khác nó làm thay đổi phân cực thẳng hoặc tròn khi sóng đi qua tầng ion. *Tạp âm do hiệu ứng Doppler: Hiệu ứng Doppler là hiện tượng tần số thu bị lệch so với tần số phát khi máy thu, máy phát đặt ở hai vật chuyển động có chuyển động tương đối khác 0. ΔfDoppler = Trong đó: v : vận tốc chuyển động tương đối giữa vệ tinh và trái đất. fphát: tần số máy phát c:tốc độ ánh sáng Với vệ tinh địa tĩnh có v=0 nên ΔfDoppler = 0 Với vệ tinh khác có v ≠ 0 nên ΔfDoppler ≠ 0 *Tạp âm do điều biên ký sinh: Hiện tượng điều biên ký sinh là hiện tượng khi có nhiều thành phần tần số đưa vào một phần tử phi tuyến. Đầu ra ta nhận được các tần số đó,các hài và tổng hiệu của chúng với nhau do hiện tượng điều biên ký sinh mà nó gây nhiễu. Các biện pháp giảm hiện tượng này: -Tránh hài bậc cao bằng cách dùng bộ lọc thông thấp. -Hạn chế các hài cần hạn chế băng thông và dùng bộ lọc có hệ số chữ nhật bằng 1(sườn càng đứng càng tốt) -Tuyến tính hoá phần tử phi tuyến bằng cách dùng hai phần tử phi tuyến ngược nhau. 1.3:Kỹ thuật điều chế và đa truy nhập trong thông tin vệ tinh 1.3.1: Hệ thống điều chế tương tự: a. Điều chế: Điều chế là quá trình ghi tin tức vào một dao động cao tần nhờ biến đổi một trong các thông số nào đó(biên độ,tần số,góc pha…) của dao động cao tần.Hay nói cách khác điều chế là giải pháp kỹ thuật để làm thay đổi các tham số của sóng mang theo tín hiệu điều chế. -Điều chế tương tự có ba phương pháp chính: điều biên(AM), điều tần(FM) và điều pha(PM).Trong thông tin vệ tinh thương sử dụng phương pháp điều tần b.Mục đích của điều chế: Mục đích của điều chế là chuyển tín hiệu ở miền tần số thấp lên miền tần số cao để truyền đi xa. 1.3.2: Điều biên(AM) a. Phổ của tín hiệu điều biên: Điều biên là quá trình làm cho biên độ tải tin biến đổi theo tin tức. Để đơn giản,giả thiết tin tức Us và tải Ut đều là dao động điều hoà và tần số tin tức biến thiên từ ω0min đến ω0max ta có: Từ công thức trên ta có: Hình 1.3.2.1: Đồ thị phổ của tín hiệu điều biên c. Ưu điểm: Thiết kế bộ điều chế đơn giản.Nếu chỉ truyền một băng biên thì sẽ rất tiết kiệm băng tần của máy phát,tăng dung lượng kênh thông tin. d.Nhược điểm: Trong thực tế dạng điều chế này ít được sử dụng cho truyền tín hiệu vệ tinh vì: -Về mặt năng lượng việc điều biên có hệ số hiệu quả rất thấp.Hệ số điều chế của máy phát nhỏ hơn hoặc bằng một.Năng lượng chứa ở các băng biên luôn tỷ lệ với bình phương hệ số điều chế và nhỏ hơn 25% công suất sóng mang.Mặt khác do biên độ sóng mang luôn thay đổi nên máy phát không thể làm việc ở các chế độ tối ưu được. -Dùng điều chế biên độ dễ bị ảnh hưởng nhiễu do quá trình tăng giảm biên độ tín hiệu một cách ngẫu nhiên và ảnh hưởng nhiễu từ các tuyến thông tin lân cận. -Độ chống nhiễu của máy thu điều biên kém hơn nhiều so với máy thu điều tần.Với tín hiệu điều biên,tỷ số S/N ở trước và sau bộ tách sóng sẽ không tăng lên.Do đó yêu cầu tỷ số S/N ở đầu vào máy thu tín hiệu điều biên phải lớn,công suất của máy phát điều biên cũng phải tăng hơn so với các trương hợp khác. -Tần số liên lạc của hệ thống thông tin vệ tinh là rất lớn trong khi đó băng tần của tín hiệu điều biên là rất lớn.Vì vậy sẽ rất khó khăn trong việc đăm bảo độ ổn định tần số cần thiết của máy phát. =>Trong thực tế, người ta chỉ sử dụng phương pháp điều chế biên độ với việc truyền một băng biên cho tuyến liên lạc từ mặt đất lên vệ tinh.Trong một số trương hợp đặc biệt nhằm mục đich tiết kiệm băng tần và dựa trên khả năng tạo công suất máy phát cỡ lớn trên mặt đất. 1.3.3: Điều tần(FM): a. Định nghĩa: Điều tần là quá trình ghi tin tức vào một dao động cao tần nhờ biến đổi tần số của dao động cao tần. b.Sơ đồ điều tần: Hình 1.3.3.1:Sơ đồ điều tần Khi điều tần thì tần số dao động cao tần thay đổi theo quy luật tin tức có ích.Mà bộ tạo dao động tần số cao có quy luật tần số f=.Do đó muốn điều tần cần phải thay đổi L hoặc C.Thực tế không có khả năng làm thay đổi trực tiếp L hoặc C của bộ dao động theo quy luật tin tức. Để khắc phục ta mắc song song một phần tử kháng với khung cộng hưởng LC có trong bộ tạo dao động.Phần tử kháng là một phần tử mà đầu ra của nó tương đương với tụ C* hoặc L* thay đổi được dưới tác động tin tức đầu vào. Khi tín hiệu tin tức(Us(t)) thay đổi thì C* thay đổi theo và khi đó thì tần số của mạch dao động thay đổi ta có điều tần. c.So sánh tạp âm trong điều tần và điều biên: -Khi không nhiễu có nhiễu tác động vào: -Khi có nhiễu tác động vào: -Sau giải điều chế: -Sau khi lọc fC: *Nhận xét: -Khi điều tần thì ảnh hưởng của tạp âm vào phần tín hiệu cao tần so với điều chế AM là như nhau.Nhưng sau giải điều chế và sau bộ lọc tần số cao thì điều tần tạp âm được phân bố lại theo hình tam giác(khi tần số càng cao thì tần số càng lớn).Do đó tỉ số ()FM giảm dần thì tần số tăng hay nói cách khác: ()tần số thấp FM> ()tần số cao FM Vì vậy thu tín hiệu ở tần số cao kém hơn thu tín hiệu ở tần số thấp mặc dù năng lượng tạp âm tác động là như nhau. Điều này ảnh hưởng rất lớn đến tín hiệu thông tin có băng tần rộng.Do phổ của tín hiệu điều tần rộng hơn phổ của tín hiệu điều biên nên một kênh truyền có tạp âm như nhau thì mật độ tạp âm (N0)trong điều tần nhỏ hơn N0 của điều biên khi thực hiện điều tần thì chất lượng thông tin tốt hơn điều biên. d. Ưu điểm: Phương pháp này được sử dụng rông rãi trong thông tin vệ tinh vì nó có nhiều ưu điểm hơn so với các phương pháp khác. -Tính chống nhiễu cao đặc biệt là nhiễu biên độ và nhiễu nền. -Tận dụng dược công suất máy phát vì điện áp của sóng mang có biên độ là hằng số. -Tăng được tỉ số S/N sau bộ tách sóng mang FM khi cùng tỉ số công suất sóng mang trên tạp âm đầu vào so với AM. = m.f : chỉ số điều tần - Độ rộng phổ FM lớn do đó yêu cầu độ ổn định sóng mang không cần lớn, dễ thực hiện hơn so với trường hợp điều chế biên độ. e.Nhược điểm: Tỉ số S/N không đồng đều trên băng tần công tác và giảm dần về phần tần số cao mà trong truyền hình thì phần chi tiết nhỏ của hình ảnh chính là phần tần số cao nên bị nhiễu lớn.Còn trong truyền dẫn kênh thoại các kênh thoại có chất lượng thông tin khác nhau, có thể kênh ở tần số cao sẽ bị mất tín hiệu. *Một số vấn đề cần giải quyết khi điều chế FM: -Dùng bộ “Tiền nhấn” ở bên phát và “Giải nhấn” ở bên thu. Đặc biệt khi điều chế tín hiệu có băng thông rộng. +Tiền nhấn: Tiền nhấn là mạch điện làm tăng biên độ phần tần số cao và được đặt trước bộ điều chế FM.Bộ tiền nhấn nằm ở phần phát tín hiệu. Tác dụng của bộ tiền nhấn:Tăng biên độ ở phần tần số cao để tỉ số ()tần số cao=()tần số thấp. +Giải nhấn: Giải nhấn là một mạch điện làm giảm biên độ ở phần tần số cao xuống và đặt ở sau bộ tách sóng FM. Nhiệm vụ của bộ giải nhấn:sau khi thực hiện giải điều chế FM và qua bộ lọc tạp âm ta nhận được tín hiệu Us(t) khác so với tín hiệu gốc.Khi qua bộ giải nhấn tín hiệu ở phần tần số cao sẽ bị nén xuống để trở lại tín hiệu gốc Us(t) ban đầu. -Dùng bộ “Hạn biên” đặt sau bộ “Tiền nhấn” và trước bộ FM để giữ cho độ di tần lớn nhất bằng hằng số : Do độ di tần phụ thuộc vào biên độ tín hiệu điều chế.Khi thực hiện điều tần chọn Δfdtmax thì nó quyết định giá trị điện áp điều chế đưa vào. Để giữ cho độ di tần lớn nhất không đổi người ta dung bộ hạn biên trước bộ điều chế FM. Để giữ sao cho tín hiệu điều chế là một giá trị lớn nhất ứng với độ dịch tần lớn nhất. 1.3.4:Điều chế số a. Định nghĩa và phân loại: Điều chế số là phương thức điều chế đối với tín hiệu số mà trong đó một hay nhiều thông số của sóng mang thay đổi theo sóng điều chế.Hay nói cách khác đó là quá trình gắn tin tức(sóng điều chế) vào một dao động cao tần(sóng mang) nhờ biến đổi một hay nhiều hơn một thông số nào đó của dao động cao tần theo tin tức. Thông qua điều chế số,tin tức ở vùng thấp sẽ được chuyển lên vùng cao để truyền đi xa. Hình 1.3.4.1: Sơ đồ bộ điều chế số Trong sơ đồ bộ tạo tín hiệu tạo ra các tín hiệu với M trạng thái.Trong đó M=2m, từ m bit liên tiếp nhau đưa vào đầu vào. Bộ mã hóa thiết lập một trạng thái tương đồng giữa M trạng thái của các tín hiệu đó với M trạng thái của sóng mang được truyền.Trong thực tế thường gặp hai dạng mã hóa sau đây: +Mã hóa trực tiếp,tức một trạng thái của tín hiệu xác định một trạng thái của sóng mang. +Mã hóa chuyển tiếp, tức một trạng thái của tín hiệu xác định một sự chuyển tiếp giữa hai trạng thái liên tiếp nhau của sóng mang. Gỉa sử có một sóng mang hình sin như sau: f0(t)=Acos(w0t+φ) Trong đó: A:biên độ của sóng mang ω0=2πf0: tần số góc của sóng mang f0:tần số của sóng mang φ(t):pha của sóng mang Tuỳ theo tham số được sử dụng để mang tin, có thể là biên độ A,tần số f0,pha φ(t) hay tổ hợp giữa chúng mà ta có những kiểu điều chế khác nhau: +Điều chế khoá dịch biên độ ASK(Amplitude shift keying): sóng điều biên được tạo ra bằng cách thay đổi biên độ của sóng mang tuỳ thuộc băng gốc.Sóng điều biên được tạo ra bằng cách nhân sóng cao tần hình sin với băng gốc. +Điều chế khoá dịch tần số FSK(Frequency shift keying): sóng điều biên được tạo ra bằng cách thay đổi tần số sóng mang theo biên độ tín hiệu băng gốc. +Điều chế khoá dịch pha PSK(Phase shift keying):sóng điều biên được tạo ra bằng cách thay đổi pha sóng mang theo biên độ tín hiệu băng gốc. +Điều chế biên độ và pha kết hợp hay điều chế cầu phương QAM. Trong hệ thống thông tin vệ tinh thì sử dụng phổ biến nhất là kỹ thuật điều chế khoá dịch pha PSK bởi vì nó có nhiều ưu điểm là đường bao sóng mang là hằng số.So với kỹ thuật điều chế khoá dịch tần FSK thì PSK có hiệu suất phổ tốt hơn (tức tính số bit/s được truyền trong một đơn vị độ rộng dải tần vô tuyến).Các bộ điều chế PSK thường gặp là: +Loại điều chế hai trạng thái(M=2):Khoá dịch pha nhị phân BPSK +Loại điều chế bốn trạng thái(M=4):Khoá dịch pha cầu phương QPSK +Loại điều chế tám trạng thái(M=8): 8-PSK +Loại điều chế mười sáu trạng thái(M=16): 16-PSK +Loại điều chế ba hai trạng thái(M=32): 32-PSK Tín hiệu điều pha PSK có dạng: P(t)= cos{ω0t+φ+ [s(t).Δɸ]/2} Trong đó: Δɸ=2π/n là sự sai pha giữa các pha lân cận của tín hiệu b. Điều chế pha hai trạng thái BPSK: Từ công thức PSK, nếu n=2, Δɸ=π thì ta có kiểu điều chế 2-PSK hay còn gọi là PSK nhị phân BPSK.Tín hiệu 2-PSK có dạng: P(t)= cos{ω0t+φ+s(t).π/2} Hình 1.3.4.2: Tín hiệu 2PSK Tín hiệu băng gốc s(t) là xung NRZ lưỡng cực và sơ đồ điều chế này sử dụng một trong hai pha lệch nhau 1800 và được gọi là PSK nhị phân(BPSK). +Với các bit 1: P1(t)= cos{ω0t+φ+π/2} +Với các bit 0: P-1(t)=cos{ω0t+φ-π/2} Như vậy, biên độ của tín hiệu BPSK không đổi trong quá trình truyền dẫn nhưng bị chuyển đổi trạng thái. Hình 1.3.4.3:Biểu đồ vector BPSK, φ=π/2 Tín hiệu 2-PSK được tổng hợp với sóng mang chuẩn thông qua bộ lọc thông thấp để loại bỏ thành phần hài bậc cao cho ta thu được tín hiệu ban đầu. Hình 1.3.4.4:Sơ đồ nguyên lý giải điều chế tín hiệu 2-PSK Pha của tín hiệu sóng mang chuẩn bằng với pha của tín hiệu thu nhận được nên nếu tín hiệu thu là: P(t)=2cos(ω0t±π/2)=.s(t).sinω0t với s(t) = ±1 Thì tín hiệu chuẩn là sinω0t và tín hiệu giải điều chế ± s(t). c. Điều chế pha 4 trạng thái 4-PSK: Từ công thức PSK,với n=4 , Δɸ=π/2 thì ta có kiểu điều chế 4-PSK hay PSK cầu phương(QPSK).Khoá dịch pha cầu phương QPSK là một dạng điều chế góc,số và có biên độ không đổi.Tín hiệu 4-PSK có dạng: P(t)= cos{ω0t +φ+s(t).π/4} Do đầu vào số đến bộ điều chế QPSK là tín hiệu nhị phân cho nên đểcó bốn trạng thái ở đầu vào thì cần có 2 bit.Như vậy ở điều chế QPSK, dữ liệu nhị phân đầu vào là các nhóm hai bit được hỗn hợp (còn gọi là bit kép).Mỗi bit kép đó sẽ tương ứng với một trong bốn trạng thái pha ở đầu ra.Trong trường hợp này, tốc độ chuyển đổi ở đầu ra sẽ bằng một nửa tốc độ bit ở đầu vào. Hình 1.3.4.5: Sơ đồ nguyên lý điều chế tín hiệu QPSK Sơ đồ nguyên lý bộ điều chế 4-PSK sử dụng một trong bốn pha lệch nhau 900 được gọi là 4-PSK hay PSK cầu phương(QPSK). Hình 1.3.4.6: Biểu đồ vector của điều chế QPSK Hình 1.3.4.7: Tín hiệu 4PSK Tín hiệu băng gốc được đưa vào bộ biến đổi nối tiếp thành song song, đầu ra được hai luồng số liệu có tốc độ bit giảm đi một nửa, đồng thời biến đổi tín hiệu đơn cực thành tín hiệu ±1.Hai sóng mang đưa đến hai bộ trộn làm lệch pha nhau 900.Tổng hợp tín hiệu đầu ra hai bộ trộn ta được tín hiệu 4-PSK. Tín hiệu ra ở hai bộ trộn: M1(t)= a(t).cosω0t M2(t)=b(t).sinω0t Với a=±1; b=±1 Hình 1.3.4.8:Sơ đồ nguyên lý giải điều chế pha 4-PSK Gỉa sử tín hiệu thu được là: P(t)=cos[ω0t+π/4+φ(t)]=a(t).cosω0t + b(t).sinω0t Với φ(t)=nπ/2; n=0,1,2,3.Và a(t) = ±1;b(t) = ±1 Hai tín hiệu chuẩn đưa vào bộ trộn: Pref1(t)=cos(ω0t + nπ/2). Pref2(t)=sin(ω0t + nπ/2). Tín hiệu sau khi qua các bộ lọc: PLPF1(t)= cos(φ(t) + π/4 – nπ/2 )= = ± PLPF2(t) = sin(φ(t) + π/4 – nπ/2)= = ± 1.3.5: Đa truy nhập trong thông tin vệ tinh Đa truy nhập trong thông tin vệ tinh là kỹ thuật để cho nhiều trạm mặt đất sử dụng chung một bộ phát đáp nằm trên vệ tinh.Hiện nay thông tin vệ tinh áp dụng phổ biến các phương thức đa truy nhập sau: +Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA +Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA +Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA a. Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA: FDMA là loại đa truy nhập mà mỗi trạm mặt đất phát lên trạm vệ tinh bằng một tần số riêng biệt.Trên vệ tinh thu tất cả các tín hiệu từ trạm mặt đất rồi chuyển đổi tần số xuống cho mỗi trạm mặt đất bằng tần số riêng rồi truyền đi cùng một lúc.Theo phương thức đa truy nhập phân chia theo tần số thì độ rộng băng tần kênh của bộ phát đáp được phân chia thành các băng con (subband).Và mỗi băng tần con đó được gán cho các sóng mang được phát bởi một trạm mặt đất.Với dạng truy nhập này thì các trạm mặt đất phát một cách liên tục và vệ tinh thu nhận các sóng mang đồng thời với các tần số khác nhau.Như vậy giữa các băng tần con phải có một khoảng tần số phân cách rõ ràng để chúng không chồng lấn lên nhau.Trong đó có tính đến sự không hoàn hảo của các bộ tạo sóng và bộ lọc. Máy thu của tuyến xuống trong trường hợp này sẽ chọn sóng mang tương ứng với tần số thích hợp để thu. Hình 1.3.5.3:Sơ đồ các trạm phát mặt đất Hình 1.3.5.4: Sơ đồ bộ phát đáp trên vệ tinh Hình 1.3.5.5:Sơ đồ trạm thu mặt đất Các sơ đồ trên mô tả các quá trình đa truy nhập FDMA của vệ tinh.Trên vệ tinh băng tần của bộ phát đáp có thể từ vài trăm Mhz đến vài Ghz.Hầu hết các bộ phát đáp thường được thiết kế với dải thông 36Mhz, 54Mhz và 72Mhz. Trong đó dải thông 36Mhz là chuẩn phổ biến cho dịch vụ truyền hình băng C(6/4 Ghz).Trong băng tần C vệ tinh được sử dụng một phân định phổ rộng 500Mhz.Như vậy vệ tinh có khả năng đặt 24 bộ phát đáp liền kề mà mỗi bộ phát đáp sử dụng dải thông 36Mhz trong dải tần phân định 500Mhz.Có thể thực hiện điều đó bằng cách bố trí 12 bộ phát đáp làm việc với tín hiệu sóng phân cực ngang.Băng tần bảo vệ giữa các dải thông là 4Mhz. Các hệ thống thông tin vệ tinh sử dụng băng tần C có đặc tính là thiết bị tương đối rẻ,tạp âm vũ trụ và suy hao trong tầng khí quyển nhỏ.Tuy nhiên cần lưu ý các đường chuyển tiếp viba trên mặt đất hiện có cũng làm việc với băng tần 6Ghz và 4Ghz.Do vậy cần thận trọng đặt các anten thu vệ tinh của các trạm mặt đất sao cho chúng không thu tín hiệu từ các đường sóng viba của các hệ thống viba mặt đất cũng như không gây nhiễu lẫn nhau. *Ưu điểm: -Không cần điều khiển định thời hay không cần đồng bộ thời gian như TDMA. -Các thiết bị sử dụng khá đơn giản và rẻ tiền. -Hiệu quả sử dụng công suất vệ tinh của nó khá tốt -Cho tất cả các trạm mặt đất truyền dẫn một cách liên tục theo thời gian. *Nhược điểm: -Phải sử dụng các bộ lọc giải kể cả ở trạm mặt đất và trên bộ phát đáp. -Các bộ lọc giải này cố định không thay đổi được về dung lượng nên không linh hoạt khi cần phải thay đổi trong quá trình phân kênh trên vệ tinh.Vì thế thay đổi ổn định FDMA đòi hỏi phải thay đổi phần cứng. -Không sử dụng được hết dải tần số vì phải trừ dải tần bảo vệ. -Không tận dụng được hết công suất máy phát vì phải khuếch đại với băng tần rộng. -Bị nhiễu do điều biên ký sinh(vì có nhiều sóng mang) -Hiệu suất sử dụng công suất của bộ khuếch đại HPA thấp. b. Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA: Phương pháp truy nhập TDMA dựa trên việc phân chia toàn bộ thời gian sử dụng bộ phát đáp thành các khoảng thời gian nhỏ và giữa các khoảng thời gian này với nhau có các khoảng trống. Để làm được việc này cần sử dụng một sóng mang điều chế số.Trong TDMA mỗi trạm mặt đất được thiết kế sử dụng một khe thời gian riêng biệt được dành riêng cho nó. Để phát lưu lượng thông tin cuả mình dưới dạng chuỗi bit số nằm trong một luồng bit số gọi là burst.Thời gian bắt đầu phát của burst tín hiệu được thiết lập khi trạm điều khiển trung tâm thu được burst tín hiệu đồng bộ. Tốc độ bit của burst cũng như khoảng thời gian cho phép của burst là những yếu tố được điều khiển.Khoảng thời gian mà mỗi trạm được phép truy nhập với bộ phát đáp trên vệ tinh được phân chia bởi trạm điều khiển sao cho phù hợp với nhu cầu về lưu lượng thông tin của mỗi trạm.Khoảng thời gian này có thể thay đổi nhanh chóng cho phù hợp với nhu cầu đột xuất về lưu lượng thông tin của mỗi trạm. Bất kỳ một trạm nào cũng có thể truy nhập tới toàn bộ các trạm khác để nối thông liên lạc giữa chúng với nhau. Đối với phương thức FDMA việc thay đổi độ rộng băng tần đã ấn định cho mỗi trạm là rất tốn kém và không thực tế.Phương thức TDMA cho phép sử dụng bộ phát đáp một cách hiệu quả hơn.Sau khi một trạm thực hiện xong burst thông tin của minh thì sẽ có một khoảng thời gian trống được tạo ra trước khi trạm tiếp theo thực hiện burst của mình. Độ dài khoảng thời gian trống được thiết lập dựa trên khả năng nhận biết được trước các thay đổi về trễ trong thiết bị, khả năng thu nhận đồng bộ và các biến đổi trong dải công tác từ trạm mặt đất đến vệ tinh.Khoảng thời gian trống được tạo ra nhằm ngăn ngừa sự giao thoa giữa các burst tín hiệu do việc truyền dẫn đồng thời. Dung lượng bit của TDMA dường như độc lập với số lượng truy nhập nhưng các thông tin cần thiết cho việc thiết lập đường liên lạc cùng với rất nhiều khoảng thời gian trống giữa các burst tín hiệu có thể làm giảm khả năng truyền đưa các thông tin cần thiết khi dung lượng hệ thống tăng.Khi tại thời điểm chỉ sử dụng một sóng mang được tạo ra tại trạm mặt đất hoặc ở bộ phát đáp vệ tinh thì các bộ khuếch đại công suất có thể làm việc ở trạng thái bão hoà bởi không có sóng mang thứ hai nên không gây méo do điều chế tương hỗ. Một hệ thống TDMA thường sử dụng toàn bộ bộ phát đáp theo kiểu một sóng mang trên một bộ phát đáp.Nhưng nó vẫn có khả năng dùng chung một bộ phát đáp với các hệ thống khác như ( FDMA hoặc CDMA).Hoặc với hệ thống TDMA độc lập khác.Khi làm việc theo phương pháp nhiều sóng mang trên một bộ phát đáp thì phải giảm méo giữa các tín hiệu mang thông tin và nhiễu giữa các bộ phát đáp kề nhau do trải phổ. Trạm A phát khe (1): Trạm B phát: Khe (2) Trạm C phát: Khe(3) Trạm D phát: Khe(4) Hình 1.3.5.6: Sơ đồ các trạm phát mặt đất Hình 1.3.5.7:Sơ đồ bộ phát đáp trên vệ tinh Hình 1.3.5.8: Sơ đồ trạm thu mặt đất *Ưu điểm: -Hệ thống TDMA sử dụng hiệu quả công suất vệ tinh. -Số sóng mang trong bộ phát đáp vệ tinh không bao giờ lớn hơn 1.Vì thế tránh được nhiễu do điều biên ký sinh. -Hệ thống TDMA có tính linh hoạt trong khai thác cũng như thay đổi nhu cầu lưu lượng nên hiệu suất sử dụng tuyến cao khi số kênh liên lạc tăng.Nếu sử dụng kỹ thuật nội suy tiếng nói số(DIS) có thế tăng dung lượng truyền dẫn lên ba hoặc bốn lần. *Nhược điểm: -Yêu cầu phải có đồng bộ cụm.Nếu không có đồng bộ cụm thì các cụm được phát có thể trượt khỏi khe thời gian được ấn định ở vệ tinh.Nếu xảy ra chồng lấn các cụm ở vệ tinh thì thông tin sẽ bị mất. -Không tận dụng được hết thời gian công tác vì mỗi trạm chỉ sử dụng một khe thời gian,ngoài ra còn có thời gian bảo vệ. -Phải có đồng bộ thời gian hay định thời, mà hệ thống này khá phức tạp.Phải dùng một trạm phát riêng dùng cho đồng bộ nên chi phí giá thành cao. -Tín hiệu tương tự phải được chuyển sang dạng số khi sử dụng kỹ thuật TDMA. c. Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA: CDMA là phương pháp đa truy nhập mà ở đó các trạm mặt đất có thể phát tín hiệu một cách liên tục và đồng thời, sử dụng cùng một băng tần của kênh.CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ băng rộng.Mỗi sóng mang được điều chế bằng một mã đặc biệt là một dãy số nhị phân.Tập hợp các mã cần dùng phải có các thuộc tính tương quan sau: +Mỗi mã phải có thể được phân biệt một cách dễ dàng với bản sao của chính nó bị dịch chuyển theo thời gian. +Mỗi mã phải có thể được phân biệt được một cách dễ dàng bất chấp các mã khác được sử dụng trên mạng. Tín hiệu số được đưa vào bộ điều chế PSK với một chuỗi mã để được một dãy số mới.Sau đó đưa tiếp vào bộ điều chế PSK thứ hai để điều chế vào sóng siêu cao tần rồi phát lên vệ tinh.Vệ tinh thu được tất cả các tín hiệu từ các trạm mặt đất.Rồi thực hiện đa truy nhập CDMA và thực hiện đổi xuống tần số xuống, phát trở lại các trạm mặt đất với cùng một tần số xuống ffd trong cùng một thời gian. Đến anten của một trạm mặt đất , trạm nào đúng mã thì tín hiệu vào còn không đúng mã thì tín hiệu loại.Tiếp tục thực hiện khuếch đại tín hiệu để trải phổ ngược để lấy ra tín hiệu ban đầu. Hình 1.3.5.9: Sơ đồ trạm phát mặt đất Hình 1.3.5.10: Sơ đồ bộ phát đáp trên vệ tinh Hình 1.3.5.11: Sơ đồ trạm thu mặt đất Từ hình có thể thấy đoạn tin nhị phân m(t) ở đầu vào được mã hoá dưới dạng mã đường dây NRZ,m(t)= ±1 và có tốc độ bit là Rb= 1/Tb được nhân với chuỗi nhị phân c(t) để tạo tín hiệu đã được mã hoá.Bản thân chuỗi mã nhị phân cũng được mã hoá dưới dạng mã đường dây NRZ, c(t) =1 và có tốc độ bit Rc = 1/Tc lớn hơn nhiều(có thể là từ 102 đến 106) so với tốc độ bit cả đoạn tin đầu vào.Tại đầu thu tín hiệu thu được sẽ nhân với mã c(t), và với tích c(t)2 =1 thì tại đầu ra ta sẽ có: x(t)= m(t).c(t).c(t) = m(t).c(t)2 =m(t) Kết quả là đoạn tin được truyền hoàn toàn được khôi phục tại đầu ra. *Ưu điểm: -Hoạt đông đơn giản do nó không đòi hỏi bất kỳ sự đồng bộ truyền dẫn nào giữa các trạm. Đồng bộ duy nhất là đồng bộ giữa máy thu và chuỗi sóng mang thu được. -Nhờ việc trải phổ ở phía phát và thu hẹp phổ ở phía thu nên có khả năng chống lại can nhiễu giữa các hệ thống và nhiễu do hiện tượng đa đường truyền rất tốt. -Tính bảo mật cao đặc biệt là bảo mật tiếng nói. -Sử dụng toàn bộ băng tần của hệ thống cùng một lúc mà không gây nhiễu sang thông tin của đối tượng khác. *Nhược điểm: -Hiệu quả sử dụng băng tần kém. -Yêu cầu đường truyền phải có băng tần rộng nên chỉ phù hợp với các hệ thống có lưu lượng nhỏ. -Dung lượng truyền trên bộ phát đáp nhỏ.  KẾT LUẬN Trong đời sống hiện nay truyền hình là một kênh thông tin quan trong không thể thiếu của xã hội. Nó là phương tiện thiết yếu cho mỗi gia đình , mỗi quốc gia , dân tộc.Truyền hình trở thành công cụ sắc bén trên mặt trận tư tưởng văn hoá cũng như các lĩnh vực kinh tế- xã hội, an ninh quốc phòng. Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật hiện nay hệ thống thông tin truyền hình đã có sự phát triển mạnh mẽ từ hệ thống truyền hình từ những hệ thống truyền hình tương tự nay đang được thay thế bởi hệ thống truyền hình số và truyền hình vệ tinh. Truyền hình vệ tinh là hệ thống truyền hình đang được mọi người quan tâm vì những ưu điểm vượt trội của nó so với các hệ thống khác như vùng phủ sóng rộng , băng tần công tác rộng thích hợp truyền hình độ nét cao…Ở Châu Á truyền hình vệ tinh cũng rất phát triển, trong lãnh thổ Việt Nam hiện nay có thể thu khoảng 25 chương trình truyền hình qua vệ tinh của các nước trên thế giới. Trong báo cáo thực tập này em đã trình bày một số vấn đề về thông tin vệ tinh nói chung nhằm mục đích có những hiểu biết cơ bản giúp cho đồ án sau này.Do thời gian và sự hiểu biết còn hạn chế nên trong báo cáo còn nhiều thiếu sót không thể tránh khỏi nên em mong thầy cô và bạn bè góp ý thêm để báo cáo được hoàn thiện hơn. Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các cô trong khoa Điện tử viễn thông và đặc biệt em xin chân thành cảm ơn thầy Ths-GVC Lê Tân Phương đã tận tình chỉ bảo và giúp đỡ em trong báo cáo thực tập này. Hà Nội,tháng 1 năm 2012 Sinh viên Nguyễn Thị Thu Điệp DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Giáo trình kỹ thuật truyền hình, Đỗ Hoàng Tiến, NXB. Giáo dục 2. Thu truyền hình trực tiếp từ vệ tinh, TS Nguyễn Kim Sách. NXB Khoa học kỹ thuật 3. Bài giảng "thông tin vệ tinh" của ThS.GVC Lê Tân Phương MỤC LỤC