Nghiên cứu hệ thống truyền hình vệ tinh dvb s2

LỜI CAM ĐOAN Lựa chọn đề tài “ Nghiên cứu hệ thống truyền hình vệ tinh DVB - S2”, với mong muốn hoàn thành luận văn cách tốt đẹp Dưới hướng dẫn Thầy giáo PGS TS Đỗ Xuân Thụ em xin cam đoan nội dung luận văn hoàn toàn thật thân tìm tịi nghiên cứu tham khảo tài liệu khoa học nước Học viên Đỗ văn Nam LỜI CẢM ƠN Để thực đề án số hóa Truyền hình đến năm 2020 100% hộ gia đình tồn quốc xem truyền hình số phương thức khác Trong hệ thống thơng tin vệ tinh phương pháp có nhiều ưu điểm so với phương thức truyền dẫn khác như: Diện phủ sóng rộng đặc biệt khu vực vùng núi hải đảo, chất lượng tín hiệu tốt ổn định Trong để phủ sóng tồn lãnh thổ theo phương thức phát sóng quảng bá mặt đất cần đến nhiều trạm phát với chất lượng tín hiệu khơng đồng với địa hình đồi núi nước ta truyền dẫn cáp phủ sóng khu thị cịn vùng nơng thơn vùng núi, hải đảo khơng khả thi Với ưu điểm vùng phủ sóng rộng, khơng phụ thuộc vào địa hình để phủ sóng tồn lãnh thổ Việt Nam cần trạm phát lên vệ tinh, trạm mặt đất vùng phủ sóng nhận tín hiệu trực tiếp từ vệ tinh đảm bảo chất lượng ổn định, dung lượng đường truyền lớn Theo xu truyền hình Truyền hình HD, truyền hình theo yêu cầu VOD, Truyền hình tương tác muốn triển khai dịch vụ truyền hình cần phải có giải băng thông lớn phương pháp xử lý để tăng tốc độ truyền dẫn Chuẩn DVB – S2 chuẩn đáp ứng yêu cầu Với hướng dẫn PGS TS Đỗ Xuân Thụ thực luận văn với đề tài “ Nghiên cứu hệ thống truyền hình vệ tinh DVB S2 ” Bản luận văn đề cập kiến thức hệ thống truyền hình vệ tinh thiết kế trạm thu phát vệ tinh Vinasat Đài Truyền Hình Việt Nam Nội dung luận văn gồm: Chương 1: Tổng quan hệ thống thông tin vệ tinh Chương 2: Nghiên cứu, phân tích hệ thống truyền hình vệ tinh DVB- S2 Chương 3: Thiết kế trạm thu phát vệ tinh DVB – S2 Tôi xin chân thành cảm ơn hướng dẫn tận tình PGS TS Đỗ Xuân Thụ, đóng góp ý quý báu đồng nghiệp, bạn bè để luận văn hồn thành Vì thời gian có hạn nên luận văn chắn cịn nhiều thiếu sót Tơi mong nhận bảo Thầy, Cơ, đồng nghiệp, bạn bè để hồn thiện vấn đề nêu luận văn Hà nội, tháng năm 2015 Đỗ Văn Nam MỤC LỤC
 LỜI CẢM ƠN: CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH 1.1 Giới thiệu: 1.2 Qũy đạo vệ tinh: 1.3 Vùng phủ sóng vệ tinh: 1.3.1 Phạm vi phủ sóng vệ tinh: .2 1.3.2 Tăng cường dung lượng cho vệ tinh: 1.4 Băng tần vệ tinh: 1.5 Các dịch vụ cung cấp hệ thống thông tin vệ tinh: .8 1.5.1 Dịch vụ thoại: .9 1.5.2 Dịch vụ điện báo: 1.5.3 Dịch vụ phát truyền hình: 1.5.4 Dịch vụ truyền số liệu kinh doanh khác: .10 1.5.5 Các dịch vụ kết hợp: 10 1.5.6 Các dịch vụ liên lạc, cứu trợ khẩn cấp, định vị dẫn đường: .11 1.5.7 Các dịch vụ hỗ trợ, dự phòng cho tuyến cáp backbone: 11 1.6 Cấu hình hệ thống thông tin vệ tinh: 11 1.6.1 Phân hệ không gian: 11 1.6.2 Phân hệ mặt đất: 15 1.7 Kết luận:……………………………………………………………………….18 CHƯƠNG II NGHIÊN CỨU, PHÂN TÍCH HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH VỆ TINH DVB – S2 .19 2.1 Giới thiệu: 19 2.2 Tiêu chuẩn DVB – S (EN 300 421): 19 2.2.1 Thích nghi đầu vào phân tán lượng: .20 2.2.2 Mã hóa ngồi: .24 2.2.3 Khối xáo trộn bit: .25 2.2.4 Mã hóa – Mã chập: 28 2.2.5 Lọc băng gốc điều chế tín hiệu: 31 2.2.6 Các thông số kỹ thuật đường truyền tiêu chuẩn DVB – S: 33 2.3 Tiêu chuẩn DVB-S2: 35 2.3.1 Giới thiệu tiêu chuẩn DVB- S2 (EN 302 307)V1.4.1 2014: .35 2.3.1.1 Khối thích nghi kiểu truyền dẫn (Mode Adaptation): 36 2.3.1.1.1 Khối giao diện đầu vào (Input Interface): 36 2.3.1.1.2 Bộ mã hóa CRC-8: .37 2.3.1.1.3 Khối Merger/Slicer: .38 2.3.1.1.4 Chèn BBHEADER: 39 2.3.2 Khối thích nghi dịng truyền tải (Stream Adaptation): 41 2.3.2.1 Bộ đệm (Padding): 41 2.3.2.2 Ngẫu nhiên hóa khung BBFRAME: .41 2.3.2.3 Khối mã hóa sửa lỗi trước FEC: .42 2.3.2.4 Khối ánh xạ bit lên chòm điều chế (Bit Mapping Into Constellation): .45 2.3.2.5 Tạo khung lớp vật lý (PL Framing): .47 2.3.2.6 Lọc băng gốc điều chế cầu phương (Baseband Shaping & Quadrature Modultation): 50 2.4 So sánh số thông số kỹ thuật hai tiêu chuẩn: 51 2.5 Kết luận: 54 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ TRẠM THU PHÁT VỆ TINH DVB – S2 .55 3.1 Giới thiệu: 55 3.2 Tính tốn đường truyền: 55 3.2.1 Công suất phát xạ đẳng hướng: 55 3.2.2 Suy hao truyền dẫn: 56 3.2.3 Phương trình quỹ cơng suất đường truyền : .57 3.2.4 Nhiễu hệ thống : 58 3.2.5 Tỷ số sóng mang tạp âm : 59 3.2.6 Đường lên: 60 3.2.7 Đường xuống: 62 3.3 Thiết kế trạm Vinasat: 69 thu phát truyền hình vệ tinh 3.3.1 Vệ tinh: .70 3.3.2 Băng tần sử dụng chung cho dịch vụ vệ tinh: .72 3.3.3 Các thông tin vệ tinh Vinasat: .74 3.3.3.1 Thông tin vệ tinh Vinasat - 1: .74 3.3.3.2 Thông tin vệ tinh Vinasat - 2: 75 3.3.3.3 So sánh vệ tinh Vinasat-1 Vinasat-2: .75 3.3.3.4 Các dịch vụ cung cấp vệ tinh Vinasat-1 Vinasat-2: 76 3.3.4 Trạm mặt đất: .76 3.3.5 Tính tốn đường truyền TTVT có nhiễu: .78 3.3.5.1 Phân tích đường truyền tuyến lên: .78 3.3.5.2 Phân tích đường truyền tuyến xuống: 78 3.3.5.3 Các biện pháp nâng cao chất lượng dịch vụ: .79 3.3.5.4 Nhiễu thông tin vệ tinh: .79 3.3.5.5 Tính toán cho vệ tinh Vinasat: 80 3.3.5.6 Mơ chất lượng tín hiệu sử dụng công nghệ DVB-S2: 82 3.3.5.7 Kết mô phỏng: 82 3.3.5.8 Phân tích ảnh hưởng nhiễu vệ tinh lân cận tới đường truyền TTVT: 82 3.3.6 Trạm thu mặt đất: 83 3.3.7 Kết luận:…………………………………….………………………….85 KẾT LUẬN: 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO 87 DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Các từ viết tắt Ý nghĩa AA Atmospheric Absorption Loss- Suy hao hấp thụ khí AML Antenna Misalignment Loss- Suy hao chệch anten ARQ Auto Request- Tự động yêu cầu lại BB Base Band- Băng tần sở BER Bit Error Ratio - Tỷ số lỗi bit BPSK Binary Phase Shift Keying- Khoá dịch pha nhị phân CAT Conditional Access Table - Bảng truy xuất có điều kiện CCITT Consultative Committe for International Telegraphy and Telephony- Uỷ ban tư vấn điện báo, điện thoại quốc tế CDMA Code Division Multiple Access- Đa truy nhập phân chia theo mã CNR (C/N) Carrier to Noise Ratio-Tỷ lệ sóng mang nhiễu (Carrier/Noise) DAMA Demand Assigned Multiple Access- Đa truy nhập theo yêu cầu DC Down Converter- Bộ đổi tần xuống DEMOD Demodulation- Giải điều chế DTH Direct To Home -Trực tiếp tới thuê bao EIRP Equivalent Isotropic Radiated Power- Công suất xạ đẳng hướng tương đương ES Elementary Stream – Dòng FC Frequency Converter- Bộ đổi tần FDM Frequency Division Multiplexing- Ghép kênh phân chia theo tần số FDMA Frequency Division Multiple Access - Đa truy nhập phân chia theo tần số FEC Forward Error Correction- Cơ chế sửa lỗi trước FSL Free Space speading Loss- Suy hao không gian tự HPA Hight Power Amplifier- Bộ khuếch đại công suẩt cao IBS Intelsat Business Service - Dịch vụ thương mại Intelsat IDR Intermediate Data Rate- Tốc độ số liệu trung bình IF Intermediate Frequency- Trung tần ISDN Intergrated Services Digital Network- Mạch số tổ hợp đa dịch vụ LNA Low Noise Amplifier - Bộ khuếch đại tạp âm thấp LO Local Oscillator- Bộ dao động nội MCPC Multiple Channel Per Carrier- Đa kênh sóng mang MIX Mixer - Bộ trộn MOD Modulation - Điều chế MODEM Mudulation and Demodulation- Bộ điều chế giải điều chế MUX Multiplexer -Bộ ghép kênh NIT Network Information Table - Bảng thông tin mạng OSC Oscillator- Bộ tạo dao động PAM Pulse Amplitude Modulation- Điều biên xung PL Polarization mismatch Loss- Suy hao lỗi phân cực PMT Program Map Table - Bảng đồ chương trình PAT Program Association Table - Bảng liên kết chương trình PSI Program Specific Information – Thơng tin đặc tả chương trình PID Packet Identifier - Nhận dạng gói PS Program Stream – Dịng chương trình PCR Program Clock Reference – Tham chiếu đồng hồ PTS Presentation Time Stamp – Tem thời gian trình diễn PES Packetized Elementary Stream – Dịng liệu đóng gói PPA Prior Power Amplifier- Bộ tiền khuếch đại công suất QAM Quadrature Amplitude Modulation- Điều biên cầu phương QPSK Quadrature Phase Shift Keying- Khoá dịch pha cầu phương RF Radio Frequency- Tần số vô tuyến RFL Receiver Feeder Loss- Suy hao ống dẫn sóng RQLI Recursive Quick Look In- Đệ qui nhanh RSC Recursive Systematic Code- Mã hệ thống đệ qui SCPC Single Channel Per Carrier- Kênh đơn sóng mang SCR System Clock Reference – Thông tin đồng hồ tham chiếu SL System Layer - Lớp hệ thống SNR (S/N) Signal to Noise Ratio- Tỷ lệ tín hiệu nhiễu (Signal/Noise) SSPA Solid State Power Amplifier- Bộ khuếch đại công suất cao bán dẫn TCM Trellis Code Modulation - Điều chế mã lưới TDM Time Division Multiplexing- Ghép kênh phân chia theo thời gian TDMA Time Division Multiple Access- Đa truy nhập phân chia theo thời gian TT&C Tracking Telemetry and Command TVRO Television Receive Only- Thiết bị thu tín hiệu TV tuý TWTA Traveling Wave Tube Amplifier- Đèn khuyếch đại sóng chạy TS Transport Stream – Dòng truyền tải TSP Transport Stream Packet – Gói truyền tải UC Up Converter-Bộ đổi tần lên VHF Very Hight Frequency- Sóng cao tần DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG Danh mục hình: Hình 1.1: Quỹ đạo vệ tinh: Hình 1.2: Vùng phủ sóng vệ tinh Pan European: Hình 1.3a: Một chùm phủ sóng đơn: Hình 1.3b: Nhiều chùm sóng: Hình 1.4 Các định nghĩa băng tần: Hình 1.5 : Phân hệ thơng tin (payload) vệ tinh: 12 Hình 1.6 : Anten mặt phản xạ dạng lưới: 13 Hình 1.7 : Các kênh cho transponder vệ tinh băng C: 14 Hình 1.8 : Cấu tạo transponder vệ tinh mức lượng: 14 Hình 1.9: Sơ đồ tuyến liên lạc vệ tinh: 16 Hình 2.1: Sơ đồ khối hệ thống truyền hình vệ tinh DVB-S 20 Hình 2.2 Ví dụ cho mạch tạo chuỗi giả ngẫu nhiên đơn giản 22 Hình 2.3: Nguyên lý ngẫu nhiên hóa để phân tán lượng DVBS 23 Hình 2.4: Cấu trúc dịng truyền tải sau ngẫu nhiên hóa 24 Hình 2.5: Gói dịng truyền tải TS MPEG-2 25 Hình 2.6: Gói TS sau mã hóa RS (204,188) 25 Hình 2.7: Nguyên lý hoạt động xáo trộn/ giải xáo trộn .26 Hình 2.8: Minh họa tác dụng việc xáo trộn bit: lỗi chùm phân tán thành nhiều lỗi đơn 27 Hình 2.9: Bộ tạo mã chập với độ dài K = 28 Hình 2.10: Các trạng thái đầu tạo mã chập xét 28 Hình 2.11: Sơ đồ trạng thái tạo mã chập xét 29 Hình 2.12: Sơ đồ lưới tạo mã chập xét .29 Hình 2.13: Sơ đồ tạo mã chập tiêu chuẩn DVB-S 29 Hình 2.14: Vị trí bit loại bỏ tỷ lệ mã tương ứng 30 Hình 2.15: Đáp ứng tần số lọc với giá trị α khác 32 Hình 2.16: Sơ đồ khối điều chế giải điều chế QPSK DVB-S 32 Hình 2.17: Giản đồ chịm định vị bit điều chế QPSK 33 Hình 2.18: Sơ đồ khối hệ thống DVB-S2 .36 Hình 2.19: Hoạt động mã hóa CRC-8 38 Hình 2.20: Định dạng đầu sau khối thích nghi kiểu truyền dẫn 39 Hình 2.21: Các thành phần khối thích nghi dịng truyền tải 41 Hình 2.22: Khung BBFRAME đầu khối thích nghi dịng truyền tải .41 Hình 2.23: Ngun lý ngẫu nhiên hóa DVB-S2 41 Hình 2.24: Các thành phần khối mã hóa trước FEC 42 Hình 2.25: Cấu trúc FECFRAME sau mã hóa trước 42 Hình 2.26 Các sơ đồ điều chế sử dụng DVB-S2 46 Hình 2.27: Ánh xạ bit điều chế phân cấp 46 Hình 2.28: Minh họa cấu trúc khung vật lý sử dụng DVB-S2 .47 Hình 2.29: Các thành phần khối tạo khung PLFRAME 48 Hình 2.30: Cấu trúc PLHEADER 49 Hình 2.31: Độ lợi cơng suất DVB-S2 với DVB-S 51 Hình 2.32: Độ lợi băng thông DVB-S2 52 Hình 2.34: Hiệu suất băng thơng C/N yêu cầu kênh nhiễu Gausse trắng cộng (AWGN) 52 Hình 3.1: Mối quan hệ Back-off cho chế độ hoạt động nhiều sóng mang điểm bão hồ cho sóng mang 60 Hình 3.2: Mối quan hệ Input output back-off khuếch đại TWTA vệ tinh 64 Hình 3.3: Kết hợp đường lên đường xuống .67 Hình 3.4: Sơ đồ tổng thể trạm thu phát vệ tinh .70 Hình 3.5: Quỹ đạo vệ tinh địa tĩnh 71 Hình 3.6: Mơ hình vệ tinh VINASAT-1 74 Hình 3.7: Sơ đồ vùng phủ sóng vệ tinh VINASAT- 75 Hình 3.8: Trạm mặt đất 76 Hình 3.9: Sơ đồ chức trạm phát xuống 77 Hình 3.10: Sơ đồ khối bên thu phần sử lý tín hiệu (đầu thu) 84 Danh mục bảng: Bảng 1.1: Tiêu chuẩn trạm mặt đất theo phân loại VINASAT-1: 18 Bảng 3.2: Băng tần K cho DBS Băng tần Phát lên Phát xuống Băng C – FSS 5,925 - 6,425GHz 3,700 - 4,200GHz Băng Ku – FSS 14,0 -14,5GHz 11,7 -12,2GHz Phát trực tiếp – DBS 17,3 -17,8GHz 12,2 - 12,7GHz 3.3.3 Các thông tin vệ tinh VINASAT:[4] 1.Thông tin vệ tinh VINASAT 1: - Vệ tinh viễn thông VINASAT-1 quỹ đạo địa tĩnh 1320 E ( cách trái đất 35.768km) - Nhà cung cấp vệ tinh, dịch vụ phóng thiết bị điều khiển: Lockheed Martin Corporation (Mỹ) -Thời gian phóng vệ tinh:19/4/2008 -Thời gian bàn giao vệ tinh quỹ đạo: 5/2008 -Địa điểm phóng: Bãi phóng Kourou, quốc gia Trung Mỹ French-Guiana -Nhà tư vấn giám sát xây dựng, lắp đặt vệ tinh VINASAT-1: Telesat (Canada) -Trạm điều khiển vệ tinh: Trạm đặt Quế Dương - Hồi Đức -Hà Nội trạm dự phịng Bình Dương Hình 3.6: Mơ hình vệ tinh VINASAT-1 Một số thơng số kỹ thuật bản: - Vị trí quỹ đạo địa tĩnh 1320 E ( cách trái đất 35.768km); - Tuổi thọ vệ tinh VINASAT-1 theo thiết kế: Tối thiểu 15 năm - Độ ổn định vị trí kinh độ vĩ độ: +/-0,05 độ 74 - Hoạt động ổn định suốt thời gian sống vệ tinh Hình 3.7: Sơ đồ vùng phủ sóng vệ tinh VINASAT- Thông tin vệ tinh VINASAT- - Vị trí quỹ đạo: 131.8 độ Đơng - Băng tần: Vệ tinh Vinasat-2 hoạt động băng tần Ku-Band với thời gian hoạt động dự kiến 15 năm - Số lượng phát đáp: 24 hoạt động dự phịng - Băng thơng phát đáp: 36MHz 72 MHz - Vùng phủ sóng Việt Nam, Lào, Campuchia, Thái Lan phần Myanmar - Vệ tinh, thiết bị trạm điều khiển vệ tinh: hãng Lockheed Martin (Mỹ) cung cấp So sánh vệ tinh Vinasat-1 Vinasat-2 - Vệ tinh Vinasat-2 phóng lên quỹ đạo bối cảnh dung lượng vệ tinh Vinasat-1 dùng gần hết Dưới trình bày số thơng tin so sánh hai vệ tinh - Vị trí quỹ đạo: vệ tinh Vinasat-1 hoạt động 132 độ Đông, Vinasat-2 hoạt động 131,8 độ Đông - Vùng phủ sóng : Vinasat-2 có vùng phủ sóng Việt Nam, Lào, Campuchia, Thái Lan phần Myanmar, Vinasat-1 có vùng phủ sóng gồm khu vực Đơng Nam Á, Đông Trung Quốc, Ấn Độ, Triều Tiên, Nhật Bản, Úc Hawaii - Dung lượng băng tần hoạt động : Vệ tinh Vinasat-2 có cơng suất lớn hơn, số phát đáp nhiều có dung lượng băng tần nhiều Nếu tính phát đáp hoạt động, Vinasat-2 Vinasat-1 bốn phát đáp, tương đương 75 20% dung lượng Vinasat-1 - Ứng dụng : Nếu Vinasat-1 góp phần giúp Việt Nam sớm hồn thành việc đưa dịch vụ viễn thơng, internet truyền hình đến tất vùng sâu vùng xa, miền núi hải đảo , đặc biệt hỗ trợ hiệu cho thông tin liên lạc, phát triển kinh tế biển nói chung, phịng chống ứng cứu đột xuất xảy bão lũ, thiên tai , Vinasat-2 tiếp tục củng cố an tồn cho mạng viễn thông quốc gia; tiếp tục đáp ứng nhu cầu sử dụng dung lượng vệ tinh thị trường nước khu vực Các dịch vụ cung cấp vệ tinh Vinasat-1 Vinasat-2 Loại hình dịch vụ chủ yếu vệ tinh VINASAT-1&2 cho thuê dung lượng vệ tinh theo phát đáp dung lượng lẻ (MHz Mbps) Trong số khách hàng ưa chuộng sử dụng phương thức trọn gói đến dịch vụ cuối có khách hàng muốn tự sở hữu khai thác mạng lưới trạm mặt đất thuê phần dung lượng vệ tinh Dưới số dịch vụ mà vệ tinh Vinasat cung cấp : + Điện thoại vệ tinh + Phát hình quảng bá + Kênh thuê riêng + Internet + Dịch vụ hội nghị truyền hình 3.3.4 Trạm mặt đất: Trạm mặt đất có nhiệm vụ kết nối tín hiệu bao gồm phát tín hiệu lên thu tín hiệu vệ tinh Chức trạm phát lên vẽ hình 3.8 video Audio Trộn Phối Hợp KĐ cơng suấtcao Xử lý tín hiệu Tạo sóng mang Điều chế Chuyển đổi tăng dần Hình 3.8: Trạm mặt đất 76 Dẫnsóng sóng Dẫn ante n Tín hiệu hình tín hiệu tiếng trộn lại với nhau, sau qua phối hợp, phận quan trọng trạm mặt đất Tại tạo tần số trung gian, xử lý tín hiệu hình thơng thường tần số 70MHz Sau thực khuếch đại cơng suất Công suất phải phối hợp với anten tập trung truyền đến vệ tinh Thông thường tầng cơng suất cuối sử dụng đèn sóng chạy, song xu hướng sử dụng mạch bán dẫn Sơ đồ phát xuống vẽ (hình 3.9) Tín hiệu từ anten thu qua đổi tần xuống, thực khuếch đại giải điều chế thu tín hiệu ban đầu Nếu dịng tín hiệu bị khố cần phải thực giải mã để tách riêng tín hiệu hình tín hiệu tiếng Một đại lượng khác dùng để đo mức tiêu đường truyền vệ tinh, giá trị G/T ( tỷ số hệ số khuếch đại naten nhiễu nhiệt tương đương) hệ thống Đặc điểm tiêu quan trọng đường truyền vệ tinh xác định tỷ số tín hiệu nhiễu, chủ yếu dựa tiêu trạm mặt đất Để đạt tỷ số tín hiệu nhiễu mong muốn mà khó thực đường truyền vệ tinh, khoảng cách xa hai đầu đường truyền Sóng cao tần tryền khơng gian phải chịu nhiều ảnh hưởng theo làm suy giảm tín hiệu Video Chuyển đổi tiêu hao Chuyển đổi giảm tần Khuếch đại IF Giải điều chế Video Giải mã Audio Anten thu Dao động Máy thu Hình 3.9: Sơ đồ chức trạm phát xuống Nhiễu hệ thống vệ tinh lớn khơng có tính quy luật, có tính chất tương đương nhiễu nhiệt Nhiễu nhiệt tương đương thông thường đo phân bố nhiễu thành phần hay hệ thống, tính theo biểu thức: T = 2900(Fn-1) 77 Audio Trong đó: Fn biểu thị hệ số thương tỷ số tín hiệu nhiễu đầu hệ thống chia tỷ số tín hiệu đầu vào tạo nhiệt độ tiêu chuẩn Nhiễu nhiệt hệ thống tổng nhiễu nhiệt thành phần Thành phần chủ yếu gây cho hệ thống vệ tinh anten thu tầng vào máy thu Nhiễu từ anten công suất bắn xạ trái đất anten thu nhận nguồn tín hiệu Các mức nhiễu phụ thuộc hướng tính góc ngẩng vệ tinh Ngoài ra, nhiễu hệ thống tăng lên nhiều trời mưa 3.3.5 Tính tốn đường truyền TTVT có nhiễu [2] Phần trình bày q trình truyền dẫn sóng vơ tuyến trạm thông tin vệ tinh mặt đất, bao gồm trạm phát trạm thu thông qua vệ tinh Đường truyền bao gồm hai tuyến: tuyến Uplink (tuyến lên) từ trạm mặt đất đến vệ tinh tuyến Downlink (tuyến xuống) từ vệ tinh tới trạm mặt đất Ta nghiên cứu : tỷ số tín hiệu tạp âm đầu vào máy thu, tỷ số phụ thuộc vào yếu tố môi trường truyến dẫn, chất lượng máy thu, loại nhiễu 3.3.5.1 Phân tích đường truyền tuyến lên - Phân tích hệ số tăng ích anten GdBi = 10 log η + 20 log d + 20 log f + 20.4 dB [3-45] - Công suất xạ đẳng hướng tương đương EIRPdBW = 10 log PT + GT dBi [3-46] - Khoảng cách từ trạm mặt đất tới vệ tinh R=(r2 + S2 – 2rScosC) ½ [3-47] 3.3.5.2 Phân tích đường truyền tuyến xuống - Nhiệt tạp âm - Hệ số phẩm chất G/T G/T = GdBi – 10 log Tsystem - Tỷ số cơng suất sóng mang tạp âm C/N C/NdB = EIRPdB – L0 dB + G/TdB/K – 10logK* - 10 log B [3-48] - Tỷ số lượng bít mật độ phổ cơng suất tuyến thông tin số Eb/N0 = C/N0 dB/K – 10 log R [3-19] - Suy hao mưa 78 2  4π D   4π Df   4π Df  L0 dB = 10 lg   = 10 lg   = 20 lg   [3-49]  λ   c   c  - Suy hao tầng đối lưu - Suy hao tầng điện ly Tầng điện ly lớp khí nằm độ cao khoảng 60 km đến 400 km, bị ion hóa mạnh nên lớp khí độ cao bao gồm chủ yếu điện tử tự do, ion âm dương nên gọi tầng điện ly Sự hấp thụ sóng tầng điện ly giảm tần số tăng, tần số 600 MHz hấp thụ khơng đáng kể - Suy hao mưa Suy hao điều kiện thời tiết mây, mưa, sương mù, suy hao phụ thuộc vào nhiều yếu tố cường độ mưa hay sương mù, vào tần số, vào chiều dài quãng đường sóng mưa, chiều dài phụ thuộc vào góc ngẩng anten Ngồi ra, yếu tố phân cực, phân cực tinh thể băng, suy hao thiết bị phát, thu ảnh hưởng tới chất lượng tuyến thông tin vệ tinh 3.3.5.3 Các biện pháp nâng cao chất lượng dịch vụ - Bù suy hao - Bù hiệu ứng phân cực - Thay đổi tham số truyền Vd : sử dụng băng tần phù hợp, sử dụng EIRP cao tuyến lên 3.3.5.4 Nhiễu thông tin vệ tinh Việc khai thác tối đa nguồn tài nguyên thông tin vệ tinh, khả xuất gây nhiễu hệ thống hệ thống dẽ xảy Trong thông tin vệ tinh, tác động nhiễu tới chất lượng dịch vụ lớn Các nguồn nhiễu : nhiễu sóng mang lân cận, nhiễu vệ tinh lân cận, nhiễu hệ thống khách hàng, nhiễu xuyên phân cực nhiều loại nhiễu khác Luận văn xem xét đến số loại nhiễu ảnh hưởng tới chất lượng hệ thống thông tin vệ tinh, đặc biệt nhiễu gây vệ tinh lân cận : • Nhiễu tín hiệu FM • Nhiễu xuyên phân cực • Nhiễu xuyên điều chế • Nhiễu vệ tinh lân cận Một số nguyên nhân gây nhiễu vệ tinh lân cận Nguyên nhân 1: Anten phát đến vệ tinh chỉnh không tốt Nguyên nhân 2: Anten không đạt yêu cầu kỹ thuật, cơng suất búp sóng phụ lớn Ngun nhân : Anten khơng đạt u cầu kỹ thuật, búp sóng lớn 79 Nguyên nhân : Trạm thu nằm vùng đường đẳng mức EIRP vệ tinh lân cận Biện pháp hạn chế : Thực tính tốn đường truyền, sử dụng cơng suất phát theo khuyến nghị 3.3.5.5 Tính tốn cho vệ tinh Vinasat Xét toán thực tế sau Vệ tinh gây nhiễu (130+/-0,5) Vệ tinh Vinasat (132+/-0,5) EIRPdBW= -126dBW G3= 20dB EIRPdBW= 44.2dBW G3m= 21dB D4 = 36957Km L4 = 196.26dB 6422.5MHz D5 = 36957Km L5 = 199.958 dB G2 = 21dBW θi =1.5 G1(θi) = 26.46dB θԝ =1.5 G4(θw) = 27.46dB 6500MHz D1 = 37036Km L1 = 200.08dB 3500MHz D2 = 37036Km L2 = 194.7 dB G4 = 49 EIRPdBW= 25.6dBW G3m= 53dB EIRPdBW= 16dBW Trạm phát gây nhiễu Trạm thu mong muốn G/T = 5dB/K Độ rộng giải tần 36x106 Trạm phát mong muốn 105E21N Tính C/I Cuplink= (EIRP matdat + G tram_matdat_mongmuon - L1 + Gvetinh_mongmuon ) =25.6+53-200.08+21= - 100.48 Iuplink= (EIRPmatdat_gaynhieu + G tram_matdat_gaynhieu(θ) - L2 + Gvetinh_mongmuon) = 16+27.461-199.977+21=-135.516  C/Iuplink = -100.48 + 135.516=35.036 Tương tự ta có : Cdownlink = (EIRP vetinh_mongmuon + G tramthu_matdat_mongmuon - L3 + Gvetinh_mongmuon ) = 44.2+49-194.7+21 = -80.4 Idownlink = (EIRPvetinh_gaynhieu + G tram_matdat (θ) - L4 + Gvetinh_gaynhieu ) 80 = -12.6+20-196.22+27.461= 161.39  C/Idown = -80.4 + 161.359=80.89  C/Itotal = -10* lg(10-3.5 + 10-8 ) =34.99 dB - Tính C/Tup Như trình bày C/Tup = EIRPtram_mat_datdBW – L + G/Tsat dB/K Theo bảng phụ lục tiêu vệ tinh Vinasat ta có G/Tsat dB/K = -0.3 Vậy C/Tup = 25.6 – 200.08 -0.3 = -174.78 (dB/K) Hay C/Tup = 10-17.47 (W/K) - Tính C/Tdown Tương tự ta có C/Tdown = EIRPsat_dBW – L + G/Ttram_thu Với G/Ttram_thu = 5dB/K Vậy C/Tdown = 44.2 – 194.7+5= -145.50 (dB/K) hay C/Tdown = 10-14.55 (W/K) - Tính C/Ttotal Như trình bày, ta có 1 1 = + + C / T to t a l C / Tu p C / T d o w n C / T C O C/TCO = C/ I + 10log (BW1) - 228,6 Ở BW1 băng tần sóng mang chiếm (ở 873.8 KHz) Vậy C/TCO = 34.99 + 10 log10(36x106) – 228.6 = -118.04 (dB/K) hay C/TCO = 1011.80 (W/K) Vậy (C/Ttotal )-1 = (C/Tup)-1 + (C/Tdown )-1 + (C/TCO )-1 = (10-17.47 )-1 +(10-14.55 )-1+(10-11.80 )-1 = 2.9548*1017  C/Ttotal = 3.3844*10-18 (W/K)  C/Ttotal = 10*log10(3.3844*10-18) = -174.70 (dB/K) - Tính C/N0 C/N0 = C/Ttotal - 10 log K = -174.70 + 228.6 =53.90 dBHz 81 - Tính tỷ số lượng bit cường độ tạp âm tuyến Es / N0 = C/N0 – 10 log R Nếu ta xét tuyến có tốc độ bit 2,048 mbps R=2.048*106 bps  Es / N0 = 53.90 – 10*log10 (2.048*10^6) = - dB 3.3.5.6 Mơ chất lượng tín hiệu sử dụng cơng nghệ DVB-S2 DVB-S2 tiêu chuẩn hệ thống tiêu chuẩn DVB cho ứng dụng vệ tinh băng rộng, với hiệu suất sử dụng băng thông tăng từ 30% đến 131% so với công nghệ DVB-S Với tham số tính mục 3.3.5, sử dụng công cụ mô DVB-S2 Matlab để mô chất lượng tuyến xét Từ kết thu (BER – Bit error rate), đánh giá chất lượng tuyến thông tin vệ tinh 3.3.5.7 Kết mơ Phân tích kết tính mục đưa số giải pháp nâng cao chất lượng tuyến Với tuyến tính tốn, điều chỉnh EIRP trạm phát lên dB chất lượng tuyến thơng tin vệ tinh cải thiện đáng kể, cụ thể tỷ lệ lỗi Bit (BER) giảm khoảng 200 lần 3.3.5.8 Phân tích ảnh hưởng nhiễu vệ tinh lân cận tới đường truyền TTVT Phân tích ảnh hưởng tỷ số cơng suất sóng mang tín hiệu hữu ích nhiễu C/I tới tỷ lệ lỗi bit (BER) : Chất lượng tuyến thông tin vệ tinh kể tới nhiễu vệ tinh lân cận phản ánh qua tham số C/I - tỷ số cơng suất sóng mang tín hiệu hữu ích nhiễu Các vệ tinh lân cận gây nhiễu ảnh hưởng tới tỷ số C/I – thể mức độ can nhiễu kênh lân cận- Tỷ số cao chất lượng tuyến vệ tinh tốt Tỷ số C/I nhỏ dẫn tới chất lượng đường truyền kém, làm phát sinh bit lỗi Đồ thị thể phụ thuộc tỷ số lượng bit cường độ tạp âm vào C/I 82 Phân tích ảnh hưởng cơng suất xạ vệ tinh gây nhiễu tới tỷ số C/I : Sự phụ thuộc tỷ số C/I vào công suất xạ đẳng hướng EIRP trạm gây nhiễu thể qua đồ thị 3.3 Trạm thu mặt đất Tín hiệu số phát từ vệ tinh thu anten parabol offset khối thu hình số (khuếch đại dịch tần từ Ku xuống 950 – 1450MHz có nghĩa dải trung tần thứ nhất) Tín hiệu truyền cáp đến máy thu So với máy thu hình vệ tinh tương tự Cấu tạo bên máy thu hình vệ tinh số hồn tồn khác ngun tắc Nó bao gồm tuner, giải điều chế QPSK, giải mã MPEG khối đầu Đầu bao gồm tín hiệu số lẫn tương tự để nối trực tiếp đến máy thu hình tương tự Bộ tuner hai cấp: Trung tần trung tần (480MHz) sau khuếch đại lọc, tín hiệu có dải tần 70MHz Việc xử lý tín hiệu số vị trí Sau cách giải kỹ thuật máy thu dùng IC hãng VLSI Technology Inc (hình 3.10) 83 Hình 3.10: Sơ đồ khối bên thu phần sử lý tín hiệu (đầu thu) Tín hiệu từ tuner truyền đến khối IC VES4143X có giải điều chế QPSK tổng hợp số đồng tín hiệu lọc tín hiệu khối tự động điều chỉnh khuếch đại Khối làm việc với tốc độ cực đại 63 Mbit/s Hãng VLSI sản xuất khối 4143 dùng cho truyền hình cáp giải điều chế QPSK thay giải điều chế QAM Tín hiệu sau giải điều chế đưa đến khối VES5453X có nhiệm vụ loại bỏ bit bảo vệ tín hiệu số gốc trước truyền Trong hệ thống DSS có hai mức bảo vệ; mức dùng mã Read – solomon mức thứ hai dùng mã chập Từ khối VES5453X đọc lỗi truyền cho phép chỉnh anten thu Tín hiệu số sau loại bỏ mã số bảo vệ đến khối VES2020 có phân kênh (Demultiplexer) tín hiệu MPEG – Nhiệm vụ khối tách luồng tín hiệu số chung kênh số liệu chương trình truyền hình yêu cầu (trong kênh 84 có đồng thời nhiều chương trình truyền hình) Khối VES2020 tạo lại tín hiệu đồng hồ tín hiệu gốc điều khiển nhớ động RAM có vai trị đếm(buffer) Từ giả mã MPEG-2 tín hiệu đưa đến DAC tạo lại tín hiệu tương tự Sau đến coder PAL/NTSC điều chế để đưa đến đầu vào anten Cấu trúc bên máy thu mã hệ thống DSS phức tạp nhiều so với tuner truyền hình vệ tinh tương tự Tuy nhiên thao tác máy không phức tạp tất khối máy thu điều khiển Microprocessor Microprocessor đọc lệnh người xem từ bàn phím mặt trước máy khối điều khiển từ xa Ngồi khối cịn hiển thị nội dung thơng tin phát với chương trình phục vụ việc đọc card thông minh Trên card chứa thơng tin để giải mã chương trình truyền hình Giá trị card có thời hạn mà người sử dụng giải mã chương trình mà họ th bao Ngồi ra, máy thu cịn có modem giúp người sử dụng yêu cầu chương trình cần xem tốn chương tình truyền hình trả tiền (Pay Per Wiew) 3.3.7 Kết luận: Thực tế việc thiết kế hệ thống thông tin vệ tinh công việc vô phức tạp liên quan đến nhiều vấn đề kinh tế kỹ thuật Trong nội dung luận văn tơi đưa quy trình kỹ thuật để thiết kế hệ thống thông tin cho phát sóng truyền hình số vệ tinh DVB-S2 bao gồm bước tính tốn đường truyền: EIRP, dự trù khoảng suy hao, thông số nhiễu, việc giải mâu thuẫn công suất phát phương thức điều chế…Và có mơ kết chất lượng tín hiệu DVB-S2 Trong q trình thực tơi tham quan thực tế hệ thống thiết bị trạm phát sóng truyền hình vệ tinh Vĩnh Yên thuộc K+, hệ thống sử dụng thiết bị phát sóng chuẩn DVB-S1 phần thiết bị DVB-S2 hướng tới đầu tư toàn thiết bị phát sóng chuẩn DVB-S2 Nội dung chương đưa giải pháp kỹ thuật tổng thể đường truyền phát sóng truyền hình vệ tinh DVBS2, nội dung 1kênh tham khảo cho việc lựa chọn thiết bị phù hợp cho phát sóng DVB-S2 85 KẾT LUẬN Luận văn đề cập khái quát kỹ thuật thông tin vệ tinh, dịch vụ cung cấp thơng tin vệ tinh: Phát - truyền hình, truyền số liệu, thông tin di động, định vị dẫn đường đồng thời nghiên cứu phân tích tiêu chuẩn truyền hình DVB- S DVB- S2 Ngồi đưa so sánh chất lượng hai tiêu chuẩn Đặc biệt tiêu chuẩn DVB - S2 ứng dụng phổ biến truyền hình kỹ thuật số vệ tinh; truyền hình tiêu chuẩn SDTV (Standard Television) truyền hình phân giải cao HDTV (Hight Definition Television) Đồng thời rõ lợi ích việc truyền tín hiệu ứng dụng hiệu q trình xử lý thơng tin truyền dẫn thông tin Ngày thời đại công nghệ thông tin bùng nổ toàn giới, đặc biệt lĩnh vực thơng tin vệ tinh Như việc tính toán thiết kế xây dựng trạm thu phát vệ tinh VINASAT Việt Nam tất yếu Do đó, có nhiều loại hình dịch vụ đời Dịch vụ truyền hình DTH (Direct - To - Home) Đài Truyền hình Việt Nam thiết kế, xây dựng công nghệ đầu tư chiều sâu lẫn chiều rộng xây dựng nội dung chương trình, hướng phát triển dịch vụ gia tăng hệ thống đáp ứng nhu cầu người sử dụng 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT Nguyễn Đình Lương (2001), hệ thống thông tin vệ tinh, NXB bưu điện Phùng Văn Vận (2005) Nghiên cứu cấu trúc hệ thống viễn thông mặt đất để sử dụng hiệu vệ tinh Vinasat, Đề tài KC 01.19 Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam(2005), Công nghệ vệ tinh, Tài liệu Cơng nghệ khóa học vệ tinh Trang web công ty viễn thông quốc tế: http://www.vnpti.vn/15/ve-tinhvinasat Giáo trình truyền hình kỹ thuật số T.S Đỗ Hoàng Tiến chủ biên TIẾNG ANH Dennis Roddy, Satellite communications, McGraw Hill (2001) VSAT hand book, Intelsat Global Service Corporation (May 2002) Success factors for Broadband Satellite Systems, Seventh Ka-Band Utilization Conference,Taromina Italy (October 2001) DVB (1997), Framing structure, channel coding and modulation for12/12GHz satellite services, DVB EN 300 421 10 ETSI TR 102 376 V1.1.1 (2005-5), Digital Video Broadcasting (DVB), User guidelines for the second generation system for Broadcasting, Interactive Services, News Gathering and otherbroadband satellite applications (DVBS2) 11 ETSI EN 302 307 V1.2.1(2009-8) Digital Video Broadcasting (DVB), second generation framing structure, chanel coding and modulation systems for Broadcasting Interactive Services, News Gathering and otherbroadband satellite applications (DVB-S2) 12 ETSI EN 302 307 V1.4.1 (2014) Digital Video Broadcasting (DVB), second generation framing structure, chanel coding and modulation systems for Broadcasting Interactive Services, News Gathering and otherbroadband satellite applications (DVB-S2) Part 1: DVB-S2 87 13 Dirk Breynaert, Newtec, Analysis of DVB-S2 bandwidth efficiency 14 Satchandi Verma,SMIEEE,Senior staff, Eric Wiswell, MIEEE, Technical Fellow-TRW Inc, Next Generation Broadband Satellite Communication Systems 15 International Journal of Satellite Communications and Networking, Alberto Morello, Ulrich Reimers, DVB-S2 the Second Generation Standard for Satellite Broadcasting and Unicasting 88