Nghiên cứu và khắc phục ảnh hưởng củ méo phi tuyến trong hệ thống truyền hình quảng bá vệ tinh thế hệ thứ 2 sử dụng điều chế apsk

i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LÝ THỊ THANH HÀ NGHIÊN CỨU VÀ KHẮC PHỤC ẢNH HƯỞNG CỦA MÉO PHI TUYẾN TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH QUẢNG BÁ VỆ TINH THẾ HỆ THỨ SỬ DỤNG ĐIỀU CHẾ APSK NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ MÃ SỐ: ……… LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ KHOA ĐIỆN TỬ NGƯỜI HƯỚNG DẪN 01 NGƯỜI HƯỚNG DẪN 02 PGS.TS ĐÀO HUY DU TS ĐOÀN THANH HẢI TS.TRẦN ĐỨC CHUYỂN THÁI NGUYÊN - 2020 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết nghiên cứu đưa luận văn dựa kết thu trình tự nghiên cứu học tập riêng tơi Tôi không chép kết nghiên cứu tác giả khác Nội dung luận văn tơi có sử dụng tài liệu tham khảo số thông tin nguồn tài liệu từ nguồn tin, giáo trình, giảng liệt kê danh mục sách tham khảo Tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm chấp hành hình thức kỷ luật, xử lý khoa, nhà trường phát làm tơi có dấu hiệu chép hình thức Thái Nguyên, ngày tháng năm 2020 Sinh viên thực Lý Thị Thanh Hà i LỜI CẢM ƠN Trong thời gian học làm đề tài thạc sỹ, nhận tiếp thu kiến thức, phương pháp tư duy, phương pháp luận giảng viên trường Tôi quan tâm lớn Nhà trường, Khoa Kỹ thuật - Điện tử thầy cô giáo Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên bạn lớp Để hoàn thành luận thạc sỹ văn cách hoàn chỉnh, bên cạnh cố gắng lỗ lực thân cịn có hướng dẫn nhiệt tình q Thầy Cơ, động viên ủng hộ gia đình bạn bè suốt thời gian học tập nghiên cứu thực luận văn thạc sỹ Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến giáo TS Đồn Thanh Hải, TS Trần Đức Chuyển hai thầy hết lịng giúp đỡ tạo điều kiện tốt cho tơi hồn thành luận văn Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến tồn thể q thầy khoa Kỹ thuật - Điện tử Trường Đại học Kỹ thuật Cơng nghiệp – Đại học Thái Ngun tận tình truyền đạt kiến thức quý báu tạo điều kiện thuận lợi cho suốt trình học tập nghiên cứu hồn thành đề tài luận văn Cuối cùng, tơi xin chân thành cảm ơn đến gia đình, anh chị bạn đồng nghiệp hỗ trợ cho nhiều suốt trình học tập, nghiên cứu thực đề tài luận văn thạc sĩ cách hoàn chỉnh Thái Nguyên, ngày tháng năm 2020 Sinh viên thực Lý Thị Thanh Hà ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii Danh mục chữ ký hiệu, từ viết tắt v Danh mục bảng vii Danh mục hình vẽ, đồ thị viii MỞ ĐẦU CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN SỐ VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG 1.1 Giới thiệu chung hệ thống thông tin vô tuyến 1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ thống thông tin vô tuyến 12 1.2.1 Suy hao truyền lan không gian tự 13 1.2.2 Ảnh hưởng pha đinh mưa 14 1.2.3 Sự can nhiễu sóng vơ tuyến 19 1.2.3.1 Nhiễu trắng ( White Gaussian Noise) 19 1.2.3.2 Nhiễu liên ký tự ISI (Inter symbol interference) 20 1.2.3.3 Nhiễu đa truy nhập MAI (Multiple Access Interference) 20 1.2.4 Ảnh hưởng méo tuyến tính 21 1.2.4.1 Nguyên nhân gây nên tượng méo tuyến tính: 22 1.2.4.2 Đặc điểm nhận dạng méo tuyến tính 22 1.2.4.3 Một số biện pháp khắc phục méo tuyến tính 22 1.2.5 Ảnh hưởng méo phi tuyến 23 1.2.6 Các phương pháp điều chế số 24 1.2.6.1 Phương pháp điều chế giải điều chế khóa dịch biên độ ASK (Amplitude Shift Keying) 24 1.2.6.2 Phương pháp điều chế giải điều chế khóa dịch tần số FSK (Frequency Shift Keying) 25 1.2.6.3 Phương pháp điều chế giải điều chế pha PSK (Phase Shift Keying) 26 iii 1.2.6.4 Phương pháp điều chế giải điều chế hỗn hợp pha biên độ QAM (Quadrature Amplitude Modulation) 30 1.3 Điều chế khóa dịch pha biên độ APSK (Amplitude Phase Shift Keying) 31 1.4 Tóm tắt chương 33 CHƯƠNG II MÉO PHI TUYẾN TRONG HỆ THỐNG DVB-S2 34 2.1 Sự phát triển truyền hình vệ tinh 34 2.2 Mô hình hệ thống 36 2.3 Méo phi tuyến gây khuếch đại công suất 39 2.3.1: Làm mở rộng phổ tín hiệu gây tạp âm phi tuyến 40 2.3.2: Gây méo dạng chịm tín hiệu 40 2.3.3: Gây ISI phi tuyến 41 2.4: Biện pháp khắc phục méo phi tuyến 41 2.5 Mơ hình khuếch đại cơng suất 42 2.6 Một số loại HPA thường sử dụng 45 2.6.1 Bộ HPA dùng đèn Klystron (KLY) 45 2.6.2 Bộ khuếch đại dùng đèn sóng chạy Traveling-Wave Tube Amplifier (TWTA) 48 2.6.3 Bộ khuếch đại bán dẫn (SSPA) 49 2.7 Tóm tắt chương 50 CHƯƠNG III BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC ẢNH HƯỞNG CỦA MÉO PHI TUYẾN TRONG HỆ THỐNG DVB-S2 SỬ DỤNG ĐIỀU CHẾ APSK 52 3.1 Đánh giá ảnh hưởng méo phi tuyến hệ thống thông tin vô tuyến 52 3.2 Xây dựng mơ hình mơ phân tích hệ thống DVB-S2 sử dụng điều chế M-APSK, M-QAM 54 3.3 Tham số dd cho tín hiệu điều chế QAM APSK 55 3.4 Kết mô 57 3.4.1 Các tác động méo phi tuyến gây HPA 57 3.4.2 Các kết điều chế 16APSK 59 iv 3.5 Đánh giá ảnh hưởng riêng méo phi tuyến gây HPA tới SNRD hệ thống DVB-S2 60 3.6 Đánh giá ảnh hưởng riêng méo phi tuyến gây HPA tới OBE hệ thống DVB-S2 61 3.6.1 Xác định độ rộng xạ ngồi băng chuẩn hóa Boob-norm 62 3.6.2 Mức xạ băng OBE 61 3.6.3 Mối quan hệ OBE dd hệ thống DVB-S2 62 3.7 Khắc phục ảnh hưởng riêng méo phi tuyến gây HPA OAPS hệ thống DVB-S2 64 3.7.1 Phương pháp quay pha phụ tối ưu sóng mang thu 65 3.7.1 Công thức kinh nghiệm xác định OAPS theo dd hệ thống khảo sát 66 3.8 Nhận xét 67 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ: 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 PHỤ LỤC Code lập trình cho điều chế 16QAM Code lập trình cho điều chế 16APSK Khởi tạo function 16 APSK modulation Khởi tạo function 16APSK demodulation Chương trình lập trình cho điều chế 16APSK Một số câu lệnh bản: v DANH MỤC CHỮ KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT Ký hiệu Tên tiếng anh Tên tiếng việt AFK Amplitude Shift Keying Điều chế khóa dịch biên độ AM Amplitude Modulation Tín hiệu điều biên APSK Amplitude Phase Shift Keying Điều chế khóa dịch pha biên độ ATDE Adaptive Time Domain Mạch san thích nghi Equalizer AWGN Additive White Gaussian Noise Tạp âm cộng trắng Gaussian BER Bit Erro Rate Tỷ số lỗi bít BO Back Off Độ lùi cơng suất CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã DVB-S2 Digital Video Broadcasting Truyền hình số vệ tinh hệ thứ Satellite Second Generation Digital Video Broadcasting Truyền hình số mặt đất DVB-T Terrestrial FSK Frequency Shift Keying Điều chế số theo tần số GSM Global System for Mobile Hệ thống thơng tin di động tồn Communications cầu High Power Amplifiers Bộ khuếch đại công suất lớn ISI Inter symbol Interference Nhiễu liên ký tự LMS Least Mean Square error Sai số trung bình bình phương HPA cực tiểu LOS Light Of Sight Đường truyền tầm nhìn thẳng MAI Multiple Access Interference Nhiễu đa truy nhập MMSE Minimum Mean-Square-Error Thuật tốn sai số trung bình bình phương tối thiểu OFDM Orthogonal Frequency Ghép kênh phân chia theo tần số Division Multiplexing trực giao vi PDF Probability Density Function Hàm mật độ xác suất PM Phase modulation Tín hiệu điều biên có điều pha PSK Phase Shift Keying Điều chế số theo pha tín hiệu QAM Quadrature amplitude modulation Điều chế biên độ vng góc SNR Signal-to-Noise Ratio Tỷ số tín hiệu nhiễu SSPA Solid State Power Amplifier Bộ khuếch đại bán dẫn TWTA Traveling Wave Tube Amplifier Bộ khuếch đại đèn sóng chạy WIFI WIMAX ZF Wireless Fidelity Worldwide Interoperability for Tương tác toàn cầu truy Microwave Access nhập viba Zero Forcing Cưỡng ép không vii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Tỷ lệ bán kính chòm tối ưu 16APSK [6] 32 Bảng 2.1: Tham số mơ hình Saleh 43 Bảng 3.1 Dải ddapsk IBO với bước sai khác 0.5dB 57 viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1: Mơ hình đơn giản hệ thống truyền tin 10 Hình 2: Sơ đồ khối tiêu biểu hệ thống thông tin số 11 Hình 3: Truyền hình vệ tinh 13 Hình 4: Biểu đồ suy hao tín hiệu mưa gây nên 14 Hình 5: Pha đinh đa đường 18 Hình 6: Một tín hiệu nhiễu trắng 19 Hình 7: Mơ hình gây nhiễu ISI 20 Hình 8: Một số phần tử phi tuyến 23 Hình 13: Sơ đồ điều chế ASK 25 Hình 14: Biểu diễn dạng sóng ASK 25 Hình 15: Dạng sóng FSK 26 Hình 16: Điều chế QPSK 27 Hình 17: Phương pháp giải điều chế QPSK 28 Hình 18: Giản đồ ‘chịm cho điều chế 8-PSK 16-PSK’ 29 Hình 19: Sơ đồ khối chức điều chế QAM 30 Hình 20: Giản đồ chòm điều chế 8-QAM 16-QAM 31 Hình 17: Chịm a)16QAM b) 16APSK 32 Hình 23: Chịm 16APSK 16QAM 33 Hình 1: Sự mở rộng phổ méo phi tuyến 40 Hình 2: Méo dạng chịm tín hiệu 41 Hình 3: Điểm làm việc tối ưu 42 Hình 4: Đặc tuyến làm việc khuếch đại công suất 43 Hình 5: Cấu tạo đèn Klystron 46 Hình 6: Đèn Klystron ngồi thực tế 48 Hình 7: Cấu tạo HPA dung đèn song chạy TWTA 49 Hình 8: Bộ khuếch đại SSPA áp dụng thực tế 50 Hình 1: Mơ hình hệ thống nghiên cứu 54 Hình 2: Quy trình mơ hình mơ hệ thống 54 56 điểm tín hiệu biểu đồ chòm Trong [3], định nghĩa phát triển cho hệ thống sử dụng điều chế 16APSK Với KĐCS với độ lùi công suất đỉnh BOP (Peak Back-Off) cho, dd xác định dễ dàng theo công thức sau: dd  M M /2  dd i , j 1 i, j (3.1) Trong di,j khoảng cách nhỏ từ điểm tín hiệu tới biên định gần Thiệt hại khoảng cách tín hiệu [i,j] ddi,j = 1 di,j Đặc tính suy giảm tăng ích G méo pha  hàm công suất đầu cho nhà sản xuất, từ xác định biến điệu AM/AM AM/PM tương ứng Đối với tín hiệu [i,j] chịm tín hiệu bị méo, xác định hình học khoảng cách nhỏ di,j từ điểm tín hiệu tới biên định gần Thiệt hại khoảng cách tín hiệu [i,j] xác định khoảng cách từ điểm tín hiệu chuẩn đến biên định gần trừ di,j Từ Hình 3.3 a 3.3b, dễ dàng xác định lượng thiệt hại khoảng cách điểm tín hiệu góc phần tư biểu đồ chịm tín hiệu 16-QAM 16-APSK tương ứng a) b) Hình 3: Tham số dd cho hệ thống a)16QAM b)16APSK 57 Khác với tham số BO, tham số dd cho phép so sánh khuếch đại khác thuộc chủng loại khác nhau, khuếch đại có hay khơng có méo trước Sử dụng tham số này, theo công thức gần xác định theo lối kinh nghiệm thông qua mô nhiều khuếch đại khác nhau, với nhiều giá trị BO khác nhau, người ta tính trực tiếp ảnh hưởng méo phi tuyến gây khuếch đại công suất tới chất lượng hệ thống Một điều quan trọng với cách xác định dd nêu, tham số mở rộng sử dụng cho giá trị M khác Giá trị dd lập Bảng 3.1 Bảng 3.1 Dải ddapsk IBO với bước sai khác 0.5dB Dải IBO\ HPA Dải IBO khảo sát: IBOmin-IBOmax Dải IBO hiệu dụng Dải ddapsk tương ứng với dải IBO hiệu dụng HPA 267 HPA 1371 HPA 1373 0-19 0-21 0-22 7.5-15 8.5-18 9-18.5 0.0215 – 0.1247 0.0190 0.1687 0.0217 - 0.1782 3.4 Kết mô 3.4.1 Các tác động méo phi tuyến gây HPA Ảnh hưởng méo phi tuyến trình bày Chương khảo sát hệ thống nghiên cứu với hình ảnh mẫu mắt, chịm tín hiệu, đường cong BER, phổ tín hiệu với giá trị tham số dd HPA khác trình bày Giá trị BO=0 thể méo phi tuyến lớn, BO=5 đại diện méo nhỏ Mẫu mắt Hình 4: Biểu đồ mẫu mắt 16QAM ứng với BO khác 58 Chòm tín hiệu sau HPA Hình 5: Chịm tín hiệu 16QAM sau qua HPA với BO khác Phổ tín hiệu Hình 6: Phổ tín hiệu 16QAM với BO khác Tỷ số lỗi bit BER Hình 7: So sánh tỷ số BER 16QAM 59 3.4.2 Các kết điều chế 16APSK Mẫu mắt Hình 8: Biểu đồ mẫu mắt 16APSK ứng với BO khác Chịm tín hiệu sau HPA Phổ tín hiệu Hình 9: Biểu đồ phổ tín hiệu 16APSK ứng với BO khác 60 3.5 Đánh giá ảnh hưởng riêng méo phi tuyến gây HPA tới SNRD hệ thống DVB-S2 Các tác động méo phi tuyến gây HPA hệ thống MQAM, nêu Chương 1, làm giảm cách nghiêm trọng chất lượng đạt tới hệ thống Tác động đánh giá qua thiệt hại tỷ số tín/tạp SNRD [dB] mức BER xác định hiệu giá trị Eb/N0 ứng với mức BER trường hợp có khơng có tác động méo phi tuyến (trường hợp lý tưởng) Để xác định SNRD lý thuyết (giải tích) phải xác định cách giải tích đường cong BER hệ thống trường hợp Điều khơng thể thực Trong nghiên cứu sử dụng phương pháp mơ lý thuyết, khảo sát để tìm cơng thức thực nghiệm tính nhanh SNRD hệ thống Từ kết khảo sát hệ thống DVB-S2, tính SNRD BER =10 BER=10-6, kết hợp với giá trị dd sử dụng thuật tốn sai số bình phương trung bình MSE (Mean Squared Errorr) để tìm mối quan hệ SNRD dd khảo sát cho hệ thống nghiên cứu Mối quan hệ làm gần đa thức bậc khơng có số hạng bậc HPA tuyến tính hồn tồn dd=0 SNRD=0 sau: -3 -3 SNRD  383.51ddapsk  24.78ddapsk -6 SNRD  416.09ddapsk  21.26ddapsk At BER=10 : At BER=10 : RMSE=0.13 [dB] RMSE=0.14 [dB] (3.2) (3.3) Hình 10: Mối quan hệ SNRD hệ thống sử dụng 16APSK 16QAM 61 Từ Hình 3.10 dễ dàng nhận thấy, với mức ảnh hưởng méo phi tuyến, bậc điều chế tín hiệu 16 BER = 10-3, BER=10-6, lượng thiệt hại SNRD hệ thống sử dụng QAM (đường đánh dấu kim cương dấu trịn) ln cao SNRD hệ thống sử dụng APSK (2 đường đánh dấu tam giác) Bởi dd lớn (méo phi tuyến nhiều) QAM có mức biên độ thay đổi bị ảnh hưởng nhiều so với APSK có mức biên độ thay đổi Hình 11: Hình Giải thích cách tính mức xạ ngồi băng OBE 3.6 Đánh giá ảnh hưởng riêng méo phi tuyến gây HPA tới OBE hệ thống DVB-S2 Khi qua HPA, thành phần tần số tín hiệu trộn lẫn với đặc tuyến công tác phi tuyến HPA Đặc tuyến biên độ HPA ln khai triển theo chuỗi Taylor [4] Các thành phần trộn bậc chẵn tạo sản phẩm trộn (xuyên điều chế) nằm xa ngồi băng tín hiệu, khơng gây tác hại Trong đó, thành phần xuyên điều chế bậc lẻ rơi vào băng tín hiệu, mặt gây nên tạp âm phi tuyến làm tăng tạp âm tổng cộng hệ thống dẫn đến giảm SNR, mặt khác sản phẩm bậc lẻ xuất bên ngồi băng tín hiệu, gây phát xạ băng Ngay chuỗi Taylor biểu diễn đặc tuyến cơng tác 62 HPA cắt cịn bậc (tức sản phẩm bậc cao đủ nhỏ để bỏ qua) phổ tín hiệu lối mở rộng chừng lần (thêm độ rộng băng tín hiệu hai phía) với độ lớn phát xạ ngồi băng nhỏ song đáng kể, đủ để gây nhiễu cận kênh ACI hệ thống khác công tác dải băng sát dải băng công tác hệ thống xét 3.6.1 Xác định độ rộng xạ ngồi băng chuẩn hóa Boob-norm Dải xạ băng xác định từ điểm mà phổ tín hiệu bắt đầu mở rộng thêm so với trường hợp hệ thống hồn tồn tuyến tính có độ rộng xạ ngồi băng chuẩn hóa Boob-norm độ rộng xạ băng chuẩn hóa Bib-norm (Hình 3.11) Bib-norm chuẩn hóa phụ thuộc vào M số sóng mang 3.6.2 Mức xạ ngồi băng OBE Độ lớn OOBE phụ thuộc vào dd dd lớn, HPA phi tuyến, công suất xạ băng ảnh hưởng méo phi tuyến lớn Mức xạ ngồi băng biểu diễn thông qua mức chênh lệch độ lớn PSD hệ thống có HPA phi tuyến so với giá trị PSD chuẩn hóa băng hệ thống tuyến tính Do PSD khơng số dải xạ ngồi băng, chúng tơi đề nghị lấy mức chênh PSD băng chuẩn hóa (PSDib-norm) PSD tính trung bình tồn dải xạ ngồi băng (PSDmean-oob-norm, minh họa Hình 3.11) làm thơng số đặc trưng cho mức xạ băng (OBE): OBE  PSDibnorm  PSDmeanoobnorm  PSDmeanoobnorm [dB] (3.4) 3.6.3 Mối quan hệ OBE dd hệ thống DVB-S2 Để xác định mối quan hệ OBE dd, chúng tơi tiến hành mơ với cấu hình hệ thống cho hai hệ thống DVB-S2 sử dụng điều chế 16QAM 16APSK Do nghiên cứu ảnh hưởng riêng méo phi tuyến nên kênh AWGN (không có tác động méo tuyến tính gây chế tạo lọc khơng hồn hảo phađinh chọn lọc), đồng hệ thống cho hoàn hảo Các khuếch đại công suất với tham số mơ hình Saleh lấy Bảng 2.1 Độ lùi công suất IBO khảo sát theo công suất trung bình tín hiệu đầu vào HPA 63 Trong dải IBO cho HPA (dd = 0.0019 ÷ 0.0432), quan hệ OBE theo dd xấp xỉ đa thức bậc công thức (3.5-3.8) thể Hình 3.12 Với ddqam.OBE hàm bậc ddqam sau: OBEapsk  43.14ddqam  45.49 (3.5) đánh dấu đường (1) Hình 3.12 với RMSE=0.37 OBEqam  42.30ddqam  46.26 (3.6) đánh dấu đường (2) Hình 3.12 với RMSE=0.30 Với ddapsk.OBE hàm bậc ddapsk sau: OBEapsk  57.27ddapsk  49.07 (3.7) đánh dấu đường (3) Hình 3.12 với RMSE=0.32 OBEqam  56.03ddapsk  49.75 (3.8) đánh dấu đường (4) Hình 3.12 với RMSE=0.38 Hình 12 Xấp xỉ quan hệ OBE dd hệ thống DVB-S2 Từ kết mô hình 3.12, OBE hàm bậc dd, OBEqam ln cao OBEapsk Điều có nghĩa phổ hệ thống APSK bị ảnh hưởng HPA phi tuyến nhiều phổ hệ thống QAM với giá trị lớn 0,92dB Điều 64 giải thích BO lấy theo cơng suất đỉnh tín hiệu đầu vào HPA, chịm APSK với PAPR nhỏ có cơng suất trung bình nhiều so với chịm QAM Do PSDapsk cao PSDqam 3.7 Khắc phục ảnh hưởng riêng méo phi tuyến gây HPA OAPS hệ thống DVB-S2 Để giảm tác động méo phi tuyến gây HPA tới chất lượng hệ thống vô tuyến số, nhà sản xuất không ngừng cải tiến kỹ thuật nhằm chế tạo HPA có độ phi tuyến nhỏ Hàng loạt HPA, hầu hết thuộc loại SSPA, có mặt thị trường với thông số độ phi tuyến ngày cải thiện, công suất ngày lớn, tần số công tác ngày cao, kích thước ngày nhỏ gọn Các HPA loại SSPA, vậy, chưa hoàn toàn tuyến tính, có cơng suất lớn Hơn nữa, chúng chưa thay hoàn toàn HPA sử dụng TWT phi tuyến lại có cơng suất phát lớn cơng tác dải tần số cao hệ thống trạm mặt đất có truyền hình quảng bá vệ tinh Các biện pháp giảm ảnh hưởng méo phi tuyến gây HPA máy phát hệ thống OFDM bao gồm [3]: a) Sử dụng độ lùi công suất BO (Back-Off) tối ưu [3]; b) Sử dụng méo trước PD (Pre-Distorter)… c) Các kỹ thuật bù méo quan trọng máy thu bao gồm: Sử dụng quay pha phụ tối ưu OAPS (Optimum Additional Phase Shift), méo sau postdistortion, san phi tuyến… Tất kỹ thuật sử dụng BO lẫn méo trước khử triệt để hết tác động méo phi tuyến gây HPA BO khơng thể chọn q lớn (vì cơng suất phát giảm, hiệu cơng suất KĐCS thấp) kỹ thuật méo trước áp dụng việc rút gọn đa thức biểu diễn HPA đến bậc p hữu hạn Trong trường hợp vậy, sử dụng SSPA có méo trước, méo phi tuyến cịn rõ rệt Kỹ thuật sử dụng quay pha cách có chủ ý sóng mang thu thêm lượng định để giảm tác động méo phi tuyến tác giả Nguyễn Quốc Bình đề xuất từ năm 1995 hệ thống đơn sóng mang SC (Single Carrier) 64QAM tiếp tục nghiên cứu 2015 cho hệ thống với M khác cho hệ 65 thống MIMO (Mutiple Input Multiple Output), vệ tinh [3], hệ thống OFDM [2] thực máy thu dễ dàng 3.7.1 Phương pháp quay pha phụ tối ưu sóng mang thu Quay pha phụ tối ưu sóng mang thu hệ thống vi ba số M-QAM đề xuất tính tốn tác giả Nguyễn Quốc Bình Góc quay pha phụ thêm vào sóng mang thực máy thu dễ dàng cách cho tín hiệu sóng mang nội máy thu từ đầu mạch vòng khố pha qua mạch quay pha với góc quay APS (Additional Phase Shift) trước đưa tới mạch giải điều chế Hình 3.13 Sóng mang từ phần phát tới So pha  PLL Bộ lọc mạch vòng VCO Bộ quay pha APS Tới giải điều chế Hình 13 Mạch thực quay pha phụ Dưới tác động góc quay pha phụ này, hệ tọa độ khơng gian tín hiệu thu bị quay góc APS, đường biên định quay theo khoảng cách từ điểm tín hiệu tới biên định gần tăng lên, xác suất thu lỗi giảm thêm Từ Hình 3.13 ta thấy, APS khơng thể tăng lên tăng APS, khoảng cách từ điểm tín hiệu tới biên định tăng lên khoảng cách tới biên định lại giảm Do vậy, tồn giá trị APS tối ưu, gọi góc quay pha phụ tối ưu OAPS 66 3.7.1 Công thức kinh nghiệm xác định OAPS theo dd hệ thống khảo sát Với kết 2.400 lượt chạy mô với khuếch đại chọn khơng có chủ ý, HPA cần tìm 10 giá trị OAPS; kết OAPS kết hợp với giá trị dd BER=10-3 BER=10-6 sử dụng thuật toán sai số bình phương trung bình MSE (Mean Squared Errorr) để tìm mối quan hệ OAPS dd Hình 3.13 cho hệ thống sử dụng QAM hệ thống sử dụng APSK Các mối quan hệ làm gần đa thức bậc N khơng có số hạng bậc HPA tuyến tính hồn tồn dd = SNRD = khơng cần có góc quay pha Có thể chọn bậc chung N = để hạn chế độ phức tạp tính tốn thiết kế hệ thống quan trọng độ tản mát độ lệch chuẩn RMSE nhỏ cỡ 0.1 Các cơng thức kinh nghiệm để ước lượng góc OAPS cần thiết cho hệ thống DVBS2 theo dd để giảm ảnh hưởng méo phi tuyến với sai số ước lượng thấp cho công thức sau Với điều chế QAM: Tại BER=10-3 , công thức kinh nghiệm tính nhanh OAPS theo dd là: OAPSOFDM 103  144.74dd  12120dd  332857dd (3.9) Sai số ước lượng: 0.14 Tại BER=10-6 , công thức kinh nghiệm tính nhanh OAPS theo dd là: OAPSOFDM 106  158.09dd  14113.92dd  380833dd (3.10) Sai số ước lượng: 0.146 Với điều chế APSK: Tại BER=10-3 , cơng thức kinh nghiệm tính nhanh OAPS theo d là: OAPSSC 103  109.01dd  4948.99dd  72671.48dd (3.11) Sai số ước lượng: 0.22 Tại BER=10-6 , cơng thức kinh nghiệm tính nhanh OAPS theo d là: OAPSSC 106  122.57dd  5407.81dd  79166.77dd Sai số ước lượng: 0.152 (3.12) 67 Mối quan hệ OAPS theo dd hệ thống DVB-S2 theo dd sử dụng dạng điều chế minh họa Hình 3.14 Hình 14 Mối quan hệ OAPS dd hệ thống DVB-S2 Từ Hình 3.14 dễ dàng nhận thấy: Với mức ảnh hưởng méo phi tuyến, bậc điều chế tín hiệu M=16 giá trị khảo sát BER=10-3 10-6, với giá trị dd khảo sát, Góc OAPS hệ thống sử dụng điều chế APSK (2 đường nét đứt phía dưới) ln nhỏ góc OAPS hệ thống sử dụng điều chế QAM (2 đường nét liền trên) Do dd lớn HPA gần điểm bão hịa, hệ thống DVB-S2 sử dụng điều chế QAM có tỉ lệ PAPR lớn nên bị ảnh hưởng méo phi tuyến nhiều cần xuay góc quay pha phụ tối ưu lớn nên đường cong OAPS cao so với hệ thống sử dụng điều chế APSK 3.8 Kết luận chương Trong Chương 3, đánh giá ảnh hưởng méo phi tuyến gây HPA hệ thống DBV-S2 nghiên cứu thông qua lượng thiệt hại tỉ số tín tạp SNRD mức xạ băng OBE theo tham số độ phi tuyến dd Ngoài luận văn xác định góc quay pha phụ tối ưu sóng mang thu OAPS để khắc 68 phục ảnh hưởng méo gây cho hệ thống Kết nghiên cứu công thức kinh nghiệm cho phép đánh giá nhanh chóng dễ dàng, thuận tiện cho người thiết kế hệ thống xây dựng ước lượng chất lượng hệ thống điều kiện bỏ qua thành phần quan trọng để phát tín hiệu có cơng suất lớn hệ thống DVB-S2 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ: Sau thời gian nghiên cứu với nỗ lực thân thêm vào giúp đỡ tận tình giáo viên hướng dẫn Đồn Thanh Hải, đến luận văn hoàn thành nội dung đặt Trong Chương 1: Luận văn trình bày tổng quan thơng tin vệ tinh hệ thống truyền hình số vệ tinh DVB Chương luận văn trình bày méo phi tuyến biện pháp khắc phục kênh thơng tin vệ tinh (méo tuyến tính méo phi tuyến) chủ yếu méo phi tuyến Do đặc thù kênh thông tin vệ tinh mà việc khắc phục méo phi tuyến việc vô quan trọng, nguyên nhân trực tiếp ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống thông tin vệ tinh mà nguyên nhân chủ yếu gây khuếch đại công suất HPA Trong chương nêu mơ hình khuếch đại, kỹ thuật khắc phục méo phi tuyến cần quan tâm Chương đưa phương án đánh giá ảnh hưởng méo gây HPA hệ thống DVB-S2 Cuối chương kết mơ sử dụng chương trình mơ tín hiệu số Matlab/Simulink tín hiệu điều chế 16-APSK so sánh tham chiếu với tín hiệu điều chế 16-QAM Kết mô khẳng định sử dụng điều chế 16-APSK cho hệ thống DVB-S2 giải méo tín hiệu cách hiệu kênh có tồn méo phi tuyến Trong thời gian tới, luận văn phát triển cho hệ thống DVB-S2 với mức điều chế cao 32, 64 APSK vấn đề nâng cao hiệu suất sử dụng phổ coi yêu cầu cấp bách đặt lên hàng đầu Cuối lần xin chân thành cảm ơn giáo Đồn Thanh Hải trực tiếp hướng dẫn tơi hồn thành đề tài luận văn Qua xin gửi lời cảm 69 ơn tới thầy cô giáo Khoa điện tử giảng dạy, bảo q trình học tập trường Do thời gian có hạn trình độ nhận thức thân cịn hạn chế nên luận văn tránh thiếu sót Tơi mong đóng góp ý kiến thầy cô giáo học viên quan tâm đến lĩnh vực Tôi xin chân thành cảm ơn! 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Quốc Bình, Các hệ thống thơng tin trình bày thông qua Matlab, Hà Nội, 2003 [2] Nguyễn Tất Nam (2016), Nghiên cứu tác động méo phi tuyến hệ thống MIMO thông tin vệ tinh, Luận án Kỹ thuật, Học viện Kỹ thuật Quân Hà Nội [3] Đoàn Thanh Hải (2017), Đánh giá tác động méo phi tuyến gaawy khuếch đại công suất lớn hệ thống vo tuyến số M-QAM mặt đất, Luận án Kỹ thuật, Học viện Kỹ thuật Quân Hà Nội [4] A A M Saleh, "Frequency-Independent and Frequency Dependent Nonlinear Models of TWT Amplifiers", IEEE Trans on Communications, vol 29, 1981, pp 1715-1720 [5] Corazza, G (2007): Digital Satellite Communications Springer, New York [6] ETSI, EN 302 307 V1.2.1 (2009), Digital Video Broadcasting (DVB); Second generation framing structure, channel coding and modulation systems for Broadcasting, Interactive Services, News Gathering and other broadband satellite applications [7] Marcro Baldi and et (2012), “A comparison between APSK and QAM in wireless tactical scenarios for land mobile systems”, https://link.springer.com/ article/10.1186/1687-1499-2012-317, last accessed 2018/07/30 [8] Nam N T., Binh N Q., Thanh N (2015), “Combining of the parameter of distance degradation and the optimum additional phase shift to decrease nonlinear distortion in wireless communication systems using 16-APSK signal”, Journal of Science and Technology, Military Technical Academy, (168) 37-47 [9] Nam N T., Binh N Q., Thanh N (2015), “A novel signal constellation set for communication system using APSK signals of DVB-S2 standard with high nonlinearity”, In: Proceedings of the Sixth International Symposium on Information and Communication Technology, pp 217-222 Viet nam [10] Wikipedia, DVB-S2, https://vi.wikipedia.org/wiki/DVB-S2 truy nhập lần cuối vào 10/6/2020