Tìm hiểu, phân tích hệ thống truyền vệ tinh DVB s2

Đồ án: Hệ thống truyền hình số vệ tinh DVB- S2 Sinh viên: Đỡ Hồi Diệu 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 của vệ tinh: 1.3.1 Phạm vi phủ sóng của vệ tinh: .2 1.3.2 Tăng cường dung lượng cho vệ tinh: 1.4 Băng tần của vệ tinh: 1.5 Các dịch vụ cung cấp của hệ thống thông tin vệ tinh: 1.5.1 Dịch vụ thoại: 1.5.2 Dịch vụ điện báo: 1.5.3 Dịch vụ phát truyền hình: 1.5.4 Dịch vụ truyền số liệu và 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 thơng 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 THỚNG 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 và phân tán lượng: .20 2.2.2 Mã hóa ngoài: .24 2.2.3 Khối xáo trộn bit: .25 2.2.4 Mã hóa – Mã chập: 28 2.2.5 Lọc băng gốc và điều chế tín hiệu: 31 Đồ án: Hệ thống truyền hình số vệ tinh DVB- S2 Sinh viên: Đỡ Hồi Diệu 2.2.6 Các thơng sớ kỹ tḥt đường truyền của tiêu chuẩn DVB – S: 33 2.3 Tiêu chuẩn DVB-S2: 35 2.3.1 Giới thiệu về tiêu chuẩn DVB- S2 (EN 302 307)V1.4.1 2014: .35 2.3.1.1 Khới thích nghi kiểu trùn 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 Khới thích nghi dòng 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 Khới mã hóa sửa lỗi trước FEC: .42 2.3.2.4 Khới ánh xạ bit lên chịm 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 một số thông số kỹ thuật giữa hai tiêu chuẩn: 51 2.5 Kết luận: 54 CHƯƠNG : THIÉT KẾ TRẠM THU PHÁT TRUYỀN HÌNH SỐ VỆ TINH VINASAT 3.1 Giới thiệu: 55 3.2 Tính toán 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 công 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 Trạm thu phát truyền hình số vệ tinh Vinasat 71 Đồ án: Hệ thống truyền hình số vệ tinh DVB- S2 Sinh viên: Đỡ Hồi Diệu 3.3.1 Vệ tinh: 72 3.3.2 Băng tần được sử dụng chung cho dịch vụ vệ tinh: .74 3.3.3 Vệ tinh VINASAT: 75 3.3.3.1.Thông tin vệ tinh VINASAT 1: 75 3.3.3.2 Thông tin vệ tinh VINASAT- 2: 76 3.3.3.3 Các dịch vụ cung cấp vệ tinh Vinasat-1 Vinasat-2: 77 3.3.4 Trạm mặt đất: 77 3.3.5 Trạm thu mặt đất: .79 3.3.6 Kết luận: 81 KẾT LUẬN: TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Các từ viết Ý nghĩa tắt AA AML ARQ BB BER BPSK CAT CCITT Atmospheric Absorption Loss- Suy hao hấp thụ khí Antenna Misalignment Loss- Suy hao chệch anten Auto Request- Tự động yêu cầu lại Base Band- Băng tần sở Bit Error Ratio - Tỷ số lỗi bit Binary Phase Shift Keying- Khoá dịch pha nhị phân Conditional Access Table - Bảng truy xuất có điều kiện Consultative Committe for International Telegraphy and CDMA Telephony- Uỷ ban tư vấn điện báo, điện thoại quốc tế Code Division Multiple Access- Đa truy nhập phân chia theo CNR (C/N) mã Carrier to Noise Ratio-Tỷ lệ sóng mang nhiễu DAMA DC DEMOD DTH EIRP (Carrier/Noise) Demand Assigned Multiple Access- Đa truy nhập theo yêu cầu Down Converter- Bộ đổi tần xuống Demodulation- Giải điều chế Direct To Home -Trực tiếp tới thuê bao Equivalent Isotropic Radiated Power- Công suất xạ đẳng ES FC FDM hướng tương đương Elementary Stream – Dòng Frequency Converter- Bộ đổi tần Frequency Division Multiplexing- Ghép kênh phân chia theo tần Đồ án: Hệ thống truyền hình số vệ tinh DVB- S2 Sinh viên: Đỡ Hồi Diệu FDMA số Frequency Division Multiple Access - Đa truy nhập phân chia FEC FSL HPA IBS IDR IF ISDN theo tần số Forward Error Correction- Cơ chế sửa lỗi trước Free Space speading Loss- Suy hao không gian tự Hight Power Amplifier- Bộ khuếch đại công suẩt cao Intelsat Business Service - Dịch vụ thương mại Intelsat Intermediate Data Rate- Tốc độ số liệu trung bình Intermediate Frequency- Trung tần Intergrated Services Digital Network- Mạch số tổ hợp đa dịch LNA LO MCPC MIX MOD MODEM MUX NIT OSC PAM PL PMT PAT PSI PID PS PCR PTS PES PPA QAM QPSK RF RFL RQLI RSC SCPC SCR SL SNR (S/N) SSPA vụ Low Noise Amplifier - Bộ khuếch đại tạp âm thấp Local Oscillator- Bộ dao động nội Multiple Channel Per Carrier- Đa kênh sóng mang Mixer - Bộ trộn Modulation - Điều chế Mudulation and Demodulation- Bộ điều chế giải điều chế Multiplexer -Bộ ghép kênh Network Information Table - Bảng thông tin mạng Oscillator- Bộ tạo dao động Pulse Amplitude Modulation- Điều biên xung Polarization mismatch Loss- Suy hao lỗi phân cực Program Map Table - Bảng đồ chương trình Program Association Table - Bảng liên kết chương trình Program Specific Information – Thơng tin đặc tả chương trình Packet Identifier - Nhận dạng gói Program Stream – Dịng chương trình Program Clock Reference – Tham chiếu đồng hồ Presentation Time Stamp – Tem thời gian trình diễn Packetized Elementary Stream – Dịng liệu đóng gói Prior Power Amplifier- Bộ tiền khuếch đại công suất Quadrature Amplitude Modulation- Điều biên cầu phương Quadrature Phase Shift Keying- Khoá dịch pha cầu phương Radio Frequency- Tần số vô tuyến Receiver Feeder Loss- Suy hao ống dẫn sóng Recursive Quick Look In- Đệ qui nhanh Recursive Systematic Code- Mã hệ thống đệ qui Single Channel Per Carrier- Kênh đơn sóng mang System Clock Reference – Thông tin đồng hồ tham chiếu System Layer - Lớp hệ thống Signal to Noise Ratio- Tỷ lệ tín hiệu nhiễu (Signal/Noise) Solid State Power Amplifier- Bộ khuếch đại công suất cao bán TCM TDM dẫn Trellis Code Modulation - Điều chế mã lưới Time Division Multiplexing- Ghép kênh phân chia theo thời gian Đồ án: Hệ thống truyền hình số vệ tinh DVB- S2 Sinh viên: Đỡ Hồi Diệu TDMA Time Division Multiple Access- Đa truy nhập phân chia theo thời TT&C TVRO TWTA TS TSP UC VHF gian Tracking Telemetry and Command Television Receive Only- Thiết bị thu tín hiệu TV tuý Traveling Wave Tube Amplifier- Đèn khuyếch đại sóng chạy Transport Stream – Dịng truyền tải Transport Stream Packet – Gói truyền tải Up Converter-Bộ đổi tần lên Very Hight Frequency- Sóng cao tần DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG Danh mục bảng: 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 .6 Hình 1.3b: Nhiều chùm song Hình 1.4: Các định nghĩa băng tần Hình 1.5 : Phân hệ thông tin (payload) vệ tinh 13 Hình 1.6 : Anten mặt phản xạ dạng lưới 14 Hình 1.7 : Các kênh cho transponder vệ tinh băng C .15 16 Hình 1.8 : Cấu tạo transponder vệ tinh mức lượng 16 Hình 1.9: Sơ đồ tuyến liên lạc vệ tinh 17 Hình 3.1: Mối quan hệ Back-off cho chế độ hoạt động nhiều sóng mang điểm bão hồ cho sóng mang 62 Hình 3.2: Mối quan hệ Input output back-off khuếch đại TWTA vệ tinh 66 Đồ án: Hệ thống truyền hình số vệ tinh DVB- S2 Sinh viên: Đỡ Hồi Diệu Hình 3.3: Kết hợp đường lên đường xuống 69 Hình 3.4: Sơ đồ tổng thể trạm thu phát vệ tinh 71 Hình 3.6: Mơ hình vệ tinh VINASAT-1 .75 Hình 3.7: Sơ đồ vùng phủ sóng vệ tinh VINASAT- .75 Hình 3.8: Trạm mặt đất 77 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) 79 Danh mục bảng: Bảng 1.1: Tiêu chuẩn trạm mặt đất theo phân loại VINASAT-1: 18 Bảng 2.1 Ví dụ các trạng thái và đầu của mạch tạo chuỗi giả ngẫu nhiên: 22 Bảng 2.2: Các thông số tạo mã chập tiêu chuẩn DVB-S 29 Bảng 2.3: Sự phụ thuộc tốc độ bit vào băng thông tỷ lệ mã DVB-S 34 Bảng 2.4: Tỷ lệ mã Eb / No yêu cầu phía thu: 35 Bảng 2.5: Giá trị trường MATYPE-1 40 Bảng 2.6: Các tham số mã hóa khung FECFRAME thường: .43 Bảng 2.7: Đa thức sinh BCH trường hợp khung FECFRAME thường: 44 Bảng 2.8: Thông số xáo trộn bit tiêu chuẩn DVB-S2: .45 Bảng 2.9: Số lượng SLOT theo độ dài XFECRAME .49 Bảng 3.1: Băng tần: 72 Đồ án: Hệ thống truyền hình số vệ tinh DVB- S2 Sinh viên: Đỗ Hoài Diệu Đồ án: Hệ thống truyền hình số vệ tinh DVB- S2 Sinh viên: Đỡ Hồi Diệu LỜI CẢM ƠN Để thực hiện đề án số hóa Truyền hình đến năm 2020 100% các hộ gia đình toàn quốc xem được truyền hình số bằng các phương thức khác Trong đó hệ thớng truyền hình vệ tinh là một phương pháp có nhiều ưu điểm so với các phương thức truyền dẫn khác như: Diện phủ sóng rộng đặc biệt là những khu vực vùng núi và hải đảo, chất lượng tín hiệu tốt ổn định Trong để phủ sóng toàn bộ lãnh thổ theo phương thức phát sóng quảng bá mặt đất sẽ cần đến rất nhiều các trạm phát với chất lượng tín hiệu không đồng đều nhất là với địa hình đồi núi ở nước ta hoặc truyền dẫn bằng cáp thì chỉ phủ sóng được khu đô thị còn các vùng nông thôn và vùng núi, hải đảo thì không khả thi Với ưu điểm vùng phủ sóng rộng, không phụ thuộc vào địa hình để phủ sóng toàn lãnh thổ Việt Nam chỉ cần một trạm phát lên vệ tinh, những trạm mặt đất vùng phủ sóng đều nhận được tín hiệu trực tiếp từ vệ tinh đảm bảo chất lượng ổn định, dung lượng đường truyền lớn Theo xu thế truyền hình mới là Truyền hình HD, truyền hình theo yêu cầu VOD, Truyền hình tương tác muốn triển khai được các dịch vụ truyền hình đó càn phải có giải băng thông lớn và phương pháp xử lý để tăng tốc độ truyền dẫn Chuẩn DVB – S2 là chuẩn đáp ứng được các yêu cầu đó Đây vấn đề thiết thực điề u kiệ n hiệ n ở nướ c ta Với hướng dẫn ThS Đinh Thị Nhung thực đồ án với đề tài “ Tìm hiểu, phân tích hệ thớng truyền vệ tinh DVB S2 ” Bản đồ án đề cập kiến thức hệ thống truyền hình số vệ tinh Nội dung đồ án gồm: Chương 1: Tổng quan hệ thống thơng tin vệ tinh Chương 2: Tìm hiểu, phân tích về hệ thớng truyền hình vệ tinh DVB- S2 Chương 3: Thiết kế trạm thu phát truyền hình số vệ tinh DVB-S2 Tơi xin chân thành cảm ơn hướng dẫn tận tình củaThS Đinh Thị Nhung cùng sự đóng góp ý quý báu đồng nghiệp, bạn bè để đồ án hoàn thành Vì thời gian có hạn nên đị án chắn cịn nhiều thiếu sót Tơi mong nhận bảo Thầy, Cô, đồng nghiệp, bạn bè để hoàn thiện vấn đề nêu đồ án Hà nội, ngày 06 tháng năm 2015 Người viết Đồ án: Hệ thống truyền hình số vệ tinh DVB- S2 Sinh viên: Đỗ Hồi Diệu CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THƠNG TIN VỆ TINH 1.1 Giới thiệu hệ thống thông tin vệ tinh: Thông tin nhu cầu xã hội phát triển Có nhiều phương thức truyền thông tin : Hữu tuyến ( cáp đồng trục, cáp quang ), vô tuyến ( vi ba, vệ tinh ), Việc chọn phương thức truyền thông tin phụ thuộc vào loại dịch vụ, giá thành, độ tin cậy yêu cầu Cùng với phát triển công nghệ chế tạo, phóng vệ tinh, thiết bị viễn thơng phạm vi sử dụng vệ tinh ngày mở rộng sang nhiều lĩnh vực: truyền số liệu, truyền hình, thơng tin di động, định vị dẫn đường Thông tin vệ tinh có đặc điểm sau: * Vùng phủ sóng lớn: Với vệ tinh địa tĩnh phủ sóng tồn cầu * Dung lượng thơng tin lớn: Do có băng tần cơng tác rộng áp dụng kỹ thuật sử dụng lại băng tần * Độ tin cậy thơng tin cao: Tuyến thơng tin có trạm hai trạm đầu cuối mặt đất, vệ tinh đóng vai trị trạm lặp xác suất lỗi khí fading không đáng kể Tỉ lệ lỗi bit đạt 10 −9 * Tính linh hoạt cao: Hệ thông thông tin thiết lập nhanh chóng điều kiện trạm mặt đất xa nhau, dung lượng thơng tin thay đổi theo yêu cầu * Đa dạng loại dịch vụ : Có nhiều loại dịch vụ như: + Dịch vụ thoại, fax, telex cố định + Dịch vụ phát truyền hình quảng bá + Dịch vụ định vị dẫn đường, cứu hộ + Dịch vụ thông tin di động + Dịch vụ khôi phục cáp 1.2 Quỹ đạo vệ tinh Có ba loại quỹ đạo sau: Đồ án: Hệ thống truyền hình số vệ tinh DVB- S2 Sinh viên: Đỡ Hồi Diệu ∗ Quỹ đạo địa tĩnh (Geostationary orbit ): Đây quỹ đạo mà vệ tinh nằm điểm tương đối so với mặt đất Vệ tinh có chu kỳ quay trái đất Vệ tinh địa tĩnh có độ cao khoảng 36.000km đường xích đạo Hướng quay vệ tinh trùng với hướng quay đất Vị trí cố định vệ tinh quỹ đạo địa tĩnh gọi vị trí quỹ đạo Vị trí xác định kinh tuyến chứa vệ tinh Các vệ tinh quốc gia phải xác lập cung quỹ đạo theo phân chia chuẩn quốc tế Vị trí quỹ đạo vệ tinh xác lập theo quy định quốc gia ∗ Quỹ đạo nghiêng elíp (Elliptically incline orbit): Đây quỹ đạo sử dụng thành công hệ thống Intersputnik cho hệ thống viễn thông Liên Xô cũ Chu kỳ quay vệ tinh 12h, 8h vệ tinh chuyển động chậm, thời gian vệ tinh phủ sóng cho miền cực trái đất Đặc điểm quỹ đạo chuyển động tương đối vệ tinh xa nhỏ nên thu tín hiệu liên tục với anten thu cố định, anten vệ tinh phải điều chỉnh theo chuyển động vệ tinh ∗ Quỹ đạo cực tròn ( Circular polar orbit ): Đây quỹ đạo tồn lý thuyết, thực tế viễn thông không sử dụng quỹ đạo khó khăn mặt kỹ thuật, kinh tế Hình 1.1: Quỹ đạo vệ tinh 1.3 Vùng phủ sóng vệ tinh: Vì bề mặt trái đất có diện tích 2/3 nước nên việc phủ sóng tồn cầu khơng đáp ứng tốt cho dịch vụ trạm mặt đất Giảm vùng phủ sóng Đồ án: Hệ thống truyền hình số vệ tinh DVB- S2 Sinh viên: Đỡ Hồi Diệu Hình 3.3: Kết hợp đường lên đường xuống Công suất cuối đường truyền (không gian) P R mức lượng sóng mang tuyến xuống Cơng suất gấp γ lần so với cơng suất sóng mang đầu vào vệ tinh, γ hệ số khuyếch đại công suất hệ thống từ đầu vào vệ tinh đến đầu vào trạm mặt đất Bao gồm : hệ số khuyếch đại phát đáp, anten phát, suy hao đường xuống, khuyếch đại anten thu suy hao feeder Nhiễu đầu vào vệ tinh xuất đầu vào trạm mặt đất nhân hệ số lên γ lần Thêm thân trạm mặt đất có nhiễu, ký hiệu PND Vì nhiễu cuối tuyến γPNU + PND Tỷ số C/N0 đường xuống không kể γPNU PR/PND Tỷ số C/N0 kết hợp đầu thu mặt đất PR/(γPNU + PND) Ta có: N o PN γPNU + PND P P γP P N N = = = γ NU + ND = NU + ND = ( o )U + ( o ) D (3.43) C PR PR PR PR γPRU PR C C Phương trình rằng, để có đựơc giá trị tổng hợp C/N 0, nghịch đảo giá trị riêng biệt cộng lại với N 0/C sau nghịch đảo lại lần C/N0 Lý việc nghịch đảo tín hiệu truyền qua hệ thống hàng loạt công suất nhiễu cộng thêm vào Ví dụ: Với tuyến liên lạc vệ tinh phân biệt tỷ số sóng mang mật độ phổ tạp âm là: tuyến lên 100dBHz, tuyến xuống 87dBHz Tính tỷ số C/No tổng hợp? Giải: No = 10 −10 + 10 −8,7 = 2,095.10 −9 Vì vậy: C [ C ] = −10 log(2,095.10 −9 ) = 86,97 dBHz No 3.7.7 Nhiễu xuyên điều chế: Nhiễu xuyên điều chế xảy nhiều sóng mang truyền qua thiết bị có đặc tính khơng tuyến tính Trong hệ thống thơng tin vệ tinh thường xảy khuếch đại sóng chạy cơng suất cao (TWTA) vệ tinh Cả khơng tuyến tính pha biên độ làm tăng tạo xuyên điều chế Ta biết kết xuyên điều chế thứ rơi vào vị trí tần số sóng mang bên cạnh, chúng tạo nhiễu Khi số lượng lớn sóng mang điều chế, sản Đồ án: Hệ thống truyền hình số vệ tinh DVB- S2 Sinh viên: Đỡ Hồi Diệu phẩm xun điều chế khơng thể phân biệt riêng biệt, thay suất dạng nhiễu chúng gọi nhiễu xuyên điều chế Tỷ số sóng mang nhiễu xuyên điều chế thường tính thực nghiệm, vài trường hợp chúng tính máy tính Một tỷ số biết, kết hợp với tỷ số sóng mang nhiệt nhiễu cách thêm vào số hạng nghịch đảo đề cập phần 3.10 Ký hiệu nhiễu xuyên điều chế (C/N)IM nhớ nghịch đảo tỷ số C/N (không phải dB) phải thêm vào phương trình 4.43 mở rộng sau: No N N N = ( o )U + ( o ) D + ( o ) IM (3.44) C C C C Ví dụ: Một tuyến liên lạc vệ tinh có tỷ số sóng mang nhiễu là: tuyến lên 23dB; tuyến xuống 20dB; nhiễu xuyên điều chế 24dB Tính tỷ số sóng mang nhiễu tồn theo dB? Giải: Từ phương trình 3.41 ta có N/C=10-2,4+10-2,3+10-2=0,0019 Vì vậy: [C/N]=-10log0,0019=17,2 dB 3.3 Trạm thu phát truyền hình số vệ tinh Vinasat Năm 2001, Đài THVN xây dựng hệ thống TH cáp HN thành phố lân cận Gặp phải vấn đề mở rộng khó khăn việc truyền dẫn từ trung tâm truyền hình cáp tới vùng xa Chính Đài THVN triển khai dịch vụ DTH Dịch vụ DTH Đài THVN triển khai đưa vào khai thác thức tháng 9/2004,được áp dụng công nghệ truyền hình vệ tinh DTH đầu tư chiều sâu lẫn chiều rộng xây dựng nội dung chương trình, hướng phát triển dịch vụ gia tăng hệ thống Các thành phần hệ thống phát thu truyền hình DTH Đài THVN (hình 3.4) -Trạm phát mặt đất -Vệ tinh -Trạm thu tín hiệu vệ tinh Đồ án: Hệ thống truyền hình số vệ tinh DVB- S2 Sinh viên: Đỡ Hồi Diệu Tín hiệu từ trạm mặt đất đến vệ tinh gọi đường lên (uplink) tín hiệu trở trạm mặt đất khác gọi đường xuống (dowlink) Thiết bị thông tin vệ tinh bao gồm số phát đáp (transponder) khuếch đại tín hiệu băng tần lên cơng suất đủ lớn phát trở mặt đất Vùng vệ tinh bao phủ gọi vệt vệ tinh Phạm vi vệ tinh xác định giá trị công suất xạ hiệu dụng EIRP (Công suất xạ đẳng hướng) Hình 3.4: Sơ đồ tổng thể trạm thu phát vệ tinh Đặc điểm thông tin vệ tinh: - Giá thành không phụ thuộc vào cự ly hai trạm - Một đường truyền vệ tinh truyền tín hiệu với khoảng cách xa, đạt hiệu cao cho đường truyền dài cho dịch vụ điểm-điểm - Vệ tinh sử dụng cho hệ thống điểm- đa điểm Với vệ tinh đặt vô số trạm thu mặt đất, thuận lợi cho hệ thống CATV cũnh cho dịch vụ DTH Ngoài truyền hình vệ tinh cịn có khả phân phối chương trình với hệ thống liên kết khác - Có khả thơng tin quảng bá Một vệ tinh có khả phủ sóng 1/3 mặt đất Chỉ cần vệ tinh địa tĩnh vị trí thích hợp phủ sóng tồn cầu - Có khả băng rộng: Các lặp vệ tinh thường thiết bị băng tần rộng, độ rộng băng tần lặp khoảng 36-50Mbitps - Ít chịu ảnh hưởng điều kiện địa hình mặt đất môi trường truyền dẫn cao so với bề mặt Trái Đất 3.3.1 Vệ tinh: Đồ án: Hệ thống truyền hình số vệ tinh DVB- S2 Sinh viên: Đỗ Hoài Diệu Vệ tinh chuyển động quanh trái đất theo quỹ đạo định, tuỳ thuộc vào độ cao so với mặt đất quỹ đạo vệ tinh chia thành : - HEO (Highly Eliptical Orbit): Quỹ đạo elip cao - GSO (Geostationnary Earth Orbit): Quỹ đạo địa tĩnh - MEO (Medium Earth Orbit): Quỹ đạo trung - LEO ( Low Earth Orbit): Quỹ đạo thấp Khi vệ tinh chuyển động quanh mặt phẳng quỹ đạo chiều quay quanh trái đất với bán kính 35.800km, ta có vệ tinh địa tĩnh Khi đó, thời điểm trái đất, vị trí vệ tinh không thay đổi Sở dĩ vệ tinh địa tĩnh ln vị trí so với mặt đất đạt cân lực bao gồm trọng lực, lực ly tâm (hình 3.5) Trực ly tâm Quỹ đạo Trọng lực Trái đất 35.500km 12.400km Hình 3.5: Quỹ đạo vệ tinh địa tĩnh Vị trí cố định vệ tinh quỹ đạo tĩnh góc vị trí quỹ đạo vị trí xác định kinh tuyến chứa vệ tinh Các vệ tinh quốc gia phải xác lập cung quỹ đạo theo phân chia chuẩn quốc tế Vị trí quỹ đạo vệ tinh xác lập theo quy định quốc gia Việc thực tiêu chuẩn nhằm tránh khỏi tượng nhiễu kênh vệ tinh Khoảng cách vị trí quỹ đạo bé số lượng vệ Đồ án: Hệ thống truyền hình số vệ tinh DVB- S2 Sinh viên: Đỡ Hồi Diệu tinh nhiều quỹ đạo Khoảng cách nhỏ chúng xác định tính định hướng anten phát thu Ban đầu, băng C khoảng cách vệ tinh 40và băng Ku khoảng cách 30, nhiên khoảng cách nhỏ 20 Băng Ku có khoảng cách vị trí quỹ đạo nhỏ băng C với bước sóng hẹp tính định hướng anten đạt cao Ngoài vệ tinh địa tĩnh, cần sử dụng vệ tinh có quỹ đạo hình Elip Nhờ việc kéo dài bán kính điểm cách xa Trái Đất lên cao mà vệ tinh chuyển động tự thời gian phạm vi phủ sóng tăng lên Vệ tinh với quỹ đạo Elip phục vụ cho vùng hai bán cầu đặc biệt cho cực Trái Đất: Đặc điểm hệ thống chuyển động tương đối vệ tinh xa nhỏ nên thu tín hiệu liên tục với anten thu cố định; đó, anten phát vệ tinh phải điều chỉnh theo chuyển động vệ tinh Góc ngẩng vệ tinh góc nhìn từ điểm mặt đất tới vệ tinh so với đường chân trời Góc phương vị tính từ vị trí kinh tuyến so với kinh tuyến không (Greenwich) đo độ, lấy gía trị từ 00 đến 3600 Góc ngẩng lớn dễ dàng thực truyền tín hiệu mà khơng gặp tượng gây nhiễu địa hình, nhiệt đọ bề mặt trái đất Đối với băng C, góc ngẩng nhỏ 50 đối Ku, góc ngẩng nhỏ 100 - 200 3.3.2 Băng tần được sử dụng chung cho dịch vụ vệ tinh: Bảng 3.1: Băng tần: Ký hiệu băng tần VHF UHF L S C X Ku K Ka V W Mm µm Dải tần, GHz 0,1 ÷ 0,3 0,3 ÷ 1,0 1,0 ÷ 2,0 2,0 ÷ 4,0 4,0 ÷ 8,0 8,0 ÷ 12,0 12,0 ÷ 18,0 18,0 ÷ 27,0 27,0 ÷ 40,0 40,0 ÷ 75,0 75,0 ÷ 110,0 110,0 ÷ 300,0 300,0 ÷ 3000,0 Đồ án: Hệ thống truyền hình số vệ tinh DVB- S2 Sinh viên: Đỡ Hồi Diệu Theo tiêu chuẩn quốc tế, vệ tinh viễn thông sử dụng dải tần số L, S, C, X, Ku, Ka, K, dải tần có bước sóng milimet Trong đó, dải tần C Ku sử dụng rộng rãi cho truyền hình với dạng truyền thông cố định (FSS – Fixed Satellite Service) Truyền hình trực tiếp từ vệ tinh (DBS - Direct Broadcast Satellite) sử dụng dải tần K, (bảng 3.1) Tính chất bảng tần loại dịch vụ phụ thuộc vào tính chất truyền sóng khơng gian dải tần Băng tần C có tần số thấp nên suy hao mưa khơng khí nhỏ Vùng phủ sóng vệ tinh, làm việc băng tần C, theo lý thuyết đạt 1/3 bề mặt đất Độ rộng băng tần C từ 500MHz -800MHz, vậy, lúc phát 20 chương trình khác phục vụ cho nhu cầu vùng khác khu vực phủ sóng Tuy nhiên, tần số thấp nên đường kính anten thu phát lớn (từ - 3,6m), thiết bị vệ tinh việc vận chuyển cồng kềnh phức tạp đồng nghĩa với chi phí tăng gấp bội Đối với băng tần K, vùng phủ sóng hẹp suy hao đường lớn nhiều so với băng tần C tần số cao Đặc biệt, tín hiệu băng tần K chịu suy giảm mạnh mưa Cả dải băng tần K chia nhiều dải tần con, dải băng cho phép truyền - chương trình Anten cho vệ tinh làm việc băng tần Ku có bán kính nhỏ (từ 0.4 - 0.6m), nên thiết bị thu phát nhỏ gọn Thiết bị thu vệ tinh băng K đơn giản dễ thao tác so với băng C Thông tin vệ tinh chia làm loại thơng tin tồn cầu, thơng tin khu vực, thông tin phạm vi quốc gia địa phương Trong thơng tin vệ tinh viễn thơng tồn cầu, để đảm bảo hệ thống thường dùng băng C để truyền với vệ tinh 37 vị trí khác Cũng có băng C đáp ứng yêu cầu phủ sóng diện rộng Trong phạm vi khu vực lớn sử dụng vệ tinh băng C vệ tinh băng K sử dụng phạm vi quốc gia cho truyền hình DBS 3.3.3 Vệ tinh VINASAT: 3.3.3.1.Thông tin vệ tinh VINASAT 1: - Vệ tinh viễn thông VINASAT-1 quỹ đạo địa tĩnh 132 E ( cách trái đất 35.768km) - Nhà cung cấp vệ tinh, dịch vụ phóng thiết bị điều khiển: Lockheed Martin Corporation (Mỹ) Đồ án: Hệ thống truyền hình số vệ tinh DVB- S2 Sinh viên: Đỡ Hồi Diệu -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 - Hoạt động ổn định suốt thời gian sống vệ tinh Hình 3.7: Sơ đồ vùng phủ sóng vệ tinh VINASAT- Đồ án: Hệ thống truyền hình số vệ tinh DVB- S2 Sinh viên: Đỡ Hồi Diệu 3.3.3.2 Thơng tin vệ tinh VINASAT- - Vị trí quỹ đạo: 131.8 độ Đơng - Băng tần: Vệ tinh Vinasat-2 hoạt động băng tầnKu-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 - 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 20% dung lượng Vinasat-1 - Ứng dụng : Nếu Vinasat-1 góp phần giúp Việt Nam sớm hoàn 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 thơng quốc gia; tiếp tục đáp ứng nhu cầu sử dụng dung lượng vệ tinh thị trường nước khu vực 3.3.3.3 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 Dẫnsóng sóng Dẫn Phối KĐ cơng videoTrạm mặt Trộn 3.3.4 đất: anten Hợp suấtcao AudioTrạm 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 Xử lý tín hiệu Tạo sóng mang Điều chế Chuyển đổi tăng dần Đồ án: Hệ thống truyền hình số vệ tinh DVB- S2 Sinh viên: Đỡ Hồi Diệu Hình 3.8: Trạm mặt đất 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 công suất Công suất phải phối hợp với anten tập trung truyền đến vệ tinh Thông thường tầng công 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 truyền không gian phải chịu nhiều ảnh hưởng theo làm suy giảm tín hiệu Video z Chuyển đổi giảm tần Khuếch đại IF Giải điều chế Anten thu Video Giải mã Audio 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) Audio Đồ án: Hệ thống truyền hình số vệ tinh DVB- S2 Sinh viên: Đỡ Hồi Diệu 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 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) Đồ án: Hệ thống truyền hình số vệ tinh DVB- S2 Sinh viên: Đỡ Hồi Diệu 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 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 Ngoài khối cịn hiển thị nội dung thơng tin phát với chương trình phục vụ việc đọc card thông minh Trên card chứa thông tin để giải mã chương trình truyền hình Giá trị card có thời hạn mà người sử dụng giải mã chương trình mà họ thuê 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: Đồ án: Hệ thống truyền hình số vệ tinh DVB- S2 Sinh viên: Đỡ Hồi Diệu 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 đưa quy trình kỹ thuật để thiết kế hệ thống thơng 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 n 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 KẾT LUẬN Đồ án đề cập khái quát kỹ thuật thông tin vệ tinh, dịch vụ cung cấp thông tin vệ tinh: Phát - truyền hình, truyền số liệu, thơng tin di động, định vị dẫn đường đồng thời nghiên cứu phân tích tiêu chuẩn truyền hình DVB- S DVB- S2 Ngồi cịn đưa so sánh chất lượng hai tiêu chuẩn Đặc biệt tiêu chuẩn nén 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 thông tin truyền dẫn thông tin Ngày thời đại cơng nghệ thơng tin bùng nổ tồn giới, đặc biệt lĩnh vực thông tin vệ tinh Như việc tính tốn thiết kế xây dựng trạm thu Đồ án: Hệ thống truyền hình số vệ tinh DVB- S2 Sinh viên: Đỡ Hồi Diệu 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 Đồ án: Hệ thống truyền hình số vệ tinh DVB- S2 Sinh viên: Đỡ Hồi Diệu TÀI LIỆU THAM KHẢO Dennis Roddy, Satellite communications, McGraw Hill (2001) VSAT hand book, Intelsat Global Service Corporation (May 2002) Digital Satellite communications technology, Intelsat Global Service Corporation (March 1999) Earth station technology, Intelsat Global Service Corporation (June 1999) Robin Blair, Digital Techniques in Broadcasting Transmission Success factors for Broadband Satellite Systems, Seventh Ka-Band Utilization Conference,Taromina Italy (October 2001) Satchandi Verma,SMIEEE,Senior staff, Eric Wiswell, MIEEE, Technical Fellow-TRW Inc, Next Generation Broadband Satellite Communication Systems C.Berrou, A.Glavieux and P.Thitimajshima, Near Shannon limit error correcting coding and decoding:Turbo codes, in Proc IEEE International Conference on Communications,Geneva,Switzerland (May 1993) pp.1064-1070 P.Robertson, An overview of band width efficient turbo coding schemes, in Proc of the International Symposium on Turbo codes and Related Topics, Brest, France, (Sept 1997) pp.103-110 10 R.G Gallagher, Low Density Parity Check Codes, Cambridge, MA: M.I.T Press, 1963 11 Daniel J.Costello Jr.,Adrish Banerjee,Thomas E Fụja and Peter C.Massey, Some Reflections on the Design of Bandwidth Efficient Turbo Codes 12 Giáo trình truyền hình kỹ thuật số 2008 Ts.Đỗ Hoàng Tiến chủ biên ... thớng truyền vệ tinh DVB S2 ” Bản đồ án đề cập kiến thức hệ thống truyền hình số vệ tinh Nội dung đồ án gồm: Chương 1: Tổng quan hệ thống thông tin vệ tinh Chương 2: Tìm hiểu, phân tích về hệ. .. vệ tinh Chương 2: Tìm hiểu, phân tích về hệ thớng truyền hình vệ tinh DVB- S2 Chương 3: Thiết kế trạm thu phát truyền hình số vệ tinh DVB- S2 Tơi xin chân thành cảm ơn hướng dẫn tận tình củaThS... chuẩn trạm mặt đất theo phân loại VINASAT-1 CHƯƠNG TÌM HIỂU, PHÂN TÍCH HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH SỐ VỆ TINH DVB- S2 2.1 Giới thiệu: Đồ án: Hệ thống truyền hình số vệ tinh DVB- S2 Sinh viên: Đỡ Hồi