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

FDM Frequency Division Multiplexing- Ghép kênh phân chia theotần sốFDMA Frequency Division Multiple Access - Đa truy nhập phân chia theo tần sốFEC Forward Error Correction- Cơ chế sử

Trang 1

MỤC LỤC

  

LỜI CẢM ƠN:

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH 1

1.1 Giới thiệu: 1

1.2 Qũy đạo vệ tinh: 1

1.3 Vùng phủ sóng của vệ tinh: 1

1.3.1 Phạm vi phủ sóng của vệ tinh: 2

1.3.2 Tăng cường dung lượng cho vệ tinh: 4

1.4 Băng tần của vệ tinh: 6

1.5 Các dịch vụ cung cấp của hệ thống thông tin vệ tinh: 8

1.5.1 Dịch vụ thoại: 9

1.5.2 Dịch vụ điện báo: 9

1.5.3 Dịch vụ phát thanh truyền hình: 9

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 các tuyến cáp backbone: 11

1.6 Cấu hình một 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 và phân tán năng lượng: 20

2.2.2 Mã hóa ngoài: 24

2.2.3 Khối xáo trộn bit: 25

2.2.4 Mã hóa trong – Mã chập: 28

2.2.5 Lọc băng gốc và điều chế tín hiệu: 31

Trang 2

2.2.6 Các thông số kỹ thuật 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 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 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 Khối mã hóa sửa lỗi trước FEC: 42

2.3.2.4 Khối ánh xạ bit lên chòm sao 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 và 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 3 : 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 trên tạp âm : 59

3.2.6 Đường lên: 60

3.2.7 Đường xuống: 62

Trang 3

3.3 Trạm thu phát truyền hình số vệ tinh Vinasat 71

3.3.1 Vệ tinh: 72

3.3.2 Băng tần được sử dụng chung cho các 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 trên vệ tinh Vinasat-1 và 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

tắt

Ý nghĩa

AA Atmospheric Absorption Loss- Suy hao hấp thụ khí quyển AML Antenna Misalignment Loss- Suy hao căn chệch anten

ARQ Auto Request- Tự động yêu cầu lại

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 trên 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 bức xạ đẳng

hướng tương đương

ES Elementary Stream – Dòng cơ bản

FC Frequency Converter- Bộ đổi tần

Trang 4

FDM Frequency Division Multiplexing- Ghép kênh phân chia theo

tần sốFDMA Frequency Division Multiple Access - Đa truy nhập phân

chia theo tần sốFEC Forward Error Correction- Cơ chế sửa lỗi trước

FSL Free Space speading Loss- Suy hao trong không gian tự doHPA 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 trên sóng mang

MOD Modulation - Điều chế

MODEM Mudulation and Demodulation- Bộ điều chế và giải điều chế

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 bản đồ chương trình

PAT Program Association Table - Bảng liên kết chương trình

PSI Program Specific Information – Thông tin đặc tả chương

trìnhPID Packet Identifier - Nhận dạng gói

PS Program Stream – Dòng chương trình

PCR Program Clock Reference – Tham chiếu đồng hồ

PTS Presentation Time Stamp – Tem thời gian trình diễn

PES Packetized Elementary Stream – Dòng dữ liệu đóng gói

PPA Prior Power Amplifier- Bộ tiền khuếch đại công suất

QAM Quadrature Amplitude Modulation- Điều biên cầu phươngQPSK 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 trên 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 trên nhiễu

(Signal/Noise)

Trang 5

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 thuần 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 của vệ tinh: 2

Hình 1.2: Vùng phủ sóng của vệ tinh Pan European: 4

Hình 1.3a: Một chùm phủ sóng đơn: 5

Hình 1.3b: Nhiều chùm sóng: 5

Hình 1.4 Các định nghĩa băng tần: 7

Hình 1.5 : Phân hệ thông tin (payload) của 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 một transponder trên vệ tinh và các mức năng lượng: 14

Hình 1.9: Sơ đồ một 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 một mạch tạo chuỗi giả ngẫu nhiên đơn giản 22

Hình 2.3: Nguyên lý ngẫu nhiên hóa để phân tán năng lượng trong DVB-S 23

Hình 2.4: Cấu trúc dòng truyền tải sau khi được ngẫu nhiên hóa 24

Hình 2.5: Gói dòng truyền tải TS của MPEG-2 25

Hình 2.6: Gói TS sau khi được mã hóa RS (204,188) 25

Trang 6

Hình 2.7: Nguyên lý hoạt động của bộ xáo trộn/ giải xáo trộn 26

Hình 2.8: Minh họa tác dụng của việc xáo trộn bit: lỗi chùm được phân tán thành nhiều lỗi đơn 27

Hình 2.9: Bộ tạo mã chập với độ dài K = 3 28

Hình 2.10: Các trạng thái và đầu ra của bộ tạo mã chập được xét 28

Hình 2.11: Sơ đồ trạng thái của bộ tạo mã chập được xét 29

Hình 2.12: Sơ đồ lưới của bộ tạo mã chập được xét 29

Hình 2.13: Sơ đồ bộ tạo mã chập trong tiêu chuẩn DVB-S 29

Hình 2.14: Vị trí các bit được loại bỏ trong các tỷ lệ mã tương ứng 30

Hình 2.15: Đáp ứng tần số của bộ lọc với các giá trị α khác nhau 32

Hình 2.16: Sơ đồ khối điều chế và giải điều chế QPSK trong DVB-S 32

Hình 2.17: Giản đồ chòm sao định vị các bit điều chế QPSK 33

Hình 2.18: Sơ đồ khối hệ thống DVB-S2 36

Hình 2.19: Hoạt động của bộ mã hóa CRC-8 38

Hình 2.20: Định dạng đầu ra sau khối thích nghi kiểu truyền dẫn 39

Hình 2.21: Các thành phần trong khối thích nghi dòng truyền tải 41

Hình 2.22: Khung BBFRAME tại đầu ra khối thích nghi dòng truyền tải 41

Hình 2.23: Nguyên lý ngẫu nhiên hóa trong DVB-S2 41

Hình 2.24: Các thành phần trong khối mã hóa trước FEC 42

Hình 2.25: Cấu trúc FECFRAME sau bộ mã hóa trước 42

Hình 2.26 Các sơ đồ điều chế được sử dụng trong DVB-S2 46

Hình 2.27: Ánh xạ các bit trong điều chế phân cấp 46

Hình 2.28: Minh họa cấu trúc khung vật lý được sử dụng trong DVB-S2 47

Hình 2.29: Các thành phần của khối tạo khung PLFRAME 48

Hình 2.30: Cấu trúc của PLHEADER 49

Hình 2.31: Độ lợi công suất của DVB-S2 với DVB-S 51

Hình 2.32: Độ lợi băng thông của DVB-S2 52

Hình 2.34: Hiệu suất băng thông và C/N yêu cầu trên kênh nhiễu Gausse trắng cộng (AWGN) 52

Hình 3.1: Mối quan hệ giữa Back-off cho chế độ hoạt động nhiều sóng mang và điểm bão hoà cho một sóng mang 60

Trang 7

Hình 3.2: Mối quan hệ giữa Input và output back-off trong bộ khuếch đại TWTA

trên vệ tinh 64

Hình 3.3: Kết hợp đường lên và 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: Mô hình vệ tinh VINASAT-1 74

Hình 3.7: Sơ đồ vùng phủ sóng vệ tinh VINASAT- 1 75

Hình 3.8: Trạm mặt đất 78

Hình 3.9: Sơ đồ chức năng trạm phát xuống 79

Hình 3.10: Sơ đồ khối bên thu phần sử lý tín hiệu (đầu thu) 80

Danh mục bảng: Bảng 1.1: Tiêu chuẩn trạm mặt đất theo phân loại của VINASAT-1: 18

Bảng 2.1 Ví dụ các trạng thái và đầu ra của mạch tạo chuỗi giả ngẫu nhiên: 22

Bảng 2.2: Các thông số cơ bản của bộ tạo mã chập trong tiêu chuẩn DVB-S 29

Bảng 2.3: Sự phụ thuộc của tốc độ bit vào băng thông và tỷ lệ mã trong DVB-S 34

Bảng 2.4: Tỷ lệ mã trong và Eb / No yêu cầu tại phía thu: 35

Bảng 2.5: Giá trị các trường trong MATYPE-1 40

Bảng 2.6: Các tham số mã hóa đối với khung FECFRAME thường: 43

Bảng 2.7: Đa thức sinh BCH trong trường hợp khung FECFRAME thường: 44

Bảng 2.8: Thông số của bộ xáo trộn bit trong tiêu chuẩn DVB-S2: 45

Bảng 2.9: Số lượng các SLOT theo độ dài XFECRAME 49

Bảng 3.1: Băng tần: 72

Trang 9

LỜI CẢM ƠN

Để thực hiện đề án số hóa Truyền hình đến năm 2020 100% các hộ gia đìnhtrên toàn quốc xem được truyền hình số bằng các phương thức khác nhau Trongđó hệ thống truyền hình vệ tinh là một phương pháp có nhiều ưu điểm so với cácphương thức truyền dẫn khác như: Diện phủ sóng rộng đặc biệt là những khu vựcvùng núi và hải đảo, chất lượng tín hiệu tốt ổn định Trong khi để phủ sóng toàn

bộ lãnh thổ theo phương thức phát sóng quảng bá mặt đất sẽ cần đến rất nhiềucác 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 cácvùng nông thôn và vùng núi, hải đảo thì không khả thi Với ưu điểm vùng phủsóng rộng, không phụ thuộc vào địa hình để phủ sóng toàn lãnh thổ Việt Nam chỉcần một trạm phát lên vệ tinh, những trạm mặt đất trong vùng phủ sóng đều nhậnđược tín hiệu trực tiếp từ vệ tinh đảm bảo chất lượng ổn định, dung lượng đườngtruyền lớn Theo xu thế truyền hình mới là Truyền hình HD, truyền hình theo yêucầu VOD, Truyền hình tương tác muốn triển khai được các dịch vụ truyền hìnhđó càn phải có giải băng thông lớn và phương pháp xử lý để tăng tốc độ truyềndẫn Chuẩn DVB – S2 là chuẩn đáp ứng được các yêu cầu đó Đây cũng là vấnđề thiết thực trong điều kiện hiện nay ở nước ta

Với sự hướng dẫn của ThS Đinh Thị Nhung tôi đã thực hiện đồ án với đề

tài “ Tìm hiểu, phân tích hệ thống truyền vệ tinh DVB S2 ” Bản đồ án này đềcập các kiến thức cơ bản của hệ thống truyền hình số vệ tinh Nội dung của đồ ángồm:

Chương 1: Tổng quan về hệ thống thông tin vệ tinh.

Chương 2: Tìm hiểu, phân tích về hệ thống truyền hình vệ tinh DVB- S2 Chương 3: Thiết kế trạm thu phát truyền hình số vệ tinh DVB-S2

Tôi xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình củaThS Đinh Thị Nhung

cùng sự đóng góp ý quý báu của các đồng nghiệp, bạn bè để bản đồ án này đượchoàn thành Vì thời gian có hạn nên bản đò án chắc chắn còn rất nhiều thiếu sót.Tôi rất mong nhận được sự chỉ bảo của các Thầy, Cô, đồng nghiệp, bạn bè để hoànthiện các vấn đề đã nêu trong bản đồ án này

Hà nội, ngày 06 tháng 6 năm 2015

Người viết

Trang 10

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH

1.1 Giới thiệu hệ thống thông tin vệ tinh:

Thông tin là một nhu cầu cơ bản của một xã hội phát triển Có nhiềuphương 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 loạidịch vụ, giá thành, độ tin cậy yêu cầu Cùng với sự phát triển của công nghệ chếtạo, phóng vệ tinh, các thiết bị viễn thông phạm vi sử dụng vệ tinh ngày càng

mở rộng sang nhiều lĩnh vực: truyền số liệu, truyền hình, thông tin di động, địnhvị dẫn đường

Thông tin vệ tinh có những đặc điểm sau:

* Vùng phủ sóng lớn: Với 3 vệ tinh địa tĩnh có thể phủ sóng toàn cầu.

* Dung lượng thông tin lớn: Do có băng tần công tác rộng và áp dụng kỹ

thuật sử dụng lại băng tần

* Độ tin cậy thông tin cao: Tuyến thông tin chỉ có 3 trạm hai trạm đầu

cuối mặt đất, vệ tinh đóng vai trò như trạm lặp xác suất lỗi do khí quyển và dofading là không đáng kể Tỉ lệ lỗi bit có thể đạt 10 9

* Tính linh hoạt cao: Hệ thông thông tin được thiết lập nhanh chóng trong

điều kiện các trạm ở mặt đất ở rất xa nhau, dung lượng thông tin có thể thay đổitheo yêu cầu

* Đa dạng về loại dịch vụ : Có rất nhiều loại dịch vụ như:

+ Dịch vụ thoại, fax, telex cố định

+ Dịch vụ phát thanh 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:

 Quỹ đạo địa tĩnh (Geostationary orbit ):

Trang 11

Đõy là quỹ đạo mà vệ tinh nằm tại một điểm tương đối so với mặt đṍt Vệtinh có chu kỳ quay của trái đṍt Vệ tinh địa tĩnh có độ cao khoảng 36.000km trờnđường xích đạo Hướng quay của vệ tinh trùng với hướng quay của quả đṍt Vịtrí cố định của vệ tinh trờn quỹ đạo địa tĩnh được gọi là vị trí quỹ đạo Vị trí nàyđược xác định bằng kinh tuyờ́n chứa vệ tinh Các vệ tinh của một quốc gia phảiđược xác lập trờn một cung quỹ đạo theo sự phõn chia của chuẩn quốc tờ́ Vị tríquỹ đạo của từng vệ tinh được xác lập theo quy định của quốc gia.

 Quỹ đạo nghiờng elớp (Elliptically incline orbit):

Đõy là quỹ đạo được sử dụng thành cụng bởi hệ thống Intersputnik cho hệthống viễn thụng của Liờn Xụ cũ Chu kỳ quay của vệ tinh là 12h, trong đó 8h vệtinh chuyển động chậm, trong thời gian này vệ tinh sẽ phủ sóng cho miờ̀n cựccủa trái đṍt Đặc điểm của quỹ đạo này là do chuyển động tương đối của vệ tinh

ở xa là rṍt nhỏ nờn có thể thu được tín hiệu liờn tục với anten thu cố định, trongkhi đó anten trờn vệ tinh phải được điờ̀u chỉnh theo sự chuyển động của vệ tinh

 Quỹ đạo cực trũn ( Circular polar orbit ):

Đõy là quỹ đạo chỉ tồn tại trờn lý thuyờ́t, thực tờ́ trong viễn thụng khụngsử dụng quỹ đạo này do khó khăn vờ̀ mặt kỹ thuật, kinh tờ́

Quỹ đạo nghiêng elip

Quỹ đạo cực tròn

Quỹ đạo địa tĩnh

Satellite Satellite

Trang 12

không gian; hai búp sóng không chồng lấn lên nhau có thể sử dụng cùng một tần

số mà can nhiễu lên nhau giảm

Phủ sóng vùng:

Sự phân chia phủ sóng vùng dựa trên cơ sở ngôn ngữ hay địa lý (đấtnước) Vùng phủ sóng này được tạo ra bởi một chùm sóng anten đơn hoặc nhiềuchùm sóng nhỏ bao phủ vùng được yêu cầu Phủ sóng vùng tạo ra để phát xạnăng lượng cho khách hàng nhằm đáp ứng các nhu cầu về ngôn ngữ và các vấnđề về chính trị ( sự đồng sắp xếp tần số, sự giới hạn nội dung) chùm sóng vùngcung cấp khả năng định hướng cao có thể được sử dụng để tăng hiệu suất nănglượng của vệ tinh hay giảm chi phí của hệ thống trên mặt đất

Phủ sóng toàn cầu :

Vệ tinh phủ sóng toàn cầu cung cấp khả năng truyền dẫn trong vùng đượctạo nên bởi nhiều miền (ngôn ngữ, chính trị) hay nhiều đất nước ví dụ: vùng baophủ của Pan European cung cấp cùng 1 nội dung dịch vụ cho tất cả các kháchhàng ở nhiều đất nước khác nhau trong Châu Âu Chùm phủ sóng rộng bao phủcác nước Châu Âu cung cấp vùng phủ sóng cho Pan European Việc sử dụngnhiều chùm sóng bao phủ cũng có thể làm cho hiệu quả của hệ thống tăng lên.Một ví dụ cho các chùm của vệ tinh Pan European được chỉ ra trong hình 1.2:

Trang 13

Hình 1.2: Vùng phủ sóng của vệ tinh Pan European.

1.3.2 Tăng cường dung lượng của vệ tinh:

Khả năng của hệ thống vệ tinh được tăng cường bằng cách sử dụng băngthông khả dụng cao hơn tại các băng tần cao hơn (Ka, V) và thực hiện sử dụnglại tần số bao gồm tối ưu hoá, đa dạng hoá các kế hoạch kênh truyền dẫn Sốlượng và sự phức tạp của việc thực hiện các bộ phát đáp trên vệ tinh giới hạn sựtăng cường dung lượng kênh truyền hệ thống Số lượng lớn nhất của các bộ phátđáp bị giới hạn bởi các khả năng (khối lượng, công suất, cỡ của vệ tinh) của loạitàu vũ trụ sử dụng để phóng vệ tinh

Sử dụng lại tần số:

Dung lượng của hệ thống sẽ tăng lên bằng cách sử dụng lại phổ tần chophép nhờ tối ưu hoá việc phân định tần số và việc phân cực trên tuyến liên lạc.Nhiều bước sóng bao phủ và đa dạng hoá kế hoạch tần số sẽ tăng cường hơn nữadung lượng hệ thống Các tần số được sử dụng lại trong hệ thống cho vùng Châu

Á Thái Bình D ương được minh hoạ trong hình 1.3 ng được minh hoạ trong hình 1.3 c minh ho trong hình 1.3 ạ trong hình 1.3

Trang 14

ra 310 bộ phát đáp tương ứng (36 MHz) gấp 10 lần khả năng bộ phát đáp trong

vệ tinh sử dụng một chùm sóng đơn



Số lượng bộ phát đáp tương đương 36M là:

ENT = 12,5GHz/40MHz=310(bộ)

ESB: Effective System Bandwith

ENT: Equivalent Number Transponder

Kế hoạch phát đa tần số:

Kế hoạch phát đa tần số dùng cùng tần số cho nhiều phần khác nhau củavùng phủ sóng với các vị trí khác nhau Sự thực hiện những kĩ thuật này tăngcường thêm dung lượng của hệ thống

Ví dụ : Bằng cách kết hợp phương pháp trên cho 1 vệ tinh ( Sử dụng lại và

đa dạng hoá tần số ), dung lượng của hệ thống có thể tăng trên 58% (56-96%) sửdụng cùng 1 khe tần số chỉ định mà không cần thay đổi bất kì thiết bị mặt đấtnào Hệ thống cung cấp dung lượng cao hơn trong 6 vùng với 6 thứ tiếng khácnhau Sự tăng dung lượng thực sự của hệ thống phụ thuộc vào khả năng của phần

Trang 15

tải trọng không gian vệ tinh để cài đặt các phần cứng và cung cấp công suất hoạtđộng.

1.4 Băng tần của vệ tinh:

Để thực hiện được liên lạc giữa mặt đất và vệ tinh thì các sóng mang phảicó tần số cao hơn tần số giới hạn xuyên qua tầng điện ly Qua kết quả nghiên cứutruyền sóng thấy rằng các tần số nhỏ hơn 1GHz bị tiêu hao lớn do tầng điện ly,còn các sóng cao hơn 10GHz thì bị khí quyển, mây, mưa hấp thụ, chỉ có giới hạntừ 1 đến 10GHz là bị tiêu hao nhỏ nhất và được gọi là “cửa sổ vô tuyến” truyềncác tín hiệu sóng vô tuyến trong dải này được xem là truyền sóng trong khônggian tự do Thông tin vệ tinh cũng là một dạng truyền sóng trong không gian tự

do Người ta chọn các dải tần trong khoảng 1 đến 30GHz để đảm bảo thông tin

vệ tinh

Để phân bổ tần số người ta chia thế giới ra 3 khu vực sau:

- Khu vực 1: bao gồm Châu Âu, Châu Phi, Trung Đông và Nga

- Khu vực 2: bao gồm các nước Châu Mỹ

- Khu vực 3: bao gồm Châu Á (trừ Trung Đông, Nga) và Châu ĐạiDương

Tần số phân phối cho một loại dịch vụ nào đó có thể phụ thuộc vào khu vực.Trong một khu vực một dịch vụ có thể được dùng toàn bộ băng tần của khu vực nàyhoặc phải chia sẻ với các dịch vụ khác Các dịch vụ cố định sử dụng các băng tầnsau:

- Tuyến lên: 5,725 đến 6,275GHz; tuyến xuống: 3,4 đến 3,9GHz Dùngtrong hệ thống Intersputnik (Nga)

Trang 16

- Tuyến lên: 5,850 đến 7,075GHz; tuyến xuống: 3,4 đến 4,2 GHz hoặc 4,5đến 4,8GHz Dùng cho các băng tần mở rộng do WARC phân định

- 14/12GHz: tuyến lên 14 đến 14,5GHz hoặc 14 đến 14,25; tuyến xuống11,7 đến 12,2GHz hoặc 12,5 đến 12,75GHz Dùng trong các vệ tinh Intelsat,Eutelsat,Vinasat-1 và các vệ tinh nội hạt của Mỹ, Canada và Pháp

Băng tần danh định BALL là băng tần thực sự mà vệ tinh cung cấp cho trạmmặt đất Để đánh giá chất lượng sóng mang trong BALL người ta phải đo côngsuất (dB) của nó tại một vị trí nào đó xác định bởi BRES Nếu lý tưởng thì

BRES=1Hz nhưng trên thực tế BRES bằng khoảng 1% BALL

Trang 17

BOCC được xác định bằng khoảng băng tần giữa hai BRES sao cho giá trị công suất đỉnhlớn hơn công suất mỗi BRES tối thiểu 40dB Thông thường thì BOCC có giá trị trongkhoảng 1/1.1 đến 1/1.2 BALL.

Với mỗi một giá trị BOCC nào đó các trạm mặt đất còn phải chịu sự quiđịnh về mức công suất phát không được lớn hơn một giá trị cực đại nhất định.Bởi vì nếu một trạm phát công suất lớn quá thì các hài do nó sinh ra sẽ ảnhhưởng nghiêm trọng đến các kênh lân cận có công suất nhỏ hơn Do vậy mộttrạm nếu muốn phát công suất lớn thì tương đương với việc dải tần chiếm dụngcủa nó sẽ mở rộng ra Giá trị của BEqP đặc trưng cho sự tương đương đó Theohình vẽ ta thấy BEqP có mức công suất đỉnh thấp nhưng độ rộng của nó tăng lên dovậy công suất cả dải của nó vẫn bằng công suất BOCC Ta thấy tuy chỉ phát côngsuất trong BOCC nhưng trạm vẫn phải thuê cả dải BEqP vì vậy phần mở rộng của nókhông thể cho các trạm khác trong mạng thuê được nữa Do vậy các kỹ thuậttruyền dẫn hiện nay đang cố gắng để làm cho BEqP bằng với BOCC dựa trên việcgiảm mức công suất phát cần thiết của các trạm mặt đất Một trong những kỹthuật được áp dụng để giảm công suất phát mà vẫn đảm bảo tỷ lệ BER là mã sửalỗi trước FEC

Độ rộng dải tần BALL được vệ tinh cung cấp cho các trạm mặt đất theo yêucầu của từng trạm nhưng bao giờ cũng phải bằng số lẻ lần của bước 22,5KHz.Qui định này nhằm làm cho quá trình phân bổ tần số đơn giản và thuận tiện nhất

Trang 18

Nhưng hiện nay với sự tiến bộ của kỹ thuật tốc độ các luồng ngày càng nhỏ hơn,chiếm dụng ít băng tần hơn cho phép linh hoạt hơn trong việc chia các bướckhác nhau cho BALL.

1.5 Các dịch vụ cung cấp của hệ thống thông tin vệ tinh:

Phạm vi phục vụ của thông tin vệ tinh rất rộng, nó có thể đảm bảo hầu hếtcác dịch vụ của thông tin viễn thông như cố định và di động Các loại dịch vụ cóthể được vệ tinh cung cấp là:

- Điện thoại

- Điện báo

- Truyền số liệu và các dịch vụ kinh doanh mới

- Phát thanh truyền hình

- Các loại dịch vụ kết hợp (ISDN, Multimedia, Video conference)

- Các dịch vụ cứu hộ, cứu nạn, khẩn cấp, định vị dẫn đường

- Dịch vụ dự phòng, hỗ trợ cho các tuyến cáp backbone

- Các mục đích quân sự, viễn thám, khí tượng,

1.5.1 Dịch vụ thoại:

Đây là loại dịch vụ cơ bản nhất của mọi hệ thống thông tin nói chung và

vệ tinh nói riêng Tất cả các hệ thống vệ tinh quốc tế cũng như khu vực và nội hạtđều cung cấp dịch vụ thoại Các hệ thống thông tin vệ tinh quốc tế có chức năngđảm bảo các sóng mang thông tin công cộng giữa các châu lục và các quốc gia.Các sóng mang này sẽ đảm bảo liên kết thông tin giữa các mạng mặt đất nội hạtkhác nhau cho phép kết nối các kênh thoại giữa các quốc gia Do lưu lượng thôngtin quốc tế là rất lớn nên nhìn chung các kênh thoại quốc tế thường được ghépkênh vào các sóng mang (theo tần số FDM, theo thời gian TDM) Mỗi sóngmang có thể ghép được 12 đến 972 kênh thoại tương tự có phổ tần 4KHz khi sửdụng chế độ FDM-FM Khi sử dụng các sóng mang số ghép kênh theo thời gianđặc biệt dùng kết hợp với thiết bị tích hợp kênh số thì số lượng kênh thoại đượcghép kênh trên mỗi sóng mang còn lớn hơn nhiều

1.5.2 Các dịch vụ điện báo:

Các kênh điện báo, truyền chữ tốc độ thấp (50 hoặc 75 baud) thường đượcghép vào một kênh thoại nhờ kỹ thuật ghép kênh theo tần số hoặc thời gian Tuỳ

Trang 19

thuộc vào kỹ thuật ghép kênh mà một kênh thoại có thể ghép được 46 kênh báo theothời gian hoặc 24 kênh báo theo tần số (tốc độ 50 baud).

Dịch vụ vệ tinh cũng đáp ứng rất tốt cho các dịch vụ phát thanh truyềnhình lưu động với các thiết bị nhỏ gọn có thể mang xách tay được và triển khairất nhanh

1.5.4 Dịch vụ truyền số liệu và các dịch vụ nghiệp vụ kinh doanh mới:

Do nhu cầu ngày càng cao của nền kinh tế hội nhập toàn cầu hoá nên đòihỏi phát triển nhiều loại dịch vụ thông tin nghiệp vụ phục vụ kinh doanh mới ứngdụng truyền dẫn số Các ứng dụng này dựa trên các thành tựu tiên tiến của côngnghệ viễn thông và tin học, xử lý số tín hiệu Các thành tựu này thường được ứngdụng cho các dịch vụ kiểu Telematic, bao gồm:

- Phân chia dung lượng tính toán giữa các phương tiện (ví dụ giữa cácmáy tính tập trung hay phân tán)

- Thiết lập các đường thông tin tốc độ cao để đảm bảo sự trao đổi vàchuyển mạch thông tin nhanh chóng giữa các chế độ chủ yếu của mạng xử lý sốliệu

- Cập nhật tức thời số liệu của một trung tâm xử lý phân tán

- Trao đổi giữa các ngân hàng dữ liệu

- Phát quảng bá tin tức và phân phối số liệu

Trang 20

- Mở rộng truyền dẫn Fax từ tốc độ thấp đến tốc độ cao dùng cho các ứngdụng như thư tín điện tử, in ấn từ xa

- Mở rộng các tiện nghi hội nghị từ xa, từ các hội nghị trợ giúp hình ảnhđơn giản (64Kbps) tới các hình ảnh phức tạp (2Mbps) và hình ảnh đầy đủ(34Mbps)

Có rất nhiều hệ thống cung cấp dịch vụ nghiệp vụ kinh doanh qua vệ tinh

ra đời để đáp ứng cho những nhu cầu ngày càng cao trong lĩnh vực này, như: Hệthống IBS và Intelnet của Intelsat, hệ thống SMS của Eutelsat và các hệ thốngVSAT và gần đây là hệ thống VINASAT-1

1.5.5 Các dịch vụ kết hợp:

Hệ thống thông tin vệ tinh có khả năng thích nghi với các loại dịch vụ kếthợp như: ISDN, Multimedia ISDN được CCITT coi như là mạng toàn cầu lýtưởng Đặc điểm chính của ISDN là cung cấp các dịch vụ thoại và phi thoại trongcùng một mạng thông tin số Hiện nay ISDN đã và đang được triển khai trênphạm vi toàn thế giới, thông tin vệ tinh cũng đang thúc đẩy việc bổ xung thêmcác dịch vụ ISDN Các vệ tinh của Intelsat sẽ cung cấp ISDN theo 3 cách: Quacác dịch vụ dùng TDMA, các dịch vụ số liệu tốc độ trung bình IDR và trong IBS,với tỷ lệ lỗi bit BER < 10-7

1.5.6 Các dịch vụ liên lạc, cứu trợ khẩn cấp, định vị dẫn đường:

Trong các thời gian có thiên tai, động đất chiến tranh, các phương tiện liênlạc trên mặt đất có thể bị phá huỷ hay quá tải thì thông tin vệ tinh có thể đượctriển khai một cách nhanh chóng, hiệu quả bằng các thiết bị có thể mang vácbằng tay, đáp ứng kịp thời các nhu cầu liên lạc khẩn cấp

Ngày nay hệ thống GPS rất phát triển có thể cung cấp thông tin chính xác,nhanh chóng về vị trí của các đối tượng cần xác định Hệ thống này đóng vai trò rấtquan trọng trong các lĩnh vực an ninh quốc phòng và dân sự

1.5.7 Các dịch vụ hỗ trợ, dự phòng cho các tuyến cáp backbone:

Thông tin vệ tinh có thể đáp ứng được nhu cầu về dung lượng lớn của cáctuyến cáp backbone khi bị sự cố hoặc trong thời gian bảo hành sửa chữa

1.6 Cấu hình một hệ thống thông tin vệ tinh:

Một hệ thống thông tin vệ tinh bao gồm hai phân hệ chính đó là: Phân hệkhông gian và phân hệ mặt đất

Trang 21

1.6.1 Phân hệ không gian:

Phân hệ không gian bao gồm vệ tinh và tất cả các thiết bị phụ trợ cho hoạtđộng của vệ tinh như các trạm điều khiển và giám sát vệ tinh Các trung tâm nàycó nhiệm vụ bám sát, đo lường từ xa và điều khiển (TT&C- Tracking Telemetryand Command) để giữ cho quỹ đạo vệ tinh luôn ổn định, điều khiển phạm vi,hướng các chùm sóng của anten và kiểm tra giám sát các thông số hoạt độngcủa vệ tinh như: Nguồn điện, tình trạng nhiên liệu, nhiệt độ của anten,

Tuyến mà trạm mặt đất phát, vệ tinh thu gọi là tuyến lên (up link), tuyếnmà vệ tinh phát, trạm mặt đất thu gọi là tuyến xuống (down link)

Vệ tinh gồm hai phần chính là: Phần tải trọng (payload) và phần nền(platform) Phần tải trọng gồm anten và các thiết bị điện tử phục vụ cho truyềndẫn như các bộ phát đáp (transponder), các bộ lọc, khuếch đại tạp âmthấp, Phần nền chứa các thiết bị đảm bảo hoạt động cho phần tải trọng như: giá

đỡ, nguồn, các bộ điều khiển nhiệt độ, hướng quỹ đạo, các thiết bị TT&C, cácthiết bị đẩy phản lực, các thùng chứa nguyên liệu, Sau đây ta đi tìm hiểu cấu tạophần tải trọng hay còn gọi là phân hệ thông tin

Hình 1.5 : Phân hệ thông tin (payload) của vệ tinh.

Anten: Do đặc thù của vệ tinh nên các anten này phải có khối lượng nhỏ,

kích thước khi phóng gọn nhẹ Có hai loại anten trên vệ tinh đó là anten dùng để

đo xa, điều khiển (thường dùng băng tần VHF) và anten thông tin dùng để nhận/phát sóng vô tuyến từ/ về trạm mặt đất

Trong các thiết kế gần đây nhất cho vệ tinh băng rộng thế hệ mới, các nhàsản suất đã phát triển các loại anten trọng lượng nhỏ, kích thước phản xạ khi triểnkhai lớn để cung cấp tính định hướng cao và có thể cung cấp nhiều chùm sóngbao phủ Tập đoàn TRW Astro Aerospace đã phát triển loại anten mặt phản xạdạng lưới, có đường kính khi triển khai từ 6 đến 30m với trọng lượng khá nhỏvới mặt phản xạ có thể được cấu trúc một cách đặc biệt cùng với ma trận

Trang 22

feedhorn để đáp ứng các kiểu mẫu phủ sóng một cách linh hoạt và độ định hướngcao, với nhiều chùm sóng.

Hình 1.6 : Anten mặt phản xạ dạng lưới.

Bộ khuếch đại tạp âm thấp (LNA-low noise amplifier): Đặt ngay sau

anten thu nhằm giảm sự suy hao của tín hiệu và tránh tạp âm gây ra bởi ống dẫnsóng Nhiệm vụ của bộ LNA là khuếch đại tín hiệu từ nền nhiễu lên đủ lớn màkhông làm ảnh hưởng chất lượng tín hiệu Bộ LNA được làm lạnh bằng Nitrogenlỏng hoặc hiệu ứng nhiệt điện Peltier Hệ số phẩm chất G/T của hệ thống phụthuộc chủ yếu vào phẩm chất của anten và LNA

Bộ đổi tần (FC-frequency converter): Dùng biến đổi tần số thu được

xuống tần số thấp hơn và phát xuống, đồng thời khuếch đại tín hiệu để bù suyhao của chính nó Có thể có 2 kiểu đổi tần là đổi một lần và đổi hai lần tuỳ thuộcvào số bộ dao động nội (LO) trên vệ tinh Đổi tần một lần có ưu điểm là đơn giảnvì chỉ cần một bộ LO, nhưng nhược điểm của nó là dễ bị nhiễu lọt thẳng và phổtần sau khi biến đổi bị đảo ngược Đổi tần hai lần tuy có phức tạp hơn vì phảidùng tới hai bộ LO nhưng lại khắc phục được những nhược điểm của phươngpháp trên

Bộ khuếch đại tiền công suất PPA và bộ phân chia HYBRID: Bộ PPA

(Prior Power Amplifier) làm nhiệm vụ khuếch đại sơ bộ công suất tín hiệu đi ratừ bộ đổi tần để cung cấp cho các bộ phát đáp (transponder) Việc phân chia này

Trang 23

do bộ HYBRID thực hiện, bộ HYBRID có n đầu ra tương ứng với số transpondertrên vệ tinh.

Bộ MUX: Trước khi ra anten phát tín hiệu của các transponder ở các băng

tần con khác nhau phải được ghép lại với nhau Yêu cầu ghép phải đảm bảo cho

sự can nhiễu giữa các kênh vệ tinh là thấp nhất và mức công suất của chúng đồngđều nhau trong tín hiệu tổng hợp Có nhiều kỹ thuật được áp dụng cho bộ MUXnhưng thông dụng nhất vẫn là bộ CIRCULATOR

Các bộ phát đáp (Transponder): Một transponder gồm một loạt các khối

được kết nối với nhau tạo ra một kênh thông tin giữa anten thu và anten phát Đểxem xét một cách chi tiết cấu tạo của một transponder ta lấy ví dụ với băng tần

C Băng thông của băng tần C là 500MHz được chia ra làm nhiều băng con, mỗibăng cho một transponder Băng thông chuẩn cho một transponder là 36MHz và4MHz cho khoảng bảo vệ tổng cộng là 40MHz vậy toàn bộ 500MHz được chialàm 12 băng con Bằng cách sử dụng phân cực con số này có thể tăng gấp đôi.Ngoài ra với anten đa chùm có thể sử dụng lại tần số, vì vậy băng tần thực500MHz có thể được sử dụng lại với băng tần hiệu dụng là 2000MHz

Wideband receiver

3,7-4,2GHz

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

3,720

3,760 3,800 3,840 3,880 3,920 3,960 4,000 4,040

4,080 4,120

Input demultiplexer

Output multiplexer Power

Gain Block

Centre Frequency GHz

Hình 1.7 : Các kênh cho transponder vệ tinh băng C.

Trang 24

3dB coupler

0dB

Wideband receiver

De Multi plexer

Multi plexer

Attenuator Amplifier

Hình 1.8 : Cấu tạo một transponder trên vệ tinh và các mức năng lượng.

Mỗi một bộ khuyếch đại riêng rẽ cung cấp nguồn ra cho một kênh phátđáp Như chỉ ra trên hình 1.8, mỗi một bộ khuyếch đại nguồn được đặt trước bởimột bộ suy giảm đầu vào Điều này cần thiết cho phép mỗi bộ khuyếch đại côngsuất có thể điều chỉnh mức công suất mong muốn Bộ suy giảm gồm có bộ phận

cố định và điều chỉnh được Bộ phận cố định cần thiết cho việc cân bằng sự biếnđổi đầu ra của bộ suy giảm vì vậy mỗi một kênh phát đáp có cùng một bộ suygiảm danh định (là giá trị của phần suy hao cố định) Sự điều chỉnh rất cần thiếttrong suốt quá trình lắp ráp Bộ phận suy hao có thể biến đổi cần cho việc thiếtlập các mức khác nhau cho các loại dịch vụ khác nhau (một ví dụ cho lùi côngsuất sẽ được thảo luận ở phần sau) Bởi vì sự điều chỉnh suy hao này là yêu cầuvận hành nên nó sẽ theo sự điều chỉnh của trạm TT & C Đèn khuyếch đại sóngchạy (TWTA) được sử dụng rộng rãi trong bộ phát đáp với cấu hình dự phòng1:5 để cung cấp cho đầu ra yêu cầu truyền tới anten Hiện nay người ta dùngHPA bán dẫn SSPA

1.6.2 Phân hệ mặt đất:

Khoảng cách từ trạm mặt đất đến vệ tinh khoảng 36000 Km xa hơn 700lần so với các trạm chuyển tiếp trong hệ thống Viba mặt đất Do vậy, chúng taphải có công nghệ thu tín hiệu rất nhỏ từ vệ tinh và phát công suất đủ lớn, đồngthời phải đối phó với thời gian trễ Phân hệ mặt đất hay còn gọi là các trạm thuphát mặt đất bao gồm:

+ Anten thu phát và các thiết bị điều khiển, bám vệ tinh

+ Ống dẫn sóng, các bộ chia cao tần và ghép công suất

+ Bộ thu tạp âm thấp, các bộ điều chế và giải điều chế

Trang 25

+ Các bộ đổi tần tuyến lên và tuyến xuống.

+ Các bộ ghép kênh và giải ghép kênh

+ Bộ khuyếch đại công suất cao

Satellite

LNA C

O M B I N E R

Satellite dish Satellite dish

Hình 1.9: Sơ đồ một tuyến liên lạc vệ tinh.

* Khối MOD (Modulation): Có nhiệm điều chế tín hiệu BB (Base band) lên

thành tín hiệu trung tần IF đồng thời nó có nhiệm vụ mã hoá kênh truyền để chốnglỗi

* Khối U/C (Up Converter): Có nhiệm vụ đổi tín hiệu trung tần IF thành tần

số cao tần RF, nó biến đổi tín hiệu trung tần lên tần số các băng C, Ku tuỳ theo yêucầu

* Khối Combiner: Các tín hiệu đầu ra của các bộ biến đổi nâng tần được

đưa tới bộ Combiner ở đây chúng được hợp lại thành một tín hiệu chung để đưađến bộ khuyếch đại công suất cao (HPA) xuyên suốt hệ thống và đặc biệt tạiđiểm đó các trễ nhóm và các vấn đề tuyến tính có thể được bù lại bằng cách sửdụng các mạch đặc biệt như bộ cân bằng

* Khối HPA (High Power Amplifier): Có nhiệm vụ khuyếch đại tín hiệu

sóng mang cao tần RF có biên độ nhỏ được cung cấp bởi thiết bị phát mặt đấtthành tín hiệu hữu ích có công suất lớn Sau khi ra khỏi HPA tín hiệu sóng mangcao tần được bức xạ bởi anten có hệ số tăng ích thích hợp để đảm bảo công suấtbức xạ của tín hiệu tới được vệ tinh Các trạm mặt đất thường dùng bộ HPA cócông suất ra từ vài chục W đến vài KW tuỳ theo dung lượng của trạm thông tinmặt đất Để khuyếch đại công suất người ta thường dùng các thiết bị khuyếch đại

Trang 26

chân không như đèn sóng chạy TWT (Travelling Wave Tube), đèn Klystron haycác thiết bị bán dẫn Đèn TWT có băng tần rộng hơn 500MHz nhưng cấu tạophức tạp, công suất tiêu thụ lớn Đèn Klystron có cấu tạo đơn giản, tiêu thụnguồn ít nhưng băng thông chỉ đạt 80MHz Hiện nay, trong các trạm mặt đấtthường dùng loại HPA SSPA vì nó có những ưu điểm nổi bật so với TWTA vàKlystron là hiệu suất cao, dịch pha nhỏ, đặc tuyến khuếch đại và pha tuyến tínhhơn, trọng lượng nhỏ hơn, độ tin cậy cao và tuổi thọ lớn hơn.

* Khối LNA (Low Noise Amplifier): Có nhiệm vụ khuyếch đại tín hiệu thu

được từ vệ tinh lên đủ lớn do tín hiệu thu được thường rất yếu (thường khoảng –150dBw) trên nền tạp âm lớn Vì vậy khi khuyếch đại sẽ khuyếch đại luôn cả tạp âmcho nên bộ LNA có một vai trò đặc biệt quan trọng trong trạm vệ tinh mặt đất vừađảm bảo khuyếch đại tín hiệu lên mức đủ lớn vừa không làm giảm chất lượng tínhiệu LNA thông dụng thường là các bộ khuyếch đại tham số và transistor trường

* Khối Divider : Mục đích của bộ Divider là để phân chia đầu ra từ LNA

đến các bộ biến đổi hạ tần

* Khối D/C (Down Converter): Có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu cao tần RF

thu được thành tín hiệu trung tần IF

* Khối DEM (Demodulation): Có nhiệm vụ giải điều chế, giải mã hoá

kênh truyền thành tín hiệu BB (Base band)

* Anten: Có nhiệm vụ bức xạ (thu) tín hiệu RF lên (từ) vệ tinh Đường

kính anten thu, phát của trạm mặt đất thông thường có đường kính từ 0,6m đến30m tuỳ theo tiêu chuẩn từng loại trạm Hệ số khuyếch đại anten quy về đầu vàomáy thu kể cả suy hao do fiđơ được tính theo công thức sau đây:

 D: đường kính anten tính theo mét.

 : hiệu suất anten với giá trị từ 50% đến 70%

 : bước sóng tín hiệu mà anten thu (phát)

 L fido: suy hao ống dẫn sóng

Vinasat-1 đã phân loại các trạm vệ tinh mặt đất , đầu tiên dựa vào các đặctính hoạt động của chúng Đặc tính hoạt động của chúng liên quan đến kích

Trang 27

thước của anten và tần số công tác băng C hoặc Ku Vinasat-1 phân loại trạm từ

A đến Z cùng với các phân loại F1, F2 như bảng sau:

Trang 28

Bảng 1.1: Tiêu chuẩn trạm mặt đất theo phân loại của VINASAT-1.

CHƯƠNG 2 TÌM HIỂU, PHÂN TÍCH HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH SỐ

Trang 29

Thích nghi đầu vàovà phân tán nănglượng

thành trong cả nước Ngoài nhiệm vụ truyền dẫn thì từ năm 2002 Đài Truyềnhình Việt nam đã sử dụng vệ tinh vào dịch vụ truyền hình đến từng nhà (DTH-Direct To Home) Với ưu điểm sử dụng antena với kích thước nhỏ gọn trên băngtần Ku Hệ thống thông tin vệ tinh của Truyền hình Việt nam được sử dụng theotiêu chuẩn nén MPE2 và tiêu chuẩn DVB – S Với sự ra đời của tiêu chuẩn DVB-S2 từ năm 2003 có những ưu điểm nổi bật so với tiêu chuẩn DVB – S như: Khảnăng sử dụng băng tần hiệu quả cao hơn, và không bị hạn chế với chuẩn nénMPEG 2 mà mềm dẻo hơn khi có bất kỳ tín hiệu đầu vào nào, bao gồm dòng bitliên tục, dòng truyền tải MPEG đơn hoặc đa chương trình, IP hay ATM Đặc tínhnày cho phép các dòng dữ liệu khác và các cấu hình dữ liệu trong tương lai cóthể sử dụng với DVB-S2 mà không cần đến một tiêu chuẩn mới

2.2 Tiêu chuẩn DVB- S (EN 300 421):

Tiêu chuẩn DVB-S (EN 300 421) ra đời vào năm 1994, được sử dụng phổ

biến để truyền tín hiệu truyền hình quảng bá qua vệ tinh Đường truyền vệ tinhngoài những ưu điểm còn tồn tại một nhược điểm lớn là cự ly thông tin lớn, chịuảnh hưởng mạnh của nhiễu và tạp âm… Bản thân dòng truyền tải MPEG-2không có chức năng sửa lỗi, chống nhiễu đường truyền do vậy không thể truyềntrực tiếp dòng truyền tải

Tiêu chuẩn DVB-S được thiết kế trên cơ sở gia tăng khả năng chống nhiễucho dòng truyền tải MPEG-2

Theo DVB-S, quá trình xử lý tín hiệu truyền hình vệ tinh gồm các bước như sau:

- Thích nghi đầu vào và phân tán năng lượng

- Mã hóa ngoài sử dụng mã Reed-Solomon RS (204,188)

- Xáo trộn bit nhằm tăng khả năng chống lỗi cụm

- Mã hóa trong sử dụng mã xoắn với các tỷ lệ mã khác nhau

- Lọc băng gốc và điều chế QPSK

Mã hóa và ghép

Trang 30

Hình 2.1: Sơ đồ khối hệ thống truyền hình vệ tinh DVB-S.

1 Sự cần thiết phải phân tán năng lượng

- Dòng bit đầu vào phải được tiến hành phân tán năng lượng, mục đích của quá trình này là nhằm xáo trộn các bit nhằm tránh hiện tượng các bit giống nhau tập trung với số lượng lớn Khi đó sẽ xảy ra hiện tượng tập trung năng lượng trong phổ, được biết đến như các phổ vạch Cần tránh xuất hiện phổ vạch do:

- Sự tập trung năng lượng cao tần sẽ tăng khả năng tạo ra giao thoa trong các kênh có tần số cạnh nhau

- Các vạch phổ cố định có thể tạo ra vấn đề nghiêm trọng khi thu Bãi vì bộ dao động nội có thể điều chỉnh đến vạch phổ thay cho sóng mang tới, gây tổn hao thông tin

- Các vạch phổ, thực chất là thành phần một chiều DC rất khó để truyền dẫn, gây mất mát thông tin được truyền đi

2 Nguyên lý của ngẫu nhiên hóa nhằm phân tán năng lượng

Việc ngẫu nhiên hóa được thực hiện theo nguyên lý tương tự như kỹ thuật trải phổ Dãy bit đầu vào sẽ được cộng modul 2 với một dãy bit giả ngẫu nhiên

(PRBS-Pseudo Random Binary Sequence) được tạo ra từ các thanh ghi dịch Nhưvậy tín hiệu đầu vào có phổ bất kỳ trã thành tín hiệu có phổ tương tự như phổ củatín hiệu giả ngẫu nhiên

Tại phía thu, dãy bit thu được cũng được cộng với dãy bit giả ngẫu nhiên Khi đó sẽ khôi phục được dữ liệu hoàn toàn giống như trước khi xáo trộn Điều này được giải thích như sau:

Bộ cộng modul 2 là cổng logic XOR có bảng chân lý:

Mã hóa trong(Mã chập)DVB-S (EN 300421)

Trang 31

Giả sử tín hiệu muốn truyền đi là X.

Tín hiệu giả ngẫu nhiên PRBS là Y

Tín hiệu được truyền đi sau khi qua bộ ngẫu nhiên hóa là X Y

Tín hiệu thu được sau khi cộng với chuỗi giả ngẫu nhiên tương tự phía phát

( X Y ) Y’ = X ( Y Y’) = X

Để tín hiệu sau khi khôi phục hoàn toàn giống với tín hiệu đã truyền đi thì tín hiệu giả ngẫu nghiên tại phần thu phải giống hoàn toàn so với phần phát và phải đồng bộ với phần phát

3 Điều kiện của chuỗi giả ngẫu nhiên

Các chuỗi giả ngẫu nhiên PRBS có thể được tạo ra từ các thanh ghi dịch và các mạch hồi tiếp Đối với thanh ghi dịch có độ dài n, độ dài N của chuỗi PRBS đượctạo ra là: N = 2 -1

Chuỗi PRBS trước khi xáo trộn với luồng bit vào MPEG-2 phải thỏa mãn các điều kiện như:

Tính cân đối (balance property): số bit 1 và 0 lệch nhau tối đa 1 bit

Tính chạy (run property): số bước chạy độ dài 1 chiếm 1/2 tổng số bước chạy, số bước chạy có độ dài 2 chiếm 1/4 tổng số bước chạy, độ dài 3 chiếm 1/8 tổng số bước chạy…

Tính tương quan (correlation property): so chuỗi ban đầu với chính chuỗi đó khi dịch chuyển, tổng các số hợp (giống nhau) a (agreement) và tổng các số không hợp (khác nhau) d (disagreement) lệch nhau không nhiều hơn 1

Để minh họa, xét chuỗi PRSB đơn giản có 4 bộ ghi dịch như trong hình vẽ sau:

Trang 32

Hình 2.2 Ví dụ cho một mạch tạo chuỗi giả ngẫu nhiên đơn giản

a th c sinh ( polynomial ) c a chu i gi ng u nhiên trong tr ủa chuỗi giả ngẫu nhiên trong trường hợp ỗi giả ngẫu nhiên trong trường hợp ả ngẫu nhiên trong trường hợp ẫu nhiên trong trường hợp ường hợp ng h p ợc minh hoạ trong hình 1.3

n y l : 1 + X + X Vì b ghi d ch có n = 4 thanh ghi nên ộ ghi dịch có n = 4 thanh ghi nên độ dài chuỗi ịch có n = 4 thanh ghi nên độ dài chuỗi độ ghi dịch có n = 4 thanh ghi nên độ dài chuỗi d i chu i ỗi giả ngẫu nhiên trong trường hợp PRSBl 2 -1 = 15 Gi s tr ng thái ban ả ngẫu nhiên trong trường hợp ử trạng thái ban đầu là 1000, chuỗi giả ngẫu ạ trong hình 1.3 đầu là 1000, chuỗi giả ngẫu u l 1000, chu i gi ng u ỗi giả ngẫu nhiên trong trường hợp ả ngẫu nhiên trong trường hợp ẫu nhiên trong trường hợp nhiên s ẽ được tạo ra như trong bảng: được minh hoạ trong hình 1.3 ạ trong hình 1.3 c t o ra nh trong b ng: ư ả ngẫu nhiên trong trường hợp

Bảng 2.1 Ví dụ các trạng thái và đầu ra của mạch tạo chuỗi giả ngẫu nhiên

Xét chuỗi bit được tạo ra, chuỗi bit này thỏa mãn các tính chất củachuỗi PRBSnhư sau:

Tính cân đối: tổng số bit 0 là 7, tổng số bit 1 là 8

Tính chạy: số bước chạy có độ dài 1 bằng 4, số bước chạy có độ dài 2 bằng 2, độdài 3 bằng 1, độ dài 4 bằng 1

Tính tương quan: xét công thức tổng quát hàm tự tương quan của chuỗi f(t) (có chu kỳ T) và bản sao của nó khi dịch chuyển f(t + τ ) (1 ≤ τ < N) Trong đó τ là

số bước dịch chuyển:

Khi τ = 0, f(t) và f(t + τ) tương quan tốt nhất: K(τ) = 1.

Khi chuỗi f(t) được dịch đi 1 nhịp, tương quan giữa f(t) và f(t + τ ) như sau:

0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1

1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1

d a a d d a d a d d d d a a aTrong đó tổng số d hơn tổng số a là 1 Dịch số bước bất kỳ (1 ≤ τ < N), hiệu số

K(τ)=

Trang 33

bit hợp và không hợp luôn là 1 Như vậy điều kiện về tính tương hợp được thỏa mãn.

4 Áp dụng ngẫu nhiên hóa trong DVB-S

Theo tiêu chuẩn DVB-S, dòng dữ liệu đầu vào hệ thống là dòng truyền tải

MPEG-2 Độ dài các gói của dòng truyền tải là 188 byte, trong đó có một byte dùng để đồng bộ gói với giá trị luôn bằng 47HEX (01000111) Việc phân tán năng lượng luôn được thực hiện từ bit đầu tiên của byte đồng bộ (MSB- Most

Significant Bit) tức là bit 0 của byte 01000111

Hình 2.3: Nguyên lý ngẫu nhiên hóa để phân tán năng lượng trong DVB-S

Chuỗi PRSB được tạo ra bằng thanh ghi dịch có độ dài 15, biểu thức toán cho mạch tạo chuỗi giả ngẫu nhiên là: G(x) = 1 + X14 + X15

Khi nhận tín hiệu byte đồng bộ, các giá trị của thanh ghi dịch được nạp giá trị

“100101010000000” và việc tạo tín hiệu ngẫu nhiên được thực hiện với chu kù là

8 gói dòng truyền tải MPEG 2 Sau khi sáo trộn đủ 8 gói dòng truyền tải, cácthanh ghi dịch lại được nạp giá trị trên và thực hiện chu kỳ mới

Tại phía thu, tín hiệu thu được cũng được cộng với chuỗi giả ngẫu nhiên tương tựvà đồng bộ với chuỗi giả ngẫu nhiên bên phát Do vậy để cung cấp dấu hiệu cho

bộ giải ngẫu nhiên, byte đầu tiên của gói truyền tải thứ nhất trong nhóm 8 góiđược đảo ngược trã thành B8HEX (10111000) Đồng thái các byte đồng bộ trongcác gói sẽ không được ngẫu nhiên hóa Lúc này bộ tạo chuỗi PRSB vẫn hoạtđộng nhưng đầu ra sẽ được vô hiệu hóa do vậy các byte đồng bộ sẽ vẫn được giữnguyên

Byte đồng bộ của gói đầu tiên trong chuỗi 8 gói dòng truyền tải được ký hiệu là

Byte đồng bộ của các gói còn lại (từ gói 2 đến gói 8) được ký hiệu là SYNC.

Trang 34

Hình 2.4: Cấu trúc dòng truyền tải sau khi được ngẫu nhiên hóa

Quá trình ngẫu nhiên hóa được thực hiện ngay cả khi không có dòng bit đầu vào,hoặc dòng bit đầu vào không phải là dòng truyền tải MPEG-2 Điều này để tránhxảy ra tình trạng phát đi sóng mang không được điều chế

Tại phía thu, chuỗi giả ngẫu nhiên được tạo ra từ một mạch hoàn toàn giống vớiphía phát Để đồng bộ với phần phát, mạch tạo chuỗi giả ngẫu nhiên sẽ được nạpgiá trị þ” mỗi khi nhận được byte đồng bộ gói bị xáo trộn( ) và việc tạochuỗi PRBS sẽ được thực hiện với chu kỳ 8 gói tương tự như phía phát

2.2.2 Mã hóa ngoài (Outer coding)

Đường truyền vệ tinh chịu ảnh hưởng lớn của nhiễu và tạp âm nên việc áp dụngcác phương pháp sửa lỗi là rất cần thiết Thông tin truyền hình là dạng thông tinmột chiều do vậy phương pháp sửa lỗi được sử dụng là phương pháp sửa lỗitrước (FEC-Forward Error Correction) Theo phương pháp này, phía thu khi nhậnđược tín hiệu sẽ có khả năng phát hiện và tự sửa chữa lỗi bit nếu có

Dòng bit sau khi qua kh i thích nghi dòng truy n t i v phân tán n ng ối thích nghi dòng truyền tải và phân tán năng ền tải và phân tán năng ả ngẫu nhiên trong trường hợp ăng

l ược minh hoạ trong hình 1.3 ng s ẽ được tạo ra như trong bảng: được minh hoạ trong hình 1.3 đư đến khối mã hóa ngoài Trong tiêu chuẩn DVB, mã c a n kh i mã hóa ngo i Trong tiêu chu n DVB, mã ối thích nghi dòng truyền tải và phân tán năng ẩn DVB, mã ngo i được minh hoạ trong hình 1.3 c s d ng l mã RS (204, 188) ây l mã Reed-Solomon, ử trạng thái ban đầu là 1000, chuỗi giả ngẫu ụng là mã RS (204, 188) Đây là mã Reed-Solomon, thu c d ng mã kh i (block coding) Mã kh i x lý các kh i mã theo ộ ghi dịch có n = 4 thanh ghi nên độ dài chuỗi ạ trong hình 1.3 ối thích nghi dòng truyền tải và phân tán năng ối thích nghi dòng truyền tải và phân tán năng ử trạng thái ban đầu là 1000, chuỗi giả ngẫu ối thích nghi dòng truyền tải và phân tán năng kích th ước cố định, đối với mã RS (204, 188) kích thước khối mã được ối thích nghi dòng truyền tải và phân tán năng địch có n = 4 thanh ghi nên độ dài chuỗi c c nh, đối thích nghi dòng truyền tải và phân tán năng ớc cố định, đối với mã RS (204, 188) kích thước khối mã được i v i mã RS (204, 188) kích th ước cố định, đối với mã RS (204, 188) kích thước khối mã được c kh i mã ối thích nghi dòng truyền tải và phân tán năng được minh hoạ trong hình 1.3 c

x lý l 188 byte phù h p v i kích th ử trạng thái ban đầu là 1000, chuỗi giả ngẫu ợc minh hoạ trong hình 1.3 ớc cố định, đối với mã RS (204, 188) kích thước khối mã được ước cố định, đối với mã RS (204, 188) kích thước khối mã được c gói truy n t i MPEG-2 Các ền tải và phân tán năng ả ngẫu nhiên trong trường hợp gói n y được minh hoạ trong hình 1.3 c k t h p v i 16 byte g m các thông tin có ch c n ng ph c ến khối mã hóa ngoài Trong tiêu chuẩn DVB, mã ợc minh hoạ trong hình 1.3 ớc cố định, đối với mã RS (204, 188) kích thước khối mã được ồm các thông tin có chức năng phục ăng ụng là mã RS (204, 188) Đây là mã Reed-Solomon,

v cho m c ích xác ụng là mã RS (204, 188) Đây là mã Reed-Solomon, ụng là mã RS (204, 188) Đây là mã Reed-Solomon, đ địch có n = 4 thanh ghi nên độ dài chuỗi nh v s a l i t i phía thu Nh v y kích th ử trạng thái ban đầu là 1000, chuỗi giả ngẫu ỗi giả ngẫu nhiên trong trường hợp ạ trong hình 1.3 ư ậy kích thước ước cố định, đối với mã RS (204, 188) kích thước khối mã được c

t mã sau b mã hóa ngo i l 204 byte ừ mã sau bộ mã hóa ngoài là 204 byte ộ ghi dịch có n = 4 thanh ghi nên độ dài chuỗi

Byte đồng bộ 187 byte thông tin

Hình 2.5: Gói dòng truyền tải TS của MPEG-2

Trang 35

Hình 2.6: Gói TS sau khi được mã hóa RS (204,188)

Đa thức tạo mã: g(x) = (X+ λ0) + (X + λ1) + + (X + λ15) với λ = 02HEX

Đa thức tạo trường: P(x) = x + x + x + x + 1

Mã RS (204, 188) là mã được rút gọn dựa trên mã gốc RS (255, 239)

Trước khi đưa vào bộ mã hóa RS (255, 239), dòng bit được thêm vào 51 bytemang giá trị 0 Tại đầu ra bộ mã hóa các giá trị này sẽ bị loại bỏ để tạo thành gói

204 byte

Theo lý thuyết về mã khối, mã RS (204, 188) có thể sửa được tối đa 8 byte trong

1 gói Khả năng sửa lỗi của mã khối đối với lỗi ngẫu nhiên phụ thuộc vào số vịtrí nhỏ nhất khác nhau giữa các cặp mã khác nhau, được gọi là khoảng cáchHamming Mã RS (204, 188) có thể sửa được cả lỗi ngẫu nhiên (random error)và lỗi chùm (burst error), tuy nhiên nó chỉ hiệu quả đối với các lỗi đơn, nếu lỗichùm ảnh hưởng đến nhiều hơn 8 byte thì mã RS (204, 188) không thể khắc phụcđược mà phải kết hợp với các phương pháp sửa lỗi khác

2.2.3 Khối xáo trộn bit (Forney Convolutional Interleaver)

Phương pháp xáo trộn bit được kết hợp với mã ngoài RS (204, 188) để nâng caokhả năng sửa lỗi chùm Khi có lỗi chùm xảy ra, chất lượng tín hiệu thu được suygiảm đột ngột Nếu lỗi chùm xảy ra vượt quá 8 byte thì phương pháp mã sửa sai

RS (204, 188) không thể khắc phục được và dẫn tới sự sai lệch trong quá trìnhgiải mã lại tín hiệu Nguyên lý của việc xáo trộn bit là xáo trộn các byte trong cácgói khác nhau theo một quy luật nhất định, sao cho các byte liền nhau sẽ thuộccác gói khác nhau Tại phía thu, việc xáo trộn được làm ngược lại với phía phát.Khi có lỗi chùm xảy ra trên đường truyền thì các lỗi đó phân đều trên các gói màkhông tập trung tại một gói, nhá đó mà khi đường truyền bị lỗi chùm thì vẫn cóthể khắc phục được trong một giới hạn nào đó

Việc xáo trộn được thực hiện thông qua đổi chỗ các byte khác nhau qua 12nhánh, các nhánh có cấu trúc là các thanh ghi dịch FIFO (First In First Out-vàotrước ra trước) Mỗi nhánh bao gồm j*M ô (cell) Mỗi ô có kích thước là 1 byte.Trong đó:

j: chỉ số của nhánh Giá trị từ 0 đến 11

N: độ dài của gói sau mã hóa ngoài N = 204 byte

Trang 36

I: tổng số nhánh, còn gọi là độ sâu xáo trộn (interleaving depth) I = 12.

M: độ dài thanh ghi dịch nhỏ nhất M = N/I = 204/ 12 = 17 byte

Như vậy mỗi nhánh có kích thước từ 0, 17, 34 187 byte

Hình 2.7: Nguyên lý hoạt động của bộ xáo trộn/ giải xáo trộn

Khi nhận được byte đồng bộ gói, bộ xáo trộn sẽ bắt đầu thực hiện việc xáotrộn các byte giữa các gói với nhau Giả sử thái gian chuyển mạch là T, tươngứng với thái gian truyền đi 1 byte Để mỗi byte có thể dịch đi 1 vị trí tương ứngvới thái gian truyền đi 1 byte Để mỗi byte có thể dịch đi1vị trí trong 1 nhánh cầnthái gian là 12T là khoảng thái gian để chuyển mạch thực hiện một chu kỳ

Trong nhịp đầu tiên, byte đồng bộ không bị trễ được đi qua nhánh “0” Đến nhịpthứ 2, byte thứ 2 (byte tiếp sau byte đồng bộ) được nạp vào ô đầu tiên của nhánh

“1” đồng thời đọc số liệu tại ô cuối cùng của nhánh “1” Nh vậy độ trễ của byteđọc ra (từ lúc vào nhánh đến lúc ra khỏi nhánh) đối với nhánh 1 được xác địnhnhư sau:

T = 12T * số cell trong nhánh “1” = 12T* M = 12 * 17 = 204T

Khi nhịp thứ 3 bắt đầu, byte tiếp theo được nạp vào nhánh “2” đồng thời đọc ra byte cuối cùng ở nhánh “2” và cứ như vậy cho đến hết nhánh “11” bộ xáo trộn sẽ trở về nhánh “0” và tiếp tục chu kỳ mới

Độ trễ của các byte khi đi qua nhánh j được xác định như sau:

T = 12T * M * j = 12T * 17 * j = 204T * jTại phía thu, bộ giải xáo trộn cũng có nguyên lý tương tự như bộ xáo trộn.Các byte cũng được đưa qua các thanh ghi dịch với chiều dài tương ứng với chỉ

số nhánh là (11-j) ô Như vậy các byte tại phía phát có độ trễ ít sẽ được làm trễnhiều hơn và ngược lại sao cho tổng độ trễ của cả phần thu và phát của tất cả các

Trang 37

byte là 12T * M * (j + 11-j) = 2244 T Như vậy thứ tự các byte sau khi ra khỏi bộxáo trộn sẽ có thứ tự như trước khi vào bộ xáo trộn Sự khác biệt của dòng bitđầu ra so với đầu vào bộ xáo trộn là số liệu trong mỗi gói ã đầu ra sẽ là số liệucủa nhiều gói khác nhau ã đầu vào Các byte đồng bộ gói không bị thay đổi vị trí(không bị trễ) Khi có lỗi chùm xảy ra trên 1 gói thì lỗi sẽ được phân chia trêncác gói này trước khi được đưa đến khối giải mã ngoài, do vậy làm tăng khả năngsửa lỗi của mã RS (204, 188).

Hình 2.8: Minh họa tác dụng của việc xáo trộn bit: lỗi chùm được phân tán

thành nhiều lỗi đơn

2.2.4 Mã hóa trong - mã chập (Inner Coding - Convolutional Coding)

Mã hóa trong là lớp mã thứ 2 được sử dụng trong truyền hình số vệ tinhvà truyền hình số mặt đất để nâng cao hơn nữa khả năng sửa lỗi đường truyền.Mã hóa trong theo tiêu chuẩn DVB-S là loại mã chập (convolutional code) Mãchập không xử lý các khối bit cố định như mã khối Dòng bit đầu vào bộ mã hóalà liên tục và được đưa vào một thanh ghi dịch có kích thước K (tầng) được gọi làchiều dài ràng buộc của bộ mã hóa (constraint length) Tín hiệu đầu vào sẽ đượccộng modul 2 với nội dung chứa trong thanh ghi dịch Sở dĩ gọi là mã chập vì tínhiệu vào được mã hóa bằng cách cộng với chính nó đã được làm trễ về thái gian

Để đơn giản, xét một bộ mã chập sau:

+

+ +

Trang 38

Hình 2.9: Bộ tạo mã chập với độ dài K = 3

Trong đó:

[A]: trạng thái ban đầu của thanh ghi dịch

[B]: trạng thái sau của thanh ghi dịch

Đa thức sinh tại đầu ra 1: G1 = 1 + X + X2

Đa thức sinh tại đầu ra 2: G2 = 1 + X2

Số các tầng trong thanh ghi dịch của bộ tạo mã trong hình có độ dài bằng

2, như vậy số các trạng thái có thể có là 2 = 4 trạng thái (00, 01, 10,11) Tùy

thuộc vào từ mã đầu vào và trạng thái của bộ tạo mã mà từ mã đầu ra có thể nhận

các giá trị như sau:

Hình 2.10: Các trạng thái và đầu ra của bộ tạo mã chập được xét

Hoạt động của bộ tạo mã chập có thể được biểu diễn bằng sơ đồ trạng

thái Các trạng thái được thể hiện tại các nút, biểu diễn giá trị của thanh ghi dịch

theo chiều từ phải sang trái Mỗi trạng thái có thể chuyển đến 2 trạng thái khác

tương ứng với bit đầu vào là 0 hoặc 1

+

+ +

Trang 39

Hình 2.11: Sơ đồ trạng thái của bộ tạo mã chập được xét

Một cách khác để biểu diễn mã chập là sử dụng sơ đồ lưới (trellis) Sơ đồ lưới có ưu điểm là có thể biểu diễn các trạng thái theo trục thái gian

Hình 2.12: Sơ đồ lưới của bộ tạo mã chập được xét

Mã chập được sử dụng trong tiêu chuẩn DVB-S có nguyên lý tương tự như trên với số tầng của thanh ghi dịch là 6 Như vậy số trạng thái có thể có là 26 = 64 trạng thái

Hình 2.13: Sơ đồ bộ tạo mã chập trong tiêu chuẩn DVB-S

Trang 40

Đa thức sinh của nhánh thứ 1 G1 1+ X + X2 + X3 + X5 +

X6

Đa thức sinh của nhánh thứ 2 G2 1+ X + X2 + X3 + X6

Bảng 2.2: Các thông số cơ bản của bộ tạo mã chập trong tiêu chuẩn DVB-S

Tỷ lệ mã 1/2 tương ứng với dòng bit đầu ra gấp đôi dòng bit đầu vào Điềunày đem đến khả năng sửa lỗi cao cho tín hiệu nhưng đồng thái cũng gây lãngphí vì thông tin có ích chỉ chiếm 1/2 trong dòng bit truyền đi Tuy nhiên, các bitphục vụ cho việc sửa lỗi có thể được loại bỏ (puncturing) để tăng hiệu suất sửdụng Nhờ biện pháp loại bỏ, mã trong của tiêu chuẩn DVB- S có thể đạt đượccác tỷ lệ mã sau: 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8 Đây là tỷ lệ giữa thông tin có ích và thôngtin được truyền Tỷ lệ 1/2 phản ánh không sử dụng loại bỏ bit nhằm tối đa khảnăng sửa lỗi, trong khi đó tỷ lệ 7/8 đạt được hiệu suất các bit thông tin lớn nhất.Tùy thuộc vào yêu cầu của ứng dụng cụ thể đòi hỏi khả năng sửa lỗi hay tốc độbit để có thể lựa chọn tỷ lệ mã phù hợp

Do việc loại bỏ là không đối xứng nên trước khi được đưa vào khối điềuchế, các từ mã tại 2 nhánh đầu ra bộ mã trong được sắp xếp lại để có sự cân bằnggiữa dòng bit từ 2 nhánh

Hình 2.14: Vị trí các bit được loại bỏ trong các tỷ lệ mã tương ứng

2.2.3 Lọc băng gốc và điều chế tín hiệu (Baseband Shaping & Modultation)

Định dạng
Số trang	90
Dung lượng	2,64 MB