I. Trạm mặt đất (Earth Station ):
I.4 Định vị vệ tinh:
a) Cân chỉnh hướng Bắc – Nam của Anten: Trước tiên sử dụng la bàn để chỉnh
cho trục xuyên tâm của Anten nằm ngang hướng Bắc – Nam. Ở Việt Nam ta phải
cộng thêm 62E để có được hướng Bắc – Nam thực.
Để có thể xác định được tọa độ Vệ Tinh, phải điều chỉnh Anten Parabol theo
các thông số góc ngẩng, góc phương vị và góc phân cực .
b) Cân chỉnh góc ngẩng chảo - El (Elevation): là góc tạo thành giữa tiếp tuyến
thu ở mặt đất và đường nối điểm thu đến vệ tinh.
(b) (a) i Emin Emax (c)
Cách 1:
Hình 1.5 Góc ngẩng và góc nghiêng
Trong phạm vi hẹp có thể tạm coi mặt đất nơi đặt Anten là đường tiếp tuyến.
Ta tìm góc ngiêng của Antenna Parabol để lắp đặt. Góc nghiêng tạo bởi mặt phẳng
miệng chảo và mặt đất như hình vẽ.
Do các trạm thu đều nằm trên kinh tuyến địa lý (tập trung về 2 cực) nên có sự
khác biệt với hướng địa từ (được xác định bằng la bàn) một góc, gọi là góc lệch
biểu thị sự sai lệch về kinh độ. Góc lệch thay đổi theo kinh tuyến và vĩ tuyến, hay
cụ thể hơn là nó tăng tỉ lệ với vĩ độ. Ví dụ vĩ độ 575 thì góc lệch 0,77 8,33 ; góc lệch của Hà Nội 317 và Tp HCM 166 .
Lúc này góc ngẩng được tính bằng :
El = 90 - (góc lệch + góc nghiêng)
Tại xích đạo, góc lệch bằng 0, góc nghiêng = vĩ độ. Khi ấy đường tâm trục
Parabol sẽ song song mặt phằng xích đạo, và góc ngẩng = 90 . Xích đạo Xích đạo Tiếp tuyến ngang Góc ngẩng Góc ngẩng Góc nghiêng Góc lệch
Hình 1.6 Góc lệch Cách 2 : áp dụng công thức toán học để tính góc ngẩng. Trong đó: cos(Lon)xcos(Lat) – 0.151263 e = arctg
[1 – cos2(Lon)xcos2(Lat)]1/2
Lon là sai biệt kinh độ giữa nơi thu và vệ tinh
Lat là vĩ độ nơi thu (nơi đặt Anten)
Ví dụ:
Vệ tinh AsiaSat 1, 1055 E
Nơi thu tại Tp HCM (1064 E; 1046 N) Lon = 1064 - 1055 = 09
Lat = 1046
Thay vào công thức ta được :
cos(0o9)cos(10o46) – 0.151263 e = arctg
[1 – cos2(0o9)cos2(10o46)]1/2
c) Cân chỉnh gốc phương vị Az (Azimuth) :
Góc phương vị là góc dẫn hướng cho Anten quay tìm vệ tinh trên quĩ đạo địa
tĩnh theo hướng từ Đông sang Tây. Góc phương vị được xác định bởi đường thẳng hướng tới vệ tinh .
Vệ tinh 1 Vệ tinh 2 Hình 1.7 Định vị góc phương vị tg(0o9) a = 180o + arctg sin(10o46) a = 1850
II.1 Số lượng chương trình truyền hình qua một kênh :
Một kênh truyền có dải thông cố định cho phép truyền được các chương trình truyền hình .Vấn đề này phụ thuộc vào :
Độ rộng kênh
Dạng điều chế
Tốc độ mã sửa lỗi FEC Dịch vụ truyền hình
Độ lớn khoảng bảo vệ (đối với phát sóng trên mặt đất theo tiêu chuẩn
DVB-T COFDM)
Sự dung hòa gói dữ liệu số
* Độ rộng kênh :
Để xác định độ rộng kênh có thể truyền được tín hiệu số có tốc độ lớn nhất là bao nhiêu cần dựa vào định lý Shannon. Định lý này xác định sự phụ thuộc của tốc
Cực Bắc Nam Góc Az của vệ tinh 2 180 - 30 = 150 Góc Az của vệ tinh 1 180 + 45 = 225 45W 30E
độ bit cực đại vào độ rộng kênh truyền tỉ số S/N chuẩn, để truyền tín hiệu số có tốc độ bit C (Mbps) yêu cầu độ rộng kênh bằng W 3/4 C (Hz) .
Từ đó với độ rộng W đã cho thì có thể truyền được tín hiệu số có tốc độ bit
lớn nhất bằng 4/3 W. Ví dụ với kênh có độ rộng 8MHz thì tín hiệu số có tốc độ bit
lớn nhất là 8 4/3 10,7 Mbps có thể truyền qua nó .
* Dạng điều chế số :
Khi dùng điều chế số ta thường gặp khái niệm dải thông hiệu dụng. Với các
dạng điều chế số ta có các dải thông hiệu dụng thực tế như sau :
2-PSK 0,75Mbps/Hz 4-PSK 1,5 Mbps/Hz 8-PSK 2,25 Mbps/Hz 16-PSK 3,0 Mbps/Hz 64-QAM 3,36 Mbps/Hz 256-QAM 6,0 Mbps/Hz
Ví dụ với kênh có độ rộng 8MHz khi dùng điều chế 64-QAM thì có thể
truyền được dòng bit có tốc độ cực đại là 36 Mbps . * Tốc độ sửa lỗi FEC :
Tín hiệu điều chế số thường được xử lý bằng các mã đặc biệt để cho các
máy thu (IRD hoặc Set-Top-Box) có thể kiểm tra các bit thông tin được gửi đi có được thu đúng không. Kỹ thuật sửa lỗi tiến (gửi thông tin sửa lỗi trước đến máy
thu cùng với các dữ liệu gốc) tạo tín hiệu có khả năng chống nhiễu tốt hơn hẳn so
với truyền số không có mã đặc biệt .
Các thực nghiệm mã hóa trước đây đã so sánh chỉ tiêu của tin tức được mã so với không mã và thấy rằng sự cải thiện tín hiệu này là khoảng 3,3 dB. Ngoài ra, một bộ mã hóa sử dụng cả hai kỹ thuật mã khác nhau sẽ tạo ra độ lợi bổ sung.
Trong kỹ thuật FEC người ta dùng các symbols dư bổ sung vào tin tức gốc. Mặc dù điều này tăng tốc độ truyền toàn bộ và các yêu cầu dải thông, các symbols dư tăng cường tính thống nhất của tin tức, ngăn ngừa không cho tạp kênh che khuất các symbols để phá bỏ sự thống nhất của tín hiệu có ích. Các bộ giải mã dùng các
symbols FEC để phục hồi dữ liệu sau khi tin tức đã được thu .
Một dạng mã FEC, được gọi là mã Viterbi, được biểu thị bằng tỉ số, ví
dụ1/2, 3/4, hoặc 7/8. Tử số biểu thị số symbols gốc ở đầu vào bộ mã hóa, còn mẫu
số biểu thị số symbols có sửa lỗi ở đầu ra bộ mã hóa. Do vậy, FEC 7/8 có nghĩa
rằng có 7 symbols truyền dữ liệu đi vào bộ mã hóa và 1symbols để sửa lỗi trong 8 symbols đi ra .
Một dạng mã FEC khác là Reed-Solomon. Mã này bổ sung các symbols dư
vào các chuỗi hoặc các khối số nhị phân. Reed-Solomon dùng 188 bytes trong mỗi
khối 204 bytes để truyền thông tin gốc. Số còn lại được dùng để gửi các bit kiểm tra đến IRD để trợ giúp việc sửa lỗi truyền .
Bộ giải mã Reed-Solomon dùng thuật toán để giải quyết đồng thời một tập
hợp các chương trình đại số dựa trên biểu hiện kiểm tra chẵn từ khối thu được .
Một dòng MPEG-2 có thể chứa nhiều chương trình truyền hình cùng với
Audio, các audio phụ, dữ liệu truy cập có điều kiện, các dữ liệu phụ như teletext,
kết nối Internet. Yêu cầu tốc độ đối với từng loại là khác nhau. Ví dụ phim chất lượng VHS có thể được truyền ở tốc độ bit 1,5 Mbps; tin tức và chương trình TV ở
3,4 - 4 Mbps; quảng bá chất lượng cao (studio) ở tốc độ hơn 8 Mbps. Tốc độ mã cần thiết cho quảng bá MPEG-2 bất kỳ thay đổi phù hợp với các quyết định phân
phối bit được làm bởi mỗi nhà cung cấp chương trình .
Bảng các tốc độ dữ liệu MPEG-2 cho các thể loại chương trình :
Các dịch vụ Video Tốc độ dữ liệu
Truyền hình có độ phân giải cao (HDTV) 14 20 Mbps Truyền hình có chất lượng Studio (CCIR 601) 8,064 Mbps
Truyền hình có tỉ lệ khuôn hình 16 : 9 5,760 Mbps
Chương trình thể thao trực tiếp 4,608 Mbps
Chương trình phim/quảng bá 3,456 Mbps
Chương trình phim pay-per-view 3,152 Mbps Audio musicam
Mono 128 Kbps
Stereo 256 Kbps
Một cặp stereo 512 Kbps
Dữ liệu số 96 Kbps
Dữ liệu điều khiển dịch vụ 30,72 Kbps
* Khoảng bảo vệ : Trong phát sóng trên mặt đất theo tiêu chuẩn DVB-T COFDM, để khắc phục hiện tượng phản xạ nhiều đường khoảng bảo vệ sẽ được
dùng ở đầu mỗi chu kỳ symbols. Do vậy dải thông có ích sẽ bị giảm tương ứng với độ dài khoảng bảo vệ.
* Vấn đề dung hòa gói tín hiệu số : Tốc độ symbols thường thay đổi từ một
gói số này tới gói số tiếp theo. Tốc độ symbols cực đại có thể đạt được là một hàm của dải thông kênh. Thông thường có thể tính :
Tốc độ symbols cực đại = độ rộng dải thông / 1,2
Con số 1,2 (hoặc 1,3 ...) để chỉ ra rằng trong thực tế dải thông truyền là bé
hơn dải thông kênh do các bộ lọc truyền không lý tưởng .
Ví dụ đối với đường truyền vệ tinh có dải thông transponder 36 MHz thì tốc độ symbols cực đại = 48 Msym /s .
Giả sử dùng tốc độ FEC 3/4 thì tốc dộ bit cho phép kênh sẽ là : 48 Msym /s 2 ( 2 bit cho một symbol, điều chế QPSK) = 96 Mb/s 96 Mb/s 3/4 (tốc độ FEC inner code) = 72 Mb/s
72Mb/s 188/204 (tốc độ FEC Reed-Solomon outer code)= 66,3 Mb/s Nếu chỉ thay đổi tốc độFEC của inner codetừ 3/4 xuống 1/2 thì tốc độ bit có
ích có giá trị: 48 Msym /s 2 = 96 Mb/s 96 Mb/s 1/2 = 48 Mb/s 48 Mb/s 188/204 = 44,2 Mb/s
Ta thấy mặc dù tốc độ FEC 1/2 sẽ làm tăng khả năng chống nhiễu, nó cũng
làm giảm rất nhiều tốc độ bit có ích, có nghĩa là giảm số dịch vụ chương trình có thể gửi qua transponder .
Do vậy tùy theo tình hình cụ thể mà có sự dung hòa giữa tham số FEC và tốc độ bit có ích .
* Tốc độ bit lỗi (BER) và Eb/No :
Tốc độ bit lỗi (BER) xác định chỉ tiêu của đường truyền số. BER 1 10-3 biểu thị xác suất một lỗi xảy ra trong một khối 1000 bits. BER 5 10-5 là tốt hơn
BER 9,0 10-4 vì đó là xác suất lỗi xảy ra sẽ thấp hơn. BER cũng có thể được
hiển thị như 5E-4 hoặc 3E-3, tương đương với BER 5 10-4 hoặc 3 10-3
Đo định lượng về đường truyền số bằng Eb/No (tỉ số năng lượng bit trên mật độ tạp).
Eb/No (dB) biểu diễn tỉ số bit trên tạp của hệ thống thu. Khi Eb/No tăng số
bit lỗi sẽ giảm.
BER 10-3 10-4 typical QPSK viterbi 10-5 FEC rate 1/2 10-6 IDEAL 10-7 10-8 10-9 3 4 5 6 7 8 Eb/No
Hình 1.14 Điều chế QPSK có khả năng thực hiện BER ở Eb/No tương. đối thấp cho các ứng dụng dải rộng như thông tin vệ tinh .
Số chương trình có thể truyền trên một kênh (dải thông cố định) thay đổi trong
một phạm vi rất lớn, từ một chương trình đến hàng chục chương trình (phương
pháp thống kê tốc độ mã thay đổi ).
Ví dụ Band C trên một vệ tinh (uplink 5927MHz – 6403MHZ ,downlink 3702MHZ – 4178MHZ) có 12 Transponders mỗi transponders cách 4MHZ lúc
truyền tín hiệu analog có thể truyền được 24 chương trình truyền hình (mỗi chương trình truyền trên một kênh có độ rộng khoảng 36 MHz), khi truyền tín
hiệu số có nén bằng phương pháp ghép kênh số chương trình truyền hình có thể
truyền lên tới hàng trăm .
Hình 1.15 Ghép kênh
Tách kênh thực hiện qui trình ngược lại của bộ ghép kênh .
Khôi phục tín hiệu ban đầu mà thường có những đích đến với nhau tại nơi
thu của kết nối truyền dẫn .
d. Sơ đồ khối trạm thu hình vệ tinh (TVRO-Television Receiver Only)
Trạm thu hình cá nhân TVRO có nhiệm vụ thu tín hiệu từ các vệ tinh địa tĩnh, qua
xử lý tín hiệu giải điều chế và hoàn trả lại dạng nguyên thể.
Một trạm thu TVRO gồm các bộ phận chính sau đây:
Thiết bị bên ngoài (Outdoor) gồm:
* Chảo anten parabol, đường kính chảo từ 0,6 6m, tùy thuộc vào băng
tần thu và cường độ trường tại điểm thu.
* Phễu thu sóng, ống dẫn sóng và que phân cực.
* Bộ khuyếch đại dịch tần nhiễu thấp, LNA hay LNB.
* Cơ cấu điều khiển chảo (Positioner) quay theo góc ngẩng và phương
vị.
* Cơ cấu điều khiển góc quay phân cực (Polarotor)
Thiết bị bên trong (Indoor) gồm:
* Máy thu TVRO
* Mạch điện điều khiển góc quay của Polarotor và Positioner * Bộ điều khiển từ xa và bộ nhớ. Multiplexer Info rmat ion sign als Multiplexer signal
Sơ đồ khối của trạm thu TVRO biểu thị dải tần số và chức năng của từng khối. 10.95 to 11.7 GHz | 0.95 to 1.7GHz | 134MHz | (11.7 to 12.1 GHz)
Outdoor Unit | IndoorUnit
Hình 1.29 Sơ đồ khối trạm thu TVRO
Khối bên ngoài gồm anten parabol và bộ dịch tần LNB. Trong đó:
(2a) Là mạch đổi phân cực trực giao
(2b) Là mạch chuyển tần sốband C, Ku về UHF
Dải tần làm việc của khối này ở băng tần C (3,7 4 GHz) và băng tần Ku
(10,95 12GHz), dịch tần xuống trung tần 1, IF1=0,95 1,7GHz.
(3) Giữa khối bên ngoài và khối bên trong là mạch khuyếch đại cáp tuyến
tính , làm việc ở giải tần số 0,95 1,7GHz.
(4) Khối trong nhà gồm bộ khuyếch đại trung tần (IF2 distributor) có từ
45 đầu phân nhánh ngõ ra , cho tín hiệu RF Video và Audio.
Khối (5) là bộ khuyếch đại trung tần máy thu (IF receiver). Nó bao gồm:
(5a) Chuyển tần UHF xuống VHF = 134MHz, gọi là trung tần 2 (IF2) (5b) Bộ giải điều chế FM. SHF Ind oor UHF VHF 2a ư UHF VHF SHF UHF 2b 3 4 5 5a 5b 5c
(5c) Mạch khuyếch đại tín hiệu ra Video + FM sound Gain (dB) : 50 | Approx 50 | - 20 Level(dBm):-80 | -30 | -55 to –30 | -50 | -50 |1V PP |
Hình 1.30 Mức tín hiệu của trạm thu TVRO
Sơ đồ khối mô tả mức tín hiệu cung tại điểm thu mặt đất cho phép với trạm
thu cá nhân TVRO vào khoảng –130dBw/m2. Sau khi anten khuyếch đại 50dB,
nâng mức tín hiệu đến ngõ vào LNB là –80dB. Độ lợi của bộ khuyếch đại dịch tần
khoảng 50dB, nâng mức tín hiệu ở ngõ ra là –30dB. Đường dây cáp truyền tín
hiệu 0,951,7GHz từ khối bên ngoài đến khối bên trong, suy giảm tín hiệu đến – 20dB (mức cho phép). Nếu đường cáp truyền dài quá 100m thì cần phải có mạch
khuyếch đại cáp tuyến tính. Tùy theo độ dài cáp mà bộ khuyếch đại cáp phải bù tổn hao, thông thường độ lợi cho phép từ 1520dB. Do vậy mức tín hiệu sau bộ
khuyếch đại cáp có giá trị từ -55 -30dB. Ở đây lấy mức chuẩn –50dB. Tín hiệu
qua mạch trung tần phân nhánh (distributor) không bị suy giảm, nên mức đưa đến
ngõ vào máy thu từ -55 -30dB, lấy chuẩn ở –50dB. Mức tín hiệu ở ngõ ra được
tiêu chuẩn hóa ở mức đỉnh 1Vp-p. Đây là mức tín hiệu tổng hợp Video + Sound
của băng tần gốc Baseband.