Ap= Sp tanβ (b)
3.4. Đặc điểm liên kết vệ tinh và điều chế cho truyền dẫn
Thành phần tín hiệu truyền dẫn cơ bản bao gồm sĩng mang và tín hiệu điều chế. Sĩng mang là một sĩng hình sin liên tục, khơng chứa đựng thơng tin. Tín hiệu điều chế là tín hiệu mang thơng tin và sẽ được truyền qua sĩng mang. Nĩ cĩ thể điều chế (thay đổi) Biên độ, tần số hay pha của sĩng mang dẫn tới những sơ đồ điều chế khác nhau: điều chế biên độ(AM), điều chế tần số(FM) và điều chế pha (PM). Tại đầu thu bộ giải điều chế cĩ thể tách tín hiệu mang thơng tin ra từ sĩng mang bằng cách xử lý giải điều chế và điều này phụ thuộc vào sơ đồ mã hố được sử dụng trong quá trình truyền, hình 3.13 minh hoạ các quá trình điều chế khác nhau . Quá trình điều chế cho phép truyền các tín hiệu mang thơng tin trên các tần số mang , người ta cĩ thể sử dụng phương pháp đa truy nhập tới tần số vơ tuyền trong miền tần số.
Bên cạnh tín hiệu điều chế, những điều kiện kênh truyền vệ tinh cũng cĩ thể gây ra những sự thay đổi tới biên độ, tần số hay pha của sĩng mang vì vậy nĩ cĩ thể là nguyên nhân gây ra lỗi truyền dẫn do đĩ cần phải cĩ những mã sửa lỗi để khơi phục lại nội dung cĩ thể bị sai trong quá trình truyền dẫn.
3.4.1. Đặc điểm liên kết vệ tinh
Khơng giống với truyền bằng cáp, chất lượng của liên lạc vệ tinh khơng thể điều khiển. Liên lạc vệ tinh cĩ thể là nguyên nhân gây ra suy hao truyền sĩng ,điều này phụ thuộc vào những nhân tố sau đây:
— Tần số làm việc: suy hao của tín hiệu bởi sự hấp thụ khí, sự khắc nghiệt của tầng đối lưu càng làm tăng độ suy hao đối với tần số.
— Gĩc ngẩng của Anten và sự phân cực: chiều dài của đường truyền sĩng qua tầng đối lưu biến đổi tỷ lệ nghịch với gĩc ngẩng. Tương ứng, suy hao truyền dẫn, tiếng ồn cũng tăng khi gĩc ngẩng giảm.
— Độ cao của trạm mặt đất:đường truyền giữa trạm mặt đất và vệ tinh sẽ ngắn hơn nếu chiều cao của trạm mặt đất càng cao , do đĩ sẽ càng ít suy hao hơn
— Nhiệt độ tạp âm trạm mặt đất: đây là mức độ ảnh hưởng của nhiệt độ tạp âm khí quyển tới nhiệt độ tạp âm hệ thống vì vậy ảnh hưởng của tạp âm khí quyển lên đường xuống gọi là tỷ số tín hiệu/nhiễu.
— Vị trí địa lý :Lượng mưa và thời tiết gần trạm mặt đất là những nhân tố ban đầu trong việc xác định tần số và suy hao đường truyền.
— Hệ số phẩm chất G
:hệ số tăng ích biểu thị hiệu suất của đầu thu G; G
T
là thành phần khuếch đại tính bằng dexiben (dB) và T là nhiệt độ tạp âm của hệ thống. Tỷ số này dùng để biểu thị chất lượng của trạm mặt đất cịn gọi là hệ số phẩm chất trạm mặt đất.
Suy hao trong khơng gian tự do là suy hao cơng suất chính do truyền lan xa của liên kết vệ tinh. Tuy nhiên đĩ là suy hao lớn hơn so với mọi suy hao khác, những suy hao khác cũng chỉ thêm vào suy hao chính vài dB. Tại những tần số 10 GHz và lớn
hơn, suy hao vì sự hấp thụ khí quyển và mưa đặc biệt rất đáng quan tâm. Tại những tần số này, sĩng điện từ tương tác và va dội với những phân tử khí của khí quyển nên gây ra suy hao tín hiệu. Quan trọng nhất là cộng hưởng suy hao xuất hiện tại tần số 22,235 GHz do sự bốc hơi nước và giữa tần số 53-65 GHz là khí oxy . Suy hao tại những tần số khác thơng thường rất nhỏ (nhỏ hơn 1 dB). Những suy hao khí quyển này cĩ thể được tính tốn và cả trong phương trình liên kết để xác định tác động của nĩ trên tồn bộ chất lượng của hệ thống.
Tại những tần số thấp hơn , nhỏ hơn 1 GHz,suy hao do fading đa đường cĩ khả năng xảy ra cao nhất. Sự quay Faraday do tổng số lượng điện tích trong khí quyển trở nên đáng kể hơn, nhưng với việc sử dụng sự phân cực thích hợp, những suy hao này cĩ thể kiểm sốt trong truyền thơng.
3.4.2. Kỹ thuật điều chế
Ta cĩ thể mơ tả tốn học sĩng mang như sau:
Cr (t) = Ac cos(2πf c t)
Trong đĩ Ac là biên độ sĩng mang và fc là tần số sĩng mang • Ta cĩ thể biểu diễn sĩng được điều biên như sau:
S (t) = [ Ac + ka m(t)]cos(2πf c t)
Trong đĩ m(t) là tín hiệu và ka là độ nhạy biên của bộ điều chế • Ta cĩ thể biểu diễn sĩng được điều tần như sau:
S (t) = Ac cos[2π ( f c + k f m(t))t] Trong đĩ fc là độ nhạy tần số của bộ điều chế
• Ta cĩ thể biểu diễn sĩng được điều pha như sau:
S (t) = Ac cos[2πftc + k p m(t)] Trong đĩ kp là độ nhạy tần của bộ điều chế
Trong sĩng được điều tần đặt θ f (t) = 2π ( fc + k f
m(t))t cĩ thể xem m(t) là nguyên
nhân gây ra sự thay đổi tần số
∆f = k f m(t)∆t , mà nĩ tương đương với sự thay đổi pha
∆θ f = ( fc + ∆f )∆t = 2π [ fc + k f m(t)]∆t dθ f (t) do đĩ: t = 2πfc + 2πk f m(t) dt và θ f (t) = 2πfc t + 2πk f ∫ m(t)dt 0
Sĩng được điều tần được tạo ra bằng cách sử dụng tần số mang kết hợp với tín hiệu mang thơng tin
Trong sĩng được điều pha θ p (t) = 2πfc t + k p
m(t) ví dụ sĩng điều pha được tạo ra
bằng cách sử dụng tần số mang và tín hiệu thơng tin vì vậy sĩng điều pha cĩ thể suy ra từ sĩng điều tần và ngược lại. điều pha và điều tần cũng cĩ thể gọi là điều chế gĩc.
3.4.3. Sơ đồ điều chế khố dịch pha (PSK) cho truyền dẫn vệ tinh
Những điều kiện liên kết qua vệ tinh cĩ thể thay đổi trong suốt quá trình truyền dẫn đối với truyền dẫn số, độ cao của truyền dẫn cũng cĩ thể thay đổi với điều kiện liên kết. AM(Amplitude modulation) thì khĩ sử dụng. FM (Frequency modulation) khĩ trong việc thực thi và khơng hiệu quả trong tận dụng dải thơng. So sánh với sơ đồ AM và FM, PM(Phase modulation) cĩ những lợi thế của FM và dễ dàng thực hiện vì vậy đối với truyền dẫn vệ tinh thì PM được sử dụng và cĩ nhiều sơ đồ PM khác nhau được phát triển để cân bằng các yếu tố như cơng suất ,tần số và thực hiện hiệu quả.
Điểu chế PSK là một phương pháp hiệu quả nhất để truyền tín hiệu số, cĩ thể nĩi phương pháp điều chế PSK là phương pháp điều chế triệt sĩng mang do đĩ băng thơng của tín hiệu PSK nhỏ hơn băng thơng của tín hiệu FSK nếu dùng cùng một tín hiệu dải nền nhưng ở phía thu phải cĩ mạch dao động tạo sĩng mang để thực hiện việc giải điều chế ; tín hiệu dao động này phải cĩ cùng tần số và pha của sĩng mang ở máy phát.
Các điều nĩi trên cĩ thể thực hiện nhờ một vịng khố pha biến thể gọi là vịng Costas
• Băng thơng
Ta xét trường hợp đơn giản nhất là PSK nhị phân (Biphase PSK) được minh hoạ trong hình 3.13 a) nếu là PSK đa pha thì thay tốc độ bit bằng tốc độ baud)
Trong PSK pha của sĩng mang thay đổi giữa 2 trị số 00 và 1800 hiệu điện thế tức thời cĩ thể viết:
VPSK
= Vb sin(2πfc t) + Vb sin(2πf c t)
biểu thức VPSK tương tự như VFSK nhưng tần số fm và fs được thay bằng fc nên băng thơng là BW=(fc+2ff)-(fc-2ff)=4ff
BW=2br
Như vậy BWPSK <BWFSK nếu điều chế cùng tín hiệu dải nền hình 3.13 b) cho phổ tín hiệu PSK
sin(2πfct) sin(2πfct + π ) VPSK = Vb sin(2πfct) + Vb sin(2πfct + π ) Tb Hình 3.13 a) PSK nhị phân fc − 2 f BWPS K fc = 4 f f fc + 2 f = 2br Hình 3.13 b) Băng thơng PSK
3.4.4. PSK 2 pha (BPSK-Binary phase shift keying)
Trong BPSK, ứng với tín hiệu vào là các điện thế biểu diễn các logic 1, 0 ta cĩ tín hiệu ra là các sĩng mang hình sin cĩ pha lệch nhau 180° (Hình 3.14) là sơ đồ khối mạch điều chế và giải điều chế BPSK
+cos wct
−cos
cos wct
Hình 3.14 a)Điều chế BPSK và b) Giải điều chế BPSK
Giả sử logic 1 được đặc trưng bởi điện thế +Vdc và logic 0 được đặc trưng bởi – Vdc bộ phận chính của mạch điều chế gồm một mạch nhân và một mạch tạo dao động sĩng mang cosωc t . Tín hiệu logic và sĩng mang được đưa đến mạch nhân và ta được tín hiệu +cosωc
t hoặc -cosωc
t
ở ngã ra của mạch này.
Ở máy thu, sĩng mang được tách từ tín hiệu vào, sau đĩ trộn với tín hiệu vào để cho ra tín hiệu dạng cos
2 ωc
t
hoặc - cos
2 ωc t . Phân tích tín hiệu này ta thấy chúng gồm thành phần một chiều và hoạ tần bậc hai:
cos 2 ω t = 1 + cos 2ωc t 2 1 + cos 2ω t − cos 2 ω t = −( 2 c )
Cho vào mạch lọc hạ thơng, ta được ở ngã ra các thành phần dc cĩ cùng cực tính với dữ liệu vào.
Mạch điều chế vịng (ring modulator) là một kiểu mẫu của mạch nhân được mơ tả ở (Hình 3.15)
Các diod A, B, C, D dẫn hay ngưng tùy thuộc hiệu thế đặt vào ngã X,Y trong lúc tín hiệu vào ngã RS chỉ khiến các diod dẫn mạnh hay yếu mà thơi.
Sĩng mang được đưa vào ngã RS, dữ liệu được đưa vào ngã XY. Giả sử bit 1 khiến X dương hơn Y và ngược lại cho bit 0
— Khi dữ liệu là bit 1 diod A và D dẫn điện, ứng với bán kỳ dương của sĩng mang diod A dẫn mạnh hơn diod D, dịng điện chạy trong nửa trên của biến thế ra lớn hơn, ta được tín hiệu ra cùng pha sĩng mang vào.
— Khi dữ liệu là bit 0 diod B và C dẫn điện, ứng với bán kỳ dương của sĩng mang diod B dẫn mạnh hơn diod C, dịng điện chạy trong nửa trên của biến thế ra lớn hơn nhưng cĩ chiều ngược lại (từ dưới lên), ta được tín hiệu ra ngược pha sĩng mang vào.
— Khi khơng cĩ sĩng mang hoặc khơng cĩ dữ liệu vào sẽ khơng cĩ dịng điện ở ngã ra.
c
Hình 3.15 Mạch điều chế vịng
3.4.5. PSK 4 pha –PSK cầu phương (4 PSK hay QPSK)
PSK 4 pha cịn gọi là PSK cầu phương (QPSK : Quadrature PSK) là mạch điều chế cho tín hiệu ra cĩ 1 trong 4 pha tùy theo trạng thái của một cặp bit (dibit) dữ liệu vào, độ lệch pha của các tín hiệu ra là 900. (Hình 3.16) là sơ đồ khối mạch điều chế PSK 4 – pha
b