2.4.1. Giới thiệu
Để bự vào suy hao truyền súng lớn trong thụng tin vệ tinh, đầu ra mỏy phỏt cần phải cú cụng suất càng lớn càng tốt, do vậy ở trạm mặt đất sử dụng bộ khuếch đại cụng suất cao HPA. Chức năng cơ bản của một bộ khuếch đại cụng suất cao HPA trong một trạm mặt đất là khuếch đại cỏc súng mang cao tần RF ở mức thấp được cung cấp bởi cỏc thiết bị truyền thụng mặt đất phỏt thành mức cụng suất đủ cao để đưa ra anten phỏt lờn vệ tinh. Trong cỏc hệ thống vụ tuyến trờn mặt đất, khoảng cỏch giữa cỏc trạm chuyển tiếp chỉ vài chục km nờn cụng suất ra mỏy phỏt khoảng 10 W. So với hệ thống thụng tin vệ tinh do khoảng cỏch chuyển tiếp dài khoảng 36000 km nờn một trạm mặt đất lớn phỏt với cụng suất khoảng vài trăm W đến vài chục KW.
2.4.2. Phõn loại cỏc bộ khuếch đại cụng suất cao
Cỏc đốn súng chạy (TWT), Klystron (KLY), transistor hiệu ứng trường (FET) hiện cú trờn thị trường cú thể dựng trong bộ khuếch đại cụng suất cao tuỳ theo cụng suất ra của mỏy phỏt và băng tần.
Vỡ đốn súng chạy (TWT) cú băng tần rộng, cú thể phủ tất cả cỏc băng tần phõn định cho truyền dẫn, điều đú cú lợi cho việc sử dụng nhiều súng mang hơn được chỉ ra ở Hỡnh 2.4.a.
Mặc dự, Klystron (KLY) cú độ rộng băng tần tương đối hẹp, tần số khuếch đại cú thể điều chỉnh đến bất kỳ giỏ trị nào trong khoảng tần số phõn định cho truyền dẫn thường cú thể chọn 5 ữ 10 kờnh trong một bộ điều hưởng.
Transistor hiệu ứng trường được sử dụng ở trạm dung lượng thấp, khi cụng suất ra nhỏ. Núi chung để cú cụng suất cao người ta đấu song song một số transistor với nhau.
2.4.3. Cấu hỡnh của bộ khuếch đại cụng suất cao
Mỏy phỏt cụng suất cao gồm cú một bộ khuếch đại trung tần IF, một bộ đổi tần lờn U/C và một bộ khuếch đại cụng suất cao HPA. Bộ khuếch đại trung tần IF khuếch đại tớn hiệu từ bộ điều chế đưa tới, tần số trung tần sau đú được biến đổi lờn tần số súng cực ngắn nhờ bộ đổi tần. Sau đú, tớn hiệu được bộ khuếch đại cụng suất cao khuếch đại lờn mức cụng suất yờu cầu để đưa ra anten phỏt phỏt lờn vệ tinh.
Mặc dự cấu hỡnh của một mỏy phỏt cụng suất cao được quyết định bởi loại và số súng mang, nhưng núi chung được thực hiện một trong hai cỏch sau:
a- Một mỏy phỏt khuếch đại đồng thời nhiều súng mang (Hỡnh 2.4.a.)
Trong trường hợp này cần phải thoả món cỏc yờu cầu sau: Độ rộng băng đủ rộng để khuếch đại một súng mang với bất kỳ tần số nào và cụng suất ra cú độ dự trữ đủ sao cho mộo do điều chế phỏt sinh từ sự khuếch đại đồng thời của nhiều tớn hiệu ở dưới mức quy định. Mặc dự cấu hỡnh này sẽ đắt khi số súng mang nhỏ, nhưng thường thuận lợi cho khai thỏc.
b- Mỗi súng mang được khuếch đại riờng bằng một bộ khuếch đại cụng suất cao
(Hỡnh 2.4.b.)
Trong trường hợp này mỗi bộ khuếch đại khụng yờu cầu phải cú băng tần rộng, chỉ cần đủ rộng để điều chỉnh tần số khuếch đại đối với mỗi súng mang cho trước. Cấu hỡnh này thớch hợp khi số súng mang ớt.
C O B I N E R C O M B I N E R U/C MOD U/C MOD U/C MOD MOD HPA HPA MOD HPA U/C MOD U/C U/C HPA
a-Khi sử dụng một HPA b-Khi sử dụng nhiều HPA
Hỡnh 2.4. Cấu hỡnh của bộ khuếch đại cụng suất cao 2.5. KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ TÍN HIỆU 2.5.1. Giới thiệu
Điều chế tớn hiệu là biến đổi tin tức cần truyền sang một dạng năng lượng mới cú quy luật biến đổi theo tin tức và thớch hợp với mụi trường truyền dẫn. Quỏ trỡnh điều chế là quỏ trỡnh dựng tớn hiệu tin tức để thay đổi một hay nhiều thụng số của phương tiện mang tin. Phương tiện mang tin trong thụng tin vệ tinh thường là súng điện từ cao tần (RF). Việc điều chế phải đảm bảo sao cho tớn hiệu ớt bị can nhiễu nhất khi súng mang đi qua mụi trường trung gian.
Người ta phõn biệt hai loại điều chế đú là điều chế tương tự cho cỏc tớn hiệu tương tự và điều chế số cho cỏc tớn hiệu số. Đối với tớn hiệu tương tự thỡ kiểu điều chế thường dựng trong thụng tin vệ tinh là điều tần FM (dựng cho thoại, số liệu và truyền hỡnh). Cỏc phương phỏp điều biờn AM và điều biờn pha QAM (điều chế cầu phương) rất ớt dựng bởi khoảng cỏch truyền dẫn rất lớn của tuyến vệ tinh cựng với cỏc tạp õm đường truyền sẽ làm cho biờn độ súng mang bị thay đổi rất mạnh gõy nhiều khú khăn cho quỏ trỡnh giải điều chế. Cũn cỏc kỹ thuật điều chế số dựa trờn cơ sở dựng cỏc biện phỏp tải cỏc dũng bớt tin tức lờn súng mang. Tớn hiệu ở băng gốc bao giờ cũng là tớn hiệu tương tự nờn chỳng phải được chuyển thành tớn hiệu số nhờ phương thức PCM (Pulse Code Modulation) trước khi đem điều chế. Kỹ thuật điều chế số được sử dụng trong thụng tin vệ tinh thường là điều chế dịch mức pha PSK (Phase Shift Keying) và điều chế dịch mức pha vi sai DE-PSK (Different Encode PSK). Ưu điểm của kỹ thuật điều chế số là nú khai thỏc được cỏc mặt mạnh của tớn hiệu số so với tớn hiệu tương tự, ớt bị can nhiễu của mụi trường và dễ kết hợp với cỏc quỏ trỡnh xử lý như: mó hoỏ, bảo mật, chống lỗi, sửa lỗi… Núi chung, nguyờn tắc của việc điều chế tớn hiệu số và tớn hiệu tương tự là giống nhau.
2.5.2. Kỹ thuật điều chế tần số (FM)
Nguyờn lý của kỹ thuật điều chế tần số (FM): giả sử v(t) là điện ỏp đại diện cho tớn hiệu điều chế và fc là tần số súng mang thụng thường. Điều chế tần số (điều tần) kết hợp sự lệch tần số (di tần) của súng mang ∆F(t) = f(t) – fc (độ lệch này tỷ lệ thuận với v(t)), với điện ỏp v(t) ta cú:
∆F(t) = f(t) – fc =kFM.v(t) (Hz) Trong đú: - kFM (Hz/V) đặc trưng cho bộ điều chế.
- f(t) (Hz) là tần số tớn hiệu cần điều chế.
Như vậy, sự biến đổi biờn độ của điện thế v(t) đặc trưng cho tin tức cần truyền đi đó được tải lờn súng mang theo hàm ∆F(t). Khi truyền súng sang trạm thu, bộ giải điều chế sẽ căn cứ vào đại lượng ∆F(t) để khụi phục tin tức ban đầu.
2.5.3. Kỹ thuật giải điều chế súng mang điều tần (FM)
Nguyờn lý của kỹ thuật giải điều chế súng mang (FM): súng mang tại đầu vào bộ giải điều chế cú một tỷ số tớn hiệu trờn tạp õm (C/N0)T. Bộ giải điều chế nhận biết độ di tần tức thời ∆F(t) của súng mang và khụi phục một điện ỏp u(t) sao cho:
u(t) = σFM.∆F(t) (V) trong đú σFM (V/Hz) đặc trưng cho bộ giải điều chế.
2.5.4. Điều chế số
Hỡnh 2.5. trỡnh bày nguyờn lý của một bộ điều chế. Nú bao gồm: - Một bộ tao ký tự.
- Một bộ tạo tớn hiệu (súng mang) tần số vụ tuyến. Bộ tạo ký tự kờnh thứ m Bộ mó hoỏ Bộ tạo tớn hiệu kờnh M Số liệu vào M = 2m Tớn hiệu kờnh Bộ giải điều chế Hỡnh 2.5. Nguyờn lý của một bộđiều chế số
Bộ tạo ký tự tạo ra cỏc ký tự với M trạng thỏi, trong đú M=2m, từ m bit liờn tiếp của dũng nhị phõn đầu vào. Bộ mó hoỏ thiết lập một sự tương ứng giữa M trạng thỏi của cỏc ký hiệu này và M trạng thỏi cú thể cú của súng mang phỏt. Cú hai loại mó hoỏ thụng dụng:
- Mó hoỏ trực tiếp - một trạng thỏi của ký tự xỏc định một trạng thỏi của súng mang. - Mó hoỏ chuyển tiếp (mó hoỏ vi sai) - một trạng thỏi của ký tự xỏc định một chuyển
tiếp giữa hai trạng thỏi kế tiếp nhau của súng mang.
Điều chế pha (khúa dịch pha PSK – Phase Shift Keying) đặc biệt thớch hợp đối với cỏc tuyến vệ tinh. Trong thực tế nú sử dụng lợi thế của một đường bao khụng đổi nờn nú cung cấp hiệu quả phổ tốt hơn.
2.5.5. Kỹ thuật giải điều chế súng mang PSK
Vai trũ của bộ giải điều chế là nhận biết pha (hoặc sự dịch pha) của súng mang nhận được và từ đú suy ra giỏ trị cỏc bit của dũng nhị phõn được phỏt đi. Giải điều chế cú thể là:
- Nhất quỏn (coherent): bộ giải điều chế sử dụng tớn hiệu chuẩn hỡnh sin tại chỗ cú cựng tần số và pha như súng mang được điều chế tại mỏy phỏt. Bộ giải điều chế thụng dịch pha của súng mang thu được bằng việc đối chiếu nú với pha của tớn hiệu chuẩn. Giải điều chế nhất quỏn cho phộp dũng nhị phõn được tỏi cấu trỳc cho cả hai trường hợp mó hoỏ truyền dẫn - trực tiếp (BPSK và QPSK) và vi sai (DE-PSK và DE-QPSK).
- Vi sai: bộ giải điều chế đối chiếu pha của súng mang thu được trong thời gian truyền dẫn một ký tự và pha của nú trong thời gian của ký tự trước đú. Do vậy, bộ giải điều chế phỏt hiện được những biến đổi pha. Thụng tin phớa phỏt chỉ cú thể được khụi phục nếu nú được chứa trong cỏc biến đổi pha, điều chế vi sai luụn luụn kết hợp với mó hoỏ vi sai khi truyền dẫn.
2.6. KỸ THUẬT ĐA TRUY NHẬP
Trong phần này chỳng ta sẽ đề cập tới cỏc kỹ thuật cho phộp một số trạm mặt đất trờn mạng cú thể truy cập đồng thời lờn vệ tinh (sử dụng chung một bộ phỏt đỏp trờn vệ tinh). Như vậy, cỏc súng mang phỏt bởi cỏc trạm mặt đất truy cập đến cựng anten thu vệ tinh và đồng thời cỏc trạm mặt đất cú thể thu được tất cả cỏc súng mang phỏt lại bởi vệ tinh. Nếu bỳp súng đủ lớn (độ rộng bỳp súng = 170) thỡ vệ tinh cú thể bao phủ mọi vựng của bỏn cầu nhỡn từ vệ tinh. Với gúc mở nhỏ thỡ vệ tinh chỉ bao phủ một phần Trỏi Đất.