Méo phi tuyến trong thông tin vệ tinh

Méo phi tuyến trong thông tin vệ tinh
I) Định nghĩa –Nguyên nhân:
Méo phi tuyến gây bởi các phần tử phi tuyến (không thỏa mãn tính chất xếp
chồng, có đặc tuyến vào-ra là một đường không thẳng).
- Nguyên Nhân:
Các nguồn gây méo:
+Các mạch khuếch đại công suất nhỏ (méo phi tuyến có thể bỏ qua)
+Các mạch khuếch đại công suất lớn (HPA)
+ Mạch trộn (mixer) sử dụng diode
+Mạch hạn biên
- Méo phi tuyến chủ yếu gây ra do bộ khuếch đại công suất HPA trên hệ thống
vệ tinh. Nguồn năng thường lượng bị giới hạn trong các hệ thống thông tin vệ
tinh của vệ tinh. Bộ khuếch đại công suất HPA tiêu thụ 70% năng lượng của hệ
thống và vì lý do này cần phải sử dụng tối đa hiệu quả của bộ khuếch đại công
suất HPA. Cách thông thường để tăng hiệu suất của bộ khuếch đại công suất
HPA là thiết kế làm việc ở điểm gần bão hoà. và đây chính là nguyên nhân gây
ra méo phi tuyến cho tín hiệu được truyền đi. Bộ khuếch đại công suất HPA
khuếch đại những tín hiệu có biên độ lớn kém hơn những tín hiệu có biên độ
nhỏ, vì thế gây nên sự hạn chế của biểu đồ tín hiệu. Thêm vào đó, tín hiệu có
biên độ lớn hơn được dịch pha nhiều hơn các tín hiệu có biên độ nhỏ hơn và
kết quả là biểu đồ tín hiệu càng bị bóp méo.
=> ta xét trưởng hợp méo phi tuyến gây ra bởi bộ KĐCS
II)Ảnh hưởng của méo phi tuyến gây ra do bộ KĐCS
Tác động đối với các loại tín hiệu
- Với FSK và PSK : ít nhạy cảm, thậm chí còn cố tình sử dụng phần tử phi tuyến
để nâng cao chất lượng hệ thống (người ta còn lợi dụng bộ hạn biên ở phía thu
nhằm hạn chế điều biên ký sinh)
- Với tín hiệu AM, nhất là M-QAM thì biên độ mang tin nên gây ảnh hưởng
nhiều
•

Mở rộng phổ tần và gây tạp âm phi tuyến

•

Gây móp dạng chòm sao tín hiệu

•

Gây ISI phi tuyến

A)

Làm mở rộng phổ của tín hiệu và gây tạp âm phi tuyến


- Tín hiệu đầu vào của bộ KĐCS là x thì tín hiệu ra sau bộ KĐCS sẽ là y:

Trong công thức các thành phần bậc chẵn không gây ảnh hưởng tới tín hiệu
đang xét, còn các thành phần bậc lẻ thì gây ra sản phẩm xuyên điều chế dưới
dạng tạp âm phi tuyến trong băng và bức xạ ngay sát ngoài băng tín hiệu làm
mở rộng phổ tín hiệu. Sự mở rộng của phổ tín hiệu như thế làm tăng phát xạ
giả ngoài băng (spurious radiation) gây nhiễu trên kênh lân cận. Tạp âm phi
tuyến thì góp phần làm giảm tỷ số tín trên tạp SNR, do vậy
tăng.

BER

của hệ thống

Sự mở rộng phổ tín hiệu do méo phi tuyến

B) Gây méo dạng chòm sao tín hiệu
Hệ thống điều chế M-QAM (M > 4) có nhiều biên độ tín hiệu. Mà với đặc tuyến
phi tuyến của HPA thì biên độ tín hiệu càng lớn hệ số khuếch đại càng nhỏ, mặt
khác biên độ tín hiệu lớn thì sự quay pha càng lớn. Vì các lý do trên nên các
điểm tín hiệu sau khi ra khỏi bộ khuếch đại công suất HPA không còn nằm trên
lưới vuông góc nữa. Biểu đồ chòm sao tín hiệu sẽ trở thành dạng sao chổi như
hình , khoảng cách từ điểm tín hiệu tới biên quyết định gần nhất sẽ làm cho

BER

tăng.


-

- Biểu đồ Symbol gốc thu được sau méo phi tuyến
C) Gây ISI phi tuyến
Do HPA nằm giữa bộ lọc phát và thu nên hàm truyền của toàn hệ thống
vốn được thiết kế và san bằng nhằm thỏa mãn tiêu chuẩn Nyquist thứ nhất,
nhưng khi làm việc sẽ không còn thỏa mãn tiêu chuẩn Nyquist thứ nhất
nữa. Điều này dẫn đến sinh ra ISI và được gọi là ISI phi tuyến để phân biệt
với ISI gây bởi méo tuyến tính. Dưới tác động của méo phi tuyến, chòm sao
tín hiệu thu với hệ thống điều chế M-QAM là M cụm điểm có diện tích
không đều nhau, dạng sao chổi, phân bố không đối xứng quanh các điểm
trung bình. Tín hiệu có biên độ càng lớn thì diện tích cụm điểm càng lớn và
bị lệch càng nhiều như có thể thấy trên hình ( Biểu đồ Symbol gốc thu được
sau méo phi tuyến)

-

III) Biện pháp khắc phục
- Để khuếch đại tín hiệu với mức công suất đủ lớn đưa ra anten phát lên vệ
tinh, các trạm mặt đất thường sử dụng các bộ khuếch đại công suất lớn HPA có
công suất từ vài chục W đến vài kW tùy theo dung lượng thông tin của trạm
mặt đất. Tùy theo mức công suất và băng tần sử dụng, các bộ HPA hiện nay
thường được dùng: Đèn sóng chạy TWTA, đèn Klistron, Tranzistor trường FET.
+ Sử dụng back-off tối ưu
Chọn điểm làm việc ở mức tín hiệu tương đối thấp, tức là chấp nhận một
độ lùi công suất đủ lớn tính từ công suất bão hòa của bộ khuếch đại


=>song điều này không có lợi vì hiệu quả công suất thấp, transponder sẽ nặng
hơn, chi phí phóng cũng như duy trì quỹ đạo vệ tinh sẽ lớn hơn. Biện pháp này
chủ yếu chỉ sử dụng với bộ khuếch đại công suất trạm mặt đất;
+ Sử dụng méo trước (Pre Distortion) :
-Ý tưởng của giải pháp này là trước khi đưa tín hiệu vào bộ HPA thì cho tín
hiệu qua một mạch méo trước PD gây méo ngược lại (sau bị méo sẽ triệt tiêu là
vừa).
- Phân loại theo cách sửa đổi tín hiệu truyền đi và các công nghệ ứng dụng.
* Méo trước tín hiệu
* Méo trước dữ liệu
* Méo trước tương tự
* Méo trước số
-Nguyên lý làm méo trước :
- Nhiệm vụ của bộ méo trước là để đảo chức năng phi tuyến của bộ khuếch đại
công suất cao HPA, nhờ vậy tầng đáp ứng của hai thiết bị là tuyến tính.


-> Thực tế chỉ bù được méo bậc 3 -> gọi là Cubic PD, có thể thực hiện ở
băng gốc (Data Predistortion), IF, RF.

+ Sử dụng quay pha phụ tối ưu (Optimum Additional Phase-Shift) : méo phi
tuyến làm dịch chuyển điểm tín hiệu nên phương pháp này là quay pha theo sự
quay của méo (Xem đặc điểm nhận dạng ở trên), quay quá nhiều thì có khi còn
méo thêm, quay quá ít thì không sửa được mấy nên có 1 điểm tối ưu nên gọi là
quay pha phụ tối ưu. Như ở trên nói thì phương pháp quay pha này quay theo
sự quay pha của méo biên độ, và có vẻ chỉ khắc phục được sự quay còn việc
giảm biên độ thì không khắc phục được.
+ Sử dụng các loại điều chế ít nhạy cảm với méo phi tuyến như MPSK, MFSK do
chúng có đường bao tín hiệu không đổi.
+ KỸ THUẬT SAN BẰNG

hàm truyền hệ thống khi có san bằng:
TE(ω)=C(ω).H(ω).E(ω)=C(ω)
Trong đó: C(ω) là hàm truyền khi không có ISI
H(ω) thể hiện các tác động không mong muốn của kênh liên tục
E(ω) hàm truyền của mạch san bằng = 1/H(ω)


Do các kênh vệ tinh có đặc tính biến đổi khá rõ rệt theo thời gian nên tại
các thời gian nên tại các thời điểm khác nhau H(ω,t) có thể có dạng khác nhau
do vậy các mạch san bằng còn phải hoạt động theo một thuật toán cho phép
điều chỉnh E(ω,t) bám theo sự biến đổi của H(ω,t).
A W G N

T Tín
ớn hhiệu
ọ phức
p h ửự
c

Kênh ISI (hoặc
méo phi tuyến)

(M -Q A M
M ))

San bằng BP
phức

Quyết định
+

_

-sơ đồ kỹ thuật san bằng