Thiết kế kênh truyền hình số vệ tinh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGÀNH : KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

THIẾT KẾ
KÊNH TRUYỀN HÌNH SỐ VỆ TINH

NGUYỄN TIẾN LONG

HÀ NỘI 2006


MỤC LỤC


NỘI DUNG
TRANG
Trang đầu
Lời cảm ơn
Mục lục
Các chữ viết tắt
MỞ ĐẦU
1
Chương 1- TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH
2
1.1 - TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH
2
1.1.1 - Định nghĩa, phân loại

2
1.1.2 - Ưu điểm chính của thơng tin liên lạc qua vệ tinh
2
1.2 - CẤU HÌNH KHÁI QUÁT CỦA MỘT HỆ THỐNG THÔNG TIN
4
1.2.1- Cấu trúc cơ bản của vệ tinh
4
1.2.2 - Trạm mặt đất
5
1.3 - TẦN SỐ LÀM VIỆC VÀ BĂNG THÔNG
CỦA THÔNG TIN VỆ TINH
6
1.3.1 - Cửa sổ vô tuyến
6
1.3.2 - Phân định băng tần
6
1.4 - CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN TRÊN TUYẾN THÔNG TIN
7
1.4.1 - Các mức công suất
7
1.4.2 - Các loại suy hao
9
1.4.3 - Nhiễu trên tuyến thơng tin
15
1.4.4 - Tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu tại đầu vào decoder
21
1.4.5 - Tỉ số năng lượng của bit/mật độ nhiễu Eb/N O
21
Chương 2- PHÂN TÍCH HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH SỐ VỆ TINH
22

2.1 - HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH SỐ QUA VỆ TINH
22
2.1.1 - Thực tiễn truyền hình số và chuẩn DVB-S
22
2.1.2 - Kỹ thuật đa truy cập qua vệ tinh
23
2.2 - CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG
TRUYỀN HÌNH SỐ VỆ TINH
28
2.2.1 - Điều tần FM (frequency modulation)
28
2.2.2 - Mã hoá kênh (Channel encoding)
31
2.2.3 - Điều chế số ( Digital Modulation )
31
2.2.4 - Hiệu suất phổ (spectral efficiency ) Г
32
2.2.5 - Chất lượng của bộ giải điều chế
33
2.2.6 - Giải mã và sửa lỗi
35
2.2.7 - Tính tốn tốc độ dữ liệu có ích so với dải thông vệ tinh
38
2.2.8 - Hệ số phản xạ Г
40
2.2.9 - Hệ số sóng đứng – VSWR (Voltage Standing Wave Ratio)
40
2.2.10 - Return loss
40
2.2.11 -Tổn hao do không phối hợp trở kháng (Mismatch loss)

41
2.2.12 - Nén tần số ảnh (Image Rejection)
41
2.2.13 - Tạp âm méo xuyên điều chế trong vệ tinh
42
2.2.14 - Mức cơng suất tín hiệu vào
44
R

R


2.2.15 - Dãy tốc độ symbol trong khoảng tần số ngõ vào
2.2.16 - Nhiệt độ nhiễu tương đương T R , hệ số nhiễu
2.2.17 - Băng thông IF2
2.2.18 - Mức công suất của bộ dao động ở ngõ vào Low-band
2.2.19 - Điểm ngăn hài bậc 3
2.2.20 - Mức ra audio
2.3 - HỆ THỐNG ANTEN
2.3.1 - Đặc tính , yêu cầu của anten trạm mặt đất
2.3.2 - Phân loại anten
2.3.3 - Các thông số của anten parabol đối xứng
2.3.4 - Phễu thu sóng
2.3.5 - Vị trí anten
Chương 3 - XỬ LÝ TÍN HIỆU AUDIO, VIDEO TRONG
TRUYỀN HÌNH SỐ VỆ TINH
3.1 - AUDIO SỐ
3.1.1 - Tổng quan
3.1.2 - Các nguồn tín hiệu audio số
3.1.3 - Nén tín hiệu chuẩn MPEG – 2 cho Audio số

3.1.4 - Sơ đồ khối cơ bản nén MPEG
3.1.5 - Sơ đồ khối giải nén MPEG
3.2 - VIDEO SỐ
3.2.1 - Các hệ truyền hình màu trên thế giới
3.2.2 - Tiêu chuẩn composite số
3.2.3 - Tiêu chuẩn Component số
3.2.4 - Chuẩn nén MPEG-2 cho video số
3.2.5 - Quá trình giải nén MPEG-2
3.2.6 - Ứng dụng chuẩn nén MPEG-2
3.2.7 - MPEG-2 Profiles, Levels, and Layer
3.2.8 - Tốc độ mã hóa MPEG-2
3.3 - TRUYỀN DẪN TÍN HIỆU TRUYỀN HÌNH SỐ
3.3.1 - Phân tán năng lượng (Energy dispersion)
3.3.2 - FEC (Forward Error Correction)
3.4 - ĐIỀU CHẾ SỐ QPSK
3.4.1 - Sơ đồ khối
3.4.2 - Băng thơng của tín hiệu QPSK
3.4.3 - Phổ của tín hiệu QPSK
3.4.4 - Mạch giải điều chế QPSK
3.5 - BĂNG THƠNG VÀ DỊCH TẦN
Chương 4 - TÍNH TỐN KÊNH TRUYỀN HÌNH SỐ VỆ TINH
4.1 - CHUẨN BỊ CHO TUYẾN TRUYỀN HÌNH SỐ VỆ TINH
4.1.1 - Phần Vệ tinh
4.1.2 - Trạm mặt đất
4.2 - THIẾT KẾ TUYẾN TRUYỀN HÌNH SỐ VỆ TINH VINASAT 97 O E
4.2.1 - Vị trí đặt trạm mặt đất
4.2.2 - Tính tuyến lên
4.2.3 - Tính tuyến xuống
R

R

P

P

44
44
44
45
45
45
45
45
46
46
50
50
53
53
53
53
56
59
60
60
60
62
67
71

77
78
84
85
86
87
89
92
92
94
94
95
97
98
98
98
101
101
101
102
103


4.2.4 - Tính tuyến tổng
4.2.5 - Thiết kế tính tốn tuyến lên băng Ku
4.2.6 - Thiết kế tính tốn tuyến xuống băng Ku
4.2.7 - Tính tuyến tổng C trạm Hà nội.
4.3 - TÍNH KÊNH TRUYỀN DẪN
4.4 - CHỌN MÁY THU VÀ MÁY PHÁT
4.5 - ĐẶT VỆ TINH LÊN QUỸ ĐẠO

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
TÀI LIỆU THAM KHẢO
KEY WORD
PHỤ LỤC

104
107
111
114
116
116
117
118
119
120
PL1


LỜI MỞ ĐẦU


Trong thời đại ngày nay, thời đại của công nghệ thông tin liên lạc, các thiết bị
và hệ thống mạng phát triển từng giờ, từng ngày. Hệ thống viễn thơng nói chung và
hệ thống truyền hình nói riêng đã, đang phát triển như vũ bão.
Truyền hình từ kỹ thuật tương tự, đen trắng trên mặt đất đã bước qua kỷ
nguyên số, màu, độ phân giải cao trong các ứng dụng truyền dẫn bằng cáp, vô tuyến
mặt đất, vệ tinh. Thế giới tuy có nhiều chuẩn, hệ thống , nhưng chung quy nhằm giải
quyết từng hoàn cảnh , đặc điểm , nhu cầu riêng của mỗi nước.
Truyền hình số vệ tinh các nước đã phát triển đến mức hoàn thiện và không
ngừng cải tiến nhằm nâng cao chất lượng và dung lượng các kênh. Truyền hình số vệ

tinh ở Việt Nam tuy bước đầu có ứng dụng và phát triển nhưng chỉ mới dừng ở mức
độ thuê kênh tính tại thời điểm hiện tại. Cơng nghệ truyền hình số vệ tinh trên Thế
giới cũng có nhiều chuẩn, hệ thống do vậy việc chọn theo hệ thống và chuẩn nào để
ứng dụng cho quốc gia mình là điều đáng quan tâm của các nhà ứng dụng chuyên
ngành.
Việc thiết kế kênh truyền hình số qua vệ tinh cũng là điều mới mẻ với các nhà
chuyên môn ở nước ta. Nếu xét tồn diện từ thiết kế tính tốn đến cơng nghệ chế tạo
cho một hệ thống truyền hình số vệ tinh riêng ở Việt Nam hiện nay thì quả là một
cơng trình phức tạp. Nhưng nếu xét trên phương diện thiết kế tính tốn, chọn thiết bị
mua ở nước ngồi về lắp ráp thi công là điều khả thi.
Trong khuôn khổ nội dung bản luận văn này, tác giả chủ yếu là thiết kế hệ
thống kênh truyền hình số qua vệ tinh. Ứng dụng cơng nghệ chuẩn châu Âu, từ đó lựa
chọn thiết bị cho từng yêu cầu cụ thể trong hệ thống . Dựa vào các hệ thống truyền
hình số vệ tinh có sẵn, theo các tài liệu huấn luyện của các chuyên gia nước ngoài, tác
giả tổng hợp , biên soạn tính tốn ứng dụng cho một hệ thống dùng ở các đài truyền
hình tỉnh hay một thành phố nào đó.
Trong q trình tính tốn thiết kế cũng đề cập việc chọn lựa tốt nhất cho từng
chỉ tiêu và các giải pháp khắc phục các hạn chế thường gặp.
Tuy nội dung bản luận văn này có tính thực tiễn cao nhưng khơng tránh khỏi
thiếu sót do trình độ của tác giả và thời gian có hạn. Xin các thầy cơ giáo và các đồng
nghiệp góp ý chỉ bảo để nội dung bản luận văn này thực sự có ích.
Xin chân thành cảm ơn.
TP.Hồ Chí Minh, ngày 31 tháng 5 năm 2006
Nguyễn Tiến Long.


Chương 1- TỔNG QUAN HỆ THỐNG THỐNG TIN VỆ TINH

Chương 1- TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH
1.1 - ĐẶC ĐIỂM HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH

1.1.1 - Định nghĩa, phân loại
+ Một vệ tinh có khả năng thu và phát sóng vơ tuyến điện khi được phóng vào vũ
trụ ta gọi là vệ tinh thơng tin. Khi đó vệ tinh sẽ khuếch đại sóng vơ tuyến điện nhận
được từ các trạm mặt đất và phát lại sóng vơ tuyến điện đến các trạm mặt đất khác.
Do vệ tinh chuyển động khác nhau khi quan sát từ mặt đất, phụ thuộc vào quỹ đạo
bay của vệ tinh, vệ tinh có thể phân ra vệ tinh quỹ đạo thấp và vệ tinh địa tĩnh.
+Vệ tinh quỹ đạo thấp ( hình 1.1 ) là vệ tinh nhìn từ mặt đất nó chuyển động liên
tục, thời gian vệ tinh chuyển động một vịng trên quỹ đạo của nó khác với chu kỳ
quay của trái đất xung quanh trục của mình. Các quỹ đạo thấp có hình ellipse gồm :
- LEOs (Low- Earth Orbits) ở độ cao 750 - 1500 km
- MEOs (Medium – Earth Orbits) ở độ cao 10000 - 20000 km
- Ngồi ra cịn có quỹ đạo cực, HEO ...
+ Ưu điểm chính của các hệ thống thơng tin dùng ở các quỹ đạo này là :
- Giảm thời gian trễ
- Có thể thơng tin đến bất cứ nơi nào trên trái đất.
LEOs được ứng dụng nhiều trong các dịch vụ thông tin di động, MEOs cũng đang
cạnh tranh với LEOs, hệ thống định vị toàn cầu GPS ( Global Position System) là
một ví dụ về ứng dụng của MEOs.
+ Vệ tinh địa tĩnh ( Geostationary Orbits – GEOs) là vệ tinh được phóng lên quỹ
đạo trịn nằm trên mặt phẳng đường xích đạo cách trái đất 35786 km, vệ tinh loại này
bay xung quanh quả đất một vòng mất 24 giờ. Do chu kỳ bay của vệ tinh trùng chu
kỳ quay của quả đất xung quanh trục của nó theo hướng từ tây sang đông, bởi vậy vệ
tinh dường như đứng yên khi quan sát từ mặt đất.
Mặc dù được sử dụng rộng rãi trong thông tin vệ tinh nhưng vệ tinh đặt ở GEO cũng
có một số khuyết điểm như :
Khó bao phủ ở những vùng cực
Khó đặt đúng quỹ đạo
Góc ngẩng tương đối thấp khi vĩ độ cao
Thời gian trễ lớn ( thời gian đi về của tín hiệu gần 0.25s )
- Có ba loại hình thơng tin liên lạc qua vệ tinh :

Dịch vụ cố định (FSS –Fixed Satellite Service): VSAT + GSO
Dịch vụ quảng bá (BSS– Broadcast Satellite Service): TVRO,SMATV,Radio
Dịch vụ di động (MSS – Mobile Satellite Services): SNG, LEO, MEO …
1.1.2 - Ưu điểm chính của thông tin liên lạc qua vệ tinh
- Vùng phủ sóng rộng : do vệ tinh đặt cách xa trái đất
- Dung lượng thơng tin lớn : vì sử dụng ở tần số cao nên băng tần rộng và áp dụng
các biện pháp tiết kiệm khoảng tần số (FDMA, TDMA, CDMA …).
- Độ tin cậy và chất lượng thông tin cao : do tuyến thơng tin chỉ có ba trạm, trong đó
vệ tinh đóng vai trị như trạm lặp, cịn hai trạm đầu cuối trên mặt đất nên xác suất hư
hỏng trên tuyến rất thấp.
- Tính linh hoạt và hiệu quả kinh tế : hệ thống thông tin được thiết lập nhanh chóng
GVHD TS Nguyễn Vũ Sơn

2

SVTH Nguyễn Tiến Long


Chương 1- TỔNG QUAN HỆ THỐNG THỐNG TIN VỆ TINH

trong điều kiện các trạm mặt đất cách xa nhau. Đặc biệt hiệu quả kinh tế cao trong
thông tin cự li lớn, thông tin xuyên lục địa.
- Đa dạng về loại hình dịch vụ :
Dịch vụ thoại, Fax, Telex cố định
Dịch vụ phát thanh, truyền hình quảng bá
Dịch vụ thơng tin di động qua vệ tinh
Dịch vụ VSAT, Inmarsat ...

Hình 1.1 : Vệ tinh quỹ đạo thấp

Hình 1.2 : Vệ tinh quỹ đạo địa tĩnh

Vệ tinh địa tĩnh có thể bảo đảm thông tin ổn định liên tục hơn so với vệ tinh
quỹ đạo thấp, nên nó được sử dụng trong truyền hình.
Nếu ba vệ tinh địa tĩnh được đặt cách đều nhau trên đường xích đạo như
hình 1.2 thì có thể thiết lập thông tin giữa hầu hết các vùng trên quả đất bằng cách
chuyển tiếp qua 1 hoặc 2 vệ tinh. Điều này cho phép xây dựng một mạng thơng tin
trên tồn cầu.

Hình 1.3 : Hệ thống thơng tin vệ tinh

GVHD TS Nguyễn Vũ Sơn

3

SVTH Nguyễn Tiến Long


Chương 1- TỔNG QUAN HỆ THỐNG THỐNG TIN VỆ TINH

1.2 - CẤU HÌNH KHÁI QT CỦA MỘT HỆ THỐNG THƠNG TIN
Hệ thống thơng tin vệ tinh ( hình 1.3 ) gồm có:
Một vệ tinh địa tĩnh.
Các trạm mặt đất.
Đường hướng từ trạm phát mặt đất đến vệ tinh được gọi là tuyến lên.
Đường hướng từ vệ tinh đến trạm thu mặt đất gọi là tuyến xuống.
1.2.1 - Cấu trúc cơ bản của vệ tinh :
Hình 1.4 mơ tả một vệ tinh bao gồm:
- Vệ tinh nhân tạo chứa các máy thu phát hình, các bộ điều khiển bay
- Anten định hướng cho mặt đất, góc tỏa sóng của anten được chọn sao cho sóng

bao trùm những vùng cần phủ trên mặt đất (cả nước hoặc cả vùng lục địa).
- Nguồn năng lượng cung cấp cho vệ tinh hoạt động chủ yếu là dùng pin mặt trời.

Hình 1.4 : Cấu trúc cơ bản của vệ tinh

Hình 1.5 – Sơ đồ khối chức năng của vệ tinh
GVHD TS Nguyễn Vũ Sơn

4

SVTH Nguyễn Tiến Long


Chương 1- TỔNG QUAN HỆ THỐNG THỐNG TIN VỆ TINH

- Hoạt động của vệ tinh ( hình 1.5 ):
Đầu tiên anten nhận tín hiệu của tuyến lên, kế đến bộ lọc sẽ bỏ đi dãy tần số không
mong muốn, bộ khuếch đại nâng cơng suất tín hiệu lên và tín hiệu được dịch xuống
dãy tần phù hợp với dãy tần của tuyến xuống. Tiếp theo bộ khuếch đại, mạng lưới
phân kênh tách các kênh riêng lẻ để xử lý như : cân bằng, khuếch đại, lọc… tất cả
các kênh sau đó được kết hợp lại và truyền xuống.

Hình 1.6 – Sơ đồ khối chức năng trạm mặt đất
1.2.2 - Trạm mặt đất
Phần mặt đất ( hình 1.6 ) hay cịn gọi là các trạm thu, phát trên mặt đất, viết tắt
là SES (Satellite Earth Station). Có nhiều loại trạm mặt đất khác nhau được sử dụng,
tùy thuộc vào kiểu dịch vụ liên lạc qua vệ tinh. Ví dụ như trạm cố định hoặc di động,
chỉ thu, phát hoặc cả hai, mục đích sử dụng để truyền thơng tin dữ liệu, thoại hoặc
truyền hình
Hệ thống thiết bị trong trạm mặt đất bao gồm : antenna, thiết bị phát và thiết bị thu

siêu cao, các bộ biến đổi tuyến lên và tuyến xuống, hệ thống xử lý tín hiệu, hệ thống
thiết bị băng tần cơ bản, hệ thống giám sát ...
- Tín hiệu băng tần cơ bản ( Base Band ) ở trạm mặt đất được chia làm hai loại
cơ bản là :
Tín hiệu thoại, Telex, dữ liệu ... dưới dạng tương tự hay số được đưa đến và lấy ra từ
trung tâm bảo trì trung kế quốc tế ITMC (International Trunk Maintenance Center)
được đấu nối đến trạm mặt đất bằng hệ thống cáp đồng trục hoặc cáp sợi quang.
Tín hiệu hình được đưa đến trạm mặt đất từ Studio truyền hình ( phát hình hoặc thu
hình ) cũng bằng cáp đồng trục hoặc cáp sợi quang.
- Hệ thống anten :
Đường kính anten thu, phát của trạm mặt đất thông thường từ 0.6 - 30 m tuỳ theo
tiêu chuẩn của từng loại trạm. Anten được một hệ thống cơ khí vững chắc giữ, đảm
bảo đỡ anten được trong các điều kiện mưa to gió lớn thậm chí động đất.
Hệ thống anten được đấu nối trực tiếp với bộ khuếch đại tạp âm thấp LNA và bộ
khuếch đại công suất lớn HPA bằng hệ thống ống dẫn sóng. Để ngăn cách giữa tín
hiệu cơng suất phát và tín hiệu thu về khơng lẫn sang nhau ( vì dùng chung antenna )
người ta dùng bộ lọc thu phát siêu cao ( Diplexer ).
- Hệ thống thu tín hiệu :
Tín hiệu SHF thu từ antenna được khuếch đại lên nhờ LNA, sau đó qua bộ chia cao
GVHD TS Nguyễn Vũ Sơn
5
SVTH Nguyễn Tiến Long


Chương 1- TỔNG QUAN HỆ THỐNG THỐNG TIN VỆ TINH

tần rồi vào bộ biến đổi xuống (Down Converter) để đổi từ tần số RF xuống trung tần
IF, kế đến qua bộ giải điều chế để thu lại tín hiệu băng tần cơ bản ( Base Band ). Tín
hiệu sẽ được xử lý như giải nén, sửa lỗi ( Redundancy ), giải nhấn (De-emphasis),
triệt tiếng dội (Echo-Cancellation) ... sau đó các tín hiệu thoại hay truyền hình được

phân kênh để có thể truy xuất dễ dàng theo các tần số sóng mang chuẩn.
- Hệ thống phát tín hiệu :
Tín hiệu băng tần cơ bản được dồn kênh (Mux), sau đó qua bộ xử lý tín hiệu, điều
chế, tổng hợp tần số, đổi tần cho từng kênh riêng lẻ sau đó qua bộ khuếch đại công
suất lớn truyền qua Diplexer, Feeder và bức xạ ra antenna.
Ngồi ra cịn có hệ thống bám vệ tinh (Tracking), hệ thống giám sát, cấp nguồn ...
Các thiết bị điện tử trong trạm đều bắt buộc làm việc trong mơi trường thích hợp, đó
là nhiệt độ 20 0 C với độ ẩm 70% để đảm bảo an tồn, duy trì tuổi thọ cũng như chất
lượng thơng tin.
1.3 - TẦN SỐ LÀM VIỆC VÀ BĂNG THÔNG CỦA THÔNG TIN VỆ TINH
P

P

Hình 1.7 – Sự suy giảm của sóng vơ tuyến trong khơng gian
1.3.1 - Cửa sổ vơ tuyến
Hình 1.7 cho thấy sóng điện từ ở tần số thấp bị hấp thụ năng lượng mạnh khi
truyền qua tầng điện li ( đặc biệt là mây từ ) và ở tần số cao ( lớn hơn 10Ghz ) bị suy
hao đáng kể khi truyền qua lớp khí quyển ( mây mù và đặc biệt là mưa ). Chỉ có dải
tần từ 1-10 GHz là có suy hao tương đối thấp nên được chọn sử dụng trong thông tin
vệ tinh, ta gọi khoảng tần số này là cửa sổ vô tuyến ( Radio Window ).
Liên đồn thơng tin quốc tế ITU chia thế giới ra làm 3 khu vực :
Khu vực 1 : Châu Âu, Châu Phi, Liên bang Nga và các nước đông Âu cũ.
Khu vục 2 : Châu Mỹ.
Khu vực 3 : Châu Á và Châu đại dương.
1.3.2 - Phân định băng tần
Bảng 1.1 và 1.2 cho ta thấy phân định băng tần thông tin vệ tinh và các dịch vụ ứng
dụng
Ví dụ:
Băng S ( uplink 2.GHz - downlink 1.GHz ) được sử dụng cho di động .

Băng C, Ku được sử dụng nhiều ở cả 3 vùng, dùng cho thơng tin cố định và truyền
hình DBS, DTH
GVHD TS Nguyễn Vũ Sơn
6
SVTH Nguyễn Tiến Long


Chương 1- TỔNG QUAN HỆ THỐNG THỐNG TIN VỆ TINH

Băng Ka sử dụng ở Nhật.

Bảng 1.1 – Quy định băng tần thông tin vệ tinh

Bảng 1.2 - Ứng dụng cụ thể theo băng tần vệ tinh
1.4 - CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN TRÊN TUYẾN THƠNG TIN
1.4.1 - Các mức cơng suất
1.4.1.1 - Cơng suất bức xạ đẳng hướng tương đương
Hình 1.8 cho một anten có hệ số khuếch đại G T = 1, góc đặc là góc được tạo
bởi một cung có độ dài bằng bán kính. Đặt một cơng suất RF có giá trị P T tại tâm
hình cầu khi đó ta có cơng suất bức xạ trên một đơn vị góc đặc anten đẳng hướng là:
R

R

R

PT
4π

[ w/steradian ]

R

(1.1)

Hướng mà giá trị độ lợi truyền cực đại là G T , bất kỳ anten nào bức xạ trên đơn vị
góc đặc bằng :
R

PT .GT
4π

[ w/steradian ]

GVHD TS Nguyễn Vũ Sơn

R

(1.2)

7

SVTH Nguyễn Tiến Long


Chương 1- TỔNG QUAN HỆ THỐNG THỐNG TIN VỆ TINH

Hình 1.8 – Mô tả anten đẳng hướng
P T G T = EIRP [ w ]
(1.3)

+ EIRP (Equivalent Isotropic Radiated Power) gọi là cơng suất bức xạ đẳng hướng
tương đương
R

R

R

R

Hình 1.9 – Anten thực bức xạ vùng A
Hình 1.9 minh họa cách tính cơng suất bức xạ trên vùng A
P A = (P T G T /4 π ) (A/R 2 ) = A P T G T /4 π R 2 [w]
+ Mật độ thông lượng công suất ở cự ly R:
R

R

R

ф=
Trong đó:

R

R

R

P

PT GT EIRP
=
4πR 2 4πR 2

P

R

R

R

R

P

(1.4)

P

[W/m2 ]
P

(1.5)

P

EIRP : Là công suất bức xạ đẳng hướng.
P T : Công suất đưa ra anten phát.

G T : Độ lợi anten phát; trường hợp anten vô hướng G T = 1 (0dB).
ф: Mật độ thơng lượng cơng suất.
R

R

R

R

R

R

Hình 1.10 – Tính mức cơng suất thu
1.4.1.2 - Cơng suất thu
Hình 1.10 tính công suất thu P R ở cự ly R:
R

GVHD TS Nguyễn Vũ Sơn

R

8

SVTH Nguyễn Tiến Long


Chương 1- TỔNG QUAN HỆ THỐNG THỐNG TIN VỆ TINH
PT GT EIRP

A hd
=
4πR 2 4πR 2
G
= R λ 2 [m2 ]
4π

P R = фA hd = A hd
R

R

R

R

R

A hd
R

R

R

R

P

P

P

(1.6)

R

(1.7)

P

Trong đó A hd : Diện tích hiệu dụng của anten thu.
λ : Bước sóng thu
Thay (1.7) vào (1.6) có:
R

R

PT GT G R 2
λ 2
1
λ = P T G T G R(
) = PT G T GR
2
4πR
LFS
4πR 4π
4πR 2

PR =

R

R

P

Trong đó LFS = (

R

R

R

R

R

R

P

P

R

R

R

P

R

R

R

R

R

là tổn hao trong không gian tự do

λ
PT GT G R
PR =
[W]
LFS
R

Do vậy

)

P

P

[w]

(1.8)
(1.9)
(1.10)

R

1.4.2 - Các loại suy hao
1.4.2.1 - Suy hao do phi đơ thu phát (hình 1.11)

Hình 1.11 –Tính suy hao thu phát
Suy hao LFTX giữa máy phát và anten phát là suy hao bởi các ống dẫn sóng và
các đầu nối, để anten bức xạ một cơng suất P T thì cơng suất tại đầu ra bộ khuếch đại
của máy phát có độ lớn:
P TX = P T .LFTX
(1.11)
Tính theo dB:
P TX [dB] = P T [dB] + LFTX [dB]
(1.12)
Từ đó có thể tính cơng suất bức xạ đẳng hướng hiệu dụng:
R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

PTX GT
LFTX

EIRP = P T G T =
R

R

R

R

R

R

[w]

(1.13)

Suy hao giữa máy thu và anten thu là suy hao tạo nên bởi các phi đơ dẫn sóng
và các đầu nối. Công suất P RX tại đầu vào máy thu có độ lớn như sau:
R

P RX =
R

R

PR
LFRX

R

[w]

(1.14)

Tính theo dB: P RX [dB] = P R [dB] - LFRX [dB]
R

R

R

R

R

R

1.4.2.2 - Suy hao do anten thu phát lệch nhau (hình 1.12)
Khi anten phát và thu lệch nhau thì sẽ tạo ra suy hao vì búp sóng chính của
anten thu không hướng đúng chùm tia phát xạ của anten phát, ta biểu diễn hai loại
suy hao bằng công thức sau:
GVHD TS Nguyễn Vũ Sơn

9

SVTH Nguyễn Tiến Long


Chương 1- TỔNG QUAN HỆ THỐNG THỐNG TIN VỆ TINH

Hình 1.12 – Suy hao do anten thu phát lệnh nhau
αT

LT = 10 lg e 2.76(θ

) 2 = 12( α T ) 2 [dB]

(1.15)

θ 3dB
αR 2
α
LR = 10 lg e 2.76(θ ) = 12( R )2 [dB]
3 dB
θ 3dB
70λ 70C
=
[degrees]
θ 3dB =
D
Df
R

R

R

P

R

P

3 dB

P

P

P

P

P

(1.16)

P

(1.17)

Trong đó D: đường kính anten parabol.
C = 3.10 8 : tốc độ truyền sóng
λ : bước sóng
f: tần số sóng
1.4.2.3 - Suy hao do khơng thu đúng phân cực
Loại suy hao này xẩy ra khi anten thu không đúng hướng phát cùng với phân
cực sóng máy thu, ví dụ đối với sóng điện từ phát đi phân cực trịn thì chỉ trên trục
bức xạ của anten sóng mới có phân cực trịn, ngồi trục bức xạ phân cực biến dạng
thành ellip, khi truyền trong môi trường khác nhau ( đặc biệt trong mưa ) phân cực bị
biến đổi
Nếu gọi σ là góc giữa hai mặt sóng thì suy hao do lệch phân cực được biểu diễn :
LPOL = 20 lg(cosσ) [dB]
(1.18)
Thường lấy góc lệch beam 3 dB trong phân cực trịn .
1.4.2.4 - Suy hao do khí quyển
L = LFS L A
(1.19)

L A : Suy hao do khí quyển bao gồm suy hao trong tầng điện ly ( chủ yếu là suy
hao trong mây từ ) và suy hao trong tầng đối lưu (chủ yếu suy hao trong chất khí O 2
và hơi nước H 2 O)
1.4.2.5 - Suy hao do mưa và mây
Nước ta mưa nhiều nên việc thu sóng vệ tinh cũng bị ảnh hưởng khơng ít. Theo
hình 1.13, Việt Nam nằm ở vùng quy định N của ITU. Bảng 1.3 là lượng mưa trung
bình ở vùng châu Á-Thái Bình Dương.
Suy hao do mưa Arain được tính theo cơng thức :
Arain = γ R Le
[dB]
(1.20)
Trong đó γ R : Suy hao trên một đơn vị dài (dB/Km), γ R phụ thuộc tần số sóng mang
và lượng mưa R P (mm/h). γ R được xác định từ nomogram hình 1.15. Kết quả sẽ là
giá trị suy giảm theo phần trăm trong năm (p)
Le : Chiều dài thực của đoạn đường sóng đi qua mưa (Km)
P

R

R

R

R

P

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

GVHD TS Nguyễn Vũ Sơn

R

R

R

10

SVTH Nguyễn Tiến Long


Chương 1- TỔNG QUAN HỆ THỐNG THỐNG TIN VỆ TINH

Hình 1.13 - Lượng mưa trung bình (mm/h) của các vùng trên thế giới

1 năm = 8.760 h; 0,3% của 1 năm = 26,28h.
99,7% được tính trong vùng mưa N địi hỏi máy thu dự trữ đủ trên mức ngưỡng ứng với
lượng mưa nhỏ hơn 15 mm/h

Bảng 1.3 – Lượng mưa tương ứng với tổng thời gian suy giảm tín hiệu
do mưa trung bình trong năm. [9]

Hình 1.14 – Tính suy giảm do mưa của CCIR

GVHD TS Nguyễn Vũ Sơn

11

SVTH Nguyễn Tiến Long

Chương 1- TỔNG QUAN HỆ THỐNG THỐNG TIN VỆ TINH

Tính tốn Arain:
+ Tính độ cao mưa h R (Km), hình 1.14
h R = 3 + 0.028 nếu 0 0 < υ <36 0
h R = 4 – 0.075 ( υ - 36 0 ) nếu υ ≥ 36 0
υ: Là vĩ độ.
+ Tính đoạn đường nằm nghiêng đi qua mưa LS : hình 1.14
R

R

R

R

R

R

P

P

P

P

P

P

P

R

h R − hS
sin e

LS =
R

R

P

(1.21)
(1.22)

R

[Km]

Với e : góc ngẩng của trạm mặt đầt , e > 5 0
h S : Là độ cao anten trạm mặt đất so với mực nước biển (Km)
+ Tính tốn chiều dài hình chiếu L G của chiều dài nghiêng đi qua mưa LS : hình 1.14
LG = LS cos e
[Km]
(1.23)
+ r 0.01 là hệ số rút gọn đoạn đường đối với 0.01% thời gian tốn đồ tính khi lượng

mưa khơng đồng đều.
P

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

r 0.01 =
R

R

1

(1.24)

L
1 + S cos e
LO

Ở đây LO = 35e -0.015R
R

Hoặc

R

R

P

P

1
r 0.01 =
1 + 0.045 LG
R

R

[Km]

(1.25)

[Km]

(1.26)

Xác định tỷ lệ mưa (R 0.01 ) vượt quá 0.01% của một năm trung bình từ bảng 1.3 và
hình 1.15 cho trạm mặt đất
+ Tính qng đường thực tế sóng đi qua mưa sẽ là
Le = LS . r 0.01
[Km]
(1.27)
+ Tính tốn suy hao đơn vị chiều dài trong mưa γ R (dB/Km) được xác định từ tốn đồ
hình 1.16
+ Suy hao vượt quá A 0.01 0.01% của một năm trung bình là :
A 0.01 = γ R Le
[dB]
(1.28)
+ Suy hao vượt quá (A P ) đối với tỷ lệ mưa (R P ) vượt quá p% thời gian của một
năm trung bình. p = 0.001% - 1% nhận từ A 0.01 (dB) theo công thức sau :
A P = A 0.01 x 0.12p -(0.546 + 0.43lgp) [dB]
(1.29)
+ Suy hao vượt quá đối với phần trăm thời gian p W của tháng xấu nhất cho bởi A P
trong đó :
p = 0.3(p W )1.15 [%]
(1.30)
Giá trị có ích : p W = 0.3% ( ≈ 2 giờ/tháng) p = 0.075%.
Đối với những giá trị lớn hơn phần trăm tháng thứ nhất của thời gian
(p = 20%) suy hao do mưa thường đủ nhỏ để có thể bỏ qua (trong điều kiện bầu trời
trong sáng).

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

P

R

R

R

R

P

R

R

R

R

P

R

R

R

P

R

Hình 1.17 cho thấy suy hao do mưa ở băng Ku nghiêm trọng hơn băng C

GVHD TS Nguyễn Vũ Sơn

12

SVTH Nguyễn Tiến Long


Chương 1- TỔNG QUAN HỆ THỐNG THỐNG TIN VỆ TINH

Hình 1.17 – Suy hao do mưa đối với tín hiệu băng Ku và băng C
1.4.3 - Nhiễu trên tuyến thông tin
Nhiễu là tín hiệu khơng mong muốn mà nó xen vào tín hiệu ta thu được. Nhiễu
làm giảm chất lượng thông tin như làm giảm tỉ số S/N hoặc C/N, tăng tỉ lệ bít lỗi trên
đường truyền. Đối với tín hiệu ta thu được từ vệ tinh thì rất nhỏ do đường truyền quá
xa mà nhiễu lại lớn. Bên cạnh đó, anten bản thân nó đã góp nhặt nhiễu từ mơi trường
thơng qua các búp sóng phụ của nó. Tín hiệu suy giảm do mơi trường truyền sóng, do
mưa nên tín hiệu thu gần như chìm trong nhiễu.
1.4.3.1 - Các nguồn nhiễu
+ Nhiễu phát ra từ các nguồn bức xạ bên ngồi như : Nhiễu khơng gian, nhiễu khí
quyển , tạp nhiễu do mưa và nhiễu từ trái đất.
+ Tạp nhiễu bên trong thiết bị như : Anten, hệ thống Feerder và máy thu.
+ Nhiễu từ các máy phát khác, các vệ tinh cận kề, các hệ thống mặt đất.
1.4.3.2 - Mật độ phổ công suất tạp nhiễu N 0
Mật độ phổ công suất nhiễu N 0 (W/Hz) được mô tả trên hình 1.18
R

R

R

Hình 1.18 - Mật độ phổ cơng suất nhiễu N 0
R

N 0 (f) giá trị công suất tạp nhiễu trên đơn vị độ rộng băng tần. Nếu N 0 (f) = N 0
là hằng số, ta gọi N 0 là nhiễu trắng.
Gọi N là công suất nhiễu đo được ở băng B thì :
R

R

R

R

R

R

R

R

GVHD TS Nguyễn Vũ Sơn

15

SVTH Nguyễn Tiến Long


Chương 1- TỔNG QUAN HỆ THỐNG THỐNG TIN VỆ TINH
N
B

NO =
R

R

[W/Hz]

(1.31)

1.4.3.3 - Nhiễu nhiệt của một nguồn nhiễu hình 1.19

Hình 1.19 - Xác định giá trị công suất nhiễu
T=

N
N
= O
kB
k

( OK)
P

P

(1.32)
Hay N O = Tk
Trong đó N: Cơng suất nhiễu đo được
B: Băng thông [Hz]
Hằng số Boltzman: k = 1,3796.10 -23 [W/Hz OK] = -228,6 [dBw/Hz O K]
T: Nhiệt độ vật lý của điện trở [ O K], T thay thế cho nhiệt độ phát ra từ
một điện trở động ( thermodynamic ) có cùng cơng suất nhiễu như nguồn nhiễu đang
xét hình 1.19.
1.4.3.4 - Hệ số nhiễu
Gọi: To là nhiễu nhiệt đầu vào, ở điều kiện chuẩn To = 290 o K (17 oC).

Te : Nhiễu nhiệt bên trong linh kiện
Hệ số nhiễu F là tỉ lệ toàn bộ công suất nhiễu nhiệt tại đầu ra của các phần tử với
công suất nhiễu nhiệt tại đầu vào phần tử.
R

R

P

P

P

P

P

P

P

P

T
Te + To
=1+ e
To
To

F=

P

P

P

P

(1.33)

Te = ( F-1) To
(1.34)
1.4.3.5 - Nhiệt độ nhiễu của bộ suy hao T e
Te = (LF – 1)T F [ o K]
(1.35)
Trong đó LF : Tổn hao của bộ suy giảm ( attenuator, feeder, splitter )
Te: Nhiễu nhiệt của bộ suy giảm
T F : Nhiệt độ môi trường
Trong trường hợp T F = To thì hệ số nhiễu bộ suy giảm bằng độ suy giảm FF = LF
1.4.3.6 - Nhiệt độ nhiễu của phần tử tích cực
Hình 1.20 mơ tả nhiệt độ nhiễu của phần tử tích cực được xem là nhiệt độ phát ra
do 1 điện trở đặt ở ngõ vào một hệ thống không nhiễu, có nhiệt độ vật lý T = Te.
Như vậy Te được coi là nhiễu bên trong của phần tử tích cực được xét như mạch 4
cực.
Giả sử mạch 4 cực có độ lợi cơng suất là G, băng thơng B, ngõ vào là nguồn nhiễu
có nhiệt độ nhiễu là To. Công suất nhiễu ngõ vào là GkBTo. Tổng công suất nhiễu
ngõ ra là GkB(To + Te ). Hệ số nhiễu của phần tử tích cực tính như sau:
R

R

R

R

R

R

R

P

P

R

R

R

R

GVHD TS Nguyễn Vũ Sơn

R

16

R

R

R

SVTH Nguyễn Tiến Long


Chương 1- TỔNG QUAN HỆ THỐNG THỐNG TIN VỆ TINH

F=

T
GkB(To + Te)
=1+ e
GkBTo
To

: như định nghĩa công thức (1.33)

Bảng 1.4 cho quan hệ giữa hệ số nhiễu và nhiệt độ nhiễu.

Bảng 1.4 – Quan hệ giữa hệ số nhiễu và nhiệt độ nhiễu

Hình 1.20 - Nhiệt độ nhiễu của hệ thống.
1.4.3.7 - Nhiệt độ nhiễu của hệ thống các thiết bị mắc nối tiếp
Hình 1.21 giả thiết các mạch khuếch đại Mi mắc nối tiếp , có cùng băng thơng B,
có độ lợi cơng suất Gi và hệ số nhiễu Fi, i = 1, 2 …, n.
Công suất nhiễu tại ngõ ra hệ thống M 1 .

N 1 = G 1 .k.B.(To + T e1 )
(1.36)
Công suất nhiễu N 1 được khuếch đại bởi M 2
N 1,2 = G 1 .G 2 k.B.(To + T e1 )
(1.37)
Công suất nhiễu được tạo bởi nguồn nhiễu bên trong của M 2
N (2) = G 2 .k.T e2 .B
(1.38)
Cơng suất nhiễu tồn bộ M 1 và M 2
N 2 = N 1,2 + N (2) = G 1 .G 2 k.B.(To + T e1 ) + G 2 .k.T e2 .B
= G 1 .G 2 .k.B(To + T e1 + T e2 /G 1 )
(1.39)
Nhiễu nhiệt tương đương của hệ thống mắc nối tiếp của M 1 và M 2
R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

Te 2
G1

(1.40)

Te 2
Ten
+ …+
G1
G1G2 ...Gn −1

(1.41)

Fn − 1
F2 − 1 F3 − 1
+
+ ... +
G1
G1G2

G1G2 ...Gn −1

(1.42)

Te (1,2) = T e1 +
R

R

R

Trong trường hợp hệ thống có n mạch :
Te (n) = T e1 +
R

R

Hệ số tạp âm hệ thống là:
Fn = F1 +
R

R

GVHD TS Nguyễn Vũ Sơn

17

SVTH Nguyễn Tiến Long

Chương 1- TỔNG QUAN HỆ THỐNG THỐNG TIN VỆ TINH

…
Hình 1.21 – Công suất nhiễu của hệ thống các mạch mắc nối tiếp
1.4.3.8 - Nhiễu nhiệt của anten T A
Hình 1.22 mô tả nhiễu nhiệt từ bầu trời và mặt đất đến anten uplink, cịn anten
downlink thì ở hình 1.23. Hình 1.24 chỉ T SKY là hàm của góc ngẩng anten
Điều kiện trời trong : T A = T Sky + T ground
[o K]
(1.43)
R

R

R

R

R

R

R

P

P

TSKY
1

+ T m (1) + TG
ARAIN
ARAIN

Khi trời có mưa : T A =
R

R

R

R

R

R

R

(1.44)

R

Trong đó: A RAIN : Suy hao do mưa
T m : T ambient : Nhiệt độ môi trường do mây, mưa, T m = 260 O K đến 280 O K
T SKY : Nhiệt độ nhiễu của anten khi trời trong
Uplink T A = 290 O K
T G : T GROUND : Nhiệt độ nhiễu của mặt đất ảnh hưởng đến anten, phụ thuộc
góc ngẩng anten:
T G = 290 OK khi búp phụ có góc ngẩng e p < -10 O

T G = 150 OK đối với búp phụ có góc ngẩng –10 O < e p < 0 O
T G = 50 OK đối với búp chính 0 O < e <10 O
T G = 10 OK đối với 10 O < e < 90 O
R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

P

P

R

R

P

P

R

R

P

P

R

R

P

P

R

P

P

P

P

R

R

R

R

R

R

P

P

R

R

R

P

P

P

P

P

P

P

P

R

R

P

P

P

Hình 1.22 - Nhiễu từ bầu trời và mặt đất đến anten

GVHD TS Nguyễn Vũ Sơn

18

SVTH Nguyễn Tiến Long


Chương 1- TỔNG QUAN HỆ THỐNG THỐNG TIN VỆ TINH

Hình 1.23 – Nhiễu nhiệt mặt đất khi trời trong và khi mưa
1.4.3.9 - Nhiễu nhiệt ở hệ thống thu
Hình 1.25 – mơ tả một hệ thống thu điển hình gồm:
+ Anten có nhiễu nhiệt T A, hệ số khuếch đại G A.
+ Bộ dịch tần nhiễu thấp LNB(có nhiễu nhiệt là T LNB ): Gồm mạch khuếch đại LNA
(có nhiễu nhiệt là T LNA ), mạch đổi tần MIX (có nhiễu nhiệt là T MX và hệ số khuếch
đại G MX ), mạch khuếch đại trung tần IF1(có nhiễu nhiệt là T IF , hệ số khuếch đại
G IF ).
+ Dây anten truyền dẫn đến máy thu (có nhiễu nhiệt là T F , hệ số khuếch đại
R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

G FRX =
R

1

R

< 1; LFRX còn gọi là tổn hao do feeder )

R

R

LFRX

R

+ Decoder giải mã tín hiệu có nhiễu nhiệt là T R
Theo cơng thức (1.35) và (1.41) có:
R

TLNA
GA
T
T
TIF
+ MX +
+ (LFRX - 1)T F + R
G FRX
G LNA
G LNA G MX
T
1
≈ A + T F (1) + TR
LFRX
LFRX

+ T LNB = T A +
R

R

R

R

+ T 1 = T LNA

R

R

+ T2 =
R

R

R

T1
LFRX

R

GVHD TS Nguyễn Vũ Sơn

R

R

R

R

R

R

19

R

R

(1.45)
(1.46)
(1.47)

SVTH Nguyễn Tiến Long


Chương 1- TỔNG QUAN HỆ THỐNG THỐNG TIN VỆ TINH

Hình 1.24 - Nhiệt độ nhiễu bầu trời T SKY khi trời trong là hàm của góc ngẩng e. [10]
R

R

Hình 1.25 - Nhiệt độ nhiễu trên hệ thống thu

GVHD TS Nguyễn Vũ Sơn

20

SVTH Nguyễn Tiến Long


Chương 1- TỔNG QUAN HỆ THỐNG THỐNG TIN VỆ TINH

1.4.4 - Tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu tại đầu vào decoder
Tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu tại đầu vào máy thu được xác định theo công thức sau:
C
=
No

C
Tk

[Hz]

(1.48)

Với : C = P RX : Cơng suất sóng mang tại đầu vào máy thu theo công thức (1.14)
N O : Công suất nhiễu trắng (Mật độ phổ tạp âm tại mọi điểm trên hệ thống )
T: Nhiệt độ nhiễu tại đầu vào decoder xác định theo (1.47)
Thay các giá trị ở (1.10), (1.13), (1.14), (1.15), (1.16), (1.18), (1.19), (1.45) và (1.46)
vào (1.48) lần lượt ta có:
R

R

R

R

1 G R max 1
C
= EIRP TX

L LTRX Tk
No
R

[Hz]

R

(1.49)

Với LTRX = LR + LFRX + LPOL
R

R

R

C = P RX
R

R

R

R

R

R

(1.50)

R

G R max
P G
1
= TX T max
LT LFTX LFS L A LR LFRX LPOL

(1.51)

Cuối cùng có:

PTX GT max 1
G R max
L L
L L L L L
1
C
= T FTX FS A R FRX POL
T
1
k
No
A
+ TF (1 −
) + TR
LFRX
LFRX

[Hz]

(1.52)

1.4.5 - Tỉ số năng lượng của Bit/mật độ tạp âm Eb/N 0
(Energy of Noise Density Ratio)
Người ta sử dụng khái niệm tỉ số Eb/N O là tỉ số năng lượng trên bít Eb và mật độ
phổ cơng suất nhiễu N O để đo khả năng phục hồi dữ liệu của modem số khi có nhiễu
Tỉ số này càng lớn thì BER (Bit Error Rate : tỉ lệ bit lỗi) càng giảm có nghĩa quan
hệ giữa chúng là quan hệ tỉ lệ nghịch.
S/N = (REb) : (BN O )
(1.53)
Nếu băng tần để truyền được một bit rộng 1Hz thì ta có:
S/N = Eb/N O
(1.54)
R

R

R

R

R

R

R

R

R

1
C
C
=
- 10lg
N
B
NO
E
C
= b + 10lgR trans
NO
No
E
C
= b + 10lgR info – 10lgB Noise demodulater
N
NO
R

R

(1.55)
(1.56)

R

R

R

R

(1.57)

Với B: Băng thông truyền dữ liệu với tốc độ bít R[b/s]
B noise demodulater : Băng thông nhiễu của kênh
R info : Tốc độ thông tin của chương trình
C: Cơng suất sóng mang tại đầu vào decoder [W].
N o : Mật độ phổ công suất nhiễu tại đầu vào decoder [W/Hz]
R trans : Tốc độ bít tại ngõ vào decoder [b/s]. Tốc độ này bao gồm dữ liệu truyền
đã dồn kênh + FEC.
Eb: Năng lượng trên bít và được tính từ C/R trans
R

R

R

R

R

R

R

R

R

GVHD TS Nguyễn Vũ Sơn

21

SVTH Nguyễn Tiến Long


Chương 2- PHÂN TÍCH HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH SỐ VỆ TINH

Chương 2- PHÂN TÍCH HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH SỐ VỆ TINH
2.1 - HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH SỐ QUA VỆ TINH
2.1.1 - Thực tiễn truyền hình số và chuẩn DVB-S
Trên trang web thương mại www.lyngsat.com ( phụ lục trang PL1-5 ) chỉ rõ:
2.1.1.1 - Vùng địa lý, các vệ tinh truyền hình-truyền thanh thương mại.
Xem bảng 2.1 tại thời điểm cập nhật ta thấy
24TU

U24T

160°W-73°E

73°E-0°E

0°W-61°W

61°W-160°W

Frequencies:

Asia

Europe

Atlantic

America

Packages:

Asia

Europe

Atlantic

America

SatTracker:

Asia

Europe

Atlantic

America

Bảng 2.1 – Tọa độ vệ tinh theo vùng địa lý
Phân vùng tọa độ vệ tinh cho châu Á ( Asia + South Pacific ), châu Âu
( Europe + Africa + Middle East ), Đại Tây Dương ( Atlantic Ocean ) và châu Mỹ
( North & South America )
Tại thành phố Hồ Chí Minh có thể thu được các vệ tinh có tọa độ từ 66O E
( Intelsat 704 ) đến 169 O E ( PAS 2 ) tương ứng phụ lục trang PL3 và PL2
2.1.1.2 - Các băng tần sử dụng
Băng C 6/4: Băng thông tổng cộng của vệ tinh là 500MHz được chia thành các
băng tần phụ chiếm 18, 36 hay 72 MHz cho mỗi Transponder, DVB chọn 36MHz.
- Dải tần tuyến lên : 5.925 đến 6.425 GHz
- Dải tần tuyến xuống : 3.7 đến 4.2 GHz
Hiện nay số vệ tinh sử dụng Band C trên quỹ đạo địa tĩnh đã dày đặc và quỹ tần số
hầu như cạn kiệt. Để tăng số kênh người ta đã dùng kỹ thuật sử dụng lại tần số ( back
off frequency ) nhờ phân cực sóng khác nhau cho 2 kênh kề nhau như hình 2.1:
P

P

P

P

Hình 2.1 – Phân bố Băng C chuẩn cho tuyến xuống
Tất cả các kênh chẵn được truyền về mặt đất với phân cực ngang (Horizontal
Polarization), các kênh lẻ với phân cực dọc (Vertical Polarrization). Các tần số trung
GVHD TS Nguyễn Vũ Sơn
22
SVTH Nguyễn Tiến Long

Chương 2- PHÂN TÍCH HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH SỐ VỆ TINH

tâm của các kênh lệch nhau khoảng 20 MHz để chống nhiễu xuyên kênh.
Vệ tinh Band C dùng cho thông tin quảng bá được thiết kế để truyền 24 kênh với
băng thông tối đa là 36 MHz/1 kênh. 12 kênh được truyền ở dạng phân cực ngang và
12 kênh ở dạng phân cực dọc với 4 MHz băng tần bảo vệ giữa mỗi Transponder.
Band Ku 14/10-12 : Băng thông tổng cộng của vệ tinh là 500MHz được chia
thành các băng tần phụ chiếm 27, 54, 72 hay 128 MHz, DVB chọn 27MHz.
- Tần số tuyến lên 14GHz đến 14.5GHz
- Tần số tuyến xuống từ 10.7GHz đến 11.2 GHz hoặc 12.25GHz đến 12.75 GHz.
Band Ka 30/20 :
- Tần số tuyến lên 27GHz đến 30GHz
- Tần số tuyến xuống từ 18.1GHz đến 20.2 GHz
2.1.1.3 - Phân cực sóng
- Phân cực tuyến tính : Gồm có phân cực ngang (Horizontal) và phân cực dọc
(Vertical). Theo quy ước, phân cực của sóng được xác định theo hướng của điện
trường (electric field). Nếu điện trường của tín hiệu bức xạ song song với mặt phẳng
sóng thu – phân cực ngang, cịn vng góc với mặt phẳng sóng thu – phân cực dọc.
- Phân cực trịn : Theo hướng truyền sóng, điện trường bức xạ xoay theo chiều
kim đồng hồ ta sẽ có phân cực trịn phải ( RHCP) hoặc ngược chiều kim đồng hồ có
phân cự trịn trái (LHCP)
Mục đích của phân cực sóng là để sử dụng lại các khoảng tần số.
Nhận xét:
Việc ứng dụng sử dụng lại băng tần và phân cực sóng cho phép nâng giá trị hiệu
dụng băng tần vệ tinh lên hơn 500MHz, cụ thể là:
- Tái sử dụng bằng các phân biệt các chùm tia phát xạ từ các anten, các băng tần
giống nhau được phát đi bằng các anten trên vệ tinh dùng bộ phát đáp khác nhau có
chùm tia thu và chùm tia phát khơng trùng lên nhau.

- Tái sử dụng bằng cách chọn các phân cực các băng tần giống nhau được phát xạ
do các anten thông qua các bộ phát đáp khác nhau sử dụng phân cực trực giao của
sóng điện từ. Sóng điện từ trong vệ tinh có phân cực trịn và tuyến tính nên anten thu
cũng có hai loại phân cực như sóng điện từ.
Kỹ thuật này cũng được áp dụng cho các vệ tinh cạnh nhau để chống nhiễu.
2.1.2 - Kỹ thuật đa truy cập qua vệ tinh
2.1.2.1 - Hệ thống SCPC ( Single Channel Per Carrier )
Hệ thống này cho phép uplink lên vệ tinh từ các vị trí khác nhau. Thông
thường SCPC được dùng cho các ứng dụng riêng chẳng hạn như SNG (Satellite
News Gathering), truyền hình giáo dục hoặc ở những nơi khơng thể hoặc khó uplink
tới vệ tinh tất cả các chương trình từ một vị trí. Các dịch vụ dựa trên SCPC thường
dùng một dải thông Transponder vệ tinh. Khi ghép kênh, các dịch vụ SCPC chia xẻ
cùng một Transponder, mỗi dịch vụ được truyền trên một sóng mang có dải thơng
hẹp trong phạm vi Transponder. Giữa các sóng mang SCPC phải có khoảng bảo vệ và
phải thực hiện back-off công suất transponder vệ tinh để ngăn giao thoa giữa các dịch
vụ.
SCPC là có ích cho truyền hình trực tiếp nhưng việc tận dụng dải thơng transponder
vệ tinh là khơng hiệu quả do phải có khoảng bảo vệ giữa các sóng mang. (Tham
khảo phụ lục trang PL11 về thông số World Cup Germany 2006)
GVHD TS Nguyễn Vũ Sơn

23

SVTH Nguyễn Tiến Long