Tính toán, thiết kế truyền hình số vệ tinh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH
KHOA CÔNG NGHỆ
  

ĐỒ ÁN

TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài:

TÍNH TỐN, THIẾT KẾ TRUYỀN HÌNH
SỐ VỆ TINH

Giáo viên hướng dẫn

: THS. ĐẶNG THÁI SƠN

Cán bộ phản biện

:

Sinh viên thực hiện

: HỒ VĂN HẢI

Lớp

: 48K - Điện tử viễn thơng

Niên khố

: 2007-2012

NGHỆ AN , 01 - 2012


Đồ án tốt nghiệp

Tính tốn, thiết kế truyền hình số vệ tinh

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành được đề tài này, trước tiên em xin chân thành cảm ơn Ban giám
hiệu Trường Đại học vinh, các thầy cô trong Ban chủ nhiệm khoa Điện tử viễn thông
và các thầy cô bộ môn đã tạo điều kiện cho em được học tập và đã truyền thụ nhiều
kiến thức cho em làm nền tảng học vấn trên con đường công danh sự nghiệp của mình.
Sau đó em xin chân thành cảm ơn Ths. Đặng Thái Sơn đã trực tiếp định hướng và
hướng dẫn cho em nghiên cứu về một lĩnh vực khá là mới mẻ so với những kiến thức
mà em đã học được ở trường, và em tỏ lòng biết ơn tới cán bộ, nhân viên nhân viên
khách sạn Tân Bình - Thành phố Đồng Hới – Quảng Bình đã tạo điều kiện tốt nhất để
em có thể hồn thành đồ án này.

Nghệ An, tháng 01 năm 2012
Sinh viên thực hiện

Hồ Văn Hải

LỜI NÓI ĐẦU

SVTH : Hồ Văn Hải

1

Lớp 48K - ĐTVT


Đồ án tốt nghiệp

Tính tốn, thiết kế truyền hình số vệ tinh

Trong quá trình phát triển của con người, những cuộc các mạng về cơng nghệ
đóng một vai trị rất quan trọng, chúng làm thay đổi từng ngày từng giờ cuộc sống của
con người, theo hướng hiện đại hơn. Dân số càng tăng, nhu cầu cũng tăng theo, các
dịch vụ, các tiện ích từ đó cũng được hình thành và phát triển theo. Chúng ta đã và
đang áp dụng công nghệ của các ngành điện tử, công nghệ thông tin và viễn thông vào
trong thực tiễn để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của con người nhất là lĩnh vực giải
trí.
Hiện nay, truyền hình số vệ tinh khơng cịn xa là lạ gì với chúng ta. Nhưng để
hiểu hết được nó và khai thác triệt để những tính năng ưu việt của nó thì vẫn đang cịn
là một khó khăn và thách thức.
Được sự định hướng và chỉ dẫn của thầy giáo Ths. Đặng Thái Sơn, và sự giúp
đỡ nhiệt tình của cán bộ, nhân viên khách sạn Tân Bình - Thành phố Đồng Hới Quảng Bình, em đã mạnh dạn chọn đề tài đồ án: “Tính tốn, thiết kế truyền hình số vệ
tinh”. Với mục đích tìm hiểu về hệ thống thông tin hữu tuyến, cụ thể là hệ thống thông
tin vệ tinh và phương án lắp đặt truyền hình cáp cho khách sạn Tân Bình dựa trên
những thiết bị có sẵn trên thị trường. Nội dung của đồ án được thể hiện như sau:
Phần I: Lý thuyết chung.
Chương I: Tổng quan về thông tin vệ tinh.
Chương II: Hệ thống thu truyền hình số qua vệ tinh.
Phần II: Hệ thống thu tín hiệu truyền hình cho khách sạn Tân Bình – TP Đồng Hới
tĩnh Quảng Bình
Do kiến thức và khả năng của em còn hạn chế, nên đồ án tốt nghiệp này khơng
tránh khỏi các sai sót. Mong được sự góp ý của các thầy, các cơ và các bạn để nội
dung đồ án được hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Ths. Đặng Thái Sơn, khách sạn Tân Bình, đã
hướng dẫn em về chuyên mơn, phương pháp làm việc để em có thể xây dựng và hoàn thành
nội dung đồ án theo đúng kế hoạch. Em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy, các
cô, các bạn trong Khoa Điện tử viễn thông trường Đại học Vinh đã giúp đỡ, tạo điều kiện cho
em hoàn thành đồ án này.
MỤC LỤC

SVTH : Hồ Văn Hải

2

Lớp 48K - ĐTVT


Đồ án tốt nghiệp

Tính tốn, thiết kế truyền hình số vệ tinh

LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................................. 1
MỤC LỤC ....................................................................................................................... 2
DANH SÁCH HÌNH VẼ................................................................................................. 7
DANH SÁCH BẢNG BIỂU ........................................................................................... 8
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ............................................................................................... 9
PHẦN I .......................................................................................................................... 11
LÝ THUYẾT CHUNG .................................................................................................. 11
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN VỆ TINH ....................................... 11
1.1.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA THÔNG TIN VỆ TINH ............................. 11
1.1.2. CÁC ĐỊNH LUẬT KEPLER ....................................................................... 12
1.1.2.1. Định luật Kepler thứ nhất ...................................................................... 12
1.1.2.2. Định luật Kepler thứ hai ........................................................................ 12

1.1.2.3. Định luật Kepler thứ ba ......................................................................... 12
1.1.3. ĐẶC ĐIỂM CỦA THÔNG TIN VỆ TINH ................................................. 12
1.1.3.1 Ưu điểm của thông tin vệ tinh ................................................................ 12
1.1.3.2. Các quỹ đạo vệ tinh ............................................................................... 13
1.1.3.2.1. Qũy đạo cực tròn ............................................................................ 13
1.1.3.2.2. Qũy đạo xích đạo trịn..................................................................... 13
1.1.3.2.3. Qũy đạo elip nghiêng ...................................................................... 14
1.1.3.2.4. Qũy đạo thấp LEO (Low Earth Orbit) ............................................ 14
1.1.3.2.5. Qũy đạo trung bình MEO (Medium Earth Orbit) ........................... 14
1.1.4. TẦN SỐ LÀM VIỆC CỦA THÔNG TIN VỆ TINH .................................. 14
1.1.4.1. Khái niệm của sổ vô tuyến .................................................................... 14
1.1.4.2. Phân định tần số. ................................................................................... 15
1.1.4.3. Tần số sử dụng trong thơng tin vệ tinh .................................................. 15
1.1.5. CẤU HÌNH HỆ THỐNG THƠNG TIN VỆ TINH ..................................... 16
1.1.5.1. Phân hệ thơng tin ...................................................................................... 17
1.1.5.2. Phân hê Anten ....................................................................................... 24
1.1.6. SUY HAO TRONG THƠNG TIN VỆ TINH .............................................. 25
1.1.6.1. Suy hao trong khơng gian tự do ............................................................ 25
1.1.6.2. Suy hao do tầng đối lưu ......................................................................... 26
SVTH : Hồ Văn Hải

3

Lớp 48K - ĐTVT


Đồ án tốt nghiệp

Tính tốn, thiết kế truyền hình số vệ tinh

1.1.6.3. Suy hao do tầng điện ly ......................................................................... 27
1.1.6.4. Suy hao do thời tiết................................................................................ 27
1.1.6.5. Suy hao do đặt anten chưa đúng ............................................................ 28
1.1.6.6. Suy hao trong thiết bị phát và thu.......................................................... 28
1.1.6.7. Suy hao do phân cực không đối xứng ................................................... 29
1.1.7. TẠP ÂM TRONG THÔNG TIN VỆ TINH ................................................ 29
1.1.7.1. Nhiệt tạp âm hệ thống ........................................................................... 29
1.1.7.1.1. Nhiệt tạp âm bên ngoài TS và nhiệt tạp âm anten TA ..................... 30
1.1.7.1.2. Nhiệt tạp âm hệ thống fiđơ TF ........................................................ 31
1.1.7.1.3. Nhiệt tạp âm máy thu TR ................................................................ 32
1.1.7.2. Công suất tạp âm nhiễu ......................................................................... 32
1.1.7.2.1. Can nhiễu khác tuyến...................................................................... 32
1.1.7.2.2. Nhiễu cùng tuyến ............................................................................ 34
1.1.7.2.3. Tạp âm méo xuyên điều chế ........................................................... 34
1.1.8. ĐỘ LỢI CỦA ANTEN VÀ ĐỘ RỘNG CỦA CHÙM TIA ........................ 35
CHƯƠNG II: HỆ THỐNG THU TRUYỀN HÌNH SỐ QUA VỆ TINH .................. 36
1.2.1. SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG THU TRUYỀN HÌNH SỐ QUA VỆ TINH. .. 36
1.2.2. HỆ THỐNG HEADEND SỐ ....................................................................... 37
1.2.2.1. Sơ đồ hệ thống Headend số: .................................................................. 37
1.2.2.2. Chức năng các khối trong hệ thống Headend số: .................................. 38
1.2.2.2.1. Tín hiệu thu ..................................................................................... 38
1.2.2.2.2. Xữ lý tín hiệu .................................................................................. 40
1.2.2.2.3. Truyền tải tín hiệu ........................................................................... 41
1.2.2.3. Nén và mã hóa tín hiệu truyền hình: ..................................................... 41
1.2.2.3.1. Khái qt về kỹ thuật nén ảnh số .................................................... 42
1.2.2.3.2. Chuẩn nén MPEG ........................................................................... 43
1.2.2.4. Điều chế tín hiệu số: .............................................................................. 45
1.2.2.4.1. Điều chế QAM:............................................................................... 46
1.2.2.4.2. Điều chế Q-PSK: ............................................................................ 47
1.2.2.5. Hệ thống quản lý mạng: ........................................................................ 48

1.2.2.6. Hệ thống truy cập có điều kiện CA: ...................................................... 49
SVTH : Hồ Văn Hải

4

Lớp 48K - ĐTVT


Đồ án tốt nghiệp

Tính tốn, thiết kế truyền hình số vệ tinh

1.2.2.6.1. Hệ thống SMS: ............................................................................... 50
1.2.2.6.2. Hệ thống SAS: ................................................................................ 51
1.2.3. KỸ THUẬT ĐA TRUY NHẬP ................................................................... 51
1.2.3.1. Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) ........................................ 52
1.2.3.1.1. FDM/FM/FDMA ............................................................................ 53
1.2.3.1.2. TDM/PSK/FDMA .......................................................................... 53
1.2.3.1.3. SCPC/FDMA .................................................................................. 54
1.2.3.2. Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) ................................... 54
1.2.3.3. Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) ............................................ 56
1.2.3.4. Phương pháp đa truy nhập phân phối trước và đa truy nhập phân
phối theo yêu cầu.............................................................................................. 57
1.2.3.4.1. Đa truy nhập phân phối trước. ................................................... 57
1.2.3.4.2. Đa truy nhập phân phối theo yêu cầu. ............................................ 57
1.2.4. HỆ THỐNG TV GIA ĐÌNH, TVRO ........................................................... 57
1.2.4.1. Sơ đồ khối tổng quát của TVRO ........................................................... 57
1.2.4.2. Khối ngoài trời ..................................................................................... 58
1.2.4.3. Khối trong nhà cho TV tương tự (FM) ................................................. 59
1.2.4.4. Hệ thống TV anten chủ ......................................................................... 60

1.2.4.5. Hệ thống TV anten tập thể .................................................................... 61
1.2.5. CẤU HÌNH CỦA TRẠM MẶT ĐẤT. ........................................................ 62
1.2.6. TRUYỀN TÍN HIỆU TRUYỀN HÌNH QUA VỆ TINH ........................... 66
1.2.7. GÓC NGẨNG, GÓC PHƯƠNG VỊ VÀ GÓC PHÂN CỰC....................... 69
1.2.7.1. Góc ngẩng (e) ...................................................................................... 69
1.2.7.2. Góc phương vị [a] ................................................................................ 70
1.2.7.3. Góc phân cực: ........................................................................................ 70
PHẦN II ......................................................................................................................... 73
HỆ THỐNG THU TÍN HIỆU TRUYỀN HÌNH CHO KHÁCH SẠN TÂN BÌNH –
TP ĐỒNG HỚI - QUẢNG BÌNH ................................................................................ 73
2.1. YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG: ........................................................................... 73
2.1.1. Khảo sát các đặc điểm cần để thiết lập nơi thu. ........................................... 73
2.1.2. Yêu cầu cụ thể: ............................................................................................. 74
SVTH : Hồ Văn Hải

5

Lớp 48K - ĐTVT


Đồ án tốt nghiệp

Tính tốn, thiết kế truyền hình số vệ tinh

2.2. MƠ HÌNH THIẾT KẾ: ....................................................................................... 75
2.2.1. Khối thu thường gồm các thiết bị sau: ......................................................... 75
2.2.2. Khối phân phối bao gồm các thiết bị như: ................................................... 75
2.2.3. Phương án thực hiện .................................................................................... 76
2.3. TÍNH TỐN CỤ THỂ ....................................................................................... 81
2.3.1. Chọn và lắp đặt Anten .................................................................................. 81

2.3.2. Chọn bộ LNA và LNB ................................................................................. 82
2.3.3. Chọn máy thu TVRO: .................................................................................. 82
2.3.4. Chọn bộ Booter: ........................................................................................... 82
2.3.5. Chọn cable:................................................................................................... 82
2.3.6. Các loại Tap. ................................................................................................ 83
2.3.7. Tính tốn suy hao ......................................................................................... 83
2.3.8. Chọn máy khuếch đại công suất: ................................................................. 90
2.4. CHỌN VỊ TRÍ LẮP ĐẶT ................................................................................... 90
2.4.1. Khảo sát nơi thu tín hiệu .............................................................................. 90
2.4.2. Kế hoạch lắp đặt ........................................................................................... 91
2.5. BẢNG THỐNG KÊ THIẾT BỊ .......................................................................... 94
KẾT LUẬN ................................................................................................................... 95
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 96

SVTH : Hồ Văn Hải

6

Lớp 48K - ĐTVT


Đồ án tốt nghiệp

Tính tốn, thiết kế truyền hình số vệ tinh

DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 1.1. Ba dạng quỹ đạo cơ bản của vệ tinh .......... Error! Bookmark not defined.2
Hình 1.2. Cấu hình của hệ thống thơng tin vệ tinh .... Error! Bookmark not defined.5
Hình 1.3. Quy hoạch tần số và phân cực. .................. Error! Bookmark not defined.6
Hình 1.4. Các kênh của bộ phát đáp vệ tinh .............. Error! Bookmark not defined.8

Hình 1.5. Máy thu băng rộng vệ tinh ......................... Error! Bookmark not defined.9
Hình 1.6. Bộ phân kênh vào ........................................................................................ 20
Hình 1.7. Bộ khuếch đại đèn sóng chạy (TWTA) ....................................................... 21
Hình 1.8. Bộ ghép kênh đầu ra .................................. Error! Bookmark not defined.3
Hình 1.9. Anten loa hình chữ nhật ............................. Error! Bookmark not defined.4
Hình 1.10. Anten phản xạ .......................................... Error! Bookmark not defined.4
Hình 1.11. Sai lệch do đặt anten chưa đúng .............. Error! Bookmark not defined.7
Hình 1.12. Suy hao trong thiết bị phát và thu ............ Error! Bookmark not defined.7
Hình 1.13. Các nguồn tạp âm ảnh hưởng đến thông tin vệ tinhError! Bookmark not defined.9
Hình 1.14. Can nhiễu giữa viba và trạm mặt đất và vệ tinh ........................................ 32
Hình 1.15. Can nhiễu giữa các hệ thống thông tin vệ tinhError! Bookmark not defined.2
Hình 1.16. Đặc tính vào ra của TWT. ........................ Error! Bookmark not defined.3
Hình 1.17: Sơ đồ khối hệ thống thu truyền hình số ... Error! Bookmark not defined.5
Hình 1.18. Sơ đồ hệ thống Headend số ..................... Error! Bookmark not defined.6
Hình 1.19. Thu tín hiệu từ vệ tinh.............................. Error! Bookmark not defined.7
Hình 1.20. Thu tín hiệu truyền hình số mặt đất. ........ Error! Bookmark not defined.8
Hình 1.21. Thu tín hiệu các đài địa phương .............. Error! Bookmark not defined.8
Hình 1.22. Sơ đồ chịm sao của 16-QAM.................. Error! Bookmark not defined.5
Hình 1.23. a) Cấu hình bộ điều chế Q-PSK. .............. Error! Bookmark not defined.7
b) Cấu hình bộ giải điều chế Q-PSK. ...... Error! Bookmark not defined.7
c) Biểu đồ sao tín hiệu. ............................ Error! Bookmark not defined.7
Hình 1.24. Kỹ thuật đa truy nhập FDMA, TDMA và CDMA. ................................... 50
Hình 1.25. So sánh giữa khái niệm ghép kênh và đa truy nhập .................................. 51
Hình 1.26. FDMA. ....................................................................................................... 51
Hình 1.27. Các cấu hình truyền dẫn FDMA. ............................................................... 52
a) FDM/FM/FDMA; b) TDM/PSK/FDMA; c) SCPC/FDMA .................................... 52
Hình 1.28. Đa truy nhập phân chia theo thời gian ..... Error! Bookmark not defined.2
Hình 1.29. Sơ đồ khối đầu cuối thu thu DBS TV/FM gia đìnhError! Bookmark not defined.7
SVTH : Hồ Văn Hải

7

Lớp 48K - ĐTVT


Đồ án tốt nghiệp

Tính tốn, thiết kế truyền hình số vệ tinh

Hình 1.30. Cấu trúc hệ thống anten TV chủ (MATV)Error! Bookmark not defined.9

Hình 1.31. Cấu trúc khối trong nhà cho hệ thống TV anten tập thể (CATV)Error! Bookmark n
Hình 1.32. Các phần tử căn bản của một trạm mặt đất có dự phịng ........................... 60
Hình 1.33. Sơ đồ chi tiết của một trạm phát thu .......................................................... 61

Hình 1.34. Sự thay đổi pha trong tín hiệu điều chế pha vi sai tải tần.Error! Bookmark not defin
Hình 1.35. a) Bước nhảy tải tần cực đại. .................. Error! Bookmark not defined.5
b) Bước nhảy tại thời điểm tải tần có giá trị 0.Error! Bookmark not defined.5
c) Mật độ phổ của bước nhảy pha ........... Error! Bookmark not defined.5
Hình 1.36. a) Tín hiệu điều chế số. .......................... Error! Bookmark not defined.6
b) Tín hiệu điều chế theo loại A. ........... Error! Bookmark not defined.6
c) Tín hiệu điều chế theo loại B. ............ Error! Bookmark not defined.6
Hình 1.37. Góc ngẩng và góc nghiêng ..................... Error! Bookmark not defined.7

Hình 1.38. a) phân cực đứng b) phân cực ngang (c) phân cực dạng elipError! Bookmark not
Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lý khối thu ........................... Error! Bookmark not defined.4
Hình 2.2. Sơ đồ khối thiết kế khối thu TVRO ........... Error! Bookmark not defined.5
Hình 2.3. a) Cấu trúc hình xương cá. ......................... Error! Bookmark not defined.5
b) Cấu trúc hình cây. .................................. Error! Bookmark not defined.5
Hình 2.4. Mặt cắt ngang một tầng của khách sạn ...... Error! Bookmark not defined.9

Hình 2.5. Sơ đồ thiết kế hệ thống theo mặt cắt đứng Error! Bookmark not defined.7
Hình 2.6. Hệ thống cáp tồn bộ khách sạn ................ Error! Bookmark not defined.8

DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Đồ thị biểu diễn suy hao do mưa và do tầng điện ly theo tần số ............. 12
Bảng 1.2. Tần số sử dụng trong thông tin vệ tinh ..................................................... 14
Bảng 1.3. Giá trị góc ngẫng và góc nghiêng ............................................................. 67
Bảng 2.1. Kích thước Anten ...................................................................................... 79
Bảng 2.2. Mức suy hao của các loại cáp ................................................................... 80
Bảng 2.3. Thông số các loại Tap cơ bản ................................................................... 81
Bảng 2.4. Mức suy hao của khách sạn ..................................................................... 88
Bảng 2.5. Thống kê thiết bị ....................................................................................... 92

SVTH : Hồ Văn Hải

8

Lớp 48K - ĐTVT


Đồ án tốt nghiệp

Tính tốn, thiết kế truyền hình số vệ tinh

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
AM

Amplitude Modulation

Điều chế biên độ

ASK

Amplication Shift Key

Khóa dịch chuyển về biên độ

ATM

Asynchronous Transfer Mode

Phương thức chuyển tải khơng đồng
bộ

CATV

Community Antenna Television

Truyền hình cáp

CDMA

Code Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo mã

DM

Delta Modulation

Dùng nhiều trong truyền số liệu

DPCM

Differential Pulse-Code Modulation

Điều chế xung mã vi sai

DSB

Double Side Band

Điều chế sóng biên

DTH

Direct-To-Home

Dịch vụ truyền hình vệ tinh

DVB

Digital Video Broadcasting

Truyền hình số quảng bá

EIRP

Effective Isotropic Radiated Power

Cơng suất bức xạ đẳng hướng hiệu
dụng

FDMA

Frequency Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo tần số

FFT

Fast Fourier Transform

Biến đổi furie nhanh

FM

Frequency Modulation

Điều chế tần số

FSK

Frequency Shift Key

Khóa dịch chuyển về tần số

FSS

Fixed Satellite Service

Dịch vụ vệ tinh cố định

HFC

Hybrid Fiber/Coax

Cáp quang/ đồng trục hỗn hợp

IDU

Indoor Unit

Cấu kiện của VSAT đặt trong nhà

IMUX

Inverse Multiplexer

Bộ ghép kênh nghịch đảo

LNA

Low noise Amplifiers

Các bộ khuếch đại có mức nhiễu thấp

LNB

Low Noise Block Converter

Bộ chuyển đổi khối có mức nhiễu
thấp

MATV

Master Antenna Television

Truyền hình Anten chung

MPEG

Motion Picture Experts Group

Nhóm chun gia hình ảnh động

NTSC

National Television System

Ủy ban quốc gia và các hệ thống

Commitee

truyền hình

Outdoor Unit

Cấu kiện của VSAT đặt ngoài nhà

ODU
SVTH : Hồ Văn Hải

9

Lớp 48K - ĐTVT


Đồ án tốt nghiệp

Tính tốn, thiết kế truyền hình số vệ tinh

PAM

Pulse Amplitude Modulation

Điều chế biên độ của xung

PCM

Pulse Code Modulation

Điều chế xung mã

PFM

Pulse Frequency Modulation

Điều chế tần số của xung

PM

Phare Modulation

Điều chế pha

PPM

Pulse Phare Modulation

Điều chế pha của xung

PSK

Phare Shift Key

Khóa dịch chuyển về pha

PWM

Pulse Width Modulation

Điều chế độ rộng của xung

QAM

Quadrature Amplitude Modulation

Điều chế biên độ cầu phương

RF

Radio Frequency

Tần số vơ tuyến

SCPC

Single-Channel-Per-Carrier

Mỗi kênh một sóng mang

SDH

Synchronous Digital Hierarchy

Phân cấp mạng số đồng bộ

SHF

Super High Frequency

Tần số siêu cao

SHF

Super High Frequency

Băng tần siêu cao

SNMP Simple Network Management Protocol

Giao thức quản lý mạng đơn giản

SNR

Signal-To-Noise Ratio

Tỉ số tín hiệu trên tạp âm

SSB

Single Side Band

Điều chế đơn biên

TDM

Time Division Multiplex

Ghép kênh phân chia theo thời gian

TDMA

Time Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo thời gian

TS

Transport Stream

Dòng chuyền tải

UT

User Terminal

Trạm vệ tinh thuê bao

XMTR

Transmitter

Máy phát

SVTH : Hồ Văn Hải

10

Lớp 48K - ĐTVT


Đồ án tốt nghiệp

Tính tốn, thiết kế truyền hình số vệ tinh

PHẦN I
LÝ THUYẾT CHUNG
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN VỆ TINH

1.1.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA THÔNG TIN VỆ TINH
Vào cuối thế kỷ 19, nhà bác học Nga Tsiolkovsky (1857-1035) đã đưa ra các khái
niệm cơ bản về tên lửa đẩy dùng nhiên liệu lỏng. Ông cũng đưa ra ý tưởng về tên lửa
đẩy nhiều tầng, các tàu vũ trụ có người điều khiển dùng để thăm dị vũ trụ.
Năm 1926 Robert Hutchinson Goddard thử nghiệm thành công tên lửa đẩy dùng
nhiên liệu lỏng.
Tháng 5 năm 1945 Arthur Clarke nhà vật lý nổi tiếng người Anh đồng thời là tác
giả của mơ hình viễn tưởng thơng tin tồn cầu, đã đưa ra ý tưởng sử dụng một hệ thống
gồm 3 vệ tinh địa tĩnh dùng để phát thanh quảng bá trên toàn thế giới.
Tháng 10 / 1957 lần đầu tiên trên thế giới, Liên Xơ phóng thành cơng vệ tinh nhân
tạo SPUTNIK - 1. Đánh dấu một kỷ nguyên về TTVT.
Năm 1958 bức điện đầu tiên được phát qua vệ tinh SCORE của Mỹ.
Năm 1964 thành lập tổ chức TTVT quốc tế INTELSAT.
Năm 1965 ra đời hệ thống TTVT thương mại đầu tiên INTELSAT-1 với tên
gọi Early Bird.
Năm 1971 thành lập tổ chức TTVT quốc tế INTERSPUTNIK gồm Liên Xô và 9
nước XHCN.
Năm 1972-1976 Canada, Mỹ, Liên Xô và Indonesia sử dụng vệ tinh cho thông
tin nội địa.
Năm 1979 thành lập tổ chức thông tin hàng hải quốc tế qua vệ tinh INMARSAT.
Năm 1984 Nhật bản đưa vào sử dụng hệ thống truyền hình trực tiếp qua vệ tinh.
Năm 1987 Thử nghiệm thành công vệ tinh phục vụ cho thông tin di động qua vệ tinh.

SVTH : Hồ Văn Hải

11

Lớp 48K - ĐTVT

Đồ án tốt nghiệp

Tính tốn, thiết kế truyền hình số vệ tinh

Thời kỳ những năm 1999 đến nay, ra đời ý tưởng và hình thành những hệ thống
thơng tin di động và thơng tin băng rộng tồn cầu sử dụng vệ tinh. Các hệ thống điển
hình như GLOBAL STAR, IRIDIUM, ICO, SKYBRIGDE, TELEDESIC.
1.1.2. CÁC ĐỊNH LUẬT KEPLER
Các vệ tinh quay quanh trái đất tuân theo cùng các định luật điều khiển sự chuyển
động của các hành tinh xung quanh mặt trời. Từ lâu dựa trên các quan trắc kỹ lưỡng
người ta đã hiểu được sự chuyển động của các hành tinh. Từ các quan trắc này,
Johannes Kepler (1571-1630) đã rút ra bằng thực nghiệm ba định luật mô tả chuyển
động hành tinh. Tổng quát các định luật Kepler có thể áp dụng cho hai vật thể bất kỳ
trong không gian tương tác với nhau qua lực hấp dẫn. Vật thể có khối lượng lớn hơn
trong hai vật thể được gọi là sơ cấp còn vật thể thứ hai được gọi là vệ tinh.
1.1.2.1. Định luật Kepler thứ nhất
Vệ tinh chuyển động vòng quanh trái đất theo một quỹ đạo Ellip với tâm trái đất
nằm ở một trong hai tiêu điểm của Ellip. Điểm xa nhất của quỹ đạo so với tâm trái đất
nằm ở phía của tiêu điểm thứ hai, được gọi là viễn điểm còn điểm gần nhất của quỹ đạo
được gọi là cận điểm.
1.1.2.2. Định luật Kepler thứ hai
Vệ tinh chuyển động theo một quỹ đạo với vận tốc thay đổi sao cho đường nối
giữa tâm trái đất và vệ tinh sẽ quét các diện tích bằng nhau khi vệ tinh chuyển động
trong cùng một thời gian như nhau.
1.1.2.3. Định luật Kepler thứ ba
Bình phương của chu kỳ quay tỷ lệ thuận với luỹ thừa bậc ba của bán trục lớn của
quỹ đạo Ellip.
1.1.3. ĐẶC ĐIỂM CỦA THÔNG TIN VỆ TINH
1.1.3.1 Ưu điểm của thông tin vệ tinh
Trong thời đại hiện nay, thông tin vệ tinh được phát triển và phổ biến nhanh chóng vì

nhiều lý do khác nhau. Các ưu điểm chính của thơng tin vệ tinh so với các phương tiện thông
tin dưới biển và trên mặt đất như hệ thống cáp quang và hệ thống chuyển tiếp viba số là:
- Có khả năng đa truy nhập.
SVTH : Hồ Văn Hải

12

Lớp 48K - ĐTVT


Đồ án tốt nghiệp

Tính tốn, thiết kế truyền hình số vệ tinh

- Vùng phủ sóng rộng.
- Ổn định cao, chất lượng và khả năng đáp ứng cao về thông tin băng rộng.
- Có thể ứng dụng cho thơng tin di động.
- Hiệu quã kinh tế cao trong thông tin cự ly lớn.
Sóng vơ tuyến điện phát đi từ một vệ tinh ở quỹ đạo địa tĩnh có thể bao phủ hơn
1/3 toàn bộ bề mặt trái đất, nên những trạm mặt đất đặt trong vùng đó có thể thơng tin
trực tiếp với bất kỳ một trạm mặt đất khác trong vùng qua một vệ tinh thông tin.
Kỹ thuật sử dụng một vệ tinh chung cho nhiều trạm mặt đất và việc tăng hiệu qủa
sử dụng của nó tới cực đại được gọi là đa truy nhập. Nói cách khác đa truy nhập là
phương pháp dùng một bộ phát đáp trên một vệ tinh chung cho nhiều trạm mặt đất.
1.1.3.2. Các quỹ đạo vệ tinh
Quỹ đạo
elip
nghiêng
Quỹ đạo
xích đạo

Quỹ đạo
cực trịn

Hình 1.1 Ba dạng quỹ đạo cơ bản của vệ tinh.

1.1.3.2.1. Qũy đạo cực tròn
Ưu điểm của dạng qũy đạo này là mỗi điểm trên mặt đất đều nhìn thấy vệ tinh
thơng qua một qũy đạo nhất định, việc phủ sóng tồn cầu của dạng qũy đạo này đạt
được vì qũy đạo bay của vệ tinh sẽ lần lượt quét tất cả các vị trí trên mặt đất. Dạng qũy
đạo này được sử dụng cho các vệ tinh dự báo thời tiết, hàng hải, thăm dò tài nguyên và
các vệ tinh do thám, không thông dụng cho truyền thông tin.
1.1.3.2.2. Qũy đạo xích đạo trịn
Đối với dạng qũy đạo này, vệ tinh bay trên mặt phẳng đường xích đạo và là
dạng qũy đạo được dùng cho vệ tinh địa tĩnh, nếu vệ tinh bay ở một độ cao đúng thì
dạng qũy đạo này sẽ lý tưởng đối với các vệ tinh thông tin.

SVTH : Hồ Văn Hải

13

Lớp 48K - ĐTVT


Đồ án tốt nghiệp

Tính tốn, thiết kế truyền hình số vệ tinh

Quỹ đạo đĩa tĩnh GEO (Geostationalry Earth Orbit)
Nếu ba vệ tinh địa tĩnh được đặt ở cách đều nhau bên trên xích đạo thì có thể thiết
lập thơng tin liên kết giữa các vùng trên trái đất bằng cách chuyển tiếp qua một hoặc hai

vệ tinh. Điều này cho phép xây dựng một mạng thơng tin trên tồn thế giới.
1.1.3.2.3. Qũy đạo elip nghiêng
Ưu điểm của loại qũy đạo này là vệ tinh có thể đạt đến các vùng mà các vệ tinh địa
tĩnh không thể đạt tới. Tuy nhiên qũy đạo elip nghiêng có nhược điểm là hiệu ứng
Doppler lớn và vấn đề điều khiển bám đuổi vệ tinh phải ở mức cao.
Ngồi ra người ta cịn có 2 loai qũy đạo khác:
1.1.3.2.4. Qũy đạo thấp LEO (Low Earth Orbit)
Độ cao điển hình của dạng qũy đạo này là 160 đến 480 km, nó có chu kỳ 90phút.
Sự gần kề của các vệ tinh LEO có thuận lợi là thời gian để dữ liệu phát đi đến vệ tinh và
đi về là rất ngắn. Do khả năng thực hiện nhanh của nó, tác dụng tiếp sức tương hỗ tồn
cầu giữa các mạng và loại hình hội thoại vơ tuyến truyền hình sẽ có hiệu qũa và hấp dẫn
hơn. Nhưng hệ thống LEO địi hỏi phải có khoảng 60 vệ tinh loại này mới bao trùm hết
bề mặt địa cầu.
1.1.3.2.5. Qũy đạo trung bình MEO (Medium Earth Orbit)
Vệ tinh MEO ở độ cao từ 10.000 km đến 20.000 km, chu kỳ của qũy đạo là 5 đến
12 giờ, thời gian quan sát vệ tinh từ 2 đến 4 giờ. Ứng dụng cho thông tin di động hay
thông tin radio. Hệ thống MEO cần khoảng 12 vệ tinh để phủ sóng tồn cầu.
1.1.4. TẦN SỐ LÀM VIỆC CỦA THƠNG TIN VỆ TINH
1.1.4.1. Khái niệm của sổ vô tuyến
Bảng 1.1. Đồ thị biểu dễn suy hao do mưa và do tầng điện ly theo tần số.
100

Suy hao (dB)

50

Suy hao do mưa 25mm/h

Suy hao do
tầng điện ly

10
5
1
0,1

Cửa sổ tần số
0,5

SVTH : Hồ Văn Hải

1

5

10
Tần số (GHz)
14

50

100

Lớp 48K - ĐTVT


Đồ án tốt nghiệp

Tính tốn, thiết kế truyền hình số vệ tinh

Các sóng vơ tuyến điện truyền đến hay đi từ các vệ tinh thông tin chịu ảnh hưởng của
tầng điện ly và khí quyển. Tầng điện ly là một lớp khí lỗng bị ion hố bởi các tia vũ trụ,
có độ cao từ 60km đến 400km so với mặt đất, lớp mang điện này có tính chất hấp thụ và
phản xạ sóng. Do các biến đổi trạng thái của tầng điện ly, làm giá trị hấp thụ và phản xạ
thay đổi gây ra sự biến thiên cường độ sóng đi vào, gọi là sự thăng giáng. Tuy nhiên tính
chất này ảnh hưởng chủ yếu đối với băng tần thấp, khi tần số càng cao ảnh hưởng của tầng
điện ly càng ít, các tần số ở băng sóng viba (1GHz) hầu như không bị ảnh hưởng của tầng
điện ly. Khi tần số >10GHz thì cần tính tốn suy hao do mưa như bảng 1.1.
Từ hình vẽ ta thấy các tần số nằm trong khoảng giữa 1GHz và 10GHz thì suy hao
kết hợp do tầng điện ly và mưa nhỏ là không đáng kể, do vậy băng tần này được gọi là
"cửa sổ tần số". Lúc đó nếu sóng nằm trong cửa sổ vơ tuyến thì suy hao truyền dẫn có
thể được xem gần đúng là suy hao không gian tự do. Vì vậy, cho phép thiết lập các
đường thơng tin vệ tinh ổn định, nhưng phải lưu ý đến sự can nhiễu với các đường
thông tin viba trên mặt đất vì các sóng trong thơng tin viba cũng sử dụng tần số nằm
trong cửa sổ này. Ngoài ra, khi mưa lớn thì suy hao do mưa trong cửa sổ tần số cần phải
được tính tốn, xem xét thêm để kết quả tính tốn có độ chính xác cao hơn.
1.1.4.2. Phân định tần số.
Phân định tần số cho các dịch vụ vệ tinh là một q trình rất phức tạp địi hỏi sự
cộng tác quốc tế và có quy hoạch. Phân định tần được thực hiện dưới sự bảo trợ của
Liên đồn viễn thơng quốc tế (ITU). Để tiện cho việc quy hoạch tần số, toàn thế giới
được chia thành ba vùng:
Vùng 1: Châu Âu, Châu Phi, Liên xô cũ và Mông Cổ.
Vùng 2: Bắc Mỹ, Nam Mỹ và Đảo Xanh.
Vùng 3: Châu Á (trừ vùng 1), Úc và Tây nam Thái Bình Dương, trong đó có cả Việt Nam.
Trong các vùng này băng tần được phân định cho các dịch vụ vệ tinh khác nhau,
mặc dù một dịch vụ có thể được cấp phát các băng tần khác nhau ở các vùng khác nhau.
1.1.4.3. Tần số sử dụng trong thông tin vệ tinh
Các tần số sử dụng trong thông tin vệ tinh nằm trong băng tần siêu cao SHF (Super
High Frequency) từ 3 đến 30 GHz, trong phổ tần số sử dụng cho vệ tinh người ta còn
chia các băng tần nhỏ với phạm vi của dãy phổ như sau:

SVTH : Hồ Văn Hải

15

Lớp 48K - ĐTVT


Đồ án tốt nghiệp

Tính tốn, thiết kế truyền hình số vệ tinh
Bảng 1.2. Tần số sử dụng trong thông tin vệ tinh.

Băng

Tần số (GHz)

Bước sóng (cm)

C

3,400  7,075

8,82  4,41

X

7,025  8,425

4,41  3,56

Ku

10,90  18,10

2,75  1,66

Ka

17,70  36,00

1,95  0,83

Hiện nay, băng C và băng Ku được sử dụng phổ biến nhất, băng C (4/6 GHz) nằm
ở khoảng giữa cửa sổ tần số, suy hao ít do mưa, trước đây được dùng cho các hệ thống
viba mặt đất. Sử dụng chung cho hệ thống Intelsat và các hệ thống khác bao gồm các hệ
thống vệ tinh khu vực và nhiều hệ thống vệ tinh nội địa. Băng Ku (12/14 và 11/14
GHz), được sử dụng rộng rãi tiếp sau băng C cho viễn thông công cộng, dùng nhiều cho
thông tin nội địa và thông tin giữa các công ty. Do tần số cao nên cho phép sử dụng
những anten có kích thước nhỏ, nhưng cũng vì tần số cao nên tín hiệu ở băng Ku bị hấp
thụ lớn do mưa.
Băng Ka (20/30 GHz) lần đầu tiên sử dụng cho thông tin thương mại qua vệ tinh
Sakura của Nhật, cho phép sử dụng các trạm mặt đất nhỏ và hoàn tồn khơng gây nhiễu
cho các hệ thống viba. Tuy nhiên băng Ka suy hao đáng kể do mưa nên không phù hợp
cho thơng tin chất lượng cao.
1.1.5. CẤU HÌNH HỆ THỐNG THƠNG TIN VỆ TINH
Một hệ thống thơng tin vệ tinh bao gồm hai phần cơ bản:
 Phần trên không là vệ tinh và các thiết bị liên quan.
 Phần mặt đất bao gồm các trạm mặt đất .

Đường xuống
4GHz(11GHz)

Đường lên
6GHz(14GHz)

Điều
chế

Nâng
tần

Khuếch đại
cơng suất

Khuếch đại
tạp âm thấp

Hạ
tần

Giải
điều chế

Hình 1.2. Liên lạc giữa hai trạm mặt đất qua vệ tinh.
SVTH : Hồ Văn Hải

16

Lớp 48K - ĐTVT

Đồ án tốt nghiệp

Tính tốn, thiết kế truyền hình số vệ tinh

Trong đó vệ tinh đóng vai trị lặp lại tín hiệu truyền giữa các trạm mặt đất, thực
chất kỹ thuật thông tin vệ tinh là kỹ thuật truyền dẫn mà trong đó mơi trường truyền dẫn
là khơng gian vũ trụ với khoảng cách đường truyền khá dài. Tại đây ta cũng gặp lại một
số vấn đề đối với một bài tốn truyền dẫn, đó là các vấn đề điều chế tạp âm và nhiễu
đường truyền, đồng bộ giữa hai đầu thu phát.
Đường hướng từ trạm mặt đất phát đến vệ tinh được gọi là đường lên (Up link) và
đường từ vệ tinh đến trạm mặt đất thu gọi là đường xuống (Down link). Hầu hết, các tần
số trong khoảng 6GHz hoặc 14GHz được dùng cho đường lên và tần số khoảng 4GHz
hoặc 11GHz cho đường xuống.
Tại đầu phát, thông tin nhận từ mạng nguồn (có thể là kênh thoại, truyền hình quảng
bá, truyền số liệu ...) sẽ được dùng để điều chế một sóng mang trung tần IF. Sau đó tín hiệu
này được đưa qua bộ chuyển đổi nâng tần (Up Converter) cho ra tần số cao hơn RF (Radio
Frequency). Tín hiệu RF này được khuếch đại ở bộ khuếch đại công suất cao HPA (High
Power Amplifier) rồi được bức xạ ra không gian lên vệ tinh qua anten phát. Tại vệ tinh, tín
hiệu nhận được qua anten sẽ được khuếch đại và chuyển đổi tần số xuống (Down Converter),
sau đó được khuếch đại cơng suất rồi được phát trở lại trạm mặt đất. Ở trạm mặt đất thu, tín
hiệu thu được qua anten được khuếch đại bởi bộ khuếch đại tạp âm thấp LNA (Low Noise
Amplifier). Sau đó được chuyển đổi tần số xuống trung tần qua bộ chuyển đổi hạ tần (Down
Converter) và cuối cùng được giải điều chế khơi phục lại tín hiệu băng gốc.
1.1.5.1. Phân hệ thông tin
a) Bộ phát đáp
Bộ phát đáp bao gồm tập hợp các khối nối với nhau để tạo nên một kênh thông tin
duy nhất giữa anten thu và anten phát trên vệ tinh thơng tin.
500

4

36

Phân cực đứng
6105

6085

6125

6145

6185

6165

Phân cực ngang

Hình 1.3. Quy hoạch tần số và phân cực
SVTH : Hồ Văn Hải

17

Lớp 48K - ĐTVT


Đồ án tốt nghiệp

Tính tốn, thiết kế truyền hình số vệ tinh

Trước khi trình bầy chi tiết các khối khác nhau của bộ phát đáp, ta sẽ xét ngắn gọn
tổ chức tần số cho thông tin vệ tinh băng C. Băng thông ấn định cho dịch vụ băng C là
500 MHz và băng thông này được chia thành các băng con, mỗi băng con dành cho một
bộ phát đáp. Độ rộng băng tần thông thường của bộ phát đáp là 36 MHz với đoạn băng
bảo vệ giữa các bộ phát đáp là 4MHz. Vì thế băng tần 500 MHz có thể đảm bảo cho 12
bộ phát đáp. Bằng cách ly phân cực, ta có thể tăng số bộ phát đáp lên hai lần. Cách ly
phân cực cho phép sử dụng cùng một tần số nhưng với phân cực ngược chiều nhau cho
hai bộ phát đáp. Để thu được kênh của mình, các anten thu phải có phân cực trùng với
phân cực phát của kênh tương ứng. Đối với phân cực tuyến tính, ta có thể cách ly phân
cực bằng phân cực đứng và phân cực ngang. Đối với phân cực tròn, cách lý phân cực
nhận được bằng cách sử dụng phân cực tròn tay phải và phân cực tròn tay trái. Vì các
sóng mang với phân cực đối nhau có thể chồng lấn lên nhau, nên kỹ thuật này được gọi
là tái sử dụng tần số.
Cũng có thể tái sử dụng tần số bằng các anten búp hẹp, và phương thức này có thể
kết hợp với tái sử dụng theo phân cực để cung cấp độ rộng băng tần hiệu dụng 2000
MHz trên cơ sở độ rộng thực tế 500 MHz.
Đối với một trong số các nhóm phân cực, hình 1.3 cho thấy chi tiết hơn sơ đồ
phân kênh cho 12 bộ phát đáp. Dải tần thu hay dải tần đường lên là 5,925 đến 6,425
GHz. Các sóng mang có thể được thu trên một hay nhiều anten đồng phân cực. Bộ lọc
vào cho qua toàn bộ băng tần 500MHz đến máy thu chung và loại bỏ tạp âm cùng với
nhiễu ngồi băng (nhiễu này có thể gây ra do các tín hiệu ảnh). Trong dải thơng
500MHz này có thể có rất nhiều sóng mang được điều chế và tất cả các sóng mang này
đều được khuyếch đại, biến đổi tần số trong máy thu chung. Biến đổi tần số chuyển
các sóng mang này vào băng tần số đường xuống 3,7 đến 4,2 MHz với độ rộng 500
MHz. Sau đó các tín hiệu được phân kênh vào các độ rộng băng tần của từng bộ phát
đáp. Thông thường độ rộng băng tần cấp cho mỗi bộ phát đáp là 36 MHz với đoạn
băng bảo vệ 4 MHz, vì thế 500MHz có thể đảm bảo kênh cho 12 bộ phát đáp. Bộ phát
đáp có thể xử lý một sóng mang được điều chế như tín hiệu TV chẳng hạn hay có thể
xử lý nhiều sóng mang đồng thời với mỗi sóng mang được điều chế bởi tín hiệu điện

thoại hay kênh băng gốc nào đó.

SVTH : Hồ Văn Hải

18

Lớp 48K - ĐTVT


Đồ án tốt nghiệp

Tính tốn, thiết kế truyền hình số vệ tinh

Bộ ghép kênh
đầu vào
1
2
Bộ lọc
3
băng thông
4
5
Máy thu
6
băng rộng
7
5,9253,7 8
Từ anten thu
9
6,425 GHz

4,2GHz
10
11
12

Các khối
khuếch đại
công suất
3,720
3,760
3,800
3,840
3,880
3,920
3,960
4.000
4.040
4.080
4,120
4,160

Bộ ghép kênh
đầu ra

Đến anten phát
3,7-4,2 GHz

Hình 1.4. Các kênh của bộ phát đáp vệ tinh
b) Máy thu băng rộng
Sơ đồ khối của máy thu băng rộng được cho ở hình 1.5. Máy thu có dự phịng kép

để đề phịng trường hợp sự cố. Bình thường chỉ có máy thu cơng tác được sử dụng, khi
có sự cố máy thu thứ hai được tự động chuyển vào thay thế.
Tầng đầu của máy thu là bộ khuếch đại tạp âm nhỏ (LNA:low noise amplifier). Bộ
khuếch đại này chỉ gây thêm một ít tạp âm cho sóng mang được khuếch đại, nhưng vẫn đảm
bảo đủ khuếch đại sóng mang để nó có thể vượt qua được mức tạp âm cao hơn trong tầng trộn
tiếp sau. Khi tính toán tạp âm do bộ khuếch đại gây ra, để tiện lơi ta thường quy đổi tất cả các
mức tạp âm vào đầu vào LNA, ở đây tổng tạp âm thu có thể được biểu diễn vào nhiệt độ tạp
âm tương đương. Trong một máy thu được thiết kế tốt, nhiệt độ tạp âm được quy đổi vào đầu
vào LNA thường có giá trì gần bằng tạp âm của riêng LNA. Tổng nhiệt độ tạp âm phải bao
gồm: tạp âm từ anten. Nhiệt độ tạp âm tương đương của anten có thể lên đến vài trăm K.
LNA tiếp tín hiệu cho một tầng trộn. Tầng này cần có tín hiệu dao động nội để biến
đổi tần số. Cơng suất tín hiệu cấp từ bộ dao động nội cho đầu vào bộ trộn khoảng
10dBm. Tần số của bộ dao động nội phải rất ổn định và có ít tạp âm. Bộ khuếch đại thứ
hai sau tầng trộn có nhiêm vụ đảm bảo hệ số khuếch đại vào khoảng 60 dB. Các mức tín
hiệu so với đầu vào trên hình vẽ được cho ở dB. Sự phân chia khuếch đại tại 6GHz và
4GHz để tránh dao động xẩy ra nếu khuếch đại quá lớn trên cùng một tần số.
Máy thu băng rộng chỉ sử dụng các thiết bị tích cực bán dẫn. Trong một số thiết kế,
các bộ khuếch đại diode tunnel được sử dụng cho tiền khuếch đại tại 6GHz trong các bộ
phát đáp 6/4-GHz và cho các bộ khuếch đại thông số tại 14 GHz trong các bộ phát đáp
14/12-GHz. Với sự tiến bộ của công nghệ Transitor trường (FET), cac bộ khuếch đại FET
đảm bảo hiệu năng ngang bằng hoặc tốt hơn hiện đã được sử dụng trong cả hai băng tần.

SVTH : Hồ Văn Hải

19

Lớp 48K - ĐTVT


Đồ án tốt nghiệp

Tính tốn, thiết kế truyền hình số vệ tinh

Các tầng trộn diode được sử dụng. Bộ khuếch đại sau bộ trộn có thể sử dụng các transistor
tiếp giáp lưỡng cực (BJT) tại 4GHz và FET tại 12 GHz hay FET cho cả hai băng
Máy thu dự phòng

Bộ tiền
khuếch
đại
- 1.5 dB

Bộ
trộn

Bộ
khuếch đại
23 dB

28.5 dB

Đến bộ
phận kênh
60 dB

Bộ tạo dao
động 2.225
GHz

Hình 1.5. Máy thu băng rộng vệ tinh

c) Bộ phân kênh đầu vào.
Máy thu là thiết bị băng rộng, trong khi đó để khuếch đại tín hiệu tới cơng suất đủ
lớn cho đường xuống phải sử dụng các bộ khuếch đại công suất cao. Do vậy, để giảm
hài xuyên điều chế băng thông của bộ phát đáp phải chia băng tần thành các băng con.


Nhiệm vụ: Bộ phân kênh vào phân chia đầu vào băng rộng (3,7-4,2 GHz)

thành các kênh tần số của bộ phát đáp. Chẳng hạn, trên hình 1.4 các kênh này được
đánh số từ 1 đến 12. Các kênh này thường được tổ chức thành các nhóm số chẵn và số
lẻ. Việc tổ chức này cho phép tăng thêm phân cách kênh và giảm nhiễu giữa các kênh
lân cận trong một nhóm.


Yêu cầu: Tại tần số trung tâm đặc tuyến cộng hưởng của bộ lọc không được

thay đổi trong suốt quá trình vệ tinh hoạt động. Do vậy, các hốc cộng hưởng phải làm
bằng vật liệu chịu nhiệt, có hệ số dãn nở nhỏ, độ dẫn tốt.


Cấu hình: Bao gồm các bộ Circulator (xoay vịng) và các bộ lọc băng dải,

chính các bộ lọc băng dải này quy định băng thông của bộ phát đáp. Trong hình dưới,
các kênh được tổ chức thành hai nhóm chẵn và lẻ. Sử dụng một bộ lai ghép (Hybrid) để
chia thành hai phần dùng chung công suất đầu ra máy thu. Suy hao tín hiệu trong bộ
phân kênh đầu ra phụ thuộc vào số lần tín hiệu đi qua bộ Circulator và số lần phản xạ tại
bộ lọc thông dải. Do vậy, suy hao tín hiệu đối với các kênh khác nhau là khác nhau và
SVTH : Hồ Văn Hải

20

Lớp 48K - ĐTVT


Đồ án tốt nghiệp

Tính tốn, thiết kế truyền hình số vệ tinh

đạt giá trị cực đại tại kênh xa đầu vào của bộ IMUX nhất. Bằng cách phân chia bộ
IMUX thành nhiều phần, trong đó mỗi phần hỗ trợ một số kênh có thể làm giảm chênh
lệch suy hao giữa các kênh.
1

Kết cuối phối kháng

2
3
4
5
6
Máy thu
dự phịng

Máy thu
cơng tác

Gép 3dB

7
8

9
10
11
12

Kết cuối phối kháng

Hình 1.6. Bộ phân kênh vào
d) Các khối khuếch đại công suất
Đây là thuết bị quan trọng nhất của hệ thống phát đáp, bao gồm các bộ khuếch đại
công suất cao (HPA) để đảm bảo đầu ra cho từng bộ phát đáp.


Nhiệm vụ: Thực hiện cung cấp công suất theo yêu cầu cho đường xuống và

do đó xác định EIRP của mỗi kênh.


Yêu cầu: Khuếch đại phải bảo đảm tính chất tuyến tính để hạn chế tạp âm

xuyên điều chế phân bố tại đầu vào các trạm mặt đất. Ngồi ra cần có cấu hình dự
phịng vì nó dễ bị hỏng.


Giải pháp:

SVTH : Hồ Văn Hải

21

Lớp 48K - ĐTVT


Đồ án tốt nghiệp

Tính tốn, thiết kế truyền hình số vệ tinh

- Sử dụng các bộ tiền khuếch đại trước bộ HPA, do tín hiệu đầu vào máy thu sau
khi khuếch đại bị suy hao trong bộ IMUX không đủ lớn để điều khiển bộ HPA.
- Mắc các bộ suy hoa nối tiếp với bộ khuếch đại với hệ số suy hao được điều chỉnh
từ 0 đến vài dB và bước nhảy vài phần mười dB bằng lệnh từ TT&C mặt đất.
- Sử dụng các bộ cân bằng (hoạt động ở chế độ bảo hoà) để bù đặc tuyến biên độ
tần số và pha tần số của bộ HPA. (Nguyên lý làm việc của bộ cân bằng thực chất là làm
méo trước tín hiệu sao cho đặc tuyến biên độ tần số, pha tần số ngược với đặc tuyến trên
của bộ HPA.
Có hai loại HPA thường được sử dụng trên vệ tinh là bộ khuếch đại đèn sóng chạy
(TWTA) và bộ khuếch bán dẫn (SSPA).
Bộ khuếch đại đèn sóng chạy (TWTA)
Bộ khuếch đại đèn sóng chạy (TWTA) được sử dụng rộng rãi trong các bộ phát đáp
để đảm bảo công suất ra cần thiết cho anten phát. Sơ đồ đèn sóng chạy (TWT: travelling
wave tube) được cho trên hình 1.7. Trong đèn sóng chạy, súng tia điện tử gồm: sợi nung,
catốt và các điện cực hội tụ để để tạo ra chùm tia điện tử. Trường từ để giới hạn tia điện
tử truyền trong dây xoắn. Đối với TWT công suất cao hơn được sử dụng ở các trạm mặt
đất, trường từ có thể được tạo ra bởi cuộn cảm và được cấp dịng một chiều. Vì kích thước
khá lớn và tiêu thụ công suất cao nên cuộn cảm không thích hợp cho sử dụng trên vệ tinh,
ở đây các TWT công suất thấp hơn được sử dụng với hội tụ bằng nam châm từ.

Hình 1.7. Bộ khuếch đại đèn sóng chạy (TWTA)

SVTH : Hồ Văn Hải

22

Lớp 48K - ĐTVT


Đồ án tốt nghiệp

Tính tốn, thiết kế truyền hình số vệ tinh

Tín hiệu vơ tuyến cần khuếch đại được cấp cho dây xoắn tại đầu gần catốt nhất và
tạo ra ín hiệu sóng chạy dọc dây xoắn. Trường điện của sóng sẽ có thành phần dọc dây
xoắn. Trong một số vùng trường này sẽ giảm tốc các điện tử trong chùm tia và trong
một số vùng khác nó sẽ tăng ốc các điện tử trong chùm tia. Vì thế điện tự sẽ co cụm dọc
theo tia. Tốc độ trung bình của chùm ia dược xác định bởi điện áp một chiều trên
colector và có giá trị hơi lớn hơn tốc độ pha của sóng dọc dây xoắn. Trong điều kiện
này, sẽ xẩy ra sự chuyển đổi năng lượng: động năng trong chùm tia được biến thành thế
năng của sóng. Thực tế, sóng sẽ truyền dọc theo dây xoắn gần với tốc độ ánh sáng,
nhưng thành phần dọc trục của nó sẽ tương tác với chùm tia điện tử. Thành phần này
thấp hơn tốc độ ánh sáng một lượng bằng tỷ số giữa bước xoắn và chu vi. Vì sự giảm tốc
độ pha này, nên dây xoắn được gọi là cấu trúc sóng chậm.
Ưu điểm của bộ khuếch đại này so với các bộ khuếch đại đèn điện tử khác là nó có
thể đảm bảo khuếch đại trên một độ rộng băng tần khá rộng. Tuy nhiên cần điều chỉnh
cẩn thận mức vào TWT để giảm thiểu méo. Tại các mức công suất thấp, quan hệ giữa
đầu vào và đầu ra là tuyến tính, nghĩa là một thay đổi dB cho trước ở đầu vào sẽ gây ra
cùng một sự thay đổi dB ở đầu ra. Tại các mức công suất vào cao, cơng suất ra sẽ bị bão
hồ. Điểm cơng suất ra cực đại này được gọi là điểm bão hoà. Điểm bão hoà là một
điểm tham chuẩn tiện lợi và các đại lượng vào cùng với các đại lượng ra thường được
tham chuẩn theo điểm này. Vùng tuyến tính của TWT được định nghĩa là vùng giới hạn
bởi giới hạn tạp âm nhiệt ở đầu thấp và bởi điểm nén 1dB. Đây là điểm mà tại đó đường

cong truyền đạt thực tế thấp hơn đường thẳng suy diễn.
e) Ghép kênh đầu ra


Nhiệm vụ: Kết hợp tất cả các kênh sau khi đã được khuếch đại để đưa ra anten.



Yêu cầu: Không được làm tổn hao công suất của các bộ khuếch đại công suất

để không làm giảm công suất bức xạ của anten.


Giải pháp: Các bộ lọc đầu ra bộ khuếch đại công suất sẽ được ghép trực tiếp

lên ống dẫn sóng chung trong đố ống dẫn sóng được ngắn mạch tại đầu cuối và đầu kia
được nối với cổng tiếp sóng của anten.

SVTH : Hồ Văn Hải

23

Lớp 48K - ĐTVT


Đồ án tốt nghiệp

Tính tốn, thiết kế truyền hình số vệ tinh
Từ các HPA

Bộ lọc kênh 2

Bộ lọc kênh 4

Bộ lọc kênh 6

Bộ lọc kênh 8

Tới cổng tiếp
sóng của Anten

Điều hưởng
thích ứng với 1
bộ lọc băng tần

Ống dẫn sóng ngắn mạch

Bộ lọc kênh 1

Bộ lọc kênh 3

Bộ lọc kênh 5

Bộ lọc kênh 7

Điều hưởng
thích ứng với 8
bộ lọc băng tần

Ngắn mach

Từ các HPA

Hình 1.8. Bộ ghép kênh đầu ra
1.1.5.2. Phân hê Anten
Anten trên vệ tinh thực hiện chức năng kép: Thu đường lên và phát đường xuống.
Chúng có nhiều loại: từ các anten dipole có đặc tính vơ hướng đến các anten tính hướng
cao phục vụ cho viễn thơng, chuyển tiếp truyền hình và phát quảng bá.


Các chức năng chính của anten trên vệ tinh :

- Lựa chọn sóng vơ tuyến được phát đi trong băng tần đã cho với phân cực đã cho
từ các trạm mặt đất nằm trong vùng phủ sóng của vệ tinh.
- Phát sóng vơ tuyến ở băng tần và phân cực đã cho lên khu vực đã quy định trên mặt đất.


Yêu cầu :

- Thu can nhiễu càng nhỏ càng tốt.
- Phát công suất nhỏ nhất ra ngồi vùng quy định.
Các loại anten
Để có được các vùng phủ sóng khác nhau anten trên vệ tinh thường sử dụng hai
loại chính anten loa và anten mặt phản xạ với các bộ chiếu xạ khác nhau được tiếp sóng
theo các phương pháp khác nhau.
a) Anten loa: Có ưu diểm độ tin cậy và đơn giản nhưng tính hướng kém nên được
sử dụng để phủ sóng với búp sóng tồn cầu.
Hệ số tính hướng được tính theo cơng thức: D = 4pSν/λ2
Trong đó: S là diện tích của miệng loa
ν là hiệu suất sử dụng bề mặt bằng 0,6 ÷ 0,8.

SVTH : Hồ Văn Hải

24

Lớp 48K - ĐTVT