Giáo trình truyền hình số - Chương 3

Chia sẻ: Nguyễn Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:28

Thêm vào BST

Báo xấu

270
lượt xem 124
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

THU THẬP DỮ LIỆU QUAVỆ TINH ( Digital Satellite News Gathering) I. Trạm mặt đất (Earth Station) : I.1 Kinh tuyến và Vĩ tuyến Trái đất được chia ra thành các kinh tuyến và các vĩ tuyến để xác định vị trí địa lý của các quốc gia, lãnh thổ hay một vị trí địa lý cụ thể nào đó… Các đường kinh tuyến đều quy về hai cực Bắc – Nam và được chia thành 0 360 . Kinh độ gốc được chọn là đường đi qua Greenwich (Anh), nơi đặt đài thiên văn đầu tiên lớn nhất. Từ kinh độ...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình truyền hình số - Chương 3

THU THẬP DỮ LIỆU QUAVỆ TINH ( Digital Satellite News Gathering) I. Trạm mặt đất (Earth Station) : I.1 Kinh tuyến và Vĩ tuyến Trái đất được chia ra thành các kinh tuyến và các vĩ tuyến để xác định vị trí địa lý của các quốc gia, lãnh thổ hay một vị trí địa lý cụ thể nào đó… Các đường kinh tuyến đều quy về hai cực Bắc – Nam và được chia thành 0 360 . Kinh độ gốc được chọn là đường đi qua Greenwich (Anh), nơi đặt đài thiên văn đầu tiên lớn nhất. Từ kinh độ (00) về hướng đông bao gồm 1800 Đông và về hướng tây bao gồm 1800 Tây. Các đường vĩ tuyến đều cắt và ngang qua các đường kinh tuyến. Vĩ độ là đường xích đạo chia trái đất làm hai phần: bán cầu Bắc và bán cầu Nam. Vĩ độ 900 N lấy ở
địa cực Bắc (Bắc cực) và 900S lấy ở địa cực Nam (Nam cực). Các đường kinh tuyến và vĩ tuyến được mô tả như hình vẽ sau: 1600 1600 0 140 1400 Kinh tuyến 1200 1000 1200 1000 1000 Xích đạo 60 80 40 A 80 20 60 Vĩ tuyến O 60 200 40 40 20 20 O Hình 1.1 Kinh tuyến và Vĩ tuyến Việt Nam nằm ở tọa độ 80 240 vĩ Bắc và 10001100 kinh đông. Hà Nội là 21004 vĩ bắc và 105084 kinh đông. TP Hồ Chí Minh 10046 vĩ bắc và 10604 kinh đông. I.2 Địa cực và địa từ: Các đường kinh tuyến đều tập trung về hai địa cực nên gọi là Bắc và Nam địa lý. Còn la bàn sẽ chỉ hướng Bắc từ trường của quả đất nên gọi là Bắc địa từ. Do các trạm thu đều nằm trên các kinh tuyến và vĩ tuyến địa lý nên có sự khác biệt với hướng địa từ một góc, gọi là góc lệch. Góc lệch thay đổi theo vĩ tuyến và kinh tuyến, hay cụ thể hơn là nó tăng tỷ lệ với vĩ độ. Ví dụ với vĩ độ 50 750 thì góc lệch 0,770 8,330. Góc lệch của Hà Nội 3017 và TP HCM 1066. I.3 Góc ngẩng (Elevation), Góc phương vị (Azimuth) và Góc phân cực (Angle of polavisation) Đối với vị trí anten tại mặt đất để xác định toạ độ vệ tinh cần ba thông số sau: là góc ngẩng, góc phân cực và góc phương vị. Thiết bị có liên quan tới 3 thông số này là Anten parabol và phần thu sóng. I.3.1 Góc ngẩng (e) Góc ngẩng là góc tạo thành giữa tiếp tuyến tại diểm thu ở mặt đất và đường nối điểm thu đến vệ tinh. Được mô tả như hình vẽ Góc ngẩng tại xích đạo lớn nhất bằng 900 và càng đi về hai cực thì nó càng giảm.
Trong phạm vi hẹp ta có thể tạm coi mặt đất nơi đặt Anten là đường tiếp tuyến. Cách tìm hay dựng góc ngẩng rất khó. Bởi vậy ta có thể tìm góc nghiêng của nó để lắp đặt dễ dàng hơn. Ta tính được góc ngẩng như sau: e = 900 – góc nghiêng (i) Góc ngẩng được tính: e = 900 – [ góc lệch (d) + góc nghiêng (i)]  Góc ngẩng e E Đường ngang song song với mặt đất ( 90- e) Góc nghiêng: ( 90- e) o Mặt phẳng đất Hình 1.2 Góc ngẩng và góc nghiêng Giá trị góc lệch và góc nghiêng được cho ở bảng sau : Vĩ Góc lệch (d) Góc nghiêng (i) độ 10 0 46 - TP.HCM 11,5 1,66 210 04 – TP.HÀ NỘI 21,48 3,17 Khi biết vĩ độ nơi thu ta có thể tìm ra góc ngẩng. cos(Lon)xcos(Lat) – 0.151263 e = arctg [1 –cos2(Lon)xcos2(Lat)]1/2 (I.1.3.1) Lat : Vĩ độ nơi thu ; Lon : sai biệt kinh độ giữa nơi thu và vệ tinh. I.3.2 Góc phương vị :(Azimuth) [a] Các vệ tinh ở trên quỹ đạo địa tĩnh nằm trong mặt phẳng xích đạo. Mỗi một trạm thu ở mặt đất chỉ có thể nhìn thấy vệ tinh ở nửa phần quả đất, từ kinh tuyến 00 1800.
Trong các biểu đồ được lấy chuẩn ở kinh tuyến 00, rẽ về hướng Tây và hướng Đông . Thực tế do sự che khuất của bề mặt trái đất, chỉ còn 700 về hướng Tây- Đông. Góc phương vị là góc dẫn hướng cho anten quay tìm vệ tinh trên quỹ đạo địa tĩnh theo hướng từ Đông sang Tây. Góc phương vị được xác định bởi đường thẳng hướng tới vệ tinh. Góc được tính theo chiều kim đồng hồ, theo công thức: a = 1800 + kinh độ Tây a = 1800 - kinh độ Đông Hoặc Góc phương vị phụ thuộc vào kinh độ của điểm thu và kinh độ của vệ tinh. tg(Lon) o a = 180 + arctg sin(Lat) (I.1.3.2) cos (a ) - 0.151263 tg(e) = sin(a) (I.1.3.3) I.3.3 Góc phân cực : Khi đường trục tâm chảo parabol thu hướng thẳng đến tâm búp sóng chính của anten phát (Downlink) của vệ tinh thì mặt chảo anten thu sẽ nhận được gần như toàn bộ năng lượng của chùm sóng chính trong mặt phẳng phân cực. Nếu như Anten thu nằm lệch tâm với chùm sóng chính của tín hiệu vệ tinh, hiệu suất thu năng lượng giảm và còn gây ra các tác hại khác như làm méo dạng tín hiệu, tăng tạp nhiễu. Vì vậy cần phải hiệu chỉnh lại góc phân cực bằng đầu dò phân cực ở đầu thu. Góc phân cực cũng thay đổi theo vĩ tuyến và kinh tuyến giữa tâm chùm sóng bức xạ với điểm thu. Thông thường giá trị của nó được tính sẵn theo vĩ độ và kinh độ. Khi dùng cơ cấu đồng bộ để dò tìm tín hiệu các vệ tinh trên quỹ đạo địa tĩnh nếu đặt các góc không đúng thì anten sẽ không bám theo đúng quỹ đạo địa tĩnh. Trường hợp này sẽ không thu được tín hiệu của tất cả vệ tinh trên quỹ đạo. Sự phân cực sóng điện từ mô tả sự định hướng của vector điện trường trong không gian. Sự phân cực được quyết định bởi cách mà tín hiệu RF được bức xạ từ anten vào không gian. Chức năng này được thực hiện bởi một bộ phân cực nó là một phần của hệ thống anten. Một anten có khả năng phát và nhận tín hiệu nếu nó được phân cực. Một sóng phân cực tuyến tính có hướng của vector điện trường hợp với trục đứng hoặc ngang một góc không đổi khi nó lan truyền trong không gian. Vì vậy, khi vector điện trường song song với chiều ngang thì sóng được phân cực ngang, và khi vector điện trường thẳng đứng thì nó là phân cực đứng. Hình vẽ sau cho ta thấy sự phân cực ngang và phân cực đứng của một sóng đi vào mặt phẳng tờ giấy.
Emax i Emin (a) (b) (c) Hình1.3 (a) phân cực đứng (b) phân cực ngang (c) phân cực dạng elip Vector điện trường của các sóng phân cực dạng tròn vẽ trên các vòng tròn khi sóng lan truyền. Chiều quay của nó theo chiều kim đồng hồ nếu các sóng được phân cực tròn tay phải( Right Hand Circularly Polarized Wave) và ngược lại. Sự méo dạng của sóng được phân cực dạng ellip đi vào mặt phẳng tờ giấy. Sự méo dạng được đo bởi tỉ số dọc trục Ar được cho bởi Ar = EMax / EMin Trong đó: là hai trục lớn và nhỏ của elip. EMax và EMin Một thông số quan trọng khác của sóng là góc độ nghiêng của ellip với trục tham chiếu. Sự phân cực dạng ellip có thể xem là một trường hợp tổng quát bởi vì loại phân cực này sẽ đạt phân cực thẳng khi Ar đến  và phân cực tròn khi Ar =1. Một cách lý thuyết, một Anten được phân cực đôi có thể ngăn cách các sóng được truyền trong phân cực trực giao, cho phép mỗi phân cực được nhận một kênh riêng biệt. Một hệ thống sử dụng tính chất này của Anten được xem là hệ thống phân cực đôi. I.4 Định vị vệ tinh : a) Cân chỉnh hướng Bắc – Nam của Anten : Trước tiên sử dụng la bàn để chỉnh cho trục xuyên tâm của Anten nằm ngang hướng Bắc – Nam. Ở Việt Nam ta phải cộng thêm 62E để có được hướng Bắc – Nam thực. Để có thể xác định được tọa độ Vệ Tinh, phải điều chỉnh Anten Parabol theo các thông số góc ngẩng, góc phương vị và góc phân cực . b) Cân chỉnh góc ngẩng chảo - El (Elevation): là góc tạo thành giữa tiếp tuyến thu ở mặt đất và đường nối điểm thu đến vệ tinh.
Góc ngẩng Xích đạo  Tiếp tuyến ngang Cách 1:  Góc ngẩng Góc nghiêng Hình 1.5 Góc ngẩng và góc nghiêng Trong phạm vi hẹp có thể tạm coi mặt đất nơi đặt Anten là đường tiếp tuyến. Ta tìm góc ngiêng của Antenna Parabol để lắp đặt. Góc nghiêng tạo bởi mặt phẳng miệng chảo và mặt đất như hình vẽ. Do các trạm thu đều nằm trên kinh tuyến địa lý (tập trung về 2 cực) nên có sự khác biệt với hướng địa từ (được xác định bằng la bàn) một góc, gọi là góc lệch biểu thị sự sai lệch về kinh độ. Góc lệch thay đổi theo kinh tuyến và vĩ tuyến, hay cụ thể hơn là nó tăng tỉ lệ với vĩ độ. Ví dụ vĩ độ 575 thì góc lệch 0,77  8,33 ; góc lệch của Hà Nội 317 và Tp HCM 166 . Lúc này góc ngẩng được tính bằng : Góc lệch El = 90 - (góc lệch + góc nghiêng) Tại xích đạo, góc lệch bằng 0 , góc nghiêng = vĩ độ. Khi ấy đường tâm trục Parabol sẽ song song mặt phằng xích đạo, và góc ngẩng = 90 .
Hình 1.6 Góc lệch Cách 2 : áp dụng công thức toán học để tính góc ngẩng. Trong đó: cos(Lon)xcos(Lat) – 0.151263 e = arctg [1 – cos2(Lon)xcos2(Lat)]1/2 Lon là sai biệt kinh độ giữa nơi thu và vệ tinh Lat là vĩ độ nơi thu (nơi đặt Anten) Ví dụ: Vệ tinh AsiaSat 1, 1055 E Nơi thu tại Tp HCM (1064 E; 1046 N) Lon = 1064 - 1055 = 09 Lat = 1046 Thay vào công thức ta được : cos(0o9)cos(10o46) – 0.151263 e = arctg [1 – cos2(0o9)cos2(10o46)]1/2  Góc ngẩng e = 77,7
c) Cân chỉnh gốc phương vị Az (Azimuth) : Góc phương vị là góc dẫn hướng cho Anten quay tìm vệ tinh trên quĩ đạo địa tĩnh theo hướng từ Đông sang Tây. Góc phương vị được xác định bởi đường thẳng hướng tới vệ tinh . Cực Bắc Góc Az của vệ tinh 2 Góc Az của vệ tinh 1 180 - 30 = 150 180 + 45 = 225 45W 30E Vệ tinh 1 Vệ tinh 2  Nam  Hình 1.7 Định vị góc phương vị tg(0o9) a = 180o + arctg sin(10o46) a = 1850 II.1 Số lượng chương trình truyền hình qua một kênh : Một kênh truyền có dải thông cố định cho phép truyền được các chương trình truyền hình .Vấn đề này phụ thuộc vào :  Độ rộng kênh  Dạng điều chế  Tốc độ mã sửa lỗi FEC  Dịch vụ truyền hình  Độ lớn khoảng bảo vệ (đối với phát sóng trên mặt đất theo tiêu chuẩn DVB-T COFDM)  Sự dung hòa gói dữ liệu số * Độ rộng kênh : Để xác định độ rộng kênh có thể truyền được tín hiệu số có tốc độ lớn nhất là bao nhiêu cần dựa vào định lý Shannon. Định lý này xác định sự phụ thuộc của tốc
độ bit cực đại vào độ rộng kênh truyền tỉ số S/N chuẩn, để truyền tín hiệu số có tốc độ bit C (Mbps) yêu cầu độ rộng kênh bằng W  3/4 C (Hz) . Từ đó với độ rộng W đã cho thì có thể truyền được tín hiệu số có tốc độ bit lớn nhất bằng 4/3 W. Ví dụ với kênh có độ rộng 8MHz thì tín hiệu số có tốc độ bit lớn nhất là 8  4/3  10,7 Mbps có thể truyền qua nó . * Dạng điều chế số : Khi dùng điều chế số ta thường gặp khái niệm dải thông hiệu dụng. Với các dạng điều chế số ta có các dải thông hiệu dụng thực tế nh ư sau :   0,75Mbps/Hz 2-PSK   1,5 Mbps/Hz 4-PSK   2,25 Mbps/Hz 8-PSK   3,0 Mbps/Hz 16-PSK   3,36 Mbps/Hz 64-QAM   6,0 Mbps/Hz 256-QAM Ví dụ với kênh có độ rộng 8MHz khi dùng điều chế 64-QAM thì có thể truyền được dòng bit có tốc độ cực đại là 36 Mbps . * Tốc độ sửa lỗi FEC : Tín hiệu điều chế số thường được xử lý bằng các mã đặc biệt để cho các máy thu (IRD hoặc Set-Top-Box) có thể kiểm tra các bit thông tin đ ược gửi đi có được thu đúng không. Kỹ thuật sửa lỗi tiến (gửi thông tin sửa lỗi tr ước đến máy thu cùng với các dữ liệu gốc) tạo tín hiệu có khả năng chống nhiễu tốt hơn hẳn so với truyền số không có mã đặc biệt . Các thực nghiệm mã hóa trước đây đã so sánh chỉ tiêu của tin tức được mã so với không mã và thấy rằng sự cải thiện tín hiệu này là khoảng 3,3 dB. Ngoài ra, một bộ mã hóa sử dụng cả hai kỹ thuật mã khác nhau sẽ tạo ra độ lợi bổ sung. Trong kỹ thuật FEC người ta dùng các symbols dư bổ sung vào tin tức gốc. Mặc dù điều này tăng tốc độ truyền toàn bộ và các yêu cầu dải thông, các symbols d ư tăng cường tính thống nhất của tin tức, ngăn ngừa không cho tạp kênh che khuất các symbols để phá bỏ sự thống nhất của tín hiệu có ích. Các bộ giải mã dùng các symbols FEC để phục hồi dữ liệu sau khi tin tức đã được thu . Một dạng mã FEC, được gọi là mã Viterbi, được biểu thị bằng tỉ số, ví dụ1/2, 3/4, hoặc 7/8. Tử số biểu thị số symbols gốc ở đầu vào bộ mã hóa, còn mẫu số biểu thị số symbols có sửa lỗi ở đầu ra bộ mã hóa. Do vậy, FEC 7/8 có nghĩa rằng có 7 symbols truyền dữ liệu đi vào bộ mã hóa và 1symbols để sửa lỗi trong 8 symbols đi ra . Một dạng mã FEC khác là Reed-Solomon. Mã này bổ sung các symbols dư vào các chuỗi hoặc các khối số nhị phân. Reed -Solomon dùng 188 bytes trong mỗi khối 204 bytes để truyền thông tin gốc. Số còn lại được dùng để gửi các bit kiểm tra đến IRD để trợ giúp việc sửa lỗi truyền . Bộ giải mã Reed-Solomon dùng thuật toán để giải quyết đồng thời một tập hợp các chương trình đại số dựa trên biểu hiện kiểm tra chẵn từ khối thu được . * Dịch vụ truyền :
Một dòng MPEG-2 có thể chứa nhiều chương trình truyền hình cùng với Audio, các audio phụ, dữ liệu truy cập có điều kiện, các dữ liệu phụ như teletext, kết nối Internet. Yêu cầu tốc độ đối với từng loại là khác nhau. Ví dụ phim chất lượng VHS có thể được truyền ở tốc độ bit 1,5 Mbps; tin tức và chương trình TV ở 3,4 - 4 Mbps; quảng bá chất lượng cao (studio) ở tốc độ hơn 8 Mbps. Tốc độ mã cần thiết cho quảng bá MPEG-2 bất kỳ thay đổi phù hợp với các quyết định phân phối bit được làm bởi mỗi nhà cung cấp chương trình . Bảng các tốc độ dữ liệu MPEG-2 cho các thể loại chương trình : Các dịch vụ Video Tốc độ dữ liệu Truyền hình có độ phân giải cao (HDTV) 14  20 Mbps Truyền hình có chất lượng Studio (CCIR 601) 8,064 Mbps Truyền hình có tỉ lệ khuôn hình 16 : 9 5,760 Mbps Chương trình thể thao trực tiếp 4,608 Mbps Chương trình phim/quảng bá 3,456 Mbps Chương trình phim pay-per-view 3,152 Mbps Audio musicam Mono 128 Kbps Stereo 256 Kbps Một cặp stereo 512 Kbps Dữ liệu số 96 Kbps Dữ liệu điều khiển dịch vụ 30,72 Kbps * Khoảng bảo vệ : Trong phát sóng trên mặt đất theo tiêu chuẩn DVB-T COFDM, để khắc phục hiện tượng phản xạ nhiều đường khoảng bảo vệ sẽ được dùng ở đầu mỗi chu kỳ symbols. Do vậy dải thông có ích sẽ bị giảm t ương ứng với độ dài khoảng bảo vệ. * Vấn đề dung hòa gói tín hiệu số : Tốc độ symbols th ường thay đổi từ một gói số này tới gói số tiếp theo. Tốc độ symbols cực đại có thể đạt đ ược là một hàm của dải thông kênh. Thông thường có thể tính : Tốc độ symbols cực đại = độ rộng dải thông / 1,2 Con số 1,2 (hoặc 1,3 ...) để chỉ ra rằng trong thực tế dải thông truyề n là bé hơn dải thông kênh do các bộ lọc truyền không lý tưởng . Ví dụ đối với đường truyền vệ tinh có dải thông transponder 36 MHz th ì tốc độ symbols cực đại = 48 Msym /s . Giả sử dùng tốc độ FEC 3/4 thì tốc dộ bit cho phép kênh sẽ là : 48 Msym /s  2 ( 2 bit cho một symbol, điều chế QPSK) = 96 Mb/s 96 Mb/s  3/4 (tốc độ FEC inner code) = 72 Mb/s 72Mb/s  188/204 (tốc độ FEC Reed-Solomon outer code)= 66,3 Mb/s Nếu chỉ thay đổi tốc độFEC của inner codetừ 3/4 xuống 1/2 th ì tốc độ bit có ích có giá trị: 48 Msym /s  2 = 96 Mb/s 96 Mb/s  1/2 = 48 Mb/s 48 Mb/s  188/204 = 44,2 Mb/s
Ta thấy mặc dù tốc độ FEC 1/2 sẽ làm tăng khả năng chống nhiễu, nó cũng làm giảm rất nhiều tốc độ bit có ích, có nghĩa là giảm số dịch vụ chương trình có thể gửi qua transponder . Do vậy tùy theo tình hình cụ thể mà có sự dung hòa giữa tham số FEC và tốc độ bit có ích . * Tốc độ bit lỗi (BER) và Eb/No : Tốc độ bit lỗi (BER) xác định chỉ tiêu của đường truyền số. BER 1 10-3 biểu thị xác suất một lỗi xảy ra trong một khối 1000 bits. BER 5  10-5 là tốt hơn BER 9,0  10-4 vì đó là xác suất lỗi xảy ra sẽ thấp hơn. BER cũng có thể được hiển thị như 5E-4 hoặc 3E-3, tương đương với BER 5  10-4 hoặc 3 10-3 Đo định lượng về đường truyền số bằng Eb/No (tỉ số năng lượng bit trên mật độ tạp). Eb/No (dB) biểu diễn tỉ số bit trên tạp của hệ thống thu. Khi Eb/No tăng số bit lỗi sẽ giảm. BER 10-3 10-4 typical QPSK viterbi 10-5 FEC rate 1/2 10-6 IDEAL 10-7 10-8 10-9 3 4 5 6 7 8 Eb/No Hình 1.14 Điều chế QPSK có khả năng thực hiện BER ở Eb/No tương. đối thấp cho các ứng dụng dải rộng như thông tin vệ tinh . Số chương trình có thể truyền trên một kênh (dải thông cố định) thay đổi trong một phạm vi rất lớn, từ một chương trình đến hàng chục chương trình (phương pháp thống kê tốc độ mã thay đổi ). Ví dụ Band C trên một vệ tinh (uplink 5927MHz – 6403MHZ ,downlink 3702MHZ – 4178MHZ) có 12 Transponders mỗi transponders cách 4MHZ lúc truyền tín hiệu analog có thể truyền được 24 chương trình truyền hình (mỗi chương trình truyền trên một kênh có độ rộng khoảng 36 MHz), khi truyền tín
hiệu số có nén bằng phương pháp ghép kênh số chương trình truyền hình có thể truyền lên tới hàng trăm . als ign ns Multiplexer atio Multiplexer signal or m Inf Hình 1.15 Ghép kênh Tách kênh thực hiện qui trình ngược lại của bộ ghép kênh . Khôi phục tín hiệu ban đầu mà thường có những đích đến với nhau tại nơi thu của kết nối truyền dẫn . d. Sơ đồ khối trạm thu hình vệ tinh (TVRO-Television Receiver Only) Trạm thu hình cá nhân TVRO có nhiệm vụ thu tín hiệu từ các vệ tinh địa tĩnh, qua xử lý tín hiệu giải điều chế và hoàn trả lại dạng nguyên thể. Một trạm thu TVRO gồm các bộ phận chính sau đây: Thiết bị bên ngoài (Outdoor) gồm: * Chảo anten parabol, đường kính chảo từ 0,6 6m, tùy thuộc vào băng tần thu và cường độ trường tại điểm thu. * Phễu thu sóng, ống dẫn sóng và que phân cực. * Bộ khuyếch đại dịch tần nhiễu thấp, LNA hay LNB. * Cơ cấu điều khiển chảo (Positioner) quay theo góc ngẩng và phương vị. * Cơ cấu điều khiển góc quay phân cực (Polarotor) Thiết bị bên trong (Indoor) gồm: * Máy thu TVRO * Mạch điện điều khiển góc quay của Polarotor và Positioner * Bộ điều khiển từ xa và bộ nhớ.
Sơ đồ khối của trạm thu TVRO biểu thị dải tần số và chức năng của từng khối. 10.95 to 11.7 GHz | 0.95 to 1.7GHz | 134MHz | (11.7 to 12.1 GHz) 2b 3 4 5 SHF UHF Ind VHF oor 5a 5b 5c 2a ư SHF UHF UHF VHF Outdoor Unit | IndoorUnit Hình 1.29 Sơ đồ khối trạm thu TVRO Khối bên ngoài gồm anten parabol và bộ dịch tần LNB. Trong đó: (2a) Là mạch đổi phân cực trực giao (2b) Là mạch chuyển tần sốband C, Ku về UHF Dải tần làm việc của khối này ở băng tần C (3,7 4 GHz) và băng tần Ku (10,95 12GHz), dịch tần xuống trung tần 1, IF1=0,95 1,7GHz. (3) Giữa khối bên ngoài và khối bên trong là mạch khuyếch đại cáp tuyến tính , làm việc ở giải tần số 0,95 1,7GHz. (4) Khối trong nhà gồm bộ khuyếch đại trung tần (IF2 distributor) có từ 45 đầu phân nhánh ngõ ra , cho tín hiệu RF Video và Audio. Khối (5) là bộ khuyếch đại trung tần máy thu (IF receiver). Nó bao gồm: (5a) Chuyển tần UHF xuống VHF = 134MHz, gọi là trung tần 2 (IF2) (5b) Bộ giải điều chế FM.
(5c) Mạch khuyếch đại tín hiệu ra Video + FM sound Video,Sound (Base band) Cable I. C Receiver IF - 130 Ampl unit o ifier dB distributor n Gain (dB) : 50 | Approx 50 | - 20 Level(dBm):-80 | -30 | -55 to –30 | -50 | -50 |1V PP | Hình 1.30 Mức tín hiệu của trạm thu TVRO Sơ đồ khối mô tả mức tín hiệu cung tại điểm thu mặt đất cho phép với trạm thu cá nhân TVRO vào khoảng –130dBw/m2. Sau khi anten khuyếch đại 50dB, nâng mức tín hiệu đến ngõ vào LNB là –80dB. Độ lợi của bộ khuyếch đại dịch tần khoảng 50dB, nâng mức tín hiệu ở ngõ ra là –30dB. Đường dây cáp truyền tín hiệu 0,951,7GHz từ khối bên ngoài đến khối bên trong, suy giảm tín hiệu đến – 20dB (mức cho phép). Nếu đường cáp truyền dài quá 100m thì cần phải có mạch khuyếch đại cáp tuyến tính. Tùy theo độ dài cáp mà bộ khuyếch đại cáp phải bù tổn hao, thông thường độ lợi cho phép từ 15 20dB. Do vậy mức tín hiệu sau bộ khuyếch đại cáp có giá trị từ -55 -30dB. Ở đây lấy mức chuẩn –50dB. Tín hiệu qua mạch trung tần phân nhánh (distributor) không bị suy giảm, n ên mức đưa đến ngõ vào máy thu từ -55 -30dB, lấy chuẩn ở –50dB. Mức tín hiệu ở ngõ ra được tiêu chuẩn hóa ở mức đỉnh 1Vp-p. Đây là mức tín hiệu tổng hợp Video + Sound của băng tần gốc Baseband. II. Công suất tín hiệu : II.1 Đặc trưng : Công suất tín hiệu thu được tại bề mặt hiệu dụng của anten thu cách xa anten phát một khoảng cách R được tính bằng mật độ thông lượng nhân với bề mặt của anten và được tính như sau:
ỉ PG ư = ç t 2t ÷Aref Pr = F . Aref (W ) (II.2.1.1) pR Trong đó: Pt : công suất phát Gt: : độ lợi hay hệ số khuếch đại của anten Aref: : bề mặthiệu dụng của anten Bề mặt của anten được tính như sau: l2 Aref = Gt (II.2.1.2) 4P Công suất tín hiệu thu là: 2 ưỉ l 2 ư ỉ l ư .G = P G . G [ ] ỉ Pr = ç Pt Gt 2 ÷ç ÷Gr =(Pt Gt )ç ÷ r ( t t) Trong đó: W P R ç 4P ÷ L free 2PR Gr: độ lợi anten thu Lfree : suy hao truyền sóng trong truyền tự do 2 ỉ 2P R ư =ç L free ÷ l Pt R Pr Gt O Gr Hình 2.4 biểu diễn công suất tín hiệu thu A ref Công suất thu được tại máy thu được tính bằng công thức : (PT .G T ).G r Pr = (II.2.1.3) L Trong đó : PT là công suất của máy phát . GT là đô lợi của Anten phát . Gr là độ lợi của Anten thu . L là độ suy hao tổng trên đường truyền
Hình 2.5 Khoảng cách đường truyền  Độ suy hao tổng trên đường truyền gồm có : độ suy hao bởi tầng điện ly, suy hao do mưa, suy hao trên đường truyền, độ suy hao do mất công suất . L=LAG . Lrain .LFS .LT . Trong đó : LAG độ suy hao bởi tầng điện ly . Lrain độ suy hao do mưa . LFS suy hao đường truyền . LT suy hao do mất công suất . II.2 Tỉ số sóng mang trên nhiễu C/N (Carrier/Noise). Đó là tỉ số giữa công suất của tín hiệu nhận đ ược với công suất N của tiếng ồn : C/N = E + G - L - 10 lgT-10 lgB - 10 lgK . hay tính cách khác C/NU = G/TS      C/ND = EIRPSG/T SLD (II.2.2.1) Trong đó: E = EIRP (dBW): công suất đẳng hướng bức xạ tương đương EIRP được tính theo công suất của máy phát sóng và độ lợi của anten: EIRP = 10log( PtG) Với mật độ công suất trên diện tích phía bên trong hình cầu là: Pt /4R 2 (W/ m 2). G: độ lợi anten (dB). L: sự suy giảm chung (dB). T. nhiệt độ tiếng ồn của anten và đầu thu LNB(  K). B: độ rộng dải tần F của máy thu (MHz). với 10logK = 226.6 dB (hằng số Bolzman). Tỉ số C/N = 6 : quá ồn chất lượng xấu. 8 :mức giới hạn, một vài vệt nhiễu.
10 : thu tốt, màu sắc đẹp. 12 : thu rất tốt, chất lượng truyền hình bằng cáp Để đảm bảo tỉ số tín hiệu trên nhiễu tại điểm thu cần đảm bảo các thông số sau: - Độ tăng ích của anten: khoảng 48.5dB (đối với anten thu 3m). - Nhiệt độ nhiễu của anten: khoảng 23  K . - Mật độ công suất tại ngõ vào máy thu: khoảng –110dBw/ m 2 . II.3. Hệ số nhiễu nhiệt G/T của trạm thu: Hệ số này biểu thị ảnh hưởng của nhiệt độ lên độ lợi của vệ tinh. Nhiệt độ càng tăng thì nhiễu càng lớn, thường tại giá trị nhiệt độ là 0  K thì không bị ảnh hưởng của nhiễu. Giá trị này cho phép chọn anten thu thích hợp tùy theo C/N. Chúng ta có: G/T = C/N - E+L+10logB+10logK hay G/T = ( G/L) .(1/T) .(1/K) II.2.3.1 Tùy theo EIRP của vệ tinh, chúng ta sẽ khẳng định chất lượng hình ảnh C/N. Sau đó chọn giá trị tiếng ồn của đầu LNB thêm vào, sự suy giảm chung L, độ rộng dải tần B và 10logK sẽ cho ra giá trị của độ lợi anten tính bằng dB. III. Tính toán đường truyền tuyến lên : III.1. Tính toán tuyến lên (Uplink) : Cho một trạm mặt đất với số liệu ban đầu như sau: - Anten có đường kính DES = 4 m , DS =2m - Công suất phát Pt = 500 W = 10lg500 = 27 dBw - Tần số tuyến lên : fu = 14 GHz - Độ rộng búp sóng Anten mặt đất : 3dB = 2 - Khoảng cách giữa Anten mặt đất và vệ tinh : R = 36000 Km - Hiệu suất Anten mặt đất :  = 0,6 - Hiệu suất Anten vệ tinh :  = 0,55 , - Giả sử mặt đất ở vùng trung tâm của chùm tia vệ tinh bao phủ . Các thông số cần tính toán trên đường truyền Uplink :  Mật độ thông lượng công suất tại đầu vào vệ tinh : PtGt [W/m2] ( II.3.1.1) = 4R2  Hệ số khuếch đại của Anten trạm mặt đất : D 2  D fu 2 Gmax =  = u c (II.3.1.2) Thay các thông số vào, ta được :
3.14414109 2 Gmax = 0.6 = 206131 3108 Tính theo Decibel : Gmax = 10lg206131 = 53,1 [dB] Công suất bức xạ đẳng hướng hiệu dụng của Anten trạm mặt đất là : PtGmax = 53,1 + 27 = 80,1 [dBw] Mật độ thông lượng công suất tại đầu vào vệ tinh : PtGt [W/m2] = 4R2 thay vào ta được :  = 80,1 - 10lg[43,14(36106)2] = 80,1 –10lg 16.277 .1012 = 80,1 - 10[lg 16.277 + 12lg10] = 80,1-10[4,21 +12] = - 82 [dBw/m2] Hệ số khuếch đại Anten thu tại vệ tinh : D 2 Gmax = 10lg  = 10lg 47238 = 46,7 [dB] u Suy hao do khoảng cách : 92 4R 2 4361061410 LFS = 10 lg = 10lg 3108 u = 10lg 44524 .1014 =10[lg 44524 + 14lg10] = 10[6,64 + 14] = 206,4 [dB] Công suất tín hiệu thu tại đầu vào vệ tinh : Pr = EIRP – LFS + Gmax Thay vào ta được : Pr = 80,1 – 206,4 + 46,7 = - 79,6 [dBw] III.2. Tính toán đường lên trong điều kiện trời trong : Số liệu trạm mặt đất : - Công suất phát : Pt = 500 W = 10lg500 = 27 dBw - Suy hao feeder giữa Anten và máy phát : LFTX = 0,5 dB - Tần số công tác tuyến lên : fu = 14 GHz - Đường kính Anten : DES = 4 m , DS = 2m - Hiệu suất Anten :  = 0,6 - Lỗi bám vệ tinh : t = 0,1 - Khoảng cách giữa trạm mặt đất và vệ tinh : R = 36000km - Suy hao khí quyển : La = 0,3 dB Số liệu lên quan đến vệ tinh :
- Độ rộng búp sóng Anten vệ tinh : 3dB = 2 - Hiệu suất Anten vệ tinh :  = 0,55 - Hệ số tạp âm máy thu : F = 3 dB - Nhiệt độ tạp âm feeder : T0 = 290 K - Nhiệt độ tạp âm Anten : Ta = 290 K -1/K = 228,6 dB  EIRP của trạm mặt đất : PT GMAX EIRP = LT LFTX ( II.3.2.1) Với : 2 D GRMAX =  u 3,14 . 4. 14 .10 9 2 10lg 0,6 = 53,1 dB 8 3 .10 Pt = 500 W = 27 dBw  Suy hao do Anten trạm mặt đất và anten vệ tinh lệch nhau ở tuyến phát : 2 T T .D.fu 2 LT [dB] =12 = 12 3dB 70 C (II.3.2.2) {3dB = 70 (/D) = 70 (c. /f .D)] 0,1 .4.14.10 9 2 = 12 70 . 3.10 8 LT (dB) = 0,85dB  Suy hao feeder tuyến phát : LFTX = 0,5 dB Từ đó ta được : EIRPES = 27dB + 53,1dB – 0,85dB – 0,5dB = 78,7 [dBw]  Suy hao truyền sóng hướng lên : Lu = LF S + La (suy hao do khi quyển) Trong đó suy hao do khoảng cách : 4.3,14 .36.10 6 .14 .10 9 2 4R 2 LF S = 10lg = 10lg = 206, 4dB
3 .10 8 u  Lu = 206,4 + 0,3 = 206,7 dB  Hệ số phẩm chất trạm thu vệ tinh tính theo công thức : G Rmax (II.3.2.3): L R L FRX LPOL (G/T) sat = 1 Ta + TF 1 _ + TR L FRX L FRX Suy hao lệch hướng Anten thu trên vệ tinh về phía Anten trạm mặt đất L [dB] = 12 (r/3dB)2 R Trong trường hợp trạm mặt đất ở trên mép 3dB của vùng vệ tinh bao phủ ta có các tham số sau : LR = 3 dB LFRX = 3 dB LPOL = 0 dB TA = 290 K ( nhiệt độ tạp âm tại anten) TF = 290 K (nhiệt độ tạp âm tại feeder ) 0,3 TR = (F – 1) TF = (10 – 1 ).290 = 288 K Thay các giá trị vào ta được hệ số phẩm chất của trạm thu trên vệ tinh: (G/T)sat = 46,7 – 3 – 3 -10 [lg(290/100,3+ 290 (1- 1/10 0,3) + 288)] = 46,7 – 3 – 3 – 27,6 = 13,1 dB/K * Công suất tín hiệu thu tại đầu vào vệ tinh : Pr = EIRP – LU + Gmax Thay vào ta được : Pr = 78,7 – 206,7 + 46,7 = - 81,3 [dBw]  Tỉ số công suất sóng man g trên mật độ công suất phổ tạp âm : (II.3.2.4) (C/N)u = EIRP  (1/Lu)  (G/T)sat  (1/k)  (C/N)u = 78,7 – 206,7 +13,1 + 228,6 = 113,7 dB ( K = 1,38.10-23) : hằng số Bolzman Eb /N0 U = (C /N) U - 10lg( 12.1024.1024) =113,7 – 73 = 40,7 dB (Với bit rate = 12Mbps) III.3. Trường hợp đường lên bị mưa : Khi đường truyền tuyến lên bị mưa thì sóng điện từ bị hấp thụ năng l ượng, bị biến đổi phân cực do sự biến dạng của hạt mưa, bản thân mưa cũng sinh ra bức xạ siêu cao tần làm nhiễu tín hiệu hữu ích và nhiệt độ nước mưa làm cộng thêm nhiệt độ tạp âm cho đường truyền .