Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Thiết kế trạm anten vệ tinh tự động quay bám trong thông tin vệ tinh

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG

---------------------------------

LÊ THỊ HUYỀN TRANG

THIẾT KẾ TRẠM ANTEN VỆ TINH TỰ ĐỘNG QUAY BÁM TRONG THÔNG TIN VỆ TINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

(Theo định hướng ứng dụng)

HÀ NỘI - 2020

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG

---------------------------------

LÊ THỊ HUYỀN TRANG

THIẾT KẾ TRẠM ANTEN VỆ TINH TỰ ĐỘNG QUAY BÁM TRONG THÔNG TIN VỆ TINH

Chuyên ngành: Kỹ thuật Viễn thông

Mã số: 8.52.02.08

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

(Theo định hướng ứng dụng)

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN NGỌC MINH

HÀ NỘI - 2020

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai

công bố trong bất kỳ công trình nào khác, các tài liệu tham khảo đã đƣợc trích

dẫn đầy đủ.

Tác giả luận văn

Lê Thị Huyền Trang

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thiện luận văn đề tài “Thiết kế

trạm anten vệ tinh tự động quay bám trong thông tin vệ tinh” tác giả đã nhận

đƣợc sự quan tâm, giúp đỡ tận tình của quý các thầy cô, các anh chị và các bạn.

Em xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Ngọc Minh đã trực tiếp hƣớng dẫn,

giúp đỡ, dạy bảo, động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong quá trình

học tập và hoàn thành luận văn.

Và để có đƣợc những kiến thức nhƣ ngày hôm nay, cho phép em gửi lời cảm

ơn sâu sắc đến quý thầy cô Học viện Công nghệ Bƣu chính Viễn thông trong thời

gian qua đã truyền đạt cho em những kiến thức quý báu.

Xin trân trọng cảm ơn!

iii

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i

LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ ii

MỤC LỤC ................................................................................................................ iii

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT ........................................... iv

DANH MỤC BẢNG ................................................................................................... VII

DANH MỤC HÌNH VẼ ............................................................................................. VIII

LỜI MỞ ĐẦU ................................................................................................................. 1

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN VỆ TINH ........................................... 3

1.1. Cấu trúc tổng quát ............................................................................................ 3

1.2. Đặc điểm của thông tin vệ tinh ........................................................................ 4

1.3. Băng tần thông tin vệ tinh ................................................................................ 5

1.4. Phƣơng pháp đa truy nhập trong thông tin vệ tinh .......................................... 6

1.4.1. Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) .......................................... 6

1.4.2. Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) ...................................... 6

1.4.3. Đa truy nhập phân chia theo không gian (SDMA) ................................... 7

1.4.4. Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA ) .............................................. 7

1.5. Phân hệ thông tin vệ tinh ................................................................................. 8

CHƢƠNG 2. TRẠM MẶT ĐẤT TRONG THÔNG TIN VỆ TINH ........................ 10

2.1. Tổng quan trạm mặt đất ................................................................................. 10

2.2. Anten trạm mặt đất ........................................................................................ 11

2.2.1. Các loại anten trạm mặt đất ................................................................... 11

2.2.2. Hệ thống bám vệ tinh .............................................................................. 13

2.2.3. Hệ số tăng ích của anten ........................................................................ 14

2.2.4. Góc độ rộng búp sóng ............................................................................ 15

2.3. Bộ khuếch đại tạp âm thấp (LNA) ................................................................. 15

2.3.1. Giới thiệu ................................................................................................ 15

2.3.2. Các loại khuếch đại tạp âm thấp LNA ................................................... 16

2.4. Bộ đổi tần (FC) .............................................................................................. 16

2.3.1. Giới thiệu ................................................................................................ 16

2.4.2. Các bộ đổi tần kép .................................................................................. 17

2.4. 3. Bộ dao động nội .................................................................................... 18

2.5. Bộ khuếch đại công suất cao (HPA) .............................................................. 18

2.5.1. Giới thiệu ................................................................................................ 18

2.5.2. Phân loại các bộ khuếch đại công suất cao ........................................... 18

2.5.3. Cấu hình của bộ khuếch đại công suất cao ............................................ 19

2.6. Kỹ thuật điều chế và giải điều chế tín hiệu .................................................... 19

2.6.1. Giới thiệu ................................................................................................ 19

2.6.2. Kỹ thuật điều chế tần số (FM) ................................................................ 20

2.6.3. Kỹ thuật giải điều chế sóng mang điều tần (FM) ................................... 21

2.6.4. Điều chế số ............................................................................................. 21

2.6.5. Kỹ thuật giải điều chế sóng mang PSK .................................................. 22

2.7. Kỹ thuật đa truy nhập..................................................................................... 22

2.7.1. Các vấn đề về lưu lượng ......................................................................... 22

2.7.2. Kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA)........................... 24

2.7.3. Kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) ...................... 28

2.7.4. Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) ............................................. 32

2.8. Các thiết bị truyền dẫn số của trạm mặt đất ................................................. 36

2.8.1. Số hoá tín hiệu tương tự ......................................................................... 37

2.8.2. Thiết bị ghép kênh phân chia theo thời gian TDM................................. 38

2.8.3. Thiết bị bảo mật (Encryption) ................................................................ 39

2.8.4. Bộ mã hoá kênh (Channel Encoder) ...................................................... 40

2.8.5. Bộ tiêu tán năng lượng ........................................................................... 40

CHƢƠNG 3. XÂY DỰNG VÀ TÍNH TOÁN CẤU HÌNH TRẠM ANTEN VỆ

TINH TỰ ĐỘNG QUAY BÁM TRONG THÔNG TIN VỆ TINH ........................... 42

3.1. Giới thiệu chung ............................................................................................ 42

3.2. Lựa chọn Antena ............................................................................................ 42

3.3. Bộ chuyển đổi đƣờng lên và khuyếch đại công suất (HPA) .......................... 45

3.4. Bộ chuyển đổi đƣờng xuống và khuyếch tạp âm thấp (LNB) ....................... 55

3.4.1. Xác định hệ số phản xạ đầu vào và đầu ra ............................................ 56

3.4.2. Mạch tương đương Thevenin ................................................................. 57

3.4.3. Độ khuếch đại công suất ........................................................................ 61

3.4.4. Độ lợi công suất bộ chuyển đổi .............................................................. 63

3.4.5. Độ khếch đại công suất khả dụng .......................................................... 65

3.4.6. Độ khuếch đại công suất ........................................................................ 65

3.4.7. Độ lợi một phía ....................................................................................... 67

3.5. Modem vệ tinh ............................................................................................... 68

3.5.1. Newtec Elevation Series EL478 ............................................................. 68

3.5.2. COMTECH CDM625A Advanced .......................................................... 69

3.5.3. Comtech EFData CDM570 .................................................................... 69

3.5.4. Datum PSM-500L ................................................................................... 69

3.5.5. Modem Hughes HX 280 ......................................................................... 70

3.6. Đo đạc và tính toán ........................................................................................ 70

KẾT LUẬN .............................................................................................................. 75

DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................... 76

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT

Thuật

Nghĩa Tiếng Anh Nghĩa Tiếng Việt ngữ viết

tắt

AM Amplitude Modulation Điều chế biên độ

BPSK Binary PSK Khóa chuyển pha nhị phân

C/N Carrier/noise Tỷ số sóng mang trên nhiễu

CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã

CCIR CONSULTATIVE COMMITTEE ON Ủy ban tƣ vấn quôc tế về radio INTERNATIONAL RADIO

D/C Down/Convertor Bộ đổi tần tuyến xuống

DS Direct Sequence Trải phổ trực tiếp

DSSS Direct Sequence Spead Spectrum Trải phổ trực tiếp

DE-PSK Different Encode PSK Điều chế chuyển pha vi sai

Công suất phát xạ đẳng hƣớng EIRP Equivalent Isotropic Radiated Power tƣơng đƣơng

Đa truy nhập phân chia theo tần FDMA Frequency division multiple access số

FH Frequency Hoppping Nhảy tần

FHSS Freqency Hopping Spead Spectrum Trải phổ nhảy tần

FC Bộ đổi tần Frequency Converter

Gali - Arsenic (GaAs-FET GaAs– Khuếch đại dùng Transistor

FET trƣờng loại bán dẫn hỗn tạp

HP Horizontal Polariation Phân cực ngang

HPA High Power Amplifie Bộ khuếch đại công suất lớn

IF Inermediate Freqency Trung tần

Hệ thống viễn thông trong tòa IBS Inbuilding System nhà

INMARS Internation Maritime Satellite Tổ chức vệ tinh hàng hải quốc AT Organisation tế

INTELSA Internation Telecommunications Tổ chức vệ tinh quốc tế thông

T Satellite Organisation tin

LNA Low Noise Amplifier Bộ khuếch đại tạp âm thấp

LHCP Left Hand circular Polariation Phân cực tròn bên trái.

LO Local Oscillator Tần số dao động nội

PN Pseudorandom number Mã tạp âm ngẫu nhiên

PCM Pulse Code Modulation Điều chế xung mã

PSK Phase Shift Keying Khóa chuyển pha

QAM Qudrature Điều chế cầu phƣơng

QPSK Qudrature Phase Shift Keying Khóa chuyển pha cầu phƣơng

RF Radio Freqency Tần số vô uyến

RHCP Right Hand circular Polariation Phân cực tròn bên phải

SCPC Single Channel Per Carrier Một kênh trên sóng mang

Đa truy nhập phân chia theo SDMA Space-division multiple access không gian

SES Satellite Earth Station Trạm vệ tinh mặt đất

TA Transmit Antenna Anten phát

Đa truy nhập phân chia theo TDMA Time division multiple access thời gian

TWTA Travelling Wave Tabe Amplifier Bộ khuếch đại đèn sóng chạy

U/C Up/Convertor Bộ đổi tần tuyến lên

Thiết bị đầu cuối kích thƣớc rất VSAT Very small aperture terminals nhỏ

VP Vertical Polariation Phân cực thẳng đứng

vii

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Quy định băng tần thông tin vệ tinh [1] ..................................................... 5

Bảng 2.1: Ví dụ bảng dữ liệu định tuyến [2]............................................................. 23

Bảng 3.1: Các tham số của TGF2023-01 [6] ............................................................ 46

Bảng 3.2: Giá trị của các thành phần của mạch hòa hợp trở kháng ra ...................... 51

Bảng 3.3: Đo kiểm DOA (direction of arrival) của tín hiệu sử dụng USRP ............ 72

viii

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Mô hình truyền nhận thông tin của đƣờng truyền vệ tinh [1] .................... 3

Hình 1.2: Phân hệ thông tin của vệ tinh [1] ................................................................ 9

Hình 2.1: Cấu hình trạm mặt đất [1] ......................................................................... 10

Hình 2.2: Anten phản xạ parabol [1] ......................................................................... 11

Hình 2.3: Cấu hình gƣơng Cassegrain [1] ................................................................ 11

Hình 2.4: Anten lệch [1] ............................................................................................ 12

Hình 2.5: Cấu hình của bộ khuếch đại công suất cao [1].......................................... 19

Hình 2.6: Nguyên lý của một bộ điều chế số [2] ...................................................... 21

Hình 2.7: Định tuyến lƣu lƣợng a) Mỗi sóng mang một tuyến b) Mỗi sóng mang

một trạm phát [2] ....................................................................................................... 23

Hình 2.8: Cấu hình truyền dẫn [1,2] ......................................................................... 25

Hình 2.9: Hoạt động của một mạng theo nguyên lý TDMA [1,2] ............................ 28

Hình 2.10: Cấu trúc khung TDMA [2] ..................................................................... 30

Hình 2.11: Trải phổ trực tiếp (DS-CDMA) [2] ......................................................... 34

Hình 2.12: Trải phổ nhảy tần (FH-CDMA) [2] ........................................................ 34

Hình 2.13: Các thành phần của một chuỗi truyền dẫn số qua vệ tinh ....................... 37

Hình 2.14: Nguyên lý truyền dẫn bảo mật ................................................................ 39

Hình 2.15: Nguyên lý mã hoá kênh .......................................................................... 40

Hình 2.16: a) Bộ xáo trộn b) Bộ bỏ xáo trộn (phục hồi xáo trộn) ............................ 41

Hình 3.1: Mô hình IC ................................................................................................ 46

Hình 3.2: Mô tả dòng điện drain so với điện áp gate ............................................... 47

Hình 3.3: Mạch nguyên lý mô phỏng độ ổn định ..................................................... 47

Hình 3.4: Kết quả mô phỏng độ ổn định tại r=55 Ω ................................................. 48

Hình 3.5: (a) Mạch hòa hợp trở kháng Class-F và (b) mạch tƣơng đƣơng tại tần số

cơ bản. ....................................................................................................................... 48

Hình 3.6: Mô phỏng mạch hòa hợp trở kháng ra ...................................................... 51

Hình 3.7: Kết quả mô phỏng mạch phối hợp trở kháng ra (a) đặc tính bức xạ và

phản xạ (b) trở kháng nhìn từ cổng drain .................................................................. 52

Hình 3.8: Mô phỏng mạch phối hợp trở kháng đầu vào ........................................... 52

Hình 3.9: Mô phỏng bộ khuếch đại với mạch phối hợp trở kháng đầu vào và ra..... 53

Hình 3.10: Kết quả mô phỏng S11, S21 và độ ổn định của bộ khuếch đại công suất ... 54

Hình 3.11: Kết quả mô phỏng công suất đầu ra và PAE bộ khuếch đại công suất ... 54

Hình 3.12: Thành phần bộ khuếch tạp âm thấp ........................................................ 55

Hình 3.13: Xác định hệ số phản xạ nguồn và tải và ...................................... 55

Hình 3.14: Xác định hệ số phản xạ , , và ........................................ 56

Hình 3.15: Biểu diễn sóng của mạch tƣơng đƣơng Thevenin có điện áp mạch mở

của và trở kháng . Cổng đo có điện áp Eo và Zo. .......................................... 57

Hình 3.16: Hình ảnh mạch nguyên lý đơn giản của bộ khuếch đại .......................... 59

Hình 3.17: Nguồn đƣợc kết nối với tải ..................................................................... 59

Hình 3.18: Độ khuếch đại, nguồn đƣợc điều chỉnh PL tối đa ................................... 62

Hình 3.19: Biểu diễn mạch nguyên lý đơn giản của bộ khuếch đại ......................... 63

Hình 3.20: Mạch khai thác tƣơng đƣơng Thevenin ở mặt phẳng tải ........................ 63

Hình 3.21: Mạch tính độ khuếch đại công suất khả dụng ......................................... 65

Hình 3.22: Mạch tính toán độ khuếch đại ................................................................. 65

Hình 3.23: Đội lợi một phía ...................................................................................... 68

Hình 3.24: Lƣu đồ thuật toán Labview [7] ............................................................... 71

Hình 3.25: Phổ công suất truyền đạt của antena. Công suất cài đặt ở mức tối đa, kết

quả mô phỏng cho công suất đầu ra là 120mW[7] ................................................... 71

Hình 3.26: Phổ công suất tín hiệu nhận đƣợc tại thiết bị đầu cuối USRP với công

suất truyền là 20,8dBm, công suất nhận là -16dBm [7] ............................................ 72

Hình 3.27: Phổ công suất tín hiệu nhận đƣợc tại thiết bị đầu cuối USRP [7] ......... 74

LỜI MỞ ĐẦU

Thông tinh vệ tinh chỉ mới xuất hiệu trong hơn bốn thập kỹ qua nhƣng đã

phát triển rất nhanh chóng trên thế giới cũng nhƣ trong nƣớc ta, mở ra cho một thời

kỳ mới cho sự phát triển trong mọi lĩnh vực khoa học cũng nhƣ đời sống nói chung

và đặc biệt ngành viễn thông nói riêng.

Thông tin vệ tinh đã đƣợc ứng dụng vào nƣớc ta bắt đầu từ những năm 80

mở ra một sự phát triển mới của viễn thông Việt Nam. Thông tin vệ tin có nhiều ƣu

điểm nổi bật là vùng phủ sóng rất rộng, triển khai lắp đặt nhanh và khả năng cung

cấp dịch vụ đa dạng cho ngƣời dụng. Nó là phƣơng tiện hữu hiệu nhất để kết nối

thông tin liên lạc với các vùng xa xôi, biên giới, hải đảo nơi mà mạng cố định

không thể với tới đƣợc, đồng thời thông tin vệ tinh nhờ ƣu điểm triển khai lắp đặt

và thiết lập liên lạc nhanh sẽ là phƣơng tiện liên lạc cơ động giúp ứng cứu kịp thời

trong các tình huống khẩn cấp.

Trên thế giới xuất hiện nhiều hình thức thông tin liên lạc đáp ứng các yêu cầu

về thoại, truyền dữ liệu, cụ thể là giải pháp truyền dữ liệu qua SIM di động 3G, 4G

cũng là giải pháp đã đƣợc triển khai trong thực tế và có một số ƣu điểm nhất định

nhƣ: thiết bị gọn nhẹ, tín hiệu vẫn đảm bảo khi cơ động, khoảng cách truyền không

giới hạn chỉ cần đảm bảo tại địa điểm thu phát có phủ sóng 3G/4G, dễ dàng triển

khai, giảm thiểu thời gian khi tác nghiệp…Tuy nhiên, giải pháp này cũng tồn tại

một số hạn chế là phụ thuộc vào vùng phủ sóng của các nhà cung cấp dịch vụ, hơn

nữa đối với các mạng công cộng việc bảo mật thông tin là một vấn đề rất đáng quan

tâm. Đặc biệt khi có yêu cầu nghiệp vụ chế áp điện tử, chèn phá sóng di động thì hệ

thống này sẽ không hoạt động. Vì vậy, việc ứng dụng thông tin vệ tinh trong thông

tin liên lạc đƣợc sử dụng phổ biến trên thế giới. Đặc biệt, hiện nay yêu cầu việc đảm

bảo thông tin liên lạc thông suốt trong khi di chuyển đang đƣợc nhiều ngành chức

năng quan tâm đặc biệt đối với các bộ phận nghiệp vụ nhƣ Bộ Quốc phòng, Bộ

Công an . Các nhà cung cấp thiết bị liên lạc vệ tinh trên thế giới đã đƣa ra thị trƣờng

nhiều chủng loại thiết bị có tính năng hỗ trợ cho việc liên lạc vệ tinh vừa di chuyển

vừa liên lạc, đó là tính năng COTM (Communication On The Move).

Các thiết bị này có thể đáp ứng đƣợc các yêu cầu thông tin liên lạc đối với

các phƣơng tiện ở trên không, trên biển và mặt đất. Nguyên tắc cơ bản của COTM

là đƣợc trang bị anten vệ tinh có khả năng tự động quan bám, thiết lập đƣờng thông

tin mà không cần phải tạm dừng hoặc dừng lại khi đang di chuyển. Một trong

những thiết bị chính để đáp ứng tính năng vừa liên lạc vừa di chuyển là hệ thống

anten tự động quay bám vệ tinh. Đây là hệ thống anten có định hƣớng tự động bám

vệ tinh khi đang di chuyển vẫn đảm bảo liên lạc. Chính vì thế em chọn đề tài tài

“Thiết kế trạm anten vệ tinh tự động quay bám trong thông tin vệ tinh”.

Nội dung luận văn đƣợc trình bày thành 3 chƣơng sau:

Chƣơng 1: Tổng quan về hệ thống thông tin vệ tinh

Chƣơng 2: Trạm mạt đất trong thông tin vệ tinh

Chƣơng 3: Xây dựng và tính toán cấu hình trạm anten tự động quay

bám vệ tinh

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN VỆ TINH

1.1. Cấu trúc tổng quát

Vệ tinh

Tuyến xuống

Tuyến lên

Trạm mặt đất

Hình 1.1: Mô hình truyền nhận thông tin của đường truyền vệ tinh [1]

Muốn thiết lập một đƣờng thông tin vệ tinh, trƣớc hết phải phóng một vệ tinh lên

qũy đạo và có khả năng thu sóng vô tuyến điện.Vệ tinh có thể là vệ tinh thụ động, chỉ

phản xạ sóng vô tuyến một cách thụ động và không khuếch đại và biến đổi tần số. Hầu

hết các vệ tinh thông tin hiện nay là vệ tinh tích cực. Vệ tinh sẽ thu tín hiệu từ trạm mặt

đất, (SES) biến đổi, khuếch đại và phát lại đến một hoặc nhiều trạm mặt đất khác.

Tín hiệu từ một trạm mặt đất đến vệ tinh, gọi là đƣờng lên (uplink) và tín hiệu

từ vệ tinh trở về một trạm mặt đất khác, đƣờng xuống (downlink). Thiết bị thông tin

trên vệ tinh bao gồm một số bộ phát đáp sẽ khuếch đại tín hiệu ở các băng tần nào

đó lên một công suất đủ lớn và phát trở về mặt đất.

Đƣờng lên (Uplink): là tuyến phát từ trạm mặt đất lên vệ tinh. Điểm kết cuối

đƣờng lên vệ tinh là anten thu (Receive Antenna - Uplink) vệ tinh, thu tín hiệu từ

trạm mặt đất phát lên (rất nhỏ cộng với tạp âm tích luỹ sau khi truyền qua không

gian dài khoảng 36.000 km) sau đó đƣợc bộ khuếch đại tạp âm thấp (LNA - Low

Noise Amplifier, có tạp âm nội rất thấp) khuếch đại tín hiệu (bao gồm cả tạp âm thu

đƣợc) lên mức cần thiết rồi đƣa đến các bộ lọc (filter), tiếp theo đó tín hiệu đƣợc

làm cho yếu đi hoặc mạnh lên (Atten/Amp) tuỳ theo yêu cầu khai thác rồi đƣa đến

hệ thống xử lý (Processing).

Đƣờng xuống (Downlink): Tín hiệu đầu ra của hệ thống xử lý ( Processing) đƣợc

đƣa đến bộ Atten/Amp để làm yếu đi hoặc mạnh lên tuỳ theo yêu cầu rồi đƣa đến các

bộ lọc để lấy các tín hiệu mong muốn đƣa đến bộ khuếch đại công suất lớn (High Power

Amplifier) rồi đƣa ra anten phát (Transmit Antenna) phát tín hiệu xuống mặt đất.

Toàn bộ hệ thống suy hao, khuếch đại của đƣờng lên và đƣờng xuống cùng hệ

1.2. Đặc điểm của thông tin vệ tinh

thống dịch tần đƣợc điều khiển và đƣa đến hệ thống hệ thống xử lý (Processing).

Thông tin vệ tinh là một trong những hệ thống truyền dẫn vô tuyến, sử dụng

vệ tinh để chuyển tiếp tín hiệu đến các trạm mặt đất. Vì trạm chuyển tiếp vệ tinh có

độ cao rất lớn nên thông tin vệ tinh có những ƣu điểm:

- Cấu hình lại hệ thống mạng mặt đất đơn giản, nhanh chóng và giảm giá

thành so với các loại khác.

- Giá thành tuyến thông tin không phụ thuộc vào cự ly giữa hai trạm. Giá

thành nhƣ nhau khi truyền ở cự ly 5000 km và 100 km.

- Có khả năng thông tin quảng bá (điểm - đa điểm) cũng nhƣ thông tin nối

điểm. Một vệ tinh có thể phủ sóng cho một vùng rộng lớn trên mặt đất (vệ tinh địa

tĩnh ở búp sóng toàn cầu có vùng phủ sóng chiếm 1/3 bề mặt quả đất), nhƣ vậy một

trạm mặt đất có thể thông tin với nhiều trạm mặt đất khác trong vùng phủ sóng đó.

- Có khả năng băng thông rộng. Các bộ lặp trên vệ tinh thƣờng là các thiết bị

có băng tần rộng, có thể thực hiện nhiều loại dịch vụ thông tin băng rộng cũng nhƣ

các dịch vụ khác. Độ rộng băng tần của mỗi bộ lặp (repeater) có thể lên đến hàng

chục megahertz. Mỗi bộ lặp có thể đƣợc sử dụng cho hai trạm mặt đất trong vùng

phủ sóng của vệ tinh.

- Ít chịu ảnh hƣởng bởi địa hình của mặt đất. Do độ cao bay lớn nên thông tin

vệ tinh không bị ảnh hƣởng bởi địa hình thiên nhiên nhƣ đồi núi, thành phố, sa mạc,

đại dƣơng. Sóng vô tuyến chuyển tiếp qua vệ tinh có thể truyền tới các vùng xa xôi

hẻo lánh, hải đảo, bởi vậy thông tin vệ tinh là phƣơng tiện thông tin tốt nhất cho các

vùng nông thôn và các vùng chƣa phát triển. Thông tin vệ tinh có thể cung cấp các

loại dịch vụ phổ thông cho cả thành phố, nông thôn cũng nhƣ miền núi và hải đảo

(ví dụ: truyền hình, điện thoại dung lƣợng nhỏ). Thông tin vệ tinh đẩy nhanh sự

phát triển nền công nghiệp và các phƣơng tiện xử lý số liệu ở nông thôn.

- Dịch vụ thông tin vệ tinh có băng tần rộng và có thể truyền tới bất kỳ nơi nào

trên thế giới đã đƣa đến việc tìm ra các thị trƣờng mới cũng nhƣ mở rộng các thị

trƣờng dịch vụ hạ tầng và các đƣờng thông tin đã đƣợc sử dụng trên mặt đất

- Các dịch vụ mới. Do những khả năng đặc biệt của thông tin vệ tinh nên đã

đƣa vào các khái niệm mới cho lĩnh vực viễn thông. Trƣớc khi có thông tin vệ tinh

(trƣớc năm 1958), hầu hết các dịch vụ viễn thông quốc tế đều sử dụng sóng ngắn

phản xạ tầng điện ly. Thông tin này đã không đáp ứng đƣợc các yêu cầu do chất

lƣợng xấu, dung lƣợng thấp, băng tần hẹp, ngay cả khi công nghệ của loại hình viễn

thông này đạt tới mức giới hạn.

- Các dịch vụ cá nhân của khách hàng. Các trạm mặt đất nhỏ với anten kích

thƣớc bé có thể truy nhập đến các cơ sở dữ liệu, các cơ quan bộ và các hệ thống

1.3. Băng tần thông tin vệ tinh

quản lý thông tin.

Thông tin vệ tinh là hệ thống thông tin có phƣơng thức truyền dẫn vô tuyến,

bởi vậy việc lựa chọn và ấn định băng tần công tác cho các dịch vụ thông tin vệ tinh

là rất quan trọng. Nó phải thoả mãn hai điều kiện cơ bản:

- Không gây can nhiễu lên các hệ thống thông tin vô tuyến khác cũng nhƣ dịch

vụ thông tin vệ tinh trong mạng.

- Tổn hao truyền sóng nhỏ để giảm nhỏ kích thƣớc và giá thành thiết bị.

Bảng 1.1: Quy định băng tần thông tin vệ tinh [1]

1.4. Phƣơng pháp đa truy nhập trong thông tin vệ tinh

Thông tin vệ tinh là một hệ thống thông tin vô tuyến điểm đến đa điểm,

nghĩa là một vệ tinh có thể thông tin với nhiều trạm mặt đất, vì vậy phải sử dụng

phƣơng pháp đa truy nhập để tiết kiệm tài nguyên. Trong thực tế, một bộ phát đáp

có thể phục vụ cùng một lúc nhiều trạm mặt đất khác nhau. Kỹ thuật đa truy nhập là

kỹ thuật các trạm mặt đất truy nhập bộ phát đáp vệ tinh, với yêu cẩu sóng vô tuyến

điện từ các trạm mặt đất riêng lẻ không can nhiễu với nhau.

1.4.1. Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA)

Mỗi trạm mặt đất đƣợc ấn định cho một khoảng băng tần nhất định trong

băng tần quy định chung cho hệ thống.

Ƣu điểm của FDMA là kỹ thuật đơn giản, độ tin cậy cao, giá thành hạ. Giữa

các trạm không cần sự đồng bộ. Tuy nhiên nó cũng có nhƣợc điểm:

- Thiếu tính mềm dẻo khi cần thay đổi dung lƣợng.

- Khi số truy nhập tăng do xuất hiện các sản phẩm nhiễu điều chế nên phải

giảm công suất phát của vệ tinh, nên không tận dụng đƣợc hết hiệu suất làm việc

của bộ khuếch đại.

- Phải điều khiển công suất phát của các trạm mặt đất công suất sóng mang

tại đầu vào vệ tinh là nhƣ nhau, để tránh hiệu ứng “bắt” (capture effect).

1.4.2. Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA)

Phƣơng pháp này mỗi trạm mặt đất đƣợc ấn định cho một “khe thời gian”

nhất định và trạm mặt đất chỉ đƣợc thu hoặc phát lƣu lƣợng của trạm mình trong

“khe thời gian” quy định đó và đƣợc gọi là “cụm” (burst). Các “cụm” của một số

trạm mặt đất đƣợc sắp xếp lại trong một khoảng thời gian dài hơn gọi là khung

TDMA.

Đa truy nhập phân chia theo thời gian sử dụng hiệu quả hơn đối với độ rộng

băng tần và tận dụng đƣợc công suất của bộ khuếch đại công suất cao do mỗi khung

TDMA (hay một bộ phận đáp trên vệ tinh) chỉ có một sóng mang nên không có

nhiễu điều chế khi tầng khuếch đại công suất việc tại điểm bão hoà hay lân cận

điểm bão hoà và sẽ cho ra công suất cực đại.

Hệ thống TDMA có tính mềm dẻo trong việc thay đổi lƣu lƣợng giữa các

trạm chỉ cần thay đổi độ rộng “cụm” của mỗi trạm mặt đất.

Nhƣng TDMA yêu cầu về công nghệ trạm mặt đất phức tạp hơn FDMA, bởi

vậy giá thành sẽ đắt hơn vì phải có sự đồng bộ chính xác giữa các trạm và với vệ

tinh. Do vị trí vệ tinh luôn luôn thay đổi nên độ trễ của các trạm mặt đất là khác

nhau, làm cho việc đồng bộ trong mạng gặp nhiều khó khăn và phức tạp hơn nhiều

so với các hệ thống vi ba trên mặt đất.

1.4.3. Đa truy nhập phân chia theo không gian (SDMA)

Trong thông tin vệ tinh bằng việc phủ sóng các vùng khác nhau trên mặt đất

và phƣơng pháp sử dụng các phân cực sóng khác nhau thì với phổ tần giống nhau

có thể sử dụng lại vài lần mà can nhiễu bị hạn chế giữa các ngƣời sử dụng.

- Phân cực: có các loại phân cực thẳng đứng (VP) và phân cực nằm ngang

(HP). Phân cực tròn có phân cực tròn bên trái (LHCP) và phân cực tròn bên phải

(RHCP), có thể đƣợc phát đi cùng tần số từ vệ tinh nhƣng với hai phân cực khác

nhau mà các trạm mặt đất thu đúng tín hiệu của trạm mình mà không bị can nhiễu

do sử dụng các anten thu có phân cực khác nhau.

- Vệ tinh với việc sử dụng các loại anten khác nhau có kích thƣớc khác nhau,

có thể phủ sóng lên mặt đất với các vùng phủ sóng có diện tích và hình dạng khác

nhau. Có bốn dạng phủ sóng cơ bản đó là: phủ sóng toàn cầu, là vùng phủ sóng

rộng nhất mà vệ tinh có thể phủ đƣợc; phủ sóng bán cầu là phủ sóng một nửa bán

cầu phía đông và phía tây của quả đất; phủ sóng khu vực là vùng phủ sóng một khu

vực khá lớn nhƣ bắc Mỹ, châu Âu hoặc Đông nam á và vùng phủ sóng “đốm” là

vùng phủ sóng với diện tích nhỏ nhất so với ba vùng trên.

1.4.4. Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA )

Làm việc theo nguyên lý trải phổ tín hiệu phát rộng hơn nhiều so với độ rộng

thực tế. Chuỗi mã dùng để trải phổ tạo thành “ký hiệu” riêng của máy phát. Máy thu

khôi phục lại thông tin hữu ích bằng việc khôi phục lại sóng mang phát ở độ rộng

băng ban đầu. Hoạt động này đồng thời trải phổ của những ngƣời sử dụng khác

cũng nhƣ sự xuất hiện tạp âm mật độ phổ thấp làm cho tạp âm và can nhiễu ở hệ

thống CDMA rất ít.

Có hai công nghệ đƣợc sử dụng ở CDMA là phát trải phổ trực tiếp (DS) và

phát trải phổ nhảy tần (FH).

Trong CDMA mỗi trạm phát sử dụng một mã giả ngẫu nhiên duy nhất để trải

phổ tín hiệu phát. Phía thu mỗi trạm mặt đất thu trong mạng phải có mã tạp âm giả

ngẫu nhiên (PN) giống hệt nhau để khôi phục lại và chọn ra thông tin. Những mạng

khác có thể làm việc đồng thời trong cùng phổ tần nhƣng với mã khác nhau thì sẽ

không gây can nhiễu. Đa truy nhập phân chia theo mã có các ƣu điểm:

- Đơn giản vì không yêu cầu đồng bộ giữa các trạm

- Bảo mật, ít can nhiễu, có khả năng làm việc với C/N rất thấp.

1.5. Phân hệ thông tin vệ tinh

- Sử dụng ít tần số, giá thành các trạm mặt đất thấp.

Trong hệ thống thông tin vệ tinh, vệ tinh đóng vai trò là một trạm chuyển tiếp,

làm chức năng của một trạm lặp (repeater). Thu tín hiệu từ các trạm mặt đất, khuếch

đại, biến đổi sang một tần số khác và khuếch đại lên một công suất yêu cầu rồi phát

trở lại mặt đất. Là một trạm ở rất xa quả đất và bay xung quanh quả đất, đƣợc điều

khiển từ xa nên có cấu tạo phức tạp. Ngoài phân hệ thông tin còn có những phân hệ

phụ trợ khác để đo lƣờng, điều khiển, giám sát từ xa v.v….

Chức năng của một vệ tinh thông tin là thu tín hiệu cao tần (RF) từ mặt đất

khuếch đại chúng và sau đó phát trở lại mặt đất. Trên hình chỉ cho ta thấy các bộ

khuếch đại tín hiệu của phân hệ thông tin và các phân hệ khác phụ trợ cho phân hệ

thông tin nhƣ thế nào, và các giá trị điển hình của công suất RF cho trƣớc. Anten

thu tín hiệu gồm có một mặt phản xạ (gọi là gƣơng) và một bộ tiếp sóng. Tín hiệu

thu là 10-10 W. Máy thu khuếch đại tín hiệu lên 104 w. Nó cũng có bộ biến đổi hạ

tần, biến đổi tần số thu 6 GHz xuống tần số 4 GHz để phát (nếu công tác ở băng C).

Hình 1.2: Phân hệ thông tin của vệ tinh

Trong nhiều vệ tinh tín hiệu đi qua các chuyển mạch, các bộ suy hao, và các

bộ ghép kênh. Sau đó bộ khuếch đại tăng công suất thực tế lên. Cuối cùng tín hiệu

đến anten phát để bức xạ theo hƣớng mặt đất.

Các chức năng chính của phân hệ thông tin là:

- Thu các tín hiệu vô tuyến ở băng tần và phân cực cho trƣớc của các trạm mặt

đất trong mạng có liên quan. Các trạm này phải nằm trong vùng phủ sóng của vệ

tinh với một góc quy định, góc này phụ thuộc độ rộng búp sóng anten.

- Loại bỏ can nhiễu

- Khuếch đại các tần số thu đƣợc và hạn chế tạp âm và nhiễu loạn càng nhiều

càng tốt. Mức tín hiệu mà anten thu nhận đƣợc chỉ vài chục picowat (pW).

- Biến đổi tần số sóng mang thu ở đƣờng lên thành tần số phát trở lại mặt đất ở

đƣờng xuống. Thƣờng tần số thu đƣờng lên lớn hơn tần số phát đƣờng xuống. Ví dụ

băng C thu 6 GHz, phát 4 GHz, còn băng Ku là 14 GHz và 11 GHz.

- Bảo đảm mức công suất phát xuống trong băng tần quy định từ anten phát

trong khoảng vài chục đến vài trăm Wat.

- Phát tín hiệu vô tuyến trong băng tần và loại phân cực đã cho xuống vùng

phủ sóng yêu cầu trên mặt đất.

CHƢƠNG 2. TRẠM MẶT ĐẤT TRONG THÔNG

TIN VỆ TINH

2.1. Tổng quan trạm mặt đất

Phân đoạn mặt đất bao gồm toàn bộ hệ thống trạm thu – phát mặt đất. Khi

muốn thiết lập đƣờng liên lạc với 2 điểm trực tiếp với nhau trên Trái Đất thông qua

trạm chuyển tiếp vệ tinh thông tin ngƣời ta phải thiết lập 2 trạm trên mặt đất. Do đó

có tên gọi là trạm mặt đất thông tin vệ tinh (SE) làm chức năng phát tín hiệu lên vệ

tinh và thu tín hiệu từ vệ tinh về - thực hiện kết nối vệ tinh thông tin với các mạng

vệ tinh mặt đất. Các trạm này thƣờng nối với các mạng thông tin nội địa mặt đất để

cung cấp các dịch vụ cho ngƣời sử dụng hoặc có thể trực tiếp cung cấp các dịch vụ

cho ngƣời sử dụng.

Một trạm mặt đất bao gồm: thiết bị thông tin, thiết bị truyền dẫn mặt đất, thiết

bị cung cấp nguồn và hệ thống TT&C vệ tinh. Thiết bị thông tin trong trạm mặt đất

nhƣ: anten, thiết bị thu và phát sóng siêu cao tần, các bộ biến đổi tần tuyến lên và

tuyến xuống, hệ thống xử lý tín hiệu, hệ thống thiết bị băng tần cơ bản, hệ thống

bám vệ tinh…

Hình 2.1: Cấu hình trạm mặt đất [1]

2.2. Anten trạm mặt đất

2.2.1. Các loại anten trạm mặt đất

Có nhiều loại anten khác nhau có thể sử dụng ở trạm mặt đất. Tuỳ theo tiêu

chuẩn từng loại trạm mà đƣờng kính của anten thu – phát trạm mặt đất thông

2.2.1.1 Anten Parabol có sơ cấp đặt tại tiêu điểm

thƣờng có đƣờng kính từ 0.6 ÷ 30 m.

Hình 2.2: Anten phản xạ parabol [1]

Đây là loại anten có cấu trúc đơn giản nhất và giá thành thấp nhất, nó đƣợc

dùng chủ yếu cho các trạm chỉ thu và các trạm nhỏ đặc biệt với dung lƣợng thấp.

Tuy nhiên, các đặc tính của nó nhƣ hệ số tăng ích, búp sóng phụ không đƣợc tốt.

Một nhƣợc điểm nữa là cáp đấu nối từ loa thu đến máy phát và máy thu thƣờng dài.

2.2.1.2. Anten Cassegrain

Bởi vậy nó không đƣợc sử dụng ở các trạm mặt đất thông thƣờng.

Hình 2.3: Cấu hình gương Cassegrain [1]

Loại anten này có thêm một gƣơng phản xạ phụ vào gƣơng phản xạ chính, hệ

số tăng ích của anten đƣợc nâng lên và đặc tính búp sóng phụ cũng đƣợc cải thiện

chút ít. Anten Cassegrain đƣợc sử dụng cho các trạm bình thƣờng vừa thu vừa phát

có quy mô trung bình. Loại này có một số ƣu điểm là các thiết bị điện tử có thể đƣợc

đặt sau mặt phản xạ chính cho phép nó gắn trực tiếp vào đầu thu phát sóng làm cho

2.2.1.3. Anten lệch (bù)

khoảng cách giữa các bức xạ có thể rút ngắn làm giảm suy hao ống dẫn sóng.

Anten lệch có bộ phận fiđơ, gƣơng phản xạ phụ đƣợc đặt ở vị trí lệch một ít so

với hƣớng trục chính của gƣơng phản xạ chính để các bộ phận fiđơ và gƣơng phản

xạ phụ không che chắn các đƣờng đi của sóng phản xạ từ gƣơng chính.

Anten lệch có 2 loại chính:

- Loại anten parabol lệch một gƣơng phản xạ.

- Loại anten Gregorian có gƣơng phản xạ phụ dạng elíp hoặc hypebol.

Các anten này có hiệu quả đặc biệt khi cần giảm can nhiễu từ các đƣờng thông

tin vô tuyến khác.

Loại anten lệch cho hiệu suất cao, tạp âm thấp, búp sóng phụ nhỏ, đặc tính

phân cực tốt. Chúng thƣờng đƣợc sử dụng cho các trạm mặt đất quy mô nhỏ chất

lƣợng cao.

Hình 2.4: Anten lệch [1]

2.2.2. Hệ thống bám vệ tinh

Mặc dù vệ tinh đƣợc đặt trên quỹ đạo địa tĩnh, nhƣng vị trí của chúng luôn thay đổi ±0.050 theo các hƣớng Đông, Tây, Bắc, Nam (trƣớc đây là ±0.10). Bởi vậy, cần điều

khiển anten trạm mặt đất bám theo vệ tinh. Dƣới đây là các hệ thống bám vệ tinh:

- Hệ thống xung đơn (hay còn gọi là hệ thống bám liên tục): Hệ thống này

luôn luôn xác định tâm búp sóng anten có hƣớng đúng vào vệ tinh hay không để

điều khiển hƣớng của anten.

- Hệ thống bám từng nấc: hệ thống này dịch chuyển nhẹ vị trí anten ở các

khoảng thời gian nhất định để điều chỉnh hƣớng anten sao cho mức tín hiệu thu

đƣợc là cực đại.

- Hệ thống điều khiển theo chƣơng trình: hệ thống này điều khiển anten dựa

trên cơ sở dự đoán trƣớc về quỹ đạo vệ tinh.

Trong hệ thống xung đơn, có thể biết chắc anten có hƣớng rất đúng hay

không vào vệ tinh bằng cách sử dụng bốn cái bức xạ có hƣớng búp sóng hơi khác

với hƣớng búp chính hoặc một sóng bậc cao hơn của một ống dẫn sóng tròn để lấy

ra các tín hiệu sai lỗi. Hệ thống này yêu cầu có một hệ thống fiđơ phức tạp và giá

thành cao hơn do sử dụng nhiều máy thu. Tuy nhiên đƣợc áp dụng cho trạm mặt đất có anten đƣờng kính lớn mà độ rộng búp sóng ở mức một nửa công suất là 0.10 hoặc

nhỏ hơn và phải bắt đƣợc tín hiệu vệ tinh ở tâm búp sóng. Ngày nay, do hệ thống ổn định vị trí vệ tinh đƣợc cải thiện (độ chính xác vệ tinh đạt giá trị là ±0.050) nên việc

sử dụng bám từng nấc cho anten lớn đƣợc áp dụng nhiều nhằm đơn giản hệ thống

điều khiển anten và thiết bị phụ trợ.

Hệ thống bám từng nấc đƣợc kết cấu với thiết bị sắp xếp theo một cấu trúc

đơn giản và đƣợc sử dụng cho các trạm mặt đất có anten kích thƣớc trung bình hoặc

nhỏ khi chất lƣợng thu phát không bị ảnh hƣởng nhiều nếu vị trí anten không đƣợc

điều khiển chặt chẽ. Đối với các anten nhỏ mà độ rộng búp sóng ở mức một nửa công suất là 0.20 ÷ 0.30 hoặc lớn hơn, sử dụng phƣơng pháp cố định hƣớng anten

hoặc thỉnh thoảng điều khiển bằng tay cho đúng hƣớng cần khi xét thấy mức tín

hiệu thu bị ảnh hƣởng lớn trong phạm vi di chuyển bình thƣờng của vệ tinh địa tĩnh.

2.2.3. Hệ số tăng ích của anten

Hệ số tăng ích của anten là một thông số quan trọng, quyết định không

những chất lƣợng của anten mà cả chất lƣợng và quy mô của trạm mặt đất. Hệ số

tăng ích của anten (G) đƣợc tính theo công thức:

G = 4π.A.η/λ2

Trong đó: A là diện tích hiệu dụng của anten.

λ là bƣớc sóng của anten.

η là hiệu suất của anten.

Ở đây, η biểu thị hiệu suất, với một anten kích thƣớc giống nhau, nếu có hiệu

suất lớn thì hệ số tăng ích cũng lớn hơn. Với anten parabol thƣờng η = 0.5 ÷ 0.75.

Trong trƣờng hợp anten gƣơng tròn với đƣờng kính d(m).

A = πd2/4

Từ đó rút ra:

G = (πd/λ)2.η

Hoặc tính theo dB:

GdBi = 10log η + 20log π + 20log d – 20log λ

Một biểu thức thiết thực hơn là:

GdBi = 10log η + 20log f + 20log d + 20.4dB

Trong đó:

η là hiệu suất của anten.

d (m) là đƣờng kính của anten.

f (GHz) là tần số làm việc.

20.4dB là hằng số đƣợc tính từ 10log (1*109*π/c).

Vậy hệ số tăng ích của anten tỷ lệ với bình phƣơng đƣờng kính anten (d) và

bình phƣơng tần số làm việc (f).

2.2.4. Góc độ rộng búp sóng

Góc độ rộng búp sóng là góc hợp bởi hƣớng có một hệ số tăng ích đã cho với

hƣớng hệ số tăng ích cực đại. Độ rộng búp sóng 3dB là góc θ3dB thƣờng đƣợc sử

dụng nhiều. Độ rộng búp sóng 3 dB là góc hợp bởi hai hƣớng mà ở đó hệ số tăng

ích giảm đi một nửa so với hệ số tăng ích ở hƣớng cực đại. Độ rộng búp sóng 3 dB

liên quan tới tỷ số λ/d bởi một hệ số có giá trị phụ thuộc vào việc lựa chọn luật chiếu xạ. Với dạng chiếu xạ đều thì hệ số đó có giá trị bằng 58.50.

Với các luật chiếu xạ không đều thì dẫn đến suy hao tại rìa của bộ chiếu xạ làm

cho độ rộng búp sóng 3 dB tăng và giá trị của hệ số phụ thuộc vào các tính chất riêng của luật chiếu xạ. Giá trị sử dụng hiện tại là 700, và độ rộng búp sóng sẽ đƣợc biểu thị:

θ3dB = 70(λ/d) = 70(c/fd) (độ)

Ở hƣớng α so với hƣớng trục (hƣớng cực đại) thì hệ số tăng ích của anten

đƣợc tính theo công thức:

2.3. Bộ khuếch đại tạp âm thấp (LNA)

G(α)dB = GdB – 12(α/θ3dB)2 (dB)

2.3.1. Giới thiệu

Tín hiệu thu từ vệ tinh về rất yếu, thƣờng khoảng -150 dBW trên nền tạp âm

lớn, vì vậy bộ khuếch đại tạp âm thấp LNA có một vai trò rất quan trọng trong trạm

mặt đất để vừa khuếch đại tín hiệu lên vừa không làm giảm chất lƣợng tín hiệu.

Các yêu cầu kỹ thuật đối với bộ khuếch đại tạp âm thấp:

- Bộ LNA có ảnh hƣởng quan trọng đến hệ số phẩm chất G/T của trạm mặt đất

vì bộ LNA đóng vai trò quyết định tạo nên nhiệt độ tạp âm hệ thống, bởi lẽ nó là tầng

khuếch đại đầu tiên trong tuyến thu.

- Mức đầu ra tín hiệu phải nhỏ hơn mức bão hoà của bộ khuếch đại tối thiểu

là 20 dB nhằm giảm tối đa các thành phần nhiễu điều chế tƣơng hỗ trong LNA.

- Băng tần của LNA phải đủ rộng để có thể bao phủ băng tần công tác của

vệ tinh.

- Vị trí lắp đặt LNA càng gần đầu thu càng có lợi về mức tín hiệu vì giảm tạp

âm và suy hao do giảm đƣợc chiều dài ống dẫn sóng.

2.3.2. Các loại khuếch đại tạp âm thấp LNA

Khuếch đại GaAs - FET: khuếch đại dùng Transistor trƣờng loại bán dẫn hỗn

tạp Gali - Arsenic (GaAs-FET) đƣợc sử dụng rộng rãi ở vùng tần số cao với đặc

tính băng tần rộng, hệ số khuếch đại và độ tin cậy cao.

Khuếch đại thông số: nguyên tắc hoạt động của nó khi một tín hiệu kích thích

đặt lên một điốt điện dung, các thông số mạch điện của nó thay đổi và tạo ra một

điện trở âm, do đó khuếch đại tín hiệu vào. Nhƣ vậy, từ sự biến đổi điện dung của

điốt do tín hiệu kích thích đƣợc dùng cho khuếch đại. Việc giảm điện trở nội của

điốt sẽ tạo ra các đặc tính tạp âm thấp.

Bộ khuếch đại thông số có một số hạn chế so với bộ khuếch đại GaAs-FET

nhƣ sau:

- Cần có một mạch tạo ra tín hiệu kích thích.

- Khó điều chỉnh và không phù hợp với việc sản xuất hàng loạt.

- Băng tần hẹp, bất lợi về độ tin cậy và bảo dƣỡng.

Khuếch đại HEMT (Transistor có độ linh động điện tử cao) gần đây đã đƣợc đƣa

vào sử dụng trong thực tế. Lợi dụng hiệu ứng chất khí điện tử hai chiều với độ linh

động cao phù hợp đối với khuếch đại tạp âm thấp tín hiệu tần số cao. Ƣu điểm của nó

2.4. Bộ đổi tần (FC)

là băng thông rộng, kích thƣớc nhỏ, dễ bảo dƣỡng và thuận lợi cho sản xuất hàng loạt.

2.3.1. Giới thiệu

Các trạm mặt đất vệ tinh thông tin thực hiện nhiệm vụ thu tín hiệu cao tần

RF từ vệ tinh và phát lại tín hiệu cao tần RF lên vệ tinh, nên chúng phải sử dụng các

bộ đổi tần tuyến lên (U/C) và đổi tần tuyến xuống (D/C).

Khi thực hiện nhiệm vụ thu tín hiệu cao tần, sử dụng bộ đổi tần tuyến xuống

D/C để biến đổi tín hiệu cao tần RF thu từ vệ tinh thành tín hiệu trung tần IF. Sử

dụng bộ đổi tần lên khi thực hiện nhiệm vụ phát tín hiệu cao tần lên vệ tinh để biến

đổi tín hiệu trung tần IF thành tín hiệu cao tần RF.

Nguyên lý của bộ đổi tần là dùng thiết bị trộn (Mixer) để trộn tín hiệu vào với

tín hiệu dao động nội.

Yêu cầu đối với bộ đổi tần là:

- Bộ dao động nội phải có tần số ổn định rất cao vì nó quyết định đặc tính biên

độ và pha của tín hiệu ra.

- Độ rộng băng tần của bộ đổi tần phụ thuộc vào tần số trung tần IF đến hoặc

tự nó cung cấp.

2.4.2. Các bộ đổi tần kép

2.4.2.1. Dải thông

Dải thông RF là khả năng của bộ biến đổi để bao phủ băng RF hoạt động,

phát (hoặc thu) bằng cách hiệu chỉnh tần số dao động nội LO để bao phủ đầy đủ dải

thông RF (khoảng 575 MHz).

Dải thông IF phụ thuộc vào tần số IF đƣợc lựa chọn. Nếu tần số IF là 70 MHz

2.4.2.2. Sự thay đổi tần số

thì dải thông là 36 MHz, còn nếu tần số IF là 140 MHz thì dải thông sẽ là 72 MHz.

Tần số phải đƣợc thay đổi theo sự thay đổi trong kế hoạch tần số khi lƣu lƣợng

tăng hoặc khi thay đổi một vệ tinh mới. Cho nên, các bộ đổi tần lên và xuống có thể

sẵn sàng đƣợc hiệu chỉnh vƣợt quá tần số của toàn bộ dải thông RF. Bộ dao động nội

2.4.2.3. Bộ cân bằng

tạo ra các tần số khác nhau đƣợc sử dụng để đáp ứng các nhu cầu thay đổi tần số.

Biên độ tần số phát đáp và độ trễ nhóm của đoạn thu và phát của các trạm mặt

2.4.2.4. Phân đoạn tuyến tính.

đất đƣợc cân bằng trong các đoạn IF tƣơng ứng của chúng.

Trong các hệ thống IDR, IBS và SCPC số lƣợng các sóng mang là tần số đƣợc

biến đổi bằng một bộ biến đổi U/C hoặc D/C và sự thay đổi qua lại giữa các sóng

mang có thể xảy ra. Trong đoạn phát, nó thực sự cần thiết để giữ sự thay đổi không

muốn đó sinh ra các phần nhỏ không đáng kể vào trong HPA. Cho nên, bộ đổi tần

2.4.2.5. Dung sai của tần số sóng mang.

tuyến lên U/C đƣợc cần đến để tốt cho phân đoạn tuyến tính.

Dung sai tần số RF cho truyền dẫn của các sóng mang IDR, IBS và

SCPC/QPSK trong hệ thống INTELSAT đựơc chỉ định nhƣ:

IDR: ± 0.025R…Hz. (nhƣng luôn nhỏ hơn ±3.5 KHz).

IBS: ± 0.025R…Hz. (nhƣng luôn nhỏ hơn ±10 KHz).

Trong đó: R là tốc đôn truyễn dẫn sóng mang (bps).

SCPC là lớn hơn rất nhiều: ±250 Hz

2.4. 3. Bộ dao động nội

Các bộ dao động nội đƣợc sử dụng trong các bộ đổi tần có thể đƣợc điều khiển

bởi một dao động thạch anh hoặc một bộ tổ hợp tần số. Các bộ dao động nội phải có

đặc tính là tần số tạp âm thấp tại các tần số tín hiệu dải tần cơ sở để tuân theo các

2.5. Bộ khuếch đại công suất cao (HPA)

yêu cầu chung trong thiết bị tạp âm trạm mặt đất.

2.5.1. Giới thiệu

Chức năng cơ bản của một bộ khuếch đại công suất cao HPA trong một trạm

mặt đất là khuếch đại các sóng mang cao tần RF ở mức thấp đƣợc cung cấp bởi các

thiết bị truyền thông mặt đất phát thành mức công suất đủ cao để đƣa ra anten phát

lên vệ tinh.

2.5.2. Phân loại các bộ khuếch đại công suất cao

Các đèn sóng chạy (TWT), Klystron (KLY), transistor hiệu ứng trƣờng

(FET) hiện có trên thị trƣờng có thể dùng trong bộ khuếch đại công suất cao tuỳ

theo công suất ra của máy phát và băng tần.

2.5.3. Cấu hình của bộ khuếch đại công suất cao

Máy phát công suất cao gồm có một bộ khuếch đại trung tần IF, một bộ đổi

tần lên U/C và một bộ khuếch đại công suất cao HPA. Bộ khuếch đại trung tần IF

khuếch đại tín hiệu từ bộ điều chế đƣa tới, tần số trung tần sau đó đƣợc biến đổi lên

tần số sóng cực ngắn nhờ bộ đổi tần. Sau đó, tín hiệu đƣợc bộ khuếch đại công suất

cao khuếch đại lên mức công suất yêu cầu để đƣa ra anten phát phát lên vệ tinh. Cấu

hình của một máy phát công suất cao đƣợc quyết định bởi loại và số sóng mang:

a. Một máy phát khuếch đại đồng thời nhiều sóng mang

Trong trƣờng hợp này cần phải thoả mãn các yêu cầu sau: Độ rộng băng đủ

rộng để khuếch đại một sóng mang với bất kỳ tần số nào và công suất ra có độ dự

trữ đủ sao cho méo do điều chế phát sinh từ sự khuếch đại đồng thời của nhiều tín

hiệu ở dƣới mức quy định. Mặc dù cấu hình này sẽ đắt khi số sóng mang nhỏ,

nhƣng thƣờng thuận lợi cho khai thác.

b. Mỗi sóng mang đƣợc khuếch đại riêng bằng một bộ khuếch đại công suất cao

Trong trƣờng hợp này mỗi bộ khuếch đại không yêu cầu phải có băng tần

rộng, chỉ cần đủ rộng để điều chỉnh tần số khuếch đại đối với mỗi sóng mang cho

trƣớc. Cấu hình này thích hợp khi số sóng mang ít.

Hình 2.5: Cấu hình của bộ khuếch đại công suất cao

2.6. Kỹ thuật điều chế và giải điều chế tín hiệu

2.6.1. Giới thiệu

Điều chế tín hiệu là biến đổi tin tức cần truyền sang một dạng năng lƣợng

mới có quy luật biến đổi theo tin tức và thích hợp với môi trƣờng truyền dẫn. Quá

trình điều chế là quá trình dùng tín hiệu tin tức để thay đổi một hay nhiều thông số

của phƣơng tiện mang tin. Phƣơng tiện mang tin trong thông tin vệ tinh thƣờng là

sóng điện từ cao tần (RF). Việc điều chế phải đảm bảo sao cho tín hiệu ít bị can

nhiễu nhất khi sóng mang đi qua môi trƣờng trung gian. Có hai loại điều chế đó là

điều chế tƣơng tự cho các tín hiệu tƣơng tự và điều chế số cho các tín hiệu số.

Đối với tín hiệu tƣơng tự thì kiểu điều chế thƣờng dùng trong thông tin vệ tinh

là điều tần FM (dùng cho thoại, số liệu và truyền hình). Các phƣơng pháp điều biên

AM và điều biên pha QAM (điều chế cầu phƣơng) rất ít dùng bởi khoảng cách truyền

dẫn rất lớn của tuyến vệ tinh cùng với các tạp âm đƣờng truyền sẽ làm cho biên độ

sóng mang bị thay đổi rất mạnh gây nhiều khó khăn cho quá trình giải điều chế.

Kỹ thuật điều chế số dựa trên cơ sở dùng các biện pháp tải các dòng bít tin

tức lên sóng mang. Tín hiệu ở băng gốc bao giờ cũng là tín hiệu tƣơng tự nên chúng

phải đƣợc chuyển thành tín hiệu số nhờ phƣơng thức PCM trƣớc khi đem điều chế.

Kỹ thuật điều chế số đƣợc sử dụng trong thông tin vệ tinh thƣờng là điều chế dịch

mức pha PSK và điều chế dịch mức pha vi sai DE-PSK. Ƣu điểm của kỹ thuật điều

chế số là nó khai thác đƣợc các mặt mạnh của tín hiệu số so với tín hiệu tƣơng tự, ít

bị can nhiễu của môi trƣờng và dễ kết hợp với các quá trình xử lý nhƣ: mã hoá, bảo

mật, chống lỗi, sửa lỗi… Nói chung, nguyên tắc của việc điều chế tín hiệu số và tín

hiệu tƣơng tự là giống nhau.

2.6.2. Kỹ thuật điều chế tần số (FM)

Nguyên lý của kỹ thuật điều chế tần số (FM): giả sử v(t) là điện áp đại diện

cho tín hiệu điều chế và fc là tần số sóng mang thông thƣờng. Điều chế tần số kết

hợp sự lệch tần số (di tần) của sóng mang ΔF(t) = f(t) – fc (độ lệch này tỷ lệ thuận

với v(t)), với điện áp v(t) ta có:

ΔF(t) = f(t) – fc =kFM.v(t) (Hz)

Trong đó:

- kFM (Hz/V) đặc trƣng cho bộ điều chế.

- f(t) (Hz) là tần số tín hiệu cần điều chế.

Nhƣ vậy, sự biến đổi biên độ của điện thế v(t) đặc trƣng cho tin tức cần

truyền đi đã đƣợc tải lên sóng mang theo hàm ΔF(t). Khi truyền sóng sang trạm thu,

bộ giải điều chế sẽ căn cứ vào đại lƣợng ΔF(t) để khôi phục tin tức ban đầu.

2.6.3. Kỹ thuật giải điều chế sóng mang điều tần (FM)

Nguyên lý của kỹ thuật giải điều chế sóng mang (FM): sóng mang tại đầu

vào bộ giải điều chế có một tỷ số tín hiệu trên tạp âm (C/N0)T. Bộ giải điều chế nhận

biết độ di tần tức thời ΔF(t) của sóng mang và khôi phục một điện áp u(t) sao cho:

u(t) = σFM.ΔF(t) (V)

trong đó σFM (V/Hz) đặc trƣng cho bộ giải điều chế.

2.6.4. Điều chế số

Hình 2.6: Nguyên lý của một bộ điều chế số

- Bộ tạo ký tự tạo ra các ký tự với M trạng thái, trong đó M=2m, từ m bit liên

tiếp của dòng nhị phân đầu vào.

- Bộ mã hoá thiết lập một sự tƣơng ứng giữa M trạng thái của các ký hiệu này

và M trạng thái có thể có của sóng mang phát. Có hai loại mã hoá thông dụng:

+ Mã hoá trực tiếp - một trạng thái của ký tự xác định một trạng thái của

sóng mang.

+ Mã hoá chuyển tiếp (mã hoá vi sai) - một trạng thái của ký tự xác định một

chuyển tiếp giữa hai trạng thái kế tiếp nhau của sóng mang.

Điều chế pha (khóa dịch pha PSK) đặc biệt thích hợp đối với các tuyến vệ

tinh. Trong thực tế nó sử dụng lợi thế của một đƣờng bao không đổi nên nó cung

cấp hiệu quả phổ tốt hơn.

2.6.5. Kỹ thuật giải điều chế sóng mang PSK

Vai trò của bộ giải điều chế là nhận biết pha (hoặc sự dịch pha) của sóng

mang nhận đƣợc và từ đó suy ra giá trị các bit của dòng nhị phân đƣợc phát đi. Giải

điều chế có thể là:

- Nhất quán (coherent): Giải điều chế nhất quán cho phép dòng nhị phân

đƣợc tái cấu trúc cho cả hai trƣờng hợp mã hoá truyền dẫn - trực tiếp (BPSK và

QPSK) và vi sai (DE-PSK và DE-QPSK).

- Vi sai: bộ giải điều chế đối chiếu pha của sóng mang thu đƣợc trong thời

gian truyền dẫn một ký tự và pha của nó trong thời gian của ký tự trƣớc đó. Do vậy,

bộ giải điều chế phát hiện đƣợc những biến đổi pha. Thông tin phía phát chỉ có thể

đƣợc khôi phục nếu nó đƣợc chứa trong các biến đổi pha, điều chế vi sai luôn luôn

2.7. Kỹ thuật đa truy nhập

kết hợp với mã hoá vi sai khi truyền dẫn.

2.7.1. Các vấn đề về lưu lượng

2.7.1.1. Định tuyến lƣu lƣợng

Vấn đề đặt ra ở đây là ta cần đƣa ra yêu cầu về lƣu lƣợng của một mạng N

trạm, làm thế nào để định tuyến lƣu lƣợng trong mạng. Để thực hiện điều này ta cần

phải thiết lập một dung lƣợng chuyển tải thông tin thích hợp giữa hai trạm. Thông

thƣờng dung lƣợng này xác định theo nhu cầu lƣu lƣợng và xác suất chặn có thể

chấp nhận (giá trị tiêu biểu là từ 0.5 đến 1%). Giả sử Cxy là dung lƣợng đƣợc biểu

thị nhƣ số lƣợng kênh thoại hoặc bit/s cho nhu cầu chuyển thông tin fXY từ trạm X

đến trạm Y. Tập hợp các dung lƣợng sẵn có để trao đổi giữa N trạm mô tả bằng một

ma trận vuông N*N với đƣờng chéo chính bằng 0 (CXY=0). Ví dụ, đối với một

mạng chứa 3 trạm (X=A, B, C; Y=A, B, C):

Bảng 2.1: Ví dụ bảng dữ liệu định tuyến

Việc chuyển giao thông tin xảy ra theo các kỹ thuật truyền dẫn cho một kênh

qua vệ tinh và hàm ý sự điều chế sóng mang của tần số vô tuyến do kênh vệ tinh

chuyển tiếp. Có thể có hai giải pháp:

- Thiết lập mỗi sóng mang một tuyến.

2.7.1.2. Mỗi sóng mang trên một tuyến

- Thiết lập mội sóng mang một trạm phát.

Hình 2.7: Định tuyến lưu lượng a) Mỗi sóng mang một tuyến b) Mỗi sóng

mang một trạm phát

Mỗi sóng mang vận chuyển lƣu lƣợng thông tin fXY từ trạm X tới trạm Y. Số

lƣợng các sóng mang bằng với số lƣợng các hệ số khác không trong ma trận nói trên,

có nghĩa là N(N-1). Các hệ số của ma trận xác định dung lƣợng của mỗi sóng mang.

2.7.1.3. Mỗi sóng mang trên một trạm phát

Tính quảng bá của vệ tinh đƣợc sử dụng: nó cho phép mỗi trạm thu đƣợc tất cả

các sóng mang phát tới vệ tinh. Trong các điều kiện nhƣ vậy có thể thấy là nhiệm

vụ vận chuyển toàn bộ lƣu lƣợng từ trạm X đến tất cả các trạm khác có thể đƣợc

gán cho một sóng mang duy nhất. Số lƣợng các sóng mang bằng với số trạm N.

Dung lƣợng của mỗi sóng mang đƣợc tính bằng tổng các hệ số của hàng trong ma

2.7.1.4. Đánh giá chung

trận nói trên tƣơng ứng với trạm phát.

Trong phƣơng pháp định tuyến “một sóng mang trên một tuyến” dẫn đến

nhiều sóng mang hơn so với phƣơng pháp “mỗi sóng mang trên một trạm phát” và

mỗi sóng mang có dung lƣợng nhỏ hơn. Tuy nhiên, trạm thu chỉ nhận đƣợc dung

lƣợng dự định dành cho nó, khi đó trong phƣơng pháp “mỗi sóng mang trên một

trạm phát”, trạm thu Y phải tách lƣu lƣợng “X tới Y” ra khỏi sóng mang thu đƣợc

từ trạm X khỏi lƣu lƣợng tổng do trạm X phát trên sóng mang này.

Việc lựa chọn giữa hai phƣơng pháp này là sự lựa chọn kinh tế. Nó phụ

thuộc vào những điều kiện cân nhắc khác, chẳng hạn nhƣ số lƣợng các kênh vệ tinh,

dải thông của kênh vệ tinh và kỹ thuật đa truy nhập đƣợc sử dụng. Nói chung một

số lƣợng lớn sóng mang đƣợc vệ tinh chuyển tiếp sẽ gây ra nhiều phiền hà hơn so

với việc phải phát các sóng mang có dung lƣợng cao hơn. Phƣơng pháp “mỗi sóng

mang trên một trạm phát” thƣờng đƣợc sử dụng nhiều nhất.

2.7.2. Kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA)

Dải thông của kênh của một bộ chuyển tiếp đƣợc chia thành các dải con, mỗi

dải con đƣợc phân bố cho các sóng mang do trạm một mặt đất phát đi. Với kiểu truy

nhập này trạm mặt đất phát đi liên tục và kênh sẽ phát đi đồng thời một sóng mang

tại các tần số khác nhau. Nhất thiết phải cung cấp các khoảng bảo vệ giữa mỗi dải

mà một sóng mang chiếm để bù trừ lại sự không hoàn hảo của các bộ lọc và các bộ

dao động. Máy thu của tuyến xuống chọn lọc các sóng mang cần thiết phù hợp với

tần số thích hợp. Bộ khuếch đại trung tần IF sẽ bảo đảm việc này.

Tuỳ thuộc vào các kỹ thuật ghép kênh và điều chế đƣợc sử dụng mà ta có thể

xem xét một số cơ chế truyền dẫn. Trong mỗi trƣờng hợp, kênh sẽ vận chuyển một

số sóng mang cùng một lúc và đặc tính chuyển tải tuyến của kênh sẽ là nguyên nhân

2.7.2.1. Các cơ chế truyền dẫn

a. FDM/FM/FDMA

của một vấn đề lớn - đó là xuyên điều chế giữa các sóng mang.

Các tín hiệu băng tần gốc từ các thuê bao hoặc từ mạng là các tín hiệu tƣơng

tự, chúng đƣợc tổ hợp lại để hình thành một tín hiệu ghép kênh phân chia theo tần số

(FDM). Tần số tín hiệu tƣơng tự đã đƣợc ghép kênh này dùng để điều chế một sóng

mang theo kiểu điều tần (FM), sau đó sóng mang này truy cập lên vệ tinh với một tần

số riêng tại cùng một thời điểm với các sóng mang khác nhau trên các tần số khác

nhau phát đi từ các trạm khác trên mạng. Để giảm thiểu các thành phần xuyên điều

chế cũng nhƣ số lƣợng sóng mang phát đi trong mạng thì việc định tuyến lƣu lƣợng

đƣợc thực hiện theo phƣơng pháp “mỗi sóng mang trên một trạm phát”. Do vậy, tín

hiệu ghép kênh FDM bao gồm tất cả các tần số của tín hiệu đi tới các trạm khác.

Hình 2.8: Cấu hình truyền dẫn

b. TDM/PSK/FDM

Các tín hiệu băng tần gốc từ các thuê bao hoặc từ mạng là các tín hiệu số,

chúng đƣợc tổ hợp lại để hình thành một tín hiệu ghép kênh phân chia theo thời

gian (TDM). Dòng nhị phân biểu thị tín hiệu đƣợc ghép kênh này sẽ điều chế một

sóng mang theo khoá dịch pha (PSK), sóng mang này truy nhập vệ tinh tại một tần

số riêng tại cùng một thời điểm với sóng mang khác, trên các tần số khác từ các

trạm khác. Để giảm thiểu các sản phẩm xuyên điều chế, và do vậy số lƣợng các

sóng mang việc định nghĩa tuyến lƣu lƣợng đƣợc thực hiện theo phƣơng pháp “mỗi

sóng mang trên một trạm phát”. Nhƣ vậy, tín hiệu ghép kênh TDM bao gồm tất cả

c. SCPC/FDM

các tín hiệu theo thời gian hƣớng tới các trạm khác.

Mỗi tín hiệu băng tần gốc từ các thuê bao hoặc từ mạng điều chế trực tiếp

một sóng mang dƣới dạng tƣơng tự hoặc số tuỳ thuộc vào bản chất của tín hiệu

đang xét (SCPC). Mỗi sóng mang truy nhập vệ tinh trên tần số riêng của nó tại cùng

một thời điểm nhƣ các sóng mang khác trên các tần số khác nhau từ cùng một trạm

hoặc từ các trạm khác.

Do vậy, việc định tuyến thông tin đƣợc định tuyến theo phƣơng pháp “mỗi

2.7.2.2. Can nhiễu của kênh lân cận

sóng mang trên một tuyến”.

Dải thông của kênh đƣợc một số sóng mang chiếm tại những tần số khác

nhau. Kênh sẽ phát chúng tới tất cả các trạm mặt đất nằm trong vùng phủ sóng của

anten vệ tinh. Các sóng mang phải đƣợc máy thu lọc tại mỗi trạm mặt đất và việc

lọc này đƣợc thực hiện dễ dàng hơn khi phổ của sóng mang tách biệt nhau bởi một

dải bảo vệ rộng. Tuy nhiên, việc sử dụng các dải bảo vệ rộng dẫn đến sử dụng

không hiệu quả dải thông của kênh và chi phí khai thác của đoạn không gian cho

mỗi sóng mang sẽ cao hơn. Do vậy, cần phải có sự dung hoà kinh tế - kỹ thuật. Bất

kể sự dung hoà đƣợc chọn nhƣ thế nào thì một phần công suất của một sóng mang

nằm bên cạnh sóng mang cho trƣớc cũng sẽ bị “bắt” bởi máy thu điều hƣởng ở tần

số của sóng mang này. Đây là nguyên nhân sẽ gây ra can nhiễu của kênh lân cận.

2.7.2.3. Xuyên điều chế

Ta thấy một kênh của một bộ chuyển tiếp vệ tinh có một đặc tính truyền đạt

không tuyến tính. Nhờ tính chất của đa truy nhập phân chia theo tần số, bộ khuếch

đại này khuếch đại đồng thời nhiều sóng mang tại các tần số khác nhau. Bản thân

trạm mặt đất cũng có một bộ khuếch đại phi tuyến và nó cũng có thể đƣợc cấp nhiều

sóng mang tại các tần số khác nhau. Nói chung, khi N tín hiệu hình sin tại các tần số

f1, f2…fN đi qua một bộ khuếch đại phi tuyến, thì đầu ra của nó không chỉ chứa N

tín hiệu tại các tần số gốc mà còn chứa các tín hiệu không mong muốn, gọi là các

sản phẩm xuyên điều chế. Các sản phẩm đó xuất hiện tại các tần số fIM, vốn là các

tổ hợp tuyến tính của các tần số đầu vào, nhƣ vậy:

fIM=m1f1 + m2f2 +…+mNfN (Hz)

trong đó m1, m2 … mN là các số nguyên dƣơng hoặc âm.

Đại lƣợng X đƣợc gọi là bậc của một sản phẩm xuyên điều chế, sao cho:

X= |m1| + |m2| +…+|mN|

Khi tần số trung tâm của dải thông của bộ khuếch đại là lớn so với dải thông

của bộ chuyển tiếp của kênh vệ tinh, thì chỉ các sản phẩm xuyên điều chế bậc lẻ mới

rơi vào dải thông của kênh. Vả lại, biên độ của các sản phẩm xuyên điều chế này sẽ

giảm theo bậc của sản phẩm này. Trong thực tế, chỉ những sản phẩm bậc 3 và ở

2.7.2.4. Hiệu suất của FDMA

mức nhỏ hơn 5 là đáng kể.

Giữa hiệu suất và số lƣợng các kênh thoại của dung lƣợng tổng cộng của một

kênh vệ tinh có độ rộng 36MHz bao phủ toàn cầu bởi vệ tinh INTELSAT IV hoặc

IVA có mối quan hệ với nhau. Trong cơ chế truyền dẫn kiểu FDM/FM/FDMA thì

các sóng mang đƣợc điều chế bởi các tín hiệu ghép kênh. Số các sóng mang tăng thì

dải thông ấn định cho mỗi sóng mang phải giảm, tổng dung lƣợng thực tế trên các

sóng mang sẽ giảm đi so với trƣờng hợp chỉ có một sóng mang. Vì dung lƣợng tổng

cộng đƣợc tạo ra từ dung lƣợng của mỗi sóng mang và số các sóng mang thì ta có

thể hình dung là dung lƣợng tổng cộng sẽ là hằng số tuyệt đối. Nhƣng không phải

vậy, dung lƣợng tổng cộng giảm khi số sóng mang tăng. Kết quả này là do mỗi sóng

2.7.2.5. Kết luận

mang làm suy giảm giá trị (C/N0)T khi số các sóng mang lớn.

Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) đƣợc đặc trƣng bởi sự truy nhập

liên tục tới vệ tinh trong một băng tần cho trƣớc. Kỹ thuật này có lợi thế là tính đơn

giản và dựa vào các thiết bị đã đƣợc kiểm nghiệm. Tuy nhiên, nó có nhƣợc điểm:

- Thiếu linh hoạt trong trƣờng hợp tái cấu hình; để thích ứng với sự thay đổi

dung lƣợng, nhất thiết phải thay đổi kế hoạch tần số và điều này đòi hỏi thay đổi các

tần số phát, các tần số thu và các dải thông bộ lọc của các trạm mặt đất.

- Tổn thất dung lƣợng khi số lƣợng truy nhập tăng lên do phát sinh các sản phẩm

xuyên điều chế đòi hỏi phải hoạt động tại một công suất phát của vệ tinh bị giảm bớt.

- Cần phải điều khiển công suất phát của các trạm mặt đất theo một cách sao

cho các công suất sóng mang tại đầu vào vệ tinh là nhƣ nhau. Việc điều khiển này

phải đƣợc thực hiện theo thời gian thực và phải thích ứng với độ suy hao do mƣa

gây ra trên các tuyến lên.

2.7.3. Kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA)

Hình 2.9: Hoạt động của một mạng theo nguyên lý TDMA

Các trạm mặt đất phát một cách gián đoạn trong khoảng thời gian TB. Truyền

dẫn này gọi là truyền dẫn từng khối (burst). Một khối truyền đƣợc chèn vào trong cấu

trúc giới hạn thời gian TF gọi là chu kỳ một khung và điều này tƣơng ứng với cấu trúc

thời gian tuần hoàn trong tất cả các trạm phát. Mỗi sóng mang mô tả một khối chiếm tất

2.7.3.1. Tạo khối bit

Khối bit tƣơng ứng với việc chuyển lƣu lƣợng từ một trạm đang xem xét.

cả các dải thông của kênh. Vì vậy một kênh chỉ mang một sóng mang tại một thời điểm.

Việc chuyển này có thể thực hiện theo phƣơng pháp “mỗi sóng mang trên một

tuyến”; trong trƣờng hợp này, trạm sẽ phát đi N-1 khối trong một khung, trong đó N

là số lƣợng các trạm trong mạng và số lƣợng các khối P trong khung sẽ là P=N(N-

1). Với phƣơng pháp “mỗi sóng mang trên một trạm”, trạm sẽ phát đi một khối duy

nhất mỗi khung và số lƣợng các khối P trong khung sẽ bằng N. Do vậy, mỗi khối sẽ

di chuyển trong dạng các khối con của lƣu lƣợng giữa hai trạm. Do giảm bớt lƣu

lƣợng thoát của kênh khi số lƣợng các khối tăng lên cho nên nói chung phƣơng

pháp “mỗi sóng mang trên một trạm” vẫn đƣợc sử dụng.

Trạm mặt đất thu đƣợc thông tin dƣới dạng một dòng nhị phân liên tục có tốc

độ Rb từ giao diện mạng hoặc một giao diện khách hàng. Thông tin này phải đƣợc

lƣu trữ trong một bộ nhớ đệm trong khi chờ đợi đến lƣợt truyền dẫn khối. Khi thời

điểm này xuất hiện, các nội dung của bộ nhớ đƣợc phát đi trong một khoảng thời

gian bằng với TB. Do vậy tốc độ bit R, dùng để điều chế sóng mang sẽ là:

R=Rb(TF/TB) (bit/s)

Giá trị R sẽ lớn khi độ dài khối là nhỏ và do vậy chu kỳ phiên truyền dẫn

(TF/TB) của trạm sẽ thấp. Nhƣ vậy, thí dụ nếu Rb=2 Mbit/s và (TF/TB) = 10 thì điều

chế xuất hiện với tốc độ 20 Mbit/s. Lƣu ý rằng R biểu thị tổng dung lƣợng mạng,

nghĩa là tổng các dung lƣợng trạm tính theo bit/s. Nếu tất cả các trạm có cùng một

2.7.3.2. Cấu trúc khung

dung lƣợng thì chu kỳ phiên (TF/TB) biểu thị số lƣợng các trạm trên mạng.

Khung đƣợc tạo thành tại mức vệ tinh nó bao gồm toàn bộ các khối bit do

mọi trạm mặt đất đặt liên tiếp nhau phát đi nếu chế độ đồng bộ hoá truyền dẫn của

các trạm là đúng. Để tính đến những khiếm khuyết của đồng bộ hoá, một chu kỳ

ngoài truyền dẫn, gọi là thời gian bảo vệ đƣợc cung cấp giữa mỗi khối. Hình 2.10

chỉ ra khung dùng trong các mạng INTELSAT và EUTELSAT. Độ dài của khung là

2 ms. Thời gian bảo vệ chiếm 64 ký tự hoặc 128 bit và nó tƣơng ứng với một

khoảng thời gian là 1 μs. Hãy chú ý sự hiện diện của hai loại khối:

- Các khối bit của các trạm lƣu lƣợng, với một mào đầu gồm 280 ký tự hoặc

560 bit và với một trƣờng tải đƣợc cấu trúc theo các bội số của 64 ký tự, tƣơng ứng

với dung lƣợng của mỗi trạm.

- Các khối bit của các trạm tham chiếu với một mào đầu gồm 288 ký tự hay

576 bit và không có trƣờng tải. Trạm tham chiếu là trạm xác định đồng hồ khung

bằng việc phát đi các khối chuẩn của nó; tất cả các trạm lƣu lƣợng của mạng phải tự

đồng bộ hoá với trạm tham chiếu chờ đặt khối của chúng với một thời gian trễ

không đổi so với khối của trạm tham chiếu gọi là khối chuẩn. Do vai trò của nó

trong hoạt động hiệu chỉnh mạng, trạm tham chiếu sẽ đƣợc trang bị kép. Điều này

giải thích tại sao mỗi khung có hai khối chuẩn, mỗi khối do một trong hai trạm tham

chiếu đồng bộ với nhau phát đi.

Hình 2.10: Cấu trúc khung TDMA

2.7.3.3. Hiệu suất của TDMA

Hiệu suất (thông lƣợng) của truyền dẫn TDMA có thể đƣợc đo bằng tỷ số

của dung lƣợng kênh trong chế độ hoạt động đơn sóng mang (chỉ có một trạm truy

nhập) trên dung lƣợng của cùng kênh đó trong trƣờng hợp đa truy nhập. Giả sử rằng

toàn bộ dải thông đƣợc chiếm hết trong cả hai trƣờng hợp. Trong chế độ hoạt động

đơn sóng mang, dung lƣợng chuyển tải là R=BГ, trong đó B(Hz) là dải thông của kênh

và Г(bit/s Hz) là hiệu quả phổ điều chế. Trong trƣờng hợp đa truy nhập, dung lƣợng

này là R(1-Σti/TF), trong đó Σti biểu thị tổng các thời gian không dành cho truyền dẫn lƣu lƣợng (các thời gian bảo vệ cộng với các mào đầu). Do vậy, hiệu suất là:

η = 1- Σti/TF

Nó biểu thị thời gian dành cho truyền dẫn lƣu lƣợng (mà đó là nguồn lợi

nhuận cho nhà khai thác mạng) và tổng thời gian sử dụng kênh (mà nhà khai thác

mạng phải trả tiền). Hiệu suất sẽ càng lớn khi độ dài khung TF lớn và khi Σti là nhỏ.

Hiệu suất phụ thuộc vào số lƣợng P của các khối bit trong khung. Cho p là số

lƣợng bit trong mào đầu và g là độ dài tƣơng đƣơng tính bằng bit của thời gian bảo

vệ. Giả sử rằng khung có chứa hai khối chuẩn, điều này dẫn đến:

η = 1 – (P+2)(p+g)/RTF

trong đó R(bit/s) là tốc độ bit của khung.

Hiệu suất là một hàm của số lƣợng các truy nhập, có nghĩa là số lƣợng các

trạm N trong mạng phụ thuộc vào cơ chế định tuyến đƣợc chấp nhận cấu trúc mạng.

- Trong trƣờng hợp “mỗi sóng mang trên một tuyến” thì P = N(N-1).

- Trong trƣờng hợp “mỗi sóng mang trên một trạm” thì P = N.

Do hiệu suất sẽ thấp khi P cao, cho nên có thể thấy rõ lợi thế của việc chấp

nhận phƣơng pháp “mỗi sóng mang trên một trạm”.

Hiệu suất liên quan trực tiếp đến việc tính toán lƣu lƣợng của một mạng, tức

là số lƣợng các kênh thoại. Cho r là tốc độ báo hiệu liên quan đến một kênh thoại và

n là số lƣợng các kênh thoại, điều này sẽ dẫn đến:

n = ηR/r

Nó biểu thị số lƣợng kênh thoại trong khung. Số lƣợng các kênh thoại dƣới

đất gán tới mạng phụ thuộc vào việc sử dụng bộ tập trung có thể có theo nội suy

2.7.3.4. Kết luận

tiếng nói số và độ lợi tƣơng ứng.

Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) đƣợc đặc trƣng bằng việc truy

nhập kênh trong một khe thời gian. Điều này có những ƣu điểm nhất định:

Tại mỗi thời điểm kênh chỉ khuếch đại một sóng mang duy nhất, sóng mang

này chiếm toàn bộ dải thông kênh; không có các sản phẩm xuyên điều chế và sóng

mang đƣợc lợi nhờ công suất bão hoà của kênh. Tuy nhiên, sự có mặt của tính phi

tuyến kết hợp với các hiệu ứng lọc khi truyền dẫn và khi thu sẽ làm xuống cấp chỉ

tiêu truyền dẫn số lý tƣởng.

- Hiệu suất truyền dẫn vẫn cao dù số lƣợng truy nhập là rất lớn.

- Không cần phải khống chế công suất phát của các trạm.

Tất cả các trạm đều phát và tín hiệu trên cùng một tần số bất kể nguồn và

đích của các khối bit; điều này làm đơn giản hoá việc điều hƣởng.

Tuy nhiên, TDMA cũng có những nhƣợc điểm nhất định:

- Cần phải đồng bộ hoá để đảm bảo hoạt động của toàn mạng.

- Cần mở rộng kích thƣớc của trạm để phát tại hiệu suất cao.

Nói chung, TDMA đòi hỏi các trang thiết bị đắt tiền hơn tại các trạm mặt đất.

Tuy nhiên, giá thành đắt của trang thiết bị này đƣợc bù lại bằng việc tận dụng tốt

hơn đoạn không gian do hiệu suất của truyền dẫn cao hơn trong trƣờng hợp có

nhiều truy nhập. Hơn nữa, việc xử lý số dẫn đến sự đơn giản hoá vận hành.

2.7.4. Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA)

Với đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) các trạm của mạng phát liên

tục và cùng phát trên một băng tần nhƣ nhau của kênh. Do vậy, có can nhiễu giữa các

quá trình truyền dẫn của các trạm khác nhau và can nhiễu này đƣợc máy thu phân

giải, máy thu nhận biết đƣợc “chữ ký” của mỗi máy phát; chữ ký này đƣợc trình bày

dƣới một dãy nhị phân, gọi là một mã, đƣợc tổ hợp với thông tin hữu ích tại mỗi máy

phát. Tập hợp các mã cần dùng phải có các thuộc tính tƣơng quan sau đây:

Mỗi mã phải có thể đƣợc phân biệt một cách dễ dàng với một bản sao của

chính nó bị dịch chuyển theo thời gian.

- Mỗi mã phải có thể đƣợc phân biệt một cách dễ dàng bất chấp các mã khác

đƣợc sử dụng trên mạng.

Với việc truyền dẫn mã có kết hợp với thông tin hữu ích đòi hỏi độ sẵn sàng

của dải thông tần số cao lớn hơn rất nhiều so với yêu cầu của truyền dẫn chỉ riêng

trong thông tin. Đó là tại sao ngƣời ta gọi là truyền dẫn trải phổ.

2.7.4.1. Trải phổ trực tiếp (DS-CDMA)

Có hai kỹ thuật đƣợc sử dụng trong CDMA:

Hình sau minh hoạ nguyên lý này, bản tin nhị phân cần phát m(t) có tốc độ

bit Rb = 1/Tb đƣợc mã hoá theo NRZ sao cho m(t) = ±1 và đƣợc nhân với một chuỗi bit nhị phân p(t) = ±1, có tốc độ bit Rc = 1/Tc lớn hơn nhiều (từ 102 đến 106

lần) so với Rb. Phần tử nhị phân của chuỗi bit đƣợc gọi là một chip để phân biệt nó

với phần tử nhị phân (bit) của bản tin. Sau đó, tín hiệu hỗn hợp điều chế một sóng

mang theo BPSK mà tần số của nó là nhƣ nhau cho tất cả các trạm của mạng. Tín

hiệu phát s(t) có thể đƣợc biểu thị bởi:

s(t) = m(t)p(t)cosωct (V)

Tại máy thu, tín hiệu đƣợc giải điều chế nhất quán bằng cách nhân tín hiệu

thu đƣợc với một bản sao của sóng mang này. Bỏ qua nhiệt độ tạp âm, tín hiệu r(t)

tại đầu vào bộ lọc thông thấp (LPF) của bộ tách sóng sẽ là:

r(t) = m(t)p(t)cosωct(2cosωct)

= m(t)p(t) + m(t)p(t)cos2ωct (V)

Hình 2.11: Trải phổ trực tiếp (DS-CDMA) [2]

Bộ lọc thông thấp của bộ tách sóng loại bỏ các thành phần tần số cao và chỉ

giữ lại thành phần tần số thấp u(t) = m(t)*p(t). Sau đó, thành phần này đƣợc nhân với mã nội tại p(t) cùng pha với mã thu đƣợc. Trong kết quả này, p2(t) = 1. Tại đầu

ra của bộ nhân ta sẽ có:

x(t) = m(t)*p(t)*p(t) = m(t)*p2(t) = m(t) (V)

Để loại bỏ hoàn toàn tạp âm, x(t) đƣợc đƣa qua bộ tích phân trong một chu

kỳ từ 0 đến Tb tại đầu ra của bộ tích phân phía thu, tín hiệu ở phía phát đƣợc hồi

2.7.4.2. Trải phổ nhảy tần

phục hoàn toàn.

Hình 2.12: Trải phổ nhảy tần (FH-CDMA) [2]

Bản tin nhị phân m(t) cần phát có tốc độ Rb = 1/Tb và đƣợc mã hoá theo

NRZ. Nó điều chế một sóng mang mà tần số của nó fc(t)=ωc(t)/2π đƣợc tạo ra bởi

bộ tổng hợp tần số đƣợc điều khiển bởi một bộ tạo chuỗi nhị phân hoặc mã. Bộ tạo

dao động sẽ tạo ra các chip có tốc độ bit Rc. Điều chế bằng BPSK, mặc dù các kiểu

điều chế khác nhau cũng có thể đƣợc sử dụng, đặc biệt là điều chế dịch tần (FSK).

Nhƣ vậy, tín hiệu phát có dạng:

s(t) = m(t)cosωc(t)t

Tần số sóng mang đƣợc xác định theo một tập hợp của log2N chip, trong đó

N là số lƣợng các tần số sóng mang có thể có. Mỗi lần nó thay đổi là mã đã tạo ra

log2N chip liên tiếp. Do vậy, tần số sóng mang thay đổi theo các bƣớc. Bƣớc của tần

số là RH = Rc/log2N.

Tại máy thu, sóng mang đƣợc nhân với một sóng mang chƣa điều chế đƣợc

tạo ra trong cùng các điều kiện nhƣ tại máy phát. Nếu mã tại chỗ cùng pha với mã

thu đƣợc thì tín hiệu đầu ra của bộ nhân sẽ là:

r(t) = m(t)cosωc(t)t.2cosωc(t)t

= m(t) + m(t)cos2ωc(t)t

Tín hiệu này khi qua bộ lọc thông thấp LPF thì thành phần tần số cao bị giữ

2.7.4.3. Hiệu suất của CDMA

lại và đầu ra của bộ giải điều chế ta có tín hiệu m(t) cần thu và đƣợc phục hồi.

Hiệu suất của CDMA có thể đƣợc khảo sát nhƣ là tỷ số giữa tổng dung lƣợng

mà một kênh cung cấp trong trƣờng hợp truy nhập đơn, có nghĩa là một sóng mang

đơn đƣợc điều chế đồng thời theo CDMA. Khi đó, tổng dung lƣợng của kênh là tích

của dung lƣợng một sóng mang với số lƣợng các sóng mang, có nghĩa là số lƣợng

các truy nhập. Dung lƣợng của một sóng mang là Rb thì số lƣợng truy nhập tối đa

bằng bao nhiêu?

a. Số lƣợng tối đa các truy nhập

Xét trƣờng hợp trải phổ trực tiếp (DS-CDMA). Để đơn giản, giả thiết rằng N

sóng mang thu đựơc đều có công suất bằng C. Công suất hữu ích tại đầu vào máy

thu do vậy sẽ là C. Nếu tốc độ thông tin mà sóng mang này vận chuyển là Rb thì

năng lƣợng tính cho mỗi bit thông tin là Eb = C/Rb. Bỏ qua tạp âm nhiệt trong công

suất tạp âm tại đầu vào máy thu và chỉ giữ lại phần tạp âm can nhiễu góp vào, thì

mật độ phổ công suất tạp âm N0 tại đầu vào máy thu là N0 = (N-1)C/BN, trong đó

BN là dải thông tạp âm tƣơng đƣơng của máy thu. Điều này dẫn đến:

Eb/N0 = BN/Rb(N-1)

Hiệu quả phổ Г = Rc/BN của điều chế số đang dùng có thể đƣợc đƣa vào biểu

thức này. Khi đó:

Eb/N0 = Rc/Rb(N-1)Г

Khi chất lƣợng của tuyến do một tỷ lệ lỗi nào đó xác định thì giá trị Eb/N0 là

bắt buộc. Từ đó, chất lƣợng tối đa các truy nhập Nmax = 1 + (Rc/Rb)/Г(Eb/N0)

b. Biểu thức hiệu suất

Dung lƣợng tổng tối đa của mạng bằng với NmaxRb. Dung lƣợng của một

sóng mang đơn đƣợc điều chế mà không có trải phổ và chiếm dụng một dải thông

BN có thể là Rc. Hiệu suất η của CDMA do vậy đựơc tính theo công thức:

2.7.4.4. Kết luận

η = NmaxRb/Rc

Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA có các ƣu điểm sau đây:

- Hoạt động đơn giản, do nó không đòi hỏi bất kỳ sự đồng bộ truyền dẫn nào

giữa các trạm.

- Nó cung cấp các thuộc tính hữu ích để chống lại can nhiễu từ các hệ thống

khác và can nhiễu do hiện tƣợng đa đƣờng truyền.

Nhƣợc điểm chính là hiệu suất thấp; một dải thông rộng của đoạn không gian

đƣợc sử dụng cho một tổng dung lƣợng mạng thấp so với dung lƣợng của một sóng

mang đơn không đƣợc giãn phổ.

2.8. Các thiết bị truyền dẫn số của trạm mặt đất

Truyền dẫn số liên quan đến các tuyến thông tin vô tuyến mà các đầu cuối

khách hàng của chúng tạo ra các tín hiệu số. Nhƣng cũng có thể phát các tín hiệu

gốc tƣơng tự trong dạng số. Mặc dù sự lựa chọn này hàm ý một sự gia tăng băng tần

gốc, nhƣng nó cũng cho phép các tín hiệu từ các nguồn khác nhau đƣợc phát đi trên

cùng một kênh vệ tinh và tuyến thông tin vệ tinh đƣợc kết nối vào mạng số đa dịch

vụ tích hợp.

Hình 2.13: Các thành phần của một chuỗi truyền dẫn số qua vệ tinh

2.8.1. Số hoá tín hiệu tương tự

2.8.1.1. Lấy mẫu

Số hoá tín hiệu tƣơng tự bao gồm 3 giai đoạn:

Việc lấy mẫu phải đƣợc thực hiện tại một tần số Fs ít nhất bằng hai lần tần số

cực đại fmax của phổ tín hiệu tƣơng tự. Tín hiệu tại đầu ra bộ lấy mẫu là một dãy

xung điều biên (PAM). Đối với tiếng nói trên một kênh thoại, fmax = 3400 Hz và

2.8.1.2. Lƣợng tử hoá

Fs=8KHz. Đối với chƣơng trình phát thanh fmax=15KHz và Fs=32KHz.

Sau đó, mỗi mẫu đƣợc lƣợng tử hoá thành một số lƣợng xác định M mức rời

rạc. Quá trình lƣợng tử hoá sẽ tạo ra một sai lỗi đƣợc mô tả nhƣ tạp âm lƣợng tử

hoá. Lƣợng tử hoá có thể đồng nhất hoặc không đồng nhất tuỳ theo bƣớc lƣợng tử

hoá; bƣớc này có thể độc lập hoặc là một hàm số của giá trị mẫu. Trong trƣờng hợp

lƣợng tử hoá không đồng nhất, có thể chấp nhận sử dụng luật lƣợng tử hoá cho phân

cấp biên độ của các mẫu nhằm duy trì một tỷ số tín hiệu trên tạp âm lƣợng tử hoá

không đổi cho tất cả các biên độ mẫu. Hoạt động này đƣợc gọi là nén. Đối với các

mẫu của tiếng nói, hiện nay có hai luật nén đƣợc sử dụng đó là nén theo “quy luật

2.8.1.3. Mã hoá nguồn

A” và “quy luật μ”.

Các mẫu lƣợng tử hoá có một số lƣợng M mức, các mức đó có thể đƣợc đại

diện bởi một bảng ký tự xác định của một tín hiệu sẽ đƣợc phát đi trên tuyến. Hoạt

động này đƣợc gọi là mã hoá nguồn (PCM) nhằm phân biệt nó với mã hoá kênh và

nhiệm vụ chính là chống lỗi truyền dẫn. Phần tử thông thƣờng của bảng ký tự này là

tín hiệu nhị phân và do vậy nó nhất thiết phải phát đi m = log2M bit cho mỗi mẫu và

đó là tốc độ bit:

Rq = Fslog2M

Ví dụ đối với điện thoại, nếu M=28=256 thì cần có 8 bit cho một mẫu. Với

Fs=8KHz, tốc độ bit sẽ là Rq=64Kbps. Đối với một chƣơng trình phát thanh mã hoá

nguồn có nén đƣợc sử dụng sẽ cung cấp một tốc độ bit là 384Kbps. Các kỹ thuật

khác nhau sẽ đƣợc sử dụng để giảm tốc độ bit. Các kỹ thuật này lợi dụng sự dƣ thừa

hiện diện giữa các mẫu kế tiếp nhau. Theo cách này một tốc độ bit Rb ≤ Rq có thể

đạt đƣợc và đó là tốc độ thông tin cần đƣợc phát. Các kỹ thuật này còn đƣợc gọi là

mã hoá tốc độ thấp (LRE). Chúng có thể áp dụng cho tiếng nói và hình ảnh. Đối với

điện thoại, thiết bị thông dụng nhất sử dụng mã hoá vi phân thích ứng (ADPCM)

cung cấp một giá trị Rq=32Kbps.

2.8.2. Thiết bị ghép kênh phân chia theo thời gian TDM

Ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM) bao gồm việc đặt xen đúng nhịp

các bit liên quan đến các tín hiệu khác nhau. Đối với ghép kênh điện thoại số, hai

kênh mà CCITT G.732 và G.733 khuyến nghị đƣợc sử dụng rộng rãi nhất - tiêu

chuẩn Châu Âu của CEPT và tiêu chuẩn “sóng mang T” đƣợc sử dụng ở Nhật Bản

2.8.2.1. Phân cấp CEPT

và Bắc Mỹ (Hoa Kỳ và Canada).

Tiêu chuẩn CEPT dựa trên một khung gồm 256 phần tử nhị phân. Độ dài

khung là 125 μs. Tốc độ bit là 2.048 Mbps. Dung lƣợng ghép là 30 kênh thoại, 16

bit mỗi khung đƣợc sử dụng cho báo hiệu và đồng bộ khung. Các dung lƣợng cao

nhất đạt đƣợc bằng việc phép kênh liên tiếp các bộ ghép kênh dung lƣợng bằng

nhau. Theo cách nhƣ vậy, một hệ thống thứ bậc ghép kênh đƣợc thiết lập gồm một

số mức; mỗi mức đƣợc cấu trúc bằng việc ghép 4 kênh với dung lƣợng bằng dung

2.8.2.2. Phân cấp “sóng mang T” (T - carrier)

lƣợng của mức thấp hơn.

Tiêu chuẩn này dựa vào một khung 192 bit có đƣợc nhờ ghép 24 mẫu, mỗi

mẫu gồm 8 bit, mỗi khung lại đƣợc bổ sung một bit chỉnh khung. Do vậy, mà mỗi

khung chứa 193 bit. Độ dài khung là 125μs. Tốc độ bit là 1.544Mbps. Dung lƣợng

ghép kênh là 24 kênh (23 + 1 cho báo hiệu). Phân cấp ghép kênh có khác nhau giữa

Nhật Bản và Bắc Mỹ.

2.8.3. Thiết bị bảo mật (Encryption)

Thiết bị bảo mật đƣợc sử dụng khi muốn ngăn chặn việc khai thác, hoặc can

thiệp vào các tin tức đƣợc phát của những ngƣời dùng không đƣợc phép. Nó là phép

thực hiện một phép thuật giải theo từng bit theo thời gian thực trên dòng nhị phân.

Tập trung các tham số dùng để xác định phép biến đổi đƣợc gọi là “khoá”. Trong

thực tế, do vùng bao phủ vệ tinh rất rộng và có thể truy nhập tới các vệ tinh đó bằng

các trạm nhỏ, cho nên việc nghe nén và ngụy tạo tin tức là rất cao.

Hình 2.9 minh họa nguyên lý truyền dẫn bảo mật.

Bảo mật bao gồm hai khía cạnh:

Hình 2.14: Nguyên lý truyền dẫn bảo mật

- Khía cạnh bảo mật: tránh không để những ngƣời không đƣợc phép khai

thác tin tức.

- Khía cạnh xác thực: cung cấp việc bảo vệ không cho kẻ thâm nhập có bất

kỳ sự thay đổi tin tức nào.

Hai kỹ thuật đƣợc sử dụng trong thiết bị bảo mật là:

- Bảo mật trực tuyến (mật mã luồng) mỗi bit của một dòng nhị phân gốc (văn

bản rõ) đƣợc kết hợp, nhờ sử dụng một phép tính đơn giản (chẳng hạn nhƣ cộng

modun 2) với mỗi bit của một dòng nhị phân (dòng khoá) do một thiết bị khoá tạo

ra. Dòng này, có thể là một bộ tạo chuỗi giả ngẫu nhiên mà cấu trúc của nó do mã

khoá quyết định.

- Bảo mật theo khối chuyển một dòng nhị phân gốc thành một dãy mật hoá

đƣợc thực hiện theo từng khối theo một logic do khoá mã xác định.

2.8.4. Bộ mã hoá kênh (Channel Encoder)

Hình 2.15: Nguyên lý mã hoá kênh

Mã hoá kênh có mục đích cộng thêm các bit dƣ thừa vào các bit thông tin.

Các bit dƣ thừa này sẽ đƣợc dùng tại máy thu để phát hiện và sửa sai. Việc thêm các

bit này đƣợc thực hiện theo các khối hoặc bằng phép nhân chập.

Tỷ lệ mã đƣợc định nghĩa là: ρ = n/n+r; trong đó r là số lƣợng các bit đƣợc

cộng vào với n bit thông tin.

Tốc độ bit tại đầu vào bộ mã hoá là Rb. Tại đầu ra nó sẽ lớn hơn và bằng Rc

đƣợc xác định theo công thức: Rc=Rb/ρ (bps).

2.8.5. Bộ tiêu tán năng lượng

Khuyến nghị do CCIR soạn thảo về việc sử dụng các kỹ thuật tiêu tán năng

lƣợng nhằm hạn chế can nhiễu giữa các hệ thống thông tin vô tuyến dùng chung các

băng tần nhƣ nhau. Nguyên tắc tiêu tán năng lƣợng là tạo ra một luồng nhị phân

điều chế có các thuộc tính ngẫu nhiên, bất chấp cấu trúc của luồng nhị phân chứa

thông tin này. Hoạt động này đƣợc thực hiện tại máy phát trƣớc khi điều chế, gọi là

sự xáo trộn (scrambling). Khi thu, hoạt động ngƣợc lại, đƣợc thực hiện sau khi giải

điều chế, gọi là bỏ xáo trộn (descrambling). Hình dƣới trình bày một ví dụ của việc

thực hiện xáo trộn và bỏ xáo trộn. Mỗi bit của dòng bit vận chuyển thông tin đƣợc

tổ hợp lại nhờ phép cộng modun 2, với mỗi bit do bộ tạo chuỗi giả ngẫu nhiên tạo

ra. Bộ tạo chuỗi giả ngẫu nhiên bao gồm một bộ ghi dịch với các đƣờng hồi tiếp

khác nhau. Bộ phục hồi (descrambler) gồm một bộ tạo chuỗi giả ngẫu nhiên giống

nhƣ vậy và do các tính chất của phép cộng modun 2 dòng nhị phân đã giải điều chế

với các bit của chuỗi ngẫu nhiên bảo đảm sự phục hồi nội dung thông tin. Điều này

hàm ý chế độ đồng bộ của hai bộ tạo chuỗi giả ngẫu nhiên.

Hình 2.16: a) Bộ xáo trộn b) Bộ bỏ xáo trộn (phục hồi xáo trộn)

CHƢƠNG 3. XÂY DỰNG VÀ TÍNH TOÁN CẤU HÌNH

TRẠM ANTEN VỆ TINH TỰ ĐỘNG QUAY BÁM TRONG

THÔNG TIN VỆ TINH

3.1. Giới thiệu chung

Về cơ bản trạm anten tự động qay bám trong thông tin vệ tinh bao gồm một

anten có tính năng tự động quay bám, một bộ khuếch đại công suất cao, một bộ

khuếch đại tập âm thấp và chuyển đổi tần xuống, modem vệ tinh và nguồn. Để kết

nối làm việc đƣợc các thiết bị phải làm việc trên cùng băng tần, modem phải tƣơng

thích đồng bộ với nhà mạng cung cấp dịch vụ. Trong chƣơng này sẽ đi sâu trình bày

một số loại anten, modem hiện nay, bộ khuếch đại công suất, bộ khuếch đại tạp âm

thấp … hiện nay trên thị trƣờng đang sử dụng.

Hệ thống quay bám hoạt động dựa trên việc xác định tâm búp sóng anten có

hƣớng đúng vào anten hay không để điều khiển hƣớng antenđể thu cƣờng độ trƣờng

tin hiệu mạnh nhất. Trên anten có tích hợp sẵn cảm biến cƣờng độ trƣờng tín hiệu

kết hợp với hệ thống cảm biến tích hợp đo góc ngẩng, phƣơng vị, góc phân cực. Khi

cƣờng độ trƣờng tín hiệu kém hệ thống cảm biến tự tính toán, dịch chuyển các góc

để tâm búp sóng hƣớng đúng vào vị trí vệ tinh để thu đƣợc tín hiệu mạnh.

Anten đƣợc lắp đặt vững chắc, đảm bảo hoạt động trong các điều kiện mƣa gió lớn. Hệ thống anten đƣợc đấu nối trực tiếp với bộ khuếch đại tạp âm thấp và

khuếch đại công suất cao bằng hệ thống ống dẫn sóng. Nguyên lý hooatj động đối với trạm anten vệ tinh thu phát nhƣ sau:

- Đƣờng phát: Các tín hiệu thoại, dữ liệu, tín hiệu Video sau khí qua bộ nén mã hóa và chuyển sang dạng gói IP tất cả đƣợc kết nối qua bộ định tuyến (router) sau đó đƣợc đƣợc chuyển tiếp qua modem vệ tinh sau đó đƣợc đƣa qua bộ nâng tần và khuếch đại công suất cao (BUC) sau đó phát qua không gian đƣợc định hƣớng bởi anten hƣớng lên vệ tinh.

3.2. Lựa chọn Antena

- Đƣờng thu: Tín hiệu thu đƣợc từ vệ tinh đƣợc chuyển qua bộ khuếch đại tạp âm thấp, khuếch đại và chuyển đổi tần và qua modem vệ tinh sau đó qua bộ định tuyến đến các đầu cuối ứng dụng thoại, video, data đến giao diện ngƣời sử dụng theo các địa chỉ IP đã đƣợc định trƣớc ở bên phát.

Để giao tiếp với vệ tinh, ăng ten cần hỗ trợ tần số băng C, Ku và K. Có phân

cực hoạt động linh hoạt nhƣ phân cực chéo hay cùng phân cực. Khả năng điều chỉnh

của ăng-ten cần linh hoạt, cả góc phƣơng vị, góc ngẩng ăng ten, hỗ trợ nhiều tùy

chọn búp sóng. Vật liệu chế tạo ăng ten cần bền bỉ với môi trƣờng khắc nhiệt nhƣ

gió bão, nhiệt độ cao, nhiệt độ thấp, băng tuyết, không khí ô nhiễm, độ ẩm cao,

lƣợng mƣa lớn. Để hỗ trợ việc dễ lắp đặt và di chuyển, ăng ten phải chống chịu va

đập tốt, có kích thƣớc không cồng kềnh và khối lƣợng nhẹ.

* Anten Skyware Global

Dựa trên những đặc điểm trên, một ví dụ về ăng-ten có mặt trên thị trƣờng là

dòng sản phẩm ăng-ten: “Skyware Global Antenna 1.2m Tx/Rx Ku Band Type 123

Class II” của hãng sản xuất Skyware Global

Đây là dòng ăng-ten có kích thƣớc tƣơng đối nhỏ gọn với đƣờng kính 1.2 m.

Bề mặt phản xạ đƣợc đúc nhiệt cho sức mạnh và độ chính xác bề mặt. Đƣợc đúc

vào phía sau gƣơng phản xạ là một mạng lƣới các sƣờn hỗ trợ, nó không chỉ tăng

cƣờng ăng-ten, mà còn giúp duy trì hình dạng parabol quan trọng cần thiết cho hiệu

suất truyền.

Băng tần hỗ trợ của ăng-ten này là băng Ku với băng tần số phát 13.75 - 14.5

GHz và băng tần số thu 10.70 - 12.75 GHz. Đầu vào tín hiệu cho ăng-ten hỗ trợ cả

cùng phân cực hoặc ngƣợc phân cực. Phạm vi điều chỉnh góc phƣơng vị là 360 °

liên tục; điều chỉnh tốt 20 °. Phạm vi điều chỉnh góc ngẩng ăng-ten 7°- 84°.

* Anten ACS - COTM 300

Các nhà cung cấp thiết bị liên lạc vệ tinh trên thế giới đã đƣa ra thị trƣờng

nhiều chủng loại thiết bị có tính năng hỗ trợ cho việc liên lạc vệ tinh vừa di chuyển

vừa liên lạc, đó là tính năng COTM (Communication On The Move). Các thiết bị

này có thể đáp ứng đƣợc các yêu cầu thông tin liên lạc đối với các phƣơng tiện ở

trên không, trên biển và mặt đất. Nguyên tắc cơ bản của COTM là đƣợc trang bị

anten vệ tinh có khả năng tự động quan bám, thiết lập đƣờng thông tin mà không

cần phải tạm dừng hoặc dừng lại khi đang di chuyển.

Anten ACS - COTM300 là hệ thống anten có định hƣớng tự động bám vệ tinh

khi di chuyển lên đến 160 km/h vẫn đảm bảo liên lạc, khả năng chiu đựng sức gió

195km/h. Loại anten COTM sử dụng băng tần Ku với kích thƣớc và trọng lƣợng

nhỏ, gọn, anten dễ dàng tích hợp lên xe ô tô, đƣờng kính anten 0,92m, băng tần làm

việc Ku (14-11 GHz), phân cực tuyến tính, tự động điều khiển phân cực; Góc ngẩng

3.3. Bộ chuyển đổi đƣờng lên và khuyếch đại công suất (HPA)

từ 20 dến 70 độ; Góc phƣơng vị 60 độ

Trong phần này, em xin trình bày một mô-đun cho thiết kế bộ khuếch đại

công suất 4-W class-F nhỏ gọn. Phần tử tích cực đƣợc chọn là thiết bị chip

TGF2023-01 GaN HEMT từ TriQuint với chiều dài và chiều rộng cổng lần lƣợt là

0,25 μm và 1,25 mm; . Điện áp cung cấp cho Drain đƣợc chọn là 28V.

TriQuint cung cấp mô hình tín hiệu lớn của TGF2023-01, đƣợc thể hiện

trong Hình 3.1 Các thành phần dữ liệu tham số S ở các đầu cuối gate, nguồn và

drain trong mạch tƣơng đƣơng tín hiệu lớn là những dữ liệu từ dữ liệu mô phỏng

EM của nguồn qua, các miếng đệm drain và gate do TriQuint cung cấp. Mạch tƣơng

đƣơng tín hiệu lớn đƣợc hiển thị trong Hình 3.1 đƣợc cấu hình bằng mô hình

EEHEMT có các giá trị đƣợc yêu cầu đƣợc cung cấp ở định dạng tệp rời ADS từ

TriQuint do các giá trị đƣợc nhập rất nhiều. Bảng 3.1 liệt kê các giá trị của các tham

số mô hình EEHEMT.

Bảng 3.1: Các tham số của TGF2023-01 [6]

Trƣớc khi mô phỏng kéo tải, điện áp gate cho dòng thoát tĩnh là 125 mA ở

điện áp drain 28 V trong bảng 3.1 đƣợc xác định từ mô phỏng DC sử dụng mạch

tƣơng đƣơng tín hiệu lớn. Dòng điện drain so với điện áp gate đƣợc vẽ nhƣ trong

Hình 3.2 Một dòng drain DC khoảng 125 mA thu đƣợc ở điện áp gate Vgs = -3.57 V

Hình 3.1: Mô hình IC

Hình 3.2: Mô tả dòng điện drain so với điện áp gate

Điện áp gate đƣợc xác định là -3,57 V và điện áp drain 28 V đƣợc áp dụng.

Mạch shunt RC đƣợc kết nối với cổng gate để đảm bảo sự ổn định của thiết bị hoạt

động. Bằng cách điều chỉnh giá trị điện trở r, hệ số ổn định có thể đƣợc điều chỉnh

lớn hơn 1 trong dải tần số đầy đủ. Đối với giá trị r = 55, mạch đƣợc ổn định cho dải

tần số đầy đủ lên đến 10 GHz. Hình 3.4 cho thấy độ ổn định mô phỏng và độ lợi

công suất tối đa. Do hệ số ổn định lớn hơn 1 đến tần số 20 GHz, thiết bị đƣợc tìm

thấy ổn định và độ lợi tối đa ở tần số trung tâm 14 GHz là khoảng 20 dB.

Hình 3.3: Mạch nguyên lý mô phỏng độ ổn định

Hình 3.4: Kết quả mô phỏng độ ổn định tại r=55 Ω

Bộ khuếch đại công suất class-F chung yêu cầu một mạch hòa hợp trở kháng

đầu ra mang lại trở kháng tải thu đƣợc từ mô phỏng kéo tải ở tần số cơ bản và mạch

mở cho các sóng hài lẻ và mạch ngắt cho các hài chẵn. Tuy nhiên, trong thực tế, rất

khó để thực hiện mạch thỏa mãn điều kiện class-F cho số lƣợng sóng hài vô hạn. Do

đó, mạch đƣợc thực hiện để đáp ứng hoạt động của class-F cho một số lƣợng sóng

hài hạn chế.

Hình 3.5: (a) Mạch hòa hợp trở kháng Class-F và (b) mạch tương đương

tại tần số cơ bản.

Hình 3.5 (a) cho thấy mạch hòa hợp trở kháng đầu ra class-F có thể mang lại

trở kháng tải xác định từ mô phỏng kéo tải. Tụ điện đại diện cho điện dung tổng,

đƣợc tính từ sự chuyển đổi nối tiếp song song của trở kháng tải trong Giá trị đƣợc

cố định là . Ngoài ra, và tƣơng ứng là độ dẫn của cổng drain và

độ dẫn tải.

Về cơ bản, mạch hòa hợp trở kháng đầu ra là một loại bộ lọc thông thấp cung

cấp mạch ngắn cho tần số hài thứ hai và mở cho tần số hài thứ ba. Các nhánh đƣợc

kết nối nối tiếp , và , đƣợc thiết lập để lần lƣợt cộng hƣởng nối tiếp và

trở nên ngắn mạch ở tần số hài thứ hai và thứ ba, tƣơng ứng. Do đó, mạch trong

Hình 3.5 (a) cung cấp một ngắn mạch ở sóng hài thứ hai do , độc lập với

phần còn lại của mạch tải. Để bộ khuếch đại hoạt động ở class-F, trở kháng nhìn

thấy từ cổng drain phải đƣợc mở ở sóng hài thứ ba. Do trở kháng của là 0

tại sóng hài thứ ba, nên mạch đƣợc nhìn thấy từ cổng drain có nhánh bị

ngắn mạch nên là mạch cộng hƣởng song song. Do đó, trở kháng nhìn thấy từ cổng

đầu cuối drain có thể đƣợc mở ở hài thứ ba. Vì vậy, mạch có thể đƣợc thiết lập để

hoạt động trong class-F cho đến sóng hài thứ ba.

Ngoài ra, mạch nên có trở kháng tải mong muốn ở tần số cơ bản. Mạch trong

3.5 (a) trở thành mạch hòa hợp trở kháng loại π ở tần số cơ bản và mạch tƣơng

đƣơng của hình 3.5 (a) ở tần số cơ bản đƣợc thể hiện trong 3.5 (b). Ở đây, độ dẫn

vào phía cổng drain ở tần số cơ bản đƣợc ký hiệu là , độ dẫn vào phía tải 50Ω

đƣợc ký hiệu là và độ dẫn song song đƣợc ký hiệu là . Ngoài ra, các tỷ lệ độ

dẫn của cổng drain và tải với mức tiếp nhận mạng hòa hợp trở kháng hình π đƣợc

ký hiệu là và tƣơng ứng đƣợc xác định trong (3.1).

(3.1)

Lƣu ý rằng . Với cho trƣớc, các giá trị của , và có

thể đƣợc tính ở tần số cơ bản ω1 đƣợc biểu thị bằng phƣơng trình (3.2) - (3.4).

(3.2) √ √

(3.3) √

(3.4) √

Giá trị của trong phƣơng trình (3.2) đƣợc chọn là âm vì là độ dẫn của

cuộn cảm . Từ giá trị tính toán của , giá trị của có thể đƣợc tính nhƣ trong

Công thức (3.5).

(3.5)

Độ dẫn của nhánh ở tần số cơ bản là , ngắn mạch ở tần số hài thứ

ba, . Sử dụng mối quan hệ ,

)

(3.6) (

Do đó, từ , giá trị của tụ có thể đƣợc xác định bằng Công thức (3.6) và

cuộn cảm sau đó có thể đƣợc xác định bằng cách sử dụng . Ngoài ra, độ dẫn nhánh nhánh drain ở tần số cơ bản là và chúng ta có

đƣợc phƣơng trình (3.7).

(3.7)

Đồng thời, độ dẫn đƣợc nhìn thấy từ cổng drain ở tần số hài thứ ba là 0 và

điều này đƣợc thể hiện nhƣ sau

)

(3.8) (

Do đó, bằng cách giải hệ phƣơng trình, và có thể đƣợc xác định nhƣ

trong phƣơng trình (3.9) và (3.10).

(3.9)

( ) (3.10)

Các giá trị của tất cả các phần tử đƣợc tính bằng cách đặt và sử

dụng các phƣơng trình (3.5)-(3.10). Các kết quả tính toán cho giá trị quá lớn để

thực hiện. Do đó, giá trị của đã tăng 0.5 pF. Ở đây, giá trị tăng 0.5 pF có thể

đƣợc thực hiện bằng cách sử dụng một tụ điện xuất hiện cùng với . Các kết quả

tính toán đƣợc thể hiện trong Bảng 3.2

Bảng 3.2: Giá trị của các thành phần của mạch hòa hợp trở kháng ra

Để kiểm chứng các kết quả ở trên, mạch mô phỏng trong Hình 3.6 đƣợc thiết lập và

thực hiện mô phỏng. Đặc tính truyền của thiết kế mạch tải class-F đƣợc thể hiện

trong hình 3.7.. Ngoài ra, để vẽ đồ thị trở kháng nhìn thấy từ cổng drain, S11, từ các

tham số S theo trở kháng tham chiếu 50 Ω, đƣợc vẽ nhƣ trong Hình 3.7. Từ hình đó,

trở kháng cung cấp một kết hợp chính xác ở tần số cơ bản và cung cấp lần lƣợt một

ngắn mạch và hở mạch ở sóng hài thứ hai và thứ ba.

Hình 3.6: Mô phỏng mạch hòa hợp trở kháng ra

Hình 3.7: Kết quả mô phỏng mạch phối hợp trở kháng ra (a) đặc tính bức xạ

và phản xạ (b) trở kháng nhìn từ cổng drain

Mạch phối hợp trở kháng đầu vào đƣợc thiết kế để tạo ra giá trị trở kháng

nguồn 12.2 + j21.3 Ω trong Error! Reference source not found.Bảng 3.2. Mạch

phối hợp trở kháng đầu vào có thể đƣợc thực hiện bằng cách sử dụng mạch phối

hợp trở kháng loại L. Hình 3.8 là sơ đồ mô phỏng để tính toán các giá trị phần tử

của mạch phối hợp trở kháng loại L thông qua tối ƣu hóa. Mạch phối hợp trở kháng

loại L hoạt động nhƣ một bộ lọc thông thấp. Sau khi tối ƣu hóa, thu đƣợc

pF và nH.

Hình 3.8: Mô phỏng mạch phối hợp trở kháng đầu vào

Toàn bộ mạch khuếch đại đƣợc hiển thị trong Hình 3.9. Ở đây, các mạch

phối hợp trở kháng đầu vào và đầu ra đƣợc cấu hình nhƣ các mạch con. Cần lƣu ý

rằng vì thiết bị hoạt động bao gồm tụ điện trong mạch phối hợp trở kháng đầu ra

của Hình 3.6 tụ điện cổng drain đó phải bị vô hiệu hóa khi mạch phối hợp trở kháng

đầu ra đƣợc cấu hình vào mạch con phối hợp trở kháng đầu ra. Mạch con phối hợp

trở kháng đầu vào đại diện cho mạch khớp loại L trong Hình 3.8. Điện áp DC cổng

đƣợc cung cấp thông qua điện trở 1-kΩ. Các tụ điện khối DC đầu vào và đầu ra

trong Hình 3.9 đƣợc đặt thành 22 pF.

Hình 3.9: Mô phỏng bộ khuếch đại với mạch phối hợp trở kháng đầu vào và ra

Kết quả mô phỏng tham số S và độ ổn định của bộ khuếch đại công suất

đƣợc thể hiện trên Hình 3.10. Trên dải tần tần số thiết kế 13.75 - 14.5 GHz, hệ số

bức xạ S21 tƣơng ứng với độ lợi công suất của bộ khuếch đại đạt cỡ 20 dB, hệ số

phản xạ S11 dƣới -10 dB. Trên toàn dải tần, bộ khuếch đại công suất đƣợc thiết kế

đạt độ ổn định lớn hơn 1 theo yêu cầu

Mô phỏng công suất đầu ra và PAE đƣợc biểu thị trong Hình 3.11. Nhƣ trong

mô phỏng trƣớc, công suất đầu ra là 37 dBm, PAE khoảng 60% và mức tăng có thể

đƣợc nhìn thấy là khoảng 20 dB. Do đó, các mạch phối hợp trở kháng đƣợc thiết kế

có thể đƣợc xem để tái tạo các đặc tính thu đƣợc từ các kết quả mô phỏng kéo tải.

Hình 3.10: Kết quả mô phỏng S11, S21 và độ ổn định của bộ khuếch đại công suất

Hình 3.11: Kết quả mô phỏng công suất đầu ra và PAE bộ khuếch đại công suất

3.4. Bộ chuyển đổi đƣờng xuống và khuyếch tạp âm thấp (LNB)

Hình 3.12: Thành phần bộ khuếch tạp âm thấp

Bộ khuếch đại tạp âm thấp thƣờng đƣợc đặt ở đầu trƣớc của máy thu và đóng

vai trò khuếch đại tín hiệu thu đƣợc yếu. Nhƣ trong Hình 3.12, tín hiệu đầu vào của

bộ khuếch đại nhiễu thấp bao gồm cả tín hiệu và nhiễu đƣợc khuếch đại cùng

nhau. Trở kháng tại nguồn và tải có giá trị điển hình là 50 Ω, đƣợc xác định bởi

một đầu nối đồng trục. Ngoài ra, các nguồn nhiễu bên trong của bộ khuếch đại

nhiễu thấp cũng góp phần vào công suất nhiễu đầu ra. Do đó, tỷ lệ nhiễu tín hiệu ở

đầu ra kém hơn ở đầu vào. Do đó, bộ khuếch đại tạp âm thấp phải đƣợc thiết kế sao

cho các nguồn nhiễu bên trong của nó đóng góp tối thiểu vào công suất nhiễu đầu ra

và nó sẽ khuếch đại tín hiệu thu đƣợc đến mức mà các thành phần xử lý tín hiệu ở

giai đoạn tiếp theo có thể xử lý tín hiệu.

Hình 3.13: Xác định hệ số phản xạ nguồn và tải và

Bộ khuếch đại thể hiện trong Hình 3.12 có thể đƣợc biểu diễn nói chung nhƣ

trong Hình 3.13. Do đó, việc thiết kế bộ khuếch đại nhiễu thấp điển hình phải giải

quyết vấn đề xác định trở kháng nhìn vào nguồn và tải từ thiết bị hoạt động. Trong

chƣơng này, trƣớc tiên chúng ta sẽ giải thích mức tăng là một thƣớc đo quan trọng

của bộ khuếch đại nhiễu thấp nhƣ là một hàm của các hệ số phản xạ nguồn và tải,

và , nhƣ trong Hình 3.13, và chúng ta cũng sẽ xem xét và mang lại độ lợi tối

đa từ quan điểm thiết kế. Tuy nhiên, trong việc thiết kế một bộ khuếch đại nhiễu

thấp, không chỉ phải xem xét mức tăng mà cả hệ số nhiễu. Chúng tôi sẽ thảo luận về

cách chọn và bằng cách xem xét hệ số nhiễu nhiễu và độ lợi công suất.

Ngoài ra, do thiết bị hoạt động có một số mức độ phản hồi vốn có, nó cho thấy

điện trở âm đối với và cụ thể và do đó, bộ khuếch đại có thể biến thành bộ tạo

dao động. Do đó, phƣơng pháp kiểm tra xem thiết bị hoạt động có mang lại điện trở

âm ở tần số nhất định hay không, và sau đó phƣơng pháp ổn định thiết bị hoạt động

trong tình huống đó sẽ đƣợc đƣa ra.

3.4.1. Xác định hệ số phản xạ đầu vào và đầu ra

Các trở kháng nguồn và tải thƣờng đƣợc cố định là . Tuy nhiên,

mức tăng và hệ số tạp âm tối ƣu của thiết bị hoạt động hiếm khi đạt đƣợc đối với

các trở kháng nguồn và tải cố định . Độ lợi và hệ số tạp âm của thiết

bị hoạt động phụ thuộc đáng kể vào trở kháng tải và nguồn. Do đó, các trở kháng

nguồn và tải có giá trị cố định thƣờng đƣợc chuyển đổi thành các trở kháng thích

hợp bằng cách sử dụng các mạch hòa hợp trở kháng. Do bao gồm các mạch hòa hợp

trở kháng, thiết bị hoạt động thƣờng nhìn thấy các trở kháng nguồn và tải đƣợc

chuyển đổi khác với . Điều này đƣợc thể hiện trong Hình 3.14.

Hình 3.14: Xác định hệ số phản xạ , , và

Ở đây, biểu thị hệ số phản xạ nhìn vào mạch phối hợp trở kháng đầu vào từ

thiết bị hoạt động, trong khi hệ số phản xạ nhìn vào mạch phối hợp trở kháng đầu ra

từ thiết bị hoạt động đƣợc ký hiệu là . Lƣu ý rằng trở kháng tham chiếu là bắt

buộc để đo và , và nó đƣợc coi là giống nhƣ trở kháng tham chiếu đƣợc sử

dụng để đo các tham số S của thiết bị hoạt động.

Hệ số phản xạ nhìn thấy từ đầu vào thiết bị hoạt động khi tải đƣợc kết nối

với đầu ra thiết bị hoạt động đƣợc ký hiệu là ; tƣơng tự, hệ số phản xạ nhìn thấy

từ đầu ra của thiết bị hoạt động khi nguồn đƣợc kết nối với đầu vào thiết bị hoạt

động đƣợc ký hiệu là . Do đó, bằng cách sử dụng các tham số S của thiết bị hoạt

động, các hệ số phản xạ đầu vào và đầu ra đƣợc thể hiện trong (3.10) và (3.12).

(3.10)

(3.12)

3.4.2. Mạch tƣơng đƣơng Thevenin

Hình 3.15: Biểu diễn sóng của mạch tương đương Thevenin có điện áp mạch

mở của và trở kháng . Cổng đo có điện áp Eo và Zo.

Trong Hình 3.15, mạch tƣơng đƣơng Thevenin đƣợc hiển thị trong khu vực

bóng mờ và có điện áp mạch mở và trở kháng .Cổng đƣợc kết nối với mạch

tƣơng đƣơng Thevenin để đo hệ số phản xạ của nó. Ở đây, và tƣơng ứng là

điện áp và trở kháng của cổng. Sử dụng nguyên lý chồng chất, điện áp V trong Hình

3.15 có thể đƣợc xác định là

(3.13)

Điện áp V là tổng của điện áp tới và phản xạ nhƣ trong (3.13). Điện áp tới

đƣợc đƣa ra bởi

(3.14)

Do đó, việc thay thế phƣơng trình (3.14) thành phƣơng trình (3.13), điện áp

phản xạ từ phƣơng trình (3.13) đƣợc đƣa ra bởi

(3.15)

Phƣơng trình điện áp phản xạ trong phƣơng trình (3.15) đƣợc chuẩn hóa

điện áp tới và điện áp phản xạ a và b, ta thu đƣợc phƣơng trình (3.16) và (3.17)

(3.16) √

(3.17) √ √

Điện áp phản xạ b trong phƣơng trình (3.16) bao gồm hai số hạng. Số hạng

đầu tiên là hệ số phản xạ nhìn vào mạch Thevenin khi . Số hạng thứ hai là hệ

số phản xạ phụ thuộc vào nguồn điện áp có thể đƣợc hiểu là điện áp xuất hiện

trên trở kháng cổng khi . Hệ số phản xạ đƣợc đƣa ra bởi phƣơng trình

(3.16) tƣơng ứng với lý thuyết mạch này. Hệ số phản xạ thu đƣợc bằng cách đo

hệ số phản xạ khi tắt nguồn . Tƣơng tự, hệ số phản xạ do nguồn đƣợc tìm thấy

bằng cách đo điện áp đƣợc cung cấp cho trở kháng cổng thay vì đo điện áp mạch

hở. Tổng của hai phản xạ tạo thành tổng phản xạ trong phƣơng trình (3.16).

Bây giờ, bộ khuếch đại trong Hình 3.14 có thể đƣợc biểu diễn bằng sơ đồ

đơn giản sử dụng mạch tƣơng đƣơng Thevenin nhƣ trong Hình 3.16.

Đầu vào có thể đƣợc biểu diễn bằng mạch tƣơng đƣơng Thevenin, trong khi

đầu ra có thể đƣợc biểu diễn bằng một tải đơn giản. Thiết bị hoạt động đƣợc biểu thị

bằng các tham số S, và điện áp tới và phản xạ (a1, a2) và (b1, b2) đƣợc xác định

bằng cách sử dụng các trở kháng tham chiếu đo các tham số S của thiết bị hoạt

động.

Hình 3.16: Hình ảnh mạch nguyên lý đơn giản của bộ khuếch đại

Tiếp theo, chúng tôi kiểm tra công suất đƣợc cung cấp cho tải khi một nguồn

đƣợc biểu thị bằng mạch tƣơng đƣơng Thevenin đƣợc kết nối với tải tùy ý , nhƣ

trong Hình 3.17. Lƣu ý rằng cả hai hệ số phản xạ của tải và nguồn đƣợc biểu thị

bằng mạch tƣơng đƣơng Thevenin đều đƣợc đo dựa trên cùng một trở kháng tham

chiếu .

Hình 3.17: Nguồn được kết nối với tải

Từ phƣơng trình (3.16), điện áp phản xạ đối với tải trong Hình 3.17. đƣợc

biểu thị trong phƣơng trình (3.18)

(3.18)

trong khi điện áp phản xạ từ tải đƣợc hiển thị trong công thức (3.19).

(3.19)

Vì và , điện áp tới đối với tải có thể đƣợc lấy từ Công

thức (3.18) và (3.19), nhƣ thể hiện trong công thức (3.20).

(3.20)

Vì vậy, công suất phân phối tới tải là

(3.21) | | | | | | | |

Thay thế phƣơng trình (3.20) thành phƣơng trình (3.21), có thể đƣợc biểu

thị bằng phƣơng trình (3.22).

(3.22) | | | | | |

Ngoài ra, công suất khả dụng từ nguồn đƣợc phân phối đến tải khi nguồn và trở kháng tải đƣợc kết hợp trở kháng với nhau, nghĩa là khi Thay thế vào phƣơng trình (3.22),

(3.23) | | | |

Để kiểm chứng rằng kết quả đƣợc đƣa ra bởi phƣơng trình (3.23) là công

suất khả dụng, phƣơng trình (3.17) đƣợc thay thế thành phƣơng trình (3.23) dẫn tới

(3.24) | | | |

Chúng ta có thể thấy rằng PA trong phƣơng trình (3.24) bằng với công suất

khả dụng có thể thu đƣợc từ nguồn có điện trở trong . Ngoài ra, sử dụng công

thức (3.22) và (3.23), tỷ lệ công suất đƣợc cung cấp cho tải với công suất khả dụng

có thể đƣợc tính nhƣ

(3.25) | | | | | |

3.4.3. Độ khuếch đại công suất

Độ khuếch đại là một trong những chỉ số hiệu suất chính cho bộ khuếch đại

và đƣợc xác định theo nhiều cách khác nhau tùy thuộc vào mục đích đo lƣờng và

thiết kế. Trong số các mức tăng này là mức tăng công suất đầu dò thƣờng đƣợc sử

dụng trong các phép đo và đƣợc xác định trong phƣơng trình (3.26)

(3.26)

Khi đo mức tăng của đầu dò, công suất khả dụng từ nguồn có điện trở trong

50-Ω đƣợc đo bằng cách kết nối đồng hồ đo công suất (với điện trở trong 50-Ω) với

nguồn. Sau đó, chèn bộ khuếch đại giữa đồng hồ đo và nguồn và đo công suất đƣợc

cung cấp cho đồng hồ đo công suất, có thể đạt đƣợc tỷ lệ công suất đƣợc cung cấp

cho phụ tải và công suất có thể đƣợc hiểu là mức tăng của bộ chuyển đổi đƣợc đƣa

ra bởi phƣơng trình (3.26).

Mặt khác, từ góc độ thiết kế, khi trở kháng đầu ra của bộ khuếch đại đƣợc

kết hợp phù hợp bằng cách thay đổi trở kháng tải, có thể thu đƣợc công suất khả

dụng ở đầu ra. Tỷ lệ công suất đầu ra khả dụng so với công suất khả dụng từ nguồn

đƣợc gọi là mức tăng công suất khả dụng và đƣợc xác định trong công thức (3.27).

(3.27)

Sử dụng sơ đồ đơn giản hóa đƣợc hiển thị trong Hình 3.18.mức tăng công suất

khả dụng đƣợc tìm thấy bằng với tỷ lệ . Việc điều chỉnh trở kháng tải để

cung cấp năng lƣợng tối đa tƣơng đƣơng với điều chỉnh . Do đó, mức tăng công

suất khả dụng bằng .

Hình 3.18: Độ khuếch đại, nguồn được điều chỉnh PL tối đa

Độ khuếch đại công suất khả dụng là mức tăng tối đa có đƣợc từ đầu ra cho trở

kháng nguồn nhất định, đây chỉ là một chức năng của trở kháng nguồn. Do đó, mức

tăng công suất khả dụng thể hiện sự xuống cấp của mức tăng do trở kháng nguồn cố

định.

Dựa trên khái niệm đối xứng cho một tải cố định, khi trở kháng nguồn đƣợc

điều chỉnh để cung cấp công suất tối đa cho tải nhƣ trong Hìn 3.19, thì tỷ lệ của

công suất đầu vào so với công suất tải đƣợc gọi là mức tăng công suất. Sử dụng sơ

đồ đơn giản hóa, mức tăng công suất có thể đƣợc định nghĩa là

Độ lợi công suất, nhƣ là một chỉ tiêu về sự xuống cấp của mức tăng do tải cố

định đƣợc chọn, thƣờng đƣợc sử dụng trong thiết kế. Ba mức tăng công suất trƣớc

đó có thể đƣợc biểu thị theo các tham số S hai cổng và hệ số phản xạ nguồn và tải

hoặc trở kháng tại mặt phẳng thiết bị. Điều này sẽ đƣợc thảo luận thêm trong phần

tiếp theo.

3.4.4. Độ lợi công suất bộ chuyển đổi

Hình 3.19: Biểu diễn mạch nguyên lý đơn giản của bộ khuếch đại

Hình 3.19 cho thấy một lần nữa biểu diễn sơ đồ đơn giản hóa của bộ khuếch đại.

Trong Hình 3.19, mạch một cổng nhìn từ tải có thể đƣợc biểu diễn bằng

mạch tƣơng đƣơng Thevenin bao gồm thiết bị hoạt động và mạch đầu vào, và có thể

áp dụng mối quan hệ công suất đƣợc phát triển trƣớc đó trong công thức (3.23) và

(3.25). Ở mặt phẳng đầu ra của thiết bị, hệ số phản xạ Thevenin

(3.28)

Điện áp phản xạ Thevenin là điện áp phản xạ xuất hiện trên trở kháng tham

chiếu Zo khi tải đƣợc thay thế bằng Zo. Từ Hình 3.21, đƣợc đƣa ra bởi

phƣơng trình (3.29). (3.29)

Hình 3.20: Mạch khai thác tương đương Thevenin ở mặt phẳng tải

Lƣu ý rằng vì a2 = 0. Áp dụng phƣơng trình (3.20), a1 đƣợc cho bởi

(3.30)

Do đó, từ phƣơng trình (3.30), điện áp phản xạ Thevenin đƣợc hiển thị

trong phƣơng trình (3.31).

(3.31)

Do đó, mạch tƣơng đƣơng nhìn thấy từ tải có thể đƣợc biểu diễn nhƣ trong

Hình 3.17.

Áp dụng phƣơng trình (3.22), công suất đƣợc cung cấp cho tải đƣợc tính

theo phƣơng trình (3.32).

(3.32)

Do công suất khả dụng từ nguồn giống nhƣ trong công thức (3.23), nên mức

tăng công suất của bộ chuyển đổi đƣợc biểu thị bằng

(3.33)

Độ lợi của bộ chuyển đổi trong phƣơng trình (3.33) đƣợc lấy từ mặt phẳng đầu

ra của thiết bị, nhƣng nó cũng có thể đƣợc lấy ở mặt phẳng đầu vào của thiết bị. Độ

lợi của bộ chuyển đổi dẫn xuất đƣợc biểu thị bằng

(3.34)

Mặc dù trong phƣơng trình (3.34) khác với phƣơng trình (3.33), trong

phƣơng trình (3.34) giống nhƣ trong phƣơng trình (3.33).

3.4.5. Độ khếch đại công suất khả dụng

Mức tăng công suất khả dụng đƣợc định nghĩa là tỷ lệ công suất khả dụng ở

đầu vào thiết bị so với công suất khả dụng ở đầu ra. Hình 3.21 một lần nữa cho thấy

làm thế nào để đạt đƣợc mức tăng công suất khả dụng, đƣợc thực hiện bằng cách sử

dụng mức tăng công suất của bộ chuyển đổi có nguồn gốc trƣớc đó.

Hình 3.21: Mạch tính độ khuếch đại công suất khả dụng

Công suất khả dụng ở đầu ra là công suất khi trở kháng tải đƣợc liên hợp khớp với Γout, nhƣ trong Hình 3.21 Điều kiện này là . Sau đó, mức tăng công suất khả dụng có thể đạt đƣợc bằng cách thay thế vào mức tăng của bộ chuyển đổi trong phƣơng trình (3.33). Do đó, mức tăng công suất khả dụng đƣợc

đƣa ra theo phƣơng trình (3.35).

(3.35)

3.4.6. Độ khuếch đại công suất

Pin nguồn đƣợc phân phối đến đầu vào của thiết bị đƣợc hiển thị trong Hình

3.22 đƣợc đƣa ra theo phƣơng trình (3.36).

Hình 3.22: Mạch tính toán độ khuếch đại

(3.36)

Sử dụng phƣơng trình (3.20), kết quả trong phƣơng trình (3.37))

(3.37))

Ngoài ra, a1 và a2 trong Hình 3.23 đƣợc cho bởi

(3.38)

(3.39)

Thay a1 và a2 của phƣơng trình (3.38) và (3.39) vào b2 đƣợc cho

(3.40)

Sau đó, b2 có thể đƣợc tính là

(3.41)

Do đó, công suất đƣợc cung cấp cho tải đƣợc đƣa ra theo

(3.42)

Do đó, dựa trên định nghĩa về mức tăng công suất, tỷ lệ của công suất

đầu vào so với công suất đƣợc cung cấp cho tải đƣợc đƣa ra theo

(3.43)

3.4.7. Độ lợi một phía

Nói chung, và thiết bị hoạt động có một số phản hồi. Tuy nhiên,

thƣờng có thể đƣợc đƣa về 0 bằng cách thêm mạch phản hồi thích hợp. Trong

trƣờng hợp này, sẽ không có phản hồi từ đầu ra đến đầu vào. Điều kiện này sau đó

đƣợc cho là đơn phƣơng. Dẫn tới độ lợi đƣợc gọi là mức tăng Mason, U đƣợc biểu

thị trong phƣơng trình (3.34).

Vì mức tăng Mason là mức tăng đƣợc đo sau khi thiết bị hoạt động đã hoàn

toàn ổn định bằng cách loại bỏ phản hồi, nên nó có thể đƣợc coi là mức tăng thực sự

của thiết bị hoạt động. Do đó, nó đƣợc sử dụng làm tiêu chí để xác định xem một

thiết bị đo ở tần số tùy ý là hoạt động hay thụ động.

(3.44)

(3.45)

Do , đại diện cho phản hồi từ đầu ra đến đầu vào, thƣờng nhỏ hơn 1, nên

một biểu thức gần đúng đơn phƣơng cho mức tăng của bộ chuyển đổi thƣờng đƣợc

sử dụng trong thiết kế bộ khuếch đại và đánh giá thiết bị hoạt động. Để có đƣợc

mức tăng công suất bộ chuyển đổi một phía, đƣợc thay thế vào phƣơng

trình (3.35). Trong trƣờng hợp này, vì và , mức tăng công suất

của bộ chuyển đổi đƣợc biểu thị

(3.46)

Khi các hệ số phản xạ đầu vào và đầu ra trong Hình 3.24, mỗi hệ số đƣợc liên

hợp khớp với nhau (ΓS = (Γin) *, ΓL = (Γout) *), mức tăng tối đa sẽ đạt đƣợc và

mức tăng đơn phƣơng tối đa, tối đa đƣợc hiển thị trong

(3.47)

Việc tính toán mức tăng đơn phƣơng trong phƣơng trình (3.45) rất đơn giản so

với các tính toán cho các mức tăng khác và nó thƣờng đƣợc sử dụng để đánh giá

mức tăng tối đa của các thiết bị hoạt động khi không có sẵn máy tính.

3.5. Modem vệ tinh

Hình 3.23: Đội lợi một phía

Có rất nhiều loại modem vệ tinh có hỗ trợ giao tiếp Ethernet, đồng thời cũng

hỗ trợ dải tần phù hợp cho trạm BTS chuyên dụng. Tiêu biểu là thiết bị nhƣ sau:

3.5.1. Newtec Elevation Series EL478

Newtec EL478 là modem vệ tinh tiên tiến đƣợc tối ƣu hóa cho các ứng dụng

IP tốc độ cao qua vệ tinh tuân thủ tiêu chuẩn DVB-S2. Là một sản phẩm IP thực,

modem này thực hiện các chức năng xử lý IP nhƣ lọc gói, định tuyến và đóng gói.

Để đạt đƣợc tốc độ lên tới 160 Mbps, chỉ hỗ trợ các tham số điều chế và đóng gói

nhanh nhất và hiệu quả nhất về băng thông.

3.5.2. COMTECH CDM625A Advanced

Modem vệ tinh tiên tiến CDM-625A xây dựng dựa trên sự cung cấp các modem

vệ tinh hiệu quả và đáng tin cậy nhất. Với sự hỗ trợ cho sửa lỗi chuyển tiếp

VersaFEC (FEC), DoubleTalk, nén băng thông Carrier-in-Carrier mang tính cách

mạng, triển khai bổ sung và xử lý gói nâng cao, CDM-625A cung cấp tiết kiệm

đáng kể trong mọi điều kiện. Sự kết hợp các công nghệ tiên tiến này cho phép tối ƣu

hóa đa chiều, cho phép ngƣời dùng liên lạc vệ tinh:

3.5.3. Comtech EFData CDM570

Comtech EFData CDM570 là modem vệ tinh cung cấp hiệu suất và tính linh

hoạt của ngành trong gói 1RU với mức giá rất cạnh tranh. Tốc độ dữ liệu từ 2,4kbps

đến 10Mbps; Các loại điều chế: BPSK, QPSK, OQPSK, 8PSK, 8QAM (đƣợc cấp

bằng sáng chế) và 16QAM, TPC…

3.5.4. Datum PSM-500L

Datum Systems cung cấp modem vệ tinh rất linh hoạt và hiệu quả. Modem

vệ tinh L-Band hiệu suất cao, PSM-500L độ trễ thấp và tối ƣu hóa toàn bộ năng

lƣợng / băng thông. Giao diện chuẩn: RS232, RS422, V35, V36, EIA-530, Kích

thƣớc đa khối FlexLDPC & Tốc độ mã , Phạm vi tốc độ dữ liệu: 1,2 Kbps đến

29,5Mbps, băng tần L (950 đến 1.900 MHz trong các bƣớc 1Hz), BPSK / QPSK /

OQPSK / 8PSK / 8QAM / 16QAM

ModemHX280 của Hughes đƣợc tích hợp bộ điều chế (hƣớng phát),

giải điều chế (hƣớng thu),với kiểu điều chế QPSK hoặc tƣơng đƣơng, có khả

năng thay đổi tốc độ hƣớng phát 256 Kbps đến 2 Mbps, có các tính năng điều

khiển và giám sát từ xa….

3.6. Đo đạc và tính toán

3.5.5. Modem Hughes HX 280

Chƣơng trình đƣợc thiết kế bằng Labview có lƣu đồ thuật toán nhƣ sau:

Hình 3.24: Lưu đồ thuật toán Labview [7]

Khối Input chứa các dữ liệu nhận đƣợc đƣợc biểu diễn dƣới dạng số phức.

Luồng dữ liệu đƣợc đƣa qua bộ lọc Bandpass là bộ lọc thông dải nhằm thu hẹp tín

hiệu tần số sóng mang. Dữ liệu đƣợc đƣa vào Labview thông qua cable với tốc độ

lấy mẫu là 2MS/s và đƣợc tính toán và điều khiển thông qua chƣơng trình đƣợc

thiết kế trên Labview.

Sau khi xây dựng chƣơng trình điều khiển thiết bị đƣợc đƣa vào để mô phỏng

thử nghiệm.

Hình 3.25: Phổ công suất truyền đạt của antena. Công suất cài đặt ở mức tối

đa, kết quả mô phỏng cho công suất đầu ra là 120mW [7]

Hình 3.26: Phổ công suất tín hiệu nhận được tại thiết bị đầu cuối USRP với

công suất truyền là 20,8dBm, công suất nhận là -16dBm

Quá trình mô phỏng cho antenna thu xoay từ 900 đến 1200 và từ 900 đến 600.

Ngoài ra công suất truyền đƣợc thay đổi từ đó thiết bị chủ động điều chỉnh hƣớng

xoay phù hợp.

Bảng 3.3: Đo kiểm DOA (direction of arrival) của tín hiệu sử dụng USRP [7]

Sai số khi đo đạc DOA

Tính toán DOA với các công suất nhận đƣợc khác nhau

Hình 3.27: Phổ công suất tín hiệu nhận được tại thiết bị đầu cuối USRP [7]

KẾT LUẬN

Nội dung luận văn đã trình bày một cách tổng quan về hệ thống thông tin, kỹ thuật trạm mặt đất. Các phƣơng pháp truy nhập trong thông tin vệ tinh, phân tích ƣu nhƣợc điểm của các phƣơng pháp đa truy nhập trong thông tin vệ tinh. Kỹ thuật trạm mặt đất, các loại anten thông tin vệ tinh, modem vệ tinh. Ngoài ra, luận văn đã phân tích đánh giá thiết kế bộ chuyển đổi đƣờng lên và khuyếch đại công suất và tính toán các thông số thuật bộ chuyển đổi đƣờng xuống và khuyếch tạp âm thấp đối với anten tạm anten thu phát là rất quan trọng. Từ đó tính toán thiết kế cấu hình trạm anten vệ tinh tự động quay bám hiệu quả phù hợp với nhu cầu sử dụng và chi phí đầu tƣ.

Hƣớng nghiên cứu tiếp theo của luận văn sẽ tập trung vào nghiên cứu kỹ thuật, thuật toán quay bám của anten và mô phỏng tính toán một trạm anten cụ thể để đánh giá hiệu quả tính năng của trạm anten vệ tinh tự động quay bám trong thông tin vệ tinh.