Bài giảng Chương I: Phương thức truyền dẫn tín hiệu số bằng vệ tinh

PHẦN A: LÝ THUYẾT CHƯƠNGI. PHƯƠNG THỨC TRUYỀN DẪN TÍN HIỆU SỐ BẰNG VỆ TINH I: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ BẰNG VỆ TINH. 1. Giới thiệu Việc sử dụng vệ tinh cho hệ thống CATV và hệ thống truyền hịnh quảng bá được bắt đầu từ những năm 70 của thế kỷ 20, và phát triển với 1 tốc độ nhanh chóng. Vai trò của vệ tinh hiện nay là không thể thiếu được trong cả việc truyền dẫn và phát song các chương trình truyền hình. Năm 2001, Đài THVN xây dựng hệ thống TH cáp tại HN và các thành phố lân cận. Gặp phải vấn đề mở rộng khó khăn do việc truyền dẫn từ trung tâm TH cáp tới các vùng xa. Chính vì thế Đài THVN đã triển khai dịch vụ DTH. So với các phương thức truyền dẫn tín hiệu khác truyền hình qua vệ tinh DTH là một phương thức phủ sóng rất hiệu quả, đặc biệt với địa hình có nhiều đồi núi như VN. TH vệ tinh có những ưu điểm mà TH mặt đất và TH cáp không thể có được : vùng phủ sóng rộng, không phụ thuộc vào địa hình, chất lượng cao - cường độ trường tại điểm thu ổn định và có khả năng thông tin băng rộng. Sử dụng ở băng tần Ku, kích thước anten thu khoảng 0,6m là có thể thu được nên phù hợp với điều kiện thu tại các hộ gia đình. Công nghệ truyền dẫn DTH sử dụng công nghệ truyền dẫn số nên đảm bảo chất lượng tín hiệu hình ảnh cũng như âm thanh, có thể truyền dẫn được nhiều chương trình truyền hình có độ phân giải cao trên một Transponder, hệ thống âm thanh stereo hay âm thanh lập thể AC3. Ngoài ra hệ thống TH số còn tương thích với nhiều loại hình dịch vụ khác như truyền dữ liệu, internet, truyền hình tương tác, Tuy nhiên dịch vụ DTH cũng gặp phải một số khó khăn như chất lượng tín hiệu suy giảm khi mưa bão. Ta có thể khắc phục nhược điểm này bằng các tăng đường kính anten thu. Dịch vụ DTH đã được đài THVN triển khai và đưa và khai thác chính thức tháng 9/2004, được áp dụng những công nghệ mới nhất về truyền hình vệ tinh DTH và sự đầu tư cả chiều sâu lẫn chiều rộng về xây dựng nội dung chương trình, hướng phát triển các dịch vụ gia tăng trên hệ thống. Các thành phần của hệ thống phát và thu truyền hình DTH: Trạm phát mặt đất. Vệ tinh Trạm thu tín hiệu vệ tinh Tín hiệu từ một trạm mặt đất đến vệ tinh gọi là đường lên và tín hiệu vệ tinh trở về một trạm mặt đất khác gọi là đường xuống. Thiết bị thông tin trên vệ tinh bao gồm một số bộ phát đáp sẽ khuếch đại tín hiệu ở băng tần nào đó lên một công suất đủ lớn và phát trở về mặt đất. Đặc điểm của thông tin vệ tinh: Giá thành không phụ thuộc vào cự ly giữa hai trạm. Có khả năng thông tin quảng bá. Một vệ tinh có khả năng phủ sóng 1/3 trái đất. Chỉ cần 3 quả vệ tinh địa tĩnh ở 3 vị trí thích hợp sẽ phủ sóng toàn cầu. Có khả năng băng rộng. Các bộ lặp trên vệ tinh thường là các thiết bị băng tần rộng, độ rộng băng tần mỗi bộ lặp khoảng 36-50 Mbitps. Ít chịu ảnh hưởng bởi địa hình của mặt đất. Hình 1: Sơ đồ tổng thể của trạm thu phát vệ tinh Trạm phát mặt đất (Uplink station): Sơ đồ khối trạm phát ASI Video Audio MPEG - 2 Encoder Video Audio MPEG - 2 Encoder Video Audio MPEG - 2 Encoder MUX Scambler CA ASI Scambler CA ECM ASI : 0,5 ¸ 40Mb/s TS Modulator TS HPA EMM SAS SMS EMM Generator ECM Generator Tín hiệu A/V từ studio được chuyển đổi sang tín hiệu số, mã hoá và nén MPEG-2, 4:2:0 MP@ML. đây là tiêu chuẩn thống nhất trong việc truyền dẫn phát sóng tín hiệu video số qua vệ tinh có độ phân giải tiêu chuẩn (SDTV). Đối với tiêu chuẩn tiếng : MPEG-1, Layer 2 có các dạng thức môn, stereo, Join stereo, dual mono. Sau đó các tín hiệu A/V qua các bộ Scrambler (xáo trộn mật mã tín hiệu) của hệ thống truy nhập có điều kiện CA (Conditional Access) theo các yêu cầu về quản lý thuê bao và chương trình cung cấp cho thuê bao. Tín hiệu sau khoá mã được ghép kênh để tạo thành dòng truyền tải đa chương trình (từ 10 ¸ 20 chương trình). Tín hiệu sau ghép kênh được qua các bộ mã hoá kênh truyền (RS - Reed Solomon), khối mã sửa sai FEC (Forward Error Corrector) sau đó đến khối điều chế. Trong truyền hình số qua vệ tinh sử dụng kỹ thuật điều chế QPSK. Tiếp theo đến bộ khuếch đại công suất và đưa lên hệ thống anten phát lên vệ tinh. Tín hiệu từ trạm phát được đưa lên anten phát, anten phát rất rộng đường kính khoảng từ 9-12 m. Càng tăng đường kính thì độ chính xác đến vệ tinh càng cao và tăng công suất nhận tại vệ tinh. Ăn ten phát chỉ hướng đến vệ tinh xác định và phát tín hiệu trong khoảng tần số xác định. Tín hiệu được thu nhận, khuếch đại và dịch chuyển tần số xuống dải tần số phát xuống qua một bộ chuyển đổi ( transpoder ) gọi là bộ nhận đáp. Tín hiệu được truyền xuống mặt đất bằng bộ nối xuống (downlink). 2. Vệ tinh Có tác dụng như một trạm chuyển tiếp tín hiệu (transponder) : nhận tín hiệu phát ra từ trạm mặt đất sau đó dịch tần, khuếch đại rồi phát trở lại trái đất. Do vệ tinh ở độ cao rất lớn so với trái đất, khoảng 36 000 km trên quỹ đạo địa tĩnh, nên tầm bao phủ rất lớn (tối đa có thể được 1/3 trái đất). Tuy nhiên trong truyền hình vệ tinh một vệ tinh thông thường có diện phủ sóng trong một phần châu lục hay 1 quốc gia nào đó và có thể thay đổi được vùng bao phủ (beam sóng). a) Vị trí quỹ đạo Vệ tinh chuyển động chuyển động quanh trái đất theo 1 quỹ đạo nhất định. Khi vệ tinh chuyển động trong mặt phẳng quỹ đạo cùng chiều quay của trái đất, với bán kính khoảng 36 000 km ta có vệ tinh địa tĩnh. Khi đó tại 1 điểm trên trái đất, vị trí của vệ tinh là không thay đổi. Sở dĩ vệ tinh địa tĩnh luôn ở một vị trí so với mặt đất là do đạt cân bằng giữa các lực bao gồm lực li tâm và lực hướng tâm