Chương 1: Giới thiệu 1. Khái quát hệ thống truyền hình vệ tinh, máy thu vệ tinh 1. Hệ thống truyền hình vệ tinh Thông tin vệ tinh đã trở thành một phương tiện truyền thông rất phong phú và đa dạng. Thể hiện từ các hệ thống thông tin vệ tinh toàn cầu kết nối số liệu và lưu lượng thoại lớn cho đến các vệ tinh quảng bá cho các chương trình truyền hình.
Trước đây, khi chưa có truyền hình vệ tinh, để xem các sự kiện lớn trên khắp thế giới khán giả truyền hình phải chờ chuyển băng hình theo đường hàng không đến chậm cả tuần. Ngày nay, với truyền hình vệ tinh chúng ta có thể xem ngay khi sự kiện đang diễn ra với chất lượng hình ảnh tốt. Truyền hình vệ tinh thực chất là một hệ thống sử dụng đường truyền vô tuyến qua vệ tinh, được sử dụng để cung cấp các chương trình truyền hình tới người xem trên toàn thế giới. Các tín hiệu truyền hình trong hệ thống truyền hình vệ tinh quảng bá thường được nén kỹ thuật số, cho phép nhiều chương trình được chuyển tiếp từ một bộ phát đáp đơn trên vệ tinh.
Về mặt kĩ thuật, một hệ thống truyền hình vệ tinh quảng bá trực tiếp (DBS: Direct Broadcast Satellite) có 3 thành phần chính: - Trạm phát tín hiệu vệ tinh/đường lên - Vệ tinh chuyển tiếp trên quỹ đạo địa tĩnh GEO (Geostatinary Earth Orbit) - Thiết bị thu truyền hình vệ tinh tại nhà khách hàng Trạm phát tín hiệu vệ tinh: Giống như các hình thức khác của thông tin vệ tinh, tín hiệu dịch vụ DBS bắt nguồn từ mặt đất. Các kênh cơ bản của dịch vụ DBS thông thường được truyền đến thiết bị liên kết vệ tinh thông qua kết nối cáp của mạng mặt đất. Các tín hiệu liên kết vệ tinh cũng có thể được sử dụng để cung cấp nội dung chương trình cho các nhà cung cấp dịch vụ truyền hình khác (như các công ty truyền hình vệ tinh hoặc truyền hình cáp). Ngày càng nhiều các nhà cung cấp dịch vụ DBS để cung cấp các kênh truyền hình vệ tinh.
Các anten trạm phát vệ tinh đường lên thường khá lớn, 3 Trường ĐH Khoa học Tự nhiên Khoa Vật lý LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn thạc sỹ khoa học Nguyễn Thị Thảo thông thường có đường kính (9m 12m). Điều này đóng một vai trò quan trọng trong việc tập trung năng lượng và cung cấp cường độ tín hiệu cao hơn cho các vệ tinh trên quỹ đạo. Các tần số liên kết với vệ tinh nằm ở một dải tần số riêng phù hợp với bộ phát đáp vệ tinh.1 dưới đây cho thấy tổng quan về quá trình truyền dẫn tín hiệu trong hệ thống DBS.1: Truyền dẫn tín hiệu trong hệ thống DBS. Nhìn chung, nội dung thông tin nhận bởi thiết bị đường lên không bị thay đổi.
Tuy nhiên, thiết bị đường lên không cung cấp một số chức năng quan trọng. Những chức năng này bao gồm sự điều chỉnh và tái đồng bộ của tín hiệu đến. Trong trường hợp nội dung được ghi lại trước, điều này cũng liên quan đến việc kiểm soát chất lượng và các chức năng phát lại. Nội dung chương trình cũng được sao chép từ các băng chủ 4 Trường ĐH Khoa học Tự nhiên Khoa Vật lý LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn thạc sỹ khoa học Nguyễn Thị Thảo và được lưu trữ trên các máy chủ video phát sóng trên kênh vệ tinh phù hợp theo lịch trình/hướng dẫn chương trình điện tử (EPG: Electronic Program Guide).
Truy cập có điều kiện tạo nên một phần rất quan trọng của mô hình kinh doanh dịch vụ DBS và các nhà cung cấp dịch vụ DBS cần phải làm thế nào đó để khách hàng sử dụng và trả tiền cho dịch vụ này. Thiết bị phát sóng cũng cung cấp các chức năng xử lý tín hiệu quan trọng như nén nội dung video và audio. Nội dung chương trình thường được nén (từ khoảng 270 Mb/s) thành khoảng 1 10 Mb/s trước khi truyền. Điều này giúp tăng cao số lượng các kênh trên một băng thông nhất định.
MPEG là chuẩn mã hóa phổ biến nhất được sử dụng trong khi khóa dịch pha cầu phương (QPSK: Quadrature Phase Shift Keying) là sơ đồ điều chế phổ biến nhất được sử dụng bởi dịch vụ DBS. Các vệ tinh quảng bá GEO: Việc quảng bá tín hiệu từ đường lên DBS được thực hiện bởi bộ phát đáp RF thích hợp (một phần của bộ chuyển tiếp dịch tần số) trên vệ tinh. Hầu hết các vệ tinh viễn thông chỉ đơn giản là các trạm chuyển tiếp vô tuyến với nhiều bộ phát đáp ở trên vệ tinh. Mỗi bộ phát đáp có băng thông vài chục MHz.
Hoạt động đặc trưng của một bộ phát đáp thường được xem như bộ chuyển tiếp vô tuyến bởi vì thực tế các tín hiệu đường lên thường được khuếch đại và dịch tới một tần số khác (được gọi là đổi tần) để tránh giao thoa với tín hiệu đường lên trước khi được gửi trở lại đường xuống. 5 Trường ĐH Khoa học Tự nhiên Khoa Vật lý LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn thạc sỹ khoa học Nguyễn Thị Thảo Hình 1.2: Một vệ tinh GEO điển hình được triển khai cho các dịch vụ DBS Các vệ tinh GEO sử dụng cho dịch vụ DBS có xu hướng giống với các vệ tinh được sử dụng cho việc truyền dẫn thông tin truyền thống (hình 1. Từ giữa những năm 1990, các vệ tinh được triển khai cho các dịch vụ DBS tăng đột biến về cả kích thước và trọng lượng. Tuy nhiên việc tăng kích thước và trọng lượng này mang đến nhiều lợi ích cho các dịch vụ DBS.
Những tấm panel pin mặt trời lớn ở hai bên cho phép tạo ra công suất DC lớn hơn và các anten lớn hơn tạo điều kiện định hướng các chùm sóng đường xuống tốt hơn.3: Cấu trúc bộ chuyển tiếp sóng mang RF trên vệ tinh GEO. 6 Trường ĐH Khoa học Tự nhiên Khoa Vật lý LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn thạc sỹ khoa học Nguyễn Thị Thảo Như được biểu diễn ở hình 1.3, một vệ tinh DBS bao gồm các bộ chuyển tiếp dịch tần số. Máy thu băng thông rộng để nhận tín hiệu đường lên và chuyển đổi thành tần số đường xuống (bộ khuếch đại tạp âm nhỏ và đổi tần: LNB). Sau đó là các bộ phát đáp với mỗi phát đáp gồm: Một bộ khuếch đại tự động điều chỉnh độ lợi (AGC: Automatic Gain Control) và một bộ khuếch đại đèn sóng chạy (TWT: Travelling Wave Tube) công suất cao.
Mỗi bộ khuếch đại TWT thường có mức công suất tối đa 240W. Thiết bị thu truyền hình vệ tinh tại nhà khách hàng: Thiết bị điển hình được khách hàng sử dụng để thu và giải mã tín hiệu DBS được minh họa trong hình 1. Thiết bị này bao gồm một anten thu có mặt phản xạ hình parabol được sử dụng để phản xạ tín hiệu vệ tinh tới loa thu. Tiếp theo loa thu được đặt tại tiêu điểm của anten và nằm phía trước của ống dẫn sóng được sử dụng để đưa tín hiệu thu tới bộ khuếch đại tạp âm nhỏ và đổi tần (LNB).
Tại đó tín hiệu được chuyển đổi xuống IF, băng L: (950 1450) MHz.4: Một anten thu điển hình và bộ thu giải mã tích hợp (IRD: Integrated Receiver Decoder) tại nhà khách hàng. LNB nhận điện áp DC cấp qua cáp đồng trục, cáp được sử dụng để cung cấp tín hiệu trung tần cho bộ thu giải mã tích hợp (IRD: Integrated Receiver Decoder). Bộ IRD bao gồm các thành phần chức năng quan trọng cần thiết cho dịch vụ DBS. Đó là bộ 7 Trường ĐH Khoa học Tự nhiên Khoa Vật lý LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn thạc sỹ khoa học Nguyễn Thị Thảo giải điều chế QPSK, bộ tái tạo tín hiệu truyền hình, bộ chọn kênh IF, bộ giải mã FEC, bộ phân kênh dòng, bộ giải mã (để truy cập có điều kiện), và bộ giải mã MPEG (video/audio).
Theo quy định, truyền hình quảng bá trực tiếp đến máy thu TV gia đình được thực hiện trong băng tần Ku (12 GHz). Dịch vụ này được gọi là dịch vụ vệ tinh quảng bá trực tiếp DBS. Tùy thuộc vào vùng địa lý ấn định băng tần có thể thay đổi. Máy thu truyền hình vệ tinh Hình 1.5 cho thấy các khối chính trong một hệ thống thu DBS của đầu thu người dùng.
Tất nhiên cấu trúc này sẽ thay đổi trong các hệ thống khác nhau, nhưng sơ đồ này sẽ cung cấp các khái niệm cơ sở về máy thu truyền hình tương tự (FM). Hiện nay truyền hình số trực tiếp đến gia đình đang dần thay thế các hệ thống tương tự, nhưng các khối ngoài trời vẫn giống nhau cho cả hai hệ thống. Sơ đồ khối đầu cuối thu DBS TV/FM [3]. 8 Trường ĐH Khoa học Tự nhiên Khoa Vật lý LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn thạc sỹ khoa học Nguyễn Thị Thảo Khối ngoài trời Khối này bao gồm một anten thu tiếp sóng trực tiếp cho tổ hợp khuếch đại tạp âm nhỏ/ biến đổi hạ tần.
Băng tần đường xuống dải từ 12,2 GHz đến 12,7 GHz có độ rộng 500 MHz cho phép 32 kênh truyền hình với mỗi kênh có độ rộng là 24 MHz. Tất nhiên các kênh cạnh nhau sẽ phần nào chồng lấn lên nhau, nhưng các kênh này được ấn định phân cực tròn trái (LHC: Left-Hand Circular) và phân cực tròn phải (RHC: Right – Hand Circular) đan xen để giảm nhiễu đến mức cho phép. Sự phân bố tần số như vậy được gọi là đan xen phân cực. Loa thu có bộ lọc phân cực được chuyển mạch đến phân cực mong muốn dưới sự điều khiển của khối trong nhà.
Loa thu tiếp sóng cho khối biến đổi tạp âm nhỏ (LNC: Low Noise Converter) hay khối kết hợp khuếch đại tạp âm nhỏ (LNA: Low Noise Amplifier) và biến đổi (gọi chung là LNA/C). Khối kết hợp này được gọi là LNB (Low Noise Block: khối tạp âm nhỏ). LNB đảm bảo khuếch đại tín hiệu băng 12 GHz và biến đổi nó vào dải tần số thấp hơn để có thể sử dụng cáp đồng trục giá rẻ nối đến khối trong nhà. Dải tần tín hiệu sau hạ tần là 950-1450 MHz (hình 1.
Cáp đồng trục hoặc đôi dây xoắn được sử dụng để cấp nguồn một chiều cho khối ngoài trời. Ngoài ra còn có các dây điều khiển chuyển mạch phân cực. Khuếch đại tạp âm nhỏ cần được thực hiện trước đầu vào khối trong nhà để đảm bảo tỷ số tín hiệu trên tạp âm yêu cầu. Ít khi bộ khuếch đại tạp âm nhỏ được đặt tại phía đầu vào khối trong nhà vì nó có thể khuếch đại cả tạp âm của cáp đồng trục.