Triệt nhiễu trong hệ thống thông tin vệ tinh

và d(t)=-1 nếu bit có mức luận lý 0. H Hình 4.1 Dạng sóng tín hiệu điều chế BPSK Thông thường để đơn giản hoá biểu thức và không làm mất tính tổng quát, ta chọn . Ngoài ra, ta có thể xem mối liên quan giữa biên độ A của sóng mang với công suất phát của sóng mang PS là: ( 4.2). Do đó ( 4.1 ) trở thành : ( 4.3 ). Nếu luồng bit nhị phân d(t) có tốc độ bit , hay có chu kỳ bit là , như vậy năng lượng phát của sóng mang cho mỗi bit chuyển tải là: ( 4.4 ). Giản đồ vector BPSK. Để có thể biểu diễn tín hiệu thành giản đồ vector, trước tiên ta xét vector đơn vị trực chuẩn của hệ thống. Một cách tổng quát, một tín hiệu bất kỳ tuần hoàn chu kỳ T có thể được phân tích thành chuỗi Fourier dưới dạng sau: ( 4.5 ). Nếu ta chọn các hàm: ( 4.6a ). ( 4.6b ). Làm các hàm cơ sở trực giao của ( 4. 5), thì do tính chuẩn hoá về biên độ ta có: ( 4.7a ). ( 4.7b ). ( 4.7c). Ta gọi các hàm ( 4.6 ) là các hàm cơ sở trực chuẩn. Tín hiệu ( 4.3) có thể được coi như hai tín hiệu riêng biệt : ( 4.8a ). ( 4.8b ) . Theo ( 4.6 ) ta chon các hàm trực chuẩn là: ( 4.9a ) ( 4.9b ). Thì ( 4.8 ) có thể viết theo hàm trực chuẩn: ( 4.10a ). ( 4.10b ). Hình 4.2 giản đồ vector pha của hai thành phần của Ta có thể biểu diễn hai trạng thái và thành hai vector pha đối nhau và có biên độ , như hình vẽ giản đồ hình ( 4.2 ). Lúc này khoảng cách giữa hai trạng thái này là: ( 4.11 ). Với là năng lượng bit của sóng mang, được tính bởi (4.4). Khoảng cách d giữa hai trạng thái của sóng mang được tính ở (4.21), đặc trưng cho khả năng phân biệt giữa trạng thái này với trạng thái khác, do đó, ảnh hưởng đến sự quyết định mức luận lý của chuỗi số nhận được. Điều này đặc biệt quan trọng khi tín hiệu sóng mang đã điều chế được truyền trong môi trường bị tác động bởi suy hao và nhiễu, do đó, khoảng cách d ảnh hưởng đến khả năng thu sai nhằm tin tức. Từ (4.11), ta nhận thấy khi năng lượng bit càng lớn ( nghĩa là công suất phát sóng mang càng lớn hoặc tốc độ phát bit càng thấp), khoảng cách d càng lớn, có nghĩa là xác suất thu sai càng nhỏ. Phổ tần số của BPSK. Từ (4.3), ta có thể xem như là tích số của tín hiệu xung với sóng mang . Do đó, nếu gọi là hàm mật độ phổ công suất và là hàm mật độ phổ công suất của thì ta có quan hệ: (4.12) Vì là tín hiệu xung nên hàm mật độ phổ công suất là: (4.13). Và do đó, hàm mật độ phổ công suất của là : (4.14). Trong đó là chu kỳ bit. Hình biểu diễn phổ tần số của hàm mật độ công suất của và . Ta nhận thấy nếu là xung chữ nhật thì phổ của nó, và do đó phổ của , trải rộng về hai phía đến vô tận chung quanh tần số sóng mang . Trong thực tế, hơn 90% công suất tín hiệu tập trung trong búp phổ chính ( từ đến ) ( do đó,có thể xem dải tần phổ của BPSK là ). Thiết bị thu chỉ cần thu được búp sóng chính là có thể giải điều chế được tín hiệu. Tuy nhiên, các búp phổ phụ, nhất là búp thứ nhất và thứ hai ở cả hai dải bên, vẫn có thể gây ảnh hương đến các kênh tần số lân cận của sóng mang. Để khắc phục ảnh hưởng này, ta có thể dùng phương pháp lọc để làm suy giảm các thành phần tần số cao của ( tín hiệu xung ) trước khi đưa vào điều chế, để triệt bỏ các các búp phụ bậc cao. Tuy nhiên, điều này lại khiến dạng sóng thời gian của d(t) bị nén thành phần tần số cao, các bit sẽ trải rộng về thời gian và do đó có thể gây nhiễu giao thoa ký hiệu ISI ( Inter Symbol Interference) ở nơi phát. Lúc này ở phía thu, cần dùng các bộ cân bằng tín hiệu ( Equalizer), có chức năng tương tự như một bộ lọc tần số, để sửa dạng phổ tần số của tín hiệu thu được. Các mạch điều chế và giải điều chế BPSK. Mạch điều chế BPSK dựa trên nguyên tắc mạch nhân giữa một sóng mang với một chuỗi số d(t) đặc trưng cho tín hiệu nhị phân , như được biểu diễn ở hình 4.3 . Để giảm thiểu ảnh hưởng phi tuyến của phép nhân, nhất là đối với quan hệ nhân bậc chẵn, ta còn có thể dùng mạch điều chế cân bằng với hai mạch nhân dùng hai sóng mang đảo pha và một mạch trừ kết quả. Cấu trúc này hoàn toàn giống mạch điều chế song biên triệt sóng mang. Mạch giải điều chế BPSK cũng được dựa trên nguyên tắc mạch nhân giữa tín hiệu với sóng mang được tái tạo , có tần số và pha đồng bộ với sóng mang gốc, như trình bày ở hình ( 4.4). Nếu tín hiệu từ bộ tái tạo sóng mang là thì ngõ ra mạch nhân sẽ cho: (4.15). Tín hiệu này được đưa qua mạch lọc thông thấp LPF, thành phần tần số cao sẽ bị triệt tiêu, do đó tín hiệu tái tạo sẽ là: (4.16) Để có thể tái tạo sóng mang có tần số tại nơi thu, một phương phát thông dụng là dùng phép tăng bậc lũy thừa, thường là phép bình phương tín hiệu như trình bày ở hình ( 4.6 ). Tín hiệu sẽ được bình phương và do đó, không còn bị đảo pha theo và tần số cơ bản trở thành . Sau khi qua bộ lọc tần số để triệt các hài tần số khác, tín hiệu này được đưa qua mạch chia đôi tần số và bộ tần số nhờ vậy, ta nhận được sóng mang tái tạo , được trích từ tín hiệu thu được. Nhược điểm của mạch tái tạo sóng mang ở hình (4.6) là sóng mang tái tạo được có thể lệch pha hoặc đối với sóng mang gốc, tuỳ theo trạng thái ban đầu của bộ chia đôi tần số. Do đó, tín hiệu sau khi giải điều chế có thể có giá trị d’(t) hoặc. Hình (4.7) giới thiệu một kỹ thuật tái tạo sóng mang khác là vòng Costas. Trong vòng Costas, mạch VCO có tần số trung tâm sẽ chịu tác động hiệu chỉnh của điện áp để đạt đến trạng thái gốc lệch pha giữa sóng mang gốc bằng . Tuy nhiên, lưu ý rằng mạch vòng Costas cũng có thể tạo độ lệch (tức ), cũng giữa cho vòng ở trạng thái cân bằng. Do đó, sóng mang tái tạo cũng có thể ngược pha với sóng mang gốc. Điều chế QPSK. Điều chế số QPSK ( Quadrature Phase Shift Keying ), còn gọi là điều chế 4-PSK, là quá trình điều chế pha của sóng mang hình sin với bốn giá trị khác nhau, tuỳ thuộc vào chuỗi bit số liệu điều chế. Biểu thức của QPSK. Trong điều chế số QPSK, luồng số liệu sẽ được truyền đi lần lượt từng bộ gồm 2 bit liên tiếp, mỗi bộ được gọi là một ký hiệu (symbol) vì nó tương ứng với một trạng thái pha của sóng mang. Với từng ký hiệu 2 bit nhị phân, chúng ta có bốn trạng thái pha khác nhau của sóng mang, được gọi lần lượt là và . Nếu ta gọi và lần lượt là bit chẵn và bit lẻ trong mỗi ký hiệu -2-bits, biểu thức của tín hiệu QPSK có thể viết dưới dạng: ( 4.16 ). Trong đó góc pha của sóng mang có giá trị được định nghĩa trong bảng (4.8). Bảng 4.8: Giá trị góc pha của sóng mang tương ứng với mỗi ký hiệu 2-bit 1 1 1 0 0 0 hay 0 1 hay Lúc này, biên độ và tần số của sóng mang là cố định, chỉ có góc pha thay đổi theo chuỗi bit. Giản đồ vector của QPSK. Từ biểu thức QPSK ở ( 4.16 ) và bảng trạng thái pha ( 4.8 ), ta có thể vẽ được sự phân bố các vector pha của trạng thái sóng mang QPSK ở hình ( 4.9 ). Chú ý rẳng giá trị các góc pha lần lượt là ( hoặc ) và (hoặc là ). Nếu ta xem hai trục toạ độ lần lượt là trục I ( có góc pha , trùng với pha sóng mang chuẩn ) và trục Q ( có góc pha , vuông pha với sóng mang chuẩn), thì ta có : ( 4.17 ). Trong đó và bit chẳn và bit lẻ của chuỗi số. Như vậy, theo ( 4.17 ), ta có thể phân tích tín hiệu QPSK bất kỳ thành một thành phần đồng pha với sóng mang ( thành phần I ) và một thành phần vuông pha với sóng mang ( thành phần Q). Gọi là công suất tín hiệu phát, thì liên quan đến biên độ sóng A là ( do từng nhóm 2-bit điều chế) do đó, ( 4.17 ) được viết lại : ( 4.18 ). Ta định nghĩa hai sóng mang đơn vị trực chuẩn như sau: ( 4.19a ). ( 4.19b). Trong đó : là chu kỳ mỗi ký hiệu ( symbol ) gồm hai chu kỳ bit và là trực giao và có công suất bằng 1. Vậy, ta có thể biểu diễn ( 4.18 ) theo ( 4.19a) và ( 4.19b ) ở từng trường hợp ký hiệu như sau : ( 4.20a ). ( 4.20b ). ( 4.20c ). ( 4.20d ) Trong đó đã áp dụng tương ứng bit “1” và tương đương bit “0”. Các điểm trạng thái pha của và được vẽ tương ứng ở hình (4.9). Ta có thể suy ra khoảng cách gần nhất giữa hai điểm trạng thái pha bất kỳ là: ( 4.21 ). Công thức này cho kết quả giống công thức tính khoảng cách mã của BPSK, biểu thị ở ( 4.11 ). Tuy nhiên, về mặt ý nghĩa, chúng có khác nhau. Với điều chế QPSK, nếu ta gọi là năng lượng của mỗi ký hiệu 2-bit, ta có thể viết: ( 4.22 ). Thay (4.21) vào ( 4.22), ta có : ( 4.23 ). So sánh (4.23) và (4.11), ta nhận thấy: Nếu công suất tín hiệu sóng mang và tốc độ bit là bằng nhau, thì BPSK và QPSK có khoảng cách mã bằng nhau( do đó, xác suất thu sai bằng nhau ). Ngược lại, với cùng công suất phát, nhưng tốc độ bit QPSK gấp đôi tốc độ bit BPSK ( nghĩa là tốc độ phát ký hiệu 2-bit của QPSK bằng tố độ bit của PBSK) thì khoảng cách mã của PQSK sẽ nhỏ hơnlần so với khoảng cách mã của BPSK, do đó, xác suất thu sai sẽ tăng lên. Phổ của tín hiệu QPSK. Từ biểu thức của tín hiệu QPSK ở (4.17), ta có thể xem rằng tín hiệu QPSK là tổ hợp tuyến tính của hai tín hiệu điều chế BPSK, thành phần thứ nhất ( thành phần I ) là thành phần đồng pha với sóng mang tương ứng với các bit chẵn và thành phần ( thành phần Q ) là thành phần vuông pha với sóng mang tương ứng với các bit lẻ. Chú ý rằng nếu công suất tín hiệu tổng là thì biên độ của mỗi thành phần sẽ là ( không phải là ) vì là tổng của hai công suất thành phần I và Q. Giả sử rằng tốc độ bit của các bit chẵn và bit lẽ điều là , thì so với tốc độ ký hiệu 2-bit thì ta có : ( 4.24 ). Phổ mật độ công suất của là tổ hợp của phổ mật độ công suất của hai tín hiệu thành phần BPSK, ta có thể suy ra từ được cho ở ( 4.14 ). ( 4.25 ). Trong đó, chú ý rằng hệ số 2 ban đầu tượng trưng cho tổng của hai phổ thành phần và . Nếu so sánh giữa ( 4.25 ) với ( 4.14 ), ta nhận thấy phổ của QPSK có dạng tương tự phổ của BPSK nhưng do nên dải phổ tần của QPSK hẹp hơn gấp hai lần dải tần của BPSK tương ứng với cùng một đốc độ bit truyền. Mạch điều chế và giải điều chế QPSK. Hình ( 4.10 ) giới thiệu sơ đồ khối của mạch điều chế QPSK. Chuỗi số liệu đầu vào có 2 mức luận lý tương ứng luận lý “1” và “0”, được đặt vào bộ chuyển đổi nối tiếp sang song song ( S/P) để tạo thành hai luồng bit chẵn và bit lẻ. Một dao động sóng mang được đặt vào khối dịch pha tạo thành hai sóng và . Bộ nhân ( điều chế cân bằng ) và cộng cho phép tạo tín hiệu có biễu thức như ở (4.17 ). Bộ lọc thông thấp ở ngõ ra có chức năng loại bỏ các hài cao tần của sóng mang. Hình ( 4.11) giới thiệu sơ đồ khối mạch giải điều chế QPSK. Tín hiệu ngõ vào được lọc thông thấp để hạn chế dải tần và triệt bỏ các hài tần bậc cao, sau đó được đặt vào mạch chia đôi công suất để tạo hai tín hiệu có biên độ cân bằng để đưa hai mạch tách sóng vuông pha. Hình 4.11 Sơ đồ khối mạch giải điều chế QPSK Khối tái tạo sóng mang, gồm phần tăng bậc luỹ thừa bậc 4 của tín hiệu nhận được, sau đó lọc thông thấp và chia tần số sóng mang mà không có sự di pha đáng kể do quá trình điều chế. Việc tái tạo sóng mang cũng có thể được thực hiện theo nguyên lý vòng Costas, như đã trình bày hình 4.7 tuy nhiên cấu trúc khá phức tạp. Giả sử tín hiệu nhận được vẫn có dạng hai thành phần sóng mang như ở ( 4.17 ) qua mạch chia đôi công suất, mỗi vế có tín hiệu là: ( 4.26). Với sóng mang tái tạo được có hai pha và ta nhận được các tín hiệu sau mạch nhân: Với thành phần sóng mang : (4.27). Qua bộ lọc thông thấp ( loại bỏ các hài bậc hai )và giả sử bộ di pha không đáng kể , ta có tín hiệu ngõ ra còn lại là . Với thành phần sóng mang ( 4.28 ). Qua bộ lọc thông thấp ( loại bỏ các hài bậc hai ) và giả sử rằng độ di pha không đáng kể , ta thu được tín hiệu ngõ ra là . Như vậy, các tín hiệu ngõ ra ở các vế tách sóng chính là các chuỗi bit chẳn và chuỗi bit lẻ , được lấy mẫu lượng tử một lần nữa và sau đó chuyển từ dạng song song sang nối tiếp ( 2-bit) để tái tạo chuỗi số liệu ban đầu. Khối đồng bộ clock để đồng bộ hoá việc lấy mẫu – lượng tử theo nhịp của chuỗi số phát. Độ chính xác của phép giải điều chế QPSK kể trên phụ thuộc rất nhiều vào độ di pha của sóng mang tái tạo được so với sóng mang gốc. II.ĐA TRUY NHẬP. “ Đa truy nhập” là một phương pháp để cho nhiều trạm sử dụng chung một bộ phát đáp. Các phương thức đa truy nhập hiện nay bao gồm đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA), trong đó các tần số sóng mang khác nhau được phân phối cho các trạm mặt đất sử dụng đồng thời một bộ phát đáp, đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) nó cho phép các trạm mặt đất sử dụng cùng một tần số chung và cùng một bộ phát đáp nhưng trên cơ sở phân chia theo thời gian và đa truy nhập trải phổ ( CDMA,SSMA ). Ngoài cách đa truy nhập nói trên, còn có một cách phân loại khác dựa trên, hoặc là bộ phát chỉ bị chiếm khi có cuộc gọi xảy ra, hoặc bộ phát đáp được dành chỗ cho đường truyền dẫn, dù có cuộc gọi hay không. Phân loại theo kiểu đầu tiên gọi là phương pháp phân phối theo yêu cầu, theo kiểu sau gọi là phân phối trước. Đa truy nhập phân chia tần số. FDMA được sử dụng rộng rãi nhất. Trong hệ thống này, mỗi trạm mặt đất phát một sóng mang có tần số khác với tần số sóng mang của các trạm khác bằng những băng tần bảo vệ thích hợp, sao cho chúng không chồng lấn lên nhau. FDMA có thể được sử dụng cho bất kỳ hệ thống điều chế nào, điều chế tương tự hay điều chế số, như là các sóng FM điều chế bằng các tín hiệu thoại đã ghép kênh hoặc tín hiệu TV, các sóng PSK điều chế số. Một trạm mặt đất thu chọn lựa các tín hiệu nó cần thông tin bằng một bộ lọc băng thông. Phương pháp này cho phép tất cả các trạm truyền dẫn liên tục, nó có ưu điểm không cần thiết điều khiển định thời đồng bộ, và thiết bị sử dụng khá đơn giản, hiệu quả sử dụng công suất của vệ tin không quá tồi. Tuy nhiên, vì các kênh truyền dẫn được phân chia theo thước đo vật lý, tức là tần số ( bộ lọc băng thông ) nên phương pháp này thiếu sự linh hoạt trong việc thay đổi cách phân phối kênh. Đa truy nhập phân chia theo thời gian. TDMA là một hệ thống trong đó các trạm mặt đất dùng chung một bộ phát đáp trên cơ sở phân chia theo thời gian. Để làm được việc này, cần sử dụng một sóng mang điều chế số. Hệ thống TDMA thường định ra một khung trong miền thời gian gọi là khhung TDMA, khung này được phân chia ra và mỗi một khoảng chia được phân cho từng trạm. Mỗi một trạm phát sóng mang của nó trong một khoảng ngắn đã được phân ( khe theo thời gian ) trong khung thời gian. Cần để ra một khoảng thời gian trống ( thời gian bảo vệ) giữa hai khe thời gian cạnh nhau sao cho các sóng mang phát từ nhiều trạm không chồng lên nhau trong bộ phát đáp. Mỗi một trạm thu sẽ tách chỉ những phần sóng mang của chính nó dựa trên cơ sở phân chia theo thời gian, ngoài những tín hiệu được nhận. Hệ thống TDMA có thể sử dụng tốt nhất công suất vệ tinh. Vì tất cả các trạm điều sử dụng cùng một tần số nên bộ phát đáp được yêu cầu để chuyển tiếp các tín hiệu của một trạm tại một thời điểm. Ngoài ra, vì có thể dể dàng thay đổi được dung lượng truyền tải bằng việc thay đổi khoảng thời gian phát/thu, nên hệ thống này có ưu điểm là linh hoạt trong việc chấp nhận thay đổi trong thiết lập tuyến. Mặc khác, cần thiết giữa cho lỗi định thời phát của tất cả các trạm phải nằm trong khoảng thời gian bảo vệ. Hình ( 4.13 ) cho thấy hình ảnh một khung TDMA. Đa truy nhập trải phổ ( đa truy nhập phân chia theo mã ). Khi gửi đi một số, ví dụ như trong hình ( 4.14 ) số liệu thực hiện điều chế PSK cho tín hiệu có phân cực của toàn bộ mã tốc độ cao hơn ( chỉ ra trong hình ) được đảo ngược thay cho “0” và “1” đơn thuần, tín hiệu tổng hợp ( BPSK điều chế lần hai ) được phát đi. Làm như thế sẽ trải phổ của tín hiệu phát ra cả băng tần do mã tốc độ cao chiếm giữ. Hình ( 4.15 ) chỉ ra việc sử dụng SSMA trong một bộ phát đáp. Các tín hiệu từ tất cả các trạm điều có cùng một vị trí trong bộ phát đáp cả về thời gian và tần số. Phía thu thực hiện quá trình trải phổ ngược sử dụng mã giống như mã trải phổ sử dụng phía phát và lấy ra các tín hiệu ban đầu. Điều này cho phép chỉ thu các tín hiệu mong muốn, ngay cả khi các sóng mang trải phổ với các mã đến cùng một thời gian. Hệ thống này có hiệu quả chống lại can nhiễu từ các hệ thống lớn, nó cũng tạo ra ít nhiễu tới các hệ thống khác. Mặt khác, hệ thống này cần độ rộng băng tần lớn và nó cũng gây ra tạp âm nhiễu lẫn nhau khi nhiều trạm dùng chung một bộ phát đáp, vì vậy dẫn đến dung lương truyền dẫn trên bộ pháp đáp rất nhỏ. Bảng ( 4.16 ) – Tính năng của các hệ thống đa truy nhập khác nhau. Hệ thống Ưu điểm Nhược điểm Nhận xét FDMA Thủ tục nhập đơn giản. Cấu hình các phương tiện trạm mặt đất đơn giản. Thiếu linh hoạt thay đổi thiết lập tuyến . Hiệu quả thấp khi số sómg mang tăng . Dễ dàng ứng dụng việc phân phối theo yêu cầu và kích hoạt bằng tiếng nói trong SCPS dung lượng nhỏ. TDMA Hiệu quả sử dụng tuyến cao thậm chí tăng số các trạm truy nhập. Linh hoạt cao trong việc thay đổi thiết lập tuyến. Yêu cầu đồng bộ cụm. Công suất phát cần thiết của trạm mặt đất cao. Có thể ứng dụng SSTDMA nếu có thể. FDMA Chịu được nhiễu và méo. Chịu được sự thay đổi các thông số khác nhau của đường truyền. Bảo mật tiếng nói cao. Hiệu quả sử dụng băng tần kém. Yêu cầu đường truyền với băng tần lớn. Phù hợp với các hệ thống có các trạm lưu lương nhỏ. III. KỸ THUẬT TRUYỀN DẪN SỐ. Kỹ thuật đồng bộ hoá. Các tín hiệu số được biểu diễn dưới dạng nhị phân “0” hoặc “1” và tin tức là tổ hợp nhiều bit. Vì thế, nếu vị trí khởi đầu của một tín hiệu là không giống nhau ở phía thu và phía phát, thì tin tức biểu diễn bằng tín hiệu là không thể truyền đạt đúng được. Chẳng hạn khi có một tin tức chỉ thị một giữa 0 và 7 cần thiết có 3 bit ( 23 = 8 ) để biểu diễn nó theo ký hiệu nhị phân. Trong trường hợp này, mỗi một tổ hợp 3 bit liên tiếp tương ứng với một mẫu tin tức. Tin tức đúng chỉ được truyền nếu như định thời ở cả bên phát và bên thu là như nhau. Tuy nhiên nếu như định thời không giống nhau thì giải mã tin tức sẽ bị sai. Việc làm cho định thời giống nhau được gọi là đồng bộ hoá, đó là một kỹ thuật quan trọng nhất sử dụng trong truyền dẫn số. Để đạt được việc đồng bộ hoá, bên phát truyền các bit đánh dấu ( bit khung ) trong một chuỗi tín hiệu, vì vậy cho phép khôi phục các tín hiệu tại bên thu. ( Xem hình ). Hình 4.17 Hình ảnh đồng bộ bit Nói chung, đồng bộ có nghĩa là tạo tần số đồng bộ và vị trí bắt đầu/kết thúc của tin tức bao gồm đồng bộ mạng, đồng bộ bit và đồng bộ khung. Đồng bộ bit. Tái tạo và gửi tín hiệu thu được bằng cách sử dụng một tín hiệu đồng hồ tái sinh từ các tín hiệu thu đươc ở phía thu để tạo ra các vị trí bit giống nhau ở cả phía phát và phía thu. Đồng bộ khung. Trong hệ thống thông tin ghép kênh phân chia theo thời gian, vì rất nhiều các thông tin lần lượt sử dụng một kênh thông tin nên các đầu cuối thông tin được nối tới kênh thông tin tại cùng một thời điểm ở các trạm đầu cuối phát và thu. Do vậy, cần phải xác định rõ ràng thứ tự thông tin. Kết nối mỗi thông tin được thực hiện bằng việc đóng mở các cổng ghép kênh và phân kênh. Với mục đích này các xung đồng bộ khung chỉ ra điểm bắt đầu của khung được chèn vào chuỗi phát ra phía thu xác định thời điểm đóng mở các cổng phân kênh theo các xung đồng bộ khung này thứ tự kết nối và định thời các thông tin được thiết lập giống nhau ở cả hướng thu và phát. Quá trình này được gọi là “ đồng bộ khung”. Đồng bộ mạng. Để tạo được các tần số đồng hồ như nhau trên toàn bộ mạng truyền dẫn. Kỹ thuật đồng bộ mạng TDMA. Trong hệ thống TDMA, vì tất cả các trạm sử dụng chung một bộ phát đáp vệ tinh trên cơ sở chia theo thời gian, nên tất cả chúng sử dụng cùng tần số sóng mang và sóng mang của từng trạm có dạng ngắt quãng, được gọi là “chế độ cụm”. Có nghĩa là khoảng phát của mỗi trạm mặt đất được giới hạn ở mỗi đoạn ngắn trong khung, được ấn định cho nó. Sóng mang không mang một dạng liên tục trong khung cho đến khi sóng mang của tất cả các trạm đến cùng nhau trong bộ phát đáp vệ tinh. Vệ tinh gửi trở lại tín hiệu liên tục này ( nói một cách chính xác là không liên tục ) tới tất cả các trạm mặt đất, mỗi trạm mặt đất đạt được thông tin bằng cách chỉ trích ra các phần ( các khe thời gian ) mà nó cần trong số các tín hiệu thu được. Việc này đòi hỏi phải điều khiển sao cho ở trên vệ tinh các tín hiệu phát từ một trạm không chồng lấn lên các tín hiệu từ các trạm khác. Mỗi một trạm mặt đất biết được dạng khung TDMA và thời gian ( khe thời gian) phân phối cho chúng, nhưng không biết chuẩn thời gian được thông báo bằng các cụm xung chuẩn phát từ trạm chuẩn trong khi tin tức được truyền đi cùng các cụm số liệu. Trong khung TDMA có các khoảng trống nhỏ ( thời gian bảo vệ ) giữa các cụm xung tương ứng để ngăn chặn các cụm chồng lấn lên các cụm khác. Tuy nhiên, vì các trạm mặt đất ở rất xa so với các trạm khác và phát các cụm xung bằng các khối thiết bị riêng biệt, nên cần phải điều khiển chính xác hơn để bảo vệ tín hiệu khỏi chồng lấn lên các tín hiệu khác trong vệ tinh. Đồng bộ trong hệ thống TDMA bao gồm đồng bộ đồng hồ sóng mang và đồng bộ cụm xung ( đồng bộ thu, thu nhận và đồng bộ phát). Đồng bộ đồng hồ sóng mang. Đồng bộ đồng hồ sóng mang có thể thực hiện bằng việc khôi phục sóng mang và khôi phục đồng hồ được miêu tả ở mục trước ( Điều chế BPSK). Ở đầu một tín hiệu xung trong hệ thống TDMA có một phần gọi là “ phần mào đầu” chứa mã khôi phục sóng mang và mã khôi phục đồng hồ. Các mã này cho phép đồng hồ và sóng mang được khôi phục trong một thời gian ngắn tại một mạch khôi phục sóng mang và mạch khôi phục đồng hồ. Đồng bộ cụm. Khi bộ giải điều chế bắt đầu làm việc bình thường khi đã thiết lập đồng bộ đồng hồ sóng mang, thì ta sẽ tách được các từ duy nhất ( UW : Từ đồng bộ ), chúng sẽ được đề cập dưới đây UW là một chuỗi mã có mỗi bit được xác định trước, mỗi trạm phát được phân phối một mẫu khác nhau. Khi một trạm thu nhận được các UW từ trạm chuẩn tại các khoảng thời gian điều nhau, thì các chuẩn định thời trong các khung được thiết lập và ta có thể thu được các tín hiệu cần thiết ( đồng bộ thu ). Khi đồng bộ thu đã được thiết lập, thì cần phải xác định thời điểm phát. Vì khoảng cách từ vệ tinh đến các trạm mặt đất là khác nhau, ngay cả khi phát các cụm từ tất cả các trạm cùng lúc, thì các thời gian cần thiết để các cụm lên tới vệ tinh là không giống nhau. Vì thế việc truyền dẫn đầu tiên được thực hiện sau khi thiết lập đồng bộ thu, cần thiết phải có một thủ tục đặc biệt không gây nhiễu tới các thông tin các hiện có. Điều này được gọi là thu nhận. Sự thu nhận được phân chia thành thu nhận vòng mở và thu nhận vòng kép kín. Thu nhận vòng hở. Định thời phát cụm được xác định gần đúng thông qua tính toán dựa trên cơ sở đo lường hoặc đánh giá vị trí vệ tinh và một cụm ngắn chứa phần mào đầu được phát tại gần giữa khe thời gian được phân phối. Sự dịch chuyển đồng bộ khép kín xảy ra khi cụm phát này được phản hồi trở lại từ vệ tinh và thu được. Thu nhận vòng kép kín. Một tín hiệu đặc biệt, chẳng hạn PN ( tạp âm giả ) được phát tại một mức thấp đến nỗi không gây ra nhiễu lớn, thậm chí nó còn chống lấn vào các cụm khác, thời điểm phát được phát được xác định bằng việc so sánh tín hiệu thu được phản hồi từ vệ tinh tới vị trí cụm chuẩn. Mỗi trạm mặt đất chuyển tới trạng thái thông tin bình thường sau khi thu nhận, tuy nhiên đòi hỏi phải điều khiển liên tục để giữ các cụm tránh chồng lên các cụm khác trong vệ tin. Điều này gọi là “ đồng bộ phát ” để phân biệt với thu nhận ( đôi khi không phân biệt rõ ràng được ). Đồng bộ phát cũng được phân chia thành đồng bộ vùng mở và đồng bộ vùng kín. Đồng bộ vòng mở. Đây là một phương thức sử dụng để xác định thời điểm phát cụm bằng cách tính toán khoảng cách từ vệ tinh xuống mỗi trạm mặt đất dựa trên cơ sở đo lường hoặc đánh giá vị trí vệ tinh. Phương pháp này yêu cầu thời gian bảo vệ dài vì khiếu khả năng để đạt được đồng bộ chính xác cao. Kết quả là hiệu quả sử dụng khung thấp nhưng lại không đòi hỏi một thủ tục kết nối khởi đầu. Đồng bộ vòng kép kín. Ở đồng bộ vòng khép kín, mỗi trạm sẽ thu cụm phát riêng của mình được phản hồi từ vệ tinh. Nó điều khiển thời điểm phát cụm bằng cách so sánh cụm phản hồi với cụm chuẩn, vì thế sẽ giữ cụm của nó trong khe thời gian xác định. Có hai trường hợp do lỗi định thời của cụm phản hồi, trường hợp thứ nhất trạm đo cụm mà nó đã phát, trường hợp thứ hai trạm chuẩn đo cụm đó và thông báo kết quả thông qua vệ tinh đến trạm đã phát cụm. Hình 4.19 Sóng TDMA chế độ cụm Sửa lỗi mã Không thể tránh được tạp âm gây ra các lỗi mã trong thông tin vệ tinh vì các trạm mặt đất thu được các tín hiệu cực kỳ yếu. Nhìn chung, có thể phân làm hai cách sửa lỗi. Một là FEC ( sửa lỗi tại bên thu ), trong đó, chỉ ra phía thu xác định các vị trí lỗi ở số liệu thu được và sửa nó. Một cách khác là ARQ ( yêu cầu lặp lại tự động ), trong đó phía thu chỉ phát hiện các lỗi và yêu cầu phát lại số liệu. Đối với việc điện thoại và TV, sử dụng FEC vì chúng đòi hỏi truyền dẫn theo thời gian thực. Sử dụng ARQ đối với truyền số liệu vì nó không cần thiết truyền dẫn theo thời gian thực. Các mã sửa lỗi được sử dụng trong FEC. Có thể phân loại các mã sửa lỗi ra mã khối và mã xoắn, theo các phương pháp tạo ra chúng. Ở mã khối có thể phân chia các bit thông tin được phát đi thành các khối, mỗi một khối chứa bit, mỗi khối được bổ sung các bit chẳn lẻ ( n-k), mỗi khối này chứa n bit và được định dạng để truyền dẫn. Phía thu giải mã từng khối, sửa các lỗi và lấy ra ở mỗi khối k bit. Ở mã xoắn, thực hiện tính toán các bit mã đầu vào và một số bit trước đó theo kiểu “hoặc loại trừ” ( XOR) kết quả được sử dụng như các bit đầu ra để truyền dẫn. Người ta thường sử dụng thuật toán Viterbi hoặc thuật toán giải mã tuần tự để giải mã xoắn. Thông tin gói vệ tinh. Trong thông tin gói, thông tin không được phát đi ngay mà được lưu trữ trong tổng đài và phân chia thành các khối ( các gói ) có độ dày xác định, mỗi một khối có một phần mào đầu chứa địa chỉ nơi đến và thông tin điều khiển để phát đến mạng. Tổng đài ở phía thu sắp xếp lại các gói theo thứ tự phát lên mạng thành thông tin ban đầu và gửi tới đầu cuối nơi đến. hệ thống này phù hợp với thông tin số liệu mật độ thấp bao gồm các bản tin tương đối ngắn. Vì có thể sử dụng hiệu quả các tính năng khác nhau của kỹ thuật trao đổi gói trong thông tin vệ tinh nên kỹ thuật này đã đóng một vai trò quan trọng trong cấu hình các mạng thông tin vệ tinh dùng cho truyền dẫn số liệu. Cấu hình dưới đây cho thấy trong thông tin gói vệ tinh, số liệu từ một trạm mặt đất được chia thành nhiều khối có độ dài xác định gọi là “các gói”, mỗi một gói có thông tin phần mào đầu, bao gồm địa chỉ nơi nhận. Sau đó, nó được phát tới vệ tinh. Bộ phát đáp vệ tinh thu các tín hiệu gói từ các trạm mặt đất và phát chúng theo kiểu quảng bá. Mỗi trạm mặt đất thu giám sát tất cả các tín hiệu này và lấy ra bất kỳ thông tin nào gửi cho nó dựa trên các phần mào đầu gói. Để truy nhâp đến một mạng thông tin gói vệ tinh, hãy xét ba phương pháp truy nhập phân định trước, truy nhập ngẫu nhiên và truy nhập phân định trước là cùng loại với đa truy nhập sử dụng trong hệ thống TDMA phân định trước thông thường. Hệ thống truy nhập ngẫu nhiên cũng được gọi là hệ thống ALOHA. Khi xuất hiện lưu lượng thông tin, các trạm mặt đất sẽ chuyển đổi nó thành các gói và phát chúng tới vệ tinh, tuy nhiên có thể đòi hỏi phát lại vì có va chạm giữa các gói. Hiệu quả truyền dẫn ( hiệu suất ) của kênh vệ tinh vì thế giảm đáng kể khi tăng lưu lượng thông tin bất kỳ. Truy nhập này phù hợp với các trường hợp có nhiều trạm mặt đất dung lượng nhỏ. Đối với truy nhập dành riêng, số liệu được phát sau khi dành riêng trước các khe thời gian để phát các gói số liệu. Điều này tránh được sự va chạm các gói, vì thế tăng hiệu quả sử dụng kênh. Kiểu truy nhập này phù hợp cho các hệ thống thông tin dung lượng lớn có sự thay đổi lớn về lưu lượng. Vì độ trể lan truyền của một kênh vệ tinh khoảng 0,3 giây trên một chặng đường nên hiệu suất giảm trong trường hợp phát hiện được lỗi tại phía thu, phía phát tự động phát lại số liệu đã phát (ARQ). Để làm sáng tỏ vấn đề này, cần sử dụng một giao thức hiệu quả cao đối với các kênh vệ tinh hoặc bộ bù sẽ truyền sóng. Kỹ thuật đầu cuối của vệ tinh. Khoảng cách truyền lan trong thông tin vệ tinh là rất xa đến mức phải mất 0,3 giây để truyền dẫn một chiều. Độ trễ truyền lan này là đặc thù của thông tin vệ tinh và cần phải có các kỹ thuật khác nhau để đối phó với ảnh hưởng này. Một trong số đó là kỹ thuật chống hồi âm trong các mạch thoại, một kỹ thuật đó là kỹ thuật điều khiển lỗi sử dụng trong truyền số liệu. Các biện pháp chống hồi âm. Thời gian trễ truyền lan vào khoảng 0,3 giây trong thông tin vệ tinh. Trong mạch thoại thông thường người ta sử dụng hệ thống hai dây để truyền từ tổng đài tới các hộ gia đình nói chung và bốn dây giữa các tổng đài ( tương ứng với một mạng trung kế, một tuyến vệ tinh là một phần của mạng trung kế ). Tại các tổng đài ở hai đầu cuối người ta dựa vào các mạch cầu sai động để chuyển từ mạch hai dây sang bốn dây và ngược lại. Vì không phối hợp được hoàn toàn các mạch cầu sai động nên xảy ra phản xạ các tín hiệu tại phần biến đổi đổi hai sang bốn dây. Tiếng nói của người thông qua vệ tinh được đưa tới tổng đài tại phía người nghe và một phần tín hiệu thoại phản xạ tại mạch cầu sai động trong tổng đài được gửi trở lại người nói thông qua mạch ở hướng ngược lại. Điều này tạo nên hồi âm nếu mức hồi âm cao nó sẽ ảnh hưởng đến cuộc đàm thoại. Để tránh điều này, người ta sử dụng bộ triệt hồi âm hoặc bộ khử hồi âm. Bộ triệt hồi âm. Bộ triệt hồi âm phát hiện tiếng của người nói khi tín hiệu thoại đưa tới được phía thu và kích hoạt chuyển mạch triệt hồi âm tại tại phía phát của nó. Vì thế, tín hiệu đã phản xạ tại mạch cầu sai động trong tổng đài ở phía thu không thể trở lại tới người nói ở phía phát. Nghĩa là, nó ngắt đường dẫn của hướng ngược lại, vì vậy hồi âm không thể trở lại về phía người nói. Hình ( 4.20 ) Sơ đồ cách hồi chống hồi âm Tuy nhiên, nó cũng ngắt được truyền dẫn, ngay cả khi người nghe muốn nói xen vào khi người nói bên kia vẫn đang nói. Để tránh được điều này, bộ triệt hồi âm so sánh tiếng phát với tiếng thu và ngừng hoạt động chuyển mạch triệt hồi âm nếu như tiếng phát đi to hơn. Vì bộ triệt hồi âm ngắt hồi âm bằng cách chuyển mạch, nên phần đầu của tiếng nói thỉnh thoảng bị mất ( cắt âm tiếc khởi đầu ). Bộ khử hồi âm Để chống lại hồi âm (E) tạo ra ở cầu sai động, một phần tín hiệu thu được làm cho các bên trong bộ khử hồi âm giả (e) từ các tín hiệu thu và làm cho hồi âm không thâm nhập không thâm nhập vào đường phát bằng cách lấy._.