Đề tài Tính toán, thiết kế truyền hình số vệ tinh và hệ thống thu truyền hình cáp cho một khách sạn Sao Mai - Thanh Hóa

, MPEG-J(JAVA),…Tuy nhiên, truyền hình số quảng bá chỉ sử dụng tiêu chuẩn MPEG-2, Chuẩn nén MPEG-1 và MPEG-3 được hợp nhất vào tiêu chuẩn MPEG-2 (máy VCD sử dụng chuẩn nén MPEG-1 còn DVD sử dụng chuẩn nén MPEG-2, do đó DVD đọc được cả đĩa VCD (MPEG-1) va đĩa DVD (MPEG-2). 1.2.2.3.1. Khái quát về kỹ thuật nén ảnh số Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của máy tính và sự ra đời của Internet thì việc tìm một phương pháp nén ảnh để giảm bớt không gian lưu trữ thông tin và truyền thông tin trên mạng nhanh chóng đang là một yêu cầu cần thiết. Trong những năm gần đây, có rất nhiều các phương pháp đã và đang được nghiên cứu rộng rãi để thực hiện nén ảnh, Tất cả đều với một mục đích chung là làm thế nào để biểu diễn một ảnh với ít bit nhất để có thể tối thiểu hóa dung lượng kênh truyền và không gian lưu trữ trong khi vẫn giữ được tính trung thực của ảnh, Điều này tương đương với việc biểu diễn ảnh có độ tin cậy cao nhất với tốc độ bit nhỏ nhất. Tốc độ bit được đo bằng số bit trên một điểm ảnh (pixel). Tốc độ bit đối với ảnh đen trắng khi chưa được nén là 8bit/pixel và đối với ảnh màu là 24bit/pixel, Các kỹ thuật nén hiện nay cho phép dung lượng ảnh được nén giảm 30 đến 50 lần so với ảnh gốc mà ảnh vẫn giữ được độ trung thực cao, Độ trung thực của ảnh được đánh giá dựa trên tiêu chí như lỗi trung bình bình phương (MSE: Mean Square Error) hoặc tỷ số tín hiệu trên tạp âm (SNR: Signal-to-Noise rotio) giữa ảnh gốc và ảnh nén. Các nguyên tắc của nén ảnh. Một tính chất chung nhất của tất cả các ảnh số đó là tương quan giữa các pixel ở cạnh nhau lớn, điều này dẫn đến dư thừa thông tin để biểu diễn ảnh, Dư thừa thông tin sẽ làm cho việc mã hóa không tối ưu, Do đó công việc cần làm để nén ảnh là phải tìm được các biểu diễn ảnh với tương quan nhỏ nhất để giảm thiểu độ dư thừa thông tin của ảnh, Thực tế, có hai kiểu dư thừa thông tin được phân lọai như sau: Dư thừa trong miền không gian: Tương quan giữa các giá trị pixel của ảnh, điều này có nghĩa rằng các pixel lân cận của ảnh có giá trị gần giống nhau (trừ những pixel ở giáp đường biên ảnh). Dư thừa trong miền tần số: Tương quan giữa các mặt phẳng màu hoặc dãi phổ khác nhau. Trọng tâm của việc nghiên cứu về nén ảnh là tìm cách giảm số bit cần để biểu diễn ảnh bằng việc lọai bỏ dư thừa trong miền không gian và miền tần số càng nhiều càng tốt. Các kỹ thuật nén ảnh được sử dụng. Nén ảnh không mất thông tin: Với phương pháp này sau khi giải nén ta khôi phục được chính xác ảnh gốc, các phương pháp nén này bao gồm mã hóa Huffman, mã hóa thuật toán … Nén ảnh có mất thông tin: Ảnh giải nén có một sự sai khác nhỏ so với ảnh gốc. Các phương pháp này bao gồm: - Lượng tử hóa vô hướng: PCM và DPCM. - Lượng tử hóa vector. - Mã hóa biến đổi: Biến đổi cosin rời rạc (DTC), biến đổi Fourier nhanh. - Mã hóa băng con. 1.2.2.3.2. Chuẩn nén MPEG MPEG (Motion Picture Expert Group, tức nhóm Lão - làng về hình động). Nhóm này do viện định chuẩn Quốc Tế (ISO = International Standard Organization) thành lập cuối năm 1988 nhằm định ra các dạng thức video số tối ưu, dùng được cho nhiều lãnh vực. Khởi đầu từ dạng thức DVI (Digital Video Interactive, 1988) ghi hình trên CD-ROM của viện đại học Sarhoff Princeton, đến năm 1990 nhóm đã soạn xong dạng thức MPEG-1, chỉ áp dụng cho video số SIF (352x288x25 hoặc 352x240x30 không xen kẽ), với bit rate trung bình cỡ 1.5MHz. Có thể tạm xem MPEG-1 là phép nén nội hình JPEG (Intra Frame) + phép nén liên hình (Inter Frame), bằng cách suy ra một hình ở giữa, từ dịch chuyển của cả hình sau lẫn trước nó (B = Bi-Directional Frame). Ứng dụng nổi bật của MPEG-1 là việc ghi hình cùng lúc với hai đường âm thanh nổi trên đĩa CD, đạt chất lượng tương đương băng từ VHS, gọi là VCD, vẫn còn tồn tại đến nay. Tỷ lệ nén của MPEG1 đạt khoảng 20:1 là một thành tựu lớn, mở ra triển vọng dựa vào MPEG1 để phát triển ứng dụng cho truyền hình đại chúng (Broadcast TV, tức PAL, NTSC, SECAM). Năm 1991, nhóm soạn xong MPEG-2 vẫn trên nền cú pháp của MPEG-1 nhưng thêm vào bộ công cụ xen kẽ (Interlace Tool). Bộ công cụ chọn tầm (Scalable Mode), chẳng hạn chọn tỷ lệ khuôn hình 4x3 hay 16x9, chọn nhóm hình (GOP) nhiều hay ít, chọn tầm dự báo chuyển động (macro block) rộng hay hẹp. Bộ công cụ phẩm cấp (Profiles-Levels), tùy chọn nhiều phẩm cấp chất lượng khác nhau, thành công của MPEG-2 mỹ nãn đến độ, ý định ban đầu chọn MPEG-3 dành riêng cho HDTV không cần làm nữa vì chính MPEG-2 đã đáp ứng được tất cả. Cuối năm 1992, MPEG-4 được soạn xong, đây là một phép nén hiệu quả cực cao nhưng chỉ dành cho các hình có cảnh nền cố định đã biết trước. Chẳng hạn toàn cảnh sân banh trong một trận bóng đá, toàn cảnh văn phòng của một điện thọai có hình … Năm 1995 MPEG-1 và MPEG-2 và năm 1999 MPEG4 được công nhận là chuẩn quốc tế. Các đặc điểm cần lưu ý: MPEG không phải tín hiệu mà chỉ là cú pháp nén và giải nén luồng bit. MPEG-2 không định nghĩa cố định các thuật tóan, mà mở rộng khả năng cho từng phát kiền riêng, từng ứng dụng riêng. Chẳng hạn thông số đánh giá chuyển dịch của hình (Motion Estimation), thông số GOP (Group Of Picture: nhóm hình) , tỷ lệ nén (Rate Control), … đều có thể tùy chọn. MPEG-2 mở rộng khả năng phát triển trong tương lai, tương thích được với tất cả các bộ giải nén. MPEG-2 không đối xứng, nén MPEG-2 rất phức tạp, trong quá trình nén có kèm sẵn thông số giải nén cho đầu thu, đòi hỏi tính tóan rất nhiều, giải nén MPEG-2 đơn giản, cần ít tính tóan hơn tức rẻ tiền hơn. Nhóm hình _ GOP (Group Of Picture): MPEG đạt hiệu quả nén cao, chủ yếu nhờ lọai bỏ dư thừa thời gian tức nén liên hình (inter frame), bằng cách không truyền lặp lại phần giống nhau của hình sau so với hình trước, nói cách khác là chỉ truyền những chổ đa khác đi (các chổ đã dịch chuyển) của hình sau so với hình trước. Có 3 lọai hình được MPEG truyền đi: - Hình I (Intra frame): Cứ sau một thời gian nhất định, lại truyền đi một hình đầy đủ gọi là hình I. Nói cách khác, I là hình được nén nội hình và truyền đi đây đủ. - Hình P (Prediction frame): Được suy ra từ hình I trước đó, tức suy ra từ chiều thời gian phía trước. Nói rõ hơn, trong thời gian của hình P, chỉ truyền thông tin khác nhau của nó so với hình I trước nó mà thôi. - Hình B (B- Directional frame): Được suy ra từ cả hình I (hoặc P) trước và sau nó, tức là suy ra từ cả hai chiều thời gian. Nói rõ hơn, trong thời gian của hình B, truyền đi các chỗ khác nhau giữa nó với hình I (hoặc P) trước nó, hoặc hình P (hay I) sau nó, hoặc cả hai, tùy theo kết quả dò tìm dịch chuyển. Số hình có trong khoảng từ một hình I đến hình I kế tiếp gọi là một nhóm hình, hay một GOP. Tính chất của GOP ký hiệu bởi NM, N là số hình tổng cộng của nhóm, M là số hình có từ một hình P đến hình P kế tiếp, MPEG cho phép tùy chọn nhóm hình, GOP nhỏ hay N nhỏ, số hình I có nhiều, hay sẽ không nén được nhiều. Như vậy, với đường truyền có bit rate cho trước không đổi, với số hình/giây đã cố định theo chuẩn, GOP nhỏ có nghĩa là hình truyền đi sẽ kém chất lượng. Ngược lại, GOP lớn hay N lớn, nén được nhiều hơn giúp hình truyền đi chất lượng hơn, nhưng lại gây khó khăn cho các bộ dựng (phải giải nén ra từng hình đầy đủ rồi mới nối, chèn vào các chổ cần nối), M lớn còn đòi hỏi mạch MPEG tính tóan nhiều hơn và làm chậm (delay) video nhiều hơn. 1.2.2.4. Điều chế tín hiệu số: Dòng tín hiệu số video/audio sau bộ ghép kênh chỉ có 2 trạng thái giá trị là 0 và 1.Tín hiệu số sẽ đi qua khối điều chế trước khi phát sóng. Khi tín hiệu đi qua quá trình điều chế, thì một số trạng thái sẽ được cộng lại, làm tăng tốc độ truyền dữ liệu. Có 3 lọai điều chế số chính dùng cho truyền hình là: QAM (Quadrature Amplitude Modulation), QPSK (Quadrature Phase Shift Keying), COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Trong truyền hình cáp số ta sử dụng hai dạng điều chế là QAM và QPSK. 1.2.2.4.1. Điều chế QAM: Kỹ thuật điều chế QAM cho phép truyền tín hiệu số với tốc độ cao trong một băng tần hẹp, nó có thể đạt tốc độ truyền đến 40Mbit/s và có tính miễn nhiễu tốt đối với các kênh khác nhau cùng truyền chung trên một đường truyền. Thông thường ta có các Mode điều chế: 16, 32, 64, 128 hoặc 256 - QAM, được biểu diễn trong sơ đồ chòm sao (sơ đồ chòm sao tượng trưng cho tín hiệu truyền trong hệ thống cáp). Mode điều chế thấp có tính miễn nhiễu rất cao (thông thường dùng mode 16-QAM). Ngược lại, mode điều chế cao (mode 256-QAM) rất dễ bị nhiễu nên việc giải mã tín hiệu bên thu không ổn định. Sơ đồ chòm sao của mode điều chế 16-QAM được biểu diễn trong hình sau. Các điểm trên chòm sao thuộc góc phần tư thứ nhất sẽ được chuyển sang góc phần tư thứ hai, thứ ba, thứ tư bằng cách thay đổi 2 bit có trọng số cao nhất MSB (có nghĩa là Ik và Qk) và quay bit có trọng số thấp nhất LSB theo quy tắc cho bởi bảng sau: Góc phần tư MSB Xoay LSB 1 00 2 10 p/2 3 11 p 4 01 3p/2 Q Qk Ik = 10 QkIk= 00 1011 1001 0010 0011 1010 1000 0000 0001 I 1101 1100 0100 0110 1111 1110 0101 0111 QkIk= 11 QkIk= 01 Hình 1.22. Sơ đồ chòm sao của 16-QAM Việc xác định mode QAM nào được sử dụng được căn cứ vào tình hình cụ thể và tùy mỗi quốc gia. Ví dụ nơi cần truyền nhiều chương trình thì dùng QAM mode cao (64-QAM, 256-QAM), nhưng lúc đó đòi hỏi thiết bị phài có chất lượng cao và độ dài đường truyền thích hợp. Nơi không cần truyền nhiều chương trình thì dùng QAM mode thấp để có độ tin cậy cao và tiết kiệm giá thành. Kết luận: Việc điều chế QAM cho truyền hình số qua cáp có nhiều ưu điểm: Với mode điều chế QAM thấp, đường truyền số qua cáp có tính kháng nhiễu cao. Nhiễu đường truyền hầu như không ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu khi giải mã (mode điều chế có thể dùng là 16-QAM). Tín hiệu giải mã ở phía thu chỉ có hai mức: Giải mã được (chất lượng hình ảnh tốt) và không giải mã được (hình ảnh lúc giải mã lúc được lúc không, dừng hình). Hay nói cách khác: Hoặc thu được rất rõ hoặc không thu được. Việc khuếch đại tín hiệu số điều chế QAM cần được quan tâm, vì đây là tác nhân chính gây nên lỗi đường truyền, Tín hiệu số điều chế QAM sau khi khuếch đại phải được xử lý sao cho triệt được nhiễu xảy ra, Phải lọai bỏ nhiễu sinh ra trong quá trình khuếch đại, nếu không máy thu sẽ không giải mã được tín hiệu. Các kênh số có thể ghép kề nhau (mà không tác động lẫn nhau). Đối với kênh tương tự khi ghép với kênh số điều chế QAM cần chú ý đến chồng phổ trong sóng mang hình và sóng mang tiếng. Tín hiệu điều chế số QAM truyền đi trên hệ thống phân phối bị suy hao. Tuy nhiên, nếu mức khuếch đại vừa đủ thì tín hiệu điều chế QAM vẫn được giải mã tốt. Có thể sử dụng hệ thống phân phối cáp cho truyền hình tương tự để phân phối kênh truyền số điều chế QAM. Đối với một hệ thống truyền hình cáp thực tế, mạng phân phối thường dùng là mạng HFC. Các kênh tương tự và kênh số truyền chung trên một hệ thống phân phối, để không xảy ra sự chồng phổ của các kênh kề nhau (dù là kênh tương tự hay kênh số), các tín hiệu sau khi được khuếch đại ở máy phát cần chú trọng đến việc xử lý nhiễu. Sau đó, có thể ghép các kênh tương tự và kênh số rồi truyền đi trên cáp quang. Khi ghép nên thực hiện như sau: + Nên ghép theo từng nhóm các kênh tương tự và nhóm các kênh số. + Các kênh số ghép ở băng tầng cao, các kênh tương tự ghép ở băng tầng thấp hơn do kênh số có tính kháng nhiễu tốt. 1.2.2.4.2. Điều chế Q-PSK: Q-PSK là kỹ thuật điều chế số có khả năng chống nhiễu điện từ trường tốt hơn QAM, thường được sử dụng trong môi trường vệ tinh hoặc kênh phản hồi (kênh ngược) của mạng truyền hình cáp, Q-PSK làm việc dựa trên nguyên lý dịch tín hiệu số để không có pha trong tín hiệu ra, Q-PSK làm tăng độ mạnh của mạng. Tuy nhiên sơ đồ điều chế Q-PSK có thể truyền dữ liệu tại 10Mbit/s. I(t) Q(t) Q(t) TS LPF Khôi phục đồng hồ Khôi phục sóng mang BPF π/2 π/2 TS LPF 01 11 10 I(t) 00 a) c) b) Q-PSK sử dụng 4 trạng thái pha để đạt hiệu quả sử dụng tần số cao hơn so với hệ thống B-PSK. Tín hiệu truyền đi được biến đổi từ nối tiếp sang song song, hai song mang khác pha nhau π/2 được điều chế hai tín hiệu nhị phân trên và chúng được kết hợp lại với nhau thành tín hiệu ra. Tốc đọ tín hiệu trong đường truyền dẫn bằng tốc độ chuỗi đầu vào. Quá trình giải điều chế Q-PSK được coi là hai quá trình giải điều chế B-PSK độc lập. Hai tín hiệu băng gốc I(t) và Q(t) là kết quả so pha tín hiệu thu được với hai sóng mang chuẩn lệch pha với nhau một góc π/2. Hình 1.23. a) Cấu hình bộ điều chế Q-PSK. b) Cấu hình bộ giải điều chế Q-PSK. c) Biểu đồ sao tín hiệu. 1.2.2.5. Hệ thống quản lý mạng: Trung tâm phát sóng bao gồm nhiều thành phần phức tạp, để cung cấp nhiều dịch vụ, các vấn đề mạng cần được phát triển nhanh chóng và giải quyết các vấn đề điều khiển và kiểm tra các dịch vụ cung cấp cho thuê bao. Hệ thống kiểm tra và điều khiển mạng được đặt tại các trung tâm phát sóng, mục đích chính của một hệ thống như vậy là tối thiểu hóa sự gián đọan các dịch vụ đối với thuê bao truyền hình số. Hệ thống quản lý mạng sẽ quản lý các kênh truyền hình cung cấp cho thuê bao, tại các trung tâm truyền hình cáp đây là hệ thống có vai trò đặc biệt quang trọng, nó cho phép hay không cho phép thuê bao xem các kêng truyền hình. Đặc trưng của một hệ thống điều khiển Headend số tiêu biểu bao gồm: Kiểm tra khả năng các thiết bị. Tập hợp thống kê. Thông báo và báo động về các vấn đề thống kê. Dự báo từ xa. Hịện nay các hệ thống này chạy trên các hệ điều hành WindowsNT hoặc UNIX. 1.2.2.6. Hệ thống truy cập có điều kiện CA: Ngày nay, các nhà điều hành, sản xuất chương trình và phát sóng truyền hình có thể trực tiếp tương tác với người xem ở nhiều mức độ khác nhau, cung cấp một số lượng lớn chương trình để lựa chọn. Mục tiêu chính của hệ thống truy cập có điều kiện CA là điều khiển sự truy cập của thuê bao đối với truyền hình số có trả tiền và bảo mật các dòng video/audio số đối với nhà quản lý và điều hành. Như vậy, chỉ các thuê bao trên hệ thống CA mới liên lạc có hiệu quả với nhà điều hành mạng để truy cập vào dịch vụ cụ thể. Sử dụng các hệ thống các nhà điều hành mạng có thể trực tiếp lập trình (target programming), quảng cáo, khuyến khích cho thuê bao trong khu vực (thị trường) hoặc cho cá nhân. Do đó hệ thống CA là hướng quang trọng của truyền hình số. Truy cập giới hạn vào một dịch vụ cụ thể được thực hiện bằng cách dùng kỹ thuật mật mã (cryptography). Kỹ thuật mật mã bảo vệ dịch vụ số bằng cách biến đổi tín hiệu thành một dạng không đọc được. Quá trình biến đổi được gọi là khóa mã (encryption) trong môi trường số và xáo trộn (Scrambling) trong môi trường tương tự. Khi tín hiệu được khóa mã (encrypted) thì chỉ có thể giải khóa mã (decrypted) bằng bộ giải khóa mã gắn vào Set-top-box số. Giải khóa mã là quá trình biến đổi ngược tín hiệu (message) về dạng gốc thông qua khóa mã (decryption). Khóa (key) được hiểu như là một giá trị mật mã (secret), bao gồm một vòng bit ngẫu nhiên (sử dụng máy tính cùng các thuật tóan để khóa mã và giải khóa mã thông tin). Set-top-box kết hợp phần cứng và phần mềm cần thiết để thu nhận và giải mã tín hiệu. Các thành phần này được thiết kế gồm 1 chip giải khóa mã và khóa mã, 1 bộ xử lý bảo mật (secure processor) và một vài bộ điều khiển phần cứng (hardware driver) thích hợp. Chip giải khóa mã và khóa mã đảm bảo chọn giải thuật CA, bộ xử lý bảo mật có thể gắn vào mạch in trong Set-top-box hoặc kèm theo card giải khóa mã (smart card-card giải khóa mã, còn gọi là card thông minh). Card thông tin là card plastic, giống như thẻ tín dụng ngân hàng (credit card), bộ xử lý này gồm các khóa (key) cần cho giải mã các dịch vụ khác nhau. Ngoài ra để mã hóa các dịch vụ số, hệ thống truy cập có điều kiện CA phải giao diện với các hệ thống con SMS, SAS. 1.2.2.6.1. Hệ thống SMS: SMS (Subscriber Management System) là hệ thống quản lý thuê bao, cần để làm giao diện các hệ thống kỹ thuật của các nhà điều hành truyền hình, SMS cung cấp các hỗ trợ cần thiết để quản lý chíng xác mô hình truyền hình số thương mại. Nó thực hiện cơ sở dữ liệu của thuê bao và gởi các yêu cầu của thuê bao cho hệ thống SAS (Subscruber Authorization System - là hệ thống quản lý kỹ thuật của hệ thống CA). Chức năng đặc trưng của SMS được cung cấp bằng một hệ thống ứng dụng phần mềm SMS, bao gồm: Ghi dịch (register), cải biên và xóa các cuộc ghi của thuê bao. Phấn đấu cho các chiến dịch thị trường. Quản lý, kiểm kê các Set-top-box và card thông minh. Theo dõi việc sử dụng của thuê bao. Bán chéo (cross-selling) các dịch vụ. Giao diện với ngân hàng và các công ty thẻ tính dụng. Quản lý sự cố. Có khả năng dùng nhiều lọai ngôn ngữ và nhiều lọai tiền tệ. Sửa và tạo dạng hóa đơn. Trình bày hóa đơn điện tử. Các khả năng tính tóan. Nhiều phần mềm trên thị trường có khả năng hổ trợ làm tăng dịch vụ tương tác cho thuê bao. Mục đích chính của SMS là bảo đảm thuê bao xem được đúng chương trình mà họ trả tiền. 1.2.2.6.2. Hệ thống SAS: SAS (Subscriber AUthorization System) là hệ thống quyền tác giả đối với thuê bao, có nhiệm vụ truyền các yêu cầu đến từ SMS vào EMM (Entitlement Management Message - bức điện quản lý quyền truy cập). Tiếp đến, các bức điện quyền tác giả EMM này được ghép kênh số (digital multiplex) để đến card thông minh SC (smart card) đặt ở Set-top-box. Chúng được gởi đến thuê bao theo các khoảng thời gian đều đặn (ví dụ mỗi tháng) để cập nhật quyền truy cập cho thuê bao trên SC. Trong trường hợp dùng PPV(pay-per-view), hệ thống SAS gửi một số dấu hiệu điện tử nhất định (tokens) cho SC để cho phép thuê bao trả tiền cho các sự kiện PPV khác nhau, SAS chứa cơ sở dữ liệu, có khả năng lưu trữ các thông tin sau: Thông tin về sản phẩm pay-TV. Dữ liệu hỗ trợ hướng dẫn truyền hình bằng điện tử (EPG). Số nhận dạng SC. Dữ liệu danh mục (schedule). Ngoài ra, có thể nâng cao việc bảo mật SAS bằng cách thay đổi theo chu kỳ các khóa quyền tác giả truyền đến cơ sở thuê bao. 1.2.3. KỸ THUẬT ĐA TRUY NHẬP Thấy rằng truyền dẫn vệ tinh sử dụng mô hình đa truy nhập trong môi trường dùng chung. Có 3 dạng chính của mô hình đa truy nhập được trình bày ở Hình 2.8 Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA). Tần số/băng thông Tần số/băng thông TDMA Tần số/băng thông FDMA Thời gian Thời gian n . . . . 4 3 2 1 1 2 3 . . . . n Thời gian CDMA Mã Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA). Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA). Hình 1.24. Kỹ thuật đa truy nhập FDMA, TDMA và CDMA. Ghép kênh khác với đa truy nhập, nó là chức năng tập trung với việc chia sẻ tài nguyên băng thông từ cùng một vị trí trong khi đa truy nhập chia sẻ cùng một tài nguyên từ các vị trí khác nhau xem Hình 2.9 Hình 1.25. So sánh giữa khái niệm ghép kênh và đa truy nhập fA fC fB fD Thời gian Tần số Bộ phát đáp Hình 1.26. FDMA. 1.2.3.1. Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) Trong phương thức đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA), băng thông của kênh trạm lặp được chia thành các băng con và được ấn định cho từng sóng mang phát đi từ trạm mặt đất. Đối với kiểu truy nhập này các trạm mặt đất phát liên tục một số sóng mang ở các tần số khác nhau và các sóng mang này tạo nên các kênh riêng. Để tránh nhiễu giữa các kênh lân cận gây ra do phương thức điều chế, sự không hoàn thiện của các bộ dao động và các bộ lọc, cần đảm bảo khoảng bảo vệ ga các băng tần của các kênh cạnh nhau. Các sơ đồ truyền dẫn Các sơ đồ truyền dẫn khác nhau tương ứng với các tổ hợp ghép kênh và điều chế khác nhau Hình 1.27. Các cấu hình truyền dẫn FDMA. a) FDM/FM/FDMA; b) TDM/PSK/FDMA; c) SCPC/FDMA 1.2.3.1.1. FDM/FM/FDMA Ở cấu hình ghép kênh theo tần số, điều tần (FM) và đa truy nhập phân chia theo tần số (FDM/FM/FDMA trên hình 1.27a) các tín hiệu băng tần gốc của người sử dụng là tín hiệu tương tự. Chúng được kết hợp để tạo thành một tín hiệu ghép kênh phân chia theo tần số (FDM). Tần số tín hiệu tương tự được ghép kênh nói trên sẽ điều chế tần số (FM) cho một sóng mang, sóng mang này sẽ truy nhập đến vệ tinh ở một tần số nhất định đồng thời cùng với các tần số khác từ các trạm khác. Để giảm thiểu điều chế giao thoa, số lượng của các sóng mang định tuyến lưu lượng được thực hiện theo nguyên lý “một sóng mang trên một trạm phát”. Như vậy tín hiệu ghép kênh FDM bao gồm tất cả các tần số dành cho các trạm khác. 1.2.3.1.2. TDM/PSK/FDMA Ở cấu hình ghép kênh theo thời gian, điều chế khoá chuyển pha (PSK) và đa truy nhập phân chia theo tần số (TDM/PSK/FDMA ở hình 1.27b) tín hiệu băng gốc của người sử dụng là tín hiệu số. Chúng được kết hợp để tạo ra một tín hiệu ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM). Luồng bit thể hiện tín hiệu được ghép này điều chế một sóng mang theo phương pháp điều chế pha PSK, tín hiệu này truy nhập đến vệ tinh ở một tần số nhất định đồng thời cùng với các sóng mang từ các trạm khác ở các tần số khác. Để giảm tối thiểu các sản phẩm của điều chế giao thoa số lượng các tần số mang định tuyến lưu lượng được thực hiện theo phương pháp “một sóng mang trên một trạm phát”. Như vậy tín hiệu ghép kênh TDM bao gồm tất cả các tín hiệu phụ thuộc thời gian cho các trạm khác. 1.2.3.1.3. SCPC/FDMA 1 khung TDMA Thời gian Thời gian Hình 1.28. Đa truy nhập phân chia theo thời gian A A B C D Ở cấu hình một kênh trên một sóng mang (SCPC: Single Channel per Carrier) và đa truy nhập phân chia theo tần số (SCPC/FDMA ở hình 1.27c) từng tín tín hiệu băng gốc của người sử sẽ điều chế trực tiếp một sóng mang ở dạng số (PSK) hoặc tương tự (FM) tuỳ theo tín hiệu được sử dụng. Mỗi sóng mang truy nhập đến vệ tinh ở tần số riêng của mình đồng thời với các sóng mang từ cùng trạm này hay từ các trạm khác ở các tần số khác. Như vậy định tuyến được thực hiện trên nguyên lý “một sóng mang trên một đường truyền”. 1.2.3.2. Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) TDMA là phương pháp đa truy nhập trong đó các trạm mặt đất dùng chung một bộ phát đáp trên cơ sở phân chia theo thời gian như hình 1.28. Trong đó trục hoành chỉ tần số, trục tung chỉ thời gian. Trục thời gian được phân chia thành các khoảng thời gian gọi là các khung TDMA, mỗi khung TDMA được phân chia thành các khe thời gian, các khe thời gian này được ấn định cho mỗi trạm mặt đất. Tất cả các trạm mặt đất đều dùng chung một sóng mang có tần số trung tâm là và chỉ phát và thu tín hiệu trong các khe thời gian được ấn định. Vì thế, trong một khoảng thời gian nhất định, chỉ có tín hiệu từ một trạm mặt đất chiếm toàn bộ băng tần của bộ phát đáp vệ tinh và không bao giờ xảy ra trường hợp tín hiệu từ hai trạm mặt đất trở lên chiếm bộ phát đáp của vệ tinh trong cùng một thời gian. Độ dài của khe thời gian ấn định cho mỗi trạm mặt đất tuỳ thuộc vào lưu lượng của trạm. TDMA sử dụng các sóng mang điều chế số và các sóng mang được phát đi từ trạm mặt đất cần phải được điều khiển chính xác sao cho chúng nằm trong khe thời gian được phân phối. Để làm được điều này, cần phải có một tín hiệu chuẩn phát đi từ một trạm chuẩn và các trạm khác lần lượt truyền tín hiệu ngay sau tín hiệu chuẩn. Trong phương pháp đa truy nhập này, các trạm mặt đất phải truyền tín hiệu một cách gián đoạn và cần phải dự phòng khoảng thời gian bảo vệ giữa các sóng mang để các tín hiệu từ các trạm mặt đất không chồng lấn lên nhau khi đến bộ phát đáp. Ưu điểm của phương pháp này là có thể sử dụng tốt công suất tối đa của vệ tinh và có thể thay đổi dễ dàng dung lượng truyền tải bằng cách thay đổi khoảng thời gian phát và thu, do đó nó linh hoạt trong việc thay đổi, thiết lập tuyến, đặc biệt là hiệu suất sử dụng tuyến rất cao khi số kênh liên lạc tăng. Mặt khác, TDMA khi kết hợp với kỹ thuật nội suy tiếng nói thì có thể tăng dung lượng truyền dẫn lên ba đến bốn lần. Tuy nhiên, TDMA có một số nhược điểm như sau: Yêu cầu phải có đồng bộ cụm. Mạng TDMA chứa các trạm lưu lượng và ít nhất một trạm chuẩn. Các cụm được phát đi từ các trạm lưu lượng được gọi là các cụm lưu lượng. Số liệu lưu lượng được phát bằng các cụm lưu lượng. Trạm chuẩn phát một cụm đặc biệt theo chu kỳ gọi là cụm chuẩn. Cụm chuẩn cung cấp chuẩn định thời và chu kỳ của nó đúng bằng một khung TDMA. Mỗi trạm lưu lượng phát các cụm lưu lượng trong các khe thời gian được ấn định ở vệ tinh bằng cách điều khiển định thời phát cụm theo cụm chuẩn, cụm chuẩn được sử dụng làm chuẩn định thời, cụm chuẩn và các cụm lưu lượng được đặt theo thứ tự đúng để tránh chồng lấn trong mỗi khung TDMA. Nếu không có đồng bộ cụm thì các cụm được phát có thể trượt khỏi các khe thời gian được ấn định ở vệ tinh. Nếu xảy ra chồng lấn các cụm ở vệ tinh thì thông tin sẽ bị mất. Đặc biệt, hiện tượng thuỷ triều là nguyên nhân làm cho độ cao của vệ tinh biến thiên khoảng 85Km dẫn đến kết quả là quay 1 vòng độ trễ thay đổi khoảng 500s và sự thay đổi tần số của tín hiệu được biết như hiệu ứng Doppler. Tín hiệu tương tự phải được chuyển sang dạng số khi sử dụng kỹ thuật TDMA. Giao diện với các hệ thống mặt đất tương tự rất phức tạp dẫn đến giá thành của hệ thống cao. 1.2.3.3. Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) CDMA (Code Division Multiplex Access) là phương pháp truy nhập ứng dụng kỹ thuật trải phổ, trong đó mọi đối tượng có thể : Được phép hoạt động đồng thời. Hoạt động tại tần số như nhau. Sử dụng toàn bộ băng tần của hệ thống cùng một lúc mà không gây nhiễu sang thông tin của đối tượng khác. Đa truy nhập phân chia theo mã C