Nghiên cứu và khắc phục ảnh hưởng củ méo phi tuyến trong hệ thống truyền hình quảng bá vệ tinh thế hệ thứ 2 sử dụng điều chế APSK

i

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

LÝ THỊ THANH HÀ

NGHIÊN CỨU VÀ KHẮC PHỤC ẢNH HƯỞNG CỦA

MÉO PHI TUYẾN TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN

HÌNH QUẢNG BÁ VỆ TINH THẾ HỆ THỨ 2 SỬ

DỤNG ĐIỀU CHẾ APSK

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

MÃ SỐ: ………

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

KHOA ĐIỆN TỬ

PGS.TS. ĐÀO HUY DU

NGƯỜI HƯỚNG DẪN 01

TS. ĐOÀN THANH HẢI

NGƯỜI HƯỚNG DẪN 02

TS.TRẦN ĐỨC

CHUYỂN

THÁI NGUYÊN - 2020

ii

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan các kết quả nghiên cứu tôi đã đưa ra trong luận văn này

là dựa trên các kết quả thu được trong quá trình tự nghiên cứu và học tập của

riêng tôi. Tôi không sao chép kết quả nghiên cứu nào của tác giả khác. Nội

dung luận văn của tôi có sử dụng tài liệu tham khảo và số thông tin nguồn tài

liệu từ các nguồn tin, giáo trình, bài giảng được liệt kê trong danh mục sách

tham khảo. Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm và sẽ chấp hành mọi hình thức

kỷ luật, xử lý của khoa, của nhà trường nếu như phát hiện ra bài làm của tôi có

dấu hiệu sao chép dưới bất kì hình thức nào.

Thái Nguyên, ngày tháng năm 2020

Sinh viên thực hiện

Lý Thị Thanh Hà

i

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian học và làm đề tài thạc sỹ, tôi đã nhận được tiếp thu về kiến thức,

phương pháp tư duy, phương pháp luận của các giảng viên trong trường. Tôi cũng được

sự quan tâm rất lớn của Nhà trường, của Khoa Kỹ thuật - Điện tử và các thầy cô giáo

Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên và các bạn cùng lớp.

Để hoàn thành luận thạc sỹ văn một cách hoàn chỉnh, bên cạnh sự cố gắng lỗ

lực của bản thân còn có sự hướng dẫn nhiệt tình của quý Thầy Cô, cũng như sự động

viên ủng hộ của gia đình và bạn bè trong suốt thời gian học tập nghiên cứu và thực

hiện luận văn thạc sỹ.

Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến cô giáo TS. Đoàn Thanh Hải, TS. Trần

Đức Chuyển hai thầy cô đã hết lòng giúp đỡ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi

hoàn thành luận văn này. Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến toàn thể quý thầy

cô trong khoa Kỹ thuật - Điện tử Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học

Thái Nguyên đã tận tình truyền đạt những kiến thức quý báu cũng như tạo mọi điều

kiện thuận lợi nhất cho tôi trong suốt quá trình học tập nghiên cứu và cho đến khi

hoàn thành đề tài luận văn.

Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn đến gia đình, các anh chị và các bạn đồng

nghiệp đã hỗ trợ cho tôi rất nhiều trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và thực

hiện đề tài luận văn thạc sĩ một cách hoàn chỉnh.

Thái Nguyên, ngày tháng năm 2020

Sinh viên thực hiện

Lý Thị Thanh Hà

ii

MỤC LỤC

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

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

Danh mục chữ ký hiệu, các từ viết tắt............................................................... v

Danh mục các bảng ......................................................................................... vii

Danh mục các hình vẽ, đồ thị.........................................................................viii

MỞ ĐẦU........................................................................................................... 5

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN SỐ

VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG................................................................... 9

1.1 Giới thiệu chung về hệ thống thông tin vô tuyến..............................................9

1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ thống thông tin vô tuyến..................................12

1.2.1 Suy hao khi truyền lan trong không gian tự do........................................13

1.2.2 Ảnh hưởng của pha đinh và mưa ............................................................14

1.2.3 Sự can nhiễu của sóng vô tuyến...............................................................19

1.2.3.1 Nhiễu trắng ( White Gaussian Noise) ...............................................19

1.2.3.2 Nhiễu liên ký tự ISI (Inter symbol interference)...............................20

1.2.3.3 Nhiễu đa truy nhập MAI (Multiple Access Interference).................20

1.2.4 Ảnh hưởng bởi méo tuyến tính ...............................................................21

1.2.4.1 Nguyên nhân gây nên hiện tượng méo tuyến tính: ...........................22

1.2.4.2 Đặc điểm nhận dạng méo tuyến tính.................................................22

1.2.4.3 Một số biện pháp khắc phục méo tuyến tính. ...................................22

1.2.5 Ảnh hưởng bởi méo phi tuyến ................................................................23

1.2.6 Các phương pháp điều chế số .................................................................24

1.2.6.1 Phương pháp điều chế và giải điều chế khóa dịch biên độ ASK

(Amplitude Shift Keying) .............................................................................24

1.2.6.2 Phương pháp điều chế và giải điều chế khóa dịch tần số FSK

(Frequency Shift Keying)..............................................................................25

1.2.6.3 Phương pháp điều chế và giải điều chế pha PSK (Phase Shift Keying)

.......................................................................................................................26

iii

1.2.6.4 Phương pháp điều chế và giải điều chế hỗn hợp pha và biên độ QAM

(Quadrature Amplitude Modulation) ............................................................30

1.3 Điều chế khóa dịch pha biên độ APSK (Amplitude Phase Shift Keying)......31

1.4 Tóm tắt chương ...............................................................................................33

CHƯƠNG II. MÉO PHI TUYẾN TRONG HỆ THỐNG DVB-S2 ............... 34

2.1 Sự phát triển của truyền hình vệ tinh. .............................................................34

2.2. Mô hình hệ thống ...........................................................................................36

2.3 Méo phi tuyến gây ra bởi các bộ khuếch đại công suất ..................................39

2.3.1: Làm mở rộng phổ của tín hiệu và gây tạp âm phi tuyến.........................40

2.3.2: Gây méo dạng chòm sao tín hiệu............................................................40

2.3.3: Gây ISI phi tuyến ....................................................................................41

2.4: Biện pháp khắc phục méo phi tuyến ..........................................................41

2.5. Mô hình bộ khuếch đại công suất ..................................................................42

2.6 Một số loại HPA thường được sử dụng. .........................................................45

2.6.1 Bộ HPA dùng đèn Klystron (KLY). ........................................................45

2.6.2 Bộ khuếch đại dùng đèn sóng chạy Traveling-Wave Tube Amplifier

(TWTA).............................................................................................................48

2.6.3 Bộ khuếch đại bán dẫn (SSPA)................................................................49

2.7. Tóm tắt chương ..............................................................................................50

CHƯƠNG III. BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC ẢNH HƯỞNG CỦA MÉO PHI

TUYẾN TRONG HỆ THỐNG DVB-S2 SỬ DỤNG ĐIỀU CHẾ APSK...... 52

3.1 Đánh giá ảnh hưởng của méo phi tuyến trong hệ thống thông tin vô tuyến...52

3.2 Xây dựng mô hình mô phỏng và phân tích hệ thống DVB-S2 sử dụng điều chế

M-APSK, M-QAM ...............................................................................................54

3.3 Tham số dd cho tín hiệu điều chế QAM và APSK .........................................55

3.4 Kết quả mô phỏng ...........................................................................................57

3.4.1 Các tác động của méo phi tuyến gây bởi các bộ HPA.............................57

3.4.2 Các kết quả đối với điều chế 16APSK.....................................................59

iv

3.5. Đánh giá ảnh hưởng của riêng méo phi tuyến gây bởi các HPA tới SNRD của

hệ thống DVB-S2..................................................................................................60

3.6. Đánh giá ảnh hưởng của riêng méo phi tuyến gây bởi các HPA tới OBE của

hệ thống DVB-S2..................................................................................................61

3.6.1 Xác định độ rộng bức xạ ngoài băng chuẩn hóa Boob-norm ...........................62

3.6.2 Mức bức xạ ngoài băng OBE................................................................. 61

3.6.3 Mối quan hệ OBE và dd trong hệ thống DVB-S2.................................. 62

3.7. Khắc phục ảnh hưởng của riêng méo phi tuyến gây bởi các HPA bởi OAPS

trong hệ thống DVB-S2. .......................................................................................64

3.7.1. Phương pháp quay pha phụ tối ưu sóng mang thu............................... 65

3.7.1. Công thức kinh nghiệm xác định OAPS theo dd trong hệ thống khảo

sát .................................................................................................................... 66

3.8. Nhận xét. ........................................................................................................67

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ: ....................................................................... 68

TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................... 70

PHỤ LỤC............................................................................................................

Code lập trình cho điều chế 16QAM ........................................................................

Code lập trình cho điều chế 16APSK .......................................................................

Khởi tạo function 16 APSK modulation...............................................................

Khởi tạo function 16APSK demodulation ............................................................

Chương trình lập trình chính cho điều chế 16APSK ............................................

Một số câu lệnh cơ bản: ............................................................................................

v

DANH MỤC CHỮ KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT

Ký hiệu Tên tiếng anh Tên tiếng việt

AFK Amplitude Shift Keying Điều chế khóa dịch biên độ

AM Amplitude Modulation Tín hiệu điều biên

APSK Amplitude Phase Shift Keying Điều chế khóa dịch pha biên độ

ATDE Adaptive Time Domain

Equalizer

Mạch san bằng thích nghi

AWGN Additive White Gaussian Noise Tạp âm cộng trắng Gaussian

BER Bit Erro Rate Tỷ số lỗi bít

BO Back Off Độ lùi công suất

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

DVB-S2 Digital Video Broadcasting

Satellite Second Generation

Truyền hình số vệ tinh thế hệ thứ

2

DVB-T Digital Video Broadcasting

Terrestrial

Truyền hình số mặt đất

FSK Frequency Shift Keying Điều chế số theo tần số

GSM Global System for Mobile

Communications

Hệ thống thông tin di động toàn

cầu

HPA High Power Amplifiers Bộ khuếch đại công suất lớn

ISI Inter symbol Interference Nhiễu liên ký tự

LMS Least Mean Square error Sai số trung bình bình phương

cực tiểu

LOS Light Of Sight Đường truyền tầm nhìn thẳng

MAI Multiple Access Interference Nhiễu đa truy nhập

MMSE Minimum Mean-Square-Error Thuật toán sai số trung bình bình

phương tối thiểu

OFDM Orthogonal Frequency

Division Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo tần số

trực giao