TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH
KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài:
NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ DỊCH VỤ MẠNG
MAN - E NGHỆ AN
Giáo viên hướng dẫn: ThS. Cao Thành Nghĩa
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Trung Dương
Lớp
:
47K – ĐTVT
Vinh, 5/ 2011
1
LỜI NÓI ĐẦU
Truyền hình là một hình thức thông tin rất sinh động, được nhiều người,
nhiều ngành, quan tâm. Truyền hình đen trắng đã bắt đầu tư trước chiến tranh thế
giới lần thứ hai. Từ những năm 1953 đã bắt đầu truyền hình mầu các hệ truyền
hình màn NTSC, SECAM, PAL. Hiện nay đang trở thành truyền hình cổ điển để
nhường cho thế hệ truyền hình mới có độ phân giải cao.
So với truyền hình cổ điển, truyền hình bằng vệ tinh và cáp băng rộng đang
trở thành vấn đề rất thời sự hiện nay trên thế giới.Truyền hình vệ tinh có phần ưu
điểm đối với HDTV và cả truyền hình cổ điển. Phạm vi phủ sóng bằng vệ tinh
hình số nói chung và truyền hình số vệ tinh nói riêng. Từ đó đồ án đặt ra bài
toán thiết kế và tính toán hệ thống thu truyền hình số vệ tinh cho tòa nhà
chung cư C1 – Đường Nguyễn Thái Học – Tp.Vinh – Nghệ An.
3
SUMMARY BLUEPRINTS
Television is an indispensable field of life today, undergo many stages of
development from Analog TV to Digital TV. With terrain has many mountains
and island as our country are now, to complete digitized the television into 2020
year then there will be many choice of transmission modes, in which the Digital
Satellite TV is the optimal choice. This is why i chose the subject: ” Satellite –
TV and applications in the internal cable television network” to do graduation
blueprints of me.
Blueprints’s layouts include there are three chapters, presented the basic of
Digital TV in general and presented separately about Digital – Satellite
television. From there set a project about design and calculated the receivers
system Satellite TV for apartments of condominium C1 – Nguyen Thai Hoc
Street – Vinh City – Nghe An province.
4
MỤC LỤC
Trang
LỜI NÓI ĐẦU.......................................................................................................2
TÓM TẮT ĐỒ ÁN................................................................................................3
DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ..............................................................................7
DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU.........................................................................8
2.3. Hệ thống Tivi gia đình TVRO......................................................................................................................45
2.3.1. Sơ đồ khối tổng quát của TVRO..........................................................................................................45
2.3.2. Anten thu, góc ngẩng, góc phương vị và góc phân cực........................................................................46
2.3.3. Mạch tiền khuếch đại và dịch tần.........................................................................................................50
2.3.4. Khối thu vệ tinh....................................................................................................................................50
2.3.5. Ảnh hưởng của nhiễu............................................................................................................................56
5
2.3.6. Ảnh hưởng của công suất phát sóng, kích thước anten thu, mưa.........................................................57
2.4. Kết luận chương 2........................................................................................................................................58
TÍNH TOÁN - THIẾT KẾ HỆ THỐNG THU TVRO CHO KHU CHUNG CƯ
C1.........................................................................................................................59
3.1. Khảo sát các đặc điểm cần để thiết lập nơi thu...........................................................................................59
3.2. Mô hình tổng quan thiết kế lắp đặt..............................................................................................................60
3.3. Khối thu thường gồm các thiết bị sau..........................................................................................................61
3.4. Tính toán các thông số cần thiết khi lắp đặt máy thu hình qua vệ tinh.......................................................62
3.4.1. Tính khoảng cách ngắn nhất giữa hai điểm cho trước trên mặt đất d...................................................63
3.4.2. Tính góc ngẩng của anten, khoảng cách giữa điểm thu trên mặt đất với vệ tinh.................................64
3.4.3. Tính góc nửa công suất sóng α1, α2....................................................................................................65
3.5. Khối phân phối.............................................................................................................................................69
3.6. Lựa chọn thiết bị lắp đặt..............................................................................................................................70
3.6.1. Chọn và lắp đặt Anten..........................................................................................................................70
3.6.2. Chọn bộ LNA và LNB..........................................................................................................................71
3.6.3. Chọn máy thu TVRO............................................................................................................................71
3.6.4. Chọn bộ Booter.....................................................................................................................................71
3.6.5. Chọn Cable...........................................................................................................................................71
3.6.6. Các loại Tap..........................................................................................................................................72
HDTV
IF
LNA
Amplitude Modulation
Analog Digital Converter
Coded Orthogonal Frequency
Division Multiplexing
Demultiplexer
Differential Pulse-Code
Modulation
Direct Broadcating Satelite
Digital Video Interactive
Digital Analog Converter
Effective Isotropic Radiated
Power
Fast Fourier Transform
Frequency Modulation
Group Of Picture
High Definition Television
Internal Frequency
Low noise Amplifiers
LNB
Low Noise Block Converter
MPEG
MSE
MUX
SNR
Điều chế biên độ
Bộ biến đổi tương tự - số
Ghép kênh theo tần số mã trực
giao
Bộ phân kênh
Điều chế xung mã vi sai
Truyền hình trực tiếp qua vệ tinh
Truyền hình số tương tác
Bộ biến đổi tín số - tương tự
Công suất bức xạ đẳng hướng
hiệu dụng
Biến đổi furie nhanh
Điều chế tần số
Nhóm hình
Truyền hình số chất lượng cao
Tần số trung tần
Các bộ khuếch đại có mức nhiễu
thấp
Bộ chuyển đổi khối có mức
nhiễu thấp
Nhóm chuyên gia hình ảnh động
Lỗi trung bình bình phương
Bộ ghép kênh
Ủy ban quốc gia và các hệ thống
truyền hình
Kỹ thuật điều chế đa sóng mang
trực giao
Khóa dịch chuyển về pha
với nhiều ưu điểm về chất lượng và dịch vụ phục vụ khách hàng vượt trội so với
truyền hình tương tự cổ điển.
1.1. Sơ đồ khối hệ thống phát thanh truyền hình số
Hình 1.1. Sơ đồ khối hệ thống truyền hình số
Tín hiệu Video, Audio tương tự được biến đổi thành tín hiệu số. Tín hiệu
này có tốc độ bít rất lớn nên cần phải qua bộ nén để giảm tốc độ bit của chúng.
Các luồng tín hiệu này được đưa tới bộ ghép kênh (MUX) rồi đưa tới bộ điều chế
và phát đi.
Ở phía thu thực hiện quá trình ngược lại, tín hiệu sẽ được giải điều chế và
đưa tới bộ phân kênh (DEMUX). Tín hiệu từ bộ phân kênh được giải nén sau đó
được chuyển đổi số - tương tự. [2], [3]
11
1.2. Đặc điểm của phát thanh truyền hình số
- Ít bị tác động của nhiễu so với truyền hình tương tự.
- Có khả năng nén lớn hơn với các tín hiệu truyền hình âm thanh và hình ảnh.
- Có khả năng áp dụng kỹ thuật sửa lỗi.
- Do chỉ truyền đi các giá trị 0 và 1 nên các tín hiệu âm thanh, hình ảnh, tín
hiệu điều khiển đều được xử lý giống nhau.
- Có thể khóa mã dễ dàng.
- Đòi hỏi công suất truyền dẫn thấp hơn.
- Các kênh có thể định vị tương đối dễ dàng.
- Các hệ thống điều chế được phát triển sao cho có khả năng chống được
hiện tượng bóng hình và sai pha.
- Chất lượng dịch vụ giảm nhanh khi không nằm trong vùng phục vụ.
- Đòi hỏi tần số mới cho việc phát thanh, truyền hình quảng bá.
- Người xem phải mua máy mới hoặc sử dụng bộ chuyển đổi.
- Những sự đầu tư mới được yêu cầu vè các phương tiện tại các tram phát. [2],[3]
- Truyền tín hiệu truyền hình số qua vệ tinh: Kênh vệ tinh khác với kênh
cáp và kênh phát sóng mặt đất là có băng tần tần rộng và sự hạn chế công suất
phát. Khuyếch đại công suất của các Transponder làm việc gần như bão hòa
trong các điều kiện phi tuyến. Do đó sử dụng điều chế QPSK là tối ưu.
Các hệ thống truyền qua vệ tinh thường công tác ở dải tần số cỡ Ghz.
Ví dụ: Băng Ku:
Đường lên:
14GHz→15Ghz.
Đường xuống: 11,7GHz→12,5GHz.
- Phát sóng truyền hình số mặt đất: Hệ thống phát sóng truyền hình số mặt đất sử
dụng phương pháp điều chế COFDM (ghép kênh theo tần số mã trực giao). COFDM
là hệ thống có khả năng chống nhiễu cao và có thể thu được nhiều đường, cho phép
bảo vệ phát sóng số trước ảnh hưởng của can nhiễu và các kênh lân cận.
13
Hệ thống COFDM hoạt động theo nguyên tắc điều chế dòng dữ liệu bằng
nhiều tải trực giao với nhau. Do đó mỗi tải điều chế với một dòng số liệu, bao
nhiêu lần điều chế thì bấy nhiêu tải.
Các tín hiệu số liệu được điều chế M-QAM, có thể dùng 16-QAM. Phổ các
tải điều chế có dang sinx/x trực giao. Có nghĩa các tải kề nhau có giá trị cực đại
tại các điểm 0 của tải trước đó.
Điều chế và giải điều chế các tải thực hiện nhờ bộ biến đổi Fourier nhanh
FFT dưới dạng FFT 2K và FFT 8K. Với loại vi mạch trên có thể thiết kế cho
hoạt động của 6785 tải. Các hãng RACE có thiết bị phát sóng truyền hình cho
896 tải, hãng NTL cho 2000 tải. [2], [3]
đổi trong các bộ xử lý đặc biệt (bộ giải mã MPEG, bộ biến đổi DAC...). Các tín
hiệu đầu ra được đưa đến các thiết bị tương ứng.
Một phần tử quan trọng của SET-TOP-BOX là khối điều khiển. Cùng với
việc sử dụng kỹ thuật số, số lượng các chương trình truy nhập có thể lên đến vài
trăm. Việc tìm các chương trình mà người xem quan tâm không phải là đơn giản.
Vì thế trong tín hiệu MPEG-2 có cả thông tin bổ sung môt tả các chương trình
truyền hình. Nhiệm vụ của khối điều khiển là hình ảnh hóa các thông tin này cho
15
biết các hộ thuê bao có quyền thu chương trình mà họ muốn không ( các chương
trình đều được gài mã để thu tiền).
Máy thu hình được nối với trung tâm phát hình qua đường dây điện thoại.
Qua đó người xem có thể yêu cầu chương trình cần xem (Video-on-Demand)
hoặc mua bán qua truyền hình, đăng ký vé máy bay, tư vấn về một vấn đề gì đó...
Đó là truyền hình tương tác, có sự tham gia tích cực của người xem truyền hình.
Sơ đồ khối máy thu hình có thể có ba loại điều chế cho môi trường truyền
lan tương ứng (vệ tinh, cáp, mặt đất), do các môi trường lan truyền khác nhau
nên có định dạng khác nhau.
- Đường truyền cáp sử dụng điều chế QAM nhiều trạng thái (16, 32, 64 và
có thể 128, 256 trạng thái). Việc tăng số trạng thái sẽ làm tăng dung lượng kênh
thông tin nhưng đồng thời làm giảm tính chống nhiễu của tín hiệu. Bằng cách
điều chế này, dung lượng một kênh cáp có dải rộng 8MHz với khả năng truyền
dòng dữ liệ 38→40Mb/s, có thể truyền được 6 chương trình truyền hình thông
thường hoặc hai chương trình HDTV.
- Đường truyền vệ tinh có đặc tính phi tuyến do cấu tạo của các bộ khuyếch
đại trên các Transponder vệ tinh có độ bão hòa sâu. Đó là lý do các đường truyền
vệ tinh sử dụng điều pha PSK. Dải thông của mỗi kênh truyền hình vệ tinh ít
nhất 24MHz đủ rộng để có thể truyền hai chương trình truyền hình chất lượng
1.5.1. 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).
17
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: Signalto-Noise rotio) giữa ảnh gốc và ảnh nén.
Các nguyên tắc 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 dải
phổ khác nhau.
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 MPEG2 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 (ProfilesLevels), tùy chọn nhiều phẩm cấp chất lượng khác nhau, thành công của MPEG2 mỹ mãn 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.
19
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 kiến 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 đã khác đi (các chổ đã
Hình 1.3. Sơ đồ khối mạch biến đổi ADC
Biến đổi DAC
21
Nhiệm vụ của bộ biến đổi DAC là biến đổi các tín hiệu Video dưới dạng mã
số thành các tín hiệu tương tự.
Sơ đồ khối mạch DAC như sau:
Hình 1.4. Sơ đồ khối mạch biến đổi DAC
1.6. 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.
1.6.1. 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
22
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
01
3π/2
Hình 1.5. 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 phải có chất
23
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.
Vậy 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.
25
Copyright: Tài liệu đại học ©