1
111Equation Chapter 1 Section 1LỜI

MỞ ĐẦU

Thông tin vệ tinh đang ngày càng phát triển, tại nước ta cũng đã triển khai hai vệ tinh là
VNSAT-1 và VNSAT-2 vì vậy việc phát triển hệ thống thông tin vệ tinh là rất cần thiết.
Hiện nay thông tin vệ tinh đang chuyển sang cung cấp dịch vụ tới trực tiếp người dùng
qua đường truy nhập vệ tinh. Với đường truyền này, đòi hỏi bộ khuếch đại phải làm việc
với công suất rất lớn để thích ứng với các dịch vụ đa phương tiện băng rộng. Chính vì vậy,
việc đưa ra kỹ thuật làm méo trước bộ khuếch đại HPA là hết sức cần thiết.
Với bản than em, là sinh viên ngành viễn thông, việc tìm hiểu về đề tài này sẽ giúp bản
thân em có thêm kiến thức để hoàn thiện bản thân đồng thời có thêm hiểu biết khi ra
trường. Đề tài này sẽ giúp em hiểu rõ hơn về truyền dẫn vô tuyến nói chung và truyền dẫn
vệ tinh nói riêng.
Hiện nay, Kỹ thuật cân bằng đặc tính bộ khuếch đại công suất cao trong thông tin vệ tinh
sử dụng mạng nơron là một giải pháp mới đang được quan tâm tại Việt Nam cũng như
toàn thế giới. Nhằm cải thiện tính phi tuyến của bộ khuếch đại HPA, em đã chọn đề tài: ”
Kỹ thuật méo trước cho bộ khuếch đại công suất cao trong thông tin vệ tinh sử dụng
mạng nơron” để làm đồ án tốt nghiệp. Nội dung đồ án gồm 3 chương chính:
Chương 1: Bộ khuếch đại công suất cao HPA.
Chương 2: Mạng nơron
Chương 3: Kỹ thuật méo trước cho TWT sử dụng mạng nơron

GVDH: ThS.Nguyễn Viết Minh

SVTH: Đặng Trần Quân


2


………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………

GVDH: ThS.Nguyễn Viết Minh

SVTH: Đặng Trần Quân


4

NHẬN XÉT
(Của giảng viên phản biện)
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………

MỤC LỤC

GVDH: ThS.Nguyễn Viết Minh

DEMOD

Demodulation

DF
DFE
EIRP

Decision Feedback
Feedback Equalizer
Effective
Isotropic
Radiated
Power
Elementary
Transcendental
Function

ETF
FET
FIM
FIR
FIR
FM
FSS
GSM
HPA
INTELSA
T
ISI


Field-Effect Transistor

Điên trở bán dẫn
Fisher-Information Matrix
Ma trận thông tin Fisher
Finite Impulse Response
Đáp ứng xung hữu hạn
Finite-Impulse Response
Bộ lọc đáp ứng xung kim hữu hạn
Frequency Modulation
Điều biến tần
Fixed Satellite Service
Dịch vụ vệ tinh cố định
Global System For Mobile Hệ thống thông tin di động toàn cầu
Communications
High-Power Amplifier
Bộ khuếch đại công suất cao
International Telecommunications Trạm mặt đất
Satellite Organization
Intersymbol Interference
Nhiễu liên ký hiệu
International Telecommunications Liên minh viễn thông thế giới
Union
Klytron Power Amplifier
Bộ khuếch đại công suất Klytron
Low Earth Orbit
Quỹ đạo thấp
Least Mean Square
Thuật toán bình phương trung bình tối

SSPA
TD
TT&C
TWT
TWTA
WSS
ZF

Linear Time-Invariant
Medium Earth Orbit
Multilayer Perceptron
Minimum Mean Square Error

Bất biến tuyến tính theo thời gian
Quỹ đạo Trái đất tầm trung
Bộ cân bằng nơron perceptrol đa lớp
Kỹ thuật cân bằng lỗi bình phương
trung bình tối thiểu
Modulation
Bộ điều chế
Mean Square Error
Lỗi bình phương trung bình
Mobile Satellite Service
Dịch vụ vệ tinh di động
Neural Network
Mạng nơron
Processing Elements
Phần tử xử lý
Phase Modulation
Điều biến pha


GVDH: ThS.Nguyễn Viết Minh

SVTH: Đặng Trần Quân


8

CHƯƠNG I: BỘ KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT CAO.
1.1. Nguyên lý thông tin vệ tinh.
Thông tin vệ tinh là hệ thống thông tin liên lạc giữa các điểm mặt đất với nhau thông
qua trạm chuyển tiếp siêu cao tần trên vệ tinh đặt rất xa trái đất.

Hình 1. 1 Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống thông tin vệ tinh.[2]

Trong đó: Us(t) là tín hiệu thông tin

fpm :Tần số lên

BB: Tín hiệu băng gốc

LNA: Máy thu tạp âm thấp

MOD: Bộ điều chế

D/C: Bộ đổi tần xuống

U/C: bộ đổi tần lên

f pd : Tần số xuống

1.2.

Đặc điểm của thông tin vệ tinh.

Nói đến thông tin vệ tinh, chúng ta phải kể đến 3 ưu điểm nổi bật của nó so với các hệ
thống thông tin khác là:
1.Tính quảng bá rộng lớn cho mọi loại địa hình: Vệ tinh giúp truyền sóng đi rất xa và dễ
dàng thông tin toàn cầu hơn bất cứ một hệ thống thông tin nào khác. Do khả năng phủ
sóng rộng lớn nên vệ tinh rất thích hợp cho các phương thức truyền tin đa điểm đến đa
điểm (cho dịch vụ quảng bá) hay đa điểm đến một điểm trung tâm HUB (cho dịch vụ thu
thập số liệu).
2.Có dải thông rộng: Rất thích hợp với các dịch vụ quảng bá hiện tại như truyền hình số
phân giải cao HDTV (High Definition Television), phát thanh số hay dịch vụ ISDN thông
qua một mạng mặt đất hoặc trực tiếp đến thuê bao DTH (Direct To Home) thông qua trạm
VSAT (Very Small Aperture Terminal).
3.Nhanh chóng dễ dàng cấu hình lại khi cần thiết: do sử dụng phương tiện truyền dẫn
qua giao diện vô tuyến cho nên hệ thống thông tin vệ tinh rất thích hợp cho khả năng cấu
hình lại nếu cần thiết. Các công việc triển khai mạng mới, loại bỏ các trạm cũ hoặc thay
đổi tuyến đều có thể thực hiện dễ dàng, nhanh chóng với chi phí thực hiện tối thiểu.
Tuy nhiên vệ tinh cũng có những nhược điểm quan trọng đó là:
1.Không hoàn toàn cố định: Điều này buộc trong hệ thống phải có các trạm điều khiển
nhằm giữ vệ tinh ở một vị trí nhất định cho thông tin.
2.Khoảng cách truyền dẫn xa nên suy hao lớn, ảnh hưởng của tạp âm lớn: Bị ảnh hưởng
của các yếu tố thời tiết và phải đi qua nhiều loại môi trường khác nhau. Để vẫn đảm bảo
được chất lượng của tuyến người ta phải sử dụng kỹ thuật bù và chống lỗi phức tạp.
3.Gía thành lắp đặt hệ thống rất cao, nên chi phí phóng vệ tinh tốn kém mà vẫn tồn tại
xác suất rủi ro.
4.Do đường đi của tín hiệu vô tuyến truyền qua vệ tinh khá dài (hơn 70.000 km đối với
vệ tinh địa tĩnh) nên từ điểm phát và điểm nhận sẽ có thời gian trễ đáng kể.
5.Thời gian sử dụng hạn chế, khó bảo dưỡng, sửa chữa và nâng cấp.


1.3.1 Phần không gian.
Một vệ tinh trong quỹ đạo của nó phù hợp với trạm mặt đất TT&C (Telemetry: đo từ xa,
Tracking: theo dõi & Command: chỉ huy) và hầu hết các vệ tinh thông tin liên lạc đang ở
trong quỹ đạo địa tĩnh. Quỹ đạo địa tĩnh là quỹ đạo tròn ở một độ cao xấp xỉ 35786 km và
nằm trên đường xích đạo. Hình 1.4 mô tả quỹ đạo địa tĩnh.

Hình 1. 4 Quỹ đạo địa tĩnh.[2]

- Những thuận lợi của quỹ đạo địa tĩnh:
+Vệ tinh đứng yên so với mặt đất và cung cấp thông tin liên lạc tin cậy suốt 24 giờ.
Thiết kế các thiết bị đầu cuối đơn giản vì hệ thống theo dõi đơn giản.
+Tín hiệu RF không bị ảnh hưởng đáng kể bởi hiệu ứng Doppler.
+Quỹ đạo địa tĩnh có thể cung cấp thông tin liên lạc tới vùng có diện tích lớn (hơn 1/3
bề mặt trái đất).
- Những khó khăn của quỹ đạo địa tĩnh:
+Một trong những bất lợi chính của vệ tinh cố định là không phù hợp với thông tin liên
lạc đáng tin cậy ở các vĩ độ trên 75o.
+Dịch vụ đến các địa điểm có vĩ độ cao đều có quỹ đạo nghiêng hình elip: 63.4 0 (quỹ
đạo Molniya). Các truyền hình vệ tinh có thể nhìn thấy trong khoảng 8-10h.
+Những năm trước những phát triển liên quan đến việc sử dụng Quỹ đạo Trái đất thấp
(LEO) cho thông tin di động . Quỹ đạo Trái đất trung bình cũng đang sử dụng (MEO). Tuy
GVDH: ThS.Nguyễn Viết Minh

SVTH: Đặng Trần Quân


12
vậy, đây là những hệ thống phức tạp và không khả thi trong: lắp đặt các trạm mặt đất, các
thủ tục chuyển giao giữa các chòm sao vệ tinh và các phương thức kết nối tới thiết bị đầu

Bên cạnh đó, vấn đề đa đường và tán thời đặc biệt với đường xuống cũng gây ảnh hưởng
lớp đến chất lượng đường truyền. Chính vì tán thời, tín hiệu truyền trước và sau sẽ giao
thoa với nhau làm thay đổi đặc tính của tín hiệu khiến kênh truyền vệ tinh trở thành kênh
phi tuyến có nhớ. Đây là vấn đề rất nghiêm trọng đối với kênh vệ tinh

GVDH: ThS.Nguyễn Viết Minh

SVTH: Đặng Trần Quân


13
1.3.5 Các nghiên cứu về thiết kế hệ thống.
Các nghiên cứu về thiết kế hệ thống dựa trên các dịch vụ được cung cấp: Voice, Video,
Data …. và chịu các yếu tố ảnh hưởng sau:
- Tín hiệu RF sử dụng cho một ứng dụng nhất định RF.
- Sử dụng phổ của tín hiệu RF ( được quản lý bởi ITU).
- Chọn lựa điều chế tối ưu và chương trình mã hóa. (Chi phối bởi đặc tính và loại thư tín
và liên kết vô tuyến).
- Lựa chọn các kĩ thuật đa truy nhập.
- Kích thước trạm mặt đất và độ phức tạp.
- Hệ thống truyền hình vệ tinh cơ bản.
- Kích thước và hình dạng của vùng dịch vụ.

1.4.

Bộ phát đáp.

Bộ phát đáp bao gồm tập hợp các khối nối với nhau để tạo nên một kênh thông tin duy
nhất giữa anten thu và anten phát trên vệ tinh thông tin. Mỗi bộ phát đáp bao gồm ba phân
hệ: phân hệ anten, phân hệ thông tin và phân hệ TT&C.

500 MHz. Sau đó các tín hiệu được phân kênh vào các độ rộng băng tần của từng bộ phát
đáp.
1.4.1. Máy thu băng rộng.
Hình 1.6 mô tả máy thu băng rộng vệ tinh.

GVDH: ThS.Nguyễn Viết Minh

SVTH: Đặng Trần Quân


15
Hình 1. 6 Máy thu băng rộng vệ tinh.[2]

- Máy thu có dự phòng kép để đề phòng trường hợp sự cố. Bình thường chỉ có máy thu
công tác được sử dụng, khi có sự cố máy thu thứ hai được tự động chuyển vào thay thế.
- Tầng đầu của máy thu là bộ khuếch đại tạp âm nhỏ LNA. Bộ khuếch đại này chỉ gây
thêm một ít tạp âm cho sóng mang được khuếch đại, nhưng vẫn đảm bảo đủ khuếch đại
sóng mang để nó có thể vượt qua được mức tạp âm cao hơn trong tầng trộn tiếp sau.
- LNA tiếp tín hiệu cho một tầng trộn. Tầng này cần có tín hiệu dao động nội để biến
đổi tần số. Công suất tín hiệu cấp từ bộ dao động nội cho đầu vào bộ trộn khoảng 10dBm.
Tần số của bộ dao động nội phải rất ổn định và có ít tạp âm.
- Bộ khuếch đại thứ hai sau tầng trộn có nhiêm vụ đảm bảo hệ số khuếch đại vào khoảng
60 dB.
1.4.2. Bộ phân kênh vào.
- Bộ phân kênh vào phân chia đầu vào băng rộng (3,7-4,2 GHz) thành các kênh tần số của
bộ phát đáp. Các kênh này thường được tổ chức thành các nhóm số chẵn và số lẻ để tăng
thêm phân cách kênh và giảm nhiễu giữa các kênh lân cận trong một nhóm.
- Đầu ra của máy thu đựơc đưa đến một bộ chia công suất, bộ chia công suất lại tiếp sóng
cho hai dẫy phân hướng riêng biệt. Toàn bộ tín hiệu băng rộng được truyền theo từng dẫy
và phân kênh đạt được nhờ các bộ lọc kênh nối đến khối phân hướng. Mỗi bộ lọc có độ

17

0 dB mức tham khảo.
1. Lọc vào.
2. Bộ khuếch đại băng rộng.
3. Bộ ghép 3dB.

4. Bộ phân kênh.
5. Bộ suy giảm.
6. Bộ khuếch đại.
7. Bộ ghép kênh.

Hình 1. 8 Sơ đồ khối và biểu đồ các mức tương đối điển hình trong một bộ phát đáp.[2]

1.5.1 Bộ khuếch đại công suất cao.
1.5.1.1 Giới thiệu khuếch đại công suất.
- Vị trí: Bộ khuếch đại công suất riêng đảm bảo đầu ra cho từng bộ phát đáp. Bộ khếch
đại công suất đặt sau bộ suy giảm đầu vào.
- Vai trò, đặc điểm:
Một trạm mặt đất bao giờ cũng phải có bộ khuếch đại công suất. Chức năng cơ bản của
bộ khuếch đại công suất đối với các trạm mặt đất là dùng để nâng cao công suất của tín
hiệu tạo bởi các thiết bị thông tin mặt đất tới mức công suất đủ lớn, sao cho bằng một
anten có hệ số tăng ích hiệu dụng đã biết, để tín hiệu sóng mang có thể truyền đến được vệ
tinh với mức EIRP đạt yêu cầu.
HPA được sử dụng hầu hết trong những trạm mặt đất INTELSAT cho những luồng quốc
tế với công suất từ vài trăm W đến hàng ngàn kW. Đối với các hệ thống dùng cho nội địa,
công suất của HPA có thể từ 50W hoặc nhỏ hơn cho những luồng dung lượng thấp. Thậm
chí đối với một tuyến vài kênh SCPC người ta có thể sử dụng một bộ SSPA có công suất
chỉ từ 1:10W.
- Phân loại:


Với g(.) và f(.) đặc tả tính phi tuyến của HPA, nó đặc trưng cho cơ chế AM/AM và
AM/PM.
a) Bộ khuếch đại công suất Klytron (KPA):
Hình 1.9 mô tả bộ khuếch đại công suất Klytron (KPA).

Hình 1. 9 Bộ khuếch đại công suất Klytron (KPA).[2]

Chúng ta xét đặc điểm cơ bản của một bộ Klytron đa hốc cộng hưởng (thông thường là
gồm 5 hốc cho một bộ khuếch đại công suất 3kW). Nó gồm một súng điện tử để bắn chùm
electron đi xuyên qua các khe hở của các hốc và các kim loại hình trụ gọi là các ống trượt
đặt giữa các khe hốc. Trong bộ khuếch đại này, tín hiệu cao tần có công suất thấp được
đưa vào hốc cộng hưởng thứ nhất gọi là hốc hội tụ. Tín hiệu này sẽ tạo ra các dòng chảy.
Trong những thành hốc làm xuất hiện điện trường xuyên ngang khe buncher. Điện
trường lại dùng để điều tiết tốc độ chùm tia điện tử. Sau khi đi khỏi khe Buncher các
electron tiếp tục bay qua hốc cộng hưởng trung gian và hốc thoát để tới collector. Hốc
Catcher sẽ tạo ra rất nhiều dòng điện dao động tại các vách của nó để nâng cao năng lượng
của sóng cao tần phát nếu w=w c .Các hốc cộng hưởng trung gian (thường ở vị trí thứ hai
hoặc thứ ba) có vai trò hỗ trợ nhằm tạo ra khả năng khuếch đại lớn và nâng cao công suất
bão hòa.
Chùm e khi bay qua các mức cộng hưởng và bay qua các ống trượt phải được làm hẹp lại
để nâng cao cường độ chum tia. Việc này được thực hiện bới các thiết bị hội tụ gồm các
thành phần từ trường cho ống ngắn hay một cuộn ống dây điện từ cho ống dài.Nói chung,
GVDH: ThS.Nguyễn Viết Minh

SVTH: Đặng Trần Quân


19
KPA là bộ khuếch đại công suất lớn dải hẹp. Độ rộng dải thông thường vào khoảng dưới

SVTH: Đặng Trần Quân


20
công suất nhỏ. Vì dùng bán dẫn nên kích thước SSPA nhỏ gọn và tiết kiệm năng lượng
hơn TWTA rất nhiều do đó nó thích hợp hơn cho các trạm mặt đất hiện đại cũng như cho
vệ tinh. Mức công suất ra tiêu chuẩn của SSPA nằm trong khoảng 2,5W ở băng 14/11 GHz
và 10W ở băng 6/4 GHz. Hệ số tăng ích của nó vào khoảng 57,0 dB trên mọi tần số thuộc
băng tần 5,9 đến 6,4 GHz Và có điểm bão hòa tại mức công suất vào -16 dBm.
Tuy nhiên hiện nay SSPA vẫn ít được dùng vì khả năng công suất còn thấp và chế tạo rất
phức tạp và giá thành quá cao.
1.5.2. Đặc tính phi tuyến của HPA và ảnh hưởng.
 Cơ chế AM/AM và AM/PM
Thuật ngữ AM/AM thể hiện sự thay đổi trong điều biên (đường bao) tại tín hiệu đầu ra
gây ra do điều chế (AM) tín hiệu này tại đầu vào của thiết bị phi tuyến. Tương tự thuật ngữ
AM/PM thể hiện điều pha (PM) gây ra do điều biên tín hiệu đầu vào.
Khi công suất trung bình của một kích thích AM tăng, PA bị đẩy mạnh ra khỏi vùng tuyến
tính vào vùng bão hòa ( vùng I và II trên hình 1.11a). Điểm nén 1dB (CP1) thường được sử
dụng để định nghĩa chuyển đổi này. Nó tương ứng với mức công suất ( đầu vào hay đầu ra
được tham chuẩn) mà tại đó độ lợi bộ khuếch đại dịch (giảm) so với giá trị khuếch đại
tuyến tính của nó một lượng là 1 dB. Tăng thêm công suất đầu vào sẽ dẫn đến xén dạng
sóng.

Hình 1.11. Vùng tuyến tính (I), bão hòa (II), nén (III) trong bộ khuếch đại công suất. (a)
AM/AM, khuếch đại và công suất ra phụ thuộc vào công suất vào. (b) AM/PM.[3]

 Đặc tính và ảnh hưởng.
Ảnh hưởng của méo đặc tuyến truyền đạt được cho trên Hình 1.12. Tại các mức công suất
thấp, quan hệ giữa đầu vào và đầu ra là tuyến tính. Tại các mức công suất vào cao, công
suất ra sẽ bị bão hoà. Điểm công suất ra cực đại này được gọi là điểm bão hoà. Vùng tuyến

Bộ hạn biên sẽ nén biên độ sóng mang gần đường chuẩn không để loại bỏ điều chế biên
độ.

GVDH: ThS.Nguyễn Viết Minh

SVTH: Đặng Trần Quân


22

θ

θ

Hình 1. 13 Đặc tuyến pha của TWT. là dịch pha vào-ra và s là giá trị bão hòa . Đường cong
AM/PM được rút ra từ độ dốc của đường cong dịch pha.[2]

TWT cũng có thể được sử dụng để khuếch đại hai hay nhiều sóng mang đồng thời,
trường hơp này được gọi là khai thác nhiều sóng mang. Khi này biến đổi AM/PM sẽ là một
hàm phức tạp của các biên độ sóng mang, ngoài ra đặc tuyến truyền đạt phi tuyến cũng gây
ra méo điều chế giao thoa. Ta có thể biểu diễn đặc tuyến truyền đạt phi tuyến vào chuỗi
Taylor thể hiện quan hệ giữa điện áp vào và điện áp ra như sau:

e0 = aei + bei 2 + cei 3
414\*
MERGEFORMAT (.)
Trong đó: a, b, c... là các hệ số phụ thuộc vào đặc tuyến truyền đạt, e 0 là điện áp ra và ei
là điện áp vào bao gồm tổng các sóng mang khác nhau. Thành phần bậc ba là ce 3. Thành
phần này và các thành phần mũ lẻ gây ra các sản phẩm điều chế giao thoa, nhưng thường
thì chỉ có thành phần bậc ba là đáng kể. Giả thiết rằng đầu vào TWT có nhiều sóng mang


Kết luận chương 1.

Trong chương 1, đã giới thiệu chi tiết về nguyên lý, đặc điểm và các hệ thống thông tin
vệ tin cơ bản. Đồng thời cũng đã trình bày về cấu tạo của bộ phát đáp trong thông tin vệ
tinh. Cuối chương, đã giới thiệu về các bộ khuếch đại công suất cao trong thông tin vệ tin
như bộ khuếch đại công suất Klytron (KPA), bộ khuếch đại đèn sóng chạy (TWTA), bộ
khuếch đại công suất bán dẫn SSPA cùng các đặc tính phi tuyến và các ảnh hưởng của nó.
GVDH: ThS.Nguyễn Viết Minh

SVTH: Đặng Trần Quân


24

GVDH: ThS.Nguyễn Viết Minh

SVTH: Đặng Trần Quân


25

CHƯƠNG II: KIẾN TRÚC MẠNG NƠRON.
2.1.Lịch sử mạng nơron.
2.1.1.Nguồn gốc ra đời.
Mạng nơron là một trong những đề tài nghiên cứu rất được các nhà khoa học quan tâm.
Đã có rất nhiều công trình nghiên cứu, tìm hiểu về mạng nơron đặc biệt là nghiên cứu ứng
dụng về chúng.Ta có thể chia quá trình phát triển và nghiên cứu mạng nơron trong thế kỷ
qua thành bốn giai đoạn:
+ Giai đoạn 1: