TÍNH TOÁN và THIẾT kế hệ THỐNG vệ TINH VSAT

Luận văn TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG VỆ TINH VSAT LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com GIỚI THIỆU CHƯƠNG Mục đích việc thiết kế thiết lập tỷ số C/N theo yêu cầu Vì trọng tâm chương tính tốn cự ly thơng tin, kết nối đường lên, đường xuống Từ kiểm tra xem tuyến đạt chất lượng so với u cầu hay khơng,qua thiết lập trạm mặt đất phù hợp Cấu trúc truyền dẫn tiên tiến đường lên xuống Return Links (from Terminal to Gateway) Forward Links (from Gateway to Terminal) Other iPSTAR Gateways iPSTAR GATEWAY Internet, PSTN, Public & Private networks Tập đồn, Văn phịng, Dịch vụ, ISPs (Nhà cung cấp Dvụ Internet), Dài phát Cáp Quang Người Dùng II CÁC THƠNG SỐ CẦN CHO TÍNH TỐN Cấu hình trạm mặt đất cần chọn chủ yếu tham số:  Loại anten (đường kính, hiệu suất, hệ số phẩm chất, nhiệt độ tạp âm)  Công suất máy phát LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Việc tính tốn dựa số giả thiết cho trước như:  Chất lượng tín hiệu yêu cầu  Các tham số suy hao  Hệ số dự trữ Các tham số sử dụng tính tốn thiết kế phân chia theo thành phần hệ thống liên quan như:  Trạm mặt đất + Vị trí địa lý trạm, tính tốn tham số suy hao mưa (đây nguồn gây nhiễu loạn ngẫu nhiên nhất), góc nhìn vệ tinh, cự ly thông tin, suy hao đường truyền + Mức công suất phát xạ đẳng hướng tương đương (EIRP_Equivalent Isotropic Radiated Power): công suất phát xạ, hệ số phẩm chất (G/T)e trạm + Nhiệt độ tạp âm hệ thống: liên quan tới độ nhạy hệ số phẩm chất + Ảnh hưởng tạp âm điều chế bên tới tỷ số tín hiệu tạp âm + Các đặc điểm thiết bị (suy hao fiđơ, suy hao phân cực anten, đặc tính lọc ) để biết hệ số dự trữ kết nối T  Vệ tinh + Vị trí vệ tinh quỹ đạo + Mức EIRP vệ tinh, hệ số phẩm chất (G/T)s vệ tinh + Băng thông máy phát đáp, dạng phân cực, dải tần làm việc + Mật độ thơng lượng bão hồ + Mức lùi cơng suất đầu vào (IBO), đầu (OBO) Khi xem xét đến nhiễu nhà vận hành vệ tinh sử dụng nhiều phương pháp khác (như Intersat sử dụng thông số C/N(dB) để xem xét nhiễu Eutesat ngược lại sử dụng C/No(dBHz)) Chất lượng độ sẵn dùng đựoc định nghĩa khoảng % thời gian mà mức ngưỡng BER khơng vượt q Trước vào tính tốn tốn cụ thể ta cần xem xét vấn đề : LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com  Việc xác định kích thước Aten cơng suất u cầu đường truyền tùy thuộc vào độ lợi phát đáp Độ lợi thường đưa trạng thái bão hòa phát đáp Điều cịn tùy thuộc vào đặc tính phi tuyến TWT hay SSPA phát đáp  Sự chiếm dụng mạng VSAT miêu tả đại lượng : + Sự chiếm dụng băng thông : tỉ số tổng băng tần phân phối cho sóng mang mạng chia cho độ rộng băng thông phát đáp + Sự chiếm dụng công suất : tỉ số EIRP cần dùng cho sóng mang mạng chia cho EIRP hữu dụng phát đáp (EIRP trạng thái bão hịa trừ cho tồn mức lùi đầu BÀ I TO Á N TH Ự C TẾ: 2.1 Giới thiệu chung Mục đích việc thiết kế thiết lập tỷ số C/No theo yêu cầu đầu vào máy thu Vì trọng tâm chương tính tốn thơng số lựa chọn kỹ lưỡng để nhận dược tỷ số C/No để đầu vào máy thu đạt yêu cầu, từ kiểm tra xem tuyến đạt chất lượng so với yêu cầu hay khơng Qua đó, dựa vào thơng số tính để lựa chọn cấu hình cần thiết cho việc thiết lập trạm mặt đất thông tin vệ tinh 2.2 Mơ hình thơng số tuyến thơng tin 2.2.1 Mơ hình tuyến LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com VỆ TINH Trạm Uts phát Trạm Uts thu Trạm cổng GW Hình 2.2 : Mơ hình hoạt động mạng VSAT IPSTAR 2.2.2 Tính tốn góc ngẩng góc phương vị 2.2.2.1 Góc ngẩng Để tính góc ngẩng anten trạm mặt đất, ta dựa vào hình vẽ 2.3 M A Re θe R 0 Tâm đất r S Vệ tinh Hình 2.3 : Tính tốn góc ngẩng Trong hình 2.3 : O tâm trái đất, A vị trí trạm mặt đất, S vị trí vệ tinh,  góc tâm,  e góc ngẩng trạm mặt đất LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com tg e  Ta có Trong đó, MA SM MA  OM  OA  OS cos   OA  r cos   Re SM  OS sin   r sin  Từ suy ra: tg e  r cos   Re  r sin  cos   Re r sin  2.2.2.2 Góc phương vị Góc phương vị góc dẫn đường cho anten quay tìm vệ tinh quỹ đạo địa tĩnh theo hướng từ Đông sang Tây Góc phương vị xác định đường thẳng hướng phương Bắc qua trạm mặt đất với đường nối đến vệ tinh Góc xác định theo chiều kim đồng hồ hình 2.3 Góc phương vị tính theo biểu thức: a = 1800 + kinh độ tây a = 1800 - kinh độ đông Cực Bắc Góc phương vị vệ tinh Góc phương vị vệ tinh 450W 30 E Vệ tinh Vệ tinh Hình 2.3 Góc phương vị vệ tinh a phụ thuộc vào kinh độ, vừa kinh độ điểm thu kinh độ vệ tinh Góc phương vị vệ tinh tính theo công thức: Vệ tinh 1: a1 = 1800- kinh độ đông Vệ tinh 2: a2 = 1800+ kinh độ tây Góc phương vị a tính theo cơng thức: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com tg a  tgLe (  sin  ) (2.2) Với  vĩ độ trạm mặt đất (độ) Le hiệu kinh độ đông vệ tinh với trạm mặt đất, Le = Ls - Le 2.2.3 Tính tốn kết nối đường lên (UPLINK) 2.2.3.1 Công suất phát trạm mặt đất PTXe (e - để phân biệt trạm mặt đất "earth station", sl - vệ tinh "satellite") Đây công suất phát thực trạm mặt đất tính từ Anten trạm mặt đất tính tích độ lùi đầu OBO với cơng suất phát trạm mặt đất bão hòa PTXsat PTXe = OBO * PTXsat hay PTXe(dBW) = OBO(dB) * PTXsat (dBW) (2.3) OBO độ lùi đầu Anten trạm mặt đất độ dự trữ công suất cho trạm trời mưa OBO = - Arain (suy hao mưa) 2.2.3.2 Hệ số khuếch đại anten phát trạm mặt đất GTXe Độ lợi anten thông số quan trọng trạm mặt đất, anten đặt ngõ vào để khuếch đại tín hiệu nhỏ từ picowatt đến nanowatt Độ khuếch đại lớn làm tăng tỷ số C/No, liên quan đến đặc tính chảo anten băng tần công tác: GTXe  DfU   10 log     c  hoặc: GTXe  10 lg( )  20 lg(DfU )  20 lg( c)dB  với : D Đường kính anten phát (2.4) f U tần số tín hiệu phát lên  hiệu suất anten,  thường khoảng từ 50% - 80% c vận tốc ánh sáng, c = 3.108 m/s 2.2.3.3 Công suất xạ đẳng hướng tương đương trạm mặt đất EIRPe Công suất xạ hiệu dụng EIRP (Equivalent Isotropic Radiated Power) cịn gọi cơng suất xạ đẳng hướng tương đương, biểu thị cơng suất chùm sóng phát từ trạm mặt đất đến vệ tinh Được tính tích cơng suất máy phát đưa tới anten trạm mặt đất PTXe với hệ số tăng ích anten phát GTxe EIRPe  PTXe GTXe (W) LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com hoặc: EIRPe  10 lg( PTXe )  GTXe [dBW] (2.5) EIRPe thơng thường trạm mặt đất có giá trị từ 0dBW đến 90dBW, vệ tinh từ 20dBW đến 60dBW 2.2.3.4 Tổng suy hao tuyến lên LU Tổng suy hao tuyến lên: LU  LFS  LA (dB) Trong đó: (2.6) LFS - suy hao tuyến phát không gian tự L A - suy hao Anten (do mưa tầng khí quyển) Trong đó: Suy hao tuyến lên không gian tự tính theo biểu thức: LFS  20 lg( 4fU R )  20 lg(c) (dB) (2.7) Suy hao tuyến lên Anten tính theo biểu thức: LA  AAG Arain (dB) Với: (2.8) AAG: suy hao tầng khí Arain: suy hao mưa 2.2.3.5 Độ lợi Anten thu (/m2) G1 (dBW / m ) Độ lợi anten thu (trên 1m2) tính biểu thức: G1RX  Với : 4 f    4   U    c  (2.9) f U : tần số tín hiệu phát lên c : vận tốc ánh sáng, c = 3.108 m/s 2.2.3.6 Mật độ dịng cơng suất xạ hiệu dụng (trên 1m2) trạm mặt đất Ф1(dBW/m2) Mật độ dịng cơng suất xạ hiệu dụng 1m2 tính cơng thức:   1 dBW / m  EIRPe dBW   LU  G1 Với : (2.10) EIRPe : Công suất xạ đẳng hướng trạm mặt đất LU : Suy hao tuyến lên G1 : Độ lợi anten thu (trên 1m2) 2.2.3.7 Độ lùi đầu vào IBO a) Độ lùi đầu vào IBO1 trạm IBO1 tính cơng thức: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com IBO1  1 sat       IBO1 dBW / m  1 dBW / m  sat dBW / m Hay: (2.11) Với : Ф1 : Mật độ dịng cơng suất xạ mặt đất 1m2 Фsat : Mật độ dịng cơng suất xạ bão hòa (vệ tinh) 1m2 b) Độ lùi đầu vào tổng IBOt IBO1 tính công thức: IBOt  t  1  sat  sat      IBOt dBW / m  t dBW / m  sat dBW / m Hay:  (2.12) Với : Фt : Tổng mật độ dịng cơng suất xạ mặt đất 1m2 Фsat : Mật độ dịng cơng suất xạ bão hòa (vệ tinh) 1m2 2.2.3.8 Tỷ số sóng mang tạp âm tuyến lên (C/No)U Trong tuyến thông tin vệ tinh, chất lượng tuyến đánh giá tỷ số cơng suất sóng mang cơng suất tạp âm (C/No), hay cơng suất sóng mang nhiệt tạp âm tương đương (C/To) Tạp âm chủ yếu phụ thuộc vào thân máy thu, vào môi trường bên ngồi mơi trường truyền sóng can nhiễu phụ thuộc hệ thống viba lân cận… 1) Tỷ số sóng mang tạp âm tuyến lên bão hịa (C/No)Usat Tỷ số sóng mang tạp âm tuyến lên bão hịa (C/No)Usat tính theo cơng thức: C / N Usat  sat    1 k   G  G1  T SL (Hz) C / N Usat (dBHz)   sat (dBW / m )  G1 (dB / m )  G T SL (dB / o K )  10 log k (dBJ / o K ) (2.13) Trong đó: Фsat G1 : Mật độ dịng cơng suất bão hòa (vệ tinh) 1m2 : Độ lợi Anten thu (/m2) (G/T)SL : Hệ số phẩm chất máy thu vệ tinh k : số Boltzman, k =1,38.10-23 (J/oK) 2) Tỷ số sóng mang tạp âm tuyến lên trạm mặt đất (C/No)U1 Tỷ số sóng mang tạp âm tuyến lên trạm mặt đất (C/No)Usat tính theo cơng thức: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com C / N U   C N  O   IBO   sat (Hz) C / N U (dBHz)  10 log  C N    IBO   O  sat  (2.14) Trong đó: (C/No)Usat :Tỷ số sóng mang tạp âm tuyến lên bão hịa IBO1 :Độ lùi đầu vào trạm mặt đất 2.2.4 Tính tốn kết nối đường xuống (DOWNLINK) 2.2.4.1 Hệ số khuếch đại anten thu trạm mặt đất GRXe Hệ số khuếch đại anten thu trạm mặt đất có biểu thức tính tương tự hệ số khuếch đại anten phát trạm mặt đất:  Df D  GRXe  10 log     c  GRXe  10 lg( )  20 lg(Df D )  20 lg(c )dB  với : D :Đường kính anten phát (2.15) f D :Tần số tín hiệu phát xuống  : hiệu suất anten,  thường khoảng từ 50% - 80% c vận tốc ánh sáng, c = 3.108 m/s 2.2.4.2 Tổng suy hao tuyến xuống LD Tổng suy hao tuyến lên: LD  LFS  LA (dB) Trong đó: (2.16) LFS - suy hao tuyến xuống không gian tự LA - suy hao Anten (do mưa tầng khí quyển) Trong *Suy hao tuyến xuống khơng gian tự tính theo biểu thức: LFS  20 lg( 4f D d )  20 lg(c ) (dB) (2.17) *Suy hao tuyến lên Anten tính giống tuyến lên: 2.2.4.3 Hệ số phẩm chất trạm mặt đất (G/T)E Hệ số phẩm chất trạm mặt đất (G/T)E tính biểu thức: G T   G T  E E max  LR  Lpol   (dB/0K) (2.18) Trong đó:(G/T)Emax : Hệ số phẩm chất cực đại trạm mặt đất LR : suy hao lệch tâm Lpol : Suy hao phân cực δ : Tổng suy hao Feeder mưa 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com + Vị trí xa vùng có cường độ trường lớn + Các đặc tính thiết bị (ví dụ độ dự trữ, độ phân tập phân cực ) định phần độ dự trữ tuyến + Quy mô trạm mở rộng tương lai, dễ quản lý, bảo vệ Vệ tinh : + Vị trí vệ tinh liên quan đến vùng che phủ góc nhìn trạm mặt đất + Độ lợi anten phát, thu định đến EIRP vùng che phủ + Công suất phát liên quan tới EIRP + Độ lợi phát đáp đặc tính tạp âm + Tạp âm xuyên điều chế Kênh truyền : + Tần số hoạt động liên quan đến suy hao tuyến độ dự trữ tuyến + Các đặc tính lan truyền liên quan đến độ dự trữ tuyến lựa chọn phương pháp điều chế + Tạp âm hệ thống Cự ly thơng tin, góc ngẩng góc phương vị anten trạm mặt đất : Hình 4.2 Các tham số đường truyền trạm mặt đất - vệ tinh Cự ly thơng tin : Góc tâm (  ) đượctính theo cơng thức: cos  o  cos  cos Le 1.1 Với: (  ) vĩ độ trạm mặt đất (độ) (  Le) hiệu kinh độ đông vệ tinh với trạm mặt đất,  Le = Ls - Le 19 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Khoảng cách từ trạm mặt đất đến vệ tinh tính theo cơng thức: R  (r  Re2  rRe cos  ) (Km) Trong : 1.2 (0) góc tâm (độ) R khoảng cách từ trạm mặt đất đến vệ tinh (Km) Re bán kính trái đất, Re = 6378 (Km) r bán kính quỹ đạo vệ tinh địa tĩnh, r = 42.146(Km) Góc ngẩng anten : Theo hình vẽ (4.2), góc ngẩng E tính: Tg e  AB OB  Re r cos   Re    BC r sin  r sin  cos   Re r sin  1.3 Góc phương vị : Góc phương vị ФA tính theo cơng thức : tg A  1.4 tgLe ( sin  ) Cơng suất sóng mang : Cơng suất thu yếu tố quan trọng việc xác định chất lượng tuyến thông tin vệ tinh PR = PT - LF - GT - LP - GR - LR 1.5 Trong đó: PT - LF - GT biểu thị công suất thực tế phát tới máy thu Nghĩa tương đương với cơng suất phát cần thiết sử dụng anten khơng có tăng ích hệ thống fiđơ khơng có suy hao Cơng suất gọi EIRP (công suất phát xạ đẳng hướng tương đương), thường dùng để biểu thị khả phương tiện truyền dẫn thông tin vệ tinh EIRP = 10lg(P.G) dBw 1.6  PT: công suất phát LF: suy hao hệ thông fiđơ truyền dẫn GT: hệ số tăng ích anten phát 20 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Suy hao truyền sóng tên chung suy hao không gian tự do, suy hao xảy hấp thụ tầng điện ly, khơng khí mưa Nó biểu thị: LP = LA + LDL + LT + LFS LP: Suy hao truyền sóng LT: Suy hao đặc tính thiết bị LA : Suy hao mưa LFS: Suy hao không gian tự LFS = (4R/λ)2 4.7 LDL : Suy hao hấp thụ tầng đối lưu Suy hao không gian tự chiếm phần lớn suy hao đường truyền Khi sử dụng tần số lớn 10GHz suy hao mưa nhân tố định chất lượng tuyến Công suất tạp âm nhiệt : Tạp âm nhiệt tạo máy phát kết hợp với tạp âm bên vào anten thu tạp âm bên tạo từ bên máy thu, anten hệ thống fiđơ Mặc dù số lượng tạp âm tạo từ máy phát đáng kể giảm dọc theo đường truyền bỏ qua Ta cần xét đến tạp âm bên tạp âm bên Tạp âm bên ngoài: Tạp âm bên ngồi bao gồm tạp âm khơng gian, tạp âm từ bề mặt trái đất, tạp âm khí tạp âm mưa Tạp âm bề mặt trái đất không ảnh huởng đến trạm mặt đất ta sử dụng anten có hướng ảnh hưởng đến vệ tinh thơng tin anten hướng phía trái đất Nhiệt độ tạp âm tạp âm bề mặt trái đất thu vệ tinh thông tin gần giống bề mặt trái đất Nhiệt tạp âm anten vệ tinh thường lấy TR = 2900K Tạp âm bên Tạp âm bên xảy anten, hệ thống fiđơ máy thu, tổng tạp âm tồn cơng suất tạp âm bên TIN = TA  T0 ( LF  1)  TR LF 4.8 21 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com TIN: tạp âm tổng bên T0(LF- 1): tạp âm hệ thống fiđơ T0: nhiệt độ môi trường TA: nhiệt tạp âm anten TR: nhiệt tạp âm máy thu LF: suy hao hệ thông fiđơ (số thực) Nguyên nhân gây tạp âm anten tạp âm nhiệt xảy anten có nhiệt độ khoảng (30100)0K Nhiệt tạp âm máy thu tổng nhiệt tạp âm gây phần Nhiệt tạp âm máy thu dựa công thức : TR  T1  T3 T2 TK    G1 G1 G G1 G G( K 1) 4.9 k : số tầng khuếch đại máy thu G1,G2,G3, GK hệ số khuếch đại tầng T1,T2,T3, TK nhiệt tạp âm tầng Vì tín hiệu trở nên lớn qua tầng khuếch đại, nên tác động tạp âm tầng lại nhỏ Như cần giảm tạp âm máy thu xuống nhỏ hệ thống thơng tin vệ tinh, sử dụng tầng khuếch đại có hệ số khuếch đại cao tạp âm xảy tầng tầng bỏ qua Tạp âm đầu vào tầng (70300)0K Xác định độ dự phòng cơng suất trạm mặt đất : Khi phân tích để thiết kế tuyến phải xác định độ dự phòng cho phép để xác định tiêu kỹ thuật trạm mặt đất Phải chấp nhận độ dự phịng Mơi trường truyền dẫn Việt Nam ta thấy suy hao mưa yếu tố quan trọng yếu tố ảnh hưởng Cho nên việc tính tốn suy hao mưa cần phải thận trọng, đóng vai trị quan trọng để đến độ dự trữ đạt giá trị Ngồi ra, yếu tố như: hấp thụ khí quyển, nhiễu mặt trời, giao thoa bên hệ thống hệ thống, lão hóa thiết bị, tính khơng hiệu thiết bị cần phải xem xét Vì ta phải tính đến yếu tố để đảm bảo độ dự phịng cơng suất trạm đảm bảo chất lượng tuyến 22 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Công suất sóng mang thu yếu tố quan trọng việc xác định chất lượng tuyến thông tin vệ tinh, cơng suất sóng mang phụ thuộc vào thiết bị cơng suất máy phát, hệ số tăng ích anten thu vệ tinh Cơng suất sóng mang nhận đầu vào máy thu vệ tinh xác định theo công thức : C RS  EIRPe  LU  G RS (dB) (2.5) với : GRS - hệ số khuếch đại anten thu vệ tinh 2.3.6 Công suất tạp âm tuyến lên N U  kTU B hay tính theo dB: N U  10 lg( k )  10 lg( TU )  10 lg( B ) (dB) Trong k số Boltzman, k =1,38.10-23 (W/Hz0K) B băng thông máy thu TU nhiệt tạp âm tuyến lên: TU  TRS  T AS Nhiệt tạp âm máy thu vệ tinh tính theo biểu thức: TRS  ( 10 F 10 (2.7)  )T0 Trong đó, F [dB] hệ số tạp âm máy thu vệ tinh T0 nhiệt độ chuẩn, T0  290 K 2.3.7 Tỷ số sóng mang tạp âm tuyến lên Trong tuyến thông tin vệ tinh, chất lượng tuyến đánh giá tỷ số công suất sóng mang cơng suất tạp âm (C/N), hay cơng suất sóng mang nhiệt tạp âm tương đương (C/T) Tạp âm chủ yếu phụ thuộc vào thân máy thu, vào mơi trường bên ngồi mơi trường truyền sóng can nhiễu phụ thuộc hệ thống viba lân cận C / N U  C RS  NU  EIRPe  LU  GRS  N U (dB) (2.8) (C/N)U tỷ số sóng mang tạp âm đầu vào giải điều chế máy thu vệ tinh 23 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 4.3 Ví dụ tính tốn đường truyền tuyến thông tin vệ tinh Vinasat trạm mặt đất đặt Đà Nẵng TÍNH TỐN THƠNG SỐ CỦA TUYẾN THÔNG TIN VỆ TINH TINH VỚI TRẠM MẶT ÐẤT TẠI TP HỒ CHÍ MINH VÀ VỆ TINH THAICOM Trong phần ta tính thơng số tuyến thơng tin vệ tinh cụ thể, xét trạm mặt đất đặt TP Đà Nẵng có vĩ độ 13004, kinh độ 100 Đông, thông tin với vệ tinh địa tĩnh THAICOM có kinh độ 1200 Ðơng quỹ đạo vệ tinh ta xin đăng ký với ITU có khả chấp nhận Ta giả sử làm việc với băng Ku với tuyến xuống 12 (GHz) tuyến lên 14(GHz) Số liệu ban đầu Băng tần hoạt động Việc tính tốn thiết kế thực băng Ku với đường lên 14GHz đường xuống 12GHz Với trạm GetWay(trạm cổng-Hub) nhóm (G = 3) UserTerminal Mỗi nhóm gồm 20 trạm UT (L = 20) Trạm mặt đất: Trạm mặt đất đặt Đà Nẵng có đặc điểm sau:  Vĩ độ 160 Bắc  Kinh độ 1020 Đông  Trạm mặt đất có anten đường kính  DUT 1,20m hiệu suất 60% (η = 60%)  DGW 5,5m hiệu suất 75% (η = 75%) (đường kính-cơng suất GW lớn UT)  Công suất máy phát trạm mặt đất  PTX(UT)sat = 1W  PTX(GW)sat = 5W  Độ cao anten trạm mặt đất so với nước biển 10m Vệ tinh:  Vị trí vệ tinh 1200 Đông  EIRP SLsat vệ tinh 43 dBW  Băng thông kênh truyền B = 36MHz  Hệ số tạp âm máy thu vệ tinh F = 3dB  Hệ số phẩm chất máy thu vệ tinh (G/T)s = 1dB/0K 24 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Với số giả thiết sau:  Suy hao độ lệch hướng phân cực (Depointing Loss):  Đối với UT LT = 1,2 dB(phát) LR = 0,9 dB(thu)  Đối với GW LT = LR = 0,5 dB  Suy hao fiđơ: LFTX = 0,2dB(phát) LFR = 0,5dB (thu)  Hệ số suy hao mưa (độ cao vùng mưa 3,028Km) chọn Arain = 6dB  Hệ số suy hao tầng đối lưu 0,02dB/Km  Nhiệt độ môi trường xung quanh trạm mặt đất Txq = 3000K 4.3.2 Tính tốn cự ly thơng tin, góc ngẩng, góc phương vị Tính tốn cự ly thông tin Từ công thức 4.1  cos   cos  cos( Ls  Le )  cos(16 ) cos(120  108 ,30 )  0,94 0 =19,730  cự ly thông tin R  Re  r  Re r cos  Thay số vào ta có : R  6378  42146  6378 42146 0,94 =1311606,7(km) Tính góc ngẩng θe : Re 6378 0,94  42146  0,788  2,34 r  sin  sin 19,730 0,337 cos   Tg e  Từ suy θe = 66.80 Góc phương vị Φe Góc phương vị A tính theo cơng thức 4.4 : tge  tgLe ( sin  ) tg11,7 =  0,75 số âm -36,870  sin 16 Suy Φe =1800-36,870 =143,130 4.3.3 Tính tốn tuyến lên 25 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 4.3.3.1 Tính tốn EIRPe trạm mặt đất Tính tốn độ lợi GTe anten trạm mặt đất Độ lợi anten xác định công thức sau:  Df u  GTe = 10lg   ,  c  GTe = 10lg() + 20lg(  Dfu) - 20lg(c) dB 4.10 Ta có :  hiệu suất hiệu dụng anten ( 0,65) Đường kính anten phát D = 1,20 m tần số phát băng Ku là: fu = 14GHz Thay số vào biểu thức ta tính được: GTe  10 lg 0, 65  20 lg 1, 20  20 lg 14 10  20 lg   20 lg 10  43 dB Vậy độ lợi anten trạm mặt đất 43dB Công suất phát trạm mặt đất Do đường thông tin vệ tinh lớn nên trạm mặt đất ta phải phát với công suất đủ lớn để anten thu vệ tinh nhận tính hiệu Theo giả thiết cơng suất trạm mặt đất PTe = 2W Công suất tính theo dB : PTe(dB) = 10lg(2 )= 0,3 dBw Công suất xạ đẳng hướng tương đương trạm mặt đất Công suất xạ đẳng hướng tương đương trạm mặt đất xác định công thức sau : 4.11 EIRPe= PTe GTe (W) Trong PTe cơng suất phát HPA trừ suy hao fidơ từ máy phát đến anten Cơng thức tính theo đơn vị dB : EIRPe(dB) = PTe(dB) + GTe(dB) - Lf = 0,3 + 43 - = 42,3(dB) Với Lf suy hao fiđơ giả thiết 1dB Mật độ thông lượng sóng mang vệ tinh Ta có:  = EIRPe , tính theo đơn vị dB: 4R  = EIRPe - 20lgR - 10lg(4) (dBW/m2) 4.12 = 42,3 - 20lg (35768.103) - 10lg(4) = - 119,76 (dBW/m2) 4.3.3.2 Tính tốn suy hao tuyến lên 4.3.3.2.1 Suy hao không gian tự 26 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Suy hao không gian tự xác định công thức: 4.13 Thay giá trị R, fu vào : 4R 4 R f  20 lg  20 lg 4  20 lg R  20 lg f  20 lg c  c  20 lg 4  20 lg 35768.10  20 lg 14.109  20 lg 3.108  206, 43dB ( LTD )U  20 lg 4.3.3.2.2 Tính tốn suy hao thời tiết Suy hao thời tiết Đà Nẵng chủ yếu suy hao mưa, suy hao sương mù với độ dày 0.1(g/m3) bỏ qua Để tính suy hao mưa cần có số liệu thống kê khí tượng thuỷ văn mật độ mưa, dạng mưa, độ cao đám mưa theo đồ cường độ mưa năm trung bình cho khu vực châu (của ITU) khu vực Đà Nẵng có cường độ mưa 100 (mm/giờ), hệ số suy hao mưa  u = 3,96 (dB/km) Ta phải tính tốn độ cao mưa hm (km) Vì Đà Nẵng nằm vĩ độ 160 Bắc nên theo khuyến nghị CCIR564, độ cao mưa là: 3,028(km) 4.3.3.2.3 Tính tốn đoạn đường thực tế sóng qua mưa: Ls  hm  hS 3,028  0,01   3,48 (km) sin  e sin 66,80 Trong đó: LS đoạn đường thực tế sóng mưa hS chiều cao trạm mặt đất so với mức nước biển, lấy hS = 0.01km θe góc ngẩng anten trạm mặt đất (tính trên) Xác định hệ số suy hao mưa tuyến lên  u : Suy hao mưa hàm tần số cường độ mưa (  u =3,96 dB/km) Suy hao mưa tuyến lên là: (LM)U =  u LS = 3,96 3,48 = 13,78 (dB) 4.3.3.2.4 Suy hao tầng đối lưu Tầng đối lưu bao gồm chất khí hấp thụ gây suy hao nước, oxy, ozon, co2 Suy hao phụ thuộc nhiều vào tần số góc ngẩng anten đáng kể tần số cơng tác từ 10GHz trở lên Anten có góc ngẩng lớn suy hao tầng đối lưu nhỏ Do tuyến thiết kế tuyến có băng tầng Ku nên suy hao ta bỏ qua tính sau: Do suy hao chất khí có hệ số suy hao k =0,02 (dB/km) Lúc độ cao tầng đối lưu 11km nên đoạn đường sóng tầng đối lưu : 27 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Ldl = 11  0,01  12,67 (km) sin 66,80 Vậy suy hao (Ldl)u = 12.67 0,02 = 0,253 (dB) 4.3.3.2.5 Tổng suy hao tuyến lên LU = (LTD)U + (LM)U+ LPC + LBS + (LDL)U = 206,43 + 13,78 + 0,1 + 0,9 + 0,253 =221,463 dB Trong đó: Lpc =0,1 suy hao lệch phân cực (giả thiết) Lbs =0,9 suy hao lệch búp sóng(giả thiết) 4.3.3.3 Tính tốn nhiệt tạp âm tuyến lên 1.1.1 Nhiệt tạp âm tuyến lên chủ yếu nhiệt tạp âm máy thu vệ tinh anten thu vệ tinh tạo Nhiệt tạp âm máy thu vệ tinh tính công thức: F 10 TR  (10  1)T0 4.14 Trong : F: hệ số tạp âm máy thu vệ tinh, với giả thiết F = 3dB T0 = 3000K Từ suy TR = (10 10  1).300  298 (0K) Nhiệt tạp âm anten thu vệ tinh: giả sử ta chọn nhiệt tạp âm anten thu vệ tinh TRS = 2900K Nhiệt tạp âm tổng cộng tuyến lên : Tu = TR + TRS = 298 + 290 = 5880K 4.3.3.4 Tính tỷ số cơng suất sóng mang công suất tạp âm tuyến lên 4.3.3.4.1 Cơng suất sóng mang thu vệ tinh Cơng suất sóng mang thu vệ tinh xác định công thức C RS  PT GT GRS EIRPe GRS  LU LFIDO LU LF 4.15 hay tính theo đơn vị dBw CRS  EIRPe  GRS  LU  LF (dBw) 28 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Trong : EIRPe tính phần 42,3dB Lu suy hao tổng cộng tuyến lên có giá trị 221,463dB LF suy hao fidơ vệ tinh (giả thiết =1) GGS độ lợi anten thu vệ tinh tính cơng thức sau: GRS  (G / T ) S  10lgTU (G/T)S hệ số phẩm chất máy thu phần giả thiết, ta có (G/T)S = 1dB/0K Tu nhiệt độ tạp âm nhiễu tuyến lên Tu = 5880K Từ ta tính : GRS = 1+10lg588 = 28,7 (dB/0K) Thay vào, ta có : CRS = 42,3+28,7- 221,463- 1= -151,46 (dBw) 4.3.3.4.2 Tính cơng suất tạp âm tuyến lên Công suất tạp âm tuyến lên (NU) xác định cơng thức : NU = k.TU.B 4.16 Trong : k: số Boltzmann, k=1,38*10-23 w/0K TU: nhiệt tạp âm tuyến lên TU = 5880K B : băng tần kênh truyền B = 54MHz Tính theo đơn vị dB viết lại sau: NU = 10lgk + 10lgTU + 10lgB (dBw) NU = 10lg1,38*10-23 + 10lg588 + 10lg(54*106)= -123,58(dBW) 4.3.3.4.3 Tính tỷ số cơng suất sóng mang công suất tạp âm tuyến lên: Tỉ số (C/N)U Tính theo đơn vị dB ta có (C/N)U = CRS - NU = -151,46 - (-123,58) = 23,36(dB) 4.3.4 Tính tốn tuyến xuống 4.3.4.1 Tính tốn độ lợi GRe anten trạm mặt đất 29 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Độ lợi anten trạm mặt đất trường hợp thu tính hiệu từ vệ tinh xác định công thức: G RE (dB)  10 lg   20 lg D  20 lg f  20 lg   20 lg c Ta có = 0,65 Đường kính anten D=20m tần số phát băng Ku có fd = 12GHz Thay số vào biểu thức ta tính G RE  10 lg 0,65  20 lg 20  20 lg 12.10  20 lg   20 lg 3.10  66,13(dB) Vậy độ lợi anten trạm mặt đất trường hợp thu (GRE)d =66,13dB 4.3.4.2 Tính tốn suy hao tuyến xuống Cũng giống suy hao tuyến lên, suy hao tuyến xuống bao gồm: Suy hao không gian tự Suy hao mưa Suy hao tầng đối lưu Suy hao đặt anten chưa Suy hao không thu phân cực Do tần số phát xuống khác với tần số phát lên (fd=12GHz) nên suy hao tuyến xuống khác với suy hao tuyến lên Vậy để có suy hao tuyến xuống ta tính lại suy hao Suy hao không gian tự Từ công thức 4.13 Thay giá trị R fd = 12GHz ( LTD ) D  20 lg 4  20 lg R  20 lg f d  20 lg c  20 lg 4  20 lg 36658,7.10  20 lg 12.109  20 lg 3.108  205,3dB Các suy hao khác tuyến xuống tương tự tuyến lên 4.3.4.3 Tổng suy hao tuyến xuống LD = ( LTD ) D + (LM)D + LBS + LPC+ (LDL)D = 205,3 + 14,25 + 0.1 + 0,9 + 0,262 = 220,81dB 4.3.5 Tính cơng suất sóng mang nhận đầu thu trạm mặt đất Công suất sóng mang thu trạm mặt đất xác định công thức sau : CRE  EIRPS  LD  GRE  LF (dBw) 4.17 30 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Trong : + EIRPs = 41,46dBW + Ld suy hao tổng cộng tuyến xuống có giá trị 220,81 dB + Lf suy hao fidơ trạm mặt đất theo giả thiết có giá trị 1dB + GGE độ lợi anten thu trạm mặt đất, GGE = 66,13dB Thay tất giá trị vào biểu thức ta có : CRE = 41,46 - 220,81 + 66,13 - 1= -105,68 dBw 4.3.6 Tính tốn nhiệt tạp âm hướng xuống 4.3.6.1 Nhiệt tạp âm không gian Nhiệt tạp âm không gian chủ yếu nhiệt tạp âm vũ trụ nhiệt tạp âm mặt trời Trong đó, nhiệt tạp âm vũ trụ có độ lớn khoảng 2,760K nhiệt tạp âm mặt trời có độ lớn khoảng 500K Do đó, nhiệt tạp âm khơng gian có độ lớn : TS =2,76 + 50 =52,760K 4.3.6.2 Nhiệt tạp âm mưa Nhiệt tạp âm mưa xác định công thức : TM  Tm (1  Trong đó: ) K LM   4.18 + TM : Nhiệt tạp âm mưa + LM: suy hao mưa, suy hao xác định phần (4.3.4.2) có giá trị 14,25dB Nếu khơng tính theo đơn vị dB, ta có :  LM  10 14 , 25 10 LM = 10logLM (dB)  26,6 + Tm : nhiệt độ mưa , nhiệt độ xác định : Tm=1,12Txq-50 (0K) với nhiệt độ Txq=3000K Suy Tm=1,12x300 - 50 =2860K Như T M = 286(1- ) = 2750K 26,6 4.3.6.3 Nhiệt tạp âm hệ thống fiđơ Nhiệt tạp âm hệ thống fiđơ xác định cơng thức : TF =T0(LF-1) Trong : T0 nhiệt độ môi trường To= 3000K 31 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LF =1dB nên suy LF = 10 10  1,26  TF = 300.(1,26 - 1) = 780K 4.3.6.4 Nhiệt tạp âm máy thu : Nhiệt tạp âm máy thu dựa công thức 4.9 Nhiệt tạp âm máy thu chủ yếu phụ thuộc vào nhiệt tạp âm tầng Nếu hệ số khuếch đại đầu vào đủ lớn tạp âm tầng sau bỏ qua Giá trị nhiệt tạp âm tầng thứ phụ thuộc vào loại máy thu có giá trị từ 70 K3000 K Ta chọn máy thu có nhiệt tạp âm đầu vào 1000 K Vậy TR =1000 K 4.3.6.5 Nhiệt tạp âm hệ thống Nhiệt tạp âm hệ thống xác định công thức sau : Tsys  Ts  TA  TF  TR LF 4.19 Trong + Tsys : Nhiệt tạp âm hệ thống + Ts : Nhiệt tạp âm bên + TA: Nhiệt tạp âm nhận đầu thu anten + TF : Nhiệt tạp âm hệ thống fiđơ tạo + TR : Nhiệt tạp âm máy thu + LF : Hệ số suy hao hệ thống fiđơ tạo Trong ta có TS + TA = TS +TM = 52,76 + 275 =327,760K + Suy hao fiđơ tính : LF =1,26 + Nhiệt tạp âm máy thu TF = 1000K  Tsys = 327,76  78  100  422 K 1,26 Hệ số phẩm chất trạm mặt đất: G   = GRE - 10lgTSYS =66,13 - 10lg422 = 39,88dB/ K  T E 4.3.6.6 Công suất tạp âm hệ thống Nsys = 10lgk +10lgT sys+10lgB =10lg1,38x10-23 + 10lg422+10lg36x106 = -126,78(dBw) 32 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 4.3.6.7 Tỷ số cơng suất sóng mang cơng suất tạp âm Tỷ số cơng suất sóng mang công suất tạp âm : (C/N)D = CRE - Nsys Trong CRE = -105,68 NSYS = -126,78  (C/N)D = -105,68 - (- 126,78) = 21,1dB 33 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... fiđơ, suy hao phân cực anten, đặc tính lọc ) để biết hệ số dự trữ kết nối T  Vệ tinh + Vị trí vệ tinh quỹ đạo + Mức EIRP vệ tinh, hệ số phẩm chất (G/T)s vệ tinh + Băng thông máy phát đáp, dạng... nước biển 10m ? ?Vệ tinh:  Vị trí vệ tinh 1200 Đông  EIRP SLsat vệ tinh 43 dBW  Băng thông kênh truyền B = 36MHz  Hệ số tạp âm máy thu vệ tinh F = 3dB  Hệ số phẩm chất máy thu vệ tinh (G/T)s... thuộc vào kinh độ, vừa kinh độ điểm thu kinh độ vệ tinh Góc phương vị vệ tinh tính theo cơng thức: Vệ tinh 1: a1 = 1800- kinh độ đông Vệ tinh 2: a2 = 1800+ kinh độ tây Góc phương vị a tính