Nghiên ứu một số giải pháp hạn chế nhiễu trong thông tin vệ tinh

NGUYỄN HẢI CHÂU BỘ GIÁO GIỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN HẢI CHÂU KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ NGHIÊN CỨU MỘT SỐ GIẢI PHÁP HẠN CHẾ NHIỄU TRONG THÔNG TIN VỆ TINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC 2007 – 2009 Hà Nội – 2009 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057205164311000000 BỘ GIÁO GIỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - Nguyễn Hải Châu NGHIÊN CỨU MỘT SỐ GIẢI PHÁP HẠN CHẾ NHIỄU TRONG THÔNG TIN VỆ TINH Chuyên Ngành : Kỹ thuật Điện tử Viễn thông LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN HỮU TRUNG Hà Nội - 2009 LỜI CAM ĐOAN Tôi tên Nguyễn Hải Châu – học viên lớp Cao học Kỹ thuật điện tử – Khoá 2007-2009 – Khoa Điện tử Viễn thông – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Tôi xin cam đoan luận văn thạc sỹ khoa học tự làm, không chép nguyên Các nguồn tài liệu thu thập dịch từ tài liệu chuẩn nước Số liệu luận văn số liệu thực tế, không bịa đặt Nếu có sai phạm tơi xin chịu trách nhiệm trước hội đồng tốt nghiệp nhà trường Người làm cam đoan Nguyễn Hải Châu MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU Chương 1: TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN VỆ TINH 1.1 Giới thiệu chung thông tin vệ tinh 1.1.1 1.1.2 Giới thiệu chung Đặc điểm thông tin vệ tinh 1.2 Cấu trúc tuyến liên lạc vệ tinh 1.2.1 Các thiết bị tuyến liên lạc thông tin vệ tinh 1.2.2 Tuyến liên lạc qua hệ thống thông tin vệ tinh 1.3 Các vấn đề truyền sóng 1.3.1 Tần số công tác thông tin vệ tinh 1.3.2 1.3.3 Phân định tần số thông tin vệ tinh Tần số sử dụng cho thông tin vệ tinh cố định 1.3.4 1.3.5 Phân cực sóng Tạp âm 10 1.4 Đa truy nhập thông tin vệ tinh 11 1.4.1 Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) 12 1.4.2 Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) 14 1.4.3 1.4.4 Kỹ thuật CDMA 17 Kỹ thuật DAMA 18 1.5 Cấu trúc trạm mặt đất 19 1.5.1 Anten trạm mặt đất 20 1.5.2 1.5.3 Bộ khuếch đại công suất 27 Bộ khuếch đại tạp âm thấp (LNA) 28 1.5.4 Bộ đổi tần 28 Chương 2: NHIỄU TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH 31 2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống 31 2.1.1 Các tham số đánh giá chất lượng hệ thống 2.1.2 thông tin vệ tinh 31 Một số yếu tố ảnh hưởng môi trường truyền dẫn 34 2.2 Một số phương pháp tính nhiễu 37 2.2.1 Phương pháp tính nhiễu hệ thống thông tin vệ tinh 2.2.2 địa tĩnh 37 Phương pháp tính nhiễu hệ thống thông tin vệ tinh 2.2.3 phi địa tĩnh tới hệ thống thông tin vệ tinh địa tĩnh 52 Tính nhiễu hệ thống vơ tuyến mặt đất với hệ thống GSO 55 Chương 3: CÁC GIẢI PHÁP HẠN CHẾ NHIỄU TRONG THÔNG TIN 3.1 VỆ TINH 63 Các nguồn nhiễu 63 3.2 Các loại nhiễu giải pháp hạn chế nhiễu 64 3.2.1 Nhiễu tín hiệu FM 64 3.2.2 3.2.3 Nhiễu xuyên phân cực: 66 Nhiễu sóng mang số, sóng mang sóng mang TV/FM 68 3.2.4 3.2.5 Nhiễu xuyên điều chế 69 Nhiễu vệ tinh lân cận 74 KẾT LUẬN 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO 81 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT A/D CCIR Analog/Digital Comité consultatif International pour la radio Tương tự/Số Ủy ban tư vấn tần số Quốc tế CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CW Carrier Wave Sóng mang Demand Asigned Multiple Access Đa truy nhập ấn định theo yêu cầu DC Down Converter Bộ đổi tần xuống DTH Direct to Home Trực tiếp đến tận nhà EHF Etremely High Frequency Tần số cao Equivalent Isotropically Công suất xạ đẳng hướng tương đương DAMA EIRP Radiated Power Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần số FM Frequency Modulation Điều chế tần số GSO Geosynchronous Orbit Vệ tinh quỹ đạo địa tĩnh HF High Frequency Tần số cao HPA High Power Amplifier Bộ khuếch đại công suất cao IBO Input BackOff Dự phòng đầu vào IF Intermediate Frequency Trung tần ISL InterSatellite Link Liên kết vệ tinh ITU International Telecommunication Liên minh viễn thông Quốc tế Union KPA Klystron power Amplifier LF LNA Low Frequency Low Noise Amplifier MCPC Multiple Carrier Per Transponder MF Medium Frequency FDMA Bộ khuếch đại công suất cao đèn Klystron Tần số thấp Bộ khuếch đại tạp âm thấp Nhiều sóng mang phát đáp Tần số trung bình NOC Network Operations Center Trung tâm điều hành mạng Non – GSO Non Geosynchronous Orbit Vệ tinh quỹ đạo phi địa tĩnh OBO Output BackOff Dự phòng đầu PCM Pulse Code Modulation Điều chế mã xung PSK Phase Shift Keying Khóa dịch pha RF Radio Frequency Cao tần SCPC Single Channel Per Carrier Một kênh đơn sóng mang SCPT Single Carrier Per Transponder Một số sóng mang phát đáp SFD Saturation Flux Density Mật độ thơng lượng bão hịa SHF Super High Frequency Tần số siêu cao SLF Super Low Frequency SSPA Solid State Power Amplifier Tần số thấp Bộ khuếch đại công suất đèn bán dẫn TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian TWT Traveling Wave Tube Đèn sóng chạy TWTA Traveling Wave Tube Amplifier Bộ khuếch đại công suất đèn sóng chạy TWT UAT Uplink Access Test Q trình kiểm tra truy nhập kênh hướng lên UC Up converter Bộ đổi tần lên UHF Ultra High Frequency Tần số cực cao ULF Ultra Low Frequency Tần số cực thấp VHF Very High Frequency Tần số cao VLF Very Low Frequency Tần số thấp DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Tần phân loại sóng vơ tuyến điện .7 Bảng 1.2: Các băng tần sử dụng cho thông tin vệ tinh .9 Bảng 2.1: Phân loại sóng mang 46 Bảng 2.2: Các giá trị ngưỡng tương ứng với cặp sóng mang nhiễu bị nhiễu 47 Bảng 2.3: Giá trị β vz phụ thuộc vào vùng khí hậu .60 Bảng 2.4: Giá trị d ứng với vùng 60 Bảng 2.5: Giá trị ngưỡng L (P) 61 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Đường liên lạc thơng tin vệ tinh Hình 1.2: Đa truy nhập phân chia theo tần số 13 Hình 1.3: Đa truy nhập phân chia theo thời gian 15 Hình 1.4: Cấu hình trạm mặt đất 19 Hình 1.5: Anten Cassegrain 23 Hình 2.1: Suy giảm băng tần môi trường truyền dẫn 34 Hình 2.2: Mơ tả ảnh hưởng nhiễu hai mạng thông tin vệ tinh sử dụng băng tần hướng 42 Hình 2.3: Hai hệ thống sử dụng băng tần theo hai hướng ngược .44 Hình 3.1: Tỷ lệ phần trăm nguyên nhân gây nhiễu 63 Hình 3.2: Phổ nhiễu tín hiệu FM .64 Hình 3.3: Nhiễu tín hiệu FM 65 Hình 3.4: Nhiễu xuyên phân cực .66 Hình 3.5: Phổ nhiễu xuyên phân cực 67 Hình 3.6: Phổ nhiễu sóng mang số, sóng mang sóng mang TV/FM 69 Hình 3.7: Phổ nhiễu xuyên điều chế (1) 69 Hình 3.8: Nhiễu xuyên điều chế 70 Hình 3.9: Phổ nhiễu xuyên điều chế (2) 70 Hình 3.10: Nhiễu vệ tinh lân cận (1) 74 Hình 3.11: Nhiễu vệ tinh lân cận (1) 75 Hình 3.12: Nhiễu vệ tinh lân cận (2) 75 Hình 3.13: Nhiễu vệ tinh lân cận (2) 76 Hình 3.14: Nhiễu vệ tinh lân cận (2) 76 Hình 3.15: Nhiễu vệ tinh lân cận hướng thu (1) 77 Hình 3.16: Nhiễu vệ tinh lân cận hướng thu (2) 78 Hình 3.17: Nhiễu vệ tinh lân cận hướng thu (3) 78 MỞ ĐẦU Trong năm gần đây, lĩnh vực thông tin viễn thơng có bước tiến nhanh chóng, đóng góp vai trị ngày quan trọng phát triển kinh tế nước ta Không nằm ngồi xu chung đó, thơng tin vệ tinh không ngừng phát triển với ứng dụng, dịch vụ cho ngành, lĩnh vực như: quân sự, viễn thơng, khí tượng thủy văn, hàng hải, khác thác dầu, giáo dục, y tế, phát thanh, truyền hình đặc biệt bùng nổ truyền hình DTH Với nhu cầu ngày lớn, công nghệ, kỹ thuật lĩnh vực thơng tin vệ tinh tìm hiểu, nghiên cứu ứng dụng nhiều vào thực tiễn Để đáp ứng nhu cầu lớn dịch vụ thông tinh vệ tinh, số lượng vệ tinh quỹ đạo phóng lên ngày nhiều, với khoảng cách vệ tinh bị thu hẹp dần từ 40 hay trước đây, vị trí quỹ đạo có vài vệ tinh Các dải tần vệ tinh C, Ku, Ka sử dụng cách tối đa, đồng thời cơng nghệ phủ sóng spotbeam nhiều nhà khai thác vệ tinh sử dụng Với việc khai thác tối đa nguồn tài nguyên thông tin vệ tinh, khả xuất gây nhiễu hệ thống, hệ thống dễ xảy Trong thông tin vệ tinh, tác động ảnh hưởng nhiễu đến chất lượng dịch vụ lớn Các nguồn nhiễu kể đến như: nhiễu sóng mang lân cận, nhiễu vệ tinh lân cận, nhiễu hệ thống khách hàng, nhiễu xuyên phân cực, nhiễu mặt trời nhiều loại nhiễu khác Vì vậy, việc tìm hiểu nghiên cứu nhiễu thơng tin vệ tinh cần thiết, đặc biệt nước ta phóng vệ tinh VINASAT-1 phóng thêm nhiều vệ tinh khác tương lai Với yêu cầu đó, đề tài “Nghiên cứu số giải pháp hạn chế nhiễu thông tin vệ tinh” lựa chọn để nghiên cứu, phân tích ứng dụng thực tế, làm sở xây dựng nên quy trình xử lý nhiễu Tài liệu có tính áp dụng thực