Thông tin di động trong những năm gần đây đã có sự bùng nổ về số lợng ngời sử dụng với tốc độ phát triển lên tới hàng chục % mỗi năm và số thuê bao điện thoại di động đã vợt qua số th
bộ giáo dục đào tạo Trờng đại học bách khoa hµ néi - luận văn thạc sỹ khoa học xác định ¶nh hëng cđa nhiƠu tõ vƯ tinh n-sat-heo tíi hƯ thống 3G việt nam băng tần 2.6 GHz ngành: Điện tử-Viễn thông lê văn tuấn Ngời hớng dẫn Khoa häc: PGS.Ts Hå Anh Tuý Hµ néi - 2005 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057205136821000000 lời cảm ơn Để thực luận này, đà nhận đợc hớng dẫn, giúp đỡ tận tâm thày cô đồng nghiệp Trớc hết, xin trân thành cảm ơn PGS TS Hồ Anh Tuý - ngời thầy đà dìu dắt từ năm Đại học, đà hớng dẫn tận tình cho Tôi trình thực đề tài Các gợi ý nh góp ý mặt khoa học PGS đà giúp định hớng đợc việc lựa chọn bớc thực nhằm hoàn thành tốt đợc đề tài điều kiện eo hẹp thời gian Tôi bày tỏ lòng biết ơn giúp đỡ thày cô giáo Khoa Đào tạo Bồi dỡng sau Đại học Trờng Đại học Bách khoa Hà nội, đặc biệt thày, cô giáo tham gia giảng dạy lớp cao học Điện tử- Viễn thông khoá 2003-2005 đà cung cấp kiến thức, tạo tiền đề cho thực luận văn Tôi xin cảm ơn đồng nghiệp đà tạo điều kiện thuận lợi, hỗ trợ trình Tôi thực luận văn Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn gia đình bạn bè đà động viên, quan tâm giúp đỡ hoàn thành luận văn Hà nội, tháng 10 năm 2005 Lê Văn Tuấn Luận văn tốt nghiệp cao học ĐTVT 2003- 2005 Lê Văn Tuấn Mục lục Trang lời cảm ơn Môc lôc .2 Danh mơc c¸c h×nh vÏ Danh mục Bảng biểu .5 PhÇn I : Tỉng quan PhÇn I : Tæng quan Ch¬ng 1: Néi dung, mục đích đề tài 1.1 T×nh h×nh sư dơng băng tần 2500-2690MHz giới Việt nam 1.2 Nội dung, mục đích luận văn Ch¬ng 2: Tỉng quan vỊ hƯ thèng N-SAT-HEO vµ hƯ thèng 3G .10 2.1 HÖ thèng vÖ tinh phi ®Þa tÜnh N-SAT-HEO cđa NhËt .10 2.1.1 CÊu h×nh hƯ thèng 10 2.1.2 C¸c tham sè hÖ thèng 12 2.1.2.1 Băng tần 12 2.1.2.2 Ph©n cùc 12 2.1.2.3 §iỊu chÕ sãng mang 12 2.1.2.4 HƯ sè c¾t (roll-off factor) 12 2.1.2.5 Tham số quỹ đạo .12 2.1.2.6 Anten vÖ tinh .14 2.2 Sơ lợc cấu trúc hệ thống di động thÕ hÖ ba (3G hay IMT-2000 ) 15 2.2.1 Các dịch vụ 3G 15 2.2.2 C¸c giao diƯn v« tun cđa 3G (IMT-2000) .16 2.2.2.1 Tiêu chuẩn CDMA băng rộng (Wide band CDMA-WCDMA) 16 2.2.2.2 Tiêu chuẩn CDMA đa sóng mang (CDMA-2000 ) .17 2.2.2.3 Tiªu chuÈn CDMA song c«ng theo thêi gian ( CDMA TDD ) 18 2.2.2.4 Tiêu chuẩn TDMA sóng mang đơn (TDMA Single Carrier) 18 2.2.2.5 Tiªu chuÈn FDMA/TDMA 19 2.2.2.6 Lé tr×nh nâng cấp lên 3G Việt nam 19 2.2.3 Các loại cell .19 2.2.4 Băng tần 20 Phần II: Phơng pháp xác định ảnh hởng nhiễu từ hệ thống vệ tinh tíi hƯ thèng 3G 22 Chơng 3: ảnh hởng cđa nhiƠu ®Õn hƯ thèng 3G .22 3.1 NhiƠu hƯ thèng CDMA 22 3.1.1 Kh¸i niƯm vỊ nhiƠu 22 3.1.1.1 Khái niệm phân lo¹i nhiƠu 22 Luận văn tốt nghiệp cao học ĐTVT 2003- 2005 Lê Văn Tuấn 3.1.1.2 Nhiễu cộng nhiễu nhân -tû sè tÝn hiƯu/nhiƠu 23 3.1.2 Kỹ thuật trải phổ CDMA 25 3.1.2.1 Giíi thiƯu chung 25 3.1.2.2 Băng thông tín hiệu trải phổ .27 3.1.2.3 M· ngÉu nhiªn 27 3.1.2.4 HƯ thèng m¸y ph¸t, m¸y thu tr¶i phỉ trùc tiÕp (DSSS) .29 3.1.2.4.1M¸y ph¸t DSSS-BPSK .29 3.1.2.4.2M¸y thu DSSS-BPSK 30 3.1.2.5 MËt ®é phỉ c«ng st 32 3.1.2.6 Điều khiển công suất hÖ thèng CDMA 34 3.1.3 NhiƠu hƯ thèng CDMA .34 3.1.3.1 Với nhiễu tạp âm Gausse tr¾ng céng (AWGN), No 36 3.1.3.2 Nhiễu băng hẹp 36 3.1.3.3 Nhiễu băng rộng 37 3.1.3.4 Nhiễu đồng kênh (từ ngời sử dụng khác) 37 3.2 ảnh hởng cđa nhiƠu tíi m¹ng 3G 39 3.2.1 Tæng quan .39 3.2.2 Phơng pháp tính suy giảm vùng phủ sóng hƯ thèng 3G nhiƠu 40 3.2.2.1 TÝnh to¸n hệ số tăng tạp âm nhiệt đờng lên CDMA 41 3.2.2.2 TÝnh to¸n hƯ sè suy gi¶m vïng phđ cđa sector 44 3.2.2.3 ¶nh hëng cđa nhiƠu tíi mét site 3G cã nhiỊu sector 45 Ch¬ng 4: Ph¬ng ph¸p tÝnh to¸n møc nhiƠu .49 4.1 Phơng pháp tính mức nhiễu từ hệ thống N-SAT-HEO vào trạm gốc 3G .49 4.1.1 Thuật to¸n .49 4.1.2 Hệ số phân cách phân cùc .54 4.1.3 C¸c hƯ sè suy hao kh¸c 54 4.1.4 Tính toán độ tăng ích búp sóng phụ anten trạm gốc 3G 54 4.2 Xác định vị trí tức thời vệ tinh phi địa tĩnh không gian 55 4.2.1 Ba định luật Kepler .55 4.2.2 Các tham số quỹ đạo vệ tinh 58 4.2.3 Xác định vị trí vệ tinh không gian 60 4.2.3.1 X¸c định toạ độ vệ tinh .60 4.2.3.2 Xác định Ly giác cđa nót lªn u(t) theo thêi gian 64 4.2.4 Xác định góc ngẩng góc phơng vị 69 Phần III: Xác định ảnh hởng nhiễu với điều kiện thùc tÕ ViÖt nam .71 Ch¬ng 5: Thực xác định ảnh hởng nhiễu với ®iỊu kiƯn thùc tÕ cđa ViƯt nam 71 5.1 Thuật toán chơng trình thực hiÖn phÐp tÝnh 71 5.2 C¸c tham sè sư dơng .74 5.2.1 HÖ thèng vÖ tinh N-SAT-HEO 74 Luận văn tốt nghiệp cao học ĐTVT 2003- 2005 Lê Văn Tuấn 5.2.2 Hệ thống 3G 75 5.3 Chơng trình dùng bảng tính excel .77 5.3.1 PhÇn sè liƯu đầu vào 77 5.3.2 Phần tính toán 79 5.3.3 Phần hiển thị kết 82 5.4 Chơng trình Visual Basic 84 5.4.1 Giao diện chơng trình 85 5.4.2 PhÇn m· chơng trình .88 5.4.3 Hiển thị kết chi tiết .88 Ch¬ng 6: Kết quả, nhận xét kiến nghị 90 6.1 KÕt qu¶ tính cho số địa điểm cụ thể Việt nam 90 6.2 NhËn xÐt 91 6.3 KiÕn nghÞ 93 tµi liƯu tham kh¶o .95 Phơ lơc 1: M· ch¬ng tr×nh VB 97 Phụ lục 2: Chơng trình Excel 112 Danh mục hình vẽ Hình 1: Bảng phân bổ tần số băng 2.6 GHz ITU .7 H×nh 2:HƯ thèng vƯ tinh N-SAT-HEO 11 Hình 3: Vết di chuyển mặt đất vệ tinh N-SAT-HEO 14 H×nh 4: Lé trình nâng cấp lên 3G mạng di động Việt nam 19 Hình 5: loại cell cña 3G (IMT-2000) 20 Hình 6: Các phơng án quy hoạch tÇn sè cho IMT-2000 .21 Hình 7:Chuỗi PN với chu kỳ N=15 28 Hình 8:Sơ đồ khối máy phát DSSS BPSK dạng tín hiệu .29 Hình 9: sơ đồ khối máy thu DSSS-BPSK dạng tín hiệu .31 Hình 10: phổ công suất hÖ thèng DSSS-BPSK 33 Hình 11: Các loại nhiễu hệ thống CDMA .35 H×nh 12: Phỉ tín hiệu băng hẹp gây nhiễu cho mạng S-Fone Tp.HCM .37 Hình 13: Nhiễu đồng kênh (từ c¸c ngêi sư dơng kh¸c) .38 Hình 14: Nhiễu làm giảm khoảng cách phủ sóng 40 H×nh 15:BiÕn thiên hệ số tăng tạp âm đờng lên data throughput 43 Hình 16: ảnh hởng nhiƠu tíi cell cã sector 46 Hình 17: ảnh hởng nhiễu tới trạm gốc ni=0.5, 1, dB 47 Hình 18: Các tham số quỹ đạo vÖ tinh 58 Hình 19:Tam giác cầu ABC 61 H×nh 20: Xác định toạ độ vệ tinh 62 LuËn văn tốt nghiệp cao học ĐTVT 2003- 2005 Lê Văn Tuấn Hình 21:Lu đồ thuật toán 73 H×nh 22: Modun tham số quỹ đạo 78 H×nh 23: Modun tham số phát xạ 79 Hình 24: Modun xác định góc nót u(t) 80 Hình 25: Modun tính toạ độ, khoảng cách vÖ tinh 80 Hình 26: Modun tính góc ngẩng, góc phơng vị 81 H×nh 27: Modun tÝnh Off-axis Gain cña anten Sector 81 Hình 28: Modun tính Isat/Nth modun tính độ suy giảm vùng phủ sóng 82 Hình 29: Bảng kết .82 H×nh 30: Vết quỹ đạo vệ tinh mặt đất .83 Hình 31: Đồ thị suy giảm vùng phủ sóng với pfd=-113dBW/m2.MHz 84 Hình 32: Giao diện chơng trình chung 86 H×nh 33: Giao diện chơng trình tính Isat/Nth .86 Hình 34: Bảng kết tổng hợp 11 tỉnh đợc khảo sát 89 Hình 35: Suy giảm vùng phủ sãng víi c¸c møc pfd kh¸c 90 Hình 36: Suy giảm vùng phủ 1BTS Tp.HCM vơi mức pfd khác 91 Danh mục Bảng biểu Bảng 1:Các tham số đờng lªn cđa hƯ thèng 3G 42 Bảng 2: Số lợng ngời sử dụng gây hệ số tăng tạp âm .43 B¶ng 3: Sù suy gi¶m vïng phđ sóng theo giá trị Isat/Nth 48 B¶ng 5: Tham sè hƯ thèng N-SAT-HEO 74 B¶ng 6: Tham sè hÖ thèng 3G 76 B¶ng 7: Toạ độ địa điểm đặt BTS 76 Luận văn tốt nghiệp cao học ĐTVT 2003- 2005 Lê Văn Tuấn Phần I : Tổng quan Chơng 1: Nội dung, mục đích đề tài 1.1 Tình hình sử dụng băng tần 2500-2690MHz giới Việt nam Do đặc tính truyền lan không phụ thuộc biên giới hành sóng vô tuyến điện, nên việc sử dụng hệ thống thông tin vô tuyến nớc nói chung Việt nam nói riêng phải tuân theo quy định quốc tế, cụ thể Thể lệ Vô tuyến điện (Radio Regulations-RR) Liên minh Viễn thông Qc tÕ (the International Telecommunications Union-ITU ) ThĨ lƯ V« tuyến điện Hội nghị Thông tin vô tuyến Thế giới (the Worl Radiocommunications ConferenceWRC) thông qua sửa đổi Các WRC thờng đợc tổ chức theo chu kỳ từ đến năm lần Thông tin di động năm gần đà có bùng nổ số lợng ngời sử dụng với tốc độ phát triển lên tới hàng chục % năm số thuê bao điện thoại di động đà vợt qua số thuê bao điện thoại cố định Bên cạnh đó, xu chuyển đổi từ hệ thống thông tin động hệ (2G) lên hệ thống thông tin di động thÕ hƯ 3, hay IMT-2000 theo c¸ch gäi cđa ITU diễn mạnh mẽ Hai mạng Vinaphone MobiFone đà triển khai dịch vụ GPRS công nghệ GSM, mạng S-Fone triển khai công nghệ CDMA-2000 1x tới mạng di động Công ty viễn thông điện lực triển khai công nghệ CDMA2000 1x EV-DO Thấy trớc đợc nhu cầu phát triển mạng di động 3G, từ năm 2000, ITU đà thông qua việc sử dụng thêm băng tần 2500-2690MHz (2.6GHz) cho hệ thống toàn cầu Trong Quy hoạch phổ tần quốc gia Việt nam, băng tần đà đợc xác định giành cho việc triển khai hệ thống 3G tơng lai gần Luận văn tốt nghiệp cao học ĐTVT 2003- 2005 Lê Văn Tuấn Hội nghị thông tin vô tuyến giới năm 2000 (WRC-2000) đà thông qua định cho phép số nớc khu vực Châu Thái bình dơng ( Khu vực theo phân chia ITU) đợc triển khai c¸c hƯ thèng Ph¸t sè (sound digital broadcasting) qua vệ tinh phi địa tĩnh (non-GSO satellites) băng tần 2630-2655MHz Hội nghị Thông tin vô tuyến giới năm 2003 (WRC-03) tiếp tục mở rộng, cho phép nớc đợc sử dụng thêm băng tần 26052630MHz loại hình vệ tinh địa tĩnh (GSO satellite) để cung cấp loại hình dịch vụ phát số qua vệ tinh nói Hình 1: Bảng phân bổ tần số băng 2.6 GHz ITU Ngoài ra, yếu tố lịch sử, băng tần 2500-2690MHz đợc sử dụng cho loại hình thông tin vô tuyến cố định (viba, hệ thống truyền hình MMDS, ), hệ thống thông tin di động mặt đất (hệ thống vô tuyến điều hành taxi, ) thông tin vệ tinh cố định, dịch vụ truyền hình qua vệ tinh Hình trình bày Luận văn tốt nghiệp cao học ĐTVT 2003- 2005 Lê Văn Tuấn bảng loại hình thông tin vô tuyến đợc phép sử dụng băng tần 25202655MHz Thể lệ Vô tuyến điện 2004 ITU Các quy định liên quan đến hệ thống phát số qua vệ tinh đợc nêu điều khoản 5.418 Quy định sử dụnng IMT-2000 nêu điều khoản 5.384A Điều khoản 5.418 ghi Hàn quốc, ấn độ, Nhật bản, Pakistan Thái lan băng tần 2535-2655MHz đợc phân bổ cho nghiệp vụ Thông tin quảng bá (phát thanh) qua vệ tinh hệ thống phụ trợ dới mặt đất nh nghiệp vụ Việc sử dụng hạn chế cho hệ thống phát số Điều khoản 5.384A ghi Các băng tần, hay số đoạn băng tần băng, 1710-1885 MHz 2500-2690MHz, đợc xác định để nớc sử dụng cho hệ thống IMT-2000 ” Nh vËy, khu vùc sÏ cã mét số nớc sử dụng băng tần 2605-2655MHz cho hệ thống ph¸t sè qua vƯ tinh, mét sè níc sư dụng cho hệ thống thông tin di động hệ Trên sở quy định ITU, Nhật có kế hoạch triển khai hệ thống phát số qua vệ tinh phi địa tĩnh (non-GSO BSS) với tên gọi NSAT-HEO băng tần 2630-2655MHz dự kiến cung cấp dịch vụ vào năm 2008 Hàn quốc có dự định xây dựng hệ thống khác làm việc băng tần 2605-2630 MHz Với Việt nam, băng tần 2500-2690MHz đợc Đài truyền hình Việt nam sử dụng cho hệ thống truyền hình MMDS Tuy nhiên, thời gian tới, theo Quy hoạch phổ tần quốc gia băng tần dự kiến đợc sử dụng cho hệ thống thông tin di động 3G (IMT-2000) Luận văn tốt nghiệp cao học ĐTVT 2003- 2005 Lê Văn Tuấn 1.2 Nội dung, mục đích luận văn Dù hệ thống vệ tinh N-SAT-HEO cung cấp dịch vụ Nhật bản, nhng hệ thống vệ tinh có công suất lớn, sử dụng băng tần trùng với băng tần hệ thống 3G nên khả búp sóng phụ hệ thống vệ tinh có mức công suất lớn, gây ảnh hởng tới hệ thống 3G nớc khu vùc, ®ã cã ViƯt nam HiƯn nay, Nhóm nghiên cứu (Study Group) ITU-R nghiên cứu ảnh hởng hệ thống tới hệ thống thông tin vô tuyến mặt đất băng tần 2.6 GHz để xác lập điều kiện mức công suất phát xạ phụ mà hệ thống phải tuân theo ITU đà thống đa số khuyến nghị (Recommendation) phơng pháp tính (methodology) tham số đầu vào làm sở cho việc tính toán chi tiết Mục tiêu luận văn tìm hiểu phơng pháp tính toán, xác định mức độ ảnh hởng hệ thống vệ tinh quỹ đạo cao N-SAT-HEO Nhật tới hệ thống 3G, mà cụ thể mức độ suy giảm vùng phủ sóng trạm BTS (Base Transceiver Station), từ áp dụng vào điều kiện Việt nam Kết tính đợc sử dụng để xác định mức công suất phát xạ tối đa chấp nhận đợc từ hệ thống N-SAT-HEO tới lÃnh thổ Việt nam để làm sở đàm phán với Nhật xây dựng quan điểm Việt nam vấn đề ITU