72 Trang 4 4LỜI CAM ĐOAN Trang 5 5DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮTBER Bit Error Rate Tỷ lệ lỗi bitBPC Bi-directional Power Converter Bộ chuyển đổi công suất BPF Band Pass Filter Bộ lọc thô
TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH THÔNG TIN VỆ TINH
Lịch sử phát triển hệ thống thông tin vệ tinh
Hệ thống truyền tin vệ tinh là một mạng lưới truyền thông sử dụng bộ chuyển tiếp được lắp đặt trên vệ tinh nhân tạo của Trái Đất, thường được gọi là thông tin vệ tinh.
Hiện nay đã có rất nhiều vệ tinh viễn thông trên bầu trời phục vụ các dịch vụ vi n thông khác nhau ễ
Ngày 4-10-1957 , Liên Xô phóng thành công v ệ tinh đầu tiên lên qu o ỹ đạ
Tháng 12 1958, t- ập đoàn Nasa của Mỹ phóng lên quỹ đạo v tinh Score ệ
Các vệ tinh đầu tiên như Echo, Courier, Telstar, Relay, Syncom và Intelsat 1 đã được phóng từ những năm 1960, chủ yếu phục vụ cho nghiên cứu và không ở quỹ đạo địa tĩnh Đặc biệt, vào năm 1963, vệ tinh Syncom 1 và Syncom 2 đã được đưa vào quỹ đạo địa tĩnh Việt Nam đã có bước tiến quan trọng khi phóng thành công vệ tinh Vinasat-1 vào năm 2008, và sự ra đời của Vinasat-2 vào năm 2012 đã đánh dấu sự phát triển vượt bậc của dịch vụ truyền thông tại Việt Nam.
Đặc điểm của thông tin vệ tinh
Vệ tinh được phóng vào vũ trụ theo quỹ đạo xác định, với chức năng khuếch đại sóng vô tuyến điện từ các trạm mặt đất và phát lại sóng đến các trạm khác Chuyển động của vệ tinh khi quan sát từ mặt đất thay đổi tùy thuộc vào quỹ đạo bay của nó Vệ tinh được phân loại thành hai loại chính: vệ tinh quỹ đạo thấp (quỹ đạo không địa tĩnh) và vệ tinh địa tĩnh.
Vệ tinh quỹ đạo thấp (LEOs) là loại vệ tinh di chuyển liên tục quanh Trái Đất ở độ cao từ 750 đến 1500 km, với quỹ đạo hình elip Các vệ tinh quỹ đạo trung bình (MEO) nằm ở độ cao từ 10,000 đến 20,000 km Một trong những ưu điểm nổi bật của hệ thống thông tin sử dụng các quỹ đạo này là giảm thời gian trễ, cho phép truyền tải thông tin nhanh chóng đến bất kỳ vị trí nào trên Trái Đất.
Vệ tinh địa tĩnh (GEOs) là vệ tinh được phóng lên quỹ đạo tròn trên mặt phẳng đường xích đạo, cách trái đất 35.786 km, và bay quanh quả đất một vòng trong 24 giờ Do chu kỳ bay của vệ tinh trùng với chu kỳ quay của quả đất xung quanh trục của nó theo hướng từ tây sang đông, nên vệ tinh này dường như đứng yên khi quan sát từ mặt đất.
V ệ tinh địa tĩnh được sử ụ d ng r ng rãi do có nhộ ững ưu điểm :
+Vùng ph sóng củ ủa vệ tinh khá r ng, ch c n ba v ộ ỉ ầ ệ tinh địa tĩnh có thể ph sóng toàn c u ủ ầ
+ Thi t b phát sóng dùng trong hế ị ệ ố th ng truy n tin v tinh chề ệ ỉ ầ c n công su t bé ấ
Việc lắp đặt hệ thống truyền tin và vệ tinh trên mặt đất diễn ra nhanh chóng và dễ dàng, không phụ thuộc vào cấu hình mạng hay hệ thống truyền dẫn.
Hệ thống truyền tin vệ tinh phục vụ nhiều dịch vụ quan trọng như liên lạc thoại và phi thoại, thăm dò địa chất, định vị toàn cầu, quan sát mục tiêu, dự báo khí tượng, và đảm bảo an ninh quốc phòng Nó đặc biệt hữu ích trong việc truyền tin ở những vùng có địa hình phức tạp và điều kiện thời tiết khắc nghiệt.
+ Các thiết b n t t trên v tinh có th t n dị điệ ử đặ ệ ể ậ ụng năng lượng m t ặ trời để cung cấp điện hầu như cảngày lẫn đêm.
Tuy nhiên cũng có mộ ố nhược điểt s m:
+ Kinh phí ban đầu để phóng m t v tinh qu o là khá l n, công ngh ộ ệ ỹ đạ ớ ệ phóng và việc sản xuất thiế ịt b không phải nước nào cũng làm được.
Băng tần sóng vô tuyến thông tin bị ảnh hưởng bởi điều kiện thời tiết, đặc biệt là ở những khu vực có mây mù và mưa nhiều Việc sử dụng anten nhỏ có thể dẫn đến tổn hao tín hiệu, trong khi trọng lượng thiết bị nhẹ cũng có thể làm tăng chi phí.
+Khó bao ph ủ ởnhững vùng cực, khó đặt đúng quỹ đạ o
+ Góc ngẩng tương đối thấp khi vĩ độcao
+ Th i gian tr l n ( thờ ễ ớ ời gian đi về ủ c a tín hi u g n 0.25s).ệ ầ
1.3.Tình hình sử ụ d ng các dịch vụ ệ v tinh ở Vi t Nam ệ
1.3.1 Hệ thống truyền dẫn IP qua vệ tinh băng rộng ở Việt Nam.
Initially, Vietnam operated two VSAT networks: SCPC/DAMA and TDM/TDMA The equipment for these systems was supplied by Hughes Network Systems (HNS), utilizing widely adopted Telephone Earth Station (TES) products, including Quantum, Quantum Direct (QDS), and Personal Earth Station (PES), which have been in use globally since the 1990s.
Mạng SCPC/DAMA, hoạt động từ năm 1996, cung cấp dịch vụ thoại, fax và truyền số liệu tốc độ thấp Trong khi đó, mạng TDM/TDMA, ra mắt năm 2000, cung cấp dịch vụ truy cập Internet, X.25 và thiết lập mạng riêng với tốc độ upload đạt 64Kbps và download lên tới 128Kbps.
Mạng SCPC/DAMA hiện có hơn 30 trạm TES và 60 trạm QDS, nhưng thiết bị đã lỗi thời, hoạt động không ổn định và không đáp ứng được tốc độ gia tăng thuê bao Mạng VSAT TDM/TDMA cũng không đủ khả năng kết nối với tốc độ tối đa chỉ 2Mbps, trong khi các trạm VSAT lớn có chi phí cao và phức tạp trong lắp đặt, bảo trì Để đáp ứng nhu cầu băng thông cao của khách hàng và chiến lược của Tổng công ty Bưu chính viễn thông, cần xây dựng một mạng VSAT băng rộng đa dịch vụ, có khả năng thay thế cả hai mạng hiện tại.
S ự hình thành và phát triển của hệ ống IPSTAR được đánh dấ th u bằng các mốc thời gian chính như sau:
Vào tháng 3 năm 2000, cuộc họp lần thứ nhất của các nhà khai thác dịch vụ quốc gia National Service Operator (NSO) của IPSTAR đã được tổ chức tại Bangkok, thu hút sự tham gia của 15 công ty viễn thông hàng đầu trong khu vực Trong bối cảnh này, SSA đã thành lập Công ty IPSTAR (IPSTAR Co.) với 98% vốn thuộc sở hữu của SSA, nhằm cung cấp dịch vụ và thiết bị vệ tinh cho hệ thống IPSTAR.
- Tháng 4/2001: Lần đầu tiên, một hệ thống hoàn chỉnh (trạm cổng, máy phát, máy thu, thiết bị đầu cuối) cho IPSTAR được trình diễn.
- Tháng 7/2001: Hội nghị hàng năm IPSTAR Giới thiệu phiên bản Beta thế hệ thứ nhất của hệ thống IPSTAR.
- Năm 2002/2003: Xây dựng các trạm cổng tại Thái Lan, Miến Điện, Philipin, Myanma, Trung Quốc, Ấn Độ, Úc.
- Quý I/2005: Phóng vệ tinh IPSTAR-1
Nh ư vậy sự hình th nh và à phát triển của hệ thống IPSTAR bắt đầu từ năm
1996 và cho đến nay hệ thống đã ơ bản ho n thiện v đư c à à a vào sử dụng ở Việt nam từ năm 2005
UT sử dụng phương thức ghép phân chia theo thời gian (TDM) kết hợp với kỹ thuật ghép kênh trực giao phân chia theo tần số (OFDM) để đạt hiệu suất truyền dẫn cao Các kênh này được mã hóa bằng TPC (Turbo Product Codes) và điều chế L-codes Trong hướng ngược lại từ UT đến Gateway, các kênh tốc độ thấp áp dụng phương pháp truyền dẫn kết hợp với kỹ thuật đa truy nhập dựa trên nhu cầu sử dụng của khách hàng Kiểu truy nhập ALOHA được sử dụng để điều khiển lưu lượng, bao gồm Slotted ALOHA và TDMA trong việc truyền tải dữ liệu.
Vệ tinh IPSTAR sử dụng vùng phủ sóng với nhiều spot beams, cho phép tái sử dụng tần số hiệu quả, tạo ra băng thông lớn hơn so với vệ tinh thông thường Kỹ thuật này không chỉ nâng cao công suất cho từng spot beam mà còn điều chỉnh công suất linh hoạt theo điều kiện thời tiết, điều mà các vệ tinh thông thường không áp dụng được.
Thiết bị ặt đấ m t sử dụng kỹ thuật phân bổ đường truyền linh hoạt (Dynamic Link Allocation) cho phép tự động điều chỉnh phương thức điều chế, mã hóa và tăng ích, đảm bảo tính khả dụng cho từng trạm VSAT IP Nhờ đó, thiết bị đã giải quyết hiệu quả vấn đề suy hao do mưa, đạt được độ khả dụng tối ưu lên tới 99%.
- Tốc độ đường truyền cao
- Đa dịch vụ, đáp ứng được nhu cầu thông tin đa dạng của khách hàng
- Kích thước trạm đầu cu i nh g n (0.84m – 1.2m – 1.8m) ố ỏ ọ
- Tính cước, giám sát mạng, nâng cấp phần mềm, phần cứng đều có th th c hi n t i trể ự ệ ạ ạm Gateway.
Thông tin vệ tinh có nhược điểm là bị ảnh hưởng bởi điều kiện thời tiết, đặc biệt là nhạy cảm với các băng tần Ka và Ku Khi lượng mưa vượt quá 100mm/h, tín hiệu có thể bị gián đoạn, gây ảnh hưởng đến khả năng truyền tải thông tin.
HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH VINASAT -1
V ệ tinh VINASAT 1 là v- ệ tinh đầu tiên của Việt Nam đã được phóng thành công lên quỹ đạo vào ngày 19/04/2008 Vi c phóng v tinh vi n thông riêng cệ ệ ễ ủa
Việt Nam đang nỗ lực đáp ứng nhu cầu hỗ trợ và bổ sung các hệ thống truyền dẫn thông tin trong nước và quốc tế, nhằm tăng cường độ dự phòng, an toàn và tin cậy cho các hệ thống thông tin công ích và công cộng hoạt động trên lãnh thổ.
Here is a rewritten paragraph that captures the essence of the article, complying with SEO rules:"Vệtinh VINASAT 1 đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển các loại hình dịch vụ công nghệ mới, góp phần thúc đẩy kinh tế, bảo vệ an ninh quốc phòng, nâng cao dân trí và ổn định xã hội Đặc biệt, vệtinh này đã đẩy mạnh ứng dụng và phát triển công nghệ thông tin, phục vụ sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, góp phần tạo nên một tương lai phát triển bền vững."
Việc phóng vệ tinh VINASAT 1 khẳng định chủ quyền và tài sản quốc gia của Việt Nam tại vị trí quỹ đạo 132° E, đồng thời thể hiện sự hiện diện của đất nước trong không gian.
Vệ tinh VINASAT 1 được sản xuất bằng công nghệ hiện đại nhất từ tập đoàn Lockheed Martin Commercial Space Systems của Mỹ và Arianespace, công ty hàng đầu trong lĩnh vực vũ trụ châu Âu, đảm nhận nhiệm vụ phóng vệ tinh.
2.1.Thông s k ố ỹthuật cơ bản của v tinh Vinasat-1 ệ
Vệ tinh VINASAT-1 được đặt ở quỹ đạo địa tĩnh tại kinh tuyến 132°E, cách trái đất 35.768 km Với chiều cao 4m và trọng lượng khô khoảng 2,7 tấn, tuổi thọ thiết kế tối thiểu là 15 năm, có thể kéo dài thêm tùy thuộc vào mức độ tiêu hao nhiên liệu và đặc tính hoạt động của các thiết bị trên vệ tinh Độ ổn định vị trí kinh độ và vĩ độ là +/- 0,05 độ Thiết kế vệ tinh VINASAT-1 đảm bảo các yêu cầu chất lượng khi vệ tinh hoạt động trong môi trường khắc nghiệt trên quỹ đạo.
Vệ tinh VINASAT 1 thực chất là một trạm phát lặp tích cực trên tuyến thông tin siêu cao tần Hệ thống này bao gồm trạm phát mặt đất và vệ tinh VINASAT-1, với cấu trúc chính gồm hai phần quan trọng.
Hình 2 1: Mô hình vệ tinh Vinasat -1
2.1.1.1 Tổng quan phân hệ tải Đây là bộ ph n quan tr ng nh t tr c ti p cung c p d ch v cho h th ng ậ ọ ấ ự ế ấ ị ụ ệ ố thông tin v tinh Vinasat ệ -1 Phầ ả ủn t i c a vệ tinh được thi t kế ế để hoạt động hai ở băng tần là băng Ku và băng C mở ộ r ng Phân h t i ệ ả ở băng Ku có vùng ph sóng ủ ở c ả hướng thu và phát là Việt Nam, Lào, Campuchia, Thái Lan và một phần Myanma Phân hệ ải băng C đượ t c thi t k có vùng ph sóng cế ế ủ ả hướng thu và phát là Việt Nam, Lào, Campuchia, Đông Nam Á, Ấn Độ, Nh t B n và Úc ậ ả
VINASAT-1 cung cấp 12 kênh băng Ku với độ rộng mỗi kênh là 36MHz và 12 kênh băng C, trong đó 10 kênh có độ rộng 36MHz và 2 kênh có độ rộng 72MHz Tải tin băng Ku sử dụng 12 trong số 16 băng tần khuếch đại đèn sóng công suất 108 W LTWTA, trong khi tải tin băng C cũng được sử dụng.
8 trong s 11 b LTWTA công suố ộ ất 68W để ự th c hi n 3 kênh thệ ứ ấp Nhưng tạ c i thời điểm chúng ta ch có th s d ng tỉ ể ử ụ ối đa là 11 kênh của băng C.
Thiết bị hoạt động trên băng Ku có tần số hướng lên trong khoảng (13.75 ÷ 14.0) GHz và (14.25 ÷ 14.5) GHz, trong khi tần số hướng xuống là (10.95 ÷ 11.2) GHz và (11.45 ÷ 11.7) GHz Đối với băng C, tần số hướng lên nằm trong khoảng (6.425 ÷ 6.725) GHz và tần số hướng xuống là (3.400 ÷ 3.700) GHz Các phân bố tần số này được thể hiện chi tiết trong bảng 1.1 và bảng 1.2.
Bảng 1 : Phân bố tần số cho băng Ku1
Bảng 1 : Phân bố tần số băng C2 2.1.1.2 Cấu tạo và hoạt động của phân hệ tải
- Cấu tạo: Phân hệ có hai mặt phản xạ mô hình lưới kép được bốtrí tại phía đông và phía tây của V Tinh (hình 2.2) ệ
Hình 2 2: Mô hình bố trí các anten phía đông và phía tây
Tải băng Ku được sử dụng cho hai khối gương phản xạ dạng lưới kép ở mặt Tây và mặt Đông Mặt Đông nhận tín hiệu đường lên với phân cực thẳng (phân cực V), trong khi mặt Tây phát tín hiệu đường xuống với phân cực ngang (phân cực H).
Hình 2 3: Sơ đồ khối chức năng phân hệ con tải tin ở băng Ku
Các anten băng C được đặt ở mặt trước của hệ ống gương phản xạ lưới kép, với mặt phía Đông nhận và phát phân cực H, trong khi mặt phía Tây đảm nhận phân cực V Băng C sử dụng diplexer để phân chia tín hiệu thành hai hướng: Tx (truyền) với hướng lên và Rx (nhận) với hướng phát.
Hình 2 4 : Sơ đồ khối chức năng phân hệ con tải tin băng C
Hoạt động của băng tần a Hoạt động của băng Ku:
Băng tần Ku được sử dụng để tải tin qua hai khối gương phản xạ, phục vụ cho việc phát sóng tại Việt Nam, Lào, Campuchia và một phần Myanmar Hướng phát sóng bao gồm toàn bộ khoảng tần số từ 10,95 đến 11,7 GHz, trong khi hướng thu nằm trong khoảng từ 13,75 đến 14,5 GHz Đặc tính của các anten phát và thu được xác định qua công suất bức xạ hiệu dụng tương đương (EIRP) và hệ số nhạy của anten thu (G/T), được đo tại các thành phố trong các đa giác phủ sóng trên toàn vùng Vùng phủ sóng băng Ku được thể hiện trong các hình ảnh minh họa.
30 Hình 2 5 Vù : ng ph ủ só ng băng Ku
Hình 2 6 : Vùng bao ph cá ủ c th nh ph ố trên băng Ku à b Hoạt động của băng C:
Băng C sử dụng bề mặt phía trên của hai khối gương phản xạ để tạo ra vùng phủ sóng bao gồm Việt Nam, Lào, Campuchia, Đông Nam Á, Ấn Độ, Nhật Bản và Úc Hướng phát sóng nằm trong khoảng tần số 3.400 ÷ 3.700 GHz, trong khi hướng thu nằm trong khoảng 6.425 ÷ 6.725 GHz Đặc tính của anten thu và phát được xác định bởi công suất bức xạ hiệu dụng tương đương (EIRP) và hệ số thu nhận tín hiệu (G/T) tại các thành phố trong các khu vực phủ sóng Vùng phủ sóng của băng C được thể hiện trong hình 2.7 và hình 2.8.
32 Hình 2 7: Vùng ph só ủ ng c ủa băng C
Hình 2 8 : Vùng ph só ủ ng c c th nh ph ố ủa băng C á à c
Phần thân BUS không trực tiếp tham gia vào quá trình phát triển hệ thống thông tin vệ tinh, nhưng đảm bảo các điều kiện cần thiết cho tải hữu ích thực hiện chức năng của trạm phát Phần thân được chia thành sáu phân hệ con: hệ thống điều khiển đo xa (CT&R), hệ thống điều khiển tư thế (GN&C), hệ thống điều khiển đường bay (FSW), hệ thống cung cấp năng lượng (EPS), hệ thống đẩy (PSS), và hệ thống quản lý nhiệt (TCS).
Hình 2 9 : Sơ đồ khối chức năng phần thân BUS
2.1.2.1 Phân h CT&R (Command, Telemetry and Ranging) ệ a Ch ức năng
Phân hệ CT&R cung cấp khả năng thu nhận, xác nhận, phân phối và thực hiện các lệnh truyền lên vệ tinh Để đảm bảo thông tin liên lạc chính xác trong suốt quá trình hoạt động và mọi tư thế của vệ tinh, phân hệ này sử dụng anten vô hướng và anten loa (horn antenna) cho Command và Telemetry Trong các hoạt động quỹ đạo thông thường, các lệnh gửi lên vệ tinh được nhận bởi anten truyền thông băng C ở phía đông, trong khi anten loa Telemetry được sử dụng để truyền Telemetry về mặt đất.
THIẾT KẾ ĐƯỜNG TRUYỀN TRONG HỆ THỐNGTHÔNG
CHƯƠNG : THIẾT KẾ ĐƯỜNG TRUYỀN TRONG HỆ THỐNG3 THÔNG TIN VỆ TINH VINASAT -1
3.1 Cơ sởlý thuyết tính toán
Các lo i hình k t nạ ế ối được đề ập đến trong chương này bao gồ c m:
- Đường lên: tuy n t tr m mế ừ ạ ặt đấ ớ ệt t i v tinh
- Đường xu ng: tuyố ến từ ệ v tinh xu ng tr m mố ạ ặt đất
Vệ tinh Vinasat-1 kết nối trực tiếp với anten được định hướng chuẩn, cho phép truyền tải sóng mang cao tần được điều chế từ tín hiệu băng gốc Đường lên và đường xuống của hệ thống này đáp ứng nhu cầu thông tin liên lạc của người dùng, đồng thời có khả năng mở rộng để kết nối với nhiều vệ tinh khác.
Hiệu suất của từng tuyến con ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất tổng thể của toàn tuyến kết nối giữa các đầu cuối, từ đó quyết định chất lượng dịch vụ (QoS) Điều này đặc biệt quan trọng vì nó tác động đến tỷ lệ lỗi bit (BER) trong quá trình truyền thông.
Hình 3.1 minh họa các thành phần chính của một tuyến thông tin vô tuyến Thiết bị phát bao gồm một máy phát Tx kết nối với anten phát qua phi-đơ, với độ tăng ích G T theo hướng thu Công suất bức xạ P T của thiết bị phát theo hướng thu và hiệu suất của thiết bị phát được đánh giá thông qua tham số EIRP.
Hình 3 1 : Cấu hình một tuyến
Trên tuy n, công su t bế ấ ức xạ ẽ s u chị ảnh hưởng b i tở ổn thất tuy n ế L
Các thiết bị thu bao gồm anten thu với độ tăng ích G_R, kết nối qua phi-đơ tới máy thu Rx Tại đầu vào máy thu, công suất của sóng mang điều chế là C, và tất cả các nguồn nhiễu trên tuyến sẽ chuyển hóa thành tạp âm nhiệt hệ thống T Tạp âm nhiệt này quyết định mật độ phổ công suất tạp âm N_0, từ đó hiệu suất tuyến C/N_0 có thể được tính toán tại đầu vào máy thu Hiệu suất máy thu được xác định bởi hệ số phẩm chất G/T, trong đó G là độ tăng ích tổng của thiết bị thu.
Mục đích của phần này là xác định tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm tại đầu vào máy thu, tỷ lệ này phụ thuộc vào đặc tính của máy phát, môi trường truyền dẫn và đặc điểm của máy thu Tuyến lên và tuyến xuống được xem xét riêng biệt, sau đó sẽ xác lập biểu thức cho tỷ số tín hiệu trên tạp âm của một tuyến hoàn chỉnh giữa hai trạm mặt đất.
3.2 Phân tích đường truyền hướng phát
3.2.1 Hệ số tăng ích anten G (Gain)
Hệ số tăng ích của anten là một chỉ số quan trọng, ảnh hưởng đến chất lượng anten và quy mô của trạm mặt đất Hệ số tăng ích GT phản ánh khả năng tập trung công suất bức xạ của máy phát vào búp sóng hẹp của anten.
Hệ số tăng ích của anten theo hướng α là tỷ lệ giữa công suất phát hoặc thu trên mỗi đơn vị góc mở của anten đó so với công suất phát hoặc thu trên mỗi đơn vị góc mở của một anten vô hướng có cùng công suất.
Trong đó: A e là diện tích hiệu dụng của anten, λ là bước sóng làm việc, η là hiệu su t c a anten ấ ủ
Biểu thức này chỉ ra rằng, khi quan sát từ đầu phát, sóng vô tuyến điện có khả năng tập trung vào một hướng cụ thể, trái ngược với tình huống sóng bức xạ đồng đều trong tất cả các hướng.
Trong trường hợp anten gương tròn với đường kính D[m]: Ae= πD 2 /4 thay vào (3.1) ta có:
GdBi= 10log η + 20log f + 20 log D + 20.4dB (3.3) Trong đó:
- 20.4dB là h ng s ằ ố được tính t 20log (1*10ừ 9 * /c) π
Hệ số tăng ích của anten tỷ lệ với bình phương đường kính anten (D) và bình phương tần số làm việc (f) Điều này có nghĩa là, tần số càng cao và đường kính anten càng lớn thì hệ số tăng ích của anten càng cao Nói cách khác, tỷ số giữa diện tích hiệu dụng trên bước sóng công tác của anten càng lớn thì hệ số tăng ích của anten càng lớn.
H s ệ ố tăng ích của anten có diện tích bề ặ m t 1 m 2 với hiệu suất 100% được cho bởi bi u th c sau: ể ứ
Trong quá trình nghiên cứu độ ứ bức xạ của anten, việc tính toán đặc tính của búp sóng phát ra là rất quan trọng Để xác định hệ số tăng ích theo hướng của búp sóng phát, chúng ta cần áp dụng một công thức cụ thể.
Giá tr ị θ t được thính theo giá tr ịθg là góc giữa vệ tinh v tinh moệ ng muốn và v ệ tinh b gây nhiị ễu được tính gần đúng như sau: θ t = arcos (3.7)
- d1, d 2 (km) là kho ng cách t tr m mả ừ ạ ặt đấ ịt b nhiễu đến các vệtinh mong mu n và v tinh gây nhi u ố ệ ễ
- θ g (độ): là góc trong m t ph ng qu o gi a v tinh mong mu n và v ặ ẳ ỹ đạ ữ ệ ố ệ tinh gây nhiễu, có tính đến c ả quá trình điều khi n v ể ịtrí vệ tinh
3.2.2 Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương (EIRP)
Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương (EIRP) được xác định là tích của công suất đầu vào của anten và hệ số tăng ích của anten đó EIRP thể hiện công suất phát bức xạ từ anten vô hướng, trong đó hệ số tăng ích (GT) được xem là 1 Nếu anten có búp sóng hướng tốt, EIRP sẽ cao hơn Việc phát sóng với búp sóng hẹp không chỉ tập trung năng lượng bức xạ theo hướng xác định mà còn giúp hạn chế nhiễu và giảm thiểu tổn thất năng lượng trong môi trường truyền sóng.
Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương được tính b ng công thằ ức sau:
- PT[W] là công suất đầu vào c a anten phát ủ
- GT[dBi] là h s ệ ố tăng ích của anten phát
EIRP cần được điều chỉnh chính xác để tránh gây nhiễu cho các kênh sóng mang và các kênh lân cận Nếu EIRP quá cao, nó có thể dẫn đến nhiễu sóng, trong khi EIRP quá thấp sẽ làm giảm chất lượng dịch vụ.
EIRP c a trủ ạm phát được tính:
EIRPTu = 10 logPT + GT - LFTX [dBW] (3.10)
V i Lớ FTX[dB] là suy hao gi a máy phát và anten phát ữ
EIRP c a tr m ủ ạ phát còn được tính b ng công th c: ằ ứ
Trong đó: W [W/m 2 ] là mật độ thông lượng công su t ấ
3.2.3 Mật độ thông lượng công suất (W)
Trên một diện tích hiệu dụng Ae cách xa anten phát một khoảng d tương ứng với góc đầy tính t anten phát là Aừ e /d 2 thì công su t thu là: ấ
P T T π được gọi là mật độ thông lượng công suất bức xạ c a anten ủ
Mật độ thông lượng còn được tính theo công th ức:
- SFD (Saturation Flux Density): Dòng mật độ công su t bão hòa ấ
- IBO (Input Back Off): Độ lùi đầu vào
3.2.4 Khoảng các từ trạm mặt đất đến vệ tinh (d)
Kho ng cách d t ả ừtrạm mặt đất đến v tinh hay ệ ngược lại được tính theo công th ức: d = {r2 + S2 - 2rS.cos (θ1).cos(θS- θE)}1/2 [Km] (3.14) Trong đó:
- r là bán kính trái t (6378.14 km) đấ
- S là bán kính qu o v tinh ỹ đạ ệ địa tĩnh (42164 km)
- θ1 là vĩ độ ủ c a tr m m t t ạ ặ đấ
- θS là kinh c v tinh độ ủa ệ
- θE là kinh c a tr m m t t độ ủ ạ ặ đấ
3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng tuyến truyền dẫn
Sóng mang lại sự truyền tải hiệu quả trong dải tần số 1÷30 GHz, với hai yếu tố chính ảnh hưởng là tổng ion và tổng điện tích Tầng khí quyển có độ cao khoảng 15 km và khoảng cách sóng có thể lên tới 70÷1000 km, trong khi các vùng ion hóa có ảnh hưởng lớn ở độ cao khoảng 400 km Suy hao khí quyển và điều kiện thời tiết, như mưa, có thể tác động đến cường độ tín hiệu Đặc biệt, ảnh hưởng của khí quyển được tính theo phần trăm cường độ vật chất, với độ cao và điều kiện khí hậu có vai trò quan trọng Các yếu tố này cần được xem xét kỹ lưỡng để giảm thiểu sự suy giảm chất lượng tín hiệu trong quá trình truyền tải Bài toán thực hiện trong chương này tập trung vào điều kiện thời tiết ổn định, không mưa, nhằm đảm bảo tính chính xác trong việc kiểm tra đăng nhập.
Sau đây các ế ố ản h n h ưở g đến ch t ấ lượng ytu n truy n d n trong ế ề ẫ thông tin v tinh ệ
3.3.1 Suy hao không gian tự do
Một anten thu có diện tích hiệu dụng Ae được đặt cách xa anten phát một khoảng cách d sẽ thu được công suất Pấ R theo công thức (3.15).
Trong đó Ae là diện tích hiệu dụng của anten thu Ae = GR.(λ 2 /4Л) thay vào ta có công su t thu c a anten thu là: ấ ủ
﴾ 2 (3.18) được g i là t n hao truy n sóng không gian t ọ ổ ề ự do và nó đặc trưng cho t s c a công ỷ ố ủ su t thu và công su t phát trong m t tuy n liên l c giấ ấ ộ ế ạ ữa hai anten vô hướng
LFS = 20log d+ 20log f + 92.44dB [dB] (3.19) Trong đó:
- d [Km] là khoảng cách giữa đầu thu và đầu phát của vệ tinh và trạm mặt đất
- f [GHz] là t n s làm vi ầ ố ệc.
- 92.44dB là hằng số được tính t ừ 20log{(4π*10 9 *10 3 )/c}
T công th c (3.3) và công th c (3.28) ta suy ra công su t thu tính theo dBW s ừ ứ ứ ấ ẽlà:
PR = EIRPT + GR – LFS [dBW] (3.20)
3.3.2 Suy hao t ng khí qầ uyển
Tầng khí quyển đóng vai trò quan trọng trong việc truyền sóng, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của hệ thống thông tin vệ tinh Hai yếu tố chính tác động đến sóng vô tuyến trong tầng khí quyển là tầng đối lưu và tầng điện ly Những ảnh hưởng này gây ra hiện tượng tổn hao và hấp thụ sóng, dẫn đến tổn hao khí quyển (Atmosphere loss), ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu truyền tải.
B ng sau mô t s ả ả ựsuy giảm c a khí quy n theo t n s : ủ ể ầ ố
Suy hao khí quy n LA [dB] ể T n s [GHz] ầ ố
B ng 1 3: Suy hao khí quy ả ể n theo t ầ n s ố
TÍNH TOÁN ĐƯỜNG TRUYỀN SÓNG TRÊN VỆ TINH VINASAT- 1
4.1.Tính toánđường truyền sóng trên vệ tinh Vinasat-1
Trạm mặt đất A đã hoàn tất việc phát sóng lên vệ tinh VINASAT-1, với đầy đủ thiết bị phục vụ cho việc phát sóng Đài NOC VINASAT 1 cung cấp tất cả thông tin về sóng mang, bao gồm tần số thu-phát và băng thông Trạm cũng được trang bị hệ thống giám sát chất lượng sóng mang để đảm bảo hiệu suất tối ưu.
Do trạm phát căn chỉnh anten không đúng quy trình, tín hiệu không chỉ phát lên vệ tinh VINASAT 1 mà còn phát lên vệ tinh APSTAR VI (Hồng Kông) Hệ thống giám sát anten của NOC APSTAR VI đã thu được tín hiệu từ khách hàng A.
Hình 4 1 : Mô hình bài toán tính toán đường truyền tối ưu
Phương án giải quy t bài toán: ế
Kỹ sư tại NOC VINASAT 1 đã cung cấp một hướng dẫn chi tiết cho khách hàng A về cách căn chỉnh anten nhằm tối ưu hóa mức tín hiệu nhận được từ NOC VINASAT-1 Hướng dẫn này đảm bảo rằng tín hiệu từ APSTAR VI chỉ bị ảnh hưởng trong phạm vi chấp nhận được, với tỷ lệ C/N không vượt quá 1 dB.
Quy trình tính C/N tại đài NOC VINASAT- 1
Bước 1: tính h s ệ ố tăng ích c a anten phát và anten thu ủ
GdBi = 10log + 20log f + 20 log D + 20.4dB η Trong đó :
- 20.4dB là h ng s ằ ố được tính t 20log ừ
Bước 2: tính EIRP tr m ạ phát
EIRP = 10 logP T + GT Trong đó:
- PT : công suât đầu vào anten tính b ng dBW ằ
- GT : tính ở bước 1, đơn vị dBi
Bước 3: tính khoảng cách t tr m mừ ạ ặt đất đến v tinhệ d = {r2 + S2 - 2rS.arcos[cos (θ 1 ).cos(θ S – θ E )]}1/ 2 [Km]
- r là bán kính trái t (6378.14 km) đấ
- S là bán kính qu o v tinh a t (42164 ỹ đạ ệ đị ĩnh km)
- θ E là kinh c a tr m m t t độ ủ ạ ặ đấ
Bước 4 : Tính suy hao không gian t doự
- d [km] là kho ng ả cách gi a u thu và u phát ữ đầ đầ c a v tinh và m m t t ủ ệ trạ ặ đấ
Bước 5: Tính mật độ dòng công su t tr m phát ấ ạ
- Lu : suy hao tuy n lên tính ế ở bước 3
- G1mlà độ tăng ích anten phát cho diện tích 1m vuông được tính là G1m = 20*log(Ftx)+20,4
Bước 6: Tính IBO và OBO IBO = SFD – W
SFD : tra Ph l c 1 và 2 ụ ụ OBO = IBO +X
Bước 7: tính EIRP tại vệ tinh
EIRP v ệ tinh = EIRPbão hòa –OBO
C/Nu = EIRP-Lu+(G/T)sat—K-10log B Trong đó :
- Lu : suy hao tuy n lên tính ế ở bước 4
Bước 9: tính C/N hướng xu ng ố
(C/N)d = EIRPv ệ tinh -Ld+(G/T)h ệ th ố ng –10log KB Trong đó:
- EIRP v ệ tinh được tính ở bước 7
- (G/T)h ệ th ố ng = G – 10log T (T: nhiệt độ ệ h th ng thu) ố Nên h s (C/N) ệ ố d được tính như sau:
(C/N) d = = EIRPv ệ tinh –Ld+Grx- K - 10log TB
Quy trình tính C/N tại NOC APSTAR VI
Bi t Pế Tx ( công su t ấ phát t Tr m A) ừ ạ
Bước 1: Tính hệ ố s tăng ích của anten phát và anten thu Đố ới v i anten phát Khi búp sóng ph ụgây nhiễu:
- d1, d2 (km) là khoảng cách từ ạ tr m mặt đất bị nhiễu đến các vệ tinh mong muốn và vệ tinh gây nhi u ễ
Góc θ g (độ) là góc giữa mặt phẳng quỹ đạo của vệ tinh mong muốn và vệ tinh gây nhiễu, bao gồm cả quá trình điều khiển vị trí vệ tinh Đối với việc sử dụng anten thu, đây là anten giám sát của đài NOC APSTAR VI.
GdBi = 10log η + 20log f + 20 log D + 20.4dB Trong đó:
- η là hi u su t cệ ấ ủa anten
- f [GHz] là t n s làm vi ầ ố ệc
- 20.4dB là h ng s ằ ố được tính t 20log (1*109 ừ
Bước 2: Tính EIRP tr m phát ạ
EIRP = 10 logP T + GT Trong đó:
- PT: công suât đầu vào anten tính b ng dBW ằ
- GT: tính ở bước 1 đơn vị dBi
Bước 3: Tính kho ng ả cách từ ạ tr m mặt đất đến v tinh ệ d = {r2 + S2 - 2rS.arcos[cos (θ1).cos(θS- θE)]}1/2 [Km]
- r là b kính trái t (6378.14 km) án đấ
- S là bán kính qu o v tinh a t (42164 ỹ đạ ệ đị ĩnh km)
- θE là kinh c a tr m m t t độ ủ ạ ặ đấ
Bước 4 : Tính suy hao không gian t doự
- d [km] là kho ng ả cách gi a u thu và u phát ữ đầ đầ c a v tinh và m m t t ủ ệ trạ ặ đấ
Bước 5: Tính mật độ dòng công su t tr m ấ ạ phát
- Lu : suy hao tuy n lên tính ế ở bước 3
- G1mlà độ tăng ích anten phát cho diện tích 1m vuông = 20*log(Ftx)+20,4
IBO = SFD – W SFD : APSTAR VI cung c p ấ OBO = IBO –X
EIRP v ệ tinh = EIRPbão hòa –OBO
C/Nu = EIRP-Lu+(G/T)sat—K-10log B Trong đó :
- Lu : suy hao tuy n lên tính ế ở bước 4
Bước 9: Tính C/N hướng xu ng ố
(C/N)d = EIRPv ệ tinh –Ld + (G/T)h ệ th ố ng –10log KB Trong đó:
- EIRP v ệ tinh được tính ở bước 7
- (G/T)h ệ th ố ng = G – 10log T (T: nhiệt độ ệ h th ng thu) ố Nên h s (C/N) ệ ố d được tính như sau:
(C/N) d = = EIRPv ệ tinh –Ld+Grx- K - 10log TB
4.3 H thệ ống mô phỏng tính toán đường truyền tối ưu
Hệ thống mô phỏng được xây dựng dựa trên các phép tính và bài toán đã nêu Hệ thống này hỗ trợ khách hàng trong việc điều chỉnh trước khi phát sóng qua vệ tinh VINASAT-1 Khách hàng có thể dựa vào kết quả ổn hợp cuối cùng do đài NOC VINASAT-1 gửi để căn chỉnh anten và cấu hình cho trạm thu phát của mình.
Sau đây là giao diệ ủ a h ệ th ống như hình 4
Hình 4 2 : Giao diện chính của hệ thống
Giao diện bao gồm các thẻ lựa chọn như Cấu hình, Kết quả, Mô phỏng và Khuyến nghị khách hàng Để nhập dữ liệu cho vệ tinh VINASAT-1 và APSTAR VI, cũng như bộ phát đáp, trạm phát, trạm thu và sóng mang, hãy chọn thẻ “Cấu hình” Sau khi nhập đầy đủ các thông số cần thiết, chọn thẻ Kết quả và nhấn nút “Áp dụng” để tính toán đường truyền cho từng trạm thu Kết quả sẽ hiển thị trên giao diện như hình 4-3.
Hình 4 3 : Giao diện kết quả
Sau khi thu thập nhiều kết quả ủ c a khách hàng, hệ thống đưa ra khuyến nghị cho khách hàng Ch n thọ ẻ “Khuyến nghị khách hàng” cho kết quả
Hình 4 4 : Giao diện khuyển nghị khách hàng
4.4 Tính toán cho khách hàng Hoàng Long c a Vinasat -1 ủ
Khách hàng của Vinasat 1 đã hoàn tất quy trình đăng nhập vệ tinh với sự hỗ trợ của đài NOC, đảm bảo căn chỉnh anten về góc ngang, góc ngẩng và công suất phát để không ảnh hưởng đến vệ tinh Apstar Phần mềm mô phỏng đã tính toán tỷ số C/N toàn tuyến tại NOC Vinasat 1 và NOC Apstar, đồng thời đưa ra khuyến nghị cho từng khách hàng khi sử dụng anten khác nhau với dải công suất phát cho phép, nhằm đảm bảo chất lượng thu phát tốt mà không gây ảnh hưởng đến vệ tinh lân cận Ngoài ra, hệ thống cho phép nhập giá trị C/N bất kỳ để xác định dải công suất phát và góc ngang, góc ngẩng cho khách hàng.
Khách hàng Hoàng Long đã phát sóng tại Hồ Chí Minh với tọa độ 107,57 độ kinh độ và 9,59 độ vĩ độ Tần số thu được là 3510.488 MHz, trong khi tần số phát là 6535.488 MHz, với băng tần 0.768 MHz Anten phát có đường kính 3m và công suất phát là 1W.
Tại trạm NOC Vinasat 1, với anten có đường kính 7.2m, kết quả thu được là C/N đạt 87 dB Mức thu thực tế trên máy phân tích tại đài NOC là 11.6 dB, cho thấy hai giá trị này có sự chênh lệch không đáng kể.
+ Tại tr m NOC Apstar 6 vạ - ới đường kính anten 7.2m, C/N= 4.8 dB, góc - ngẩng 54.132 độ, góc phương vị 133.373 độ, mức thu thực tế ạ t i Apstar -6 là 0.6 db, chấp nhận được
Như vậy m c thu gi a th c t và mô ph ng là chính xác và ch p nhứ ữ ự ế ỏ ấ ận được
Đối với khách hàng gặp vấn đề về nhiễu do căn chỉnh anten, có thể hỗ trợ họ bằng cách điều chỉnh góc phương vị lệch một nửa độ rộng góc thu nhận và dịch chuyển về phía Đông.
+ Tại tr m mạ ặt đất c a khách hàng Hoàng Long khuy n ngh góc ng ng ủ ế ị ẩ 59.454 độ, góc phương vị 110.14 độ
Trong trường h p mu n m c thu t i thi u cho tr m NOC Vinasat 1 thu ợ ố ứ ố ể ạ - được 10 dB thì khách hàng cần điều ch nh công su t t ỉ ấ ừ 0.5 W đến 3.8 W, và d i góc ả phương vị ừ 109 độ đến 110 độ t
Luận văn cung cấp cái nhìn tổng quan về thông tin vệ tinh tại Việt Nam, đồng thời đáp ứng yêu cầu công việc thực tiễn liên quan đến tính toán đường truyền cho vệ tinh Vinasat-1 Qua quá trình thực nghiệm và khai thác, luận văn đã mang lại những kiến thức và công cụ hữu ích cho công việc tại trạm khai thác, đồng thời có thể áp dụng cho các vệ tinh tiếp theo.
Trong luận văn này đã đưa ra được mộ ố ấn đềt s v sau:
Vệ tinh VINASAT-1 là một trong những vệ tinh viễn thông quan trọng của Việt Nam, đóng vai trò chủ chốt trong việc cung cấp dịch vụ truyền thông và internet Vệ tinh này được thiết kế với các thông số kỹ thuật tiên tiến, bao gồm khả năng truyền tải dữ liệu ổn định và rộng rãi Cấu tạo của VINASAT-1 bao gồm nhiều phân hệ hiện đại, giúp nâng cao hiệu suất hoạt động và mở rộng khả năng phục vụ cho người dùng Với chức năng chính là cung cấp dịch vụ truyền hình, điện thoại và internet, VINASAT-1 góp phần quan trọng vào sự phát triển công nghệ thông tin và truyền thông tại Việt Nam.
- Cơ sở tính toán để phân tích và thực hiện tính toán đường truyền tối ưu cho các khách hàng c a VINASAT - 1 ủ
Hướng phát tri n cể ủa đồ án:
- C i thi n nh ng h n ch mà h th ng này còn m c ph i ả ệ ữ ạ ế ệ ố ắ ả
- M rở ộng hệ ố th ng cho phép tính thêm các thông s ố như Eb/No, BER …
- Thêm nh ng công c b tr phữ ụ ổ ợ ục vụ người sử ụ d ng