phạm toàn thắng Bộ giáo dục đào tạo Trờng đại học bách khoa hà nội Luận văn thạc sỹ khoa học Ngành: điện tử viễn thông điện tử viễn thông tối u hóa quỹ công suất đờng truyền thông tin vệ tinh phạm toàn thắng 2004 - 2006 Hµ Néi 2006 Hµ néi 2006 Tai ngay!!! Tai ngay!!! BanBan co the co the xoa dong xoa chu dong nay!!! chu 17062860454091000000 nay!!! 17061131477381000000 99cca30d-b9cb-4f47-ba6e-8cd6a58f5d23 Môc lôc Danh mục chữ viết tắt 18T 18T Danh mơc c¸c b¶ng 18T 18T Danh mục hình vẽ 18T 18 T Mở đầu 18T 18T Ch¬ng 1: Tæng quan 1.1 Giíi thiƯu 1.2 C¸c nghiƯp vơ th«ng tin vƯ tinh 10 1.3 Lịch sử phát triển cđa th«ng tin vƯ tinh 11 1.4 Tình hình sử dụng vị trí quỹ đạo vệ tinh địa tĩnh 14 1.5 Mét sè hƯ thèng vƯ tinh trªn thÕ giíi 17 1.6 C¸c quy định ITU 18 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18 T 18T 18T 18T 18T 18T 18T Ch¬ng 2: đờng truyền vệ tinh băng tần sử dụng 21 2.1 Đặc điểm đờng truyền vệ tinh 21 2.1.1 TuyÕn thông tin vệ tinh 21 2.1.2 Các đặc tính cña anten 23 2.1.2.1 Độ khuếch đại anten 23 2.1.2.2 Độ mở hiệu dụng ®é khch ®¹i cđa anten 24 2.1.3 Công suất phát công suất thu anten 26 2.1.4 Công suất tạp âm 29 2.1.4.1 Nhiệt độ tạp âm 29 2.1.4.2 Nhiệt độ tạp âm m¸y thu 30 2.1.5 Phân hệ không gian 32 2.1.6 Phân hệ mặt đất 35 2.2 Ph©n bổ tần số thông tin vệ tinh 37 2.2.1 Nguyên tắc phân bổ tần số cho thông tin vệ tinh ITU 37 2.2.2 Phân bổ băng tần cho nghiệp vơ 38 2.3 Th«ng số đặc trng mạng vệ tinh băng tần 40 2.3.1 Băng tần C 40 2.3.2 Băng tần X 41 2.3.3 Băng tần Ku 42 2.3.4 Băng tần Ka 43 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T Chơng 3: phối hợp tần số quỹ đạo vệ tinh địa tĩnh 46 3.1 Quy trình phối hợp 46 3.1.1 Giai đoạn xuất trớc 46 3.1.2 Giai đoạn phối hợp 47 3.1.3 Giai đoạn thông báo, ghi ấn định tần số vào Bảng tần số chủ 51 18T 18 T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T Phạm Toàn Thắng Luận văn cao học ĐTVT 2004-2006 18T 3.2 Các phơng pháp xác định cần thiết phải thực phối hợp 53 3.2.1 Phơng pháp giới hạn cung quỹ đạo phối hợp 55 3.2.2 Phơng pháp giới hạn tỷ số ∆T/T 56 3.2.3 Ph¬ng pháp giới hạn tỷ số C/I 57 18T 18 T 18T 18 T 18T 18 T 18T 18T chơng 4: Tính toán quỹ công suất đờng truyền 59 4.1 Khái niệm quỹ công suất đờng truyền 59 4.2 Quỹ công suất đờng lên (C/N )u 61 4.3 Quỹ công suất đờng xuống (C/N 0) d 63 4.4 Quü c«ng suÊt ®êng trun cho bé ph¸t ®¸p trun thèng 63 4.4.1 Kết hợp đờng lên đờng xuống (C/N )ud 64 4.4.2 ¶nh hởng tạp âm khác tới quỹ công suất đờng truyền 65 4.4.3 Quỹ công suất toàn tuyến 66 4.4.4 Suy hao khÝ quyÓn 67 4.4.5 Mét sè chó ý 68 4.5 Qũy công suất đờng truyền cho phát đáp cã xö lý 69 18T 18T 18T 18 T 18T R R 18T R R 18T R R R R 18T 18T 18 T 18T R R R R 18T 18T 18 T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T Ch¬ng 5: tèi u hãa quỹ công suất đờng truyền 71 5.1 Tổng quan 71 5.2 TÝnh to¸n suy hao ma 72 5.2.1 Các bớc xác định suy hao ma 72 5.2.2 Xác định tỷ lệ suy hao theo phân cực tần số 77 5.2.3 Mô hình xác định suy hao đặc trng ma 78 5.2.4 Xác định độ cao ma 81 5.3 TÝnh to¸n suy hao khÝ quyÓn 81 5.3.1 Suy hao đặc trng 82 5.3.2 Suy hao ®êng truyÒn 83 5.4 Tèi u hãa 86 5.4.1 Các thông số đầu vào 86 5.4.2 Bài toán thuận 87 5.4.3 Bµi toán nghịch 89 5.4.3.1 C¸c bíc thùc hiƯn 89 5.4.3.2 Lu ®å thuËt to¸n 91 5.5 Chơng trình phần mềm tối u hóa 91 5.5.1 Bài toán áp dụng băng tần C 94 5.5.2 Bài toán áp dụng băng tần Ku 98 5.5.3 KÕt luËn 101 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T Lêi kÕt 103 18T 18T Tµi liƯu tham kh¶o 104 18T 18T phơ lơc M· ch¬ng tr×nh Visual Basic Net 106 18T Phạm Toàn Thắng Luận văn cao học ĐTVT 2004-2006 18T Danh mục chữ viết tắt BER Bit Error Rate BR Bureau Radiocommunication BSS CATV CS CV Radiocomunication Bureau International Frequency Information Circular Broadcasting Satellite Service Cable Television Constitution Convention DTH Direct To Home BRIFIC EIRP FS FSS HEO HPA ISS ITU LEO LHCP LNA LNB LNC MR MEO MS MSS Equivelent Isotropic Radiation Power Fixed Service Fixed Satellite Service High Earth Orbit High Power Amplifier Inter-Satellite Service International Telecommunication Union Low Earth Orbit Left Hand Circular Polarization Low Noise Amplifier Low Noise Block Low Noise Converter Master Register Medium Earth Orbit Mobile Service Mobile Satellite Service Tỷ số lỗi bít Văn phòng thông tin vô tuyến ITU Đĩa CD chứa thông tin cập nhật phát triển mạng vệ tinh giới Nghiệp vụ quảng bá qua vệ tinh Truyền hình cáp Hiến chơng ITU Công ớc ITU Dịch vụ truyền hình vệ tinh thu trực tiếp hộ gia đình Công suất xạ đẳng hớng tơng đơng Nghiệp vụ cố định Nghiệp vụ cố định qua vệ tinh Quỹ đạo tầm cao Bộ khuếch đại công st cao NghiƯp vơ liªn vƯ tinh Liªn minh viƠn thông quốc tế Quỹ đạo tầm thấp Phân cực tròn trái Bộ khuyếch đại tập âm thấp Khối tạp âm thấp Bộ chuyển đổi tạp âm thấp Bảng tần số chủ Quỹ đạo tầm trung Nghiệp vụ di động Nghiệp vụ di động qua vệ tinh Phạm Toàn Thắng Luận văn cao học ĐTVT 2004-2006 OBP PFD PP RoP RR RRB On-Board Processing Power Flux Density Plenipotentiary Right Hand Circular Polarization Rules of Procedures Radio Regulations Radio Regulation Board TVRO TeleVision Receive Only RHCP TWTA UPC VSAT WRC Travelling Wave Tube Amplifier Up-Link Power Control Very Small Aperture Terminal World Radiocommunication Conference Xử lý trạm Mật độ thông lợng công suất Hội nghị toàn quyền ITU Phân cực tròn phải Quy định thủ tục thực Thể lệ vô tuyến điện Uỷ ban Thể lệ vô tuyến điện Trạm mặt đất thu tín hiệu truyền hình từ vệ tinh Bộ khuếch đại kiểu ống sóng chạy Điều khiển công suất phát lên Trạm có góc mở nhỏ Hội nghị thông tin vô tuyến giới Phạm Toàn Thắng Luận văn cao học ĐTVT 2004-2006 Danh mục bảng Bảng 1.1 Số lợng antenna vệ tinh dùng gia đình 10 Bảng 2.1 Các băng tần thông dụng cho th«ng tin vƯ tinh 39 Bảng 2.2 Bảng phân bổ tần số cho thông tin vệ tinh 39 Bảng 2.3 Các tham số vệ tinh băng tần C 40 Bảng 2.4 Các tham số trạm mặt đất băng tần C 41 Bảng 2.5 Các tham số vệ tinh băng tần Ku điển hình 42 Bảng 2.6 Các tham số trạm mặt đất băng tần Ku điển hình 42 Bảng 2.7 Các tham số vệ tinh băng tần Ka điển hình 43 Bảng 2.8 Các tham số trạm mặt đất băng tần Ka điển hình 45 Bảng 3.1 Cung quỹ đạo phối hợp cho hệ thống vệ tinh địa tĩnh 56 Bảng 3.2 Tỷ số bảo vệ C/I đờng vào sãng mang FSS 58 B¶ng 4.1: Quan hƯ đại lợng (C/N), (C/N 0), (C/T), (E b /N 0) 61 Bảng 5.1 Bảng hệ số k phụ thuộc tần số 79 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T Phạm Toàn Thắng Luận văn cao học ĐTVT 2004-2006 18T R R R 18T R R R 18T Danh mục hình vẽ Hình 1.1 Vị trí vệ tinh địa tĩnh băng tần C 15 Hình 1.2 Vị trí vệ tinh địa tĩnh băng tần Ku 16 H×nh 2.1 Sơ đồ tuyến thông tin vệ tinh 21 Hình 2.2 Công suất xạ anten phát 23 Hình 2.3 Độ mở hiệu dụng anten thu 25 H×nh 2.4 Suy hao kh«ng gian tù 28 Hình 2.5 Tạp âm nhiệt hƯ thèng thu 31 H×nh 3.1 Mối quan hệ phơng pháp phối hợp kỹ thuật cho nghiệp vụ cố định qua vệ tinh 54 Hình 5.1 Sơ đồ thể đờng truyền vƯ tinh víi c¸c 73 tham sè đợc đa vào trình dự đoán suy hao ma 73 Hình 5.2 Bản đồ lợng ma (mm/h) bị vợt thời gian 0.01% trung bình năm 76 Hình 5.3 Suy hao đặc trng khÝ quyÓn 84 Hình 5.4 Bản đồ nhiệt độ trung bình năm bề mặt trái đất ( o C) 85 Hình 5.5 Lu đồ thuật toán tối u hóa 92 H×nh 5.6 Giao diện chơng trình 93 Hình 5.7 Modul tối u hóa quỹ công suất đờng truyền - Input 93 Hình 5.8 Modul tối u hóa quỹ công suất đờng truyền Quick Result 94 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T 18T P P 18T 18 T 18T 18T 18T Phạm Toàn Thắng Luận văn cao học ĐTVT 2004-2006 18T 18T Mở đầu Cùng với tiến khoa học công nghệ, thông tin vệ tinh đà góp phần đặc biệt quan trọng vào phát triển chung ngành viễn thông toàn giới đà chứng tỏ u vợt trội nhiều dịch vụ Trong năm gần đây, hệ thống cáp quang đà trở thành phơng tiện truyền dẫn ứng dụng băng thông rộng Tuy nhiên, với tính chất đặc thù mình, thông tin vệ tinh tiếp tục khẳng định vai trò thay thế, đặc biệt dịch vụ thông tin quảng bá, di động, an toàn cứu nạn, hàng hải viễn thông cho vùng sâu, vùng xa, hải đảo Chính lý đó, hầu hết nớc có công nghiệp dịch vụ viễn thông phát triển xây dựng hệ thống vệ tinh viễn thông riêng Ngoài ra, khả phủ sóng cung cấp dịch vụ toàn cầu, hệ thống vệ tinh viễn thông quốc tế khu vực nh INTELSAT, INMARSAT, INTERSPUTNIC, EUTELSAT đà đợc thiết lập ngày phát triển mạnh mẽ Nhiều nớc phát triển đà trọng phát triển hệ thống vệ tinh viễn thông để cung cấp dịch vụ nớc tham gia vào thị trờng thông tin vệ tinh quốc tế Không bỏ lỡ hội Việt nam mét níc nh vËy, víi dù ¸n vƯ tinh viƠn thông mang tên VINASAT Sự phát triển thông tin vệ tinh đà dẫn đến tình trạng khai thác tối đa nguồn tài nguyên tần số quỹ đạo vệ tinh Quỹ đạo vệ tinh địa tĩnh đà trở nên tắc nghẽn, đặc biệt băng tần không quy hoạch Các nớc bắt đầu phát triển thông tin vệ tinh khó có khả tìm đợc vị trí quỹ đạo không gây can nhiễu để phóng vệ tinh Các quy trình phối hợp tần số cho vị trí quỹ đạo địa tĩnh ngày chặt chẽ yêu cầu tính toán can nhiễu hệ thống ngày khắt khe phức tạp Phạm Toàn Thắng Luận văn cao học ĐTVT 2004-2006 Do tham gia vào lĩnh vực thông tin vệ tinh muộn nớc khác, nên Việt nam phải chịu thách thức tình hình nói Trong luận văn này, tác giả đề cập đến số kết nghiên cứu trình thực nhiệm vụ phối hợp tần số quỹ đạo vệ tinh Việt nam Ngoài vấn đề chung dịch vụ thông tin vệ tinh, quy định Liên minh viễn thông quốc tế (ITU) phối hợp tần số quỹ đạo vệ tinh địa tĩnh, nhiễu hệ thống vệ tinh viễn thông, ứng dụng công nghệ để giảm yêu cầu chống nhiễu hệ thống vệ tinh, tác giả sâu vào việc tính toán tối u hóa quỹ công suất đờng truyền thông tin vệ tinh để nâng cao khả hoàn thành phối hợp tần số nh để khai thác hiệu dự án VINASAT Tác giả xin trân trọng cảm ơn hớng dẫn khoa học tận tình PGS TS Trần Văn Cúc; cảm ơn giúp đỡ thầy giáo, cô giáo khoa Điện tử viễn thông, Trờng Đại học Bách khoa Hà nội; cảm ơn hỗ trợ đồng nghiệp Phòng Quy hoạch tần số Phối hợp quốc tế, Cục tần số vô tuyến điện trình thực luận văn Hà nội, tháng 10 năm 2006 Phạm Toàn Thắng Phạm Toàn Thắng Luận văn cao học §TVT 2004-2006 Ch¬ng 1: Tỉng quan 1.1 Giíi thiƯu Thông tin vệ tinh đà trở thành phần thiếu mạng viễn thông toàn cầu Một điều dễ dàng nhìn thấy đợc phổ biến thông tin vệ tinh ngày nhiều gia đình lắp đặt chảo anten parabol để thu tín hiệu trun h×nh trùc tiÕp tõ vƯ tinh, sè liƯu thể xem Bảng 1.1 Ngoài ra, lợng lớn lu lợng thoại liệu đợc truyền tải qua thông tin vệ tinh Trong nhiều trờng hợp, thông tin vệ tinh giải pháp hiệu nhất: vÝ dơ nh viƯc ¸p dơng hƯ thèng VSAT IP để triển khai mạng điện thoại đến hầu hết xà vùng sâu vùng xa nớc ta; việc sử dụng thông tin vệ tinh làm hệ thống dự phòng cho hƯ thèng c¸p quang biĨn cã sù cè; hay tình tìm kiếm cứu nạn có thiên tai lũ lụt, tai nạn máy bay, tàu biển Xu hớng phát triển thông tin vệ tinh dựa vào đặc tính riêng biệt mà phơng tiện truyền thông khác không có: vùng phục vụ rộng lớn, khả đa truy nhập tính linh họat việc thiết lập đờng truyền Thông tin vệ tinh cung cấp dịch vụ vùng rộng lớn bề mặt trái đất, kết nối lúc nhiều khách hàng, cụm dân c vùng địa lý khác không kể vùng núi cao, rừng sâu hay hải đảo, điều mà thực đợc phơng tiện truyền thông khác Khả đa truy cập thể việc quảng bá phân tán file liệu từ điểm tới nhiều điểm giới thời điểm Khả triển khai nhanh linh hoạt việc thiết lập đờng truyền việc lắp đặt trạm mặt đất thu phát Ngoài ra, khách hàng tự di chuyển trạm thu phát Phạm Toàn Thắng Luận văn cao học §TVT 2004-2006