tính toán can nhiễu giữa các vệ tinh

Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 1 MỤC LỤC MỤC LỤC 1 CÁC HÌNH VẼ SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN 4 CÁC BẢNG BIỂU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN 6 CÁC TỪ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN 7 TÓM TẮT ĐỒ ÁN Error! Bookmark not defined. LỜI NÓI ĐẦU 10 CHƢƠNG I 11 TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN VỆ TINH 11 1.1. Giới thiệu 11 1.1.1. Lịch sử phát triển của thông tin vệ tinh 11 1.1.2. Cấu trúc tổng thể của một đƣờng thông tin vệ tinh 13 1.1.3. Các đặc điểm của thông tin vệ tinh 13 1.2. Các dạng quỹ đạo của vệ tinh 15 1.2.1. Các dạng quỹ đạo của vệ tinh 15 1.2.2. Các thông số chính của vệ tinh địa tĩnh 17 1.3. Những vấn đề chung của thông tin vệ tinh 19 1.3.1. Các phƣơng pháp đa truy nhập vệ tinh 19 1.3.2. Các băng tần cho thông tin vệ tinh 25 1.4. Các loại dịch vụ trong thông tin vệ tinh 31 1.5. Định vị và duy trì vệ tinh trên quỹ đạo 32 a. Phóng vệ tinh lên quỹ đạo địa tĩnh 32 b. Đƣa vệ tinh vào quỹ đạo đĩa tĩnh 33 c. Duy trì vệ tinh trên quỹ đạo 34 CHƢƠNG II 35 TỔNG QUAN VỀ VỆ TINH VIỄN THÔNG VINASAT 35 2.1. Các thông số chính của vệ tinh Vinasat 36 2.1.1. Các thông số kỹ thuật chính của vệ tinh Vinasat 36 2.1.2. Các giới hạn khai thác của vệ tinh Vinasat 37 2.2. Phần không gian 39 Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 2 2.2.1. Bộ phát đáp 39 2.2.2. Máy thu băng rộng 40 2.2.3. Bộ phân kênh vào 42 2.2.4. Bộ khuếch đại công suất 44 2.2.5. Phân hệ anten 44 2.2.6. Phân hệ thông tin 46 2.2.7. Phân hệ đo bám và điều khiển từ xa 47 2.3. Phần mặt đất 49 2.3.1. Hệ thống TVRO 49 2.3.2. Trạm mặt đất thu, phát 49 2.4. Các sơ đồ phân kênh của vệ tinh Vinasat 51 2.5. Vùng phủ sóng vệ tinh Vinasat 54 CHƢƠNG III 55 SUY HAO TRONG THÔNG TIN VỆ TINH 55 3.1. Suy hao trong thông tin vệ tinh 55 3.1.1. Suy hao trong không gian tự do 55 3.1.2. Suy hao do tầng đối lƣu 56 3.1.3. Suy hao do tầng điện ly 57 3.1.4. Suy hao do thời tiết 57 3.1.5. Suy hao do đặt anten chƣa đúng 58 3.1.6. Suy hao trong thiết bị thu 58 3.1.7. Suy hao do phân cực không đối xứng 58 3.1.8. Nhiễu từ vệ tinh khác 58 3.1.9. Trễ truyền dẫn 59 3.2. Lý thuyết tính toán 59 3.2.1. Một số thuật ngữ và lý thuyết tính toán 59 3.2.2. Khảo sát thông số EIRP và G/T ở nƣớc ta 62 CHƢƠNG IV 64 TÍNH NHIỄU ẢNH HƢỞNG GIỮA VỆ TINH VINASAT VỚI VỆ TINH LÂN CẬN 64 4.1. Giá trị ngƣỡng của ∆T/T 64 Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 3 4.2. Chồng lấn tần số giữa hai vệ tinh 67 4.2.1. Chồng lấn tần số chỉ downlink (wanted) 67 4.2.2. Chồng lấn tần số chỉ uplink (wanted) 67 4.2.3. Chồng lấn tần số chỉ uplink (interfering) 68 4.2.4. Chồng lấn tần số chỉ downlink (interfering) truyền đến ES 68 4.2.5. Chồng lấn tần số cả uplink và downlink 69 4.2.6. Chồng lấn tần số với interfering chỉ downlink tác động đến SAT 69 4.2.7. Chồng lấn tần số với interfering chỉ downlink tác động đến SAT (SAT chỉ uplink) 70 4.3. Cung Phối Hợp Quỹ Đạo 70 4.4. Tính C/I 71 4.5. Tính toán thực tế 74 CHƢƠNG V 79 XÂY DỰNG PHẦN MỀM TÍNH CAN NHIỄU GIỮA VỆ TINH VINASAT VỚI VỆ TINH LÂN CẬN 79 TỔNG KẾT 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO 86 PHỤ LỤC 87 Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 4 CÁC HÌNH VẼ SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN Hình vẽ Nội dung Trang Hình 1.1 Sơ đồ đường thông tin vệ tinh 13 Hình 1.2 Ba dạng quỹ đạo cơ bản của vệ tinh 16 Hình 1.3 Tóm tắt các dạng quỹ đạo của vệ tinh 16 Hình 1.4 “Góc nhìn” từ vệ tinh địa tĩnh 18 Hình 1.5 Vị trí 3 vệ tinh địa tĩnh phủ sóng toàn cầu 19 Hình 1.6 Các thông số hình học giữa trạm mặt đất và vệ tinh 19 Hình 1.7 Băng thông sóng mang truyền dẫn theo các kỹ thuật truy nhập FDMA, TDMA, CDMA 24 Hình 1.8 Sự phụ thuộc hấp thụ khí quyển vào tần số 26 Hình 1.9 Quỹ đạo Hohman 33 Hình 2.1 Quy hoạch tần số và phân cực, tần số trên hình vẽ đo bằng MHz 39 Hình 2.2 Các kênh của bộ phát đáp vệ tinh 40 Hình 2.3 Máy thu băng rộng vệ tinh 42 Hình 2.4 Bộ phân kênh vào 43 Hình 2.5 Sơ đồ khối và biểu đồ các mức tương đối điển hình trong một bộ phát đáp 44 Hình 2.6 Phân hệ anten cho vệ tinh 46 Hình 2.7 Sơ đồ khối phân hệ thông tin cho vệ tinh 47 Hình 2.8 Sơ đồ khối trạm mặt đất 50 Hình 3.1 Tổn hao Fiđơ 58 Hình 3.2 Can nhiễu giữa các hệ thống thông tin vệ tinh 59 Hình 3.3 Góc ngẩng vệ tinh 60 Hình 4.1 Giá trị C/N 64 Hình 4.2 Sơ đồ tuyến thông tin vệ tinh 65 Hình 4.3 Vệ tinh gây nhiễu 66 Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 5 Hình 4.4 Chồng lấn tần số chỉ downlink (wanted) 67 Hình 4.5 Chồng lấn tần số chỉ uplink (wanted) 67 Hình 4.6 Chồng lấn tần số chỉ uplink (interfering) 68 Hình 4.7 Chồng lấn tần số chỉ downlink (interfering) truyền đến ES 68 Hình 4.8 Chồng lấn tần số cả uplink và downlink 69 Hình 4.9 Chồng lấn tần số với interfering chỉ downlink tác động đến Sat 69 Hình 4.10 Chồng lấn tần số với interfering chỉ downlink tác động đến Sat (Sat chỉ uplink) 70 Hình 4.11 Nghiên cứu tình huống 1 74 Hình 4.12 Nghiên cứu tình huống 2 76 Hình 5.1 Thuật toán chương trình 80 Hình 5.2 Giao diện chính 81 Hình 5.3 Interfering Sat F, P, Orbit 81 Hình 5.4 Wanted Sat F, P, Orbit 82 Hình 5.5 Công cụ tính toán 83 Hình 5.6 Các kết quả d, L, θ 83 Hình 5.7 Các kết quả ∆Te, ∆Ts, M… 84 Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 6 CÁC BẢNG BIỂU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN Bảng Nội Dung Trang Bảng 1.1 Các tham số chính của vệ tinh trong băng tần C 26 Bảng 1.2 Các tham số chính của trạm mặt đất trong băng tần C 27 Bảng 1.3 Các tham số chính của vệ tinh băng tần Ku điển hình 28 Bảng 1.4 Các tham số chính của trạm mặt đất băng tần Ku điển hình 29 Bảng 1.5 Các tham số chính của vệ tinh băng tần Ka điển hình 29 Bảng 1.6 Các tham số chính của trạm mặt đất băng tần Ka điển hình 30 Bảng 2.1 Phân kênh tần số đường lên băng C 51 Bảng 2.2 Phân kênh tần số đường xuống băng C 51 Bảng 2.3 Phân kênh tần số đường lên băng K u 52 Bảng 2.4 Phân kênh tần số đường xuống băng K u 53 Bảng 3.1 EIRP và G/T ở băng tần C 62 Bảng 3.2 EIRP và G/T ở băng tần K u 63 Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 7 CÁC TỪ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN TTVT TTVT Thông tin vệ tinh SES Satellite earth station Vệ tinh địa tĩnh Ethnic and language Ethnic and language Các nhóm ngôn ngữ và dân tộc VSAT Small aperture terminals Anten thu vệ tinh nhỏ HEO High earth orbits Quỹ đạo tầm cao LEO Low earth orbits Quỹ đạo thấp GEO GEO-stationary earth orbits Quỹ đạo địa tĩnh S S Cự ly từ trạm mặt đất đến vệ tinh C C Vận tốc ánh sáng T T Thời gian trễ truyền sóng từ một trạm mặt đất đến vệ tinh FDMA Frequency division multiple acces Đa truy nhập phân chia theo tần số TDMA Time division multiple acces Đa truy nhập phân chia theo thời gian CDMA Code division multiple acces Đa truy nhập phân chia theo mã MF/TDMA Multiple frequency Đa truy nhập phân chia theo thời gian / Đa tần số MF/CDMA Multiple frequency Đa truy nhập phân chia theo mã / Đa tần số CPDMA Code phase division multiple acces Đa truy nhập phân chia theo pha mã MF/CPDMA Multiple frequency Đa truy nhập phân chia theo pha mã / Đa tần MCPC Multi channel per carrier Đa kênh trên một sóng mang IDR IDR Sóng mang điều chế số Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 8 FDM FDM Ghép kênh phân chia theo tần số TDM TDM Ghép kênh phân chia theo thời gian FEC Forward error correct Mã sửa lỗi trước Backoff Backoff Độ lùi VNPT VNPT Tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt Nam EIRP Equivalent isotropic radiated power Công suất bức xạ đẳng hướng bộ phát đáp IBO Input back off power Độ lùi công suất đầu vào bộ phát đáp OBO Output back off power Độ lùi công suất đầu ra bộ phát đáp SFD SFD Mật độ thông lượng bão hòa bộ phát đáp G/T G/T Hệ số khuếch đại trên nhiệt tạp âm bộ phát đáp SCPC Single channel per carrier Đơn kênh trên 1 sóng mang U Uplink Tuyến lên V Vertically Phân cực đứng BSS Broadcast satellite service Dịch vụ quảng bá qua vệ tinh C/N Carrier/Noise Tỷ số sóng mang trên nhiễu D Downlink Tuyến xuống DBS Digital broadcasting system Hệ quảng bá kỹ thuật số ES Earth station Trạm mặt đất FSS Fixed satellite service Dịch vụ vệ tinh cố định H Horizontally Phân cực ngang HPA High power amplifiers Khuếch đại công suất cao Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 9 TÓM TẮT ĐỒ ÁN  Trong đồ án này, chúng ta sẽ tìm hiểu về hệ thống thông tin vệ tinh nói chung và vệ tinh VINASAT của Việt Nam nói riêng. Trên cơ sở dữ liệu và số liệu đã có giúp ta tính toán các nhiễu ảnh hƣởng đến vệ tinh VINASAT, để đƣa ra biện pháp khắc phục đến mức tối đa nhiễu ảnh hƣởng đến vệ tinh VINASAT.  Cụ thể đồ án đƣợc chia làm 5 chƣơng nhƣ sau: - Chƣơng 1: Tổng quan về thông tin vệ tinh - Chƣơng 2: Tổng quan về vệ tinh viễn thông Vinasat - Chƣơng 3: Suy hao trong thông tin vệ tinh - Chƣơng 4: Tính nhiễu ảnh hƣởng giữa vệ tinh Vinasat với vệ tinh lân cận - Chƣơng 5: Xây dựng phần mềm tính can nhiễu giữa vệ tinh Vinasat với vệ tinh lân cận ABSTRACT  In this project, we will learn about satellite communication systems in general and Vietnam's Vinasat particular. Based on the data and the data has helped us to calculate the noise impact Vinasat, to offer remedies to the maximum noise affecting Vinasat.  Project is divided into 5 chapters as follows: - Chapter 1: General about satellite communication - Chapter 2: General about Vinasat telecommunication satellite - Chapter 3: Attenuation in satellite communication - Chapter 4: Interference effects between satellite Vinasat nearby - Chapter 5: Develop computer software Vinasat interference between adjacent satellite Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 10 LỜI NÓI ĐẦU Thông tin vệ tinh mới chỉ xuất hiện trong hơn năm thập kỷ qua nhƣng đã phát triển rất nhanh chóng trên thế giới cũng nhƣ trong nƣớc ta, mở ra một thời kỳ mới cho sự phát triển trong mọi lĩnh vực khoa học cũng nhƣ đời sống nói chung và đặc biệt ngành viễn thông nói riêng. Thông tin vệ tinh có ƣu điểm nổi bật là vùng phủ sóng rất rộng, triển khai lắp đặt nhanh và khả năng cung cấp dịch vụ đa dạng cho ngƣời dùng. Nó là phƣơng tiện hữu hiệu nhất để kết nối thông tin liên lạc với các vùng xa xôi, biên giới, hải đảo, nơi mà mạng thông tin cố định không thể tới đƣợc, đồng thời thông tin vệ tinh nhờ ƣu điểm triển khai lắp đặt và thiết lập liên lạc nhanh sẽ là phƣơng tiện liên lạc cơ động giúp ứng cứu kịp thời trong các tình huống khẩn cấp. Đề tài này cung cấp những thông tin của vệ tinh nói chung và vệ tinh VINASAT của Việt Nam nói riêng, trên cơ sở dữ liệu và số liệu đã có giúp ta tính toán các nhiễu ảnh hƣởng đến vệ tinh VINASAT, để đƣa ra biện pháp khắc phục đến mức tối đa nhiễu ảnh hƣởng đến vệ tinh VINASAT. Tài liệu tham khảo dựa trên một số giáo trình đƣợc cung cấp bởi trƣơng ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI và một số tài liệu nƣớc ngoài, do thời gian hạn chế và trình độ có hạn , nên các vần đề trình bày có thể còn nhiều thiếu sót, tôi sẽ tiếp tục cập nhật, sửa chữa và bổ sung cho hoàn thiện. Tôi xin chân thành cảm ơn Giảng Viên Nguyễn Tiến Khải đã tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ tôi về hƣớng nghiên cứu, tài liệu, phƣơng pháp làm việc trong thời gian thực hiện bản luận án này. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn tập thể công ty “Cục tần Số Vô Tuyến Điện” đã đóng góp những ý kiến và tài liệu hết sức quý báu để tôi hoàn thiện bản luận án này. [...]... vệ tinh địa tĩnh có thể phủ sóng toàn cầu nhƣ chỉ ra trên hình 1.5 Các thông số hình học đƣợc chỉ ra trên hình 1.6 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 18 Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Hình 1.5 Vị trí 3 vệ tinh địa tĩnh phủ sóng toàn cầu Hình 1.6 Các thông số hình học giữa trạm mặt đất và vệ tinh 1.3 Những vấn đề chung của thông tin vệ tinh 1.3.1 Các phƣơng pháp đa truy nhập vệ tinh. .. đƣợc điều khiển bằng các trung tâm và các trạm điều khiển đặt tại các vị trí khác nhau của trái đất Các trung tâm điều khiển thực hiện các chức năng sau: Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 33 Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh - Xác định tƣ thế của vệ tinh - Tính toán các thông số tối ƣu cho quá trình điều khiển vệ tinh từ quỹ đạo Hohmann sang quỹ đạo tròn - Xác định các thông số của động... điểm đặt trong vệ tinh để đƣa vệ tinh về quỹ đạo địa tĩnh và về vị trí của nó b Đƣa vệ tinh vào quỹ đạo đĩa tĩnh Quá trình định vị vệ tinh bắt đầu khi vệ tinh đƣợc đƣa vào quỹ đạo chuyển tiếp bao gồm quá trình đƣa vệ tinh vào quỹ đạo xích đạo và sau đó từ từ đƣa vệ tinh vào vị trí địa tĩnh của nó Để thực hiện đƣợc quá trình này, các động cơ đẩy viễn điểm APM, các động cơ phản lực của vệ tinh đƣợc điều... nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Từ các dạng quỹ đạo nêu trên thì vệ tinh địa tĩnh là vệ tinh sử dụng cho thông tin là lý tƣởng nhất vì nó đứng yên khi quan sát từ một vị trí cố định trên mặt đất nghĩa là thông tin sẽ đƣợc đảm bảo liên tục, ổn định trong 24 giờ đối với các trạm nằm trong vùng phủ sóng mà không cần chuyển đổi sang một vệ tinh khác Bởi vậy hầu hết các hệ thống thông tin vệ tinh cố... Nguyễn Văn Linh 20 Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh băng thông vệ tinh không cao, vì mỗi kết nối sóng mang của FDMA luôn luôn chiếm băng thông cho dù trạm có truyền dữ liệu hay không Khi trạm không có liên lạc thì các sóng mang vẫn kết nối và chiếm băng thông vệ tinh Giữa các sóng mang lân cận cần có khoảng bảo vệ để tránh gây nhiễu sang nhau - Với các kết nối truyền dẫn đƣờng trục dung... ít nhất ba vệ tinh địa tĩnh mới phủ sóng toàn cầu, trong đó sẽ có những vùng hai vệ tinh phủ sóng chồng lấn lên nhau, có nghĩa là các địa điểm đó có thể đồng thời thông tin với hai vệ tinh, còn các vùng cực có vĩ độ khoảng  80 độ trở lên không thông tin đƣợc qua vệ tinh địa tĩnh, nhƣ chỉ ra trên hình 1.12 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 17 Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Hình... đạo tròn nếu chiều bay vệ tinh cùng chiều với chiều quay quả đất và có chu kỳ bằng chu kỳ quay của quả đất gọi là quỹ đạo địa tĩnh (GEO) Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 15 Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Hình 1.2 Ba dạng quỹ đạo cơ bản của vệ tinh  Có thể tóm tắt các dạng quỹ đạo của vệ tinh bằng sơ đồ dƣới đây Hình 1.3 Tóm tắt các dạng quỹ đạo của vệ tinh Sinh viên thực hiện:... hiệu chỉnh hƣớng của vệ tinh - Giám sát và đo các thông số quỹ đạo của vệ tinh so sánh với trạng thái cuối cùng của vệ tinh nhƣ dự kiến c Duy trì vệ tinh trên quỹ đạo Các công việc chính đƣợc thực hiện trong quá trình duy trì vệ tinh trên quỹ đạo là: - Các dao động của vệ tinh xung quanh vị trí quỹ đạo theo hƣớng Đông Tây, Nam Bắc phải đƣợc duy trì trong khoảng  0,1 độ - Tƣ thế vệ tinh phải đƣợc giám... Nguyễn Văn Linh 34 Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh CHƢƠNG II TỔNG QUAN VỀ VỆ TINH VIỄN THÔNG VINASAT * Nội dung chính của chƣơng gồm: + Thông số kỹ thuật của vệ tinh Vinasat + Tìm hiểu phần không gian của vệ tinh + Tìm hiểu phần mặt đất + Các sơ đồ phân kênh vệ tinh và vùng phủ sóng Căn cứ vào chỉ thị của Chính phủ, từ tháng 12/1997 BQP đã cùng các Bộ, Ngành khác, phối hợp với Tổng... qua vệ tinh giữa hai trạm mặt đất Tín hiệu từ một trạm mặt đất đến vệ tinh, gọi là đƣờng lên (uplink), và tín hiệu từ vệ tính đến trạm mặt đất gọi là đƣờng xuống (downlink) Thiết bị thông tin trên vệ tinh bao gồm một số bộ phát đáp sẽ khuếch đại tín hiệu ở các băng tần nào đó lên một công suất đủ lớn và phát trở về mặt đất Hình 1.1 Sơ đồ đường thông tin vệ tinh 1.1.3 Các đặc điểm của thông tin vệ tinh . trong thông tin vệ tinh - Chƣơng 4: Tính nhiễu ảnh hƣởng giữa vệ tinh Vinasat với vệ tinh lân cận - Chƣơng 5: Xây dựng phần mềm tính can nhiễu giữa vệ tinh Vinasat với vệ tinh lân cận ABSTRACT. cơ bản của vệ tinh  Có thể tóm tắt các dạng quỹ đạo của vệ tinh bằng sơ đồ dƣới đây Hình 1.3. Tóm tắt các dạng quỹ đạo của vệ tinh Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh. nƣớc ta 62 CHƢƠNG IV 64 TÍNH NHIỄU ẢNH HƢỞNG GIỮA VỆ TINH VINASAT VỚI VỆ TINH LÂN CẬN 64 4.1. Giá trị ngƣỡng của ∆T/T 64 Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: