Nghiên cứu thiết kế tuyến thông tin vệ tinh luận văn tốt nghiệp đại học

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TUYẾN THÔNG TIN VỆ TINH Giáo viên hướng dẫn Sinh viên thực VINH – 2011 : ThS Nguyễn Phúc Ngọc : Nguyễn Công Anh MỤC LỤC Trang LỜI NÓI ĐẦU TÓM TẮT ĐỒ ÁN Hình 1.15 Đặc tính vào TWT 40 LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay, sống kỷ nguyên bùng nổ thông tin, việc trao đổi thông tin diễn khắp nơi giới với yêu cầu nhanh chóng xác Đối với thông tin quốc tế, thông tin vệ tinh cung cấp đường thông tin dung lượng lớn Ngoài ra, thông tin vệ tinh cung cấp loạt dịch vụ có tính toàn cầu Chính lý mà thông tin vệ tinh phát triển nhanh chóng thập kỷ qua Hiện nay, nước ta phóng thành công vệ tinh cho riêng để nhằm đáp ứng nhu cầu thông tin ngày cao nước quốc tế Đây lĩnh vực với nhiều ưu điểm có tốc độ phát triển nhanh chóng nên em lựa chọn đề tài để nghiên cứu vấn đề để trang bị thêm kiến thức cho thân Nội dung đề tài gồm ba chương nghiên cứu sau: Chương I: Tổng quan thông tin vệ tinh, tìm hiểu lịch sử phát triển, nguyên lý đặc điểm thông tin vệ tinh, tìm hiểu dạng quỹ đạo, phân bố tần số vệ tinh, phương pháp đa truy nhập đến vệ tinh yếu tố truyền dẫn thông tin vệ tinh Chương II: Hệ thống thông tin vệ tinh, tìm hiểu cụ thể hai thành phần hệ thống thông tin vệ tinh phần không gian phần mặt đất Chương III: Thiết kế tuyến thông tin vệ tinh Trong trình làm đồ án em cố gắng học hỏi, tìm hiểu tham khảo tài liệu nhiên tránh khỏi thiếu sót Do em mong nhận ý khiến đóng góp thầy cô giáo bạn sinh viên Qua em xin chân thành cảm ơn ThS Nguyễn Phúc Ngọc nhiệt tình hướng dẫn bảo cho em suốt thời gian làm đồ án tốt nghiệp này, em xin chân thành cảm ơn tất Thầy, Cô Giáo khoa nhiệt tình giảng dạy suốt năm em học tập nghiên cứu trường để em có vốn hiểu biết Em xin chân thành cảm ơn! Vinh, tháng năm 2011 Sinh viên thực Nguyễn Công Anh TÓM TẮT ĐỒ ÁN Ngày nay, hệ thống thông tin vệ tinh phát triển mạnh mẽ đa dạng loại hình phục vụ Để vệ tinh hoạt động tốt quỹ đạo việc thiết kế tuyến đóng vai trò quan trọng Mục đích đồ án tìm hiểu tuyến thông tin vệ tinh qua đưa thiết kế, triển khai tuyến vệ tinh khu vực Đồ án trình bày cách tóm tắt lịch sử phát triển, nguyên lý đặc điểm thông tin vệ tinh, dạng quỹ đạo, phân bố tần số, phương pháp đa truy nhập yếu tố truyền dẫn thông tin vệ tinh Phần tìm hiểu cấu trúc hệ thống thông tin vệ tinh Phần cuối đồ án phương pháp thiết kế tuyến thông tin vệ cụ thể DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN Trang Hình 1.1 Cấu trúc hệ thống thông tin vệ tinh 14 Hình 1.2 Bán trục a bán trục phụ b elip .15 Hình 1.3 Định luật kepler thứ hai 16 Hình 1.4 Ba dạng quỹ đạo vệ tinh .18 Hình 1.5 Đồ thị biểu dễn suy hao mưa tầng điện ly theo tần số 20 Hình 1.6 Đa truy nhập phân chia theo tần số .23 Hình 1.7 Các cấu hình truyền dẫn FDMA 24 Hình 1.8 Đa truy nhập phân chia theo thời gian 26 Hình 1.9 Kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo mã .28 Hình 1.10 Sai lệch đặt anten chưa 33 Hình 1.11 Suy hao thiết bị phát thu .33 Hình 1.12 Các nguồn tạp âm ảnh hưởng đến thông tin vệ tinh 35 Hình 1.13 Can nhiễu viba trạm mặt đất vệ tinh 38 Hình 1.14 Can nhiễu hệ thống thông tin vệ tinh 39 Hình 1.15 Đặc tính vào TWT 40 Hình 1.16 Hiệu ứng nhiều đường trạm mặt đất thu 42 Hình 2.1 Cấu hình trạm mặt đất 45 Hình 2.2 Cấu hình khuếch đại công suất cao 47 Hình 2.3 Hệ số tạp âm 49 Hình 2.4 Nhiệt tạp âm 50 Hình 2.5 Cấu tạo HEMT .52 Hình 2.6 Nhiệt tạp âm hệ thống thu 54 Hình 2.7 Sự nghiêng mặt phẳng quỹ đạo địa tĩnh 55 Hình 2.8 Cửa sổ cho phép vệ tinh chuyển động tự 56 Hình 2.9 Các loại sóng thu hướng khác 57 Hình 2.10 Phần không gian hệ thống thông tin vệ tinh 58 Hình 2.11 Sơ đồ cấu tạo phát đáp 60 Hình 2.12 Sơ đồ cấu tạo máy thu 61 Hình 2.13 Sơ đồ phân kênh đầu vào .62 Hình 2.14 Sơ đồ ghép kênh đầu 64 Hình 2.15 Phủ sóng toàn cầu phủ sóng bán cầu .65 Hình 2.16 Phủ sóng vùng phủ sóng “dấu” 66 Hình 2.17 Vùng phủ sóng lưới 66 Hình 2.18 Anten loa hình chữ nhật 67 Hình 2.19 Anten phản xạ .67 Hình 2.20 Các trục ổn định vệ tinh .69 Hình 2.21 Sự cân nhiệt vệ tinh .70 Hình 3.1 Các tham số đường truyền trạm mặt đất- vệ tinh 75 Hình 3.2 Tính toán góc ngẩng .75 Hình 3.3 Góc phương vị vệ tinh 76 DANH SÁCH CÁC BẢNG TRONG ĐỒ ÁN Trang Bảng 1.1 Tần số sử dụng thông tin vệ tinh 22 Bảng 1.2 Suy giảm khí theo tần số .33 Bảng 2.1 Bảng so sánh khuếch đại công suất cao 46 Bảng 2.2 Quan hệ hệ số tạp âm (F) nhiệt tạp âm (Te) 50 Bảng 2.3 So sánh khuếch đại tạp âm thấp (LNA) 53 Bảng 2.4 Các thông số kỹ thuật loại HPA 64 CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN Viết tắt A/D AM CCIR Tiếng Anh Analog to digital Amplitude Modulation Comite Consultatif Nghĩa tiếng Việt Bộ chuyển đổi tương tự sang số Điều chế biên độ Uỷ ban tư vấn vô tuyến quốc tế International des CDMA Radiocommunications Code Division Multiplex Đa truy nhập phân chia theo mã COM C/N D/C DIV Eb/N0 Access Combiner Carrier to Noise Power Ratio Down/Convertor Divider Energy per Bit to Noise Bộ kết hợp Tỷ số sóng mang tạp âm Bộ biến đổi hạ tần Bộ chia Tỷ số lượng bít EIRP Equiralent Isotropic mật độ tạp âm Công suất phát xạ đẳng hướng FDM Radiated Power Frequency Division tương đương Ghép kênh phân chia theo tần FDMA Multiplex Frequency Division số Đa truy nhập phân chia theo FET FM GaAs-FET Multiplex Access Field Effect Transistor Frequency Modulation Gali-Arsenic Field Effect tần số Transistor hiệu ứng trường Điều chế tần số Tranzito trường loại bán dẫn GEO HEMT Transistor Geostationary Earth Orbit High Electron Mobility hỗn tạp Gali-Arsenic Quỹ đạo địa tĩnh Transistor độ linh động điện tử Transistor HEO High Earth Orbit HPA High Power Amplifier IBO Input background color off IMUX In Multiplexer INTELSAT International ITU cao Quỹ đạo trái đất tầm cao Bộ khuếch đại công suất cao Độ lùi đầu vào Bộ phân kênh đầu vào Tổ chức vệ tinh viễn thông Telecommunications quốc tế Sattelite Organization International Liên đoàn viễn thông quốc tế Telecommunications Union Klytron Low Earth Orbit Low Noise Amplifier Local ossilator Medium Earth Orbit Modulator Output back off Out Multiplexer Phase Modulation Phase Shift Keying Single Channel Per Carrier Saturation Power Density Satellite Earth Station Solid State Power Amplifier Signal/Noise Time Division Multiplex Đèn klytron Quỹ đạo trái đất tầm thấp Bộ khuếch đại tạp âm thấp Bộ dao động nội Quỹ đạo trái đất tầm trung Bộ điều chế Độ lùi đầu Bộ ghép kênh đầu Điều chế pha Điều chế pha số Một kênh sóng mang Mật độ công suất bão hòa Trạm mặt đất Bộ khuếch đại bán dẫn Tỷ số tín hiệu tạp âm Ghép kênh phân chia theo thời TDMA Time Division Multiplex gian Đa truy nhập phân chia theo TE TEM Access Terminal Equipement Transverzalis electronic thời gian Thiết bị đầu cuối Sóng điện từ trường ngang TT&C magnetic Telemetry, Tracking and Đo lường, bám điều khiển TTC&M Command Telementry, Tracking, Đo lường từ xa, theo dõi, kiểm TWT TWTA Control and Monitoring Traveling Wave Tube Traveling Wave Tube soát giám sát Đèn sóng chạy Bộ khuếch đại đèn sóng chạy U/C VSAT Amplituder Up/Convertor Very Small Apertude Bộ biến đổi nâng tần Đầu cuối có độ nhỏ XPD Terminal Cross-Polarization Khả phân biệt phân cực Discrimination chéo KLY LEO LNA LO MEO MOD OBO OMUX PM PSK SCPC SPD SES SSPA S/N TDM 10 Trong hình 3.2: O tâm trái đất, A vị trí trạm mặt đất, S vị trí vệ tinh, β góc tâm, θ e góc ngẩng trạm mặt đất tgθ e = Ta có Trong đó, MA SM MA = OM − OA = OS cos β − OA = r cos β − Re SM = OS sin β = r sin β Từ suy ra: tgθ e = r cos β − Re = r sin β cos β − sin β Re r (3.3) c) Góc phương vị Góc phương vị góc dẫn đường cho anten quay tìm vệ tinh quỹ đạo địa tĩnh theo hướng từ Đông sang Tây Góc phương vị xác định đường thẳng hướng phương Bắc qua trạm mặt đất với đường nối đến vệ tinh Góc xác định theo chiều kim đồng hồ hình 3.3 Góc phương vị tính theo biểu thức: ϕa = 1800 + kinh độ tây ϕa= 1800 - kinh độ đông Hình 2.3 Góc phương vị vệ tinh ϕa phụ thuộc vào kinh độ, vừa kinh độ điểm thu kinh độ vệ tinh Góc phương vị vệ tinh tính theo công thức: 76 - Vệ tinh 1: ϕa1 = 1800- kinh độ đông - Vệ tinh 2: ϕa2 = 1800+ kinh độ tây Góc phương vị ϕa tính theo công thức: tgϕ a = tg∆Le ( − sin φ ) (3.4) Với φ vĩ độ trạm mặt đất (độ) ∆Le hiệu kinh độ đông vệ tinh với trạm mặt đất, ∆Le = Ls - Le 3.2.2 Tính toán kết nối đường lên (UPLINK) a) Hệ số khuếch đại anten phát trạm mặt đất GTe Độ lợi anten thông số quan trọng trạm mặt đất, anten đặt ngõ vào để khuếch đại tín hiệu nhỏ từ picowatt đến nanowatt Độ khuếch đại lớn làm tăng tỷ số C/N, liên quan đến chảo anten băng tần công tác: 4.π π D  π D  GTe = = ÷ η tính theo dB λu  λu  GTe = 10.logη + 20.log D + 20.log fu + 20.log(π / c) [dB] (3.5) Với: D - đường kính anten phát λU - bước sóng tín hiệu phát lên f u - tần số tín hiệu phát lên η - hiệu suất anten, η thường khoảng từ 50% -70% c - vận tốc ánh sáng, c = 3.108 m/s b) Công suất xạ đẳng hướng tương đương trạm mặt đất EIRPe Công suất xạ hiệu dụng EIRP e (Equivalent Isotropic Radiated Power) gọi công suất xạ đẳng hướng tương đương, biểu thị công suất chùm sóng phát từ trạm mặt đất đến vệ tinh Được tính tích công suất máy phát đưa tới anten trạm mặt đất PTe với hệ số tăng ích anten phát GTe EIRPe = PTeGTe 77 (W) hoặc: Trong EIRPe = 10lg( PTe ) + GTe [dBW] (3.6) PTe: Công suất phát trạm mặt đất GTe: Độ lợi phát Anten trạm mặt đất EIRPe thông thường trạm mặt đất có giá trị từ 0dBW đến 90dBW, vệ tinh từ 20dBW đến 60dBW c) Công suất sóng mang thu vệ tinh Công suất sóng mang thu yếu tố quan trọng việc xác định chất lượng tuyến thông tin vệ tinh, công suất sóng mang phụ thuộc vào thiết bị công suất máy phát, hệ số tăng ích anten thu vệ tinh Công suất sóng mang nhận đầu vào máy thu vệ tinh xác định theo công thức: CRS = EIRPe − Lu + GRS (3.7) với: GRS - hệ số khuếch đại anten thu vệ tinh d) Tổng suy hao tuyến lên Tổng suy hao tuyến lên: LU = ( Ltd )U + ( LR )U + Lmu [dB] Với: (3.8) ( Ltd )U - suy hao tuyến phát không gian tự ( LR )U - suy hao hệ thống fiđơ đầu vào máy thu Lmu - hệ số dự trữ suy hao thời tiết (mưa tuyến lên), lệch búp sóng phát so với vệ tinh, lệch phân cực anten Trong đó, suy hao tuyến lên không gian tự tính theo biểu thức: ( Ltd )U = 20lg(4π fU d ) − 20lg(c) [dB] (3.9) e) Độ lợi anten thu vệ tinh Độ lợi anten thu vệ tinh tính biểu thức: GRS = (G / T ) S + 10lg TU [dB] (3.10) (G / T ) S hệ số phẩm chất máy thu vệ tinh TU nhiệt tạp âm tuyến lên, chủ yếu nhiệt tạp âm máy thu vệ 78 tinh TRS nhiệt tạp âm anten thu vệ tinh TAS : TU = TRS + TAS (3.11) f) Công suất tạp âm tuyến lên NU = kTU B hay tính theo dB NU = 10lg(k ) + 10lg(TU ) + 10lg( B) [dB] Với: (3.12) k - số Boltzman, k = 1,38.10 −23 (W / Hz K ) B - băng thông máy thu TU - nhiệt tạp âm tuyến lên TU = TRS + TAS Nhiệt tạp âm máy thu vệ tinh tính theo biểu thức: F TRS = (1010 − 1)T0 (3.13) Trong đó, F [dB] hệ số tạp âm máy thu vệ tinh T0 nhiệt độ chuẩn, T0 = 2900 K g) Tỷ số sóng mang tạp âm tuyến lên Trong tuyến thông tin vệ tinh, chất lượng tuyến đánh giá tỷ số công suất sóng mang công suất tạp âm (C/N), hay công suất sóng mang nhiệt tạp âm tương đương (C/T) Tạp âm chủ yếu phụ thuộc vào thân máy thu, vào môi trường bên môi trường truyền sóng can nhiễu phụ thuộc hệ thống viba lân cận C  ÷ = EIRPe − LU + GRS − NU [dB]  N U (3.14) C  ÷ tỷ số sóng mang tạp âm đầu vào giải điều chế máy  N U thu vệ tinh h) Nhiệt tạp âm hệ thống trạm mặt đất Nhiệt tạp âm hệ thống trạm mặt đất phụ thuộc vào tạp âm anten, tạp âm đầu vào máy thu hệ số suy hao hệ thống fiđơ: 79 TSYS =  L −1 TU + TM + T0  FTX ÷+ TR [ K] LFTX L  FTX  (3.15) 3.2.3 Tính toán kết nối đường xuống (DOWNLINK) a) Hệ số khuếch đại anten thu trạm mặt đất Hệ số khuếch đại anten thu trạm mặt đất có biểu thức tính tương tự hệ số khuếch đại anten phát trạm mặt đất: 2 πD  4.π 4π π D  π Df D  GRe = A.η = η = η  ÷ =η  ÷ λ D λ D  c   λD    π Df D   GRe = 10lg η  ÷  = 10lg ( η ) + 20lg ( π Df D ) − 20lg ( c ) [dB]   c   (3.16) b) Công suất xạ hiệu dụng vệ tinh Công suất xạ hiệu dụng EIRPS vệ tinh gọi công suất phát xạ đẳng hướng tương đương, biểu thị công suất chùm sóng phát từ vệ tinh đến trạm mặt đất EIRPS vệ tinh thông thường cho trước c) Tổng suy hao tuyến xuống Tổng suy hao tuyến xuống: LD = ( Ltd ) D + LRD + LOD [dB] (3.17) Với: ( Ltd ) D - suy hao tuyến xuống không gian tự LRD - suy hao hệ thống fiđơ đầu vào máy thu LOD - hệ số dự trữ suy hao do: thời tiết (mưa tuyến xuống), lệch búp sóng phát so với anten trạm mặt đất, lệch phân cực anten Trong đó, suy hao tuyến xuống không gian tự tính theo biểu thức: ( Ltd ) D = 20lg(4.π d f D ) − 20lg(c) [dB] 80 (3.18) d) Công suất sóng mang thu trạm mặt đất Công suất sóng mang nhận đầu vào máy thu trạm mặt đất xác định theo biểu thức: CRE = EIRPS − LD + GR e [dB] (3.19) với: GR e - hệ số khuếch đại anten thu trạm mặt đất e) Công suất tạp âm hệ thống Công suất tạp âm hệ thống tính biểu thức: N D = 10lg(kTD B ) = 10lg k + 10lg TD + 10lg B (3.20) 10lg k = −228,6 Với: TD nhiệt tạp âm hệ thống xem tổng bốn thành phần biểu diễn theo biểu thức: TD = TU + TM TF + + TR [0K] LF LF (3.21) f) Tỷ số công suất sóng mang công suất tạp âm tuyến xuống Tỉ số công suất sóng mang công suất tạp âm tuyến xuống là: (C / N ) D = C RE − N D = EIRPS + GRe − LD − N D (3.22) g) Hệ số phẩm chất trạm mặt đất Hệ số phẩm chất trạm mặt đất giá trị tỷ số hệ số tăng ích anten thu nhiệt độ tạp âm hệ thống đặc trưng cho độ nhạy máy thu Ge = GRe − LR − LFRX − LPOL − 10.lg(Te ) (dB/0K) Te (3.23) 3.3 Bài toán thiết kế tuyến thông tin vệ tinh với vệ tinh VINASAT trạm mặt đất Hà Nội [4] Yêu cầu: - Tính toán thiết kế tuyến cho tỷ số công suất sóng mang công suất tạp âm tuyến xuống đạt yêu cầu - Quá trình tính toán chia làm ba phần: 81 + Tính cự ly thông tin, góc ngẩng góc phương vị anten trạm mặt đất + Tính toán tuyến lên + Tính toán tuyến xuống Số liệu ban đầu: • Băng tần hoạt động Việc tính toán tiến hành băng C, với đường lên 6GHz đường xuống 4GHz • Trạm mặt đất - Được đặt Hà Nội, có vĩ độ 210Bắc kinh độ 105,450Đông - Đường kính anten 15m, hiệu suất 65% - Công suất máy phát trạm mặt đất: 40W • Vệ tinh - Vị trí vệ tinh 1320Đông - Công suất xạ đẳng hướng tương đương vệ tinh ( EIRP ) S = 40dBW - Hệ số phẩm chất máy thu vệ tinh (G / T ) S = dB/0K - Hệ số tạp âm máy thu vệ tinh F = 3dB - Băng thông kênh truyền B = 36MHz Với số giả thiết sau: - Suy hao độ lệch hướng phân cực (Depointing Loss): + LTE = LRS = 0,9 [dB] + LTS = LRE = 0,9 [dB] - Suy hao phân cực: Lpol =0,1 [dB] - Nhiệt độ môi trường xung quanh trạm mặt đất: Txq = 300 [0K] - Nhiệt tạp âm máy thu: TR = 150 [0K] - Nhiệt độ môi trường: T0 = 300 [0K] - Hệ số suy hao đường đi: 82 + Tuyến lên: γ U = 2,1 [dB/km] + Tuyến xuống: γ D = 0,225 [dB/km] - Suy hao fiđơ: + LFRXS = 0,5 [dB] + LFRXE = 0,1 [dB] + LFTXE = [dB] 3.3.1 Tính toán cự ly thông tin, góc ngẩng, góc phương vị a) Tính toán cự ly thông tin Từ công thức (3.1) ta có: cos β0 = cos ϕ.cos( Ls − Le ) = cos(210 ).cos(1320 − 105, 450 ) = 0,8350 ⇒ β ≈ 33,40 ⇒ cự ly thông tin d = Re + r − Re r.cos β Thay số vào ta có: d = 63782 + 421462 − 2.6378.42146.0,835 = 36987, 2( Km) b) Tính góc ngẩng θe Tgθ e = 6378 Re 0,835 − 42146 = 0,684 ≈ 1,243 r = sin β sin 33,40 0,55 cos β − Từ suy θe = 51,180 c Góc phương vị ϕe : Góc phương vị A tính theo công thức (3.3): tg ∆Le tg 26,550 tgϕe = = ≈ −1,36 (− sin ϕ ) − sin 210 ϕe số âm -59,60 Suy ϕe = 1800 − 59,60 = 120,40 3.3.2 Tính toán tuyến lên (UpLink) a) Tính công suất sóng mang đưa tới anten phát trạm mặt đất PA = PTE − LFTXE = 10log 40 − = 15,02 [dBW] 83 b) Tính EIRP trạm mặt đất Độ lợi anten phát trạm mặt đất là: GTE = 10logη + 20log D + 20log fU + 20,4 GTE = 10log 0,65 + 10log15 + 20log + 20,4 = 57,613 [dB] EIRP trạm mặt đất là: EIRPE = PA + GTE EIRPE = 15,02 + 57,613 = 72,633 [dBW] c) Tính suy hao tuyến lên LU = ( Ltd )U + ( LR )U + LTE + LRS + LPOL Ta có: Mà: ( Ltd )U = 20log 4π + 20log d + 20log fU − 20log c = 20log 4π + 20log36987,2.103 + 20log 6.109 − 20log3.108 = 199,366 [dB] ( LR ) U = γ U × LS LS = γ U = 2,1 [dB/km] hm − hS (km) sin θ e hm = + 0,028 = 3,028 (km) LS = θ e = 51,180 3,028 − 0,01 = 3,875 (km) sin 51,180 ( LR ) U = 2,1 × 3,875 = 8,138 [dB] Mặt khác: - LTE = 0,9dB - LRS = 0,9dB - LPOL = 0,1dB Suy hao tuyến lên là: LU = 199,366 + 8,138 + 0,9 + 0,9 + 0,1 = 209,404 [dB] d) Công suất sóng mang nhận đầu vào máy thu vệ tinh 84 Công suất sóng mang đưa tới anten thu vệ tinh là: CRA = EIRPE − LU = 72,633 − 209,404 = −136,771 [dBW] Công suất sóng mang nhận anten thu vệ tinh: CR = CRA + GRS GRS = (G / T ) S + 10log TU Với: Mà nhiệt tạp âm tuyến lên là: TU = TRS + TAS F 10 10 TRS = (10 − 1)T0 = (10 − 1)290 = 290 [ K] TRS = 290 [0K] TU = TRS + TAS = 580 [0K] Từ ta có: GRS = + log580 = 28,63 [dB] Vậy: CR = −136,771 + 28,63 = −108,141 [dBW] Công suất nhận đầu vào máy thu vệ tinh: CRS = CR − LFRXS = −108,141 − 0,5 = −108,641 [dBW] e) Tính tỷ số công suất sóng mang công suất tạp âm tuyến lên (C / N )U = CRS − NU Ta có: NU = 10log k + 10log TU + 10log B = −228,6 + 10log580 + 10log36.106 = -1,254 [dBW] Do đó: (C / N )U = −108,641 + 125,4 = 16,759 [dB] 3.3.3 Tính toán tuyến xuống (DownLink) a) Tính suy hao tuyến xuống Ta có: LD = ( Ltd ) D + ( LR ) D + LTS + LRE + LPOL Trong đó: ( Ltd ) D = 20log 4π + 20log d + 20log f D − 20log c = 20log 4π + 20log36987,2.103 + 20log 4.109 − 20log3.108 = 195,843 [dB] 85 ( LR ) D = γ D × LS + LS = 3,875 (km) Với: + γ D = 0,225 [dB/km] Thay vào ta có: ( LR ) D = γ D × LS = 0,225 × 3,875 = 0,872 [dB] LTS = LRE = 0,9dB Mà: LPOL = 0,1dB Do đó: LD = 195,843 + 0,872 + 0,9 + 0,9 + 0,1 = 198,615 [dB] b) Tính công suất sóng mang nhận đầu vào máy thu trạm mặt đất Công suất sóng mang đưa tới anten thu trạm mặt đất là: CRAE = EIRPS − LD = 40 − 198,615 = −158,615 [dBW] Công suất sóng mang nhận anten thu trạm mặt đất là: CR = CRAE + GRE Trong độ lợi anten thu trạm mặt đất là: GRE = 10logη + 20log D + 20log f D + 20,4 = 10log 0,65 + 10log15 + 20log + 20,4 = 54,09 [dB] Do đó: CR = −158,615 + 54,09 = −104,525 [dBW] Vậy công suất sóng mang nhận máy thu trạm mặt đất là: CRE = CR − LFRXE = −104,525 − 0,1 = −105,525 [dB] c) Tính công suất tạp âm hệ thống Tính nhiệt tạp âm hệ thống TD = TS + TM TF + + TR LF LF Với: Nhiệt tạp âm mưa là: TM = Tm (1 − 86 ) LM Tm = 1,12Txq − 50 = 1,12 × 300 − 50 = 286 [0K] Trong đó: LM = 10( LR )D /10 = 100,0874 = 1,2229 ) = 52 [0K] 1,2229 Do đó: TM = 286(1 − Từ ta có: TS + TM = 52,76 + 52 = 104,76 [0K] TF = T0 ( LF − 1) Nhiệt tạp âm fiđơ là: T0 = 300 [0K] Trong đó: LF = 10 LFRXE /10 = 100,1 = 1,259 TF = 300(1,259 − 1) = 76,678 [0K] Nhiệt tạp âm máy thu là: TR = 150 [0K] Vậy: TD = 104,76 76,678 + + 150 = 294,9 [0K] 1,259 1,269 N D = 10log k + 10log TD + 10log B = −228,6 + 10log 294,9 + 10log36 × 106 = −128,337 [dBW] d) Tính tỷ số công suất sóng mang công suất tạp âm tuyến xuống Ta có: (C / N ) D = CRE − N D (C / N ) D = −105,527 + 128,337 = 22,81 [dB] 3.4 Kết luận chương Thực chất kỹ thuật thông tin vệ tinh kỹ thuật truyền dẫn mà môi trường truyền dẫn không gian vũ trụ phức tạp với khoảng cách lớn Môi trường không gian tự khí bao quanh trái đất bao gồm hợp chât khí bụi, nước chúng làm suy hao tín hiệu truyền qua Khi thiết kế hệ thống cần phải thận trọng để hạn chế khắc phục tác động này, đặc biệt lưu ý đến suy hao mưa Khi thiết kế cần xem xét kỹ vấn đề liên quan đến suy hao hệ thống để từ đưa khoảng dự phòng công suất hợp lý tránh 87 lãng phí công suất đảm bảo việc liên lạc thông tin điều kiện thời tiết 88 KẾT LUẬN ĐỀ TÀI Với vấn trình bày đồ án, thấy thông tin vệ tinh hệ thống vô quan trọng thông tin liên lạc hện nay, có nhiều ứng dụng sống với đặc điểm địa hình Việt Nam phức tạp, có nhiều khu vực đồi núi hiểm trở, hẻo lánh quần đảo xa xôi nên việc thiết lập tuyến thông tin tầm thấp truyền thống cáp đồng trục, cáp quang, vi ba … gặp nhiều khó khăn Việc triển khai mạng thông tin vệ tinh thực nước ta từ năm 1995 góp phần quan trọng phát triển kinh tế đảm bảo an ninh trị chủ quyền lãnh thổ quốc gia Nhu cầu thông tin người ngày gia tăng đòi hỏi kỹ thuật vệ tinh phải phát triển không ngừng, nhằm phát huy tính ưu việt thông tin vệ tinh vượt qua hạn chế mà thông tin vệ tinh gặp phải suy hao đường truyền, tạp âm cao giới hạn quỹ đạo địa tĩnh Bằng cách tăng công suất máy phát trạm vệ tinh, sử dụng linh kiện có đặc tính tạp âm thấp, sử dụng vệ tinh có quỹ đạo thấp v.v… Với đề tài cho ta thấy mức độ loại suy hao, nguyên nhân sinh tạp âm cách tính toán tuyến thông tin từ trạm đến trạm thông qua vệ tinh, để từ ta thiết lập tuyến thông tin cho đạt chất lượng phù hợp với nhu cầu thông tin tính kinh tế cao 89 HPAAAA Kênh TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, Giáo trình Thông tin di động, Học viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông, 2002 [2] TS Đỗ Hoàng Tiến (Chủ biên), ThS Bùi Như Phong, ThS Đinh Thị Kim Phượng, Giáo trình Kỹ thuật truyền hình, Nhà xuất Bản Giáo Dục, 2009 [3] Gv Nguyễn Trung Tấn, Bài giảng Thông tin vệ tinh, Trung tâm kỹ thuật viễn thông [4] TS Nguyễn Văn Tuấn, Thông tin vi ba-vệ tinh, Đại học Bách khoa Đà Nẵng, 2009 [5] http://vntelecom.org/, truy nhập cuối ngày 15/04/2011 [6] http://www.rfd.gov.vn/, truy nhập cuối ngày 20/04/2011 [7] http://4tech.com.vn/, truy nhập cuối ngày 20/04/2011 [8] http://tin247.com/, truy nhập cuối ngày 20/04/2011 [9] http://vi.wikipedia.org/, truy nhập cuối ngày 06/05/2011 90 [...]... sử dụng trong thông tin vệ tinh Ký hiệu Dải tần Phạm vi sử dụng (GHz) Thông tin vệ tinh di động, phát thanh quảng bá, L 1–2 S 2–4 Thông tin vệ tinh di động, hàng hải C 4–8 Thông tin vệ tinh cố định X 8 – 12 Thông tin vệ tinh quân sự và chính phủ Ku 12 – 18 Thông tin vệ tinh cố định, truyền hình quảng bá K 18 – 27 Ka Sóng mm 27 – 40 > 40 vô tuyến định vị Trạm cố định Thông tin vệ tinh cố định, truyền... qua vệ tinh 11 Năm 1987 Thử nghiệm thành công vệ tinh phục vụ cho thông tin di động qua vệ tinh Thời kỳ những năm 1999 đến nay, ra đời ý tưởng và hình thành những hệ thống thông tin di động và thông tin băng rộng toàn cầu sử dụng vệ tinh Các hệ thống điển hình như GLOBAL STAR, IRIDIUM, ICO, SKYBRIGDE, TELEDESIC * Sự phát triển thông tin vệ tinh ở Việt Nam: - Năm 1980, khánh thành trạm thông tin vệ tinh. .. phóng vào vũ trụ dùng cho thông tin vệ tinh, khi đó nó sẽ khuyếch đại sóng vô tuyến điện nhận được từ các trạm mặt đất và phát lại sóng vô tuyến đến các trạm mặt đất khác ở một tần số khác Loại vệ tinh nhân tạo sử dụng cho thông tin vệ tinh như thế gọi là vệ tinh thông tin 12 Có hai quy luật chi phối quỹ đạo của các vệ tinh bay xung quanh quả đất [4] - Mặt phẳng bay của vệ tinh phải cắt ngang tâm trái... đời hệ thống thông tin vệ tinh thương mại đầu tiên INTELSAT-1 với tên gọi Early Bird Cuối năm 1965 liên xô phóng thông tin vệ tinh MOLNYA lên quỹ đạo elip Năm 1971 thành lập tổ chức thông tin vệ tinh quốc tế INTERSPUTNIK gồm Liên Xô và 9 nước XHCN Năm 1972-1976 Canada, Mỹ, Liên Xô và Indonesia sử dụng vệ tinh cho thông tin nội địa Năm 1979 thành lập tổ chức thông tin hàng hải quốc tế qua vệ tinh INMARSAT... dung lượng kênh của vệ tinh đặc biệt khi một số trạm mặt đất có dung lượng nhỏ sử dụng chung một bộ phát đáp như trong trường hợp hệ thống điện thoại vệ tinh trên biển 1.7 Các yếu tố truyền dẫn trong thông tin vệ tinh 1.7.1 Suy hao Một tuyến thông tin vệ tinh bao gồm đường truyền sóng từ anten của trạm phát đến vệ tinh (tuyến lên - uplink) và từ vệ tinh đến anten của trạm mặt đất thu (tuyến xuống - downlink)... tin cậy thông tin cao: ảnh hưởng do nhiễm khí quyển và phading là không đáng kể nên tỷ số lỗi bít có thể đạt 10-9 Tuyến thông tin vệ tinh chỉ có ba trạm, trong đó vệ tinh có vai trò như trạm lặp còn hai trạm mặt đất đầu cuối nên xác suất hư hỏng trên tuyến là rất thấp, độ tin cậy trung bình đạt 99,9% thời gian thông tin của một năm - Tính linh hoạt cao, hiệu quả kinh tế lớn: hệ thống thông tin vệ tinh. .. Pháp phóng thành công vệ tinh VINASAT-1 (mua của Mỹ) lên quỹ đạo địa tĩnh Với sự kiện này, Việt Nam trở thành nước thứ 6 trong khu vực và nước thứ 93 trên thế giới có vệ tinh riêng - Dự kiến đến năm 2012, Việt Nam sẽ có vệ tinh VINASAT-2 phóng lên quỹ đạo và vào năm 2014 sẽ phóng vệ tinh viễn thám [9] 1.2 Nguyên lý của thông tin vệ tinh Một vệ tinh có khả năng thu phát sóng vô tuyến điện Sau khi được... hình viễn tưởng thông tin toàn cầu, đã đưa ra ý tưởng sử dụng một hệ thống gồm 3 vệ tinh địa tĩnh dùng để phát thanh quảng bá trên toàn thế giới Tháng 10 / 1957 lần đầu tiên trên thế giới, Liên Xô phóng thành công vệ tinh nhân tạo SPUTNIK - 1 Đánh dấu một kỷ nguyên về thông tin vệ tinh Năm 1958 bức điện đầu tiên được phát qua vệ tinh SCORE của Mỹ Năm 1964 thành lập tổ chức thông tin vệ tinh quốc tế INTELSAT... tinh phải cắt ngang tâm trái đất - Quả đất phải là trung tâm của bất kỳ quỹ đạo nào của vệ tinh Một hệ thống thông tin vệ tinh bao gồm một vệ tinh trên quỹ đạo và các trạm mặt đất, các trạm này có thể truy cập đến vệ tinh Đường hướng từ trạm mặt đất lên vệ tinh được gọi là đường lên (uplink) và đường hướng từ vệ tinh tới trạm mặt đất gọi là đường xuống (downlink) Việc phân bổ băng tần sóng cho hướng... Orbit) Vệ tinh MEO ở độ cao từ 10.000 km đến 20.000 km, chu kỳ của quỹ đạo là 5 đến 12 giờ, thời gian quan sát vệ tinh từ 2 đến 4 giờ Ứng dụng cho thông tin di động hay thông tin radio Hệ thống MEO cần khoảng 12 vệ tinh để phủ sóng toàn cầu Loại này có giá thành vừa phải, độ trễ truyền dẫn nhỏ nhưng có nhược điểm là có tổn hao lớn 1.5 Tần số làm việc trong thông tin vệ tinh 1.5.1 Khái niệm của sổ vô tuyến ... 1.4 Đặc điểm thông tin vệ tinh 1.4.1 Ưu nhược điểm thông tin vệ tinh Trong thời đại nay, thông tin vệ tinh phát triển phổ biến 15 nhanh chóng nhiều lý khác Các ưu điểm thông tin vệ tinh so với... thoại vệ tinh biển 1.7 Các yếu tố truyền dẫn thông tin vệ tinh 1.7.1 Suy hao Một tuyến thông tin vệ tinh bao gồm đường truyền sóng từ anten trạm phát đến vệ tinh (tuyến lên - uplink) từ vệ tinh. .. đạo vệ tinh Một hệ thống thông tin vệ tinh bao gồm vệ tinh quỹ đạo trạm mặt đất, trạm truy cập đến vệ tinh Đường hướng từ trạm mặt đất lên vệ tinh gọi đường lên (uplink) đường hướng từ vệ tinh