Nghiên cứu hệ thống 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 HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH Giảng viên hướng dẫn: ThS LÊ THỊ KIỀU NGA Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN THUẬN Đồ án tốt nghiệp Công nghệ IPTV giải pháp VNPT VINH - 2011 GVHD: KS Lê Thị Kiều Nga Thông SVTH: Đinh Văn BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Số hiệu sinh viên: Ngành: Khoá: Giảng viên hướng dẫn: Cán phản biện: Nội dung thiết kế tốt nghiệp: Nhận xét cán phản biện: Ngày tháng năm 2011 Cán phản biện ( Ký, ghi rõ họ tên) LỜI NÓI ĐẦU Chúng ta sống thời kỳ tiên tiến ngành công nghệ nhiều lĩnh vực khác Trong phát triển người kéo theo phát triển mạnh mẽ nghành công nghệ làm thay đổi sống cuả Dân số ngày tăng nhu cầu tăng lên, công nghệ nghành điện tử, công nghệ thông tin, loại thông tin truyền sóng vô tuyến điện Viễn thông vô tuyến vào đời sống hàng ngày mà cảm nhận sống giới nhờ phương tiện internet, điện thoại quốc tê, phương tiện truyền hình… Thông tin vệ tinh phương tiện ngày phổ biến đa dạng phủ sóng cho vùng rộng lớn , khả cung cấp loại dịch vụ đa dạng, vùng hải đảo xa xôi, biên giới vùng mà phương tiện khác khó triển khai để thông tin kết nối thông tin vệ tinh đáp ứng cầu trên, thông tin vệ tinh cung cấp đường thông tin dung lượng lớn thay thông tin sóng ngắn Được hướng dẫn ThS Lê Thị Kiều Nga, em chọn đề tài “Nghiên cứu hệ thống thông tin vệ tinh” để làm đồ án tốt nghiệp cho Nội dung đồ án gồm bốn chương: Chương I: Tổng quan thông tin vệ tinh Chương II: Cấu trúc hệ thống thông tin vệ tinh Chương III: Đa truy nhập thông tin vệ tinh Chương IV: Thiết kế lượng đường truyền thông tin vệ tinh Thông tin vệ tinh lĩnh vực thời gian tìm hiểu chưa lâu nên đề tài nằm phạm vi tìm hiểu, kiến thức hạn chế nên đề tài nhiều thiếu sót mong thầy cô bạn bè đóng góp ý kiến để hoàn thiện Sinh viên thực Nguyễn Văn Thuận MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT .10 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN VỆ TINH 12 1.1 Lịch sử phát triển thông tin vệ tinh 12 1.1.1.Nguyên lý thông tin vệ tinh 13 1.1.2.Các định luật kepler 15 1.2 Các đặc điển thông tin vệ tinh 17 1.3 Các quỹ đạo vệ tinh 19 1.4 Các thuật ngữ thông tin vệ tinh .24 1.5 Hệ thống thông tin vệ tinh 26 1.6 Đa truy nhập thông tin vệ tinh .27 1.7 Phân bố tần số thông tin vệ tinh 29 1.8 Các loại hình dịch vụ thông tin vệ tinh 31 CHƯƠNG II CẤU TRÚC HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH 34 2.1 Phần không gian 34 2.1.1 Nhiệm vụ đặc tính phân hệ thông tin vệ tinh .34 2.1.2 Bộ phát đáp 35 2.1.3 Anten thông tin vệ tinh 39 2.1.4 Các hệ thống trở 43 2.2 Phần mặt đất .47 2.2.1 Nhiệm vụ, chức trạm mặt đất 47 2.2.2 Cấu hình trạm mặt đất 48 2.2.3 Anten trạm mặt đất .48 2.2.4 Bám vệ tinh 53 2.2.5 Bộ khuếch đại công suất cao HPA .54 55 2.2.6 Bộ khuếch đại tạp âm thấp LNA 56 2.2.7 Bộ đổi tần 57 2.2.8 Kỹ thuật điều chế giải điều chế tín hiệu 57 CHƯƠNG III ĐA TRUY NHẬP TRONG THÔNG TIN VỆ TINH 60 3.1 Kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA 60 3.1.1 FDM/FM/FDMA 60 3.1.2 TDM/PSK/FDMA .61 3.1.3 SCPC/FDMA .61 3.2 Kĩ thuật đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA 61 3.3 Kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo mã .62 CHƯƠNG IV THIẾT KẾ NĂNG LƯỢNG ĐƯỜNG TRUYỀN THÔNG TIN VỆ TINH .65 4.1 Các tiêu chất lượng 65 4.2 Công suất tạp âm sóng mang .67 4.2.1 Công suất sóng mang 67 4.2.2 Công suất tạp âm 68 4.3 Tỷ số tín hiệu tạp âm .72 4.3.1 Tỷ số tín hiệu tạp âm đường lên 73 4.3.2 Tỷ số tín hiệu tạp âm đường xuống 76 4.3.3 Tỷ số tín hiệu tạp âm kết hợp đường lên đường xuống 77 4.3.4 Tỷ số tín hiệu tạp âm kết hợp tạp âm điều chế giao thoa .78 4.4 Ảnh hưởng mưa 79 4.4.1 Dự trữ pha đinh mưa đường lên 80 4.4.2 Dự trữ pha đinh mưa đường xuống 80 4.5 Dự trữ đường truyền viba số 81 4.6 Tính toán độ sẵn sàng .82 4.6.1 Các tiêu sẵn sàng 82 4.6.2 Tính toán độ sẵn sàng 82 KẾT LUẬN 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO .87 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Định luật kerler thứ 15 Hình 1.2 Định luật kepler thứ 16 Hình 1.3 Các dạng quỹ đạo vệ tinh 19 Hình 1.4 Quỹ đạo LEO MEO 20 Hình 1.5 Quỹ đạo địa tĩnh .22 Hình 1.6 Quỹ đạo elip 23 Hình 1.7 Độ cao cận điểm,viễn điểm,góc nghiêng,đường nối cực điểm .24 Hình 1.8 Các đạo đồng hướng ngược hướng 25 Hình 1.9 Agumen cận điểm góc lên nút lên .26 Hình 1.10 Đa truy nhập phân chia theo tần số 28 Hình 1.11 Đa truy nhập theo thời gian 28 Hình 1.12 Đa truy nhập phân chia theo mã 29 Bảng 1.1 Bảng thống kê băng tần ITU phân bổ .31 Hình 2.1 Cấu trúc hệ thống thông tin vệ tinh 34 Hình 2.2 Cấu hình phát đáp 36 Hình 2.3 Sơ đồ máy thu 36 Hình 2.4 Bộ phát đáp đầu vào .38 Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật TWTA SSPA 39 Hình 2.5 Phủ sóng bán cầu 40 Hình 2.6 Phủ sóng dấu 41 Hình 2.7 Vùng phủ sóng lưới 41 Hình 2.8 Phủ sóng vùng .41 Hình 2.9 Anten loa 42 Hình 2.10 Anten phản xạ .43 Hình 2.11 Cấu trúc vệ tinh thông tin .46 Bảng 2.2 Chức tính phân hệ .47 Hình 2.12 Cấu hình trạm mặt đất 48 Hình 2.13 Anten gương parabol 49 Hình 2.14 Anten Cassegrain 50 Bảng 2.3 So sánh loại anten 50 Hình 2.15 Tính chất phân cực sóng điện từ 52 Hình 2.16 Bộ HPA khuếch đại nhiều sóng mang .55 Bảng 2.4 So sánh khuếch đại công suất cao 55 Bảng 3.1 So sánh tính FDMA,TDMA,CDMA 63 Hình 4.1 Các mục tiêu thiết kế .65 Bảng 4.1 Các tiêu chất lượng thoại 66 Hình 4.2 Phân loại nguồn tạp âm 68 Hình 4.3 Các tuyến nhiễu 71 Hình 4.4 Phân phối tạp âm 72 Hình 4.5 Thủ tục thiết kế tuyến có xét đến độ sẳn sàng mưa 83 Hình 4.6 Lắp đặt trạm mặt đất phân tập gian theo không gian 84 DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT Viết tắt AM BER BO BSS CCIR Tiếng Anh Amplitude Modulation Bit Error Rate Back Off Broadcast Sattelite Services Comite Consultatif International Nghĩa tiếng Việt Điều chế biên độ Tỷ số lỗi bít Độ lùi Dịch vụ vệ tinh quảng bá Uỷ ban tư vấn vô tuyến quốc des Radiocommunications tế Đa truy nhập phân chia theo CDMA Code Division Multiplex Access C/N DBS D/C DSI DTH Carrier to Noise Power Ratio Direct Broadcast Sattelite Down/Convertor Digital Speech Interpolation Direct To Home Eb/N0 Energy per Bit to Noise EIRP FCC FDM Equiralent Isotropic Radiated Power Federal Communication Comission Frequency Division Multiplex mã Tỷ số sóng mang tạp âm Vệ tinh quảng bá trực tiếp Bộ biến đổi hạ tần Nội suy tiếng nói số Trực tiếp đến nhà Tỷ số lượng bít mật độ tạp âm Công suất phát xạ đẳng hướng tương đương Ủy ban thông tin liên bang Ghép kênh phân chia theo tần Frequency Division Multiplex số Đa truy nhập phân chia theo Access Fixed Satellite Services Gali-Arsenic Field Effect tần số Dịch vụ vệ tinh cố định Tranzito trường loại bán dẫn GSO Transistor Geostationary Orbit HDTV High Definition Television hỗn tạp Gali-Arsenic Quỹ đạo địa tĩnh Truyền hình số độ phân dải HEO HPA IBS IF IMUX High Earth Orbit High Power Amplifier Intelsat Business Service Intermediate Frequency In Multiplexer FDMA FSS GaAs-FET 10 cao Quỹ đạo trái đất tầm cao Bộ khuếch đại công suất cao Thương mại Intelsat Tần số trung tần Bộ phân kênh đầu vào Chú ý: tỷ số hệ số khuếch đại anten thu nhiệt độ tạp âm hệ thống độ nhạy máy thu 4.3.1 Tỷ số tín hiệu tạp âm đường lên - Công thức tổng quát Đường lên đường truyền vệ tinh đường phát từ trạm mặt đất lên vệ tinh Ta sử dụng phương trình cho đường lên với ký hiệu U(Uplink) để biểu thị cho đường lên Lúc phương trình viết lại C  G  sau:   = EIRPU +   − [ LP ] U − k , dB Hz  T U  N U ( ) (4.9) Trong phương trình giá trị sử dụng EIRP trạm mặt đất, tổn hao fiđơ máy thu vệ tinh hệ số phẩm chất trạm G/T Tổn hao không gian tự tổn hao khác phụ thuộc vào tần số tính theo tần số đường lên Kết tính toán tỷ số C/N theo phương trình tỷ số máy thu vệ tinh Khi cần sử dụng tỷ số C/N tỷ số C/N ta sử dụng công thức sau: C  G  dB   = EIRPU +   − [ LP ] U − k − B, Hz N T  U  U ( ) (4.10) với B độ rộng băng tần tín hiệu coi độ rộng băng tần tạp âm BN - Mật độ thông lượng bão hoà Trong phát đáp vệ tinh khuếch đại đèn sóng chạy TWTA bị bão hoà công suất đầu Mật độ thông lượng cần thiết anten thu để tạo nên bão hoà TWTA gọi mật độ thông lượng bão hoà, đại lượng quy định tính toán quỹ đường truyền biết ta tính toán công suất phát xạ đẳng hướng tương đương EIRP cần thiết trạm mặt đất Ta xét phương trình sau cho mật độ thông lượng anten thu: 73 ψM = EIRP 4π r (4.11) Đây thông lượng mà phát xạ đẳng hướng có công suất EIRP tạo đơn vị diện tích cách khoảng r Nếu tính dạng dB ta có:   ψ M = EIRP + 10 lg  ÷  4π r  (4.12) Tổn hao không gian tự do:  λ2   4π r    FSL = 10 lg  ÷− 10 lg  ÷ = 10 lg  ÷  λ   4π r   4π  (4.13)  λ2    10 lg  = − FSL − 10lg  ÷ ÷ π r    4π  (4.14) Hay: Thay vào phương trình ta được: ψM  λ2  = EIRP − FSL − 10 lg  ÷  4π  (4.15) Thành phần λ2/4л có kích thước diện tích, thực tế diện tích hiệu dụng anten đẳng hướng, ký hiệu A0:  λ2  A0 = 10 lg  ÷  4π  (4.16) Vì thông thường ta biết tần số bước sóng nên ta viết lại phương trình theo tần số GHz sau: A0 = -(21,45 + 20lgf) (4.17) Kết hợp hai phương trình ta được: EIRP = ψ M + A0 + LP + FSL ( dBw ) 74 (4.18) Phương trình rút sở có tổn hao không gian tự (FSL) nên xét đến tổn hao khác hấp thụ khí (AA), lệch phân cực (PL), lệch đồng chỉnh anten tổn hao đấu nối với fiđơ (RFL) ta viết lại sau: EIRP = ψ M + A0 + LP − RFL ( dBw ) (4.19) với Lp = FSL + AA + PL +AML Đây phương trình cho điều kiện bầu trời quang xác định giá trị EIRP cực tiểu mà trạm mặt đất phải đảm bảo để tạo mật độ thông lượng cần thiết vệ tinh Thông thường mật độ thông lượng bão hoà quy định, ta có: EIRPS ,U = ψ S + A0 + [ LP ] U − RFL ( dBw ) (4.20) Trong S ký hiệu cho bão hoà - Độ lùi đầu vào Khi nhiều sóng mang đưa vào khuếch đại sử dụng đèn sóng chạy điểm công tác phải đặt lùi đến phần tuyến tính đặc tuyến truyền đạt để giảm ảnh hưởng nhiễu điều chế giao thoa Hoạt động nhiều sóng mang xảy kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA, lúc công suất phát xạ đẳng hướng tương đương EIRP trạm mặt đất phải giảm lượng gọi độ lùi BO (Back off): EIRPU = EIRPS − BOi (4.21) Trong EIRPS công suất phát xạ đẳng hướng tương đương trạm mặt đất điểm bão hoà Dù có điều khiển công suất vào cho khuếch đại phát đáp thông qua trạm TT&C mặt đất cần có độ lùi đầu vào cách giảm EIRP trạm mặt đất truy nhập phát đáp Từ phương trình ta có: 75 C  G dB   = ψ S + A0 − BOi +  ÷ − k − RFL,  Hz  N T  D  D (4.22) - Bộ khuếch đại công suất cao Bộ khuếch đại công suất cao trạm mặt đất có nhiệm vụ cung cấp công suất công suất phát xạ cộng tổn hao fiđơ TFL Tổn hao TFL gồm tổn hao ống dẫn sóng, lọc, ghép nối đầu khuếch đại công suất với anten Công suất đầu khuếch đại theo dB: PHPA = EIRP – GT +TFL (4.23) Trạm mặt đất phải phát nhiều sóng mang đầu cần có độ lùi BOiHPA Bộ khuếch đại công suất cao trạm mặt đất phải thiết kế theo công suất bão hoà đầu ra: PHPA,S = PHPA + BOHPA (4.24) Nhưng HPA hoạt động mức công suất lùi để đảm bảo công suất đầu PHPA cần thiết Để đảm bảo làm việc điểm tương đối tuyến tính sử dụng khuếch đại công suất cao với mức bão hoà tương đối cao độ lùi cao Đối với trạm mặt đất có kích thước lớn tiêu thụ công suất cao đèn khuếch đại không gây phí tổn vệ tinh Chú ý độ lùi cần thiết trạm mặt đất hoàn toàn độc lập với yêu cầu độ lùi phát đáp vệ tinh, công suất trạm mặt đất phải đủ lớn để đản bảo độ dự trữ pha đinh 4.3.2 Tỷ số tín hiệu tạp âm đường xuống - Công thức tổng quát: Đường xuống đường phát từ vệ tinh xuống trạm mặt đất, tương tự với phương trình ta xét cho đường lên ta có: ( C G dB = EIRP + D  ÷  ÷ − [ LP ] D − k , Hz  N D  T D D: Downlink 76 ) (4.25) Khi cần xác định tỷ số C/N ta có: C G  ÷ = EIRP +  ÷ − [ LP ] D − k − B, ( dB )  N D  T D (4.26) với B độ rộng băng tần tín hiệu coi độ rộng băng tần tạp âm BN - Độ lùi đầu Ở ta sử dụng độ lùi đầu vào ta phải cho phép độ lùi đầu tương ứng EIRP vệ tinh Ta thấy độ lùi đầu không quan hệ tuyến tính với độ lùi đầu vào hình bên Ta chọn độ lùi đầu điểm đường cong có giá trị 5dB thấp phần tuyến tính ngoại suy Vì đoạn tuyến tính thay đổi theo tỷ lệ 1:1 dB nên độ lùi đầu BOo = BOi - 5dB Nếu EIRP điều kiện bão hoà ta có: EIRPD = EIRPS , D − BO0 (4.27) Lúc phương trình trở thành:  C  G  ÷ = EIRPS , D − BO0 +  ÷ − [ LP ] D − k dB Hz  T D  N0 D ( ) (4.28) - Công suất đèn sóng chạy: Ta biết khuếch đại công suất vệ tinh thường khuếch đại đèn sóng chạy TWTA có nhiệm vụ cung cấp công suất phát xạ cộng với tổn hao fiđơ phát tổn hao ống dẫn sóng, lọc, ghép kênh đầu khuếch đại đèn sóng chạy với anten phát vệ tinh Công suất đầu khuếch đại đèn sóng chạy: PTWTA = EIRPD − GT , D + TELD ( dBw ) (4.29) Công suất bão hoà TWTA: PTWTA, S = PTWTA + BO0 ( dBw ) (4.30) 4.3.3 Tỷ số tín hiệu tạp âm kết hợp đường lên đường xuống Một kênh vệ tinh đầy đủ bao gồm đường lên đường xuống, tạp âm đưa vào đường lên đầu vào máy thu vệ tinh, ta ký hiệu 77 công suất tạp âm đơn vị độ rộng băng tần đường lên NU công suất sóng mang điểm CU, tỷ số sóng mang tạp âm đường lên CU/NU0 Công suất sóng mang cuối đường truyền vệ tinh ký hiệu C, công suất sóng mang thu đường xuống, G S lần công suất sóng mang đầu vào vệ tinh (G S hệ số khuếch đại công suất hệ thống từ đầu vào vệ tinh đến đầu vào trạm mặt đất bao gồm khuếch đại phát đáp anten phát, tốn hao đường xuống khuếch đại anten thu với tổn hao fiđơ) Tạp âm đầu vào vệ tinh xuất đầu vào trạm mặt đất nhân với GS, trạm mặt đất đưa vào tạp âm ND 0, tạp âm cuối đường truyền GS.NU0 + ND0 Tỷ số tín hiệu tạp âm cho đường xuống không xét đến G S.NU0 C/ND0 C/N0 kết hợp máy thu mặt đất C/( GS.NU0 + ND0) Tỷ số tạp âm sóng mang đường lên (N 0/C)U, đường xuống (N0/C)D, kết hợp N0/C Lúc ta có: N GS NU + ND0 GS N ND0 = = = C C C C = GS N ND0  N  N  + =  + 0 GS CU C  C0  U  C  D (4.31) Như để nhận giá trị C/N0 kết hợp cần cộng giá trị đảo thành phần để nhận giá trị N 0/C sau đảo lại giá trị nhận C/N0 Khi tỷ số C/N đoạn truyền nhỏ nhiều so với tỷ số khác tỷ số C/N0 kết hợp gần tỷ số thấp 4.3.4 Tỷ số tín hiệu tạp âm kết hợp tạp âm điều chế giao thoa Điều chế giao thoa xảy nhiều sóng mang qua thiết bị có đặc tính phi tuyến Trong hệ thống thông tin vệ tinh điều thường xảy khuếch đại công suất cao dùng đèn sóng chạy TWTA Thông thường 78 sản phẩm giao thoa bậc ba rơi vào tần số sóng mang lân cận chúng gây nhiễu Khi số sóng mang điều chế lớn ta phân biệt riêng rẽ sản phẩm giao thoa sản phẩm giống tạp âm nên gọi tạp âm giao thoa Tỷ số tín hiệu tạp âm giao thoa thường tính sở thực nghiệm số trường hợp xác định máy tính Khi ta biết tỷ số kết hợp với tỷ số sóng mang tạp âm nhiệt cách cộng đại lượng nghịch đảo chúng xét Ta ký hiệu tỷ số sóng mang tạp âm điều chế giao thoa (C/N0)IM ta có:  N0   N0   N0   N0   C ÷=  C ÷ +  C ÷ +  C ÷    U  D   IM (4.32) để giảm tạp âm TWTA phải làm việc với độ lùi xét 4.4 Ảnh hưởng mưa Ở ta xét việc tính toán với điều kiện trời quang tức ta chưa xét đến ảnh hưởng thời tiết lên cường độ tín hiệu Trong băng C băng Ku mưa nguyên nhân gây pha đinh, mưa làm yếu sóng điện tử tán xạ hấp thụ chúng Khi tần số tăng suy hao mưa lớn Suy hao mưa cộng với việc tạo tạp âm ảnh hưởng xấu đến chất lượng đường truyền Vì mưa qua khí nên hạt mưa thường có dạng dẹt hình elip, sóng điện từ có phân cực định qua giọt mưa, thành phần trường song song với trục giọt mưa bị tác động khác với thành phần song song với trục phụ giọt mưa Điều gây lệch phân cực sóng làm cho sóng trở nên phân cực elip Khi anten trạm mặt đất sử dụng vỏ che ta cần xác định ảnh hưởng mưa lên vỏ che Mưa rơi vỏ che hình bán cầu tạo thành lớp nước có độ dày không đổi, lớp gây nên tổn hao hấp thụ phản xạ sóng Thực nghiệm cho thấy với lớp nước dày 1mm suy hao khoảng 14dB ta không nên sử 79 dụng vỏ che cho anten vỏ che nước tụ lại phản xạ gây tổn hao không lớn tổn hao có vỏ che gây 4.4.1 Dự trữ pha đinh mưa đường lên Mưa làm suy hao tín hiệu, tăng mật độ tạp âm giảm tỷ số C/N Tăng tạp âm không yếu tố đường lên anten vệ tinh hướng đến mặt đất làm nóng mặt đất bổ sung nhiệt độ tạp âm đến máy thu vệ tinh dẫn đến che lấp ảnh hưởng tăng tạp âm suy hao mưa gây Điều quan trọng phải trì công suất sóng đường lên giới hạn số chế độ hoạt động cần sử dụng điều khiển công suất đường lên để bù trừ pha định mưa Công suất phát vệ tinh phải giám sát trạm điều khiển trung tâm hay trạm mặt đất công suất phát từ trạm mặt đất điều khiển tăng để bù trừ pha đinh Tức khuếch đại công suất cao trạm mặt đất phải có đủ dự trữ công suất để đáp ứng yêu cầu dự trữ pha đinh 4.4.2 Dự trữ pha đinh mưa đường xuống Mưa đưa thêm vào suy hao hấp thụ tán xạ, suy hao hấp thụ đưa vào tạp âm Giả sử LR suy hao dB hấp thụ gây ra, tỷ lệ tổn hao công suất tương ứng trường hợp L R = 10(Lr)/10 Nếu xem ảnh hưởng mạng tổn hao sử dụng phương trình ta có nhiệt độ tạp âm mưa sau: TR ,in = ( LR − 1) Tg (4.33) với Tg nhiệt độ hấp thụ biểu kiến Nhiệt độ đầu ra:  TR =  −  LR  ÷Tg  (4.34) Nhiệt độ tạp âm bầu trời tổng nhiệt độ tạp âm trời quang với nhiệt độ tạp âm mưa: 80 T = TCS + TR (4.35) Như mưa làm giảm tỷ số C/N cách giảm công suất sóng mang tăng nhiệt độ tạp âm bầu trời Mối quan hệ tỷ số C/N trời mưa trời quang: Tg N N  = L + L − ( )  R  ÷  ÷  R Ts ,CS  C  R  C CS   ÷ ÷  (4.36) Trong đó: R ký hiệu cho trời mưa (Rain) CS ký hiệu cho trời quang S,CS ký hiệu cho nhiệt độ tạp âm hệ thống trời quang Đối với tần số thấp 6/4GHz tốc độ mưa 1mm/h suy hao mưa hoàn toàn mang tính hấp thụ Tại tốc độ mưa cao, tán xạ trở nên đáng kể tần số cao Khi tán xạ hấp thụ đáng kể cần sử dụng tổng suy hao để tính toán giảm công suất sóng mang suy hao hấp thụ để tính tăng nhiệt độ tạp âm Đối với tín hiệu số tỷ số C/N xác định theo tỷ lệ lỗi bít BER cho phép không vượt số phần trăm thời gian quy định Đối với đường xuống người sử dụng không điều khiển công suất phát xạ đẳng hướng tương đương EIRP vệ tinh sử dụng điều khiển công suất đường lên Để đảm bảo dự trữ pha đinh cần thiết tăng hệ số khuếch đại anten thu cách sử dụng chảo phản xạ lớn sử dụng tiền khuếch đại có công suất tạp âm thấp 4.5 Dự trữ đường truyền viba số Việc phân tích quỹ đường truyền cho phép cân đối tổn hao độ lợi công suất trình truyền dẫn để đưa lượng dự trữ công suất cần thiết đảm bảo truyền dẫn điều kiện pha đinh mà đảm bảo chất lượng truyền dẫn yêu cầu Lượng công suất dự trữ gọi dự trữ đường truyền hay dự trữ pha đinh xác định: 81 E  M = b ÷  N r E  −  b ÷ ( dB )  N  req (4.37) Trong đó: M độ dự trữ đường truyền hay pha đinh  Eb   ÷  N0 r tỷ số lượng bit mật độ công suất tạp âm thu  Eb   ÷ tỷ số lượng bit mật độ công suất tạp âm yêu cầu  N  req Vì tín hiệu thu hữu ích sóng mang điều chế nên tỷ số sóng mang tạp âm C/N tỷ số SNR[4] 4.6 Tính toán độ sẵn sàng 4.6.1 Các tiêu sẵn sàng Một tuyến thông tin vệ tinh cố định thiết lập đầu cuối tuyến chuẩn giả định đường số chuẩn giả định phải xem không sẵn sàng nhiều điều kiện sau tồn số đầu cuối thu tuyến lâu 10s liên tiếp:Ở truyền dẫn tương tự , tín hiệu mong muốn đưa vào tuyến thu đầu cuối khác mức nhỏ 10dB mức mong muốn - Ở tuyến truyền dẫn số tín hiệu bị ngắt tức đồng khung định thời khung.Ở truyền dẫn tương tự kênh thoại công suất tạp âm không số mức không tương thời gian thích hợp 5ms, vượt 10 pwo.Trong truyền dẫn số tỷ lệ lỗi bít BER vượt 10-3 Độ sẵn sàng đường truyền định nghĩa phải lớn 99,8% năm xét đến giai đoạn đo thiết bị 4.6.2 Tính toán độ sẵn sàng Chất lượng tuyến định khả không sẵn sàng hệ thống, yếu tố không sẵn sàng tác động tới hệ thống có mưa, nhiễu mặt trời cố thiết bị Trong đó, độ không sẵn sàng mưa ảnh hưởng lớn tới hệ thống ta xét 82 Quyết định độ không sẵn sàng cho phép Tốc độ mưa cho phép C/N mưa Xác định tiêu phần thiết bị trạm mặt đất Quan hệ xác suất mưa tốc độ mưa Suy hao tín hiệu, tăng nhiễu tạp âm Hình 4.5 Thủ tục thiết kế tuyến có xét đến độ sẳn sàng mưa Khi sử dụng tần số lớn 10GHz hệ thống thông tin vệ tinh , chất lượng tuyến định khả không sẵn sàng mưa BER thông thường (số) S/N (tương tự) Vì thiết kế tuyến sử dụng tần số lớn 10GHz phải xác định khả không sẵn sàng thể cho phép để xác định tiêu kỹ thuật trạm mặt đất Ta cần phải xét đến lượng tăng tạp âm bầu trời nhiễu khử phân cực mưa không suy hao công suất thu hình Để thiết kế trạm mặt đất có tính kinh tế ta phải chấp nhận mức độ không sẵn sàng tuỳ thuộc vào dịch vụ thông tin, phải tối thiểu hoá khả không sẵn sàng Đối với dịch vụ thông tin ta cần thiết lập hai nhiều trạm mặt đất tốt dùng anten lớn để làm tăng đầu Các trạm mặt đất đặt cách vài chục km nối với tuyến thông tin mặt đất Bằng cách ta khắc phục ảnh hưởng thông tin mưa cục Ta có độ không sẵn sàng: Độ không sẵn sàng = độ không sẵn sàng trạm x tương quan mưa + (độ không sẵn sàng trạm)2 Xét với nhiễu mặt trời cần tính đến độ không sẵn sàng vài phút ngày, hai ba ngày vào lúc thu phân xuân phân Có thể thay 83 đổi thời gian không sẵn sàng nhiễu mặt trời cách sử dụng anten có hướng tránh cho tất trạm mặt đất[2] Phân tập không gian Mưa Trạm mặt đất phát A Trạm mặt đất thu A Trạm mặt đất thu B Tuyến thông tin mặt đất Hình 4.6 Lắp đặt trạm mặt đất phân tập gian theo không gian Nhận xét Chương xét vấn đề liên quan đến việc thiết kế lượng đường truyền Đầu tiên ta xét đến tiêu chất lượng thoại Công suất tạp âm sóng mang công suất thu yếu tố quan trọng việc xác định chất lượng tuyến, công suất phát xạ đẳng hướng tương đương EIRP để biểu thị khả phương tiện truyền dẫn thông tin vệ tinh tiếp đến công suất tạp âm nhiễu nói bốn cách tuyến tuyến thông tin vệ tinh nhiễu với Trong số này, nhiễu lớn xẩy tuyến viba mặt đất trạm mặt đất Còn nhiễu từ tuyến viba mặt đất đến hệ thống vệ tinh không đáng kể Chương xét đến dạng tổn hao đường truyền khác tổn hao không gian tự do, tổn hao khí quyển, tổn hao mưa Chất lượng đường truyền đánh giá xác suất lỗi bít hay gọi tỷ số lỗi bít BER BER có quan hệ đơn trị với tỷ số tín hiệu tạp âm SNR chất lượng đường truyền thường đánh giá SNR Khi thiết kế đường truyền vệ tinh người thiết kế cho trước BER, SNR yêu cầu tương đương 84 Ngoài người thiết kế cần lựa chọn thông số kênh vệ tinh công suất máy phát trạm mặt đất, khuếch đại anten thu, phát cho trước khoảng cách từ trạm mặt đất đến phát đáp vệ tinh hệ số tạp âm để bảo đảm chất lượng yêu cầu Các công thức để thiết kể đường truyền thông tin vệ tinh dựa vào tính toán tỷ số tín hiệu thi mật độ phổ công suất tạp âm Chương đưa tất công thức cho việc thiết kế đường truyền vệ tinh, cuối tính toán độ sẳn sàng: Chất lượng tuyến định khả không sẵn sàng hệ thống, yếu tố không sẵn sàng tác động tới hệ thống có mưa, nhiễu mặt trời cố thiết bị Trong đó, độ không sẵn sàng mưa ảnh hưởng lớn tới hệ thống 85 KẾT LUẬN Sau thời gian tìm hiểu nghiên cứu thông tin vệ tinh từ đưa cách nhìn tổng quan quỹ đạo bay, cấu trúc hệ thống thông tin kỹ thuật đa truy nhập tính toán lượng đường truyền Vệ tinh Vinasat-1 cuả Việt Nam tạo bước ngoặc lớn trình đại hóa hệ thống mạng truyền thông nước Trước sử dụng hệ thống cáp đồng, cáp quang sóng vi ba Truyền dẫn vệ tinh đưa vào ứng dụng thuê nước chi phía cao Khi Vinasat-1 đưa vào sử dụng cung cấp đường truyền vệ tinh cho tổ chức, doanh nghiệp phát triển dịch vụ ứng dụng dịch vụ thoại, thông tin di động, truyền số liệu, internet băng rộng, dịch vụ đào tạo khám chữa bệnh từ xa, liên lạc khẩm cấp đặc biệt dịch vụ truyền hình đến hộ gia đình (DTH)… Vì khả kiến thức thân nhiều hạn chế nên sau thời gian tìm hiểu, nội dung mà em đưa đồ án chưa thật đầy đủ nhiều thiếu sót Vì em mong nhận ý kiến đóng góp thầy cô giáo bạn sinh viên để giúp em hoàn thiện mặt kiến thức đồ án Cuối em xin chân thành cảm ơn quan tâm giúp đỡ thầy cô giáo khoa, tạo điều kiện tốt để em hoàn thành đồ án Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới cô giáo hướng dẫn Thạc sỹ Lê Thị Kiều Nga giúp đỡ em suốt thời gian làm đồ án Một lần em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực Nguyễn Văn Thuận 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Thông tin vệ tinh địa tĩnh, Trường đại học Công Nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội [2] Nguyễn Đình Lương dịch, Thông tin vệ tinh,Nhà xuất khoa học Kỹ Thuật, 1997 [3] Nguyễn Trung Tấn, Bài giảng Thông tin vệ tinh, Trung tâm Kỹ thuật viễn thông [4] Nguyễn Phạm Anh Dũng, Thông tin vệ tinh, Học viện Công nghệ Bưu viễn thông, 2007 87 [...]... đạo 1.1.1 Nguyên lý thông tin vệ tinh Một vệ tinh, có khả năng thu, phát sóng vô tuyến điện sau khi được phóng vào vũ trụ dùng cho thông tin vệ tinh Khi đó vệ tinh sẽ khuyếch đại sóng vô tuyến điện nhận được từ các trạm mặt đất và phát lại sóng vô tuyến 13 điện đến các trạm mặt đất khác Loại vệ tinh nhân tạo sử dụng cho thông tin vệ tinh như thế được gọi là vệ tinh thông tin Do vệ tinh chuyển động khác... vụ internet qua vệ tinh, truyền hình trực tiếp 33 CHƯƠNG II CẤU TRÚC HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH Hệ thống thông tin vệ tinh cơ bao gồm 2 phần Phần không gian và phần mặt đất dưới đây là hình mô tả cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinh Phần không gian Quỹ đạo Đường lên Đường xuống Trạm điều khiển TT&C Phần mặt đất Trạm mặt đât 1 Trạm mặt đât 2 Hình 2.1 Cấu trúc hệ thống thông tin vệ tinh 2.1 Phần không... bay của vệ tinh, vệ tinh có thể được phân ra vệ tinh quỹ đạo thấp và vệ tinh địa tĩnh Vệ tinh quỹ đạo thấp là vệ tinh nhìn từ mặt đất nó chuyển động liên tục, thời gian cần thiết cho vệ tinh để chuyển động xung quanh quỹ đạo của nó khác với chu kỳ quay của quả đất xung quanh trục của nó Vệ tinh địa tĩnh là vệ tinh được phóng lên quỹ đạo tròn ở độ cao khoảng 36.000 kim so với đường xích đạo Vệ tinh này... trung bình vị trí góc của vệ tinh với tham chuẩn là cận điểm Đối với quỹ đạo tròn M cho thấy vị trí góc của vệ tinh trên quỹ đạo - Độ dị thường thật sự (True anomaly): là góc từ cận điểm đến vệ tinh được đo tại tâm trái đất[4] 1.5 Hệ thống thông tin vệ tinh Một hệ thống thông tin vệ tinh gồm 2 phần phần không gian và phần mặt đất - Phần không gian Phần không gian gồm vệ tinh thông tin và các trạm điều khiển... bảo thông tin ổn định liên tục nên có nhiều ưu điểm hơn vệ tinh quỹ đạo thấp dùng làm tin vệ tinh thông tin Nếu ba vệ tinh địa tĩnh được đặt ở các vị trí cách đều nhau bên trên xích đạo thì có thể thiết lập thông tin giữa hầu hết các vùng trên quả đất bằng cách chuyển tiếp qua một hoặc hai vệ tinh Như vậy thì có thể cho phép xây dựng một mạng thông tin trên toàn thế giới Một hệ thống thông tin vệ tinh. .. truyền nhỏ do vệ tinh bay ở độ cao thấp, nên phù hợp với thông tin di động - Trễ truyền lan nhỏ Hình 1.4 Quỹ đạo LEO và MEO Nhược điểm 20 - Để đảm bảo thông tin liên tục trong 24h và phủ sóng toàn cầu thì cần rất nhiều vệ tinh. (Để phủ sóng toàn cầu hệ thống Globalstar cần 48 vệ tinh và 8 vệ tinh dự phòng, các vệ tinh thông tin bay ở quỹ đạo tròn cách mặt đất 1410 kim,nghiêng 52 độ, các vệ tinh này bay... lệnh) ở mặt đất 26 Đối với vệ tinh bao gồm phân hệ thông tin (payload) và các phân hệ phụ trợ cho phân hệ thông tin Phân hệ thông tin bao gồm hệ thống anten thu phát và tất cả các thiết bị điện tử bổ trợ truyền dẫn các sóng mang Các Phân hệ phụ trở gồm: Khung vệ tinh, phân hệ cung cấp năng lượng, phân hệ điều khiển nhiệt độ, phân hệ điều khiển quỹ đạo và tư thế của vệ tinh, phân hệ đẩy, thiết bị TT&C -... trong vùng đó có thể thông tin trực tiếp với bất kỳ một trạm mặt đất khác trong vùng qua một vệ tinh thông tin Với vệ tinh người ta có thể truyền sóng đi rất xa và dễ dàng thông tin trên toàn cầu hơn bất cứ một hệ thống thông tin nào khác Thông qua vệ tinh INTELSAT, lần đầu tiên hai trạm đối diện trên hai bờ Đại Tây Dương đã liên lạc được với nhau Do khả năng phủ sóng rộng lớn nên vệ tinh rất thích hợp... trên 8 mặt phẳng quỹ đạo, mỗi mặt phẳng có 6 vệ tinh , chu kỳ vệ tinh 114 phut) - Mỗi trạm phải có ít nhất 2 anten và anten phải có cơ cấu điều chỉnh chùm tia - Điều khiển hệ thống thông tin vệ tinh rất phức tạp - Tuổi thọ của vệ tinh không cao khi bay ở quỹ đạo LEO do thuộc vành đai ion hoá Ứng dụng, Được sử dụng làm quỹ đạo cho vệ tinh thông tin bảo đảm thông tin cho các trạm mặt đất di động - Qũy đạo... Các băng tần sử dụng trong thông tin vệ tinh nằm trong băng tần siêu cao SHF (Sper High Frequency) từ 1-52 GHz Phổ tần số sử dụng trong thông tin vệ tinh lại chia thành các băng tần nhỏ Băng C (6/4GHz, cho đường lên gần 6GHz và đường xuống gần 4GHz) băng này chỉ suy hao ít do mưa nó được sử dụng chung cho hệ thống INTELSAT, các hệ thống vệ tinh khu vực và nhiều hệ thống vệ tinh nội địa Băng Ku (14/11 ... tinh gọi vệ tinh thông tin Do vệ tinh chuyển động khác quan sát từ mặt đất, phụ thuộc vào quỹ đạo bay vệ tinh, vệ tinh phân vệ tinh quỹ đạo thấp vệ tinh địa tĩnh Vệ tinh quỹ đạo thấp vệ tinh nhìn... cầu hệ thống Globalstar cần 48 vệ tinh vệ tinh dự phòng, vệ tinh thông tin bay quỹ đạo tròn cách mặt đất 1410 kim,nghiêng 52 độ, vệ tinh bay mặt phẳng quỹ đạo, mặt phẳng có vệ tinh , chu kỳ vệ tinh. .. tài Nghiên cứu hệ thống thông tin vệ tinh để làm đồ án tốt nghiệp cho Nội dung đồ án gồm bốn chương: Chương I: Tổng quan thông tin vệ tinh Chương II: Cấu trúc hệ thống thông tin vệ tinh Chương