Tính toán năng lượng đường truyền của hệ thống thông tinVINASAT 1

M U Tớnh cp thit ca ti Thụng tin v tinh ngy ó tr thnh mt phng tin thụng tin rt ph bin v a dng Nú c s dng t nhng h thng thụng tin cỏ nhõn (in thoi v tinh, truyn hỡnh v tinh,) cho n cỏc h thng thụng tin ton cu truyn cỏc lng d liu v lu lng thoi ln cựng vi cỏc chng trỡnh truyn hỡnh, kt ni a phng tin Cựng vi s phỏt trin khụng ngng ca cỏc ngnh khoa hc k thut, c bit lnh vc thụng tin v tinh, ó thỳc y s phỏt trin ca mt h thng thụng tin v tinh mi H thng thụng tin VSAT c phỏt trin t thp k 80 bi Cụng ty Telecom General ca M, h thng VSAT s dng cỏc trm v tinh c nh, cú kớch thc anten khong t 0,6m 2,4m v ú l lý h thng ny c gi tờn l VSAT Very Small Aperture Terminal (trm v tinh cú khu nh) S xut hin ca cỏc trm VSAT cú th c coi l bc trung gian ca quỏ trỡnh phỏt trin nhm ti u húa kớch thc trm v tinh mt t C th l gia cỏc trm mt t ca h thng INTELSAT chun A, s dng nhng anten cú ng kớnh 30m vi cỏc h thng s dng anten nh hn nh: cỏc trm thu qung bỏ, s dng anten cú ng kớnh 60cm; hay cỏc thit b nh v qua v tinh; v c bit l cỏc in thoi cm tay v tinh cú kớch thc nh nh bn tay Trong h thng thụng tin vụ tuyn núi chung, thụng tin v tinh núi riờng, v nguyờn tc truyn a tớn hiu t ni ny n ni cn phi cú nng lng, tựy theo khong cỏch, c tớnh mụi trng v cụng ngh truyn dn m nng lng cn thit truyn a tớn hiu cỏc mc khỏc Xột ton trỡnh tuyn thụng tin v tinh v mt nng lng, mc tớn hiu mang tin ti u vo b i tn tuyn lờn ti trm mt t phỏt phi bng mc tớn hiu mang tin ti u b i tn tuyn xung ti trm mt t thu Nng lng ng truyn v tinh ph thuc cỏc yu t: c tớnh mỏy phỏt, mỏy thu trm mt t, b phỏt ỏp v tinh, mụi trng truyn súng, tn s cụng tỏc, c ch truyn lan súng in t, Mụi trng truyn súng bin thiờn theo thi gian, khụng gian lm mt n nh nng lng ng truyn, gia tng nhit õm h thng thu ú cht lng thụng tin gim Nh vy mun m m bo cht lng thụng tin theo tiờu chun cho trc phi m bo nng lng cho ng truyn iu kin mụi trng truyn súng bin thiờn Do ng truyn quỏ di (36000 42000km) nờn tớn hiu b suy hao ln, vỡ vy iu kin tri (khụng mõy mự, ma) l tt nht i vi thụng tin v tinh Cho nờn tớnh nng lng ng truyn phi ly im xut phỏt l iu kin tri (cng cú cỏc nh hng cht lng ú l õm nhit ng truyn v thit b) Cú ngha l ly tiờu chun k thut ng truyn iu kin tri lm chun t ú d thy s gim cp cht lng ng truyn b mõy mự, ma i tng v phm vi nghiờn cu Nghiờn cu, tỡm hiu c s khoa hc, c tớnh, cu trỳc v cỏc thụng s k thut ca h thng thụng tin v tinh núi chung trờn c s tham kho cỏc ti liu v ngoi nc Tham chiu, ỏnh giỏ vi cỏc tham s lý thuyt t ú hiu sõu hn v h thng Tớnh toỏn, trỡnh din cỏc thụng s k thut phc v cho vic d tr nng lng ng truyn bao gm c tuyn lờn v tuyn xung Phng phỏp nghiờn cu Nghiờn cu, tỡm hiu c s khoa hc trờn c s tham kho cỏc ti liu v ngoi nc Tớnh toỏn d tr nng lng ng truyn bao gm c tuyn lờn v tuyn xung qua cỏc c s lý thuyt tớnh toỏn La chn cỏch tớnh toỏn phự hp vi iu kin ca Vit Nam v tớnh toỏn vi s liu thc tin í ngha khoa hc v thc tin ca ti í ngha khoa hc Khi truyn t mt t lờn v tinh v ngc li, tớn hiu khụng ch b suy hao bi trng t do, m cũn b hp th nng lng cỏc phõn t ụxy v hi nc tng khớ quyn Ngoi ra, tớn hiu cũn xu i nh hng ca cỏc hin tng ngu nhiờn bin thiờn theo thi gian v khụng gian nh: mõy, ma, õm, pha ing, tỏn x, khỳc x, nhiu x, Ma l hin tng t nhiờn mang nhiu c trng ca tiu khớ hu, cú cng phõn b theo quy lut ngu nhiờn v thay i theo thi gian Tựy theo tn s cụng tỏc, tớn hiu b suy hao ma mc khỏc nhau, lm gim cht lng thụng tin vụ tuyn núi chung v thụng tin v tinh núi riờng Nghiờn cu cỏc nh hng ca ma lm c s d tr nng lng phc v cho vic trỡ liờn lc c cỏc nh khoa hc lm vic trờn lnh vc truyn súng vụ tuyn quan tõm nghiờn cu v cng cú ý ngha rt ln xu th ton cu húa thụng tin í ngha thc tin ca ti: Việt Nam khai thác hệ thống thông tin vệ tinh từ 1980 h thng thông tin VSAT xut hin ti Vit Nam t nm 2005, song việc tính toán lợng đờng truyền chuyên gia nớc thực hiện, họ đâu, sử dụng công thức để tính toán ta Mỗi ma lớn, yêu cầu trạm mặt đất Việt Nam tăng công suất phát cho đờng lên thêm 2.5 ữ dB ngợc lại đảm bảo liên lạc, nh dự trữ lợng cho đờng truyền cha xác Vic nghiờn cu, tớnh toỏn m bo v cụng sut phỏt, d tr nng lng ng truyn nhy mỏy thu bi kớch thc nh ca anten VSAT c t nh mt yờu cu tt yu qua ú m bo hiu qu vic thit k h thng VSAT phc v cho cỏc mc ớch thụng tin ca ngi s dng Ni dung nghiờn cu ca ti gm ba chng: Chng 1: Tng quan v h thng thụng tin v tinh v nghiờn cu Chng 2: K thut v cụng ngh thụng tin v tinh Chng 3: Tớnh toỏn nng lng ng truyn ca h thng thụng tin VINASAT CHNG 1: TNG QUAN THễNG TIN V TINH V VN NGHIấN CU 1.1 Gii thiu chung v thụng tin v tinh 1.1.1 Lch s thụng tin v tinh Nh vit truyn khoa hc vin tng ni ting ngi Anh Arthur C.Clarke l ngi u tiờn xng cỏc ý tng v h thng thng tin v tinh Nm 1945 Clarke ch rng mt v tinh c t vo mt qu o cao 42,242km quanh trỏi t thỡ v tinh s cú tc gúc quay bng tc gúc trỏi t, iu ny cho phộp v tinh quan sỏt mt im trờn trỏi t ti mt gúc khụng i theo thi gian ú tớn hiu cú th chuyn tip qua v tinh t im ny ti im khỏc trờn trỏi t.Vi ba v tinh qu o a tnh gión cỏch 120 cú th bao ph thụng tin trờn gn nh ton b trỏi t Thụng tin v tinh l kt qu nghiờn cu lnh vc thụng tin v Cụng ngh khụng gian - Sau Th chin II, cụng ngh cho phộp kt hp mnh m gia cụng ngh tờn la v súng in t Ngy 4/10/1957 v tinh SPUNIK I ca Liờn Xụ ln u tiờn c a vo qu o u k nguyờn thụng tin v tinh Ngy t chc INTERSPUNIK l mt hai t chc ln nht cung cp thụng tin v tinh vi hng chc nc tham gia ú Vit Nam l mt thnh viờn t nm 1980 vi trm mt t Hoa Sen l qu tng ca chớnh ph Liờn Xụ Thỏng 4/1965 v tinh thng mi u tiờn ca Intelsat (international telecommunication sattelite organization) c a vo qu o T ú ti h thng ny cú nhng bc phỏt trin nhy vt, cung cp hu ht cuc gi bng thoi v chng trỡnh truyn hỡnh qua v tinh v th in t, thụng tin hai chiu qua v tinh - Sau ú M thc hin mt lot th nghim TTVT: V tinh SCORE 1958, ECHO v COURIER 1960, TELSTAR v RELAY 1962, v tinh a tnh u tiờn SYNCOM 1962 - 1965 V tinh a tnh thng mi u tiờn INTELSAT I (Early Bird) c a vo qu o v mt lot v tinh thụng tin u tiờn ca Liờn Xụ MOLNYA - INTELSAT I nng 68 kg, 480 kờnh thoi, tui th 1,5 nm, chi phớ hng nm: khong 32000USD Do ú t vic cn tng trng lng, gim chi phớ phúng v tinh - 1975 v tinh tiờu biu 5900kg, ARIANE ECA -10500kg; Nm 2008 v tinh DELTA IV nng 13000kg - Cụng ngh microwave chuyờn sõu cho phộp dựng anten multibeam, tỏi s dng tn s, khuch i cụng sut ln lm tng dung lng, gim giỏ thnh kờnh thoi, nhiu dch v V tinh Early Bird: trm mt t ng ten ng kớnh 30m giỏ khong 10 triu USD Tng kớch thc v cụng sut v tinh lm gim kớch thc v giỏ trm mt t, tng vựng ph súng, nhiu trm cú th phỏt ti mt trm trung tõm hub Nú cho phộp mng DATA a im, mng thu thp d liu (VSAT/MAR-95) Ngy nay: ó cú dch v truyn hỡnh v tinh - DBS v direct-to-home DTH, t 1991: Digital video broadcasting by satellite (DVB-S) ph bin Vin Tiờu chun vin thụng Chõu u (ETSI) a chun th h (DVB-S2), vi trm mt t c nh anten 0.5 2m Vi thụng tin chiu: V tinh l chỡa khúa cho dch v truyn hỡnh tng tỏc v Internet bng thụng rng TCP/IP Internet tc cao kt hp c dch v thoi, internet v TV V tinh cho phộp ng ten 10cm cho h thng phỏt (DAB) Nm 1979 inmarsat: cung cp dch v thoi, telex, fax, DATA, thụng tin cp cu Hng hi v Hng khụng H thng phi a tnh (Iridium v Globalstar) v a tnh Anten 10-15m (THURAYA, ACES v INMARSAT) m dch v ti thit b cm tay nh Phỏt di ng s qua v tinh (SDMB) kt hp h thng mt t-v tinh m dch v cho thit b cm tay nh gn vi s tng tỏc mnh Cho ti ngnh cụng nghip sn xut thit b thụng tin v tinh cú quỏ trỡnh phỏt trin tng i di v t c nhng tin b nht nh, cỏc thit b ngy cng r hn vớ d: giỏ mi thit b u cui mt t trc l hng triu USD thỡ ngy mi trm ch thu mt t cú giỏ xp x 1500USD, kt qu l thụng tin v tinh l r nht cho cỏc cuc gi ti khong cỏch xa, nht l thụng tin cn chuyn cho nhiu ngi dựng ti cựng mt khu vc (thụng tin qung bỏ) 1.1.2 c im ca thụng tin v tinh - Mc ớch: t c ly thụng tin xa, dung lng tng, giỏ thp nht, cht lng v dch v tng Trong quỏ kh thụng tin ti khong cỏch xa c thc hin bng vụ tuyn trờn súng HF hoc hu tuyn trờn mng thoi Tuy nhiờn dung lng cỏc mng ny ngy cng quỏ ti v bt cp vic truyn tớn hiu truyn hỡnh, thụng tin v tinh ú c xem nh mt s la chn hp lý Nhc im chớnh ca ng truyn v tinh l tr truyn dn khong cỏch i phỏt, v tinh v i thu, lng thi gian tr trung bỡnh vo khong 270ms, trng hp thoi hai chiu qua v tinh l 540ms cho c i v v Tỏc ng chớnh ca tr truyn dn l hiu ng ting vng (ngi núi nghe thy chớnh ting mỡnh sau khong thi gian tr), hiu ng ny mng mt t l khụng ỏng k tr nh(30ms), nhng trm trng hn tớn hiu truyn trờn c mng v tinh v mt t (do tr tng cng) Hiu ng ting vng thụng tin v tinh c hn ch nh s dng cỏc b trit ting vng Thụng tin v tinh cú cỏc u im sau: - Cỏc dch v v tinh cú th c cung cp theo kiu point-to-point hoc point-to-multipoint v nhiu kiu khỏc - Cc thụng tin khụng ph thuc khong cỏch thụng tin - Cú th cung cp dch v ti nhng a hỡnh phc m thụng tin mt t khụng th - Cung cp dch v ti nhng vựng ho lỏnh m nu dng mng cable thỡ chi phớ rt cao - Cú th cung cp dich v cho cỏc i di ng nh tu, mỏy bay - Dung lng kờnh thụng tin ca cỏc b phỏt ỏp ln hn bt k mt loi hỡnh thụng tin no - tin cy thụng tin cao: tuyn thụng tin v tinh gm ba trm ú v tinh l mt trm lp cũn li l hai trm u cui mt t nờn xỏc sut hng húc trờn tuyn l rt thp ú tin cy trung bỡnh t 99% thi gian thụng tin mt nm Thụng tin v tinh ngy cng úng vai trũ quan trng thụng tin hin i Nú thõm nhp trc tip vo tng gia ỡnh cung cp nhng thụng tin quan trng, cỏc s kin ch yu nhng chuyờn mc dnh riờng cho nhiu loi khỏn gi v cỏc dch v ngy cng c mTi rng Mt ng dng c bit ca nú l h thng GMDSS (global maritime distress and safty system) cung cp thụng tin cho mc ớch tỡm kim cu nn hng hi ton cu 1.1.3 Cu hỡnh h thng thụng tin v tinh H thng thụng tin v tinh gm khõu khụng gian, khõu iu khin v khõu ngi s dng Hỡnh 1.1 Cu hỡnh h thng thụng tin v tinh a/ Khõu khụng gian: Khõu khụng gian bao gm cỏc v tinh trờn cỏc qu LEO/MEO/GEO V tinh hot ng nh mt trm lp thc hin kt ni mt trm mt t vi mt trm khỏc Khõu khụng gian cú mt s c tớnh: - S dng pin mt tri cung cp nng lng cho cỏc h thng ca v tinh, c quy lm nng lng d tr - H thng ng ten cung cp cỏc vựng ph súng theo yờu cu cho vic thu v phỏt - H thng n nh nhit trỡ nhit yờu cu v tinh tu thuc nhit mụi trng bờn ngoi b/ Khõu iu khin: Khõu iu khin gm cỏc trm mt t: -i iu khin Giỏm sỏt- (TT&C) lm chc nng o thụng s, iu khin truy bỏm ca v tinh, t th v tinh cho ng ten ph súng vo vựng dch v yờu cu i qun lý mng lm nhim v qun lý ton b hot ng mng ca h thng c/ Khõu mt t: Trm kt ni lm nhim v kt ni ngi dựng mng mt t vi thụng qua h thng v tinh Trm dch v lm nhim v cung cp cỏc dch v qua h thng thụng tin v tinh phc v nhu cu ca ngi dựng vớ d truyn hỡnh v tinh Thit b ngi dựng VSAT hay thit b cm tay thụng tin trc tip qua v tinh Thit b loi ny cng c coi l thit b ngi s dng d/ Khõu ngi s dng: Ngi s dng cú th dựng mng li thụng tin liờn lc v tinh thụng qua cỏc thit b thụng tin v tinh ca ngi s dng nh VSAT ó nờu trờn Mi thit b ny bao gm mt anten kốm theo cỏc mỏy múc in t iu khin v thụng tin, nú cung cp mi liờn h gia ngi s dng v mng li thụng tin liờn lc v tinh Khỏi nim "ngi s dng" cú th bao gm tu bin, mỏy bay, cỏc trm mt t di ng Cỏc i ny thc hin kt ni thụng tin vi hoc vi mng thụng tin mt t c nh qua cỏc v tinh v cỏc trm b mt t Thit b u cui l cỏc thit b cm tay, mỏy tớnh truy cp mng li mt t hoc qua Cng Gateway truy cp thụng tin thụng qua H thng thụng tin v tinh e/ ng truyn phỏt-thu: s dng súng in t Hot ng ca thit b phỏt o bng EIRP = Pt x Gt (1.1) Hot ng ca mỏy thu o bng t s li ca ng ten vi nhit õm h thng G/T Cỏc súng mang c iu ch bi tớn hiu bng gc baseband mang tin Hot ng ca ng truyn cú th c o bi t s cụng suõt súng mang thu c vi mt ph cụng sut õm (C/N0) Giỏ tr ny i vi ng truyn kt ni cỏc thit b u cui xỏc nh cht lng dch v (QoS), c phõn loi theo t l li bit (BER) i vi thụng tin s Mt thụng s quan trng thit k ng truyn: ú l bng thụng B B tu thuc tc d liu, tc mó kờnh (FEC), phng phỏp iu ch ng truyn v tinh: Cn dung ho cụng sut súng mang yờu cu v bng thụng cú ý ngha ln nht i vi hiu qu v gớa thnh iu ny quan trng vỡ cụng sut nh hng ti c lng v tinh v kớch thc trm mt t, v B phi tuõn theo cỏc qui nh Nh cung cp dch v phi thuờ dung lng b phỏt ỏp vi mc chia s cao v cụng sut v bng thụng Ngun thu ph thuc cỏc kt ni, ú mc tiờu l cc i hoỏ thụng lng (throughput) ca d liu trờn ng truyn v tinh cõn bng vic chia s cụng sut v s dng bng thụng Trong h thng, mt s trm phỏt i cỏc súng mang ti mt v tinh, ú v tinh hot ng nh mt nỳt mng Cỏc k thut c s dng t chc vic truy cp ti v tinh bi cỏc súng mang c gi l k thut a truy nhp (FDMA, TDMA, CDMA, DAMA, CSMA, ALOHA) f/ Cỏc dch v thụng tin v tinh: Bng 1.1 Cỏc dch v ca h thng thụng tin v tinh Loi dc v im im Qung bỏ/TV Dch v cc ngi nhn Dch v di ng Loi i mt t Kớch thc Gateway ng ten tiờu biu (m) 2-10 VSAT Trm Feeder 1-2 1-5 VSAT VSAT 0,5-1.0 0,1-1.0 Hub Thit b cm tay 2-10 0,1-0,5 GAteway 2-10 1.1.4 Cỏc bng tn thu phỏt Vic s dng cỏc tn s thp hn thỡ chi phớ r hn, nhng d b nhiu bTii mng thụng tin mt t v hn ch bng thụng Mc dự ti tn s cao hn cú th t c bng thụng ln hn nhng ti tn s ln hn 10 GHz thỡ vic truyn thụng gp rt nhiu khú khn ng truyn cú nhng nh hng nht nh ti tớn hiu v tinh m ln nht l lm suy gim tớn hiu Cỏc yu t cú th tỏc ng ti s suy gim l gúc nõng v tinh nh (< 50), õm khớ quyn, hin tng fading hoc s xoay vng Faraday (l hin tng tng ion gõy s phõn cc li tớn hiu in t) khc phc nhng nh hng ca ng truyn cỏc v tinh a tnh thng dựng cỏc tn s ti gii thp 6/4 GHz (bng C); 1.6/1.5 GHz(bng L) Cỏc h thng v tinh khỏc s dng di tn 14/11GHz hoc tng lai l 30/20 GHz nhm tng dung lng kờnh Vic s dng súng cc ngn thụng tin v tinh cho phộp trung nng lng bc x vo bỳp súng hp phỏt ti v tinh v ngc li v tinh phỏt li tớn hiu xung trỏi t cng ti bỳp súng tng i hp tng kh nng chớnh xỏc v trung nng lng 10 Suy hao ma tng theo hm m theo di ng truyn Thụng s suy hao ma ký hiu Ar(dB/km) tng theo lng ma v tn s A=Ar.LR (suy hao ma) (3.8) Trong ú LR l di ng i súng thụng tin v tinh ma (km) Tn s cao v ma to lm suy hao mnh súng thụng tin v tinh Tuy nhiờn lng ma khụng ng u v thng trung vựng hp Thng kờ lng ma (mm/H) c nờu bng 3.1 v hỡnh 3.7-3.8 v bng 3.2: Hỡnh 3.6 th suy hao ma tớnh theo mt chiu thụng tin v tinh Bng 3.2 Vựng khớ hu ma Vựng Vựng ụn i Vựng ụn i Vựng cn nhit i Vựng cn nhit i Nhit i Nhit i c im Bin Lc a m Khụ ễn hũa m 55 Ký hiu C D(D1, D2, D3) E F G H Hỡnh 3.7 th lng ma cỏc vựng Vớ d: Vựng H ca Vit nam cú lng ma vt quỏ 1% ca nm l 6mm/H, lng ma vt quỏ 0,03% ca nm l khong 100mm/H Lng ma ln thng trung vo mt khu vc Khu vc ma nm di ng ng nhit , trờn cao ny nc c coi l th rn khụng gõy suy hao ln Khu vc cao v ng nhit 0C l mt hm ca v v xỏc sut vt ngoi v ú Vi xỏc sut 1% cao khong 4,5km i vi cỏc v 300 v gim v cao i vi v 700 T th, bng vựng khớ hu v th suy hao ma, xỏc sut vt 0,02% nm lng ma khu vc Vit nam l 40mm/H, bng tn 9GHz thỡ suy hao mt chiu khong 0,8dB/km Tng t vi lng ma 4mm/H vt 1,6% ca nm, suy hao mt chiu bng tn 9GHz l khong 0,05dB/km S dng cụng thc (suy hao ma) cú th tớnh kt qu suy hao ma, nhiờn lng ma tng ln, kt qu tớnh theo cụng thc v tra bng v th trờn cú th khỏc nhau, ú cn phi s dng phộp th 3.2.1.5 Mụ hỡnh ITU-R tớnh toỏn suy hao ma Cng ma c th hin mmH/Gi Cng ma c ký hiu R0,01=100mmH (tc ma thng kờ cho 0,01% thi gian nm, nh ó nờu trờn) Chiu di tuyn i ma ca thụng tin v tinh c din t theo hỡnh sau: 56 Hỡnh 3.8 Chiu di tuyn ma - cao ng ng nhit 00C - gõy ma: h1=4km - t 0-36 v Bc - Chiu di tuyn xiờn ma: Khi gúc nõng ng ten: >5 : LS = h1 h2 (km) sin (3.9) - Chiu di ng ngang vựng ma: Lng = LS Cos (km) (3.10) - H s qui i: r0,01 = 1 + 0,045.Lng (3.11) - Lng ma 100mmH vt 0,03% nm (hỡnh 3.8) - H s suy hao ma/km theo tuyn xiờn hỡnh 3.9 c tớnh: = k (r0,01 ) dB/km (3.12) Trong ú k v ph thuc tn s k = kV + k H + (k H kV )cos cos / = k H H + kV V + (k H H k H V )cos cos / (3.13) Trong ú gúc nghiờng phõn cc so vi mt ngang, =450 vi phõn cc trũn - Tra bng 5.1 trang 203 Satellite technic and technology & ITU-R, ú kH v kV l cỏc h s ph thuc vo phõn cc ngang v ng ca ng ten 57 Bng 3.3 Tớnh toỏn h s k v 4GHz 6GHz k=0,001241 k=0,033 =0,0013636 =0,003250 - Suy hao ma c tớnh: vi lng ma 100mmH A0,01 = LS r0,01 dB (3.14) - Suy hao cho cỏc phn trm ma 0,001%-0,1% nm c tớnh gn Ac = 0,12.P (0,5460,043log P ) ỳng: (3.15) A0,01 - Tớnh toỏn suy hao ma vi lng ma khong 100mmH V trớ V tinh 0000N,1320 00E A-H Ni 21009N, 106014E B-Bỡnh Dng 10051N, 106048E E- Hỡnh chiu v tinh trờn Xớch o - Trờn hi in t cho: CungAE = 1980NM/60 = 330 (1NM=1 phỳt = 1,852km) = gúc AOE = -Cung BE=1647NM/60=280=gúc BOE=2 AO = R=6371km (trung bỡnh) OG = R.Cos = 5343,17km AG = R.sin = 3470km GC=h+R-OG=36777.83km Hỡnh 3.9 Hỡnh v tớnh toỏn khong cỏch - Gúc = 600 i vi Vit Nam V tinh AC = AG + GC = 36941km = D1 Tớnh Tng t: BC = 36619km =D2 - Tớnh LS hỡnh (3.9): 58 Hỡnh 3.10 Hỡnh tớnh toỏn LS v Lng chiu di tuyn ma = 600 BC = h1-h2 4000m 10m = 3990m (xem hỡnh 3.9) - Trong ú: LS= AB = 3990m/sin600 = 4,586km - T (3.12): Lng = 4586.cos600 = 3,97km - T (3.13): r0,01=1/(1+0,045x3,97) = 0,85 - T (3.14) v bng 1: - Ti 4GHz: = k ( r0,01 ) = 0,001241.(0,85)0,0013636 =0,00124dB/km - Ti 6GHz: = k ( r0,01 ) = 0,033.(0,85)0,003250=0,33dB/km - Suy hao ma: T (2.14) : A0,01 = LS r0,01 Bng 3.4 Suy hao chiu ma vi lng ma 100mmH V tinh 1320 E 4GHz 0,005 dB 6GHz 1,2835dB 3.2.2 Suy hao khụng gian t do: Mc suy hao ny ph thuc tn s cụng tỏc, di ng truyn, ú mc tớn hiu ti ng ten thu: P G A. PT GT GR PR = T T = PT GT GR ữ = d LP d (3.15) d Trong ú: LP = ữ l suy hao khụng gian t do, d l chiu di ng truyn (km), l bc súng, PT, GT, GR ln lt l Cụng sut phỏt, li ng ten phỏt v thu A l din tớch hiu dng ng ten thu, l h s hiu dng ca ng ten 59 Bng 3.3 Kt qu tớnh toỏn suy hao khụng gian t cho H Ni v Bỡnh d LP = ữ => LP(dB) = 10logLP Dng theo cụng thc: Bng 3.5 Tớnh toỏn suy hao khụng gian t Tn s GHz (m) H Ni Bỡnh Dng 0,05 0,075 d=36941 km 199,829 195,829 d=36619 km 199,029 195,029 3.2.3 Nhit õm 3.2.3.1 Nhit õm ng ten Ti u ng ten thu t s G/T cú vai trũ nh hng quan trng n cht lng tớn hiu thu, nh hng n t s nng lng trung bỡnh bit trờn mt ph õm (Eb/N0) T ú suy G/T nh hng n nng lng ng truyn in ỏp õm nhit biu din dng: en2 = 4kTB.R en2 Trong ú: Pn = = kTB 4R l cụng sut õm (3.16) (3.17) R l in tr tng ng k=1,38.10-23J/K, Pn l cụng sut õm trờn ti (W) T l nhit dõy dn 0K (00C = 2730K); B: Bng thụng N0 = k.T ph cụng sut õm (Cụng sut trờn n v bng tn) 3.2.3.2 Nhit õm b suy gim (attenuater) Gi s ngun õm u vo b suy suy gim L cú nhit vt lý bng nhit ca b suy gim, tớn hiu b suy gim i L ln cũn õm ti u gi nguyờn PnOUT = k T0 B = PnIN + N A = L.k T0 B + N A L (3.18) Trong ú: PnIN = k.T0.B (W) l cụng sut õm tng ng u vo b suy gim; L s ln suy gim; N A (W) l cụng sut õm ni b suy gim nhit mụi trng; T0 l nhit mụi trng (0K) 60 Nhit õm tng ng b suy gim: T0 = NA = T0 L.T0 = (1 L)T0 k B (3.19) 3.2.3.3 Nhit õm mng ni tip: Trong h thng thu gm nhiu mng thnh phn ni tip nhau, vỡ vy cn mụ hỡnh húa v tớnh toỏn cho c mng Gi s xột mng thnh phn mc ni tip nhau: Hỡnh 3.11 Tp õm mng mc ni tip Xột mt mng gm mng thnh phn ni tip cú h s õm l F1 v F2, li l G1 v G2: Nu õm cú cụng sut l kTB a ti ca vo mng 1, cụng sut õm ca ca nú: F1.G1.kTBl; õm ca ca mng lý tng l: F1.G1.kTB-G1.kTB = (F1-1)kTB (3.20) Tng t mng th cng cho (F2-1)kTB õy l õm sinh mng th Cụng sut õm ca rang mng th l kTBG1.G2+(F1-1)kTB.G1.G2+(F2-1)kTB.G1.G2 = F1.kTB.G1.G2+(F2-1)kTB.G2 (3.21) Cụng sut õm ca ca mng lý tng ni tip: kTB.G1.G2 H s õm tng ca mng l: F= F1.kTB.G1.G2+(F2-1)kTB.G2 kTB.G1.G2 F = F1 + F G1 (3.22) (3.23) Khai trin cho mng gm n thnh phn: F = F1 + F F3 Fn + + G1 G1.G G1.G 2.G3 Gn (3.24) Tng t vi nhit õm T i vi h n thnh phn tớch cc mc ni tip: 61 T = T1 + T2 T3 Tn + + G1 G1.G G1.G 2.G3 Gn (3.25) 3.2.3.4 Nhit õm h thng thu Nhit õm h thng gm nhit õm ng ten v h thng thu (tớnh t feeder cho n ca mỏy thu) THT = TA+TTH+TG (3.26) Trong ú: TA l nhit õm h thng ng ten TTH l nhit õm h thng thu TG l nhit õm ghộp ni gia b khuch i LNA v feeder (0K) Nhit õm h thng ng ten c tớnh: TA = Ta + TMT (1 ) LF LF (3.27) Trong ú: Ta l nhit õm ng ten; T MT l nhit mụi trng ( 0K); LF l suy hao feeder (s thc) Hỡnh 3.12 Nhit õm h thng - Tớnh toỏn Nhit õm h thng: - Nhit õm ng ten: Ta = 250K l giỏ tr trung bỡnh o c vi gúc nõng ng ten 600 (c o thc nghim ti H Ni TS Chu Vn V) 62 - Nhit õm ghộp ni TG=TMT = 2900K - Nhit õm u vo h thng thu TTH = 500K - Suy hao feeder LF=1dB - Ti H Ni ma TMT=280C = 3010K THT = Ta 25 + TMT (1 ) + TTH = 0,1 + 301(1 0,1 ) + 50 = 19,84+62,1+50 LF LF 10 10 = 131,95 0K = 21,2 dBK - Ti Bỡnh Dng ma TMT=300C = 3030K THT = Ta 25 + TMT (1 ) + TTH = 0,1 + 303(1 0,1 ) + 50 LF LF 10 10 = 19,84+62,52+50=132,360K=21,21 dBK + Tng suy hao nhit õm: N = k.THT.B (3.28) k= 1,38.10-23J/K ; k(dB) = 10logk = -228,6 dBJ/K B= 36MHz; B(dB) = 10.log36.106=75,56 dBHz - Tng suy hao nhit õm ti H ni: N (dB) = -228,6+21,2+75,56 =-131,83 dB - Tng suy hao nhit õm ti Bỡnh Dng: N (dB) =-228,6+21,21+76,56 = -130,82 dB 3.3 li ng ten phỏt v thu li ng ten c tớnh theo cụng thc: G =( D D f ) =( ) c (3.29) Trong ú = 0,65 l hiu sut ng ten, D l ng kớnh ng ten G(dB) = 10lg +20log+20logD-20log = 10log0,65+20log(3,14)+20logD-20log = 8,07dB+20logD-20log ng ten trm mt t D = 10m, ng ten v tinh D=4m Bng 3.6 Kt qu tớnh toỏn li ng ten . (dB) 8,07 D (m) D (dB) 12,04 63 (m) 0,05 (dB) -26,02 G (dB) 46,13 8,07 8,07 8,07 10 10 20 12,04 20 0,05 0,075 0,075 -26,02 -22,5 -22,5 54,09 42,61 50,57 3.4 Mụ hỡnh nng lng ng truyn 3.4.1 Tng quan Thụng tin v tinh Vinasat I vi ng truyn di trờn 36000km súng in t b suy hao khụng gian t do, h s suy hao ny t l vi khong cỏch v bc súng Trờn ng truyn súng, mụi trng ca Vit nam núng, m v ma nhiu vo ma bóo, sng mự vo Xuõn, cụng sut tớn hiu b suy hao Do nn nhit cao cho nờn gõy õm nhit ỏng k cho trm mt t t ng ten-phi , mỏy thu v cỏc h thng x lý Vỡ vy sau tớnh toỏn cỏc thụng s, cn phi a mụ hỡnh nng lng ng truyn tng th cú gúc nhỡn tng quan vic ỏnh giỏ h thng Hỡnh 3.13 Cu hỡnh kt ni ng truyn phỏt-thu Trong ú: PT l cụng sut a b khuch i HPA ca i phỏt, L F l suy hao feeder ghộp ni gia ng ten v mỏy phat; G T v GR l li ca ng ten phỏt v thu, T v R l gúc nõng ng ten; L l suy hao tuyn gm suy hao khụng gian t do, suy hao bu khớ quyn, suy hao ma, sng mự, tng din ly, bc x v tr, suy hao t cỏc ngun bờn ngoi; PR l cụng sut thu ti ng ten thu, C l cụng sut súng mang, N0 l mt ph cụng sut õm, k l hng s Bolzman, T l nhit õm h thng Cụng sut phỏt sau ng ten phỏt: EIRP = PT.GT Cụng suõt thu ti ca vo ng ten thu: G/T, ú G l li ng ten thu, T l nhit õm ton h thng 64 3.4.2 Mụ hỡnh vt lý nng lng ng truyn lý tng 3.4.2.1 ng lờn uplink: T trm mt t phỏt (H Ni c phõn tớch lun ny) - Cụng sut sau b iu ch 1mW c a ti b khuch i cụng sut ln-HPA, ghộp qua feeder cú suy hao khong LF khong 1-2dB n ng ten phỏt cú li GT; ti ca ng ten cụng sut phỏt i l EIRP phm vi n 10MW Tớn hiu khụng gian t b suy hao L KG khong gn -200dB 3.4.2.2 V tinh V tinh nh mt b phỏt ỏp tớch cc Nú thu nhn tớn hiu t ng ten, khuch i LNA, i tn v khuch i qua HPA, ghộp tớn hiu ng ten, sau ú a ti ng ten phỏt Trong ú GV v GVF l tng ớch ca ng ten thu v phỏt ca v tinh; L V l suy hao feeder ca v tinh khong 1-2 dB, LNA v TWT l li ca b khuch i õm thp v b khuch i dựng ốn cụng sut ln HPA 65 Hỡnh 3.14 Mụ hỡnh vt lý ng truyn iu kin lý tng khụng cú suy hao khớ quyn, tng in ly, hi nc, cỏc ngun bờn ngoi, khụng tớnh ti õm nhit 3.4.2.3 ng xung Tớn hiu t v tinh truyn xung i mt t thu ti Bỡnh Dng, b suy hao khụng gian t (bng ) Ti õy, tớn hiu thu c khuch i qua cỏc khõu: Tng ớch ng ten thu GR, khuch i GLNA b khuch i õm thp thc hin, v khuch i G T b i tn xung thc hin Mc tớn hiu sau b i tn ca mỏy thu cn t tiờu chun -30dBW, tng ng tiờu chun ca INTELSAT theo qui dnh ca ITU 3.4.3 Mụ hỡnh vt lý ng truyn iu kin khụng lý tng Theo tớnh toỏn cỏc mc trc, kt qu c tớnh toỏn iu kin lng ma 100mmH, nhit mụi trng khong 3000K, lng hi nc cú sng mự 7,5g/m3, nn nhit H Ni 280C v Bỡnh Dng l 300C 66 Hỡnh 3.15 Mụ hỡnh vt lý ng truyn v tinh cú nh hng ca mụi trng Mc PR= -170dB l mc tớn hiu nh nht theo tiờu chun i mt t Nhn xột: m bo mc tớn hiu a ti b khuch i trung tn l -30dBW thỡ b khuch i õm thp v b i tn cn phi cú h s khuch i ln h thng b nhit õm tỏc ng 67 KT LUN Thụng tin v tinh thụng qua h thng Vinasat I cng nh cỏc h thng thụng tin v tinh khỏc cú vai trũ ngy cng quan trng thụng tin liờn lc, truyn d liu, phỏt v truyn hỡnh phc v cho nhu cu thng mi v an ninh quc phũng Vic nghiờn cu v nng lng ng truyn va cú ý ngha khoa hc v thc tin Nú giỳp cho vic h thng húa kin thc tng hp v h thng gn vi thc tin ca Vit Nam ti lun ó t c nhng kt qu sau: H thng húa v thụng tin v tinh, tng quan cỏc cụng ngh v k thut thụng tin v tinh Phõn tớch cỏc cu hỡnh v tinh v cỏc trm mt t cỏc chng I v II Chng III ó i sõu phõn tớch, mụ hỡnh húa v tớnh toỏn cỏc thụng s v ng truyn sau ú lp mụ hỡnh vt cho iu kin mụi trng lý tng v cỏc iu kin thc t cú ma hoc sng mự, nn nhit lờn cao Lun ó tớnh toỏn cỏc thụng s v li ng ten, suy hao ng truyn, suy hao ma, sng mự v suy hao õm nhit Cỏc thụng s tớnh toỏn cú tham kho nhiu ti liu mi v thụng tin v tinh v cỏc tiờu chun ITU a vi cỏc trm mt t Tuy nhiờn ti cha cp ti nh hng ca tia v tr v tia mt tri i vi ng truyn v tinh Nhõn dp ny tụi xin by t s cỏm n ti cỏc Thy, Cụ ó tn tỡnh giỳp tụi thi gian hc ti Trng i hc Hng hi Vit Nam cng nh thi gian lm Lun tt nghip ny Tụi xin trõn trng thy hng dn PGS, TS V c Lp ó tn tỡnh giỳp tụi hon thnh Lun ny Hc viờn Nguyn ỡnh Chung 68 TI LIU THAM KHO Ti liu Ting Vit Phan Anh (2006), Trng in t v truyn súng, NXB khoa hc v k thut Phm Cụng Hựng (2009), Bi ging thụng tin V tinh, Trng i hc bỏch khoa H Ni Nguyn ỡnh Lng (1997), Cụng ngh Thụng tin v tinh, NXB Khoa hc v K thut H Ni, Tng cc Bu in Th.S Vừ Tỏ Lam (2006), Mng VSAT: Tng quan v ng dng Vit Nam, Tp Cụng ngh v Truyn thụng NCS Chu Vn V (1999), Nghiờn cu cỏc yu t nh hng n cht lng thụng tin v tinh quc t Vit Nam, Lun ỏn tin s k thut, Hc vin cụng ngh Bu chớnh Vin thụng Tng quan D ỏn Thụng tin V tinh (2008), NXB B T lnh Thụng tin liờn lc Chuyờn san Mt phng phỏp tớnh toỏn thit k trm mt t v mng thụng tin v tinh VSAT (2006), Tp Bu chớnh Vin thụng Ti liu ting Anh John Wiley and Sons (2003), VSAT Networks, Second Edition,West Sussex PO19 8SQ, England Roger L Freeman (2002), Radio system design for telecommunications, Third Edition, John Wiley and Sons; 10 ITU-R (2001), Propagation data and prediction methods required for the design of Earth-space telecommunication systems Recommendation ITU-R P.618-7 11.ITU-R (1992), Characterization of the Natural Variability of propagation, Recommendation ITU-R P.678-1 12.ITU-R (1992), Characterization of the Natural Varia 69