Nghiên cứu năng lượng đường truyền của hệ thống vệ tinh VINASAT 1

LỜI CAM ĐOAN Kính gửi : - Hội đồng bảo vệ Trường ĐHHH; - Khoa Điện-Điện tử, Viện Sau đại học-Trường ĐHHH Tôi tên : Nguyễn Đình Chung Lớp : Cao học Kỹ thuật điện tử-2013 Tên đề tài tốt nghiệp: “Nghiên cứu lượng đường truyền hệ thống vệ tinh VINASAT 1" Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu thân xuất phát từ yêu cầu thực tế công việc để hình thành hướng nghiên cứu, luận văn không giống hoàn toàn với luận văn công trình có trước Hải phòng, ngày tháng năm 2015 TÁC GIẢ Nguyễn Đình Chung i LỜI CẢM ƠN Sau hai năm học tập nghiên cứu em hoàn thành khóa học luận văn tốt nghiệp Lời đầu tiên, em xin chân thành gửi lời cảm ơn tới Thầy, cô giáo Khoa Điện - Điện tử Viện sau đại học Trường đại học Hàng hải Việt nam mang hết tinh thần trách nhiệm giảng dạy để truyền đạt kiến thức bổ ích, tạo điều kiện giúp đỡ em suốt trình tham gia học tập Trường Qua đây, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Giảng viên PGS.TS Vũ Đức Lập - Hiệu trưởng Trường Cao đẳng nghề Bách nghệ , người hướng dẫn có ý kiến bổ sung, chỉnh sửa quý báu trình thực luận văn Bên cạnh đó, em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, người tạo điều kiện thuận lợi cho em việc học tập động viên giúp đỡ em cố gắng làm tốt đề tài tốt nghiệp Sau cùng, lời cảm ơn đến tất bạn bè giúp đỡ em suốt trình học tập trường Hải Phòng, ngày tháng 09 năm 2015 Học viên Nguyễn Đình Chung ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU v DANH MỤC CÁC BẢNG vi DANH MỤC CÁC HÌNH vii MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN THÔNG TIN VỆ TINH VÀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Giới thiệu chung thông tin vệ tinh 1.1.1 Lịch sử thông tin vệ tinh 1.1.2 Đặc điểm thông tin vệ tinh 1.1.3 Cấu hình hệ thống thông tin vệ tinh 1.1.4 Các băng tần thu phát 10 1.1.5 Các tham số hệ thống 11 1.2 Cấu hình vệ tinh 15 1.2.1 Vệ tinh kiểu ống uốn 15 1.2.2 Vệ tinh đa tia 16 1.2.3 Phân loại quĩ đạo vệ tinh 17 1.3 Cấu hình trạm mặt đất 21 1.4 Vấn đề nghiên cứu – Đường truyền vệ tinh 22 1.4.1 Đường truyền phát-thu: 22 CHƢƠNG II: KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VỆ TINH 24 2.1 Kỹ thuật ghép kênh điều chế 24 2.1.1 Kỹ thuật ghép kênh thông tin vệ tinh 24 2.1.2 Ghép kênh FDM 24 2.1.3 Ghép kênh TDM 26 2.2 Các phương pháp điều chế thông tin vệ tinh 28 iii 2.2.1 Điều chế tương tự 28 2.2.2 Điều chế số 30 2.3 Điều chế OQPSK 33 2.4 Các phương pháp truy nhập thông tin vệ tinh 33 2.4.1 Tổng quan 33 2.4.2 Phương pháp FDMA 34 2.4.3 Phương pháp TDMA 36 2.4.4 Phương pháp CDMA 38 2.4.5 Phương pháp SDMA 40 2.4.6 Truy nhập ngẫu nhiên 41 2.2.4 Cổng thông tin vệ tinh 43 CHƢƠNG 3: TÍNH TOÁN NĂNG LƢỢNG ĐƢỜNG TRUYỀN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH VINASAT I 49 3.1 Tổng quan Hệ thống thông tin Vinasat I 49 3.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới lượng đường truyền: 50 3.2.1 Ảnh hưởng tầng khí quyển: 50 3.2.2 Suy hao không gian tự do: 59 3.2.3 Nhiệt tạp âm 60 3.3 Độ lợi ăng ten phát thu 63 3.4 Mô hình lượng đường truyền 64 3.4.1 Tổng quan 64 3.4.2 Mô hình vật lý lượng đường truyền lý tưởng 65 3.4.3 Mô hình vật lý đường truyền điều kiện không lý tưởng 66 KẾT LUẬN 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 iv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU Chữ viết tắt Giải thích VSAT Very Small Aperture Terminal Intelsat International telecommunication sattelite organization INTELSAT I Early Bird DVB-S Digital video broadcasting by satellite GMDSS Global maritime distress and safty system TB Traffic burst OW Order wire v DANH MỤC CÁC BẢNG Số bảng Tên bảng Trang 1.1 Các dịch vụ hệ thống thông tin vệ tinh 10 2.1 Bảng mã từ mã (7,4) 45 3.1 Bảng tính toán suy hao sương mù 53 3.2 Vùng khí hậu mưa 55 3.3 Tính toán hệ số k α 58 3.4 Suy hao chiều mưa với lượng mưa 100mmH 59 3.5 Tính toán suy hao không gian tự 60 3.6 Kết tính toán độ lợi ăng ten 64 vi DANH MỤC CÁC HÌNH Số hình Tên hình Trang 1.1 Cấu hình hệ thống thông tin vệ tinh 1.2 Lùi điểm làm việc để tránh nhiễu xuyên điều chế 15 1.3 Cấu hình vệ tinh kiểu ống uốn 16 1.4 Vệ tinh sử dụng ăng ten Multi-beam 17 1.5 Sau đưa kích thước hình học quĩ đạo 17 1.6 Vệ tinh bay theo quĩ đạo cực 18 1.7 Các loại quĩ đạo vệ tinh 19 1.8 Cấu trúc tiêu biểu trạm mặt đất phát thu 21 2.1 Ghép kênh công nghệ TDM 26 2.2 Ghép kênh theo thời gian 27 2.3 Ghép kênh TDM tín hiệu số 28 2.4 Sơ đồ điều chế giải điều chế 30 2.5 Sơ đồ diều chế QPSK 31 2.6 Đồ thị thời gian tín hiệu điều chế 31 2.7 Thay đổi đường bao điều chế QPSK 33 2.8 Cấu trúc khung TDMA 37 2.9 Cấu trúc khung thông tin 37 2.10 Cấu trúc cụm chuẩn 38 2.11 Đồ thị trình truy nhập ALOHA 42 3.1 Cấu trúc tổng quan hệ thống thông tin vệ tinh Vinasat I 49 3.2 Sơ đồ tính toán khoảng khúc xạ sóng (khung khúc xạ) 51 Suy hao khí chiều phát thu, với góc nâng búp sóng 3.3 10 độ Vượt khoảng 150 km sóng không bị ảnh hưởng 52 bầu khí 3.4 Suy giảm bầu khí 53 vii Số hình Tên hình Trang 3.5 Suy hao sương mù với tầm nhìn 30m, 122m 610m, 180C 54 3.6 Đồ thị suy hao mưa tính theo chiều thông tin vệ tinh 55 3.7 Đồ thị lượng mưa vùng 56 3.8 Chiều dài tuyến mưa 57 3.9 Hình vẽ tính toán khoảng cách 58 3.10 Hình tính toán LS Lng – chiều dài tuyến mưa θ = 600 59 3.11 Tạp âm mạng mắc nối tiếp 61 3.12 Nhiệt tạp âm hệ thống 62 3.13 Cấu hình kết nối đường truyền phát-thu 64 Mô hình vật lý đường truyền điều kiện lý tưởng 3.14 suy hao khí quyển, tầng điện ly, nước, nguồn 66 bên ngoài, không tính tới tạp âm nhiệt 3.15 Mô hình vật lý đường truyền vệ tinh có ảnh hưởng môi trường viii 67 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Thông tin vệ tinh ngày trở thành phương tiện thông tin phổ biến đa dạng Nó sử dụng từ hệ thống thông tin cá nhân (điện thoại vệ tinh, truyền hình vệ tinh,…) hệ thống thông tin toàn cầu truyền khối lượng liệu lưu lượng thoại lớn với chương trình truyền hình, kết nối đa phương tiện Cùng với phát triển không ngừng ngành khoa học kĩ thuật, đặc biệt lĩnh vực thông tin vệ tinh, thúc đẩy phát triển hệ thống thông tin vệ tinh – Hệ thống thông tin VSAT Được phát triển từ thập kỉ 80 Công ty Telecom General Mỹ, hệ thống VSAT sử dụng trạm vệ tinh cỡ nhỏ, có kích thước anten khoảng từ 0,6m – 2,4m lý hệ thống gọi tên VSAT – Very Small Aperture Terminal (trạm vệ tinh có độ nhỏ) Sự xuất trạm VSAT coi bước trung gian trình phát triển nhằm tối ưu hóa kích thước trạm vệ tinh mặt đất Cụ thể trạm mặt đất hệ thống INTELSAT chuẩn A, sử dụng anten có đường kính 30m với hệ thống sử dụng anten nhỏ như: trạm thu quảng bá, sử dụng anten có đường kính 60cm; hay thiết bị định vị qua vệ tinh; đặc biệt điện thoại cầm tay vệ tinh có kích thước nhỏ bàn tay Trong hệ thống thông tin vô tuyến nói chung, thông tin vệ tinh nói riêng, nguyên tắc để truyền đưa tín hiệu từ nơi đến nơi cần phải có lượng, tùy theo khoảng cách, đặc tính môi trường công nghệ truyền dẫn mà lượng cần thiết để truyền đưa tín hiệu mức khác Xét toàn trình tuyến thông tin vệ tinh mặt lượng, mức tín hiệu mang tin đầu vào đổi tần tuyến lên trạm mặt đất phát phải mức tín hiệu mang tin đầu đổi tần tuyến xuống trạm mặt đất thu Năng lượng đường truyền vệ tinh phụ thuộc yếu tố: đặc tính máy phát, máy thu trạm mặt đất, phát đáp vệ tinh, môi trường truyền sóng, tần số công tác, chế truyền lan sóng điện từ, Môi trường truyền sóng biến thiên theo thời gian, không gian làm ổn định lượng đường truyền, gia tăng nhiệt tạp âm hệ thống thu chất lượng thông tin giảm Như muốn đảm đảm bảo chất lượng thông tin theo tiêu chuẩn cho trước phải đảm bảo đủ lượng cho đường truyền điều kiện môi trường truyền sóng biến thiên Do đường truyền dài (36000 – 42000km) nên tín hiệu bị suy hao lớn, điều kiện trời (không mây mù, mưa) tốt thông tin vệ tinh Cho nên tính lượng đường truyền phải lấy điểm xuất phát điều kiện trời (cũng có ảnh hưởng chất lượng tạp âm nhiệt đường truyền thiết bị) Có nghĩa lấy tiêu chuẩn kỹ thuật đường truyền điều kiện trời làm chuẩn từ dễ thấy giảm cấp chất lượng đường truyền bị mây mù, mưa Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu, tìm hiểu sở khoa học, đặc tính, cấu trúc thông số kỹ thuật hệ thống thông tin vệ tinh nói chung sở tham khảo tài liệu nước Tham chiếu, đánh giá với tham số lý thuyết để từ hiểu sâu hệ thống Tính toán, trình diễn thông số kỹ thuật phục vụ cho việc dự trữ lượng đường truyền bao gồm tuyến lên tuyến xuống Phƣơng pháp nghiên cứu Nghiên cứu, tìm hiểu sở khoa học sở tham khảo tài liệu nước Tính toán dự trữ lượng đường truyền bao gồm tuyến lên tuyến xuống qua sở lý thuyết tính toán Lựa chọn cách tính toán phù hợp với điều kiện Việt Nam tính toán với số liệu thực tiễn Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài  Ý nghĩa khoa học Khi truyền từ mặt đất lên vệ tinh ngược lại, tín hiệu không bị suy hao trường tự do, mà bị hấp thụ lượng phân tử ôxy nước tầng khí Ngoài ra, tín hiệu xấu ảnh hưởng tượng ngẫu nhiên biến thiên theo thời gian không gian như: mây, mưa, tạp âm, pha đing, tán xạ, khúc xạ, nhiễu xạ, … Suy hao mưa tăng theo hàm mũ theo độ dài đường truyền Thông số suy hao mưa ký hiệu Ar(dB/km) tăng theo lượng mưa tần số A=Ar.LR (suy hao mưa) (3.8) Trong LR độ dài đường sóng thông tin vệ tinh mưa (km) Tần số cao mưa to làm suy hao mạnh sóng thông tin vệ tinh Tuy nhiên lượng mưa không đồng thường tập trung vùng hẹp Thống kê lượng mưa (mm/H) nêu bảng 3.1 hình 3.7-3.8 bảng 3.2: Hình 3.6 Đồ thị suy hao mưa tính theo chiều thông tin vệ tinh Bảng 3.2 Vùng khí hậu mưa Đặc điểm Ký hiệu Vùng ôn đới Biển C Vùng ôn đới Lục địa D(D1, D2, D3) Vùng cận nhiệt đới Ẩm E Vùng cận nhiệt đới Khô F Nhiệt đới Ôn hòa G Nhiệt đới Ẩm H Vùng 55 Hình 3.7 Đồ thị lượng mưa vùng Ví dụ: Vùng H Việt nam có lượng mưa vượt 1% năm 6mm/H, lượng mưa vượt 0,03% năm khoảng 100mm/H Lượng mưa lớn thường tập trung vào khu vực Khu vực mưa nằm đường đẳng nhiệt “0” độ, độ cao nước coi thể rắn không gây suy hao lớn Khu vực độ cao vĩ độ đẳng nhiệt 0C hàm vĩ độ xác suất vượt vĩ độ Với xác suất 1% độ cao khoảng 4,5km với vĩ độ 300 giảm độ cao “0” vĩ độ 700 Từ đồ thị, bảng vùng khí hậu đồ thị suy hao mưa, xác suất vượt 0,02% năm lượng mưa khu vực Việt nam 40mm/H, băng tần 9GHz suy hao chiều khoảng 0,8dB/km Tương tự với lượng mưa 4mm/H vượt 1,6% năm, suy hao chiều băng tần 9GHz khoảng 0,05dB/km Sử dụng công thức (suy hao mưa) tính kết suy hao mưa, nhiên lượng mưa tăng lớn, kết tính theo công thức tra bảng đồ thị khác nhau, cần phải sử dụng phép 3.2.1.5 Mô hình ITU-R tính toán suy hao mưa Cường độ mưa thể mmH/Giờ Cường độ mưa ký hiệu R0,01=100mmH (tốc độ mưa thống kê cho 0,01% thời gian năm, nêu trên) Chiều dài tuyến mưa thông tin vệ tinh diễn tả theo hình sau: 56 Hình 3.8 Chiều dài tuyến mưa - Độ cao đường đẳng nhiệt 00C - gây mưa: h1=4km - từ 0-36 độ vĩ Bắc - Chiều dài tuyến xiên mưa: Khi góc nâng ăng ten: θ >5 độ: LS  h1  h2 (km) sin  (3.9) - Chiều dài đường ngang vùng mưa: Lng  LS Cos (km) (3.10) - Hệ số qui đổi: r0,01  1  0,045.Lng (3.11) - Lượng mưa 100mmH vượt 0,03% năm (hình 3.8) - Hệ số suy hao mưa/km theo tuyến xiên hình 3.9 tính:   k.(r0,01 ) dB/km (3.12) Trong k α phụ thuộc tần số k   kV  k H  (k H  kV )cos  cos 2  /    k H  H  kV V  (k H H  k HV )cos  cos 2  / (3.13) Trong τ góc nghiêng phân cực so với mặt ngang, τ=450 với phân cực tròn - Tra bảng 5.1 trang 203 – Satellite technic and technology & ITU-R, kH kV hệ số phụ thuộc vào phân cực ngang đứng ăng ten 57 Bảng 3.3 Tính toán hệ số k α 4GHz 6GHz k=0,001241 k=0,033 α=0,0013636 α=0,003250 - Suy hao mưa tính: với lượng mưa 100mmH A0,01   LS r0,01 dB (3.14) - Suy hao cho phần trăm mưa 0,001%-0,1% năm tính gần Ac đúng: (3.15)  0,12.P  (0,5460,043log P ) A0,01 - Tính toán suy hao mƣa với lƣợng mƣa khoảng 100mmH Vị trí Vệ tinh 0000N,1320 00E A-Hà Nội 21009N, 106014E B-Bình Dương 10051N, 106048E E- Hình chiếu vệ tinh Xích đạo - Trên hải đồ điện tử cho: CungAE = 1980NM/60 = 330 (1NM=1 phút = 1,852km) = góc AOE = α1 -Cung BE=1647NM/60=280=góc BOE=α2 AO = R=6371km (trung bình) OG = R.Cos α1 = 5343,17km AG = R.sin α1 = 3470km GC=h+R-OG=36777.83km Hình 3.9 Hình vẽ tính toán khoảng cách - Góc θ = 600 Việt Nam – Vệ tinh AC  AG  GC  36941km = D1 Tính Tương tự: BC = 36619km =D2 58 - Tính LS hình (3.9): Hình 3.10 Hình tính toán LS Lng – chiều dài tuyến mưa θ = 600 BC = h1-h2 4000m – 10m = 3990m (xem hình 3.9) - Trong đó: LS= AB = 3990m/sin600 = 4,586km - Từ (3.12): Lng = 4586.cos600 = 3,97km - Từ (3.13): r0,01=1/(1+0,045x3,97) = 0,85 - Từ (3.14) bảng 1: - Tại 4GHz:   k.(r0,01 ) = 0,001241.(0,85)0,0013636 =0,00124dB/km - Tại 6GHz:   k.(r0,01 ) = 0,033.(0,85)0,003250=0,33dB/km - Suy hao mưa: Từ (2.14) : A0,01   LS r0,01 Bảng 3.4 Suy hao chiều mưa với lượng mưa 100mmH Vệ tinh 4GHz 6GHz 1320 E 0,005 dB 1,2835dB 3.2.2 Suy hao không gian tự do: Mức suy hao phụ thuộc tần số công tác, độ dài đường truyền, mức tín hiệu ăng ten thu: P G A.    PT GT GR PR  T T  PT GT GR    4 d LP  4 d   4 d  Trong đó: LP    suy hao không gian tự do,    d chiều dài đường truyền (km), λ bước sóng, PT, GT, GR Công suất phát, Độ lợi ăng ten phát thu 59 (3.15) A diện tích hiệu dụng ăng ten thu, η hệ số hiệu dụng ăng ten Bảng 3.3 Kết tính toán suy hao không gian tự cho Hà Nội Bình  4 d  LP    => LP(dB) = 10logLP    Dương theo công thức: Bảng 3.5 Tính toán suy hao không gian tự Tần số λ (m) GHz Hà Nội Bình Dương d=36941 km d=36619 km 0,05 199,829 199,029 0,075 195,829 195,029 3.2.3 Nhiệt tạp âm 3.2.3.1 Nhiệt tạp âm ăng ten Tại đầu ăng ten thu tỷ số G/T có vai trò ảnh hưởng quan trọng đến chất lượng tín hiệu thu, ảnh hưởng đến tỷ số lượng trung bình bit mật độ phổ tạp âm (Eb/N0) Từ suy G/T ảnh hưởng đến lượng đường truyền Điện áp tạp âm nhiệt biểu diễn dạng: en2  4kTB.R Trong đó: Pn  en2  kTB 4R công suất tạp âm (3.16) (3.17) R điện trở tương đương k=1,38.10-23J/K, Pn công suất tạp âm tải (W) T nhiệt độ dây dẫn 0K (00C = 2730K); B: Băng thông N0 = k.T phổ công suất tạp âm (Công suất đơn vị băng tần) 3.2.3.2 Nhiệt tạp âm suy giảm (attenuater) Giả sử nguồn tạp âm đầu vào suy suy giảm L có nhiệt độ vật lý nhiệt độ suy giảm, tín hiệu bị suy giảm L lần tạp âm đầu giữ nguyên PnOUT  k T0 B  PnIN  N A  L.k T0 B  N A L 60 (3.18) Trong đó: PnIN = k.T0.B (W) công suất tạp âm tương đương đầu vào suy giảm; L số lần suy giảm; NA (W) công suất tạp âm nội suy giảm nhiệt độ môi trường; T0 nhiệt độ môi trường (0K) Nhiệt tạp âm tương đương suy giảm: T0  NA  T0  L.T0  (1  L)T0 k B (3.19) 3.2.3.3 Nhiệt tạp âm mạng nối tiếp: Trong hệ thống thu gồm nhiều mạng thành phần nối tiếp nhau, cần mô hình hóa tính toán cho mạng Giả sử xét mạng thành phần mắc nối tiếp nhau: Hình 3.11 Tạp âm mạng mắc nối tiếp Xét mạng gồm mạng thành phần nối tiếp có hệ số tạp âm F1 F2, độ lợi G1 G2: Nếu tạp âm có công suất kTB đưa tới cửa vào mạng 1, công suất tạp âm cửa nó: F1.G1.kTBl; tạp âm cửa mạng lý tưởng là: F1.G1.kTB-G1.kTB = (F1-1)kTB (3.20) Tương tự mạng thứ cho (F2-1)kTB Đây tạp âm sinh mạng thứ Công suất tạp âm cửa rang mạng thứ kTBG1.G2+(F1-1)kTB.G1.G2+(F2-1)kTB.G1.G2 = F1.kTB.G1.G2+(F2-1)kTB.G2 (3.21) Công suất tập âm cửa mạng lý tưởng nối tiếp: kTB.G1.G2 Hệ số tạp âm tổng mạng là: F F1.kTB.G1.G2+(F2-1)kTB.G2 kTB.G1.G2 F  F1  F 1 G1 (3.22) (3.23) Khai triển cho mạng gồm n thành phần: 61 F  F1  F 1 F3 1 Fn    G1 G1.G G1.G 2.G3 Gn (3.24) Tương tự với nhiệt độ tạp âm T hệ n thành phần tích cực mắc nối tiếp: T  T1  T2 T3 Tn   G1 G1.G G1.G 2.G3 Gn (3.25) 3.2.3.4 Nhiệt tạp âm hệ thống thu Nhiệt tạp âm hệ thống gồm nhiệt tạp âm ăng ten hệ thống thu (tính từ feeder cửa máy thu) THT = TA+TTH+TG (3.26) Trong đó: TA nhiệt tạp âm hệ thống ăng ten TTH nhiệt tạp âm hệ thống thu TG nhiệt tạp âm ghép nối khuếch đại LNA feeder (0K) Nhiệt tạp âm hệ thống ăng ten tính: TA  Ta  TMT (1  ) LF LF (3.27) Trong đó: Ta nhiệt tạp âm ăng ten; TMT nhiệt độ môi trường (0K); LF suy hao feeder (số thực) Hình 3.12 Nhiệt tạp âm hệ thống 62 - Tính toán Nhiệt tạp âm hệ thống: - Nhiệt tạp âm ăng ten: Ta = 250K giá trị trung bình đo với góc nâng ăng ten 600 (được đo thực nghiệm Hà Nội – TS Chu Văn Vệ) - Nhiệt tạp âm ghép nối TG=TMT = 2900K - Nhiệt tạp âm đầu vào hệ thống thu TTH = 500K - Suy hao feeder LF=1dB - Tại Hà Nội mùa mưa 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 - Tại Bình Dương mùa mưa 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 + Tổng suy hao nhiệt tạp âm: 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 - Tổng suy hao nhiệt tạp âm Hà nội: N (dB) = -228,6+21,2+75,56 =-131,83 dB - Tổng suy hao nhiệt tạp âm Bình Dương: N (dB) =-228,6+21,21+76,56 = -130,82 dB 3.3 Độ lợi ăng ten phát thu Độ lợi ăng ten tính theo công thức: G (  D  D f ) ( )  c Trong η = 0,65 hiệu suất ăng ten, D đường kính ăng ten G(dB) = 10lgη +20logπ+20logD-20logλ = 10log0,65+20log(3,14)+20logD-20logλ = 8,07dB+20logD-20logλ Ăng ten trạm mặt đất D = 10m, ăng ten vệ tinh D=4m 63 (3.29) Bảng 3.6 Kết tính toán độ lợi ăng ten η.π (dB) D (m) D (dB) λ(m) λ(dB) G (dB) 8,07 12,04 0,05 -26,02 46,13 8,07 10 20 0,05 -26,02 54,09 8,07 12,04 0,075 -22,5 42,61 8,07 10 20 0,075 -22,5 50,57 3.4 Mô hình lƣợng đƣờng truyền 3.4.1 Tổng quan Thông tin vệ tinh Vinasat I với đường truyền dài 36000km sóng điện tử bị suy hao không gian tự do, hệ số suy hao tỷ lệ với khoảng cách bước sóng Trên đường truyền sóng, môi trường Việt nam nóng, ẩm mưa nhiều vào mùa mưa bão, sương mù vào mùa Xuân, công suất tín hiệu bị suy hao Do nhiệt độ cao gây tạp âm nhiệt đáng kể cho trạm mặt đất từ ăng ten-phi đơ, máy thu hệ thống xử lý Vì sau tính toán thông số, cần phải đưa mô hình lượng đường truyền tổng thể để có góc nhìn tổng quan việc đánh giá hệ thống Hình 3.13 Cấu hình kết nối đường truyền phát-thu Trong đó: PT công suất đưa khuếch đại HPA đài phát, L F suy hao feeder ghép nối giưa ăng ten máy phat; G T GR độ lợi ăng ten phát thu, θT θR góc nâng ăng ten; L suy hao tuyến gồm suy hao không gian tự do, suy hao bầu khí quyển, suy hao mưa, sương mù, tầng diện ly, xạ vũ trụ, suy hao từ nguồn bên ngoài; P R công suất thu ăng ten 64 thu, C công suất sóng mang, N0 mật độ phổ công suất tạp âm, k số Bolzman, T nhiệt tạp âm hệ thống Công suất phát sau ăng ten phát: EIRP = PT.GT Công suât thu cửa vào ăng ten thu: G/T, G độ lợi ăng ten thu, T nhiệt tạp âm toàn hệ thống 3.4.2 Mô hình vật lý lượng đường truyền lý tưởng 3.4.2.1 Đường lên – uplink: Từ trạm mặt đất phát (Hà Nội phân tích luận văn này) - Công suất sau điều chế 1mW đưa tới khuếch đại công suất lớn-HPA, ghép qua feeder có suy hao khoảng LF khoảng 1-2dB đến ăng ten phát có đọ lợi GT; cửa ăng ten công suất phát EIRP phạm vi đến 10MW Tín hiệu không gian tự bị suy hao L KG khoảng gần -200dB 3.4.2.2 Vệ tinh Vệ tinh phát đáp tích cực Nó thu nhận tín hiệu từ ăng ten, khuếch đại LNA, đổi tần khuếch đại qua khối HPA, ghép tín hiệu ăng ten, sau đưa tới ăng ten phát Trong GV GVF tăng ích ăng ten thu phát vệ tinh; LV suy hao feeder vệ tinh – khoảng 1-2 dB, LNA TWT độ lợi khuếch đại tạp âm thấp khuếch đại dùng đèn công suất lớn –HPA 65 Hình 3.14 Mô hình vật lý đường truyền điều kiện lý tưởng suy hao khí quyển, tầng điện ly, nước, nguồn bên ngoài, không tính tới tạp âm nhiệt 3.4.2.3 Đường xuống Tín hiệu từ vệ tinh truyền xuống đài mặt đất thu Bình Dương, bị suy hao không gian tự (bảng ) Tại đây, tín hiệu thu khuếch đại qua khâu: Tăng ích ăng ten thu GR, khuếch đại GLNA khuếch đại tạp âm thấp thực hiện, khuếch đại GĐT đổi tần xuống thực Mức tín hiệu sau đổi tần máy thu cần đạt tiêu chuẩn -30dBW, tương đương tiêu chuẩn INTELSAT theo qui dịnh ITU 3.4.3 Mô hình vật lý đường truyền điều kiện không lý tưởng Theo tính toán mục trước, kết tính toán điều kiện lượng mưa 100mmH, nhiệt độ môi trường khoảng 3000K, lượng nước có sương mù 7,5g/m3, nhiệt độ Hà Nội 280C Bình Dương 300C 66 Hình 3.15 Mô hình vật lý đường truyền vệ tinh có ảnh hưởng môi trường Mức PR= -170dB mức tín hiệu nhỏ theo tiêu chuẩn đài mặt đất Nhận xét: Để đảm bảo mức tín hiệu đưa tới khuếch đại trung tần -30dBW khuếch đại tạp âm thấp đổi tần cần phải có hệ số khuếch đại lớn hệ thống bị nhiệt tạp âm tác động 67 KẾT LUẬN Thông tin vệ tinh thông qua hệ thống Vinasat I hệ thống thông tin vệ tinh khác có vai trò ngày quan trọng thông tin liên lạc, truyền liệu, phát truyền hình phục vụ cho nhu cầu thương mại an ninh quốc phòng Việc nghiên cứu lượng đường truyền vừa có ý nghĩa khoa học thực tiễn Nó giúp cho việc hệ thống hóa kiến thức tổng hợp hệ thống gắn với thực tiễn Việt Nam Đề tài luận văn đạt kết sau: Hệ thống hóa thông tin vệ tinh, tổng quan công nghệ kỹ thuật thông tin vệ tinh Phân tích cấu hình vệ tinh trạm mặt đất chương I II Chương III sâu phân tích, mô hình hóa tính toán thông số đường truyền sau lập mô hình vật cho điều kiện môi trường lý tưởng điều kiện thực tế có mưa sương mù, nhiệt độ lên cao Luận văn tính toán thông số độ lợi ăng ten, suy hao đường truyền, suy hao mưa, sương mù suy hao tạp âm nhiệt Các thông số tính toán có tham khảo nhiều tài liệu thông tin vệ tinh tiêu chuẩn ITU đưa với trạm mặt đất Tuy nhiên đề tài chưa đề cập tới ảnh hưởng tia vũ trụ tia mặt trời đường truyền vệ tinh Nhân dịp xin bày tỏ cám ơn tới Thầy, Cô tận tình giúp đỡ thời gian học Trường Đại học Hàng hải Việt Nam thời gian làm Luận văn tốt nghiệp Tôi xin trân trọng thầy hướng dẫn PGS, TS Vũ Đức Lập tận tình giúp đỡ hoàn thành Luận văn Học viên Nguyễn Đình Chung 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu Tiếng Việt Phan Anh (2006), “Trường điện từ truyền sóng”, NXB khoa học kỹ thuật Phạm Công Hùng (2009), Bài giảng thông tin Vệ tinh, Trường đại học bách khoa Hà Nội Nguyễn Đình Lương (1997), Công nghệ Thông tin vệ tinh, NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội, Tổng cục Bưu điện Th.S Võ Tá Lam (2006), Mạng VSAT: Tổng quan ứng dụng Việt Nam, Tạp chí Công nghệ Truyền thông NCS Chu Văn Vệ (1999), Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng thông tin vệ tinh quốc tế Việt Nam, Luận án tiến sỹ kỹ thuật, Học viện công nghệ Bưu Viễn thông Tổng quan Dự án Thông tin Vệ tinh (2008), NXB Bộ Tư lệnh Thông tin liên lạc Chuyên san “Một phương pháp tính toán để thiết kế trạm mặt đấ t mạng thông tin vê ̣ tinh VSAT” (2006), Tạp chí Bưu Viễn thông Tài liệu tiếng 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 ... tinh 1. 1.4 Cỏc bng tn thu phỏt 10 1. 1.5 Cỏc tham s h thng 11 1. 2 Cu hỡnh v tinh 15 1. 2 .1 V tinh kiu ng un 15 1. 2.2 V tinh a tia 16 1. 2.3... 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 1. 1.2 c im ca thụng tin v tinh 1. 1.3... Trang 1. 1 Cu hỡnh h thng thụng tin v tinh 1. 2 Lựi im lm vic trỏnh nhiu xuyờn iu ch 15 1. 3 Cu hỡnh v tinh kiu ng un 16 1. 4 V tinh s dng ng ten Multi-beam 17 1. 5 Sau a kớch thc hỡnh hc ca qu o 17 1. 6