Điện tử viễn thông chapter 8 DRT NVD khotailieu

Chương 8: Phân tích đường truyền vơ tuyến số Chương PHÂN TÍCH ĐƯỜNG TRUYỀN VƠ TUYẾN SỐ 8.1 GIỚI THIỆU CHUNG Các chủ đề xét chương √ Phân tích đường truyền dẫn vơ tuyến số √ Các cấu hình hệ thống truyền dẫn số Mục đích chương √ Nắm vấn đề chung quy hoach tần số cho hệ thống truyền dẫn số √ Hiểu hoạt động cấu hình vơ tuyến số √ Thiết kế cấu hình vơ tuyến cho hoạt động cụ thể hệ thống vô tuyến số 8.2 PHÂN TÍCH ĐƯỜNG TRUYỀN VƠ TUYẾN SỐ Việc phân tích đường truyền vơ tuyến số cho phép ta thiết kế đường truyền dẫn vô tuyến số đảm bảo chất lượng truyền dẫn quy định Một số đại lượng quan tâm trình phân tích suy hao đường truyền Suy hao đường truyền làm giảm tỷ số tín hiệu tạp âm, giảm chất lượng đường truyền Trong phần trước hết ta xét phân tích đường truyền vơ tuyến số ảnh hưởng tạp âm lên chất lượng đường truyền, sau ta xét số vấn đề liên quan đến thiết kế đường truyền vô tuyến số mặt đất vệ tinh 8.2.1 Tính cơng suất thu Ta xét hệ thống truyền dẫn vô tuyến số đơn giản gồm máy phát máy thu hình 8.1 Hình 8.1 Mơ hình hệ thống vơ tuyến số đơn giản để phân tích đường truyền Từ hình 8.1 cơng suất thu biểu diễn sau: PRx = PTx G1G L rf 1L ph1L p L ph L rf (8.1) đó: Ptz, Prx cơng suất phát thu tương ứng; G1, G2 hệ số khuyếch đại anten phát antenthu tương ứng; Lrf1 Lrf2 tổn hao phần tử vô tuyến thiết bị phát thu gây như: tổn hao conectơ, tổn hao lọc siêu cao tần… đầu phát đầu thu tương ứng; Lph1, Lph2 tổn hao phiđơ phát thu tương ứng; Lp suy hao truyền sóng -234- Chương 8: Phân tích đường truyền vơ tuyến số Để khơng phải xét cụ thể tổn hao phần tử vô tuyến, phi phát hệ số khuyếch đại anten phát ta sử dụng khái niệm EIRP (Equivalent isotropic radiated power: công suất phát xạ đẳng hướng tương đương) xác định sau: EIRP= PTx G1 L rf1L ph1 (8.2) Biểu thức (8.2) cho thấy EIRP công suất phát cần thiết để máy phát tạo phía thu cơng suất giống hệ thống phát thực tế anten giả định phát xạ đẳng hướng (G1=1) Lưu ý rằng, trường hợp ta định nghĩa EIRP khơng có tổn hao phi phần tử vô tuyến (Lrf1 =Lf1=1): EIRP=PTxG1 Từ biểu thức (8.2) (8.1) ta được: PRx = EIRP.G L p L ph2 L rf2 (8.3a) Lưu ý rằng, xét công suất thu công suất anten (8.3a) biểu diễn là: PRx = EIRP.G Lp (8.3b) Cơng suất thu (8.3) thường tính theo dBm sau: PRx [dBm] = 10 lg PRx 1mW = EIRP [ dBm ] + G [ dBi ] − L p [ dB] − lph [ dB] − L rf [ dB] (8.4) dBi đơn vị so sánh hệ số khuyếch đại anten thực tế với anten đẳng hướng (Isotropic anten) có hệ số khuyếch đại dBi Tương tự, (8.3) biểu diễn theo dBW thay tất ký hiệu dBm (8.4) dBW Trong mơi trường truyền sóng đồng khơng có vật chắn (còn gọi khơng gian tự do), tổn hao truyền sóng Lp tính sau: Ls ( 4πd )2 = (8.5) λ2 đó: Ls tổn hao không gian tự do; d khoảng cách anten phát anten thu; λ bước sóng Tổn hao truyền sóng (8.5) tính theo dB sau: LS [dB]=10.lgLS = 92,5 + 20 lg f [ GHz ] + 20 lg d [ km ] = 32,5 + 20 lg f [ MHz ] + 20 lg d [ km ] (8.6) Chất lượng đường truyền dẫn vô tuyến số phụ thuộc vào tỷ số tín hiệu thu tạp âm, ta xét cách tính tạp âm cho máy thu -235- Chương 8: Phân tích đường truyền vơ tuyến số 8.2.2 Tính cơng suất tạp âm nhiệt Như xét chương trước, tạp âm nhiệt thường coi AWGN có mật độ phổ cơng suất tạp âm biên N0 Tại đây, ta xét cách tính cơng suất mật độ phổ cơng suất tạp âm nhiệt Tạp âm nhiệt sinh chuyển động hỗn loạn điện tử phần tử máy thu Công suất tạp âm nhiệt xác định là: N = k.T.∆f , (8.7) W đó: k=1,38.10-23June.K-1=1,38.10-23WK-1Hz-1; T nhiệt độ tạp âm đo Kevin (K); ∆f băng thông đo Hz Mật đổ phổ cơng suất tạp âm tính sau: N0 = N = kT, WHz -1 ∆f (8.8) Ảnh hưởng giảm cấp tạp âm phần tử thu gây đánh giá hệ số tạp âm (Noise figure) định nghĩa tỷ số tín hiệu tạp âm đầu vào phần tử thu chia cho tỷ số tín hiệu tạp âm đầu phần tử thu Do đó, hệ số tạp âm xác định sau: NF = SNR in SNR out (8.9) NF cho thấy tỷ số tín hiệu tạp âm bị giảm lần sau tín hiệu thu qua phần tử thu Các chứng minh cho thấy, hệ số tạp âm phần tử thụ động (cáp nối chẳng hạn) có suy hao L L: NF = L (8.10) Khi tính tốn tạp âm, cơng suất tạp âm gây phần tử thu trường quy đổi vào đầu vào phần tử (xem hình 8.2) Hình 8.2 Cơng suất tạp âm quy đổi đầu vào Hình 8.2 xét tạp âm cho khuyếch đại thu có hệ số khuyếch đại A, gây công suất tạp âm Na, tạp âm đầu vào Ni Nếu ký hiệu Nai tạp âm khuyếch đại quy đổi đầu vào Nai=Na/A, tổng tạp âm quy đổi đầu vào Ni+Nai tổng tạp âm đầu khuyếch đại Nout=A(Ni+Nai) Đặt SNRin=Pr/Ni SNRout=Pr/(Nai+Ni), Pr cơng suất thu vào biểu thức (8.9), cơng suất tạp âm phần tử thu quy đổi đầu vào tính sau: N = ( NF − 1) N i (8.11) Chọn nhiệt độ tạp âm đầu vào máy thu Ti=290K làm nhiệt độ tham chuẩn, đặt Ni=k.290K Nai=kT với T nhiệt độ tạp âm phần tử thu vào phương trình (8.11), ta được: -236- Chương 8: Phân tích đường truyền vô tuyến số T = ( NF − 1) 290K (8.12) Đối với thiết bị thu bao gồm M phần tử khuyếch đại mắc nối tầng, phần tử khuyếch đại có hệ số khuyếch đại Am (m=1,2,…,M), tổng hệ số tạp âm nhiệt độ tạp âm quy đổi đầu vào tính sau: NFtol = NF1 + Ttol = T1 + NF2 − NF3 − NFM − + + + A1 A1A A1A A M −1 T T2 TM + + + A1 A1A A1A A M −1 (8.13) (8.14) Cần lưu ý rằng, phần tử thu phần tử thụ động có tổn hao L ta thay A=1/L vào (8.13) (8.14) Từ biểu thức (8.13) (8.14), ta thấy tạp âm máy thu chủ yếu gây phần tử đầu vào máy thu Ảnh hưởng tạp âm phần tử sau bị giảm đáng kể phải chia cho tích hệ số khuyếch đại phần tử trước 8.2.3 Tỷ số tín hiệu tạp âm Ba tham số thường sử dụng để đánh giá tỷ số tín hiệu tạp âm là: sóng mang tạp âm (C/N hay PRx/N), sóng mang mật độ tạp âm (C/N0 hay PRx/N0), lượng bit mật độ phổ tạp âm Quan hệ tham số sau: PRx PRx = dB + 10 lg ( ∆f ) N0 N dB (8.15) E b PRx R  = dB − 10 lg  b  , dB N0 N  ∆f  (8.16) đó: Pr cơng suất thu sóng mang (C); Rb tốc bit; Eb = PRxTb lượng bit C/N0 Eb/N0 không phụ thuộc vào tần số, chúng thường sử dụng để so sánh hiệu suất hệ thống khác C/N phụ thuộc vào độ rộng băng tần hệ thống cho trước (chẳng hạn lọc máy thu) Sử dụng phương trình (8.3) ta viết: PRx EIRP.G = N N.L p L ph L rf (8.17) PRx EIRP.G = N N L p L ph L rf (8.18) Đối với máy thu tương tự, độ rộng băng tần tạp âm (xét từ phía giải điều chế) thường lớn độ rộng băng tần tín hiệu, PRx/N tham số để đánh giá khả phát tín hiệu chất lượng hoạt động Nhưng máy thu số, thường dùng tương quan hay lọc thích hợp độ rộng băng tần tạp âm coi độ rộng băng tần tín hiệu Vì thường dùng mật độ phổ công suất tạp âm (N0) thay cho công suất tạp âm (N) Thay N0=kT vào phương trình (8.18) ta được: -237- Chương 8: Phân tích đường truyền vơ tuyến số PRx EIRP.G TS = N k.L p L ph L rf (8.19) đó: Ts nhiệt độ tạp âm hệ thống phụ thuộc vào tạp âm phát xạ vào anten tạp âm tầng đầu máy thu Ta lưu ý rằng, hệ số khuyếch đại anten nhiệt độ tạp âm hệ thống kết hợp chung thành tham số tỷ số gọi độ nhậy máy thu Một số thí dụ tính tốn tạp âm tỷ số tín hiệu tạp âm cho phụ lục A 8.2.4 Dự trữ đường truyền Việc phân tích quỹ đường truyền cho phép ta cân đối tổn hao độ lợi cơng suất q trình truyền dẫn để đưa lượng dự trữ công suất cần thiết đảm bảo truyền dẫn điều kiện không thuận lợi (pha đinh) mà đảm bảo chất lượng truyền dẫn yêu cầu Lượng công suất dự trữ gọi dự trữ đường truyền hay dự trữ phađing (trong trường hợp không xét nhiễu) xác định sau: E  E  M =  b  −  b  , dB  N  Rx  N  req (8.20) đó: M độ dự trữ đường truyền hay phađinh; (Eb/N0)Rx, (Eb/N0)req tỷ số lượng bit mật độ phổ công suất tạp âm thu yêu cầu Sử dụng (8.19) ta viết: M ( dB ) = EIRP [ dBW ] + E  G2 [dB / K ] −  b  [dB] T  N  req (8.21) − R b [ dB.bit / s ] − k [ dBW/K.Hz ] − L p [ dB] − L [ dB] đó: EIRP = PTx [ dBW ] + G1 [ dBi ] − L ph1 [ dB] − L rf [ dB] , L2 = L ph [ dB] − L rf [ dB] (8.22) Thay k = -228,6 dBW/K-Hz vào (8.21) ta được: M ( dB ) = EIRP [ dBW ] + E  G2 [dB / K ] −  b  [dB] − R b [dB.bit / s] Ts  N  req (8.23) − 228, ( dBW / K.Hz ) − L p [ dB] − L [ dB] Biểu thức (8.22) thường dùng để tính tốn đường vệ tinh Để biểu thức sử dụng cho vô tuyến số mặt đất ta bỏ qua nhiệt độ tạp âm anten TA tính mật độ phổ công suất tạp âm quy đổi đầu vào hệ thống sau: kTs = k [ L − 1] 290K + k.L ( NF − 1)  290K = k ( L NF − 1) 290K ≈ kL NF290K (8.24) đó: L2=Lph2Lrf2 tổn hao phần nối máy thu với anten bao gồm tổn hao phiđơ, lọc phân nhánh conectơ; NF hệ số tạp âm máy thu Sử dụng (8.19), (8.20) (8.24) ta được: -238- Chương 8: Phân tích đường truyền vơ tuyến số M ( dB ) = EIRP [ dBm] + G [ dB] − L p [ dB] − L [ dB] E  + 204 ( dBW / Hz ) − NF ( dB ) − R b [ dB.bit / s ] −  b  [ dB]  N  req (8.25) đó: EIRP tính theo (8.23); G2, L2 hệ số khuyếch đại tổn hao phiđơ, lọc phân nhánh SCT conectơ phía thu; -kTR = 204(dBW/Hz) Biểu thức (8.25) biểu diễn dBm sau: E  M ( dB ) = EIRP [ dBm ] + G [ dB / K ] − L [ dB] −  b  [ dB]  N  req (8.26) + 174 [ dBm / Hz ] − NF [ dB] − R b [ dB − bit / s ] − Ls [ dB] đó: EIRP[dBm]= P1[dBm] + G1[dB] - L1[dB]; L1[dB]=Lpd1[dB]+Lrf1[db] Minh họa tính tốn quỹ đường truyền cho vô tuyến số mặt đất thông tin vệ tinh cho phụ lục 8B 8.3 PHÂN TÍCH, TÍNH TỐN ĐƯỜNG TRUYỀN VƠ TUYẾN SỐ MẶT ĐẤT 8.3.1 Dự trữ phađinh nhiễu Suy hao tín hiệu đường truyền dẫn vơ tuyến số mặt đất chịu ảnh hưởng pha đinh nhiều tia gây thay đổi chiết suất hay phản xạ từ mặt đất mặt biển Các tín hiệu phản xạ khúc xạ khác với thời gian trễ định cộng trừ tín hiệu thẳng Tín hiệu tổng bị pha đinh chọn lọc tần số Sẽ xảy thay đổi đáng kể thời gian trễ nhóm biên độ độ rộng băng tần hệ thống Ở tuyến vô tuyến tương tự tượng điều tần tín hiệu phần phổ đường truyền vô tuyến làm hỏng số kênh thoại, hệ thống vơ tuyến số dẫn đến tăng tỷ số bit lỗi Nếu tỷ số bit lỗi gần ngưỡng, tồn tín hiệu bị Ngồi mơi trường truyền dẫn hở nên tín hiệu truyền dẫn bị nhiễu từ đài phát khác Có thể phân chia lỗi bit gây truyền sóng thành nhóm riêng biệt: • Các lỗi bit tạp âm nhiệt tín hiệu bị suy giảm (phađinh phẳng: Flat Fade) • Các lỗi bit méo dạng thời gian trễ nhóm biên độ phụ thuộc vào tần số (phađinh chọn lọc: Selective Fade) • Các lỗi bit gây nhiễu Theo tiêu chuẩn ITU-R, khoảng thời gian mà độ sâu phađinh vượt giá trị dự trữ đường truyền phép phạm vi phần trăm nhỏ thời gian xét Khi thiết kế đường truyền dẫn vô tuyến số ta phải xét dự trữ đường truyền để đảm bảo tỷ số lỗi khoảng thời gian ITU quy định Hình 8.3 minh họa mức nhiễu, tạp âm dự trữ phađinh, nhiễu cho hệ thống vơ tuyến số điển hình có tốc độ bit 34 45 kbps, điều chế 64QAM không mã hóa kênh Ta giải thích số liệu hình 8.3 sau Đối với hệ thống 64QAM ta xác định đựơc hàm xác suất lỗi ký hiệu Ps(Es/N0) Do ký hiệu chứa bit nên xác suất lỗi bit Pb =1/6Ps(Es/N0) Nếu cho trước Pb=10-3 ta xác định (Es/N0)req, nhiên ta cần bổ sung thêm lượng dự phòng (Es/N0)req thực tế Sử dụng độ rộng băng thơng Niquist có ∆f=Rs (Rs tốc độ ký hiệu), Es=PRx/Rs=PRx/∆f (Es/N0)rep=(C/N)req=25dB Độ lợi hệ thống hiệu số công suất phát công -239- Chương 8: Phân tích đường truyền vơ tuyến số suất thu mà đảm bảo (C/N)req Dự trữ phađinh tổng hợp xác định theo công thức sau: 1 1 = + + m total m F m I mS (8.27) Cơng suất [dBm] đó: mF dự trữ phađinh phẳng; mI dự trữ nhiễu; ms dự trữ phađinh chọn lọc tần số Mỗi dự trữ nói đo loại bỏ ảnh hưởng hai thành phần lại mF = 40dB mFI = 39dB ms = 61dB mtol = 38, 9dB Hình 8.3 Minh họa mức nhiễu, tạp âm dự trữ phađinh điển hình (thiết bị vơ tuyến số 34Mbps, 64QAM ) 8.3.2 Tính tốn dự trữ đường truyền vơ tuyến số Việc tính tốn dự trữ phađịnh đoạn vô tuyến số dựa kết thực nghiệm Khoảng thời gian T mà tỷ số bit lỗi BER yêu cầu bị vượt tương ứng với khoảng thời gian mà dự trữ phađinh m bị vượt Khoảng phần trăm thời gian xác định theo công thức thực nghiệm sau đây: T = KQ ⋅ f B ⋅ d C ⋅ × 100 m (8.28) đó: KQ, B, C tham số phụ thuộc vào khí hậu địa hình; f: tần số (MHz); dự trữ phađinh m = 10 M /10 (M dự trữ phađinh đo dB); KQ = 7×10-7c, (c vùng biển bờ biển, vùng khí hậu trung bình xa biển 1/4 vùng núi vùng khí hậu khơ); 0,85≤B≤1,5 (thường khoảng 1); d(km) khoảng cách hai trạm; 2,0≤C≤3,5 (thường vào khoảng 3) Nếu ta tách riêng thời gian giảm ngưỡng (Outage Time) Ts phađinh chọn lọc gây (méo dạng tín hiệu, tương ứng với dự trữ phađinh chọn lọc) thời gian giảm cấp phađinh phẳng (phađinh trung bình độ rộng băng tần hệ thống, liên quan đến dự trữ phađinh phẳng mF), tồn thời gian giảm q ngưỡng gây phađinh (Te: thời gian hiệu dụng) tính sau: Te = Ts + TF (8.29) Khi phađinh hiệu dụng xác định sau: -240- Chương 8: Phân tích đường truyền vơ tuyến số 1 = + me m F ms (8.30) Nếu xét ảnh hường giảm cấp cho nhiễu ta có: Ttol = Te + TI = Tf + Ts + TI (8.31) TI khoảng thời gian giảm ngưỡng nhiễu gây Độ dự trữ đường truyền tổng hợp 1 1 = + + m total m F m I mS (8.32) hay theo dB: ( m tol = −10 10 − MF /10 + 10− Ms /10 + 10− MI /10 ) (8.33) Dưới ta xét tính tốn đường truyền vô tuyến số không bị cho trường hợp phađinh phẳng để kiểm tra xem lượng dự trữ tính bảng PL8.1 (phụ lục 8B) có đủ đảm bảo chất lượng đường truyền không Ta sử dụng (8.28) với thay m mF sau biến đổi ta được:  TF  M F = −10 lg   B C  KQf d ×100  MF dự trữ phađinh phẳng cần thiết để đạt số phần trăm thời gian vượt ngưỡng BER gây phađinh phẳng TF yêu cầu Giả sử f=6GHz, KQ=7.10-7, c=1, B=1, C=3, d=64 km, thời gian vượt ngưỡng TF cho tháng thấp năm 0,01 phần trăm (BER đường truyền tồi 10-3 khoảng thời gian 0,01% tháng này) Vì phần trăm vượt ngưỡng phải chia cho hai hướng truyền dẫn nên TF=0,005 ta được: 0,005   M F = −10 lg = -10lg(0,0000454) = 43,4 dB −5 3  × 10 × × 64  Vậy dự trữ đường truyền cho phađinh 24,6 dB trường hợp không đủ Để tăng thêm dự trữ phađinh ta phải sử dụng biện pháp chống pha đinh Chẳng hạn sử dụng phân tập khơng gian hệ số cải thiện dự trữ phađinh tính theo công thức Vigant sau: f m   I M (dB) =10 lg1,2.10 − S V  d   (8.34) F đó: S(m) khoảng cách hai anten (5≤S≤15); V2= 10 (G − G ) / 10 tỷ số công suất thu từ hai anten; Gd Gm hệ số khuyếch đại anten phân tập anten chính; f(GHz) d m tần số; d(km) khoảng cách hai trạm; m= 10 M / 10 độ sâu phađinh phẳng hay dự trữ đường truyền cần thiết để đảm bảo thời gian vượt ngưỡng BER F Nếu S=10 m, f=6GHz, Gd=Gm MF = 43,4 dB từ (8.8) ta được:  6.10 43, / 10   = 23,91 dB I M =10 lg1,2.10 − 3.10  64   F -241- Chương 8: Phân tích đường truyền vô tuyến số Vậy dự trữ pha đinh phẳng nhờ có phân tập khơng gian là: M ′F = M F + I = 24, 6dB + 23, 91dB = 48, 51 dB MF đự trữ đường truyền khơng có phân tập khơng gian So với dự trữ phađinh cần thiết để đảm bảo chất lượng 43,4 dB dư 5,11 dB 8.4 PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ ĐƯỜNG TRUYỀN THƠNG TIN VỆ TINH 8.4.1 Tỷ số tín hiệu tạp âm đường lên a Công thức tổng quát Đường lên đường truyền vệ tinh đường phát từ trạm mặt đất đến vệ tinh Ta sử dụng (8.19) tính theo đơn vị dB cho đường lên (với ký hiệu U để biểu thị cho đường lên) Như biểu thức (8.19) viết lại cho đường lên sau:  Pr  G  , dBHz  N  = EIRPU +  T  − [L P ]U − k  U  U (8.35) Trong biểu thức (8.35), giá trị sử dụng EIRP trạm mặt đất, tổn hao phiđơ máy thu vệ tinh LF G/T (thường gọi hệ số phẩm chất trạm) máy thu vệ tinh Tổn hao không gian tự tổn hao khác phụ thuộc vào tần số tính theo tần số đường lên Kết tính tốn tỷ số sóng mang tạp âm theo (8.35) tỷ số máy thu vệ tinh Khi sử dụng tỷ số sóng mang tạp âm thay cho sử dụng tỷ số sóng mang mật độ tạp âm ta sử dụng công thức sau:  Pr  G  , dBHz   = EIRPU +   − [L P ]U − k − B N T   U  U (8.36) B độ rộng băng tần tín hiệu (được coi độ rộng băng tần tạp âm BN) b Mật độ thơng lượng bão hồ Bộ khuếch đại đèn sóng chạy TWTA phát đáp vệ tinh bị bão hồ cơng suất đầu Mật độ thông lượng cần thiết anten thu để tạo nên bão hoà TWTA gọi mật độ thơng lượng bão hồ, đại lượng quy định tính tốn quỹ đường truyền biết ta tính tốn EIRP cần thiết trạm mặt đất Để rõ, ta xét biểu thức sau cho mật độ thông lượng anten thu: ΨM = EIRP 4πr (8.37) thơng lượng mà phát xạ đẳng hướng có cơng suất EIRP tạo đơn vị diện tích cách khoảng cách r Ở dạng dB ta được: ΨM = EIRP +10 lg 4πr (8.38) Tổn hao không gian tự xác định sau: λ2  4πr  FSL = 10 lg  = − 10 lg − 10 lg 4π 4πr  λ  -242- Chương 8: Phân tích đường truyền vơ tuyến số 10 lg λ2 = − FSL − 10 lg 4πr 4π (8.39) Từ (8.38) (8.37) ta ΨM = EIRP − FSL − 10 lg λ2 4π (8.40) Thành phần λ2/4π có kích thước diện tích, thực tế diện tích hiệu dụng anten đẳng hướng Ta ký hiệu A0 sau: A = 10 lg λ2 4π (8.41) Vì ta thường biết tần số khơng phải bước sóng, nên (8.41) viết theo theo tần số GHz sau: A = − ( 21, 45 + 20 lg f ) (8.42) Kết hợp (8.41) với (8.40) ta được: EIRP = Ψ M + A + FSL , dBW (8.43) Biểu thức (8.43) rút sở có tổn hao khơng gian tự FSL, nên xét đến tổn hao khác như: hấp thu khí AA; lệch phân cực PL; lệch đồng chỉnh anten AML; tổn hao đấu nối với phiđơ thu RFL, ta có EIRP = Ψ M + A + L P − RFL , dBW (8.44) đó: LP = FSL + AA + PL + AML Đây biểu thức cho điều kiện bầu trời quang xác định giá trị EIRP tối tiểu mà trạm mặt đất phải đảm bảo để tạo mật độ thông lượng cần thiết vệ tinh Thơng thường, mật độ thơng lượng bão hồ quy định, (8.44) có dạng: EIRPS,U = Ψ S + A + L P,U − RFL , dBW (8.45) S ký hiệu cho bão hồ U ký hiệu cho đường lên c Độ lùi đầu vào Khi nhiều sóng mang đưa vào khuếch đại đèn sóng chạy, điểm cơng tác phải đặt lùi đến phần tuyến tính đặc tuyến truyền đạt để giảm ảnh hưởng méo điều chế giao thoa Hoạt động nhiều sóng mang xẩy FDMA Trong trường hợp EIRP trạm mặt đất phải giảm lượng gọi độ lùi (BO: back off) dẫn đến EIRPU = EIRPS − BOi (8.46) EIRPS cơng suất trạm mặt đất điểm bão hồ Tuy có điều khiển cơng suất vào cho khuếch đại phát đáp thông qua trạm TT&C mặt đất, thông thường cần có độ lùi đầu vào cách giảm EIRP trạm mặt đất truy nhập phát đáp Bằng cách (8.45) (8.46) vào (8.35), ta  Pr  G  , dBHz  N  = ΨS + A − BO i +  T  − k − RFL  U  U -243- (8.47) Chương 8: Phân tích đường truyền vơ tuyến số 8.4.2 Tỷ số tín hiệu tạp âm đường xuống a Công thức tổng quát Đường xuống đường phát từ vệ tinh xuống trạm mặt đất Ta sử dụng (8.35) cho đường xuống với việc dùng ký hiệu U D cho đường xuống sau  Pr  G  , dB.Hz  N  = EIRPD +  T  − [L P ]D − k  D  D (8.48) Trong phương trình (8.48) giá trị sử dụng EIRP vệ tinh, tổn hao phiđơ máy thu trạm mặt đất G/T máy thu trạm mặt đất Tổn hao không gian tự tổn hao phụ thuộc tần số khác tính theo tần số đường xuống Kết tỷ số sóng mang mật độ tạp âm tính theo (8.48) tỷ số tách sóng máy thu trạm mặt đất Khi cần xác định tỷ số sóng mang tạp âm khơng phải tỷ số sóng mang mật độ tạp âm ta sử dụng công thức sau:  Pr  G   N  = EIRPD +  T  −  L p  D − k − B , dB D D (8.49) B độ rộng băng tần tín hiệu coi độ rộng băng tần tạp âm BN b Độ lùi đầu Khi sử dụng độ lùi đầu vào nói trên, ta phải cho phép độ lùi đầu tương ứng EIRP vệ tinh Đường cong hình 8.4 cho thấy độ lùi đầu không quan hệ tuyến tính với độ lùi đầu vào Một quy tắc thường sử dụng chọn độ lùi đầu điểm đường cong có giá trị dB 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 Chẳng hạn độ lùi đầu vào: BOi=11 dB độ lùi đầu BOo=11-5=6 dB Đầu dBW 5dB Điểm b+o hoà BOo Một sóng mang Nhiều sóng mang Điểm công tác lùi BO i Hình 8.4 Quan hệ độ lùi đầu độ lùi đầu vào cho khuyếch đại đèn sóng chạy vệ tinh Nếu EIRP điều kiện bão hòa ký hiệu EIRPS,D EIRPD=EIRPS,D-BOo (8.48) trở thành:  Pr  G  , dB.Hz  N  = EIRPS ,D − BO o +  T  − [L P ]D − k  D  D -244- (8.50) Chương 8: Phân tích đường truyền vơ tuyến số 8.4.3 Tỷ số tín hiệu tạp âm kết hợp đường lên đường xuống Một kênh vệ tinh đầy đủ bao gồm đường lên đường xuống hình 8.5 Tạp âm đưa vào đường lên đầu vào máy thu vệ tinh Ta ký hiệu công suất tạp âm đơn vị độ rộng băng tần đường lên NU0 cơng suất sóng mang điểm PrU Tỷ số sóng mang tạp âm đường lên PrU/NU0 NU PrU ND Pr + G s + NU GS ND NU Pr = G s PrU PrU N = G s NU + ND0 Hình 8.5 a) Kết hợp đường lên đường xuống; b) lưu đồ dòng cơng suất cho a) Cơng suất sóng mang cuối đường truyền vệ tinh ký hiệu Pr tất nhiên cơng suất sóng mang thu đường xuống Nó GS lần cơng suất sóng mang đầu vào vệ tinh, GS khuếch đại công suất hệ thống từ đầu vào vệ tinh đến đầu vào trạm mặt đất thấy hình 8.5.a Nó bao gồm khuếch đại phát đáp anten phát, tổn hao đường xuống khuếch đại anten thu với tổn hao phiđơ Tạp âm đầu vào vệ tinh xuất đầu vào trạm mặt đất nhân với GS, trạm mặt đất đưa vào tạp âm (ký hiệu ND0) Như vậy, tạp âm đầu cuối đường truyền là: GSNU0+ND0 Tỷ số tín hiệu tạp âm riêng đường xuống khơng xét đến đóng góp GSNU0 Pr/ND0 Pr/N0 kết hợp máy thu mặt đất Pr/(GSNU0+ND0) Lưu đồ dòng cơng suất cho hình 8.5b Tỷ số sóng mang tạp âm kết hợp xác định theo giá trị riêng đường Để chứng minh điều này, tiện ta sử dụng tỷ số tạp âm sóng mang thay cho sóng mang tạp âm biểu diễn dạng tỷ số công suất thay cho dB Ta ký hiệu giá trị tỷ số tạp âm sóng mang kết hợp N0/Pr, giá trị đường lên (N0/Pr)U giá trị đường xuống (N0/Pr)D, N G S NU + ND0 G S N ND0 = = + Pr Pr Pr Pr G N ND  N   N  = S 0+ =  +  G S PrU Pr  Pr  U  Pr  D -245- (8.51) Chương 8: Phân tích đường truyền vơ tuyến số Biểu thức (8.51) cho thấy, để nhận giá trị Pr/N0 kết hợp cần cộng giá trị đảo thành phần để nhận giá trị N0/Pr sau đảo lại giá trị để nhận Pr/N0 Lý phải đảo là, cơng suất tín hiệu truyền qua hệ thống công suất tạp âm khác hệ thống tạp âm cộng Lý tương tự áp dụng cho tỷ số sóng mang tạp âm Pr/N Biểu thức (8.51) cho thấy số tỷ số Pr/N0 phân đoạn truyền mà nhỏ nhiều so với tỷ số khác, tỷ số Pr/N0 kết hợp gần tỷ số thấp Lưu ý rằng, ta xét tạp âm anten tạp âm nhiệt thiết bị tính tốn tỷ số Pr/N0 kết hợp Một nguồn tạp âm cần xem xét tạp âm điều chế giao thoa, tạp âm xét phần 8.4.4 Tỷ số tín hiệu tạp âm kết hợp tạp âm điều chế giao thoa Điều chế giao thoa xẩy nhiều sóng mang qua thiết bị có đặc tính phi tuyến Trong hệ thống thơng tin vệ tinh, điều thường xẩy khuếch đại cơng suất cao dùng đèn sóng chạy vệ tinh Thành phần giao thoa bậc ba thường rơi vào tần số mang lân cận, chúng gây nhiễu Khi số sóng mang điều chế lớn, ta khơng thể phân biệt riêng rẽ thành phần giao thoa chúng thể giống tạp âm, nên gọi tạp âm điều chế giao thoa Tỷ số sóng mang tạp âm điều chế giao thoa thường tìm phương pháp thực nghiệm, hay số trường hợp xác định phương pháp dựa máy tính Khi biết tỷ số này, ta kết hợp với tỷ số sóng mang tạp âm nhiệt cách cộng đại lượng nghịch đảo chúng xét phần Nếu ta ký hiệu thành phần điều chế giao thoa (Pr/N0)IM lưu ý cộng thành phần nghịch đảo Pr /N biểu diễn tỷ số khơng dB Ta mở rộng biểu thức (8.51) sau:  N0   N0   N0   N0   =  +  +   Pr   Pr  U  Pr  D  Pr  IM (8.52) Để giảm tạp âm, đèn sóng chạy phải làm việc với độ lùi nói phần 8.5 TỔNG KẾT Chương ta phân tích đường truyền vơ tuyến số để tính tốn tỷ số tín hiệu tạp âm Trước hết quỹ đường truyền xét Dựa quỹ đường truyền ta tính đựcc cơng suất thu Sau tạp âm xét Trong chương khái niệm tham số tạp âm như: công suất mật độ phổ công suất tạp âm, hệ số tạp âm nhiệt độ tạp âm trình bày Tiếp theo chương trình bày định nghĩa tỷ số tín hiệu tạp âm cơng thức để tính tốn tỷ số tín hiệu tạp âm Sau định nghĩa cơng thức để tính tốn dự trữ đường truyền đưa Cuối vấn đề thiết kế đường truyền vô tuyến số khảo sát -246- ... A1A A M −1 (8. 13) (8. 14) Cần lưu ý rằng, phần tử thu phần tử thụ động có tổn hao L ta thay A=1/L vào (8. 13) (8. 14) Từ biểu thức (8. 13) (8. 14), ta thấy tạp âm máy thu chủ yếu gây phần tử đầu vào... động hỗn loạn điện tử phần tử máy thu Công suất tạp âm nhiệt xác định là: N = k.T.∆f , (8. 7) W đó: k=1, 38. 10-23June.K-1=1, 38. 10-23WK-1Hz-1; T nhiệt độ tạp âm đo Kevin (K); ∆f băng thông đo Hz Mật... phần tử thu vào phương trình (8. 11), ta được: -236- Chương 8: Phân tích đường truyền vơ tuyến số T = ( NF − 1) 290K (8. 12) Đối với thiết bị thu bao gồm M phần tử khuyếch đại mắc nối tầng, phần tử