Cân bằng công suất - băng thông trong thông tin vệ tinh : Luận văn ThS. Kỹ thuật điện tử - Viễn thông: 60 52 70

1 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ Hồng Vân CÂN BẰNG CƠNG SUẤT – BĂNG THÔNG TRONG THÔNG TIN VỆ TINH LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội - 2010 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ Hồng Vân CÂN BẰNG CÔNG SUẤT – BĂNG THÔNG TRONG THÔNG TIN VỆ TINH Ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn thông Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử Mã số: 60 52 70 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS Bạch Gia Dương Hà Nội - 2010 MỤC LỤC Trang Mục lục Danh mục hình vẽ, đồ thị Danh mục ký tự viết tắt Mở đầu Chƣơng Tổng quan thông tin vệ tinh 1.1 Lịch sử phát triển hệ thống thông tin vệ tinh 1.2 Đặc điểm thông tin vệ tinh 1.3 Một số vấn đề liên quan đến thông tin vệ tinh 1.3.1 Quỹ đạo 1.3.2 Tần số thông tin vệ tinh 1.3.3 Phân cực sóng 1.4 Hệ thống thơng tin vệ tinh 1.5 Suy hao, tạp âm hệ thống thông tin vệ tinh 1.5.1 Các nguồn tạp âm 1.5.2 Các loại suy hao 1.6 Các phương pháp đa truy nhập thông tin vệ tinh 1.6.1 Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA 1.6.2 Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA 1.6.3 Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA Chƣơng Truyền dẫn số thông tin vệ tinh 2.1 Ảnh hường thiết bị trạm mặt đất đến tín hiệu số 2.1.1 Bộ khuếch đại công suất 2.1.2 Bộ khuếch đại tạp âm thấp 2.1.3 Bộ chuyển đổi tần số 2.2 Kỹ thuật điều chế giải điều chế tín hiệu 2.2.1 Giới thiệu 2.2.2 Kỹ thuật điều chế tần số (FM) 2.2.3 Kỹ thuật giải điều chế sóng mang điều tần (FM) 2.2.4 Điều chế số 2.2.5 Kỹ thuật giải điều chế sóng mang PSK 2.3 Truyền dẫn tín hiệu số kênh thực tế 2.3.1 Khái niệm ISI 11 12 13 13 15 18 19 21 21 22 23 23 24 27 29 30 31 32 33 33 34 34 34 35 36 36 2.3.2 Các đặc tính lọc nhằm truyền dẫn khơng có ISI 2.3.3 Phân phối đặc tính lọc 2.3.4 Ảnh hưởng lọc cosine nâng đến băng thơng tín hiệu 2.4 Méo tuyến tính 2.5 Méo phi tuyến 2.5.1 Các tượng phi tuyến 2.5.2 Hài (Harmonic) 2.5.3 Điểm nén dB 2.5.4 Điểm chặn bậc - IP3 (Third Intercept Point) 2.5.5 Ảnh hưởng IM3 đến băng thông 2.5.6 Một số phương pháp khắc phục méo phi tuyến 2.6 Mã hóa kênh 2.6.1 Các phương pháp điều khiển lỗi 2.6.2 Mã khối 2.6.3 Mã chập 2.6.4 Giải mã mã chập thuật toán Viterbi 2.6.5 Mã Turbo 2.6.6 Đánh giá loại mã 2.7 Tổng hợp yếu tố ảnh hưởng đến băng thông Chƣơng Các hệ thức tuyến cân công suất – băng thông 3.1 Các mối quan hệ hệ thức tuyến 3.1.1 Đơn vị đo lường 3.1.2 Quan hệ sóng mang – nhiễu 36 42 43 43 44 44 45 46 47 50 51 51 52 53 54 54 55 55 56 58 58 60 3.1.3 Hệ thức tuyến 3.2 Hệ số tăng ích Anten (G-Gain) 3.3 Công suất xạ đẳng hướng tương đương (EIRP) 3.4 Suy hao đường truyền 3.4.1 Suy hao không gian tự 3.4.2 Khoảng cách từ trạm mặt đất đến vệ tinh 3.5 Nhiệt tạp âm 3.6 Nhiệt tạp âm Anten 3.6.1 Anten vệ tinh (tuyến lên) 3.6.2 Anten trạm mặt đất (tuyến xuống) 3.7 Nhiệt tạp âm hệ thống 3.8 Hệ số phẩm chất (G/T) 3.9 Tỷ số sóng mang tạp âm (C/N) 3.10 Tổng tỷ số sóng mang tạp âm (C/TT) 3.11 Bộ phát đáp vệ tinh 3.11.1 Điểm hoạt động phát đáp 3.11.2 EIRP hoạt động phát đáp Chƣơng Tính tốn cơng suất tuyến 4.1 Mục đích cân cơng suất – băng thơng 4.2 Tính tốn thực tế Chƣơng Thực nghiệm 5.1 Giới thiệu công nghệ mạch dải 5.2 Ma trận tán xạ 5.3 Thiết kế mô khuếch đại dùng JFET Kết luận Tài liệu tham khảo 60 61 61 62 62 63 63 64 64 65 66 67 67 68 68 69 69 70 70 78 80 80 90 93 DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình vẽ Trang Hình 1.1: Truyền dẫn vệ tinh 12 Hình 1.2: Các dạng quỹ đạo vệ tinh 14 Hình 1.3: Quỹ đạo vệ tinh 15 Hình 1.4: Cửa sổ tần số 18 Hình 1.5: Các thành phần hệ thống vệ tinh thơng tin 19 Hình 1.6: Các phận trạm mặt đất 20 Hình 1.7: Đa truy nhập theo tần số: FDMA 23 Hình 1.8: Hoạt động mạng theo nguyên lý TDMA 24 Hình 1.9: Cấu trúc khung TDMA theo tiêu chuẩn INTELSAT 25 Hình 2.1: Sơ đồ tổng quát hệ thống truyền dẫn 29 Hình 2.2: Sơ đồ khối hệ thống thơng tin vệ tinh 30 Hình 2.3: Đặc tính khơng tuyến tính khuếch đại cơng suất 31 Hình 2.4: Ngun lý trộn 32 Hình 2.5: Bộ chuyển đổi đơn tần số lên 33 Hình 2.6: Nguyên lý điều chế số 35 Hình 2.7: Mơ hình hệ thống băng gốc với tín hiệu xung PAM 36 Hình 2.8: Hình thành lọc cosine nâng 38 Hình 2.9: Đáp ứng xung lọc cosine nâng 39 Hình 2.10: Đáp ứng xung lọc cosine nâng với số giá trị  40 Hình 2.11: Điểm nén 1dB 46 Hình 2.12: Gây méo tín hiệu IM3 48 Hình 2.13: Xác định IP3 đồ thị 48 Hình 2.14: Mối liên hệ IP3 IM3 50 Hình 2.15: Tổng quan phương pháp điều khiển lỗi 52 Hình 2.16: Sơ đồ khối mã Turbo 55 Hình 4.1: Sơ đồ tính tốn đường truyền cho kênh thơng tin 77 Hình 5.1 Các loại vi mạch dải 79 Hình 5.2: Sơ đồ nguyên lý 81 Hình 5.3: Cấu trúc nhánh 82 Hình 5.4: Kết mơ tham số S11 83 Hình 5.5: Kết mơ tham số S21 84 Hình 5.6: Kết mơ tham số S22 85 Hình 5.7: Kết mơ hệ số sóng đứng tương ứng S11 85 Hình 5.8: Kết mơ hệ số sóng đứng tương ứng S22 86 Hình 5.9: Cấu trúc nhánh 86 Hình 5.10 Bộ khuếch đại cao tần dùng JFET 87 Hình 5.11: Đo đạc tham số máy phân tích mạng 88 Hình 5.12: Kết đo đạc tham số S11 88 Hình 5.13: Kết đo đạc tham số S21 89 DANH MỤC CÁC KÝ TỰ VIẾT TẮT Ký tự viết tắt ARQ ATDE AWGN BB BER BPSK C/N CCIR CDMA D/C DEM DE-PSK DE-QPSK DTH Cụm từ Tiếng Anh Automatic Repeat reQuest Adaptive Time Domain Equalizer Additive white Gaussian noise Basic Band Bit error ratio Binary Phase Shift Keying Carrier/Noise International Radio Consultative Committee Code division multiple access Down Converter Demodulation Different Encode PSK Different Encode QPSK Direct to Home FET HF HPA IBO IBPD Equivalent Isotropic Radiated Power Frequency Division Multiple access Forward Error Correction Coding Field-effect transistor High Frequency High Power Amplifier Input Back Off In-Band power difference IM Intermodulation EIRP FDMA FECC Diễn giải Yêu cầu lặp tự động Bộ cân thích nghi Nhiễu Gauss trắng Băng tần sở Tỉ số lỗi bít Điều chế dịch mức pha nhị phân Tỉ số sóng mang/tạp âm Uỷ ban tư vấn quốc tế Đa truy nhập theo mã Bộ đổi tần xuống Bộ giải điều chế Giải điều chế dịch mức pha Giải điều chế cầu phương Truyền hình trực tiếp đến hộ gia đình CS xạ đẳng hướng tương đương Đa truy nhập theo tần số Mã hóa sửa lỗi không phản hồi Transistor hiệu ứng trường Cao tần Khuếch đại công suất cao Độ lùi đầu vào Độ lệch băng thực tế so với hoàn hảo Biến điệu IP3 ISI ITU JFET KPA LNA MOD OBO OFDM PAM PCB PCM PSK QAM QPSK QSA S/N SDMA SHF SSPA TDM TDMA TWTA U/C VHF XPD Third Intercept Point InterSymbol Interference International Telecommunication Union Junction Field-effect transistor Klystron Amplifier Low noise Amplifier Modulation Output Back Off Orthogonal frequencydivision multiplexing Pulse Amplitude Modulation Printed circuit board Pulse Code Modulation Phase Shift Keying Quadrature amplitude modulation Quadrature Phase Shift Keying Quasi-static Approximation Signal/Noise Space division Multiple access Super high Frequency Solid State Power Amplifier Time division multiplexing Time division multiple access Travelling Wave Tube Amplifier Up Converter Very high Frequency X-polarization diversity Điểm chặn bậc Xuyên nhiễu dấu Hiệp hội viễn thông quốc tế Transistor trường điều khiển tiếp xúc N-P Bộ khuếch đại CS Klystron Khuếch đại tạp âm thấp Bộ điều chế Độ lùi đầu Điều chế đa sóng mang trực giao Điều chế xung biên Công nghệ chế tạo bảng mạch in Điều chế xung mã Điều chế dịch mức pha Điều chế cầu phương Điều chế pha trực giao Xấp xỉ tĩnh lượng tử Tỉ số tín hiệu/tạp âm Đa truy nhập theo không gian Siêu tần số Bộ khuếch đại CS dùng bán dẫn Ghép kênh theo thời gian Đa truy nhập theo thời gian Bộ khuếch đại công suất ống sóng chạy Bộ đổi tần lên Siêu cao tần Phân cực chéo MỞ ĐẦU Ngày nay, thông tin vệ tinh trở thành dịch vụ phổ thông toàn giới với vệ tinh đĩa tĩnh nhiều hệ thống, đặc biệt hệ thống Intelsat Intersputnyk cung cấp hàng triệu kênh thoại, truyền hình, số liệu…kết nối hàng trăm quốc gia khác Ngoài vệ tinh khu vực như: Eusat, Asiasat, Palapa… cung cấp dịch vụ thoại cố định, phát truyền 10 hình, truyền số liệu, đảm bảo thơng tin dẫn đường cho hàng không, cứu hộ hàng hải, thăm dò tài nguyên, đào tạo từ xa… đưa thơng tin vệ tinh trở thành loại hình cung cấp đa dạng nhiều loại dịch vụ Năm 2008, vệ tinh Việt Nam – Vinasat đưa vào hoạt động, phục vụ mục đích thiết lập đường truyền dẫn quốc tế xây dựng mạng VSAT nội hạt Trong toán xây dựng hệ thống thông tin vệ tinh, khách hàng cần thuê đường truyền thường dựa sở nhu cầu dung lượng thực tế (Bps) với điều kiện chất lượng dịch vụ, nhà cung cấp đường truyền vệ tinh quy băng thông (Hz) công suất tương ứng Họ phải tính tốn để đảm bảo tỷ lệ băng thơng cho thuê transponder cân với công suất bỏ tương ứng Do phải trả tiền cho nhà cung cấp đường truyền băng thông nên khách hàng có xu hướng sử dụng thiết bị nâng cao khả tối ưu băng thông để tiết kiệm chi phí Điều đẩy nhà cung cấp đường truyền vào tốn cân cơng suất để đạt hiệu khai thác vệ tinh tốt Thực tế với phát triển cơng nghệ ngày thiết bị trạm mặt đất đổi phát triển liên tục, vệ tinh phải chấp nhận “nằm im” suốt thời gian sống khơng gian (15 năm) Vì vậy, cán cân cơng suất – băng thông ngày nghiêng tiêu tốn công suất, băng thông ngày tối ưu Đối với vệ tinh hệ cũ, vấn đề đảm bảo cơng suất khó khăn tốn Nhà cung cấp đường truyền thường xuyên phải đối mặt với việc giới hạn công suất, đặc biệt cho vùng có suy hao lớn mưa suy hao xạ khác Vì vậy, tốn cân công suất – băng thông thiết thực nhà cung cấp đường truyền khách hàng Các vệ tinh hệ - công nghệ chế tạo ngày phát triển – giảm khối lượng khuếch đại điều khiển công suất đủ lớn theo yêu cầu, sẵn sàng phục vụ miền tần số cao dải tần Ka Tuy nhiên, số lượng vệ tinh ngày gia tăng, mật độ vệ tinh quỹ đạo ngày dày đặc nên để tránh can nhiễu hệ thống, ITU quy định giới hạn cơng suất phát cho transponder Chính vậy, việc tăng công suất phát vấn đề cần cân nhắc toán cân cơng suất – băng thơng có ý nghĩa thực tế, kinh tế Vì vậy, mục đích luận văn phân tích yếu tố tác động đến tín hiệu, số biện pháp để khắc phục, nâng cao chất lượng ảnh hưởng biện pháp đến băng thơng Đồng thời phân tích q trình tính 79 Kết tốn tính tốn đường truyền cho kênh th bao riêng với tham số đầu vào cho thể hình đây: Vệ tinh Vinasat Thiết bị tổ hợp đầu vào Máy thu EIRP= 32.7dBW G/Ts=-4.8dB/K C/T = -156.7dB/K u Suy hao L Suy hao L = 196(dB) hcmd = 200.4dB hnu 66% 65% EIRP= 50.93dBW F = 6.28Ghz D = 15.2m G = 58.16 dB G/T=35.77dB/K F =4.055Ghz D=18m G=55.77dB C/T = -157.2 dB/K d 1.024Mbps B-PSK FEC 3.4 BER 10-10 C/T = -160 dBW/K t C/N = 9.2 dB PHPA=0.238W Trạm mặt đất Hà Nội Trạm đầu cuối HCM Hình 4.1: Sơ đồ tính tốn đƣờng truyền cho kênh thơng tin CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 80 Trên sở nghiên cứu kênh truyền băng tần C, xây dựng hệ thống thu phát thơng tin vệ tinh nhằm thu phát tín hiệu vệ tinh trạm mặt đất, cần thiết phải xây dựng khuếch đại siêu cao tần hoạt động băng tần C với hệ số khuếch đại lớn, tạp âm thấp, băng thông phù hợp với yêu cầu đặt Việc nghiên cứu thiết kế chế tạo thử nghiệm khuếch đại siêu cao tần cho phép hoạt động băng tần C có ý nghĩa quan trọng việc làm chủ kênh truyền với công suất phát cho trước Bộ khuếch đại băng C nghiên cứu thiết kế thử nghiệm sử dụng JFET siêu cao tần cơng nghệ mạch dải, có hệ số tạp thấp hệ số khuếch đại lớn, làm việc tới tần số 10GHz Kết tính tốn đo đạc đánh giá khuếch đại thơng qua ma trận tán xạ 5.1 Giới thiệu công nghệ mạch dải Chúng ta biết, dải sóng vơ tuyến điện thông thường: dài, trung, ngắn; mạch dao động cộng hưởng thường xây dựng từ phần tử tập trung tụ điện C cuộn cảm L Mạch dao động cho tần số cộng hưởng riêng là: f0  2 LC Nhưng dải siêu cao tần mạch dao động (LC) từ tham số tập trung khơng cịn làm việc - Thứ nhất: Để nhận dải tần số cộng hưởng f0 lớn hay bước sóng cộng hưởng nhỏ, ta phải giảm giá trị L, C đến mức tối thiểu Nhưng việc giảm có giới hạn định kết cấu tụ điện cuộn cảm Nên nguyên tắc không đạt tần số cộng hưởng dải song cao cm mm - Thứ hai: dải song siêu cao tần, kích thước hình học tụ điện cuộn cảm so sánh với bước sóng điện từ, nên tần số thân mạch dao động đóng vai trò phần tử xạ lượng điện từ làm tiêu hao lượng đáng kể mạch mạch khơng trì dao động dải - Thứ ba: Trong dải siêu cao tần, tần số tăng tiêu hao hiệu ứng bề mặt tiêu ghao điện môi cuộn cảm tụ điện tăng đáng kể, làm giảm phẩm chất rõ rệt mạch dao động LC, làm cho tính chọn lọc mạch cộng hưởng Vì vậy, dải sóng siêu cao tần, người ta sử dụng mạch dao động có tham số phân bố, thường gọi hộp cộng hưởng 81 Đường truyền dẫn sóng cao tần siêu cao tần vấn đề quan tâm Trong kỹ thuật đo lường thiết bị thu dải sóng từ dm đến mm thường sử dụng đường truyền mạch dải siêu cao tần có ưu điểm dễ sản xuất (dùng công nghệ PCB bản), khối lượng nhẹ, khả tương thích với quy trình mạch tích hợp, phạm vi trở kháng đặc trưng hợp lý, tổn hao thấp, dải tần tương đối rộng Vì mạch dải chế tạo dạng mạch in nên chúng sử dụng phổ biến vi mạch siêu cao tần Mạch dải siêu cao thường có cấu tạo theo dạng: dạng đối xứng ( Hình 5.1: b,c), dạng khơng đối xứng (Hình 5.1:a), dạng đường khe (Hình 5.1.d) dạng cáp phẳng (Hình 5.1:e) Hình 5.1: Các loại mạch vi dải Ở đây, ta sử dụng loại mạch dải không đối xứng để thiết kế khuếch đại dùng JFET hoạt động băng tần C [7] 5.2 Ma trận tán xạ Xét mạng N cổng Định nghĩa ma trận tán xạ thõa mãn quan hệ sau: 82  V1    S S S  V1  11 12 1N      V2          S S S     NN  V N  V3   N N Hay gọn => V   S V   S  Vi Vj   Vk  0,k  j + - Tức Si j tìm đặt vào cổng j sóng tới có điện áp V j đo - biên độ điện áp sóng phản xạ Vi từ cổng i, tất sóng tới cổng khác cho zero (hay kết cuối với tải phối hợp để tránh phản xạ) - S hệ số phản xạ nhìn vào cổng i tất cổng khác kết cuối với ii tải phối hợp - S i j gọi hệ số truyền từ cổng j tới cổng i tất cổng khác kết cuối với tải phối hợp [7] 5.3 Thiết kế mô khuếch đại dùng JFET Sơ đồ thiết kế nguyên lý cho tầng khuếch đại băng tần C tần số 5,5 GHz sử dụng Transistor trường JFET loại SPF3043 trình bày hình vẽ sau: 83 Hình 5.2 Sơ đồ ngun lý Khi mơ tham số sơ đồ, có phương pháp Phương pháp biến đổi tham số S FET thành tham số S2P gán tham số S2P cho FET chạy mơ tồn đầu đầu vào với điện trở vào có giá trị 50Ω Phương pháp mơ nhánh vào FET, nhánh mô phối hợp trở kháng điện trở lối vào 50Ω điện trở vào phức FET Z1= 21+j*7.5 Ω(lấy từ Datasheets SPF3043) Dưới kết mô theo nhánh Nhánh nhánh giừa điện trở 50Ω với trở vào FET, nhánh phối hợp trở kháng FET với điện trở 50Ω Các đoạn mạch dải tính tốn chặt chẽ tùy thuộc vào phương pháp phối hợp trở kháng Tuning để phối hợp trở kháng tốt Trong đoạn mạch dải TL5 , TL1 tụ điện C2 dùng để phối hợp với trở kháng 50Ω tầng trước Tụ C1 cịn có nhiệm vụ ngăn cách dịng chiều với tầng trước • Đoạn mạch dải TL2 TL3 dùng để phối hợp trở kháng đoạn TL4 với trở kháng phức lối vào JFET với Zin = Z1= 21+j*7.5 Ω tần số 5500MHZ(lấy từ Datasheets SPF3043) 84 • Đoạn mạch dải TL4 có độ dài điện λ/4 ghép với với nguồn điện áp chiều phân cực cho JFET • Kết mơ dùng phần mềm ADS ta đợc hệ số sóng đứng lối vào lối (tương ứng với tham số S11 S22) • Hệ số truyền từ cổng tới cổng (truyền từ lối vào tới lối S 21) trình bày hình vẽ: Hình 5.3 Cấu trúc nhánh Kết mơ tham số S11 dựng phần mềm ADS : S11 hệ số phản xạ nhìn vào cổng cổng kết nối với tải phối hợp 85 Hình 5.4 Kết mơ tham số S11 Giá trị S11 cho mức suy giảm tốt, mức suy giảm lớn 10dB dùng Ở giá trị S11đạt - 26,368dB Kết cho tương ứng giá trị hệ số sóng đứng thấp (xấp xỉ 1) Kết mô tham số S21 (S21 xem hệ số truyền từ cổng tới cổng 2, tương ứng với hệ số khuếch đại) , ta thu kết sau: 86 Hình 5.5 Kết mơ tham số S21 Kết mơ tham số S22 S22 hệ số phản xạ nhìn vào cổng cổng kết nối với tải phối hợp Giá trị S22 cho mức suy giảm tốt, mức suy giảm lớn 10dB dùng Ở giá trị S22 đạt - 22,236dB Kết cho tương ứng giá trị hệ số sóng đứng thấp (xấp xỉ 1) 87 Hình 5.6 Kết mô tham số S22 Kết mô hệ số sóng đứng VSWR tương ứng với S11 S22 sau: Hình 5.7 Kết mơ hệ số sóng đứng tƣơng ứng S11 88 Hình 5.8 Kết mơ hệ số sóng đứng tƣơng ứng S22 Kết mơ cho thấy hệ số sóng đứng xấp xỉ cho sóng chạy đường truyền tử đầu vào tới đầu mà khơng bị phản xạ Nhánh có cấu trúc hình vẽ có kết mơ tương tự trình bày Hình 5.9 Cấu trúc nhánh 89 Trong điện trở phức Z2 FET có giá trị Z2=37.5-j*16 thiết kế phối hợp với trở kháng 50Ω Đoạn mạch dải TL4, TL5 tụ C3 dùng để phối hợp với trở kháng 50Ω Tụ C3 cịn có nhiệm vụ ngăn dòng chiều từ cực D FET tới lối tải 50Ω Các đoạn mạch dải TL1 TL3 dùng để phối hợp TL2 với trở kháng phức lối JFET Z2=37.5-j*16 tần số 5500MHZ • Đoạn mạch dải TL2 có độ dài điện λ/4 ghép với với nguồn điện áp chiều phân cực cho JFET Trên sở thiết kế mô khuếch đại tạp âm thấp LNA JFET, sử dung công nghệ mạch dải, tiến hành chế tạo đo kiểm tra tham số S ij, đánh giá khả ứng dụng thông tin vệ tinh băng C Bộ khuếch đại siêu cao tần có nhiều địa ứng dụng trạm thu trạm phát Bảng mạch PCB cho LNA SPF3043 trình bày hình 5.10 Hình 5.10 Bộ khuếch đại cao tần dùng JFET • Kết đo đạc thực tế máy phân tích mạng trình bày sau: 90 Hình 5.11 Đo đạc tham số máy phân tích mạng Hình 5.12 Kết đo đạc tham số S11 91 Hình 5.13 Kết đo đạc tham số S21 • Bộ khuếch đại cho hệ số khuếch đại (tham số S21) tần số 5.5GHz 25dB lớn hệ số phản xạ, S11 nhỏ(cỡ -15 dB) • Kết cho thấy thiết kế mơ đo đạc thực tế xác với sai số chấp nhận 92 KẾT LUẬN Kết cho thấy, việc cân công suất - băng thông, dù số tuyệt đối, quan trọng Các nghiên cứu cố gắng hạn chế tối đa việc suy giảm tín hiệu song song với việc tiết kiệm phổ, đặc biệt hạn chế băng tần thông tin vệ tinh Đi với cơng nghệ tính khả thi sản xuất thiết bị Hiện nay, modem sử dụng hệ thống trạm mặt đất có khả thích ứng với điều chế 16 QAM với mã hóa Turbo, TCM để làm hài lịng khách hàng có nhu cầu th kênh – đối tượng ln mong muốn tiết kiệm băng thông để giảm giá thuê kênh Ngược lại, điều khiến nhà cung cấp đường truyền vệ tinh lo ngại việc cân phải tiêu tốn nhiều công suất mà khơng thu nhiều lợi nhuận Để trì mức chất lượng dịch vụ định, sử dụng điều chế cao, mã hóa cao (để giảm băng thơng) phải tăng Eb/N0, có nghĩa C/N0 thiết kế tăng lên làm cho độ dự trữ tuyến (margin) giảm, độ khả dụng tuyến (availability) giảm Như vậy, nhà cung cấp đường truyền, khách hàng yêu cầu sử dụng phương thức điều chế cao để giảm băng thơng họ bị vấp phải việc thiết kế tuyến an toàn bị giảm độ dự trữ độ khả dụng Để tránh việc này, vệ tinh buộc phải tăng cơng suất, có nghĩa phải tăng độ lùi đầu (OBO) để chống méo phi tuyến Tức là, vệ tinh ngày tiêu tốn công suất tỷ lệ băng thông lại giảm Do vậy, để tìm tiếng nói chung khách hàng nhà cung cấp đường truyền, công nghệ chế tạo vệ tinh ngày cần phải phát triển Các thiết bị trạm mặt đất ngày cải thiện băng thơng ngày giảm Để trì cân này, HPA vệ tinh cần nâng cao độ tuyến tính nhằm giảm OBO, giảm tỷ lệ tiêu tốn cơng suất Bên cạnh đó, nhà cung cấp đường truyền yêu cầu khách hàng tăng đường kính anten khuếch đại công suất để nâng cao độ lợi trạm mặt đất Thực tế với phát triển công nghệ ngày thiết bị trạm mặt đất đổi phát triển liên tục, vệ tinh phải chấp nhận “nằm im” suốt thời gian sống khơng gian (15 năm) Vì vậy, cán cân công suất – băng thông ngày nghiêng tiêu tốn cơng suất, cịn băng thông ngày tối ưu 93 Đối với vệ tinh hệ cũ, vấn đề đảm bảo công suất khó khăn tốn Nhà cung cấp đường truyền thường xuyên phải đối mặt với việc giới hạn cơng suất, đặc biệt cho vùng có suy hao lớn mưa suy hao xạ khác Vì vậy, tốn cân cơng suất – băng thông thiết thực nhà cung cấp đường truyền khách hàng Các vệ tinh hệ - công nghệ chế tạo ngày phát triển – giảm khối lượng khuếch đại điều khiển công suất đủ lớn theo yêu cầu, sẵn sàng phục vụ miền tần số cao dải tần Ka Tuy nhiên, số lượng vệ tinh ngày gia tăng, mật độ vệ tinh quỹ đạo ngày dày đặc nên để tránh can nhiễu hệ thống, ITU quy định giới hạn công suất phát cho transponder Chính vậy, việc tăng công suất phát vấn đề cần cân nhắc tốn cân cơng suất – băng thơng có ý nghĩa thực tế, kinh tế Khi Việt Nam đưa vào sử dụng vệ tinh VINASAT phục vụ nhu cầu nước kết nối quốc tế, đóng vai trị vừa nhà cung cấp, vừa khách hàng Do vậy, thiết kế ban đầu cho vệ tinh trạm mặt đất cần phải cân đối cho tận dụng tối đa khả đáp ứng vệ tinh đồng thời tiết kiệm chi phí cho trạm mặt đất, đặc biệt điều kiện Việt Nam vùng phụ cận thuộc khu vực nhiệt đới, chịu nhiều suy hao mưa tạp âm xạ mặt trời Qua phân tích đây, rút số kết luận sau: * Đối với vệ tinh: - Cần thiết kế HPA có đặc tuyến tuyến tính cao, hiệu suất cao, kết hợp phương pháp méo trước bù công suất để đạt điểm làm việc lý tưởng Tốt nhất, khuếch đại công suất Vinasat nên chọn cơng nghệ đèn sóng chạy (TWTA) - Tập trung vùng phủ (beam, footprint) vào điểm quan trọng để tối đa công suất xạ đẳng hướng tương đương (EIRP) - Việc điều khiển công suất từ xa (từ trạm điều khiển – TT&C) thực nhanh chóng, tiện lợi tin cậy * Đối với trạm mặt đất: - Chọn sản phẩm điều chế (modem) sử dụng công nghệ tiên tiến tập trung vào tối ưu hệ số dạng phổ (roll-off) phương pháp mã hóa tiên tiến (Turbo, TCM) Lựa chọn phương thức điều chế phù hợp điều chế cao tiết kiệm nhiều băng thông lại trả giá công suất vệ tinh chất lượng dịch vụ