Kỹ thuật thông tin vệ tinh và thiết kế trạm mặt đất

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LÊ ANH TUẤN KỸ THUẬT THÔNG TIN VỆ TINH VÀ THIẾT KẾ TRẠM MẶT ĐẤT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG Hà Nội – 2004 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LÊ ANH TUẤN KỸ THUẬT THÔNG TIN VỆ TINH VÀ THIẾT KẾ TRẠM MẶT ĐẤT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS ĐỖ HOÀNG TIẾN Hà Nội - 2004 Lêi nói đầu Công nghệ thông tin vệ tinh đóng vai trò quan trọng thông tin liên lạc Thông tin vệ tinh đảm bảo kết nối lục địa, quốc gia khu vực vïng mét qc gia Th«ng tin vƯ tinh rÊt đa dạng loại hình dịch vụ cung cấp (thoại, liệu, hình ảnh, phát thanh- truyền hình, thông tin di động, định vị dẫn đ-ờng, khí t-ợng ) Một tuyến liên lạc vệ tinh cung cấp dung l-ợng lớn thay đổi theo nhu cầu với ®é tin cËy cao, viƯc thiÕt lËp tun cịng nhanh chóng Ngày nay, với phát triển mạnh mẽ công nghệ thông tin quang thông tin quang thông tin vệ tinh trở thành hai ph-ơng thức đảm bảo kết nối khu vực quốc tế Hai ph-ơng thức song song tồn bổ trợ cho Cùng với phát triển mạnh mẽ công nghệ vi điện tử số, giá thành thiết bị đầu cuối thông tin giảm tính ngày đ-ợc bổ xung hoàn thiện Các nhà sản xuất giới nỗ lực sản xuất thiết bị thu phát tín hiệu vệ tinh cho gia đình có giá thành d-ới 300USD phục vụ cho dịch vụ DTH (Direct to Home) t-ơng tác hai chiều Đây h-ớng phát triển dịch vụ thông tin vệ tinh kỷ 21 bên cạnh dịch vụ truyền thống Với h-ớng dẫn TS Đỗ Hoàng Tiến đà thực luận văn với đề tài Kỹ thuật thông tin vệ tinh thiết kế trạm mặt đất Bản luận văn đề cập kiến thức thông tin vệ tinh thiết kế trạm vệ tinh mặt đất cho Công ty Viễn thông Quân đội (Viettelsat-1) Nội dung luận văn gồm: Ch-ơng 1: Tổng quan hệ thống thông tin vệ tinh Ch-ơng 2: Một số ph-ơng pháp điều chế số dùng thông tin vệ tinh Ch-ơng 3: Mà Turbo Ch-ơng 4: Tính toán đ-ờng truyền Ch-ơng 5: Thiết kế trạm vệ tinh mặt đất Viettelsat-1 Tôi xin chân thành cảm ơn h-ớng dẫn tận tình TS Đỗ Hoàng Tiến, ThS D-ơng Thanh Ph-ơng, thầy cô giáo Trung tâm đào tạo bồi d-ỡng sau đại học, Khoa Điện tử Viễn thông Tr-ờng Đại học Bách khoa Hà nội Tôi xin cảm ơn giúp đỡ, góp ý quý báu đồng nghiệp, bạn bè để luận văn đ-ợc hoàn thành Vì thời gian có hạn nên luận văn chắn nhiều thiếu sót Tôi mong nhận đ-ợc bảo Thầy, Cô, đồng nghiệp, bạn bè để hoàn thiện vấn đề đà nêu luận văn Hà nội, ngày tháng năm 2004 Ng-ời viết Lê Anh Tuấn Ch-ơng Tỉng quan vỊ hƯ thèng th«ng tin vƯ tinh 1.1 Tại lại sử dụng thông tin vệ tinh: Thông tin nhu cầu xà hội phát triển Có nhiều ph-ơng thức truyền thông tin : hữu tuyến ( cáp đồng trục, cáp quang ), v« tun ( vi ba, vƯ tinh ), ViƯc chọn ph-ơng thức truyền thông tin phụ thuộc vào loại dịch vụ, giá thành, độ tin cậy yêu cầu Cùng với phát triển công nghệ chế tạo, phóng vệ tinh, thiết bị viễn thông phạm vi sử dơng vƯ tinh ngµy cµng më réng sang nhiỊu lÜnh vực: truyền số liệu, truyền hình, thông tin di động, định vị dẫn đ-ờng Thông tin vệ tinh có đặc điểm sau: Vùng phủ sóng lớn: với vệ tinh địa tĩnh phủ sóng toàn cầu Dung l-ợng thông tin lớn: có băng tần công tác rộng áp dụng kỹ thuật sử dụng lại băng tần Độ tin cậy thông tin cao: tuyến thông tin có trạm hai trạm đầu cuối mặt đất, vệ tinh đóng vai trò nh- trạm lặp xác suất lỗi khí fading không đáng kể Tỉ lệ lỗi bit đạt 10 Tính linh hoạt cao: hệ thông thông tin đ-ợc thiết lập nhanh chóng điều kiện trạm mặt đất xa nhau, dung l-ợng thông tin thay đổi theo yêu cầu Đa dạng loại dịch vụ : có nhiều loại dịch vụ nh-: + Dịch vụ thoại, fax, telex cố định + Dịch vụ phát truyền hình quảng bá + Dịch vụ định vị dẫn đ-ờng, cứu hộ + Dịch vụ thông tin di động + Dịch vụ khôi phục cáp 1.2 Quỹ ®¹o vƯ tinh Cã ba lo¹i q ®¹o sau:  Quỹ đạo địa tĩnh ( Geostationary orbit ): Đây quỹ đạo mà vệ tinh nằm điểm t-ơng ®èi so víi mỈt ®Êt VƯ tinh cã chu kú quay trái đất Vệ tinh địa tĩnh có độ cao khoảng 36.000km đ-ờng xích đạo H-ớng quay vệ tinh trùng với h-ớng quay đất Vị trí cố định vệ tinh quỹ đạo địa tĩnh đ-ợc gọi vị trí quỹ đạo Vị trí đ-ợc xác định kinh tuyến chứa vệ tinh Các vệ tinh quốc gia phải đ-ợc xác lập cung quỹ đạo theo phân chia chuẩn quốc tế Vị trí quỹ đạo vệ tinh đ-ợc xác lập theo quy định quốc gia Quỹ đạo nghiêng elíp (Elliptically incline orbit) Đây quỹ đạo đ-ợc sử dụng thành công hệ thông Intersputnik cho hệ thông viễn thông Liên Xô cị Chu kú quay cđa vƯ tinh lµ 12h, ®ã 8h vƯ tinh chun ®éng chËm, thêi gian nµy vƯ tinh sÏ phđ sãng cho miỊn cùc cđa trái đất Đặc điểm quỹ đạo chuyển động t-ơng đối vệ tinh xa nhỏ nên thu đ-ợc tín hiệu liên tục với anten thu cố định, anten vệ tinh phải đ-ợc điều chỉnh theo chuyển động vệ tinh Quỹ đạo cực tròn ( Circular polar orbit ): Đây quỹ đạo tồn lý thuyết, thực tế viễn thông không sử dụng quỹ đạo khó khăn mặt kỹ thuật, kinh tế Quỹ đạo nghiêng elip Quỹ đạo địa tĩnh Satellite Satellite Satellite Quỹ đạo cực tròn Hình 1.1: Quỹ đạo vệ tinh 1.3 Vùng phủ sóng vệ tinh: Vì bề mặt trái đất có diện tích 2/3 n-ớc nên việc phủ sóng toàn cầu không đáp ứng tốt cho dịch vụ trạm mặt đất Giảm vùng phủ sóng dẫn đến việc tăng hệ số tăng ích anten vùng phủ sóng Mặt khác giới hạn vùng phủ sóng lên vùng dịch vụ sử dụng lại tần số phân chia theo không gian; hai búp sóng không chồng lấn lên sử dụng tần số mà can nhiễu lên giảm 1.3.1.Phạm vi phủ sóng: Hiện kỹ thuật vệ tinh sử dụng phạm vi phủ sóng sau: Phđ sãng cơc bé: Phđ sãng cơc bé bao gåm truyền dẫn vùng xác định( thành phố vùng) cung cấp dịch vụ phân phối địa ph-ơng nhằm đáp ứng yêu cầu khách hµng thµnh phè, hay mét vïng Chïm sãng vệ tinh có độ tăng ích định h-ớng cao vùng phủ sóng đặc biệt Các chùm sóng đ-ợc tối -u hoá cho dung l-ợng cao hệ thống hoạt động cho nội dung dịch vơ miỊn Phđ sãng vïng: Sù ph©n chia phđ sóng vùng dựa sở ngôn ngữ hay địa lý (đất n-ớc) Vùng phủ sóng đ-ợc tạo chùm sóng anten đơn nhiều chùm sóng nhỏ bao phủ vùng đ-ợc yêu cầu Phủ sóng vùng tạo để phát xạ l-ợng cho khách hàng nhằm đáp ứng nhu cầu ngôn ngữ vấn đề trị ( đồng xếp tần số, giới hạn nội dung) chùm sóng vùng cung cấp khả định h-ớng cao đ-ợc sử dụng để tăng hiệu suất l-ợng vệ tinh hay giảm chi phí hệ thống mặt đất Phủ sóng toàn cầu : Vệ tinh phủ sóng toàn cầu cung cấp khả truyền dẫn vùng đ-ợc tạo nên nhiều miền (ngôn ngữ, trị) hay nhiều đất n-ớc ví dụ: vùng bao phủ cđa Pan European cung cÊp cïng néi dung dÞch vụ cho tất khách hàng nhiều đất n-ớc khác Châu âu Chùm phủ sóng rộng bao phủ n-ớc Châu âu cung cấp vùng phủ sãng cho Pan European ViƯc sư dơng nhiỊu chïm sãng bao phủ làm cho hiệu hệ thống tăng lên Một ví dụ cho chùm vệ tinh Pan European đ-ợc hình 1.2: H×nh 1.2: Vïng phđ sãng cđa vƯ tinh Pan European 1.3.2 Tăng c-ờng dung l-ợng vệ tinh: Khả hệ thống vệ tinh đ-ợc tăng c-ờng cách sử dụng băng thông khả dụng cao băng tần cao (Ka, V) thực sử dụng lại tần số bao gồm tối -u hoá, đa dạng hoá kế hoạch kênh truyền dẫn Số l-ợng phức tạp việc thực phát đáp vệ tinh giới hạn tăng c-ờng dung l-ợng kênh truyền hệ thống Số l-ợng lớn phát đáp bị giới hạn khả năng(khối l-ợng, công suất, cỡ vệ tinh) loại tàu vũ trụ sử dụng để phóng vệ tinh Sử dụng lại tần số: Dung l-ợng hệ thống tăng lên cách sử dụng lại phổ tần cho phép nhờ tối -u hoá việc phân định tần số việc phân cực tuyến liên lạc Nhiều b-ớc sóng bao phủ đa dạng hoá kế hoạch tần số tăng c-ờng dung l-ợng hệ thống Các tần số đ-ợc sử dụng lại hệ thống cho vùng Châu Thái Bình D-ơng đ-ợc minh hoạ hình 1.3 Hình 1.3a: Một chùm phủ sóng đơn Hình 1.3b: Nhiều chùm sóng Có hai cách phủ sóng : Dùng chùm sóng đơn rộng tập hợp chùm sóng điểm Ví dụ hệ thống sử dụng phân cực đôi gồm 50 chùm điểm lúc băng thông hiệu dụng thực chất đ-ợc tăng lên Sử dụng lại tần số đ-ợc tạo 310 phát đáp t-ơng ứng (36 MHz) gấp 10 lần khả phát đáp vệ tinh sử dụng chùm sóng đơn Ta có: ESB =(Số ô)x(Độ rộng băng thông dự định)/ Hệ số sử dụng lại tần số = (50x2) x(500MHz) 12,5GHz Số l-ợng phát đáp t-ơng đ-ơng 36M lµ: ENT = 12,5GHz/40MHz=310(bé) ESB:Effective System Bandwith ENT:Equivalent Number Transponder Kế hoạch phát đa tần số: Kế hoạch phát đa tần số dùng tần số cho nhiều phần khác vùng phủ sóng với vị trí khác Sự thực kĩ thuật tăng c-ờng thêm dung l-ợng hệ thống Ví dụ :Bằng cách kết hợp ph-ơng pháp cho vệ tinh( Sử dụng lại đa dạng hoá tần số ), dung l-ợng hệ thống tăng 58% (5696%) sử dụng khe tần số định mà không cần thay đổi thiết bị mặt đất Hệ thống cung cấp dung l-ợng cao vùng với thứ tiếng khác Sự tăng dung l-ợng thực hệ thống phụ thuộc vào khả phần tải trọng không gian vệ tinh để cài đặt phần cứng cung cấp công suất hoạt động 1.4 Băng tần vệ tinh: Để thực đ-ợc liên lạc mặt đất vệ tinh sóng mang phải có tần số cao tần số giới hạn xuyên qua tầng điện ly Qua kết nghiên cứu truyền sóng thấy tần số nhỏ 1GHz bị tiêu hao lớn tầng điện ly, sóng cao 10GHz bị khí quyển, mây, m-a hấp thụ, có giới hạn từ đến 10GHz bị tiêu hao nhỏ gọi cửa sổ vô tuyến truyền tín hiệu sóng vô tuyến dải đ-ợc xem truyền 83 Độ ổn định EIRP: Bảng 5.1: Ước l-ợng độ ổn định EIRP Phân tích mức l-ợng khối: Trạm vệ tinh đ-ợc thiết kế để tất phân hệ trừ HPA đ-ợc cấu hình hoạt động vùng tuyến tính HPA UC AMP B1 UC OUT UC A1 INPUT A2 INPUT B2 UC OUT C HPA IN D HPA OUT E EIRP Hình 5.4: Sơ đồ sơ mức l-ợng khối phía phát băng tần C Bảng 5.2 mức công suất số điểm thoả mÃn công suất bÃo hoà HPA 500W, tất thiết bị RF làm việc vùng tuyến tính Bảng 5.2: Mức công suất phát 84 Hình 5.5 bảng 5.3 mức thu d-ới điều kiện EIRP thu tõ vƯ tinh lµ lín nhÊt, nã chØ r»ng víi c¸c møc thu nh- vËy c¸c bé modem demod hoạt động tốt -0,2dB 60dB -7(25m FSJ4) -7dB 46dB(att=0) -10dB -133dBm Gain=46,3dB : LNA : Out door A FEED DC In door B LNA OUT H×nh 5.5: Sơ đồ sơ mức thu Bảng 5.3: Møc c«ng suÊt thu C DC OUT D DEMOD IN 85 Hình 5.6 Trạm vệ tinh mặt đất Viettelsat1 Hình 5.7: Trạm vệ tinh mặt đất VP Telecom 86 Kết luận Luận văn đà đề cập khái quát kỹ thuật thông tin vệ tinh, dịch vụ đ-ợc cung cấp thông tin vệ tinh, trình bày cấu hình tuyến liên lạc vệ tinh ch-ơng Ch-ơng đề cập đến số ph-ơng pháp điều chÕ sè sư dơng th«ng tin vƯ tinh: BPSK, QPSK, 8PSK, 16 QAM ®ång thêi cịng chØ râ kÕt việc tăng số mức điều chế đ-ợc lợi băng thông nh-ng phải trả giá công suất phát tăng Trong ch-ơng nêu khái quát loại mà hoá sửa lỗi đ-ợc dùng rộng rÃi hệ thống thông tin vệ tinh mà Turbo Tuy nhiên mà hóa Turbo truyền thống có tốc độ thấp, ch-ơng giới thiệu vài kiểu mà hoá hiệu băng thông dựa việc điều chế, xáo trộn, mà hoá bit sử dụng mà Turbo bất đối xứng mà hoá Turbo đa mức Ch-ơng sâu vào phân tích cách tính toán đ-ờng truyền thông tin vệ tinh Các tham số ph-ơng trình tính toán công suất đ-ờng truyền đ-ợc phân tích cụ thể có kèm theo ví dụ minh hoạ Ch-ơng giới thiệu yêu cầu thiết kế trạm vệ tinh Viettelsat-1 đ-ợc thực Datacom System International Ltd Vai trò thông tin vệ tinh phát triển viễn thông Việt nam nói riêng Thế giới nói chung phủ nhận Từ chỗ thông tin vệ tinh tuý đảm bảo dịch vụ thoại liệu truyền thống quốc gia, khu vực ngày kỷ nguyên thông tin số với xu hội tụ dịch vụ (thoại, liệu, hình ảnh, ) nhằm thoả mÃn cao cho khách hàng Khách hàng không dừng lại nhu cầu thoại liệu tuý, mà họ đòi hỏi đ-ợc phục vụ dịch vụ băng thông cao có tính 87 t-ơng t¸c thêi gian thùc nh­ “Video on Demand”, “Video conference Một yêu cầu đặt cho công nghệ thông tin vệ tinh cung cấp đ-ợc băng thông cao với giá hợp lý Có nhiều giải pháp kỹ thuật để thoả mÃn yêu cầu băng thông cao cho thông tin vệ tinh ®ã cã hai h-íng nghiªn cøu chÝnh cã thĨ ®i sâu là: - Lý thuyết mÃ: Một số nghiên cøu chØ r»ng m· Turbo chØ lµ mét tr-êng hợp riêng mà LDPC(Low Density Parity Check Codes) MacKay Neal cải tiến từ mà Gallagher lớp mà có đặc tính ngẫu nhiên với mà Turbo nh-ng có chất l-ợng tốt phiên mà Turbo tốt năm 1998 - Nghiên cứu hệ vệ tinh băng rộng sử dụng băng tần cao mà ch-a dùng đến (nh- Ka,V), thiết kế anten đa chùm sóng có độ linh hoạt cao tăng ích lớn, phát triển vi xử lý gắn phân hệ thông tin vệ tinh cho phép chuyển mạch gói khả cung cấp băng thông mềm dẻo khắc phục đ-ợc nh-ợc điểm cố hữu phát đáp Bent-pipe 88 Tài liệu tham khảo Dennis Roddy, Satellite communications, McGraw Hill (2001) VSAT hand book, Intelsat Global Service Corporation (May 2002) Digital Satellite communications technology, Intelsat Global Service Corporation (March 1999) Earth station technology, Intelsat Global Service Corporation (June 1999) Robin Blair, Digital Techniques in Broadcasting Transmission Success factors for Broadband Satellite Systems, Seventh Ka-Band Utilization Conference,Taromina Italy (October 2001) Satchandi Verma,SMIEEE,Senior staff, Eric Wiswell, MIEEE, Technical Fellow-TRW Inc, Next Generation Broadband Satellite Communication Systems C.Berrou, A.Glavieux and P.Thitimajshima, Near Shannon limit error correcting coding and decoding:Turbo codes, in Proc IEEE International Conference on Communications,Geneva,Switzerland (May 1993) pp.1064-1070 P.Robertson, An overview of band width efficient turbo coding schemes, in Proc of the International Symposium on Turbo codes and Related Topics, Brest, France, (Sept 1997) pp.103-110 10 R.G Gallagher, Low Density Parity Check Codes, Cambridge, MA: M.I.T Press, 1963 11 Daniel J.Costello Jr.,Adrish Banerjee,Thomas E Fôja and Peter C.Massey, Some Reflections on the Design of Bandwidth Efficient Turbo Codes 12 Viettel Corporation 6.3m Earth Station Design Document, Datacom System International Ltd (22 Sept 2003) 89 Môc lôc  Lêi nói đầu Ch-¬ng 1: tỉng quan vỊ hƯ thèng th«ng tin vƯ tinh 1.1 Tại lại sử dụng thông tin vệ tinh: 1.2 Quỹ đạo vÖ tinh 1.3 Vïng phđ sãng cđa vƯ tinh: 1.3.1 Ph¹m vi phđ sãng: 1.3.2 Tăng c-êng dung l-ỵng cđa vƯ tinh: 1.4 Băng tần vệ tinh: 1.5 Các ph-ơng pháp truy nhập vào vệ tinh: 12 1.5.1 Ph-¬ng pháp truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) 12 1.5.2 Ph-ơng pháp truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) 12 1.5.3 Ph-ơng pháp truy nhËp ph©n chia theo m· (CDMA) 13 1.5.4 Ph-ơng pháp truy nhập phân chia theo yêu cầu (DAMA) 13 1.6 Các dịch vụ cung cấp bëi th«ng tin vƯ tinh: 14 1.6.1 Dịch vụ thoại: 14 1.6.2 C¸c dịch vụ điện báo: .15 1.6.3 Dịch vụ phát thanh, truyền h×nh: 15 1.6.4 Dịch vụ truyền số liệu dịch vụ nghiệp vơ kinh doanh míi: 16 1.6.5 Các dịch vụ kÕt hỵp: 17 1.6.6 Các dịch vụ liên lạc, cứu trợ khẩn cấp, định vị dẫn đ-ờng: 17 1.6.7 Các dịch vụ hỗ trợ, dự phòng cho tuyến cáp backbone: 17 1.7 Cấu hình hƯ thèng th«ng tin vƯ tinh: 17 1.7.1 Phân hệ không gian: 17 1.7.2 Phân hệ mặt đất: .22 90 Ch-¬ng 2: mét sè ph-ơng pháp Điều chế số dùng thông tin vệ tinh 26 2.1 Giíi thiƯu 26 2.2 ¶nh h-ëng cđa c¸c bé läc: 26 2.3 §iỊu chÕ sè pha: 27 2.3.1 Khoá dịch pha nhị phân(BPSK): 28 2.3.1.1 BiÓu thøc cña BPSK: 28 2.3.1.2 Sơ đồ khối điều chế dạng sóng tín hiệu BPSK 29 2.3.1.3 Nguyên lý hoạt động: 29 2.3.2.§iỊu chÕ QPSK 30 2.3.2.1BiĨu thøc cđa QPSK 30 2.3.2.2.Sơ đồ khối dạng sóng tín hiệu QPSK 31 2.3.2.3.Nguyên lý hoạt động 32 2.3.3 §iỊu chÕ 8PSK 32 2.3.3.1.BiĨu thøc cđa 8PSK 32 2.3.3.2.Sơ đồ khối điều chế 33 2.3.3.3.Nguyên lý hoạt động 33 2.3.4 Điều chế cầu ph-ơng 16QAM .34 2.3.4.1.§iỊu chÕ nhiỊu møc (bé chun møc biên độ) 34 2.3.4.2.Bộ điều chế 16 QAM 35 2.3.4.3.Nguyªn lý hoạt động: 37 2.3.5 KÕt luËn 37 Ch-¬ng 3: m· Turbo .39 3.1 M· turbo truyÒn thèng 39 3.1.1 S¬ đồ nguyên thuỷ mà turbo Berrou đồng nghiƯp giíi thiƯu: 41 3.1.2 Khèi m· ho¸ RSC: 42 3.1.3 Bé x¸o trén: .43 91 3.1.4 L-ỵc bít (puncturing): .44 3.2 Mét sè thiÕt kÕ hiƯu qu¶ băng thông sử dụng mà turbo 45 3.2.1 Một số cách đạt hiệu băng thông sử dơng m· turbo .46 3.2.1.1 §iỊu chÕ, m· ho¸ Turbo 46 3.2.1.2 Điều chế mà hoá l-ới Turbo 47 3.2.1.3 Điều chế mà hoá l-ới song song trïng hỵp 48 3.2.1.4 M· nhiÒu møc 49 3.2.1.5 Điều chế mà hoá l-ới tự trùng hỵp 49 3.2.1.6 NhËn xÐt: 50 3.2.2.§iỊu chế, mà hoá turbo bất đối xứng: 51 3.2.2.1 M· ho¸ cã tư sè lín vµ mÉu sè bÐ 53 3.2.2.2 Các mà bất đối xứng kép 54 3.2.3 Điều chế đa mà turbo 54 3.2.3.1 Mà đa Turbo đối xứng phần (Partially Systematic Multiple Turbo Codes) 55 3.2.3.2 Các mà đa turbo bất đối xøng 57 3.2.3 NhËn xÐt 59 Ch-ơng 4: tính toán đ-ờng truyền 60 4.1 Giíi thiƯu 60 4.2 Công suất phát xạ đẳng h-ớng 60 4.3 Suy hao truyÒn dÉn 61 4.4 Ph-ơng trình quĩ công st ®-êng trun 63 4.5 NhiƠu hƯ thèng 64 4.6 Tû sè sãng mang tạp âm 65 4.7 Đ-ờng lên 66 4.7.1 Mật độ dòng bÃo hoà 66 4.7.2 Thơt lïi c«ng st .68 4.7.3 HPA trạm mặt đất 68 92 4.8 §-êng xuèng 69 4.8.1 Thụt lùi đầu 70 4.8.2 C«ng st TWTA cđa vƯ tinh 71 4.9 HiÖu øng m-a 71 4.9.1 Dự trữ m-a tuyến lên 72 4.9.2 Dù tr÷ m-a tuyÕn xuèng 72 4.10 Kết hợp đ-ờng lên đ-ờng xuống 73 4.11 Nhiễu xuyên điều chế: 75 Ch-¬ng 5: thiÕt kÕ trạm vệ tinh mặt đất Viettelsat1 77 5.1 Giới thiÖu 77 5.2 Yêu cầu đặt Viettel 77 5.3 Giải pháp Datacom 78 5.3.1 Sơ đồ hệ thống 78 5.3.2 Mô tả hệ thống 78 5.3.3 C¸c giao diƯn sư dơng hƯ thèng 80 5.3.4 Tính toán đ-ờng truyền: 81 KÕt luËn 86 Tài liệu tham khảo 88 Phơ lơc 93 danh mơc c¸c ký hiƯu viÕt tắt Các từ viết ý nghĩa tắt AA Atmospheric Absorption Loss- Suy hao hÊp thơ khÝ qun AML Antenna Misalignment Loss- Suy hao chệch anten APP A Posteriori ProbabilityARQ Auto Request- Tự động yêu cầu lại BB Base Band- Băng tần sở BER Bit Error Ratio - Tỷ số lỗi bit BPSK Binary Phase Shift Keying- Khoá dịch pha nhị phân CCITT Consultative Committe for International Telegraphy and Telephony- Uỷ ban t- vấn điện báo, điện thoại quốc tế CDMA Code Division Multiple Access- Đa truy nhập phân chia theo m· CNR (C/N) Carrier to Noise Ratio-Tû lÖ sãng mang trªn nhiƠu (Carrier/Noise) DAMA Demand Assigned Multiple Access- Đa truy nhập theo yêu cầu DC Down Converter- Bộ đổi tần xuống DEMOD Demodulation- Giải điều chế DTH Direct To Home -Trùc tiÕp tíi thuª bao EIRP Equivalent Isotropic Radiated Power- Công suất xạ đẳng h-ớng t-ơng đ-ơng FC Frequency Converter- Bộ đổi tần FDM Frequency Division Multiplexing- Ghép kênh phân chia theo tần số FDMA Frequency Division Multiple Access - Đa truy nhập phân chia theo tần số FEC Forward Error Correction- Cơ chế sửa lỗi tr-ớc FSL Free Space speading Loss- Suy hao kh«ng gian tự HPA Hight Power Amplifier- Bộ khuếch đại công suẩt cao IBS Intelsat Business Service - Dịch vụ th-ơng mại Intelsat IDR Intermediate Data Rate- Tốc độ số liệu trung bình IF Intermediate Frequency- Trung tần ISDN Intergrated Services Digital Network- Mạch số tổ hợp đa dịch vụ 94 LNA LO MCPC MIX MOD MODEM MUX OSC PAM PL PPA QAM QPSK RCPC RF RFL RQLI RSC SCPC SNR (S/N) SSPA TCM TDM TDMA TT&C TVRO TWTA UC VHF VSAT Low Noise Amplifier - Bộ khuếch đại tạp âm thÊp Local Oscillator- Bé dao ®éng néi Multiple Channel Per Carrier- Đa kênh sóng mang Mixer - Bộ trộn Modulation - Điều chế Mudulation and Demodulation- Bộ điều chế giải điều chế Multiplexer -Bộ ghép kênh Oscillator- Bộ tạo dao động Pulse Amplitude Modulation- Điều biên xung Polarization mismatch Loss- Suy hao lỗi phân cực Prior Power Amplifier- Bộ tiền khuếch đại công suất Quadrature Amplitude Modulation- Điều biên cầu ph-ơng Quadrature Phase Shift Keying- Khoá dịch pha cầu ph-ơng Rate Compatible Punctured CodesRadio Frequency- Tần số vô tuyÕn Receiver Feeder Loss- Suy hao èng dÉn sãng Recursive Quick Look In- §Ư qui nhanh Recursive Systematic Code- M· hệ thống đệ qui Single Channel Per Carrier- Kênh đơn trªn sãng mang Signal to Noise Ratio- Tû lƯ tÝn hiƯu trªn nhiƠu (Signal/Noise) Solid State Power Amplifier- Bé khch đại công suất cao bán dẫn Trellis Code Modulation - Điều chế mà l-ới Time Division Multiplexing- Ghép kênh phân chia theo thêi gian Time Division Multiple Access- §a truy nhËp ph©n chia theo thêi gian Tracking Telemetry and Command Television Receive Only- Thiết bị thu tín hiệu TV tuý Traveling Wave Tube Amplifier- Đèn khuyếch đại sóng chạy Up Converter-Bộ đổi tần lên Very Hight Frequency- Sóng cao tần Very Small Aperture Terminal 95 Danh mục hình vẽ Hình 1.1: Quỹ Đạo vệ tinh Hình 1.2: Vïng phđ sãng cđa vƯ tinh Pan European Hình 1.3a: Một chùm phủ sóng đơn Hình 1.3b: Nhiều chùm phủ sóng Hình 1.4: Các định nghĩa băng tần 11 Hình 1.5: Phân hệ thông tin (payload) vệ tinh 18 Hình 1.6: Anten mặt phản xạ dạng l-ới 19 Hình 1.7: Các kênh cho transponder vệ tinh băng C 21 Hình 1.8: Cấu tạo transponder vệ tinh mức 21 l-ợng Hình 1.9: Sơ đồ tuyến liên lạc vệ tinh 23 Hình 2.1: Sơ đồ khối dạng sóng tin hiệu BPSK 29 Hình 2.2: Sơ đồ khối dạng sóng tín hiệu QPSK 31 Hình 2.3: Sơ đồ khối điều chế 8PSK 33 Hình 2.4: Sơ đồ tóm tắt ®iỊu chÕ QAM ®a møc 34 H×nh 2.5: Bé biÕn đổi mức 2-4 35 Hình 2.6: Sơ đồ khối biểu đồ chòm 16QAM 36 Hình 2.7: Huyện suất băng thông lý thuyết so với C/N với kiểu 38 điều chế khác (BER=10-6, WT = 1,33) Hình 3.1: Bộ mà hoá turbo 39 Hình 3.2: Nguyên lý giải mà turbo 40 Hình 3.3: Sơ đồ mà hoá turbo 41 Hình 3.4: Sơ đồ mà hoá RSC phiên mà turbo 42 Hình 3.5: Cấu trúc mà hoá điều chế turbo 46 Hình 3.6: Cấu trúc giải mÃ/mà hoá điều chế turbo 47 96 Hình 3.7: Cấu trúc mà hoá chế điều chế mà hoá l-ới turbo 48 Hình 3.8: Cấu trúc mà hoá chế mà hoá điều chế l-ới song 48 song trùng hợp Hình 3.9: Cấu trúc mà hoá chế mà đa mức 49 Hình 3.10: Ví dụ mà TCM tự trùng hợp 50 Hình 3.11: So sánh hiệu suất BER số ph-ơng pháp điều chế 51 sử dụng mà turbo bất đối xứng Hình ánh xạ Gray cho chùm tín hiƯu 16-QAM` 52 3.12`: H×nh 3.13: MÉu lùc bít cđa ph-ơng pháp mà hoá điều chế turbo xáo 52 trộn bit Hình 3.14: Sơ đồ mà hoá cho ph-ơng pháp mà hoá điều chế xáo 55 trộn bít sử dụng mà đa turbo Hình 3.15: Hiệu suất BER ph-ơng pháp mà hoá điều chế sử 57 dụng đà mà turbo Hình 4.1: Mối quan hệ Back-off cho chế độ hoạt động nhiều 66 sóng mang điểm bÃo hoà cho sóng mang Hình 4.2: Mối quan hệ Input Output back-off 70 khuếch đại TWTA vệ tinh Hình 4.3: Kết hợp đ-ờng lên đ-ờng xuống 74 Hình 5.1: Sơ đồ trạm mặt ®Êt Viettel sat - pha Phơ lơc H×nh 5.2: Sơ đồ trạm mắt đất Viettel sat - pha Phơ lơc H×nh 5.3: HPA size 81 H×nh 5.4: Sơ đồ mức l-ợng khối phía phát băng tần C 83 Hình 5.5: Sơ đồ sơ mức thu 84 Hình 5.6: Trạm vệ tinh mặt đất Viettel sat 85 Hình 5.7: Trạm vệ tinh mặt đất VP Telecom 85 97 Danh mục bảng Bảng 1.1: Tiêu chuẩn trạm mặt đất theo phân loại Intelsat 25 Bảng 5.1: -ớc l-ợng độ ổn định EIRP 83 Bảng 5.2: Mức công suất phát 83 Bảng 5.3: Mức công suất thu 84 Bảng 5.4: Một số thông tin tổng quát Pha Phụ lục Bảng 5.5: Thông tin sóng mang trạm mặt đất Pha Phụ lục Bảng 5.6: Tính toán quỹ đ-ờng truyền Pha Phụ lục Bảng 5.7: Thông tin tuyến dự phòng Pha Phụ lục Bảng 5.8: Một số thông tin tổng quát Pha 2, anten 11,1m Phụ lục Bảng 5.9: Thông tin sóng mang trạm mặt đất 11,1m Pha Phụ lục Bảng 5.10: Tính toán quỹ công suất cho trạm 11,1m Pha Phụ lục Bảng 5.11: Quỹ công suất dự phòng trạm 11,1m Pha Phụ lục Bảng 5.12: Thông tin tổng quát trạm 16,4m Pha Phụ lục Bảng 5.13: Thông tin sóng mang trạm 16,4m Pha Phụ lục Bảng 5.14: Quỹ công suất trạm 16,4m Pha Phụ lục Bảng 5.15: Quỹ công suất dự phòng trạm 16,4m Pha ... đề cập kiến thức thông tin vệ tinh thiết kế trạm vệ tinh mặt đất cho Công ty Viễn thông Quân đội (Viettelsat-1) Nội dung luận văn gồm: Ch-ơng 1: Tổng quan hệ thống thông tin vệ tinh Ch-ơng 2: Một... nói đầu Công nghệ thông tin vệ tinh đóng vai trò quan trọng thông tin liên lạc Thông tin vệ tinh đảm bảo kết nối lục địa, quốc gia khu vùc c¸c vïng mét quèc gia Thông tin vệ tinh đa dạng loại... phát triển dịch vụ thông tin vệ tinh kỷ 21 bên cạnh dịch vụ truyền thống Với h-ớng dẫn TS Đỗ Hoàng Tiến đà thực luận văn với đề tài Kỹ thuật thông tin vệ tinh thiết kế trạm mặt đất Bản luận văn