Tối ưu hóa một số tham số đường truyền dẫn thông tin vệ tinh trên hệ thống vinasat (tt)

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - Trần Xuân Dân TỐI ƯU HÓA MỘT SỐ THAM SỐ ĐƯỜNG TRUYỀN DẪN THÔNG TIN VỆ TINH TRÊN HỆ THỐNG VINASAT Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thơng Mã số: 60.52.02.08 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI - 2013 Luận văn hồn thành tại: HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Đức Nhân Phản biện 1: ……………………………………………………………… Phản biện 2: ……………………………………………………………… Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thông Vào lúc: ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện Học viện Công nghệ Bưu Viễn thơng MỞ ĐẦU Sau năm hoạt động, lượng sóng mang hoạt động vệ tinh VINASAT không ngừng tăng lên kéo theo nhiều vấn đề như: can nhiễu, công suất tiêu thụ phát đáp, chất lượng tín hiệu qua đường truyền vệ tinh suy giảm theo lượng khách hàng… Đi đôi với việc tính tốn hỗ trợ khách hàng đăng nhập vệ tinh, việc thiết kế, tối ưu đường truyền cấp phát băng thông phù hợp với đối tượng khách hàng giải pháp trước mắt dài để đối phó với vấn đề tồn Nhằm nghiên cứu yếu tố tác động đến tín hiệu đường truyền qua vệ tinh VINASAT sở đặc điểm riêng Việt Nam, từ đề xuất biện pháp kỹ thuật nhằm tối ưu đường truyền, phòng tránh xử lý can nhiễu phải đối mặt, định chọn đề tài “TỐI ƯU HÓA MỘT SỐ THAM SỐ ĐƯỜNG TRUYỀN DẪN THÔNG TIN VỆ TINH TRÊN HỆ THỐNG VINASAT“ Chương 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG VỆ TINH VINASAT Giới thiệu tổng quan hệ thống thông tin vệ tinh, vệ tinh VINASAT thông số kỹ thuật chung 1.1 Vệ tinh nhân tạo 1.1.1 Lược sử vệ tinh nhân tạo Vệ tinh nhân tạo Trái Đất Sputnik 1, Liên xơ (cũ) phóng vào ngày 04-10-1957 Việc phóng vệ tinh châm ngòi cho chạy đua vào vũ trụ Liên xô (cũ) Hoa kỳ 1.1.2 Các nước có khả phóng vệ tinh 1.1.3 Đưa vệ tinh lên quĩ đạo địa tĩnh Có nhiều phương pháp đưa vệ tinh viễn thông lên quĩ đạo địa tĩnh tên lửa đẩy, chủ yếu thuộc ba dạng sau: Phương pháp Walter Hohmann cách đưa vệ tinh từ quĩ đạo trịn có độ cao thấp lên quĩ đạo trịn có độ cao lớn Phương pháp phóng chuyển tiếp: tên lửa đưa vệ tinh lên tới quĩ đạo chuyển tiếp địa tĩnh GTO (Geostationary Transfer Orbit) thơng qua quỹ đạo trịn thấp LEO có độ cao 200km Phương pháp phóng liên tiếp: tên lửa phóng đưa vệ tinh lên thẳng tới quĩ đạo địa tĩnh Trái Đất GSO 1.2 Vệ tinh Vinasat Hiện VNPT quản lý khai thác vệ tinh VINASAT-1 VINASAT-2 3 Bảng 1.3 So sánh số thông số VINASAT-1 VINASAT-2 Chỉ tiêu kỹ thuật VINASAT-1 VINASAT-2 Vị trí quỹ đạo 131.94 độ E 131.8 độ E Thời gian sống Từ 15 – 20 năm 15 năm Vùng phủ sóng Băng Ku: Việt Nam, Lào, Chỉ có băng Ku: Việt Campuchia, Thái Lan Nam, Lào, Campuchia, phần Myanmar Thái Lan, Singapore, Băng C: Việt Nam, Lào, Myanmar phần Campuchia, Đông Nam Á, Malaysia đông Trung Quốc, Triều Tiên, Ấn Độ, Nhật Bản Australia Dung lượng thiết kế 20 phát đáp (08 Gồm phát đáp băng băng tần C mở rộng, 12 tần Ku (24 khai thác băng tần Ku) với băng thương mại dự thơng 36Mhz/1 bộ, 08 phịng) phát đáp dự phòng (04 băng Ku, 04 băng C mở rộng) Phân bổ tần số Tần số phát Tx hoạt động Tần số phát Tx hoạt động dải từ 13,750 – dải từ 12,750 – 13,990 GHz 14,255 – 13,250 / 13,750 – 14,500 14,495 GHz GHz Tần số thu Rx hoạt động Tần số thu Rx hoạt động dải từ 10,950 – dải từ 10,70-11,70 11,200 GHz 11,450 – GHz 11,700 GHz Phân cực Phát:V (đứng) Phát:H Thu:H (ngang) Thu:V 1.2.1 VINASAT-1 1.2.2 VINASAT-2 1.2.3 Khai thác vệ tinh VINASAT Các vệ tinh VINASAT sau ổn định quỹ đạo đo kiểm IOT (In Orbit Test) nhằm mục đích kiểm tra thơng số phát đáp, độ ổn định thiết bị, phân hệ…, khả đáp ứng với điều kiện làm việc khác Sau đó, phát đáp thiết lập thông số vận hành trước thức khai thác Các thơng số phân tích kỹ lưỡng, ghi lại nhằm so sánh hiệu chỉnh sau thời gian sử dụng Trong q trình khai thác, tùy vào mục đích sử dụng, loại hình dịch vụ mà Đài điều hành khai thác vệ tinh (NOC) lựa chọn thay đổi thông số phát đáp cho phù hợp Việc thay đổi quan trọng phải tính tốn kỹ lưỡng để vừa tối ưu chất lượng đường truyền đảm bảo yêu cầu công suất vệ tinh 5 Chương 2: CÁC THAM SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG ĐƯỜNG TRUYỀN Giới thiệu tham số mơi trường, khí hậu tác động nhiễu vệ tinh ảnh hưởng đến chất lượng đường truyền 2.1 Các tham số môi trường 2.1.1 Tổn hao khí Tín hiệu truyền trạm mặt đất vệ tinh phải qua tầng khí trái đất, gồm tầng điện ly, làm suy giảm chất lượng tín hiệu Tổn hao xảy tầng khí trái đất hấp thu lượng khí Cần phân biệt tổn hao với tổn hao khác điều kiện thời tiết xấu, mà gọi tổn hao khí quyển, tổn hao có liên quan đến thời tiết gọi suy hao tầng khí tổn hao hấp thụ đơn gọi hấp thụ tầng khí Tổn hao hấp thụ tầng khí thay đổi theo tần số, đạt cực đại tần số 22.3 GHz, 60 GHz Tuy nhiên, tần số đỉnh này, hấp thụ thấp Nhấp nháy khí dạng pha đing, chu kỳ pha đing khoảng vài chục giây Nguyên nhân khác số khúc xạ tầng khí quyển, theo tùy thuộc vào tính hội tụ hay phân kỳ sóng điện từ mà theo hướng khác qua tầng khí Trong tính tốn đường truyền, phải dự phịng phần cơng suất để bù lại tồn nhấp nháy khí Bảng 2.1 Các loại tổn hao liên quan đến thông tin vệ tinh Loại suy giảm Căn nguyên vật lý Suy hao tạp âm bầu Quyển khí, mây, mưa Chủ thể bị tác động Tần số 10 GHz trời tăng Mất phân cực Các tinh thể băng tuyết, Các hệ thống phân cực kép mưa (C Ku), tùy thuộc vào cấu hình hệ thống Khúc xạ, đa đường Quyển khí Truyền sóng bám vệ khí tinh góc ngẩng thấp 6 Sự nhấp nháy tín hiệu Dao động hệ số khúc Trên 10 GHz tầng đối xạ tầng đối lưu lưu với góc ngẩng thấp điện ly Dưới 10 GHz tầng điện ly Pha đing đa đường Bề mặt trái đất vật Các dịch vụ di động vệ tinh vật cản thể bề mặt Trễ truyền dẫn dao Tầng điện ly đối lưu Các hệ thống định vị động định thời xác, hệ thống TDMA Nhiễu liên hệ thống Ống dẫn, phân tán, nhiễu Hiện chủ yếu băng xạ tần C, Phân tán mưa tác động tần số cao 2.1.2 Ảnh hưởng tầng điện ly Trong tầng điện ly, có quay phân cực nhấp nháy ảnh hưởng đến thơng tin vệ tinh Nhấp nháy điện ly thay đổi biên độ, pha, phân cực góc tới sóng điện từ Do tính tốn, cần thiết phải dự phịng phần cơng suất cho nhấp nháy tầng điện ly 2.1.3 Suy hao mưa Suy hao mưa phụ thuộc vào tỷ lệ mưa Giá trị cần quan tâm phần trăm thời gian mà tỷ lệ bị vượt q Phần trăm thời gian thơng thường tính năm Ví dụ, tỷ lệ mưa 0.001% nghĩa tỷ lệ mưa mà lượng thời gian mà tỷ lệ bị vượt 0.001 năm, 5.3 phút suốt năm, trường hợp tỷ lệ mưa viết R0.001 (nghĩa tỷ lệ mưa phần trăm thời gian 0.001%) 2.2 Nhiễu thông tin vệ tinh Với nhiều dịch vụ viễn thông sử dụng sóng điện từ, nhiễu phát sinh từ nhiều nguồn khác Các trạm mặt đất vệ tinh trạm thu phát sóng điện từ phi vệ tinh làm việc hệ thống tách biệt gây loại nhiễu cho sau: A1: Trạm phi vệ tinh phát sóng, gây nhiễu đến phần thu trạm mặt đất A2 ngược lại 7 B1: Vệ tinh phát sóng ảnh hưởng đến phần thu trạm mặt đất hệ thống vệ tinh khác B2: Trạm mặt đất phát sóng ảnh hưởng đến phần thu vệ tinh hệ thống vệ tinh khác C1: Vệ tinh phát sóng trái đất gây nhiễu lên phần thu hệ thống mặt đất phi vệ tinh C2 ngược lại E: Vệ tinh phát sóng gây ảnh hưởng đến phần thu vệ tinh khác F: Trạm mặt đất phát sóng gây ảnh hưởng đến trạm mặt đất khác Hình 2.5 Các kiểu nhiễu mạng ITU quy định cơng suất phát tối đa (chính xác mật độ phổ lượng tối đa) để cố gắng giảm thiểu khả gây nhiễu, nhiên, nhiễu có, cần phối hợp nhà khai thác Với hệ thống vệ tinh địa tĩnh, kiểu nhiễu B1 B2 làm cho số lượng quỹ đạo vệ tinh giảm Nó cho thấy tầm quan trọng việc ITU phải giới hạn mật độ phổ lượng mà trạm mặt đất phát lên Phân tán lượng kỹ thuật sử dụng để phân bố lại lượng phát đồng toàn băng tần sử dụng 2.2.1 Nhiễu vệ tinh lân cận - ASI (trường hợp B1 B2) Nhiễu coi dạng tạp âm, hiệu suất sử dụng sóng mang đánh giá qua thông số C/I, tỷ số công suất sóng mang mong muốn cơng suất nhiễu tác động Một thông số cần phải xét đến mẫu phát xạ anten trạm mặt đất Mặt phản xạ lớn độ rộng búp sóng nhỏ Khoảng cách quỹ đạo vệ tinh định nghĩa α, góc nhìn từ tâm trái đất (góc địa tâm) Tuy nhiên từ trạm mặt đất, góc nhìn vệ tinh β Đối với hầu hết trường hợp tính tốn liên quan đến nhiễu, ta coi tương đối α = β Nhưng thực tế, việc coi tương đối dẫn đến việc sai số nhiễu 2.2.1.1 C/I hướng xuống (downlink) 2.2.1.2 C/I hướng lên (uplink) 2.2.1.2 C/I tổng hợp hướng lên hướng xuống: 2.2.2 Hàm tăng ích anten Mẫu xạ anten chia làm ba vùng: vùng búp chính, vùng búp phụ vùng chuyển tiếp Trong tính tốn nhiễu, ta không cần quan tâm chi tiết cụ thể mẫu xạ, mà cần quan tâm đến đường bao Hàm tăng ích (dB) xác định góc θ0 khác nhau: 29 − 25 (1 ≤ ≤ 7) +8 (7 < ≤ 9.2) [ ( )] = 32 − 25 (9.2 < ≤ 48) −10 (48 < ≤ 180) (2.14) Với khoảng cách quỹ đạo nay, hàm tăng ích sử dụng để đánh giá mức độ ảnh hưởng nhiễu 2.2.3 Nhiễu dải thông (passband) Tỷ số sóng mang nhiễu (C/I) đầu vào máy thu tùy thuộc vào độ rộng băng tần bị ảnh hưởng trùng khớp với dải thông kênh mong muốn Hai khả xảy ra, khả thứ tồn dải thơng mong muốn bị ảnh hưởng nhiễu nhiễu khả thứ hai nhiều sóng mang gây nhiễu dải thông mong muốn 2.2.3 Tán xạ lượng Năng lượng tín hiệu số độc lập với số điều chế Khi không điều chế, tất lượng tần số sóng mang, điều chế, mức lượng phân bố sóng mang dải bên Sử dụng đặc tính trường hợp cụ thể để giới hạn mật độ phổ giới hạn khuyến nghị Phân tán lượng làm giảm tất kiểu nhiễu đặc biệt kiểu A2, trạm mặt đất trạm phi vệ tinh, C1 vệ tinh trạm phi vệ tinh Nó làm giảm tạp âm xuyên điều chế 2.2.4 Phối hợp nhà khai thác vệ tinh Khi mạng vệ tinh chuẩn bị đưa vào sử dụng, tính toán phải thực để chắn mức nhiễu giới hạn an tồn Việc tính tốn phải dựa vào thơng số điều chế mong muốn tần số mong muốn sử dụng thông số tần số hệ thống gây nhiễu bị nhiễu Việc tính tốn tương đối phức tạp, địi hỏi có phối hợp 2.3 Thực trạng chất lượng đường truyền qua vệ tinh Vinasat Là nhà khai thác vệ tinh non trẻ, VINASAT gặp không khó khăn cơng tác quản lý khai thác băng tần vệ tinh Từ thức đưa vào khai thác vệ tinh đầu tiên, tháng 6/2008 đến nay, VINASAT phải đối mặt với hàng trăm vụ nhiễu lớn nhỏ, bao gồm nhiễu phân cực (XPI), nhiễu vệ tinh lân cận (ASI) đường lên xuống, nhiễu xun điều chế, sóng mang khơng rõ nguồn phát,… ảnh hưởng nhiều đến chất lượng truyền dẫn, dịch vụ cung cấp Bên cạnh đó, cơng tác thiết kế đường truyền, tối ưu phân bổ tần số,… chưa thực trú trọng Tuy nhiên, VINASAT bước cải thiện quy trình làm việc, bổ sung nghiên cứu kỹ thuật phù hợp với điều kiện Việt Nam, giải tồn đọng dần vào ổn định 10 Chương 3: TÍNH TỐN ĐƯỜNG TRUYỀN Tính tốn, thiết kế đường truyền, xét điều kiện khác nhau, giới thiệu phần mềm tính tốn đường truyền 3.1 Cơ sở tính tốn 3.1.1 Phương trình truyền sóng Xét nguồn phát xạ, khơng gian tự do, phát xạ công suất tổng Pt (W) Mật độ thông lượng qua bề mặt cầu có bán kính R là: = ( / ) (3.1) Anten thực tế có tăng ích ( ): ( ) /4 ( )= (3.2) Trong đó: ( ) cơng suất phát xạ góc tổng công suất phát xạ anten ( ) hệ số tăng ích anten góc Với máy phát có cơng suất tới anten có tăng ích mật độ thơng lượng hướng nhìn anten khoảng cách R là: = ( / ) (3.3) gọi công suất xạ đẳng hướng tương đương (hay EIRP) Nếu có anten thu lý tưởng có độ A (m2), ta thu cơng suất , tính bởi: = Trong thực nghiệm với anten có độ (3.4) ta khơng thể thu cơng suất trên, phần công suất bị phản xạ phần công suất bị hấp thụ thành phần suy hao Phần suy giảm phản ánh vào độ hiệu dụng =ɳ anten (3.5) Và ɳ hệ số hiệu suất độ anten Với anten parabol, ɳ thông thường nằm khoảng 50% đến 75%, anten lớn hiệu suất cao Do cơng suất thu anten có độ độ hiệu dụng là: 11 = ( ) (3.6) Phương trình chất độc lập với tần số số dải tần cho trước Công suất thu trạm mặt đất phụ thuộc vào EIRP vệ tinh, diện tích hiệu dụng anten trạm mặt đất khoảng cách R = (4 / ) ( ) (3.8) Đây phương trình truyền sóng, ta viết lại: = + − ( ) (3.10) 3.1.2 Nhiệt độ tạp âm tỷ số G/T Công suất tạp âm là: = (3.15) Để tìm lượng tạp âm tạo phần tử hệ thống thu tạp âm thấp, người ta coi phần tử hộp đen với nhiệt độ tạp âm tương đương, Nếu coi hệ số khuếch đại tổng thể hệ thống thu băng thơng nhỏ (Hz), cơng suất tạp âm đầu vào giải điều chế là: = ( ) (3.16) Giả sử công suất anten đưa đến đầu vào thu RF đầu vào giải điều chế Công suất tín hiệu (W) Vì thế, C/N giải điều chế là: = = (3.18) Hệ số khuếch đại hệ thống thu khơng cịn diện cơng thức nữa, ta tính tỷ số C/N đầu anten, biết nhiệt độ tạp âm hệ thống 3.1.2.1 Tính tốn nhiệt tạp âm hệ thống Cơng thức tính nhiệt độ tạp âm tương đương đầu vào hệ thống: = + + + (3.22) Nếu tầng khuếch đại có hệ số khuếch đại lớn, tạp âm phần tử khuếch đại IF tầng sau bỏ qua nhiệt độ tạp âm hệ thống đơn giản tổng nhiệt độ tạp âm anten LNA, = + 12 Nhiệt độ tạp âm tương đương đầu tính bởi: = (1 − ) (3.23) Trong Gl hệ số khuếch đại (nhỏ 1, thiết bị suy hao) Tp nhiệt độ vật lý thiết bị hay môi trường suy hao 3.1.2.2 G/T trạm mặt đất: C/N tỷ lệ với G/T, đơn vị dB/K, G/T dùng để đánh giá chất lượng hệ thống thu vệ tinh, tăng G/T ta tăng C/N Một số trạm mặt đất có G/T âm, độ tăng ích anten nhỏ giá trị nhiệt độ tạp âm hệ thống, giá trị G/T hệ dexibel 3.2 Phân tích tính tốn đường xuống Cơng suất thu: = + − − − − = + + ( ) ( ) (3.25) Công suất tạp âm: (3.26) 3.3 Phân tích tính tốn đường lên Cơng suất thu đầu vào phát đáp là: = + + Trong ( hướng trạm phát − − ( ) (3.27) ) EIRP trạm phát, hệ số tăng ích anten vệ tinh theo tổn thất đường truyền, suy hao khác tổn thất đường truyền Từ ta có ( / ) / + = 10 đầu vào máy thu vệ tinh là: ( / )= − (3.28) 3.4 Tổng hợp C/N C/I tuyến vệ tinh Khi tuyến có nhiều tỷ số C/N tổng hợp chúng lại thành tỷ số C/N nhất, ký hiệu ( / ) : ( / ) = 1/ + + +⋯ (3.30) Vì tạp âm tỷ số C/N khác tùy điểm, cịn cơng suất sóng mang C giống nhau, nên ta viết lại cơng thức là: 13 ( / ) = + + +⋯ = + + + +⋯) (3.31) +⋯ Viết lại dạng đơn vị dB: ( / ) = − 10 ( + (3.32) Như C/N thu trạm thu C/N cho hướng xuống, mà C/N tổng thể 3.5 Suy hao tuyến lên xuống mưa Ảnh hưởng mưa cho tuyến lên xuống khác Chúng ta thường giả sử có suy hao cho tuyến lên tuyến xuống, khơng đồng thời hai hướng, thông thường trạm phát trạm thu nằm tách biệt vị trí địa lý (>20km) 3.5.1 Suy hao hướng lên (C/N)up Nhiệt độ tạp âm phần thu phát đáp khơng thay đổi nhiều có mưa hướng lên Nhiệt độ tạp âm trái đất cho vùng phủ vệ tinh địa tĩnh nằm khoảng 270K đến 250K Nhiệt độ tạp âm hệ thống tương ứng cho phát đáp vệ tinh địa tĩnh khoảng 400K đến 500K Nếu phát đáp hoạt động chế độ tuyến tính, ( / ) lượng suy hao mưa, ( / ) giảm lượng dB, ta có cơng thức cho trường hợp này: =( / ) − (3.33) 3.5.2 Suy hao hướng xuống (C/N)up Nhiệt độ tạp âm hệ thống thu trạm mặt đất thay đổi rõ rệt mưa tác động tuyến xuống Nhiệt độ tạp âm bầu trời tăng sát đến nhiệt độ vật lý giọt mưa, đặc biệt với trời mưa to Công suất sóng mang thu (C) bị giảm cịn cơng suất tạp âm (N) tăng lên, ta có: ( / ) =( / ) − −∆ (3.36) C/N tổng thể là: ( / ) = 1/ + 3.6 Quy trình thiết kế đường truyền thơng tin vệ tinh (3.37) 14 Tính tốn thiết kế tuyến thơng tin vệ tinh cho hướng tóm tắt 10 bước, hướng ngược lại tính tương tự: Xác định băng tần mà hệ thống làm việc Tính tốn so sánh giúp ta lựa chọn phù hợp Xác định thông số vệ tinh, ước lượng thông số mà ta Xác định thông số trạm phát thu Bắt đầu từ trạm phát, thiết lập bảng tính tốn tuyến lên cơng suất tạp âm phát dáp để tìm ( / ) phát đáp Tìm cơng suất phát đáp dựa vào hệ số khuếch đại OBO phát đáp Thiết lập tính tốn tuyến xuống tạp âm cho trạm thu, tính tốn ( / ) ( / ) cho trạm thu rìa vùng phủ (điều kiện xấu nhất) Tính tỷ số S/N BER cho kênh Tìm dự phịng cho tuyến Ước lượng kết so sánh với yêu cầu tuyến Thay đổi thông số hệ thống để có giá trị ( / ) , S/N hay BER chấp nhận Có thể vài lần thay đổi để có giá trị cần thiết Xác định điều kiện mơi trường mà tuyến gặp phải Tính tốn thời gian ảnh hưởng cho tuyến lên, xuống 10 Thiết kế lại hệ thống cách thay đổi thơng số dự phịng tuyến chưa đủ Kiểm tra lại tất thông số có thể, thiết kế lại để đạt dự phịng tuyến mong muốn 3.7 Phần mềm tính tốn quỹ đường truyền Link budget Phần mềm tính tốn quỹ đường truyền (Link budget) website thiết kế Microsoft NET Framework 4.0, sử dụng Microsoft Visual Studio 2010, ngơn ngữ lập trình C Sharp, với sở liệu Microsoft SQL Server 2008 Giao diện trang web gồm phần chính: Phần phát, Phần vệ tinh, Phần thu Phần kết tính tốn 15 Chương 4: TỐI ƯU ĐƯỜNG TRUYỀN Giới thiệu thực trạng chất lượng, tham số sử dụng tối ưu, phương pháp thực Đánh giá kết sau tối ưu 4.1 Cơ sở tối ưu Các biện pháp tối ưu đề cập hầu hết tập trung vào việc nâng cao tỷ số C/I từ cải thiện chất lượng tuyến truyền dẫn ( / ) tổng hợp C/N C/I toàn tuyến: ( / ) = 1/ Và có + + ⋯+ băng thơng tạp âm cịn = (4.1) tốc độ liệu, ta có: = ( / ) (4.2) => Làm tăng C/I, giúp cho ( / ) tăng tăng theo, cải thiện chất lượng tín hiệu thu Các phương án tối ưu sau thực cơng cụ máy phân tích phổ kết hợp với hệ thống anten máy thu giám sát băng tần vệ tinh 4.2 Tối ưu phân bổ băng tần Với tín hiệu mong muốn C có băng thơng thơng bị ảnh hưởng nhiễu I, có băng , tỷ số C/I tăng thêm lượng ∆= / , chênh lệch băng thơng lớn ∆ cải thiện C/I nhiều Sử dụng máy phân tích phổ xem xét băng tần phân tích nhiễu, từ bố trí sóng mang cho chênh lệch độ rộng băng tần sóng mang hai vệ tinh hai phân cực (phần dùng chung băng tần) lớn tốt để tạo hệ số lợi ích lớn Sau thực tối ưu, C/I sóng mang lớn cải thiện rõ rệt, ∆ 10dB, phải đạt 3dB 4.3 Tối ưu thông số vệ tinh Bộ khuếch đại bù tuyến tính tự động điều chỉnh mức (LDALC) có hai chế độ hoạt động Chế độ khuếch đại cố định (FGM) Chế độ tự động điều chỉnh công suất (ALC) 16 Với chế độ FGM, thay đổi FCA làm thay đổi mật độ thông lượng bão hòa ( = − (90 + / ) / ) Với chế độ ALC, công suất phát đáp (hay EIRPd) ổn định với mức đầu vào dải 20dB => Áp dụng chế độ ALC-0 (đầu ln bão hịa) cho sóng mang DTH full transponder nhằm giảm công suất trạm phát giảm ảnh hưởng mưa đến trạm thu Với dịch vụ khác, sử dụng chế độ FGM với thông số FCA thay đổi để điều chỉnh độ nhạy phát đáp cho vừa tránh xuyên điều chế mà đảm bảo không nhạy cảm với nhiễu 4.4 Tối ưu mẫu xạ anten Dựa vào khuyến nghị cho mẫu xạ anten parabol gồm có S.465 (3225log ), S.580 (29-25log ) S.1855 (29/32-25log ) để đánh giá mẫu xạ Các anten có mẫu xạ khơng đạt tiêu chuẩn gia tăng nguy cơ: gây nhiễu ASI cao cho vệ tinh lân cận, xuyên điều chế trạm phát, hiệu suất anten giảm Anten trạm mặt đất phải tinh chỉnh phận anten (chủ yếu mặt phản xạ phụ - subreflector) liên hệ với NOC để kiểm tra lại mẫu xạ suốt trình tinh chỉnh Mẫu xạ đo máy phân tích phổ 4.5 Tối ưu sai số chỉnh anten Để có sai số chỉnh mức thấp nhất, trước tiên phải đảm bảo anten có mẫu xạ đạt tiêu chuẩn tuân thủ chặt chẽ quy trình đăng nhập Đài Khai thác vệ tinh – NOC Quy trình chỉnh anten áp dụng cho anten đăng nhập vệ tinh VINASAT1 gồm hai phần: chỉnh hướng chỉnh phân cực 4.5.1 Căn chỉnh hướng anten 4.5.2 Căn chỉnh phân cực Độ cách ly phân cực VINASAT phải lớn 30dB 4.5.2.1 Các bước chỉnh phân cực hướng phát 4.5.2.2 Các bước chỉnh phân cực hướng thu 4.6 Xử lý nhiễu Chương phân tích loại nhiễu thơng tin vệ tinh, phân loại cụ thể nguồn gây nhiễu cho hệ thống vệ tinh Phần đề cập chi tiết 17 thành phần nhiễu thường gặp hệ thống sử dụng vệ tinh VINASAT cách xử lý Mục tiêu: Tăng C/I cách xác định chế ảnh hưởng loại nhiễu thường gặp có phương án phòng chống, loại trừ, xử lý chúng Thực trạng phân loại nhiễu: Các loại nhiễu VINASAT đa dạng, nhiễu phân cực (33%), nhiễu vệ tinh lân cận ASI (25%) nhiễu gây sóng mang lạ (18%) chiếm phần lớn trường hợp Phân loại nhiễu theo hướng xử lý gồm loại: nhiễu phân cực CPI, nhiễu vệ tinh lân cận ASI, nhiễu sóng mang khơng rõ nguồn gốc, nhiễu xun điều chế, tạp nhiễu 4.6.1 Nhiễu xuyên điều chế Cơ sở lý thuyết : Nhiễu xuyên điều chế (intermodulation) xuất hệ thống (hoặc thiết bị) không tuyến tính có đầu vào gồm nhiều thành phần tần số, tạo đầu xung không mong muốn tần số khác Hình 4.9 Hình thái tạo intermodulation Các thành phần hài bậc k (k=m+n tần số hài tính mf1+nf2) gọi IMk Trong thành phần IM bậc lẻ có ảnh hưởng trực tiếp đến tín hiệu cần lọc, đặc biệt IM bậc (IM3), có biên độ lớn Với sóng mang (là dải tần số), chân sóng mang bị dềnh lên, chờm phần băng tần phân bổ 18 ~f ~f Hình 4.12 Tác động hệ thống phi tuyến lên sóng mang đơn Phương pháp xử lý tối ưu: Để giải ảnh hưởng thành phần xuyên điều chế, việc đảm bảo độ lùi cho máy phát trạm mặt đất, ta cần phân bổ công suất phát đáp (hay EIRP hướng xuống) theo lượng sóng mang hoạt động vệ tinh Một sóng mang tồn phát đáp bão hịa tồn phát đáp mà không gây ảnh hưởng xuyên điều chế Trường hợp có sóng mang hoạt động, yêu cầu phải có độ lùi (đầu ra) để đảm bảo không bị ảnh hưởng xuyên điều chế Với 02 sóng mang, độ lùi đầu phải đảm bảo 1.5dB, trường hợp nhiều sóng mang phải ln đảm bảo phát đáp hoạt động trạng thái có độ lùi đầu tối thiểu 4dB 4.6.2 Tạp nhiễu FM Nhiễu FM trường hợp tiêu biểu tạp nhiễu từ hệ thống mặt đất ảnh hưởng đến đường truyền sóng vệ tinh Các hệ thống làm việc với trung tần IF 70MHz đối tượng ảnh hưởng loại nhiễu Vì q trình xâm nhập hệ thống phi vệ tinh nên nguyên nhân chủ yếu kết nối MODEM thiết bị RF (hở, thiết bị kết nối không tốt…) hệ thống nối đất không đảm bảo Baseband IF 70 MHz Up Converter RF GHz Tín hiệu FM: 88÷108 MHz 70 MHz GHz HPA 19 Hình 4.17 Nguồn gốc nhiễu FM Xử lý nhiễu FM bám sát nguyên nhân gây nhiễu, theo đó, thiết bị trạm mặt đất phải đảm bảo tiêu chuẩn cách ly, chống nhiễu, hệ thống nối đất đảm bảo theo tiêu chuẩn… đặc biệt phối hợp chặt chẽ trình đăng nhập vệ tinh để loại trừ nguy gây nhiễu 4.6.3 Nhiễu phân cực Nhiễu phân cực gây sóng mang phân cực khác hệ thống vệ tinh tái sử dụng băng tần Việc trạm phát gây nhiễu phân cực chủ yếu chỉnh phân cực không tốt, không phối hợp đăng nhập vệ tinh tác động hình thái khí hậu tiêu cực (bão, gió to…) Vì vậy, để giải nhiễu phân cực, trạm gây nhiễu phải thực lại quy trình đăng nhập vệ tinh NOC nêu phần 4.5 đảm bảo trạm phát sóng bảo dưỡng định kỳ 4.6.4 Xử lý nhiễu vệ tinh lân cận – ASI Nhiễu vệ tinh đề cập phần 2.2.1 gồm nhiễu hướng lên hướng xuống Nhiễu ASI hướng lên chủ yếu hai nguyên nhân: Anten phát khơng tn thủ quy trình đăng nhập vệ tinh mẫu phát xạ không đạt tiêu chuẩn Anten đường kính lớn có mẫu xạ thường có búp sóng phụ cao gây nhiễu cịn với anten có độ nhỏ thường búp anten rộng gây nhiễu Cách giải với kiểu nhiễu ASI hướng lên đề cập phần 4.5 (quy trình đăng nhập vệ tinh) 4.4 (tối ưu mẫu xạ anten) Nhiễu ASI đường xuống hai ngun nhân: Anten thu có đường kính q nhỏ (nên búp sóng rộng hơn) anten thu chỉnh hướng khơng Trong đàm phán quỹ đạo vệ tinh, vấn đề đường kính anten tối thiểu cơng suất phát tối đa trạm mặt đất quy định thống nhà khai thác, nhà khai thác trước ưu tiên hơn, q trình tính tốn, lắp đặt chỉnh phải bám chặt điều khoản để sử dụng anten kích cỡ sử dụng khu vực trùng vùng phủ 4.6.5 Xử lý sóng mang khơng rõ nguồn phát 20 Trong q trình vận hành, có trường hợp vơ tình cố ý phát trộm, sử dụng trái phép băng tần vệ tinh, mà khơng thể tìm nguồn gốc trạm phát Các nhiễu sóng mang khơng Để tìm trạm phát trường hợp này, bước giải sau theo trình tự ưu tiên: - Xem xét sở liệu trạm phát sóng mang có kiểu điều chế, dạng sóng mang, phát lên phát đáp lân cận - Chụp ảnh phổ đầu HPA tất trạm phát băng tần, kể phân cực đối diện tần số nhiễu Cơng việc loại trừ trạm không gây nhiễu - Sử dụng công nghệ định vị trạm phát (Geolocation) Đánh giá nhận xét (về biện pháp xử lý nhiễu): Đa phần nhiễu tác động nhiều đến chất lượng tuyến lại phát trực giác Để thấy rõ, ta xét tuyến vệ tinh có giá trị C/N chặng sau: ( / ) => = 19 = 80, ( / ) 1 = = 25 + = = 240 1 + => 80 240 = 60 ≈ 17.8 Giả sử C/I tổng hợp tác động lên sóng tuyến ( / ) = 20 = 100, mức nhiễu khơng đủ để nhìn thấy phân tích phổ ( / ) > ( / ) , ta có: = + => Sau xử lý nhiễu, ( / ) = 30 = + = 1 + + 80 240 100 = 37.5 ≈ 15.7 = 1000, ta có: 1 + + = 56.6 ≈ 17.5 80 240 1000 Như vậy, qua xử lý tối ưu C/N đầu thu cải thiện rõ rệt (+2dB) Thực tế, nguồn nhiễu khắc phục để cách ly tối thiểu 30dB, trường hợp khó thường nhiễu phân cực xuyên điều chế trạm phát nhỏ, kéo C/I tổng thể xuống thấp Tất nguồn nhiễu coi trọng chúng phản ánh vào C/I tổng thể 21 KẾT LUẬN Đề tài phân tích yếu tố chủ yếu ảnh hưởng đến tuyến thông tin vệ tinh gồm môi trường, thời tiết, nhiễu Qua rút số kết luận sau: - Trong tính tốn quỹ đường truyền, phải dư thừa công suất để bù ảnh hưởng ngẫu nhiên từ mơi trường - Dự phịng lượng cơng suất sẵn sàng bù đắp suy hao mưa - Ảnh hưởng nhiễu khó dự đốn, khơng theo quy luật yếu tố tác động lên đường truyền Đề tài đề cập đến thực trạng chất lượng đường truyền vệ tinh VINASAT, đưa số giải pháp tối ưu: phân bổ tần số, thiết lập thông số vệ tinh, lắp đặt chỉnh anten đăng nhập, số biện pháp xử lý kiểu nhiễu thường gặp vệ tinh VINASAT Các giải pháp đề cập chủ yếu tập trung giảm thiểu ảnh hưởng nhiễu lên chất lượng đường truyền, cụ thể nâng cao tỷ số C/I Công cụ sử dụng để tối ưu dựa sở trang thiết bị đài NOC, gồm máy đo phân tích phổ hệ thống anten thu giám sát, khơng có phần mềm hỗ trợ Với kinh nghiệm vận hành khai thác vệ tinh Việt Nam chưa nhiều, hẳn chưa bao quát tất trường hợp can nhiễu, chưa tận dụng tối ưu tuyến hết khả Tuy nhiên việc bước cải thiện chất lượng đường truyền vừa dần tối ưu công suất sử dụng, kéo dài tuổi thọ vệ tinh, vừa bước nâng cao chất lượng phục vụ khách hàng Tác giả xin đề xuất hướng mở rộng đề tài sau: - Phát triển phần tối ưu thành tài liệu chi tiết phân tích xử lý nhiễu thơng tin vệ tinh, có xét đến đặc điểm riêng VINASAT - Các biện pháp tối ưu: phân tích khả cụ thể phân đoạn mặt đất, không gian, vệ tinh - Phát triển phần mềm Tính tốn tuyến cho sát với đặc điểm riêng VINASAT có tác động thời tiết đặc trưng khu vực 22 ... MỘT SỐ THAM SỐ ĐƯỜNG TRUYỀN DẪN THÔNG TIN VỆ TINH TRÊN HỆ THỐNG VINASAT? ?? Chương 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG VỆ TINH VINASAT Giới thiệu tổng quan hệ thống thông tin vệ tinh, vệ tinh VINASAT thông số. .. phần thu vệ tinh hệ thống vệ tinh khác C1: Vệ tinh phát sóng trái đất gây nhiễu lên phần thu hệ thống mặt đất phi vệ tinh C2 ngược lại E: Vệ tinh phát sóng gây ảnh hưởng đến phần thu vệ tinh khác... lên đường truyền Đề tài đề cập đến thực trạng chất lượng đường truyền vệ tinh VINASAT, đưa số giải pháp tối ưu: phân bổ tần số, thiết lập thông số vệ tinh, lắp đặt chỉnh anten đăng nhập, số biện