Phân tích và xử lý can nhiễu giữa các hệ thống vệ tinh địa tĩnh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI HỒ QUANG SƠN PHÂN TÍCH VÀ XỬ LÝ CAN NHIỄU GIỮA CÁC HỆ THỐNG VỆ TINH ĐỊA TĨNH Chuyên ngành: Kỹ thuật truyền thông LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Kỹ thuật truyền thông NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TS Đào Ngọc Chiến Hà Nội – Năm 2014 PHẦN MỞ ĐẦU Nhu cầu giao tiếp, trao đổi thông tin với nhu cầu lồi người Nó hình thành từ lâu, xã hội loài người thành lập Theo bước tiến yêu cầu lịch sử, phương thức người ta giao tiếp với phát triển theo Tuy nhiên, đến năm 1894, nhà khoa học lỗi lạc người Scotland - James Clerk Maxwell - đưa lý thuyết dạng vật chất lan truyền thơng tin xa chân khơng sóng điện từ, giới thực bước vào kỷ nguyên mới, kỷ nguyên thông tin truyền thông không dây Bắt đầu hệ thống thông tin vô tuyến cho lĩnh vực quân sự, hệ thống phát truyền hình số hệ thống thơng tin hàng hải, hàng không Càng ngày, hệ thống thông tin vô tuyến ứng dụng rộng rãi mặt đời sống xã hội So với hệ thống thông tin mặt đất, thông tin vệ tinh ưu điểm bật vùng phủ sóng rộng, triển khai lắp đặt nhanh, khả cung cấp dịch vụ đa dạng đặc biệt hữu ích việc kết nối thông tin liên lạc với vùng sâu, vùng xa, vùng biên giới, hải đảo, nơi mà mạng thông tin cố định khơng thể với tới Chính ưu điểm bật mình, thơng tin vệ tinh phát triển nhanh chóng ba thập niên qua Cho tới nay, có 280 vệ tinh thương mại hoạt động cung cấp loạt dịch vụ viễn thông thị trường thông tin vệ tinh quốc tế (khu vực Châu Á có khoảng 20 nhà khai thác vệ tinh với 80 vệ tinh hoạt động cung cấp loại dịch vụ khác nhau) Nhận thức vai trò tầm quan trọng thơng tin vệ tinh, từ năm 1995, Chính phủ khởi xướng dự án phóng vệ tinh viễn thơng riêng Việt Nam Sau trình đàm phán, phối hợp phức tạp kéo dài, liên tiếp hai vệ tinh thông tin Việt Nam VINASAT-1 (4/2008) VINASAT-2 (5/2012) phóng thành cơng lên quỹ đạo địa tĩnh Việc phóng thành cơng vệ tinh VINASAT-1,2 kiện lịch sử ngành viễn thông Việt Nam, đánh dấu chủ quyền Việt Nam quỹ đạo khơng gian, góp phần hồn thiện mạng lưới thơng tin liên lạc quốc gia mà cịn giúp Việt Nam chủ động việc đảm bảo an ninh, quốc phòng, đặc biệt nhiệm vụ vùng biên giới, hải đảo biển Công nghiệp vệ tinh đã, phát triển, xu hướng sử dụng vệ tinh quốc gia tiếp tục tăng quỹ đạo vệ tinh địa tĩnh lại tài nguyên hữu hạn Thế giới phải tính tốn cho khoảng cách vệ tinh hẹp lại Điều dẫn đến khả ảnh hưởng can nhiễu vệ tinh lớn Trong tương lai gần, quốc gia gần Việt Nam phóng vệ tinh địa tĩnh (ví dụ Lào triển khai dự án vệ tinh địa tĩnh quỹ đạo 128,5E; Ấn Độ xây dựng hệ thống vệ tinh dẫn đường IRNSS vị trí 127,5E 129,5E), vệ tinh VINASAT-1,2 bị ảnh hưởng can nhiễu Để loại trừ can nhiễu cần phải đàm phán phối hợp tần số quốc gia, đó, việc tính tốn dự đốn khả gây can nhiễu mạng vệ tinh điều cốt lõi Mục đích luận văn tìm hiểu quy định Liên minh viễn thông quốc tế ITU đăng ký quỹ đạo, phối hợp tần số phương pháp tính tốn can nhiễu hai mạng vệ tinh địa tĩnh Từ đó, phát triển phần mềm tính tốn can nhiễu phục vụ cho mục đích đàm phán, phối hợp tần số, đảm bảo cho hệ thống vệ tinh hoạt động hài hòa, ổn định, không gây ảnh hưởng lẫn Trong trình thực luận văn, tơi nhận nhiều giúp đỡ từ thầy cô viện Điện tử - Viễn thông, đặc biệt phải kể đến tận tâm, nhiệt tình PGS TS Đào Ngọc Chiến, người trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ mặt Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy thầy cô Tôi xin cảm ơn anh, chị đồng nghiệp Cục Tần số vô tuyến điện, nơi công tác, tạo điều kiện, góp ý, chia sẻ giúp đỡ tơi q trình thực luận văn Hà Nội, ngày 31 tháng năm 2014 Hồ Quang Sơn MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN .9 1.1 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH .9 1.1.1 Lịch sử phát triển hệ thống thông tin vệ tinh 1.1.2 Cấu trúc tổng thể nguyên lý thông tin vệ tinh .10 1.1.3 Ưu điểm nhược điểm hệ thống thông tin vệ tinh 11 1.2 TỔNG QUAN VỀ NHIỄU 13 1.2.1 Can nhiễu thông tin vô tuyến điện .13 1.2.2 Phân loại can nhiễu .13 1.2.3 Nguyên nhân gây can nhiễu 14 CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .15 2.1 LÝ THUYẾT VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH .15 2.1.1 Quỹ đạo vệ tinh 15 2.1.2 Phân cực sóng mang tuyến thơng tin vệ tinh 20 2.1.3 Các băng tần cho thông tin vệ tinh 21 2.1.4 Các loại dịch vụ thông tin vệ tinh 26 2.1.5 Định vị trì vệ tinh quỹ đạo 27 2.1.6 Các thông số đặc trưng hệ thống thông tin vệ tinh .29 2.2 HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH ĐỊA TĨNH 32 2.2.1 Cấu trúc hệ thống thông tin vệ tinh địa tĩnh 33 2.2.2 Các phương pháp đa truy nhập 38 2.3 SUY HAO TRONG THÔNG TIN VỆ TINH 40 2.3.1 Suy hao không gian tự 41 2.3.2 Suy hao tầng đối lưu .41 2.3.3 Suy hao tầng điện ly 42 2.3.4 Suy hao thời tiết 42 2.3.5 Suy hao đặt anten chưa 43 2.3.6 Suy hao thiết bị 43 2.3.7 Suy hao phân cực không đối xứng 43 2.4 CAN NHIỄU TRONG THÔNG TIN VỆ TINH 44 2.4.1 Các trường hợp can nhiễu thông tin vệ tinh 44 2.4.2 Quy định pháp luật Việt Nam can nhiễu vô tuyến 47 2.5 CÁC TIÊU CHUẨN BẢO VỆ NHIỄU GIỮA CÁC MẠNG THÔNG TIN VỆ TINH ĐỊA TĨNH …………………………………………………………………………….49 2.5.1 Phương pháp ΔT/T .51 2.5.2 Cung phối hợp quỹ đạo .58 2.5.3 Tiêu chuẩn C/I .60 2.6 THỦ TỤC ĐĂNG KÝ QUỸ ĐẠO VỆ TINH ĐỊA TĨNH 63 CHƯƠNG III: VINASAT-1,2 VÀ TÌNH HÌNH CAN NHIỄU THỰC TẾ .69 3.1 VỆ TINH VINASAT-1 69 3.1.1 Các thơng số vệ tinh VINASAT-1 70 3.1.2 Giới hạn khai thác vệ tinh VINASAT-1 .75 3.2 VỆ TINH VINASAT-2 76 3.2.1 Các thông số vệ tinh VINASAT-2 77 3.3 TÌNH HÌNH CAN NHIỄU THỰC TẾ ĐỐI VỚI CÁC VỆ TINH VIỄN THÔNG CỦA VIỆT NAM …………………………………………………………………………….79 3.3.1 Tổng quan chung nhiễu vệ tinh Việt Nam 79 3.3.2 Nhiễu sóng phát FM 81 3.3.3 Nhiễu phân cực 83 3.3.4 Nhiễu xuyên điều chế 84 3.3.5 Dâng nhiễu 85 3.3.6 Nhiễu vệ tinh lân cận 86 3.3.7 Các phương tiện giám sát nhiễu 88 CHƯƠNG IV: PHÂN TÍCH VÀ PHÁT TRIỂN PHẦN MỀM TÍNH TỐN CAN NHIỄU 91 4.1 PHÂN TÍCH BÀI TỐN CAN NHIỄU THỰC TẾ 91 4.1.1 Bài toán can nhiễu thực tế 91 4.1.2 Bài toán can nhiễu thực tế 98 KẾT LUẬN CHUNG 107 TÀI LIỆU THAM KHẢO 108 Danh mục hình vẽ, đồ thị Chương Hình 1: Sơ đồ đường thơng tin vệ tinh 11 Chương Hình 2: Định luật Kepler 16 Hình 3: Các dạng quỹ đạo thơng tin vệ tinh 17 Hình 4: Quỹ đạo địa tĩnh .17 Hình 5: Quỹ đạo HEO 19 Hình 6: Phân cực Elip 21 Hình 7: Hấp thụ khí sóng vơ tuyến theo tần số .22 Hình 8: Quỹ đạo Hohmann 28 Hình 9: Cấu hình hệ thống vệ tinh địa tĩnh 33 Hình 10: Sơ đồ cấu tạo phát đáp 35 Hình 11: Cấu hình trạm mặt đất TT&C 35 Hình 12: Cấu hình trạm mặt đất 36 Hình 13: Cấu hình khuếch đại công suất cao 38 Hình 14: Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA 38 Hình 15: Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA 39 Hình 16: Cấu hình trạm mạng vệ tinh TDMA 40 Hình 17: Tổn hao feeder .43 Hình 18: Can nhiễu đường lên 44 Hình 19: Can nhiễu đường xuống 44 Hình 20: Can nhiễu đường lên đường xuống 45 Hình 21: Can nhiễu downlink vệ tinh tới uplink vệ tinh .45 Hình 22: Tuyến viba gây nhiễu cho vệ tinh 46 Hình 23: Tuyến viba gây nhiễu cho đài trái đất 46 Hình 24: Giá trị C/N 51 Hình 25: Sơ đồ tuyến thông tin vệ tinh 52 Hình 26: Mơ hình nhiễu vệ tinh 53 Hình 27: Mơ hình gây nhiễu (trường hợp 01) .54 Hình 28: Mơ hình gây nhiễu (trường hợp 02) .55 Hình 29: Mơ hình gây nhiễu (trường hợp 03) .55 Hình 30: Mơ hình gây nhiễu (trường hợp 04) .56 Hình 31: Mơ hình gây nhiễu (trường hợp 05) .56 Hình 32: Mơ hình gây nhiễu (trường hợp 06) .57 Hình 33: Mơ hình gây nhiễu (trường hợp 07) .57 Hình 34: Các mốc thời gian cho quy trình đăng ký quỹ đạo vệ tinh địa tĩnh .64 Hình 35: Ví dụ hồ sơ xuất trước 65 Hình 36: Ví dụ hồ sơ u cầu phối hợp .66 Chương Hình 1: Đường đồng mức EIRP tần số 3400 MHz, phân cực H .71 Hình 2: Bản đồ vùng phủ vệ tinh VINASAT-2 băng Ku 78 Hình 3: Quy trình xử lý can nhiễu vệ tinh VNPTI 80 Hình 4: Nguyên nhân gây can nhiễu vệ tinh VINASAT-1,2 81 Hình 5: Tín hiệu FM nâng tần khuếch đại lên vệ tinh 82 Hình 6: Cơ chế gây nhiễu cho vệ tinh 82 Hình 7: Ví dụ nhiễu phân cực 83 Hình 8: Các sản phẩm xuyên điều chế máy phát 84 Hình 9: Ví dụ nhiễu xuyên điều chế 84 Hình 10: Mơ hình nhiễu anten định hướng .86 Hình 11: Mơ hình nhiễu giản đồ xạ anten 87 Hình 12: Mơ hình nhiễu giản đồ xạ anten 87 Hình 13: Mơ hình can nhiễu trạm mặt đất thu định hướng 88 Hình 14: Can nhiễu trạm mặt đất thu nằm giao đường bao tín hiệu .88 Hình 15: Hệ thống giám sát sóng mang 89 Hình 16: Hệ thống giám sát nhiễu hai vệ tinh 89 Chương Hình 1: Mơ hình gây nhiễu vệ tinh .91 Hình 2: Mơ hình tính toán .95 Hình 3: Mơ hình tính tốn can nhiễu (bài toán 2) 98 Hình 4: Giao diện phần mềm 103 Hình 5: Nhập thông số mạng vệ tinh mong muốn 103 Hình 6: Nhập thơng số mạng vệ tinh gây nhiễu 104 Hình 7: Giao diện đưa kết tính tốn 104 Hình 8: Giao diện file mềm kết 104 Hình 9: Bài tốn can nhiễu thực tế 105 Hình 10: Bài toán can nhiễu thực tế 105 Hình 11: Tính tốn can nhiễu vệ tinh VINASAT vệ tinh Lào 106 Danh mục bảng Chương Bảng 1: Các tham số vệ tinh băng tần C 23 Bảng 2: Các tham số trạm mặt đất băng tần C 23 Bảng 3: Các tham số vệ tinh băng tần Ku điển hình 24 Bảng 4: Các tham số trạm mặt đất băng tần Ku điển hình 25 Bảng 5: Các tham số vệ tinh Ka điển hình 25 Bảng 6: Các tham số trạm mặt đất băng tần Ka 26 Chương Bảng 1: Mức EIRP G/T băng C mở rộng VINASAT-1 71 Bảng 2: Mức EIRP G/T băng Ku VINASAT-1 .74 Bảng 3: Mức EIRP G/T VINASAT-2 .79 Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers ITU International Telecommunication Union WRC World Radiocommunication Conference BR Radiocommunication Bureau INTELSAT International Telecommunications Satellite SES Satellite Earth Station FDMA Frequency Division Multiple Access TDMA Time Division Multiple Access CDMA Code Division Multiple Access GEO Geostationary Orbit HEO Highly Eliptical Orbit MEO Medium Earth Orbit LEO Low Earth Orbit RHCP Right Hand Circular Polarisation LHCP Left Hand Circular Polarisation DTH Direct To Home TT&C Telemetry, Tracking and Command UPS Uninterupted Power Supply LNA Low Noise Amplifier HPA High Power Amplifier FSS Fixed Satellite Service BSS Broadcasting Satellite Service API Advance Publication Information CR Coordination Request N Notification IFIC International Frequency Information Cirrcular NOC Network Operations Center CMS Carrier Monitoring System DSP Digital Spectrum Processing CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu hệ thống thông tin vệ tinh Một hệ thống truyền tin sử dụng chuyển tiếp đặt vệ tinh nhân tạo Trái đất gọi hệ thống truyền tin vệ tinh (Satellite communication system) mà ta quen gọi thơng tin vệ tinh Cơng nghệ truyền hình vệ tinh bắt nguồn từ hai công nghệ phát triển mạnh Thế chiến II, cơng nghệ viba công nghệ tên lửa Những thập kỷ thời kỳ “chiến tranh lạnh” sau chiến tranh giới II, chạy đua không ồn liệt số “cường quốc công nghiệp” nhằm tranh giành môi trường không gian vũ trụ Thông tin vệ tinh phát triển nhanh chóng thập kỷ gần nay, có hàng trăm vệ tinh bầu trời có khả cung cấp nhiều dịch vụ đa dạng, dịch vụ dân mà dịch vụ phục vụ quốc phịng, an ninh, hàng khơng, hàng hải, khai thác thăm dò mỏ địa chất, v v 1.1.1 Lịch sử phát triển hệ thống thông tin vệ tinh Ý tưởng hệ thống thơng tin tồn cầu sử dụng vệ tinh bay xung quanh đất nhà bác học Arthur C Clarke giới thiệu tạp chí Anh “Wireless World” vào tháng năm 1945 Tháng 10/1957, việc Liên Xơ phóng thành cơng vệ tinh nhân tạo giới mở kỷ nguyên chinh phục vũ trụ người, đồng thời lần thông tin Trái đất vũ trụ thực Năm 1958, tin chúc mừng Giáng sinh Tổng thống Mỹ Eisenhower lần phát qua vệ tinh có tên Score bay độ cao 1500 km Từ năm 1960 đến 1962, loạt vệ tinh khởi đầu có tên Echo, Curier, Telstar Relay phóng lên quỹ đạo có độ cao thấp (khoảng 1000 km đến 8000 km) hạn chế tên lửa phóng G2 Tăng ích anten thu vệ tinh mong muốn S theo hướng tới đài mặt đất phát thuộc mạng vệ tinh gây nhiễu S’ G2m: Tăng ích cực đại anten thu vệ tinh mong muốn S Theo báo cáo: G2m = 21 dB Độ suy giảm tăng ích anten thu vệ tinh mong muốn S theo hướng tới đài mặt đất phát thuộc mạng vệ tinh gây nhiễu S’ là: dB G2 = G2m – = 21 – = 21 dB Công suất phát cực đại vệ tinh gây nhiễu S’ Ps’ Ps’ = -12,6 dBW Mật độ công suất cực đại vệ tinh gây nhiễu ps’ 10log (ps’) = -48,6 dBW/Hz Công suất cực đại đài trái đất gây nhiễu Pe’ Pe’ = 16 dBW Mật độ công suất cực đại vệ tinh gây nhiễu pe’ 10log (pe’) = -20 dBW/Hz Pe Công suất phát cực đại đài trái đất phát thuộc mạng vệ tinh mong muốn S Pe = 25,6 dBW G1m Tăng ích cực đại anten đài trái đất phát thuộc mạng vệ tinh mong muốn S là: G1m = 53 dB Ps Công suất phát cực đại vệ tinh mong muốn S là: Ps = 12,9 dBW G3 Tăng ích phát vệ tinh theo hướng đài trái đất thuộc mạng vệ tinh mong muốn S Te Ts γ T G3m : Tăng ích phát cực đại vệ tinh mong muốn S = 26 dB; Độ suy giảm tăng ích phát theo hướng đài trái đất thuộc mạng vệ tinh mong muốn S là: dB  G3 = 26 – = 21 (dB) Nhiệt độ tạp âm hệ thống đài trái đất thu thuộc mạng vệ tinh S Te = 1840K Nhiệt độ tạp âm hệ thống vệ tinh S Ts = 17780K Tăng ích truyền dẫn γ = 9,6 dB Nhiệt độ tạp âm tương đương tuyến vệ tinh T = 15573 0K 94 Hình 2: Mơ hình tính tốn  Tính ΔT/T ΔTe nhiệt độ tạp âm tăng lên đầu anten thu đài trái đất gây tín hiệu trùng tần số từ vệ tinh gây nhiễu ΔTs nhiệt độ tạp âm tăng lên đầu anten thu vệ tinh mong muốn gây tín hiệu trùng tần số từ đài trái đất phát thuộc mạng vệ tinh gây nhiễu Ta có: 10 log ΔTe = 10 log (ps’) + G3’ – L4 + G4(θw) – 10 log K = -48,6 + 27,461 + 20 – 196,061 – (-228,6) = 31,404 (dBK) (4.3) 10 log ΔTs = 10 log (pe’) + G’1(θi) – L3 + G2 – 10 log K = -20 + 27,461 + 21 – 199,740 – (-228,6) = 57,321 (dBK) (4.4) Ta có: γ = 9,6 dB T = 15573 0K Mặt khác, ΔTe = 103.1404 = 1381,65 0K ΔTs = 105.7321 = 539634,86 0K (4.5) Do đó, mức tăng biểu kiến nhiệt độ tạp âm hệ thống ΔT tính là: ΔT = ΔTe + γ.ΔTs = 1381,65 + 100.96 539634,86 = 4922851,61 0K Vậy, tỉ số ΔT/T = (4922851,61/15573).100% = 31611 % ΔT/T = 31611 % 95 (4.6)  Tính C/I Ta có: Cuplink = Pe + G1m – L1 + G2m = 25,6 + 53 – 199,743 + 21 = -100,143 dB (4.7) Iuplink = Pe’ + G’1(θi) – L3 + G2 + Ia (4.8) Với Ia hệ số điều chỉnh băng thơng Trong trường hợp này, băng thơng sóng mang mong muốn 41 MHz (tần số trung tâm = 6402,5 MHz) băng thơng sóng mang gây nhiễu 2,5 kHz (tần số trung tâm 6422,5 MHz) Do băng thơng sóng mang mong muốn lớn bao trùm tồn băng thơng sóng mang gây nhiễu, đó, tồn cơng suất nhiễu tác động lên sóng mang mong muốn, vậy, hệ số điều chỉnh băng thông Ia = Vậy: Iuplink = 16 + 27,461 – 199,744 + 21 + = -135,283 dB Giá trị C/I đường lên điều chỉnh là: (C/I)uplink = -100,143 – (-135,238) = 35,14 dB Ta lại có: Cdownlink = Ps + G3 – L2 + G4m = 12,9 + 21 – 196,007 + 49,1 = -113,007 (dB) Idownlink = Ps’ + G3 – L4 + G4(θw) + Ia = -12,6 + 20 – 196,061 + 27,461 + Idownlink = -161,200 dB Giá trị (C/I) đường xuống điều chỉnh là: (C/I)downlink = -113,007 – (-161,200) = 48,193 dB Áp dụng công thức, ta có: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) (4.9) ( )  Tính C/N Gọi Nu tạp âm nhiệt máy thu vệ tinh mong muốn, ta có: 96 Nu = -228,6 + 10 [ log10(Ts) + log10(BW)] (4.10) = -228,6 + 10 [ log101778 + log10( 41.106) ] = -119,973 dB Cuplink = -100,143 dB  (C/N)u = 19,83 dB Gọi Nd tạp âm nhiệt đài trái đất thu thuộc mạng vệ tinh mong muốn, ta có: Nd = -228,6 + 10 [ log10(Te) + log10(BW)] (4.11) = -228,6 + 10 [ log10184 + log10( 41.106) ] = -129,86 dB Cdownlink = -113,007 dB  (C/N)d = 16,853 dB Áp dụng công thức, ta có giá trị (C/N) tổng là: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) (4.12) ( )  Tính giá trị Margin M Theo Khuyến nghị ITU Rec S.741-2, ta có giá trị C/I tối thiểu yêu cầu là: (C/I)m = (C/N)T + 14 dB = 15,08 + 14 = 29,08 dB Giá trị Margin M = (C/I)T – (C/I)m = 34,93 – 29,08 = 5,85 dB  Nhận xét kết Ta thấy, kết tính tốn tỉ số ΔT/T = 31611 % lớn mức ngưỡng 6% Điều cho thấy tín hiệu từ vệ tinh MARECS IND-1 có khả gây nhiễu đến tuyến vệ tinh INTELSAT7 hoạt động Để xem xét cụ thể xem mạng vệ tinh MARECS IND-1 có gây nhiễu đến mạng vệ tinh INTELSAT7 hay khơng, ta tính tốn tỉ số C/I, từ đó, đưa giá trị Margin M Với giá trị Margin M = 5,85 dB > dB, chứng tỏ giá trị C/I tổng mạng vệ tinh INTELSAT7 lớn giá trị C/I tối thiểu yêu cầu Điều có nghĩa nhiễu tạp âm mạng vệ tinh MARECS IND-1 gây chưa đủ làm ảnh hưởng đến hoạt động mạng vệ tinh INTELSAT7 Điều có nghĩa MARECS IND-1 vào hoạt động với tham số kỹ thuật nêu mạng vệ tinh INTELSAT7 khơng bị ảnh hưởng 97 4.1.2 Bài toán can nhiễu thực tế Bài tốn đặt u cầu tính tốn can nhiễu mạng vệ tinh đăng ký MARECS IND-1 quỹ đạo 64,50 Đông tới mạng vệ tinh INTELSAT7 hoạt động quỹ đạo 660 Đông Tần số hoạt động, vị trí quỹ đạo vị trí đài mặt đất mạng vệ tinh sau: MARECS IND-1 (mạng vệ tinh: S’) 64,5E (64,5 +/- 0,10E) INTELSAT7 (Mạng vệ tinh: S) 66E (66 +/- 0,10E) Đường lên 6422,5 MHz +/- 0,55 MHz 6402,5 MHz +/- 20,5 MHz Đường xuống 4197,25 MHz +/- 0,55 kHz 4177,5 MHz +/- 20,5 MHz 0,55 x = 1,1 MHz 20,5 x = 41 MHz Quỹ đạo vệ tinh Băng thơng sóng mang ( 800E, 060N ) Trạm mặt đất thu Trạm mặt đất phát ( 800E, 060N ) Ta thấy, dải tần đường xuống vệ tinh gây nhiễu (4196,7 – 4197,8 MHz) hoàn toàn nằm dải tần xuống vệ tinh mong muốn (4157 – 4198 MHz) Trong dải tần số đường lên vệ tinh gây nhiễu (6421,95 – 6423,05 MHz), phần băng tần nằm dải tần đường xuống vệ tinh mong muốn là: (6421,95 – 6423 MHz) Vậy, mơ hình tính tốn nhiễu sau: Hình 3: Mơ hình tính tốn can nhiễu (bài tốn 2) 98 Với tính tốn giống trường hợp 1, ta có thơng số sau: d1= d2= d3=36060 km; d4= d5=36110 km L1 = 199,743 dB; L2 = 196,007 dB; L3 = 199,744 dB; L4 = 199,061 dB; L5 = 199,756 dB Góc tâm ; Góc lệch [{ ( ) } ] ; Góc lệch [{ ( ) } ] ; Tăng ích G3’ = 20 dB ; Tăng ích G4(θw) = 32 – 25 log10(θw) = 32 – 25 log10(1,519) = 27,461 dB ; Tăng ích G1’(θi) = 32 – 25 log10(θi) = 32 – 25 log10(1,519) = 27,461 dB ; Tăng ích cực đại anten thu vệ tinh mong muốn S là: G2m = 26 dB; - Độ suy giảm tăng ích anten thu vệ tinh mong muốn S theo hướng tới đài trái đất phát thuộc mạng vệ tinh gây nhiễu S’ là: dB - Tăng ích anten thu vệ tinh mong muốn S theo hướng tới đài trái đất phát thuộc mạng vệ tinh gây nhiễu S’ là: G2 = 26 – = 26 dB - Độ suy giảm tăng ích anten thu vệ tinh theo hướng tới đài trái đất phát thuộc mạng vệ tinh mong muốn S là: dB - Tăng ích anten thu vệ tinh theo hướng tới đài trái đất phát thuộc mạng vệ tinh mong muốn S là: G2m-1 = 26 – = 21 dB Công suất cực đại vệ tinh gây nhiễu: Ps’ = -1,6 dBW; Mật độ công suất cực đại vệ tinh gây nhiễu: 10log (ps’) = -60,4 dBW/Hz; Công suất cực đại đài trái đất gây nhiễu: Pe’ = 19 dBW; Mật độ công suất cực đại vệ tinh gây nhiễu: 10log (pe’) = -39,9 dBW/Hz; Công suất phát cực đại đài trái đất phát thuộc mạng vệ tinh mong muốn S là: Pe = 22,7 dBW; Tăng ích cực đại anten đài trái đất phát thuộc mạng vệ tinh mong muốn S là: 99 G1m = 53 dB; Công suất phát cực đại vệ tinh mong muốn S là: Ps = 12,9 dBW; Tăng ích G3 = 21 dB; Nhiệt độ tạp âm hệ thống đài trái đất thu: Te = 1610K; Nhiệt độ tạp âm hệ thống thu vệ tinh S: Ts = 10000K; Tăng ích truyền dẫn γ = -6 dB; Nhiệt độ tạp âm tương đương tuyến vệ tinh T = 2309 0K  Tính ΔT/T ΔTe nhiệt độ tạp âm tăng lên đầu anten thu đài trái đất gây tín hiệu trùng tần số từ vệ tinh gây nhiễu ΔTs nhiệt độ tạp âm tăng lên đầu anten thu vệ tinh mong muốn gây tín hiệu trùng tần số từ đài trái đất phát thuộc mạng vệ tinh gây nhiễu Ta có: 10 log ΔTe = 10 log (ps’) + G3’ – L4 + G4(θw) – 10 log K (4.13) = -60,4 + 20 – 196,061 + 27,461 – (-228,6) = 19,6 (dBK) 10 log ΔTs = 10 log (pe’) + G’1(θi) – L3 + G2 – 10 log K (4.14) = -39,9 + 27,461 – 199,740 + 26 – (-228,6) = 42,421 (dBK) Ta có γ = -6 dB T = 2309 0K Mặt khác, ΔTe = 101,96 = 91,20 0K ΔTs = 104,2421 = 17462,242 0K Do đó, mức tăng biểu kiến nhiệt độ tạp âm hệ thống ΔT tính là: ΔT = ΔTe + γ.ΔTs = 91,20 + 10-0.6 17462,242 = 4477,517 0K (4.15) Vậy, tỉ số ΔT/T = (4477,517/2309).100% = 193,91 % ΔT/T = 193,91 %  Tính C/I Ta có: Cuplink = Pe + G1m – L1 + G2m-1 = 22,7 + 53 – 199,743 + 21 = -103,143 dB 100 Iuplink = Pe’ + G’1(θi) – L3 + G2 + Ia (4.16) Với Ia hệ số điều chỉnh băng thông Trong trường hợp này, băng thơng sóng mang mong muốn 41 MHz (tần số trung tâm = 6402,5 MHz) băng thông sóng mang gây nhiễu 1,1 MHz (tần số trung tâm 6422,5 MHz) Đối với đường lên, phần băng thơng sóng mang gây nhiễu trùng với băng thơng sóng mang mong muốn 6421,95 – 6423 MHz, hay 1,05 MHz Do đó, ta có: Ia = 10 log(1,05/1,10) = -0,202 dB Vậy: Iuplink = 19 + 27,461 – 199,744 + 26 + (-0,202) = -127,485 dB Giá trị C/I đường lên điều chỉnh là: (C/I)uplink = -103,143 – (-127,485) = 24,443 dB Ta lại có: Cdownlink = Ps + G3 – L2 + G4m = 12,9 + 21 – 196,007 + 49,1 = -113,007 (dB) Đối với đường xuống, băng thơng sóng mang gây nhiễu nằm trọn băng thơng sóng mang mong muốn, đó, tồn lượng nhiễu tác động lên tuyến vệ tinh mong muốn Vậy, Ia = Idownlink = Ps’ + G3 – L4 + G4(θw) + Ia = -1,6 + 20 – 196,061 + 27,461 + Idownlink = -150,200 dB Giá trị (C/I) đường xuống điều chỉnh là: (C/I)downlink = -113,007 – (-150,200) = 37,193 dB Áp dụng cơng thức, ta có: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) (4.17) ( )  Tính C/N Gọi Nu tạp âm nhiệt máy thu vệ tinh mong muốn, ta có: 101 Nu = -228,6 + 10 [ log10(Ts) + log10(BW)] (4.18) = -228,6 + 10 [ log101000 + log10( 41.106) ] = -122,472 dB Cuplink = -103,043 dB  (C/N)u = 19,428 dB Gọi Nd tạp âm nhiệt đài trái đất thu thuộc mạng vệ tinh mong muốn, ta có: Nd = -228,6 + 10 [ log10(Te) + log10(BW)] (4.19) = -228,6 + 10 [ log10161 + log10( 41.106) ] = -130,404 dB Cdownlink = -113,007 dB  (C/N)d = 17,397 dB Áp dụng cơng thức, ta có giá trị (C/N) tổng là: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) (4.20) ( )  Tính giá trị Margin M Theo Khuyến nghị ITU Rec S.741-2, ta có giá trị C/I tối thiểu yêu cầu là: (C/I)m = (C/N)T + 14 dB = 15,284 + 14 = 29,284 dB (4.21) Giá trị Margin M = (C/I)T – (C/I)m = 24,210 – 29,284 = -5,074 dB  Nhận xét kết Ta thấy, kết tính tốn tỉ số ΔT/T = 64,02% lớn mức ngưỡng 6% Điều cho thấy tín hiệu từ vệ tinh MARECS IND-1 có khả gây nhiễu đến tuyến vệ tinh INTELSAT7 hoạt động Để xem xét cụ thể xem mạng vệ tinh MARECS IND-1 có gây nhiễu đến mạng vệ tinh INTELSAT7 hay khơng, ta tính tốn tỉ số C/I, từ đó, đưa giá trị Margin M Với giá trị Margin M = -5,074 dB < dB, chứng tỏ giá trị C/I tổng mạng vệ tinh INTELSAT7 nhỏ giá trị C/I tối thiểu yêu cầu Điều có nghĩa nhiễu tạp âm mạng vệ tinh MARECS IND-1 gây làm ảnh hưởng đáng kể đến hoạt động mạng vệ tinh INTELSAT7 Điều có nghĩa MARECS 102 IND-1 vào hoạt động với tham số kỹ thuật nêu gây can nhiễu đến mạng vệ tinh INTELSAT7 4.2 Phát triển phần mềm tính tốn can nhiễu Trên sở phân tích lý thuyết quy định tính tốn can nhiễu mạng vệ tinh địa tĩnh, luận văn phát triển phần mềm tính tốn can nhiễu ngơn ngữ C#, lập trình winform Giao diện chung phần mềm sau: Hình 4: Giao diện phần mềm 4.2.1 Các chức phần mềm a) Nhập tham số đầu vào - Các thông số cho mạng vệ tinh mong muốn Hình 5: Nhập thơng số mạng vệ tinh mong muốn 103 - Các thông số mạng vệ tinh gây nhiễu Hình 6: Nhập thơng số mạng vệ tinh gây nhiễu b) Tính tốn can nhiễu Sau nhập đầy đủ thông số mạng vệ tinh, nhấn nút “Tính tốn” để bắt đầu q trình tính tốn Phần mềm đưa kết tính tốn theo phương pháp ΔT/T C/I thơng số liên quan sau: Hình 7: Giao diện đưa kết tính tốn c) Lưu kết tính tốn Sau tính tốn can nhiễu, nhấn nút “Lưu” để xuất file kết dạng excel sau: Hình 8: Giao diện file mềm kết 104 4.2.2 Một số kết tính tốn - Tính tốn tốn can nhiễu thực tế (Mục 4.1.1) Hình 9: Bài tốn can nhiễu thực tế - Tính tốn tốn can nhiễu thực tế (Mục 4.1.2) Hình 10: Bài tốn can nhiễu thực tế 105 - Tính tốn can nhiễu vệ tinh VINASAT vệ tinh dự kiến Lào Hình 11: Tính tốn can nhiễu vệ tinh VINASAT vệ tinh Lào Tính tốn can nhiễu vệ tinh VINASAT Việt Nam với vệ tinh dự kiến triển khai Lào, kết tính toán số sau: ΔT/T = 5700% > mức ngưỡng 6% Margin M = -8,136 dB < dB Vậy, tuyến vệ tinh xét Lào đưa vào hoạt động hồn tồn có khả gây can nhiễu cho vệ tinh Việt Nam Trong trình triển khai phối hợp tần số, phải ý đến tính tốn để có yêu cầu đơn vị quản lý Lào thay đổi số thông số để đảm bảo cho tỷ số Margin M ≥ dB Kết luận chương Chương sâu vào phân tích tính tốn toán can nhiễu cụ thể Đặc biệt, đưa tính tốn để bảo vệ can nhiễu cho vệ tinh VINASAT từ vệ tinh Lào triển khai, qua đó, nhận thấy việc yêu cầu phối hợp cần thiết Từ đó, chương trình bày việc xây dựng phần mềm tính tốn bảo vệ can nhiễu theo tiêu chí 106 KẾT LUẬN CHUNG Ngày nay, người bước sang kỷ nguyên truyền thông băng siêu rộng Với ưu điểm băng thông rộng, tốc độ truyền dẫn cao khả phủ sóng, sẵn sàng đáp ứng dịch vụ lúc, nơi, thông tin vệ tinh nói chung thơng tin vệ tinh địa tĩnh nói riêng chắn công nghệ thiếu tương lai Công nghiệp vệ tinh đã, phát triển, xu hướng sử dụng vệ tinh quốc gia tiếp tục tăng quỹ đạo vệ tinh địa tĩnh lại tài nguyên hữu hạn Điều dẫn đến khả ảnh hưởng can nhiễu vệ tinh lớn Việc nắm vững quy định Liên minh Viễn thơng quốc tế để tính tốn, dự đốn can nhiễu, phục vụ cho phối hợp tần số yêu cầu cấp thiết Luận văn trình bày quy định ITU việc đăng ký phối hợp quỹ đạo vệ tinh tiêu chuẩn bảo vệ nhiễu mạng vệ tinh địa tĩnh Từ đó, phát triển phần mềm tính tốn can nhiễu, đưa cảnh báo để phục vụ cho trình phối hợp tần số Cơng việc tìm hiểu, áp dụng phương pháp tính tốn can nhiễu phát triển phần mềm mở khả phát triển thời gian tới Các phương hướng phát triển bao gồm: i) Tìm hiểu sâu quy định ITU để tính tốn việc ảnh hưởng nhiễu vệ tinh chất lượng loại dịch vụ cụ thể; ii) Phát triển phần mềm theo hướng liên kết để truy xuất số liệu trực tiếp từ sở liệu ITU 107 TÀI LIỆU THAM KHẢO Dharma Raj Cheruku, Satellite Communication, I K International Pvt Ltd, 2010 Gary D Gordon, Walter L Morgan, Principles of communications satellites, Wiley, 1993 Rajesh MEHROTRA, Appendix of radio regulations, coordination arc approach and calculation of carrier-to-interference ratio, BR, 2008 Phan Anh, Lý thuyết kỹ thuật anten, NXB Khoa học kỹ thuật, 2007 Thái Hồng Nhị, Hệ thống thông tin vệ tinh, NXB Bưu điện, 2008 Trần Đình Lương, Thơng tin vệ tinh, NXB Khoa học Kỹ thuật, Tổng Cục Bưu điện, 2007 108 ... đặt vệ tinh để đưa vệ tinh quỹ đạo địa tĩnh vị trí 2.1.5.2 Đưa vệ tinh vào quỹ đạo địa tĩnh Quá trình định vị vệ tinh bắt đầu vệ tinh đưa vào quỹ đạo chuyển tiếp bao gồm trình đưa vệ tinh vào... với 2.2.1 Cấu trúc hệ thống thông tin vệ tinh địa tĩnh Hệ thống vệ tinh địa tĩnh hình thành hai phân đoạn chính: - Phân đoạn không gian: khái niệm để phần hệ thống bao gồm vệ tinh tất thiết bị... thường hệ thống thơng tin vệ tinh Chức chủ yếu vấn đề quản lý vệ tinh giám sát quỹ đạo tư vệ tinh, theo dõi trạng thái cảm biến hệ vệ tinh Trên vệ tinh địa tĩnh cỡ lớn, định hướng lại vài anten