Luận văn này có kết cấu nội dung gồm 3 chương: Chương 1 - Tổng quan về hệ thống thông tin vệ tinh; Chương 2 - Trạm mạt đất trong thông tin vệ tinh; Chương 3 - Xây dựng và tính toán cấu hình trạm anten tự động quay bám vệ tinh. Mời các bạn cùng tham khảo!
HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THƠNG - LÊ THỊ HUYỀN TRANG THIẾT KẾ TRẠM ANTEN TỰ ĐỘNG QUAY BÁM TRONG THÔNG TIN VỆ TINH Chuyên ngành: Kỹ thuật Viễn thông Mã số: 8.52.02.08 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI - 2020 Luận văn hồn thành tại: HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THƠNG Người hướng dẫn khoa học TS NGUYỄN NGỌC MINH Phản biện 1: TS Ngô Đức Thiện Phản biện 2: PGS.TS Đinh Triều Dương Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ Học Viện Cơng nghệ Bưu Viễn thông Vào lúc: 11h 05 phút ngày 20 tháng năm 2020 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện Học Viện Cơng nghệ Bưu Viễn thông MỞ ĐẦU Thông tinh vệ tinh xuất hiệu bốn thập kỹ qua phát triển nhanh chóng giới nước ta, mở cho thời kỳ cho phát triển lĩnh vực khoa học đời sống nói chung đặc biệt ngành viễn thơng nói riêng Thơng tin vệ tinh ứng dụng vào nước ta năm 80 mở phát triển viễn thơng Việt Nam Thơng tin vệ tin có nhiều ưu điểm bật vùng phủ sóng rộng, triển khai lắp đặt nhanh khả cung cấp dịch vụ đa dạng cho người dụng Nó phương tiện hữu hiệu để kết nối thông tin liên lạc với vùng xa xôi, biên giới, hải đảo nơi mà mạng cố định với tới được, đồng thời thông tin vệ tinh nhờ ưu điểm triển khai lắp đặt thiết lập liên lạc nhanh phương tiện liên lạc động giúp ứng cứu kịp thời tình khẩn cấp Các nhà cung cấp thiết bị liên lạc vệ tinh giới đưa thị trường nhiều chủng loại thiết bị có tính hỗ trợ cho việc liên lạc vệ tinh vừa di chuyển vừa liên lạc, tính tự bám di chuyển COTM (Communication On The Move) Nguyên tắc COTM trang bị anten vệ tinh có khả tự động quan bám, thiết lập đường thông tin mà không cần phải tạm dừng dừng lại di chuyển Một thiết bị để đáp ứng tính vừa liên lạc vừa di chuyển hệ thống anten tự động quay bám vệ tinh Đây hệ thống anten có định hướng tự động bám vệ tinh di chuyển đảm bảo liên lạc Chính em chọn đề tài “Thiết kế trạm anten vệ tinh tự động quay bám thông tin vệ tinh” Nội dung luận văn trình bày thành chương sau: Chƣơng 1: Tổng quan hệ thống thông tin vệ tinh Chƣơng 2: Trạm mạt đất thông tin vệ tinh Chƣơng 3: Xây dựng tính tốn cấu hình trạm anten tự động quay bám vệ tinh CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN VỆ TINH 1.1 Cấu trúc tổng quát Vệ tinh Tuyến Tuyến lên Trạm mặt đất Trạm mặt đất Hình 1: Mơ hình truyền nhận thông tin đƣờng truyền vệ tinh Muốn thiết lập đường thông tin vệ tinh, trước hết phải phóng vệ tinh lên qũy đạo có khả thu sóng vơ tuyến điện.Vệ tinh vệ tinh thụ động, phản xạ sóng vơ tuyến cách thụ động không khuếch đại biến đổi tần số Vệ tinh thu tín hiệu từ trạm mặt đất biến đổi, khuếch đại phát lại đến nhiều trạm mặt đất khác 1.2 Đặc điểm thông tin vệ tinh Thông tin vệ tinh hệ thống truyền dẫn vô tuyến, sử dụng vệ tinh để chuyển tiếp tín hiệu đến trạm mặt đất Vệ tinh có ưu điểm: - Cấu hình lại hệ thống mạng mặt đất đơn giản, nhanh chóng giảm giá thành so với loại khác - Giá thành tuyến thông tin không phụ thuộc vào cự ly hai trạm - Có khả thông tin quảng bá thông tin nối điểm - Có khả băng thơng rộng - Ít chịu ảnh hưởng địa hình mặt đất - Dịch vụ thơng tin vệ tinh có băng tần rộng truyền tới nơi giới 1.3 Băng tần thông tin vệ tinh Thơng tin vệ tinh hệ thống thơng tin có phương thức truyền dẫn vô tuyến, việc lựa chọn ấn định băng tần công tác cho dịch vụ thông tin vệ tinh quan trọng Nó phải thoả mãn hai điều kiện bản: - Không gây can nhiễu lên hệ thống thông tin vô tuyến khác dịch vụ thông tin vệ tinh mạng - Tổn hao truyền sóng nhỏ để giảm nhỏ kích thước giá thành thiết bị 1.4 Phƣơng pháp đa truy nhập thông tin vệ tinh 1.4.1 Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) Mỗi trạm mặt đất ấn định cho khoảng băng tần định băng tần quy định chung cho hệ thống Mỗi khách hàng hay trạm mặt đất thu phát lưu lượng thông tin băng tần quy định với cường độ tín hiệu phải cân cho khơng gây can nhiễu lên Ưu điểm FDMA kỹ thuật đơn giản, độ tin cậy cao, giá thành hạ, trạm không cần đồng Tuy nhiên có nhược điểm: - Thiếu tính mềm dẻo cần thay đổi dung lượng - Khi số truy nhập tăng xuất sản phẩm nhiễu điều chế nên phải giảm công suất phát vệ tinh, nên không tận dụng hết hiệu suất làm việc khuếch đại - Phải điều khiển công suất phát trạm mặt đất cơng suất sóng mang đầu vào vệ tinh nhau, để tránh hiệu ứng “bắt” (capture effect) 1.4.2 Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) Phương pháp trạm mặt đất ấn định cho “khe thời gian” định trạm mặt đất thu phát lưu lượng trạm “khe thời gian” quy định gọi “cụm” (burst) Các “cụm” số trạm mặt đất xếp lại khoảng thời gian dài gọi khung TDMA Đa truy nhập phân chia theo thời gian sử dụng hiệu độ rộng băng tần tận dụng công suất khuếch đại công suất cao khung TDMA có sóng mang Hệ thống TDMA có tính mềm dẻo việc thay đổi lưu lượng trạm cần thay đổi độ rộng “cụm” trạm mặt đất Nhưng TDMA yêu cầu trạm mặt đất phức tạp FDMA, giá thành đắt phải có đồng xác trạm với vệ tinh 1.4.3 Đa truy nhập phân chia theo không gian (SDMA) Trong thông tin vệ tinh việc phủ sóng vùng khác mặt đất phương pháp sử dụng phân cực sóng khác với phổ tần giống sử dụng lại vài lần mà can nhiễu bị hạn chế người sử dụng - Phân cực: có loại phân cực thẳng đứng (VP) phân cực nằm ngang (HP) Phân cực trịn có phân cực tròn bên trái (LHCP) phân cực tròn bên phải (RHCP), phát tần số từ vệ tinh với hai phân cực khác mà trạm mặt đất thu tín hiệu trạm mà khơng bị can nhiễu sử dụng anten thu có phân cực khác - Vùng phủ sóng: Có bốn dạng phủ sóng là: phủ sóng tồn cầu; phủ sóng bán phủ sóng khu vực vùng phủ sóng khu vực lớn bắc Mỹ, châu Âu Đông nam vùng phủ sóng “đốm” 1.4.4 Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA ) Trong CDMA trạm phát sử dụng mã giả ngẫu nhiên để trải phổ tín hiệu phát Phía thu trạm mặt đất thu mạng phải có mã tạp âm giả ngẫu nhiên (PN) giống hệt để khôi phục lại chọn thơng tin Những mạng khác làm việc đồng thời phổ tần với mã khác khơng gây can nhiễu Đa truy nhập phân chia theo mã có ưu điểm: - Đơn giản khơng u cầu đồng trạm - Bảo mật, can nhiễu, có khả làm việc với C/N thấp - Sử dụng tần số, giá thành trạm mặt đất thấp 1.5 Phân hệ thông tin vệ tinh Chức vệ tinh thơng tin thu tín hiệu cao tần (RF) từ mặt đất khuếch đại chúng sau phát trở lại mặt đất 4 Hình 2: Phân hệ thông tin vệ tinh Các chức phân hệ thơng tin là: - Thu tín hiệu vơ tuyến băng tần phân cực cho trước trạm mặt đất mạng có liên quan Các trạm phải nằm vùng phủ sóng vệ tinh với góc quy định, góc phụ thuộc độ rộng búp sóng anten - Loại bỏ can nhiễu - Khuếch đại tần số thu hạn chế tạp âm - Biến đổi tần số sóng mang thu đường lên thành tần số phát trở lại mặt đất đường xuống - Bảo đảm mức công suất phát xuống băng tần quy định từ anten phát khoảng vài chục đến vài trăm Wat - Phát tín hiệu vơ tuyến băng tần loại phân cực cho xuống vùng phủ sóng yêu cầu mặt đất 5 CHƢƠNG TRẠM MẶT ĐẤT TRONG THÔNG TIN VỆ TINH 2.1 Tổng quan trạm mặt đất Một trạm mặt đất bao gồm: thiết bị thông tin, thiết bị truyền dẫn mặt đất, thiết bị cung cấp nguồn hệ thống TT&C vệ tinh Thiết bị thông tin trạm mặt đất như: anten, thiết bị thu phát sóng siêu cao tần, biến đổi tần tuyến lên tuyến xuống, hệ thống xử lý tín hiệu, hệ thống thiết bị băng tần bản, hệ thống bám vệ tinh… Hình 2.1: Cấu hình trạm mặt đất 2.2 Anten trạm mặt đất 2.2.1 Các loại anten trạm mặt đất Có nhiều loại anten khác sử dụng trạm mặt đất Tuỳ theo tiêu chuẩn loại trạm mà đường kính anten thu - phát trạm mặt đất thơng thường có đường kính từ 0.6 ÷ 30 m 2.2.1.1 Anten Parabol có sơ cấp đặt tiêu điểm Hình 2: Anten phản xạ parabol Đây loại anten có cấu trúc đơn giản giá thành thấp nhất, dùng chủ yếu cho trạm thu trạm nhỏ đặc biệt với dung lượng thấp Tuy nhiên, đặc tính hệ số tăng ích, búp sóng phụ khơng tốt Một nhược điểm cáp đấu nối từ loa thu đến máy phát máy thu thường dài Bởi khơng sử dụng trạm mặt đất thơng thường 2.2.1.2 Anten Cassegrain Hình 3: Cấu hình gƣơng Cassegrain Loại anten có thêm gương phản xạ phụ vào gương phản xạ chính, hệ số tăng ích anten nâng lên đặc tính búp sóng phụ cải thiện chút Anten Cassegrain sử dụng cho trạm bình thường vừa thu vừa phát có quy mơ trung bình 2.2.1.3 Anten lệch (bù) Anten lệch có phận fiđơ, gương phản xạ phụ đặt vị trí lệch so với hướng trục gương phản xạ để phận fiđơ gương phản xạ phụ khơng che chắn đường sóng phản xạ từ gương Anten lệch có loại chính: - Loại anten parabol lệch gương phản xạ - Loại anten Gregorian có gương phản xạ phụ dạng elíp hypebol Hình 4: Anten lệch 2.2.2 Hệ thống bám vệ tinh Mặc dù vệ tinh đặt quỹ đạo địa tĩnh, vị trí chúng ln thay đổi ±0.050 theo hướng Đơng, Tây, Bắc, Nam Vì vậy, cần điều khiển anten trạm mặt đất bám theo vệ tinh Hệ thống bám vệ tinh có loại: - Hệ thống xung đơn (hay gọi hệ thống bám liên tục): Hệ thống luôn xác định tâm búp sóng anten có hướng vào vệ tinh hay không để điều khiển hướng anten - Hệ thống bám nấc: hệ thống dịch chuyển nhẹ vị trí anten khoảng thời gian định để điều chỉnh hướng anten cho mức tín hiệu thu cực đại - Hệ thống điều khiển theo chương trình: hệ thống điều khiển anten dựa sở dự đoán trước quỹ đạo vệ tinh 2.2.3 Hệ số tăng ích anten Hệ số tăng ích anten thơng số quan trọng, định chất lượng anten mà chất lượng quy mô trạm mặt đất Hệ số tăng ích anten (G) tính theo cơng thức: G = 4π.A.η/λ2 2.2.4 Góc độ rộng búp sóng Góc độ rộng búp sóng góc hợp hướng có hệ số tăng ích cho với hướng hệ số tăng ích cực đại Độ rộng búp sóng 3dB góc θ3dB thường sử dụng nhiều Độ rộng búp sóng dB góc hợp hai hướng mà hệ số tăng ích giảm nửa so với hệ số tăng ích hướng cực đại Với luật chiếu xạ không dẫn đến suy hao rìa chiếu xạ làm cho độ rộng búp sóng dB tăng giá trị hệ số phụ thuộc vào tính chất riêng luật chiếu xạ Giá trị sử dụng 700, độ rộng búp sóng biểu thị: θ3dB = 70(λ/d) = 70(c/fd) (độ) Ở hướng α so với hướng trục (hướng cực đại) hệ số tăng ích anten tính theo công thức: G(α)dB = GdB – 12(α/θ3dB)2 (dB) 2.3 Bộ khuếch đại tạp âm thấp (LNA) Bộ khuếch đại tạp âm thấp LNA có vai trị quan trọng trạm mặt đất để vừa khuếch đại tín hiệu lên vừa khơng làm giảm chất lượng tín hiệu Các yêu cầu kỹ thuật khuếch đại tạp âm thấp: - Bộ LNA có ảnh hưởng quan trọng đến hệ số phẩm chất G/T trạm mặt đất LNA đóng vai trị định tạo nên nhiệt độ tạp âm hệ thống, lẽ tầng khuếch đại tuyến thu - Mức đầu tín hiệu phải nhỏ mức bão hoà khuếch đại tối thiểu 20 dB nhằm giảm tối đa thành phần nhiễu điều chế tương hỗ LNA - Băng tần LNA phải đủ rộng để bao phủ băng tần công tác vệ tinh - Vị trí lắp đặt LNA gần đầu thu có lợi mức tín hiệu giảm tạp âm suy hao giảm chiều dài ống dẫn sóng Các loại khuếch đại tạp âm thấp LNA: - Khuếch đại GaAs - FET - Khuếch đại thông số - Khuếch đại HEMT gần đưa vào sử dụng thực tế 2.4 Bộ đổi tần (FC) 2.4.1 Giới thiệu chung Các trạm mặt đất vệ tinh thông tin thực nhiệm vụ thu tín hiệu cao tần RF từ vệ tinh phát lại tín hiệu cao tần RF lên vệ tinh, nên chúng phải sử dụng đổi tần tuyến lên U/C đổi tần tuyến xuống D/C Khi thực nhiệm vụ thu tín hiệu cao tần, sử dụng đổi tần tuyến xuống D/C để biến đổi tín hiệu cao tần RF thu từ vệ tinh thành tín hiệu trung tần IF Sử dụng đổi tần lên thực nhiệm vụ phát tín hiệu cao tần lên vệ tinh để biến đổi tín hiệu trung tần IF thành tín hiệu cao tần RF Nguyên lý đổi tần dùng thiết bị trộn (Mixer) để trộn tín hiệu vào với tín hiệu dao động nội Yêu cầu đổi tần là: - Bộ dao động nội phải có tần số ổn định cao định đặc tính biên độ pha tín hiệu - Độ rộng băng tần đổi tần phụ thuộc vào tần số trung tần IF đến tự cung cấp 2.4.2 Các đổi tần kép Thành phần đổi tần tuyến lên U/C đổi tần tuyến xuống D/C gồm: Một lọc RF; Hai trộn tầng; Hai dao động nội; Bộ khuếch đại IF; Bộ lọc IF; Bộ cân trễ nhóm 2.4 Bộ dao động nội (LO) Các dao động nội phải có đặc tính tần số tạp âm thấp tần số tín hiệu dải tần sở để tuân theo yêu cầu chung thiết bị tạp âm trạm mặt đất 2.5 Bộ khuếch đại công suất cao (HPA) Chức khuếch đại công suất cao HPA trạm mặt đất khuếch đại sóng mang cao tần RF mức thấp cung cấp thiết bị truyền thông mặt đất phát thành mức công suất đủ cao để đưa anten phát lên vệ tinh Phân loại khuếch đại công suất cao: - Các đèn sóng chạy (TWT), Klystron (KLY), transistor hiệu ứng trường (FET) có thị trường dùng khuếch đại công suất cao tuỳ theo công suất máy phát băng tần Có hai loại khuếch đại công suất cao: - Một máy phát khuếch đại đồng thời nhiều sóng mang - Mỗi sóng mang khuếch đại riêng khuếch đại công suất cao 9 Hình 5: Cấu hình khuếch đại công suất cao 2.6 Kỹ thuật điều chế giải điều chế tín hiệu Điều chế tín hiệu biến đổi tin tức cần truyền sang dạng lượng có quy luật biến đổi theo tin tức thích hợp với mơi trường truyền dẫn Có hai loại điều chế: - Điều chế tương tự: thường dùng kiểu điều chế điều tần FM - Điều chế số: Kỹ thuật điều chế số sử dụng thông tin vệ tinh thường điều chế dịch mức pha PSK điều chế dịch mức pha vi sai DE-PSK Ưu điểm kỹ thuật điều chế số khai thác mặt mạnh tín hiệu số so với tín hiệu tương tự, bị can nhiễu môi trường dễ kết hợp với trình xử lý như: mã hố, bảo mật, chống lỗi, sửa lỗi 2.7 Kỹ thuật đa truy nhập Thông tin vệ tinh hệ thống thông tin vô tuyến điểm đến đa điểm, nghĩa vệ tinh thơng tin với nhiều trạm mặt đất, phải sử dụng phương pháp đa truy nhập để tiết kiện tài nguyên Kỹ thuật đa truy nhập kỹ thuật trạm mặt đất truy nhập phát đáp vệ tinh, với u cẩu sóng vơ tuyến điện từ trạm mặt đất riêng lẻ không can nhiễu với 2.7.1 Các vấn đề lưu lượng 2.7.1.1 Định tuyến lưu lượng Vấn đề đặt ta cần đưa yêu cầu lưu lượng mạng N trạm, làm để định tuyến lưu lượng mạng Để thực điều ta cần phải thiết lập dung lượng chuyển tải thông tin thích hợp hai trạm Ví dụ, mạng chứa trạm (X=A, B, C; Y=A, B, C): Bảng 2.1: Ví dụ bảng liệu định tuyến Có thể có hai giải pháp: 10 - Thiết lập sóng mang tuyến (Hình 2.7a) - Thiết lập sóng mang trạm phát (Hình 2.7b) Hình 6: Định tuyến lƣu lƣợng a) Mỗi sóng mang tuyến b) Mỗi sóng mang trạm phát Trong phương pháp định tuyến “một sóng mang tuyến” dẫn đến nhiều sóng mang so với phương pháp “mỗi sóng mang trạm phát” sóng mang có dung lượng nhỏ Phương pháp “mỗi sóng mang trạm phát” thường sử dụng nhiều 2.7.2 Kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) Đây phương pháp sử dụng rộng rãi Trong hệ thống trạm mặt đất có dùng riêng tần số phát không trùng với trạm khác cho khoảng cách tần số trạm không bị chồng lấn lên - FDM/FM/FDMA - TDM/PSK/FDMA - SCPC/FDMA 11 Hình 2.7: Kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) Tóm lại phương pháp đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) đặc trưng truy nhập liên tục tới vệ tinh băng tần cho trước Kỹ thuật có lợi tính đơn giản dựa vào thiết bị kiểm nghiệm Tuy nhiên, có số nhược điểm: - Thiếu linh hoạt trường hợp tái cấu hình - Tổn thất dung lượng số lượng truy nhập tăng lên - Cần phải điều khiển công suất phát trạm mặt đất theo cách cho cơng suất sóng mang đầu vào vệ tinh 2.7.3 Kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) Các trạm mặt đất phát cách gián đoạn khoảng thời gian TB Truyền dẫn gọi truyền dẫn khối (burst) Một khối truyền chèn vào cấu trúc giới hạn thời gian TF gọi chu kỳ khung điều tương ứng với cấu trúc thời gian tuần hoàn tất trạm phát Hình 8: Hoạt động mạng theo nguyên lý TDMA - Tạo khối bit - Cấu trúc khung - Hiệu suất TDMA 2.7.3.4 Kết luận Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) đặc trưng việc truy nhập kênh khe thời gian Điều có ưu: - Tại thời điểm kênh khuếch đại sóng mang - Hiệu suất truyền dẫn cao dù số lượng truy nhập lớn - Không cần phải khống chế công suất phát trạm Tuy nhiên, TDMA có nhược điểm định: - Cần phải đồng hoá để đảm bảo hoạt động tồn mạng - Cần mở rộng kích thước trạm để phát hiệu suất cao 2.7.4 Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) 12 Với phương pháp CDMA, sóng mang trạm vệ tinh đầu cuối nhân với mã trải phổ toàn băng tần sử dụng chung với trạm đầu cuối khác Mỗi trạm cấp mã trải phổ khác mà không bị khôi phục lại trạm đầu cuối khác Có hai kỹ thuật sử dụng CDMA: - Trải phổ trực tiếp (DS) Hình 2.9: Trải phổ trực tiếp (DS-CDMA) - Trải phổ nhảy tần Hình 2.10: Trải phổ nhảy tần (FH-CDMA) Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA có ưu điểm sau đây: - Hoạt động đơn giản, không cần đồng truyền dẫn trạm Đồng đồng máy thu với chuỗi sóng mang thu - Cung cấp thuộc tính hữu ích để chống lại can nhiễu từ hệ thống khác can nhiễu tượng đa đường truyền Nhược điểm hiệu suất thấp; dải thông rộng đoạn không gian sử dụng cho tổng dung lượng mạng thấp so với dung lượng sóng mang đơn khơng giãn phổ 2.8 Các thiết bị truyền dẫn số trạm mặt đất Truyền dẫn số liên quan đến tuyến thông tin vô tuyến mà đầu cuối khách hàng chúng tạo tín hiệu số 13 Hình 2.11: Các thành phần chuỗi truyền dẫn số qua vệ tinh 2.8.1 Số hố tín hiệu tương tự Số hố tín hiệu tương tự bao gồm giai đoạn: Lấy mẫu; Lượng tử hóa; Mã hóa nguồn 2.8.2 Thiết bị ghép kênh phân chia theo thời gian TDM Ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM) bao gồm việc đặt xen nhịp bit liên quan đến tín hiệu khác Đối với ghép kênh điện thoại số, hai kênh mà CCITT G.732 G.733 khuyến nghị sử dụng rộng rãi - tiêu chuẩn Châu Âu CEPT tiêu chuẩn “sóng mang T” sử dụng Nhật Bản Bắc Mỹ (Hoa Kỳ Canada) 2.8.3 Thiết bị bảo mật (Encryption) Thiết bị bảo mật sử dụng muốn ngăn chặn việc khai thác, can thiệp vào tin tức phát người dùng khơng phép Hình 12: Nguyên lý truyền dẫn bảo mật Hai kỹ thuật sử dụng thiết bị bảo mật là: - Bảo mật trực tuyến (mật mã luồng) - Bảo mật theo khối (mật mã hoá khối) 2.8.4 Bộ mã hoá kênh (Channel Encoder) Mã hố kênh có mục đích cộng thêm bit dư thừa vào bit thông tin Các bit dư thừa dùng máy thu để phát sửa sai 14 Hình 2.13:Kỹ thuật mã hóa kênh 2.8.5 Bộ tiêu tán lượng Sử dụng kỹ thuật tiêu tán lượng nhằm hạn chế can nhiễu hệ thống thông tin vô tuyến dùng chung băng tần Nguyên tắc tiêu tán lượng tạo luồng nhị phân điều chế có thuộc tính ngẫu nhiên, bất chấp cấu trúc luồng nhị phân chứa thông tin Hoạt động thực máy phát trước điều chế, gọi xáo trộn Khi thu, hoạt động ngược lại, thực sau giải điều chế, gọi bỏ xáo trộn Hình trình bày ví dụ việc thực xáo trộn bỏ xáo trộn Hình 14: a) Bộ xáo trộn b) Bộ bỏ xáo trộn (phục hồi xáo trộn) 15 CHƢƠNG XÂY DỰNG VÀ TÍNH TỐN CẤU HÌNH TRẠM ANTEN VỆ TINH TỰ ĐỘNG QUAY BÁM TRONG THÔNG TIN VỆ TINH 3.1 Giới thiệu chung Về trạm anten tự động qay bám thơng tin vệ tinh bao gồm anten có tính tự động quay bám, khuếch đại công suất cao, khuếch đại tập âm thấp chuyển đổi tần xuống, modem vệ tinh nguồn Để kết nối làm việc thiết bị phải làm việc băng tần, modem phải tương thích đồng với nhà mạng cung cấp dịch vụ Trong chương sâu trình bày số loại anten, modem nay, khuếch đại công suất, khuếch đại tạp âm thấp … thị trường sử dụng 3.2 Lựa chọn Antena Để giao tiếp với vệ tinh, ăng ten cần hỗ trợ tần số băng C, Ku K Có phân cực hoạt động linh hoạt phân cực chéo hay phân cực Khả điều chỉnh ăng-ten cần linh hoạt, góc phương vị, góc ngẩng ăng ten, hỗ trợ nhiều tùy chọn búp sóng Vật liệu chế tạo ăng ten cần bền bỉ với mơi trường khắc nhiệt gió bão, nhiệt độ cao, nhiệt độ thấp, băng tuyết, không khí nhiễm, độ ẩm cao, lượng mưa lớn Để hỗ trợ việc dễ lắp đặt di chuyển, ăng ten phải chống chịu va đập tốt, có kích thước không cồng kềnh khối lượng nhẹ * Anten Skyware Global 16 Đây dịng ăng-ten có kích thước tương đối nhỏ gọn với đường kính 1.2 m Băng tần hỗ trợ ăng-ten băng Ku với băng tần số phát 13.75 - 14.5 GHz băng tần số thu 10.70 - 12.75 Đầu vào tín hiệu cho ăng-ten hỗ trợ phân cực ngược phân cực Phạm vi điều chỉnh góc phương vị 360 ° liên tục; điều chỉnh tốt 20 ° Phạm vi điều chỉnh góc ngẩng ăng-ten 7°- 84° * Anten ACS - COTM 300 Anten ACS - COTM300 hệ thống anten có định hướng tự động bám vệ tinh di chuyển lên đến 160 km/h đảm bảo liên lạc, khả chiu đựng sức gió 195km/h Loại anten COTM sử dụng băng tần Ku với kích thước trọng lượng nhỏ, gọn, anten dễ dàng tích hợp lên xe tơ, đường kính anten 0,92m, băng tần làm việc Ku (14-11 GHz), phân cực tuyến tính, tự động điều khiển phân cực; Góc ngẩng từ 20 dến 70 độ; Góc phương vị 60 độ 3.3 Bộ chuyển đổi đƣờng lên khuyếch đại công suất (HPA) Trong phần này, em xin trình bày mơ-đun cho thiết kế khuếch đại công suất 4-W class-F nhỏ gọn Phần tử tích cực chọn thiết bị chip TGF2023-01 GaN HEMT từ TriQuint với chiều dài chiều rộng cổng 0,25 μm 1,25 mm; Điện áp cung cấp cho Drain chọn 28V TriQuint cung cấp mơ hình tín hiệu lớn TGF2023-01, Hình 3.1 17 Hình 1: Mơ hình IC Sau tính tốn đối chiếu, sử dụng mơ hình mơ hình EEHEMT mơ tham số S, Mạch shunt RC kết nối với cổng gate để đảm bảo ổn định thiết bị hoạt động, sử dụng mạch hòa hợp trở kháng Class-F mạch tương đương tần tần số bản, ta tính tốn độ lợi công suất tối đa ổn định khuếch đại công suất tần tần số thiết kế 13.75 - 14.5 GHz, hệ số xạ S21 tương ứng với độ lợi công suất khuếch đại đạt cỡ 20 dB, hệ số phản xạ S11 10 dB Trên tồn dải tần, khuếch đại cơng suất thiết kế đạt độ ổn định lớn theo yêu cầu Kết mô công suất đầu PAE khuếch đại cơng suất Hình 3.10: Kết mô S11, S21 độ ổn định khuếch đại cơng suất 18 Hình 3.11: Kết mô công suất đầu PAE khuếch đại công suất 3.3 Bộ chuyển đổi đƣờng xuống khuyếch tạp âm thấp (LNB) Bộ khuếch đại tạp âm thấp thường đặt đầu trước máy thu đóng vai trị khuếch đại tín hiệu thu yếu - Xác định hệ số phản xạ đầu vào đầu - Độ khuếch đại công suất - Độ lợi công suất chuyển đổi - Độ khếch đại công suất khả dụng - Độ lợi phía 3.4 Modem vệ tinh Có nhiều loại modem vệ tinh có hỗ trợ giao tiếp Ethernet, đồng thời hỗ trợ dải tần phù hợp cho trạm BTS chuyên dụng Tiêu biểu thiết bị sau: 19 - iDirect Evolution X1 DVB-S2 - NS300X Professional - Newtec Elevation Series EL478 - COMTECH CDM625A Advanced - Modem Hughes HX 280 Các modem tích hợp hệ thống tích hợp điều chế (hướng phát), giải điều chế (hướng thu),với kiểu điều chế QPSK tương đương, có khả thay đổi tốc độ hướng phát , có tính điều khiển giám sát từ xa… 3.6 Đo đạc tính tốn Chương trình thiết kế Labview có lưu đồ thuật tốn sau: Hình 3.25: Lưu đồ thuật tốn Labview Khối Input chứa liệu nhận được biểu diễn dạng số phức Luồng liệu đưa qua lọc Bandpass lọc thông dải nhằm thu hẹp tín hiệu tần số sóng mang Dữ liệu đưa vào Labview thông qua cable với tốc độ lấy mẫu 2MS/s tính tốn điều khiển thơng qua chương trình thiết kế Labview Sau xây dựng chương trình điều khiển thiết bị đưa vào để mơ thử nghiệm Hình 1: Phổ công suất truyền đạt antena Công suất cài đặt mức tối đa, kết mô cho công suất đầu 120mW 20 Hình 2: Phổ cơng suất tín hiệu nhận đƣợc thiết bị đầu cuối USRP với công suất truyền 20,8dBm, công suất nhận -16dBm Q trình mơ cho antenna thu xoay từ 900 đến 1200 từ 900 đến 600 Ngồi cơng suất truyền thay đổi từ thiết bị chủ động điều chỉnh hướng xoay phù hợp Bảng 4: Đo kiểm DOA (direction of arrival) tín hiệu sử dụng USRP 21 Sai số đo đạc DOA 22 Tính tốn DOA với cơng suất nhận khác Hình3.28: Phổ cơng suất tín hiệu nhận thiết bị đầu cuối US 23 KẾT LUẬN Nội dung luận văn trình bày cách tổng quan hệ thống thông tin, kỹ thuật trạm mặt đất Các phương pháp truy nhập thông tin vệ tinh, phân tích ưu nhược điểm phương pháp đa truy nhập thông tin vệ tinh Kỹ thuật trạm mặt đất, loại anten thông tin vệ tinh, modem vệ tinh Ngồi ra, luận văn phân tích đánh giá thiết kế chuyển đổi đường lên khuyếch đại cơng suất tính tốn thơng số thuật chuyển đổi đường xuống khuyếch tạp âm thấp anten tạm anten thu phát quan trọng Từ tính tốn thiết kế cấu hình trạm anten vệ tinh tự động quay bám hiệu phù hợp với nhu cầu sử dụng chi phí đầu tư Hướng nghiên cứu luận văn tập trung vào nghiên cứu kỹ thuật, thuật toán quay bám anten mơ tính tốn trạm anten cụ thể để đánh giá hiệu tính trạm anten vệ tinh tự động quay bám thông tin vệ tinh ... TỐN CẤU HÌNH TRẠM ANTEN VỆ TINH TỰ ĐỘNG QUAY BÁM TRONG THÔNG TIN VỆ TINH 3.1 Giới thiệu chung Về trạm anten tự động qay bám thông tin vệ tinh bao gồm anten có tính tự động quay bám, khuếch đại... quan hệ thống thông tin vệ tinh Chƣơng 2: Trạm mạt đất thông tin vệ tinh Chƣơng 3: Xây dựng tính tốn cấu hình trạm anten tự động quay bám vệ tinh CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN VỆ TINH 1.1 Cấu... thống anten có định hướng tự động bám vệ tinh di chuyển đảm bảo liên lạc Chính em chọn đề tài ? ?Thiết kế trạm anten vệ tinh tự động quay bám thông tin vệ tinh? ?? Nội dung luận văn trình bày thành chương