Thiết kế tuyến thông tin vệ tinh vinasat liên lạc với trạm mặt đất đặt ở vinh

TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH VIỆN KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: THIẾT KẾ TUYẾN THÔNG TIN VỆ TINH VINASAT LIÊN LẠC VỚI TRẠM MẶT ĐẤT ĐẶT Ở VINH Sinh viên thực hiện: BÙI TRỌNG QUANG Lớp 53K1 - ĐTTT Giáo viên hƣớng dẫn: ThS PHAN DUY TÙNG Nghệ An, 2017 i TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH VIỆN KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: THIẾT KẾ TUYẾN THÔNG TIN VỆ TINH VINASAT LIÊN LẠC VỚI TRẠM MẶT ĐẤT ĐẶT Ở VINH Sinh viên thực hiện: BÙI TRỌNG QUANG Lớp 53 K1-ĐTTT Giáo viên hƣớng dẫn: ThS PHAN DUY TÙNG Cán phản biện: Th.S TẠ HÙNG CƢỜNG Nghệ An, 2017 ii LỜI NÓI ĐẦU Trong thập kỷ qua, với phát triển khoa học công nghệ ngành viễn thơng có phát triển vƣợt bậc, đáp ứng nhu cầu trao đổi thông tin phục vụ sống Đặc biệt, sống kỷ nguyên bùng nổ thông tin nhu cầu trao đổi thơng tin diễn khắp nơi với yêu cầu ngày cao nhanh chóng xác Hệ thống thơng tin vệ tinh với nhiều ƣu điểm nhƣ vùng phủ sóng rộng, dung lƣợng lớn đƣợc sử dụng rộng rãi nhằm đáp ứng yêu cầu thông tin nói Trên giới, có nhiều quốc gia phóng thành cơng vệ tinh phục vụ cho nhu cầu truyền dẫn thơng tin liên lạc, thăm dị mục đích qn Việt Nam phóng thành công hai vệ tinh Vinasat-1 Vinasat-2 nhằm đáp ứng nhu cầu thông tin ngày cao nƣớc khu vực Tuy nhiên với cự ly truyền dẫn xa, thông tin truyền dẫn trạm mặt đất vệ tinh chịu nhiều tác động môi trƣờng yếu tố khơng mong muốn, từ làm giảm chất lƣợng tín hiệu Việc triển khai đƣa vào sử dụng vận hành hai vệ tinh cần tính tốn dựa nhiều yếu tố khác nhằm đảm bảo chất lƣợng dịch vụ mức cho phép Đây vấn đề không nhỏ yếu tố tác động thay đổi tùy thuộc vào vị trí trạm mặt đất thu Để hiểu rõ hệ thống thơng tin vệ tinh tính tốn thông số tác động lên tuyến liên lạc em lựa chọn đề tài “Thiết kế tuyến thông tin vệ tinh Vinasat liên lạc với trạm mặt đất đặt Vinh” làm đồ án tốt nghiệp Qua đó, em có hội vận dụng kiến thức đƣợc học vào giải tốn cụ thể, đồng thời tìm hiểu thêm kiến thức thực tiễn Tuy nhiên thời gian thực ngắn kiến thức thân cịn nhiều hạn chế nên đồ án khơng tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận đƣợc ý kiến góp ý thầy bạn Em xin chân thành cảm ơn thầy cô Viện Kỹ thuật công nghệ trang bị cho em kiến thức quý báu suốt trình học Em xin gửi lịng biết ơn tới gia đình bạn bè hỗ trợ em thời gian qua Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn ThS Phan Duy Tùng tận tình hƣớng dẫn em hồn thành đồ án iii TĨM TẮT ĐỒ ÁN Đồ án trình bày cấu trúc tham số kỹ thuật hệ thống thơng tin vệ tinh, từ thiết lập biểu thức tính tốn thể mối quan hệ tham số Phần đồ án tìm hiểu thực trạng mạng Viễn thơng khu vực Nghệ An nhu cầu phát triển dịch vụ viễn thông thời gian tới Trên sở đó, đồ án đặt tốn thiết kế tuyến thông tin vệ tinh với trạm mặt đất đặt Vinh Phần cuối đồ án tính tốn thơng số tuyến vệ tinh thỏa mãn yêu cầu đặt sử dụng phần mềm MATLAB ABSTRACT In the first part of the thesis, the structure and technical parameters of the satellite information system are expressed Thereby, the relationships between these parameters are established In the next part the status of telecommunication network in Nghe An and the development of telecommunications services in the coming time are explored Based on that, the thesis sets out the problem of designing satellite communication lines with the ground station located in Nghe An In the final part, the parameters of the satellite line that meet the requirements set out are computed by using MATLAB software iv MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU i TÓM TẮT ĐỒ ÁN iv DANH MỤC HÌNH VẼ vii DANH MỤC BẢNG BIỂU viii DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT ix PHẦN MỞ ĐẦU x CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH 1.1 Lịch sử phát triển thông tin vệ tinh .1 1.2 Đặc điểm hệ thống thông tin vệ tinh 1.3 Cấu trúc hệ thống thông tin vệ tinh 1.3.1 Phân hệ không gian .2 1.3.2 Phân hệ mặt đất 1.4 Vệ tinh Vinasat 15 1.4.1 Vinasat-1 15 1.4.2 Vinasat-2 16 1.5 Kết luận chƣơng .17 CHƢƠNG CÁC THÔNG SỐ VÀ BIỂU THỨC TÍNH TỐN TRONG TUYẾN THƠNG TIN VỆ TINH 18 2.1 Cự ly thơng tin, góc ngẩng góc phƣơng vị 18 2.2 Tổn hao lùi công suất phát .19 2.3 Công suất phát lƣợng Bit 20 2.4 Công suất xạ đẳng hƣớng tƣơng đƣơng 21 2.5 Nhiệt độ tạp âm tƣơng đƣơng 22 2.6 Mật độ dòng công suất xạ hiệu dụng trạm mặt đất .24 2.7 Tổng suy hao LU 24 2.8 Mật độ tạp âm 26 2.9 Tỷ số mật độ cơng suất sóng mang tạp âm .27 2.10 Tỷ số mật độ lƣợng bit tạp âm .27 2.11 Các tham số tính tốn tuyến liên lạc thông tin vệ tinh 29 2.12 Tính tốn hệ số phẩm chất trạm mặt đất GTE 30 v 2.13 Các biểu thức tính tốn tuyến liên lạc 31 2.14 Kết luận chƣơng .32 CHƢƠNG THIẾT KẾ TÍNH TỐN VÀ MƠ PHỎNG TUYẾN THÔNG TIN VỆ TINH 33 3.1 Khảo sát thực trạng mạng viễn thông tỉnh Nghệ An 33 3.1.1 Mạng điện thoại cố định kết nối 33 3.1.2 Mạng di động 34 3.1.3 Các mạng viễn thông khác 34 3.2 Nhu cầu phát triển dịch vụ mạng viễn thông tỉnh Nghệ An dự kiến 35 3.2.1 Điện thoại 35 3.2.2 Di động 36 3.2.3 Vệ tinh .36 3.2.4 Các dịch vụ thông tin vệ tinh 36 3.3 Thiết kế tuyến thông tin vệ tinh Vinasat với trạm mặt đất thu Vinh 37 3.3.1 Dự kiến quy mô mạng thông tin vệ tinh Vinh - Nghệ An 37 3.3.2 Các thông số yêu cầu thiết kế phần mềm tính tốn tuyến truyền thơng tin vệ tinh 37 3.3.3 Tính tốn giá trị cần tìm tuyến .39 3.3.4 Kết luận chƣơng 46 KẾT LUẬN CHUNG 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 PHỤ LỤC 49 vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Mơ hình tuyến thơng tin vệ tinh Hình 1.2 Anten Parabol .4 Hình 1.3 Mơ tả kích thƣớc hình học đồ thị phƣơng hƣớng anten Parabol Hình 1.4 Anten Cassegrain Hình 1.5 Anten cassegrain ký hiệu hình học Hình 1.6 Mơ tả tầng đầu vào máy thu 13 Hình 1.7 Sơ đồ khối chức khuếch đại tham số 14 Hình 2.1 Góc ngẩng góc phƣơng vị trạm mặt đất 18 Hình 2.2 Tính tốn tham số chung tuyến truyền thơng tin 19 Hình 2.3 Đƣờng đặc tuyến biểu thị cơng suất đầu vào/đầu điển hình khuếch đại công suất phát HPA 20 Hình 2.4 Phân chia theo vùng mƣa ITU-R, Châu Á Châu Đại Dƣơng 26 Hình 2.5 Mơ tả quan hệ xác suất lỗi bit P(e) tỷ số C/N ứng với số dạng điều chế số 28 Hình 2.6 Mơ tả quan hệ xác suất lỗi bit P(e) tỷ số Eb/No ứng với dạng điều chế số 29 Hình 2.7 Mơ tả tham số tính tốn tuyến thông tin vệ tinh 30 Hình 3.1 Tính tốn khoảng cách, góc ngẩng, góc phƣơng vị tồn tuyến 40 Hình 3.2 Phần giao diện nhập thơng tin tính tốn cho tuyến lên 43 Hình 3.3 Phần giao diện nhập thơng tin tính tốn cho tuyến xuống 45 vii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Giá trị góc ngẩng E góc phƣơng vị A Bảng 2.1 So sánh đơn vị tạp âm 23 Bảng 2.2 Tốc độ mƣa tƣơng ứng vùng dƣới (mm/h) 25 Bảng 3.1 thông số trạm mặt đất phát 38 Bảng 3.2 thông số trạm mặt đất thu 38 viii DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT ES TVRO Earth Station Television Receiver Only HPA High Power Amplifier TWT Travelling Wave Tube IBO Input Back – Off OBO Output Back – Off BO EIRP Back - Off Loss Eiquivalent Isotropic Rađiated Power ix PHẦN MỞ ĐẦU Hệ thống thông tin vệ tinh với nhiều ƣu điểm nhƣ vùng phủ sóng rộng, dung lƣợng lớn đƣợc sử dụng rộng rãi nhằm đáp ứng yêu cầu thông tin Tuy nhiên với cự ly truyền dẫn xa, thông tin truyền dẫn trạm mặt đất vệ tinh chịu nhiều tác động môi trƣờng yếu tố khơng mong muốn, từ làm giảm chất lƣợng tín hiệu Do đó, việc triển khai đƣa vào sử dụng vận hành hai vệ tinh cần tính tốn dựa nhiều yếu tố khác nhằm đảm bảo chất lƣợng dịch vụ mức cho phép Đây vấn đề không nhỏ yếu tố tác động thay đổi tùy thuộc vào vị trí trạm mặt đất thu Trong đồ án tìm hiểu cấu trúc đặc điểm tuyến thông tin vệ tinh nhƣ tham số để đánh giá chất lƣợng tuyến Đồ án tìm hiểu nhu cầu dịch vụ Viễn thơng khu vực Vinh, từ tính tốn, thiết kế tuyến tryền dẫn thơng tin vệ tinh với trạm mặt đất đặt Vinh Trong trình thiết kế tính tốn, tác giả sử dụng biểu thức liên hệ tham số tuyến thơng tin vệ tinh, kết hợp phần mềm tính tốn MATLAB để xây dựng cơng cụ tính tốn xác trực quan Đồ án thực nội dung sau: - Chƣơng 1: Tổng quan hệ thống thông tin vệ tinh - Chƣơng 2: Các thơng số biểu thức tính tốn tuyến thơng tin vệ tinh - Chƣơng 3: Thiết kế tính tốn mô tuyến thông tin vệ tinh x set (handles.edit25,'String','106.68'); set (handles.edit27,'String','26.84'); set (handles.edit38,'String','109.23'); set (handles.edit39,'String','13.77'); set (handles.edit60,'String','55'); function edit63_Callback (hObject, eventdata, handles) dkien = str2double (get (handles.edit63, 'String')); if (dkien>90 || dkien = 10) 60 set (handles.edit52,'String', 'Tuyen len dam bao yeu cau'); global fig_2; fig_2 = 1; else set (handles.edit52,'String', 'Tuyen len khong dam bao yeu cau'); fig_2 = 0; end function pushbutton7_Callback (hObject, eventdata, handles) set (handles.edit8,'String','36'); set (handles.edit11,'String','29'); set (handles.edit14,'String','5'); set (handles.edit29,'String','0.5'); set (handles.edit20,'String','56'); set (handles.edit23,'String','0.1'); set (handles.edit26,'String','3'); function pushbutton8_Callback (hObject, eventdata, handles) delete (FIGURE_2); FIGURE_1; function pushbutton9_Callback (hObject, eventdata, handles) delete (FIGURE_2); FIGURE_3; function pushbutton10_Callback (hObject, eventdata, handles) choice = questdlg ('Ban co muon thoat chuong trinh luc nay', 'Thoat chuong trinh?', 61 'Yes','No','No'); choice = questdlg ('Ban co muon thoat chuong trinh luc nay?', 'Thoat chuong trinh', 'Yes','No','No'); switch choice case 'Yes' close all; case 'No' end function figure1_CloseRequestFcn (hObject, eventdata, handles) choice = questdlg ('Ban co muon thoat chuong trinh luc nay?', 'Thoat chuong trinh', 'Yes','No','No'); switch choice case 'Yes' delete (hObject); case 'No' end 62 Phụ lục Thông tin đƣờng xuống function popupmenu1_Callback (hObject, eventdata, handles) condition = get (handles.popupmenu1,'Value') ; switch condition case set (handles.edit16,'string','4'); set (handles.edit10,'string','3'); otherwise set (handles.edit16,'string','12'); set (handles.edit10,'string','7'); end function edit16_Callback (hObject, eventdata, handles) condition = str2double (get (handles.edit16, 'String')); switch get (handles.popupmenu1,'Value') case if (condition8) msgbox ('Loi nhap tan so khong hop le o bang tan nay!', 'Loi','warn'); set (handles.edit16,'string',''); else end otherwise if (condition18) msgbox ('Loi nhap tan so khong hop le o bang tan nay!', 'Loi','warn'); set (handles.edit16,'string',''); else 63 end end function pushbutton5_Callback (hObject, eventdata, handles) delete (FIGURE_3); FIGURE_2; function pushbutton7_Callback (hObject, eventdata, handles) choice = questdlg ('Ban co muon thoat chuong trinh luc nay?', 'Thoat chuong trinh', 'Yes','No','No'); switch choice case 'Yes' delete (hObject); case 'No' end function pushbutton2_Callback (hObject, eventdata, handles) set (handles.edit19,'String',''); set (handles.edit25,'String',''); set (handles.edit13,'String',''); set (handles.edit4,'String',''); set (handles.edit7,'String',''); set (handles.edit10,'String',''); set (handles.edit54,'String',''); set (handles.edit44,'String',''); set (handles.edit43,'String',''); set (handles.edit42,'String',''); set (handles.edit45,'String',''); 64 set (handles.edit57,'String',''); function pushbutton3_Callback (hObject, eventdata, handles) global hs_c; fxuong = str2double (get (handles.edit16, 'String'));%tan so phat dk_an_thu = str2double (get (handles.edit25, 'String'));%duong kinh anten phat hs_anten = str2double (get (handles.edit4, 'String'))/100;%hieu suat hieu dung anten %tinh loi gte loi anten tram mat dat gre = 10*log10 (hs_anten)+20*log10 (dk_an_thu)+20*log10 (fxuong*10^9)+20*log10 (3.14)20*log10 (hs_c); % % sh_feeder = str2double (get (handles.edit13, 'String')); sh_khac = str2double (get (handles.edit10, 'String')); global kc_satel_thu; global kc_phat_satel; global sinbeta2; global k_bolz; bangtan_th = str2double (get (handles.edit19, 'String')); %tinh suy hao khong gian tu ltd_down = 20*log10 (4*3.14)+20*log10 (kc_satel_thu*10^3)+20*log10 (fxuong*10^9)-20*log10 (hs_c); %tinh suy hao thoi tiet based itu system report asia global vdo_at_thu; 65 if (vdo_at_thu=36) docao_mua_thu = 4- (0.075* (vdo_at_thu-36));%km end %km global hs_sh_mua;%dB/km global docao_ant_sea;%km %doan duong thuc te song di qua ls = (docao_mua_thu-docao_ant_sea)/sinbeta2;%km lm_down = hs_sh_mua*ls; %tinh suy hao cua tang doi luu hs_suyh_chatkhi = 0.02;%dB/km do_cao_tag_doi_luu = 11;%km ldoil = (do_cao_tag_doi_luu- docao_ant_sea)/sinbeta2; ldoil_down = ldoil*hs_suyh_chatkhi;%dB %tong suy hao tuyen xuong %gia thuyet lpc = 0.1;%dB suy hao lech phan cuc lbs = 0.9;%dB suy hao lech bup song % l_down = ltd_down+lm_down+ldoil_down+;%how to find detail the result % l_down = ltd_down+ (lm_down*ldoil_down)+lpc+lbs; l_down = ltd_down+sh_khac; % set (handles.edit44,'string',num2str (l_down)); % tinh cong suat song mang thu duoc tu ve tinh cua may thu global eirpsl; %gia thuyet 66 %G_rs = (G/T)s + 10logTu; % (G/T)s = 1dB/0K; % c_re = eirpsl-l_down+gre-sh_feeder; c_re = eirpsl-l_down+gre-sh_feeder; set (handles.edit54,'string',num2str (c_re)); %tinh nhiet tap am huong xuong (cua anten thu) %- nhiet tap am khong gian t_space = 2.76+50;%nhiet tap am vu tru + nhiet ta mat troi %- nhiet tap am mua t_xquh = 300;%do K suy_hao_mua_lm = 10^ (lm_down/10); t_m = (1.12*t_xquh)-50;%oK t_Mua = t_m* (1- (1/suy_hao_mua_lm)); %- nhiet tap am he thong feeder hs_sh_feeder = 10^ (sh_feeder/10); t_F = t_xquh* (hs_sh_feeder-1); %- nhiet tap am may thu %chon 70oK->300oK t_R = str2double (get (handles.edit7, 'String')); %- nhiet tap am he thong t_SYS = ( (t_Mua+t_space+t_F)/hs_sh_feeder)+ (t_R); %he so pham chat (g/t) hs_pc_matdatthu = gre- (10*log10 (t_SYS)); set (handles.edit57,'string',hs_pc_matdatthu); %cong suat tap am he thong n_SYS = 10*log10 (k_bolz)+10*log10 (t_SYS)+10*log10 (bangtan_th*10^6); 67 %tinh ty so cong suat song mang tren cong suat tap am C/Nu cn_down_rate = c_re-n_SYS;%dBs set (handles.edit43,'string',num2str (cn_down_rate)); %tinh ty so cong suat song mang tren mat cong suat tap am C/N0 N_0 = 10*log10 (k_bolz)+10*log10 (t_SYS); %do C = Prx cong suat song mang thu duoc tren ve tinh cn0_dow_rate = (c_re)- (N_0); set (handles.edit42,'string',num2str (cn0_dow_rate)); %tinh ty so Eb/N0 tuyen xuong global cn0_up_rate; global cn_up_rate; global tocdo; ebn0d = (cn0_dow_rate)-10*log10 (tocdo*10^6); set (handles.edit45,'string',num2str ( (ebn0d))); % danh gia toan tuyen check2 = str2double (get (handles.edit45, 'String')); global fig_2; if (check2>10) set (handles.edit61,'String', 'Tuyen xuong dam bao yeu cau'); if (fig_2 == 1) set (handles.edit62,'String', 'Toan tuyen dam bao yeu cau'); end else 68 set (handles.edit61,'String', 'Tuyen xuong khong dam bao yeu cau'); set (handles.edit62,'String', 'Toan tuyen khong dam bao yeu cau'); end function pushbutton4_Callback (hObject, eventdata, handles) set (handles.edit19,'String','36'); set (handles.edit25,'String','5'); set (handles.edit13,'String','0.5'); set (handles.edit4,'String','56'); set (handles.edit7,'String','360'); set (handles.edit10,'String','4'); function figure1_CloseRequestFcn (hObject, eventdata, handles) selection = questdlg ('Ban co muon thoat chuong trinh luc nay?', 'Thoat chuong trinh', 'Yes','No','Yes'); switch selection, case 'Yes', delete (hObject); case 'No' return end 69 ... Bài tốn thiết kế tuyến thông tin vệ tinh Vinasat với trạm mặt đất thu Vinh 3.3.1 Dự kiến quy mô mạng thông tin vệ tinh Vinh - Nghệ An Mạng thông tin Vinh - Nghệ An liên lạc với vệ tinh Vinasat. .. dịch vụ thông tin vệ tinh 36 3.3 Thiết kế tuyến thông tin vệ tinh Vinasat với trạm mặt đất thu Vinh 37 3.3.1 Dự kiến quy mô mạng thông tin vệ tinh Vinh - Nghệ An 37 3.3.2 Các thông. .. hiểu rõ hệ thống thơng tin vệ tinh tính tốn thơng số tác động lên tuyến liên lạc em lựa chọn đề tài ? ?Thiết kế tuyến thông tin vệ tinh Vinasat liên lạc với trạm mặt đất đặt Vinh? ?? làm đồ án tốt nghiệp