Nghiên cứu hệ thống thông tin vệ tinh

TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH Giảng viên hướng dẫn: ThS LÊ THỊ KIỀU NGA Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN THUẬN Đồ án tốt nghiệp Công nghệ IPTV giải pháp VNPT VINH - 2011 GVHD: KS Lê Thị Kiều Nga SVTH: Đinh Văn Thông BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Số hiệu sinh viên: Ngành: Khoá: Giảng viên hướng dẫn: Cán phản biện: Nội dung thiết kế tốt nghiệp: Nhận xét cán phản biện: Ngày tháng năm 2011 Cán phản biện ( Ký, ghi rõ họ tên) LỜI NÓI ĐẦU Chúng ta sống thời kỳ tiên tiến ngành công nghệ nhiều lĩnh vực khác Trong phát triển người kéo theo phát triển mạnh mẽ nghành công nghệ làm thay đổi sống cuả Dân số ngày tăng nhu cầu tăng lên, công nghệ nghành điện tử, công nghệ thông tin, loại thông tin truyền sóng vơ tuyến điện Viễn thơng vơ tuyến vào đời sống hàng ngày mà cảm nhận sống giới nhờ phương tiện internet, điện thoại quốc tê, phương tiện truyền hình… Thơng tin vệ tinh phương tiện ngày phổ biến đa dạng phủ sóng cho vùng rộng lớn , khả cung cấp loại dịch vụ đa dạng, vùng hải đảo xa xôi, biên giới vùng mà phương tiện khác khó triển khai để thơng tin kết nối thơng tin vệ tinh đáp ứng cầu trên, thông tin vệ tinh cung cấp đường thông tin dung lượng lớn thay thơng tin sóng ngắn Được hướng dẫn ThS Lê Thị Kiều Nga, em chọn đề tài “Nghiên cứu hệ thống thông tin vệ tinh” để làm đồ án tốt nghiệp cho Nội dung đồ án gồm bốn chương: Chƣơng I: Tổng quan thông tin vệ tinh Chƣơng II: Cấu trúc hệ thống thông tin vệ tinh Chƣơng III: Đa truy nhập thông tin vệ tinh Chƣơng IV: Thiết kế lượng đường truyền thông tin vệ tinh Thông tin vệ tinh lĩnh vực thời gian tìm hiểu chưa lâu nên đề tài nằm phạm vi tìm hiểu, kiến thức cịn hạn chế nên đề tài cịn nhiều thiếu sót mong thầy bạn bè đóng góp ý kiến để hoàn thiện Sinh viên thực Nguyễn Văn Thuận MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN VỆ TINH 1.1 Lịch sử phát triển thông tin vệ tinh 1.1.1 Nguyên lý thông tin vệ tinh 1.1.2 Các định luật kepler 1.2 Các đặc điển thông tin vệ tinh 12 1.3 Các quỹ đạo vệ tinh 14 1.4 Các thuật ngữ thông tin vệ tinh 18 1.5 Hệ thống thông tin vệ tinh 21 1.6 Đa truy nhập thông tin vệ tinh 22 1.7 Phân bố tần số thông tin vệ tinh 23 1.8 Các loại hình dịch vụ thông tin vệ tinh 26 CHƢƠNG II CẤU TRÚC HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH 28 2.1 Phần không gian 28 2.1.1 Nhiệm vụ đặc tính phân hệ thông tin vệ tinh 28 2.1.2 Bộ phát đáp 29 2.1.3 Anten thông tin vệ tinh 33 2.1.4 Các hệ thống trở 37 2.2 Phần mặt đất 41 2.2.1 Nhiệm vụ, chức trạm mặt đất 41 2.2.2 Cấu hình trạm mặt đất 42 2.2.3 Anten trạm mặt đất 42 2.2.4 Bám vệ tinh 47 2.2.5 Bộ khuếch đại công suất cao HPA 48 2.2.6 Bộ khuếch đại tạp âm thấp LNA 50 2.2.7 Bộ đổi tần 51 2.2.8 Kỹ thuật điều chế giải điều chế tín hiệu 51 CHƢƠNG III ĐA TRUY NHẬP TRONG THÔNG TIN VỆ TINH 54 3.1 Kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA 54 3.1.1 FDM/FM/FDMA 54 3.1.2 TDM/PSK/FDMA 55 3.1.3 SCPC/FDMA 55 3.2 Kĩ thuật đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA 55 3.3 Kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo mã 56 CHƢƠNG IV THIẾT KẾ NĂNG LƢỢNG ĐƢỜNG TRUYỀN THÔNG TIN VỆ TINH 59 4.1 Các tiêu chất lượng 59 4.2 Cơng suất tạp âm sóng mang 61 4.2.1 Công suất sóng mang 61 4.2.2 Công suất tạp âm 62 4.3 Tỷ số tín hiệu tạp âm 66 4.3.1 Tỷ số tín hiệu tạp âm đường lên 67 4.3.2 Tỷ số tín hiệu tạp âm đường xuống 70 4.3.3 Tỷ số tín hiệu tạp âm kết hợp đường lên đường xuống 71 4.3.4 Tỷ số tín hiệu tạp âm kết hợp tạp âm điều chế giao thoa 72 4.4 Ảnh hưởng mưa 73 4.4.1 Dự trữ pha đinh mưa đường lên 74 4.4.2 Dự trữ pha đinh mưa đường xuống 74 4.5 Dự trữ đường truyền viba số 75 4.6 Tính tốn độ sẵn sàng 76 4.6.1 Các tiêu sẵn sàng 76 4.6.2 Tính tốn độ sẵn sàng 76 KẾT LUẬN 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO 81 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Định luật kerler thứ 10 Hình 1.2 Định luật kepler thứ 11 Hình 1.3 Các dạng quỹ đạo vệ tinh 14 Hình 1.4 Quỹ đạo LEO MEO 15 Hình 1.5 Quỹ đạo địa tĩnh 16 Hình 1.6 Quỹ đạo elip 17 Hình 1.7 Độ cao cận điểm,viễn điểm,góc nghiêng,đường nối cực điểm 18 Hình 1.8 Các đạo đồng hướng ngược hướng 19 Hình 1.9 Agumen cận điểm góc lên nút lên 20 Hình 1.10 Đa truy nhập phân chia theo tần số 22 Hình 1.11 Đa truy nhập theo thời gian 23 Hình 1.12 Đa truy nhập phân chia theo mã 23 Hình 2.1 Cấu trúc hệ thống thông tin vệ tinh 28 Hình 2.2 Cấu hình phát đáp 30 Hình 2.3 Sơ đồ máy thu 30 Hình 2.4 Bộ phát đáp đầu vào 32 Hình 2.5 Phủ sóng bán cầu 34 Hình 2.6 Phủ sóng dấu 35 Hình 2.7 Vùng phủ sóng lưới 35 Hình 2.8 Phủ sóng vùng 35 Hình 2.9 Anten loa 36 Hình 2.10 Anten phản xạ 37 Hình 2.11 Cấu trúc vệ tinh thông tin 40 Hình 2.12 Cấu hình trạm mặt đất 42 Hình 2.13 Anten gương parabol 43 Hình 2.14 Anten Cassegrain 44 Hình 2.15 Tính chất phân cực sóng điện từ 46 Hình 2.16 Bộ HPA khuếch đại nhiều sóng mang 49 Hình 4.1 Các mục tiêu thiết kế 59 Hình 4.2 Phân loại nguồn tạp âm 62 Hình 4.3 Các tuyến nhiễu 65 Hình 4.4 Phân phối tạp âm 66 Hình 4.5 Thủ tục thiết kế tuyến có xét đến độ sẳn sàng mưa 77 Hình 4.6 Lắp đặt trạm mặt đất phân tập gian theo không gian 78 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Bảng thống kê băng tần ITU phân bổ 25 Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật TWTA SSPA 33 Bảng 2.2 Chức tính phân hệ 41 Bảng 2.3 So sánh loại anten 45 Bảng 2.4 So sánh khuếch đại công suất cao 49 Bảng 3.1 So sánh tính FDMA,TDMA,CDMA 57 Bảng 4.1 Các tiêu chất lượng thoại 60 DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt AM Amplitude Modulation Điều chế biên độ BER Bit Error Rate Tỷ số lỗi bít BO Back Off Độ lùi BSS Broadcast Sattelite Services Dịch vụ vệ tinh quảng bá CCIR Comite Consultatif International Uỷ ban tư vấn vô tuyến quốc des Radiocommunications tế Đa truy nhập phân chia theo CDMA Code Division Multiplex Access C/N Carrier to Noise Power Ratio Tỷ số sóng mang tạp âm DBS Direct Broadcast Sattelite Vệ tinh quảng bá trực tiếp D/C Down/Convertor Bộ biến đổi hạ tần DSI Digital Speech Interpolation Nội suy tiếng nói số DTH Direct To Home Trực tiếp đến nhà Eb/N0 Energy per Bit to Noise EIRP FCC FDM FDMA FSS GaAs-FET mã Tỷ số lượng bít mật độ tạp âm Equiralent Isotropic Radiated Công suất phát xạ đẳng Power hướng tương đương Federal Communication Ủy ban thông tin liên bang Comission Frequency Division Multiplex Ghép kênh phân chia theo tần số Frequency Division Multiplex Đa truy nhập phân chia theo Access tần số Fixed Satellite Services Dịch vụ vệ tinh cố định Gali-Arsenic Field Effect Tranzito trường loại bán dẫn Transistor hỗn tạp Gali-Arsenic Chú ý: tỷ số hệ số khuếch đại anten thu nhiệt độ tạp âm hệ thống độ nhạy máy thu 4.3.1 Tỷ số tín hiệu tạp âm đường lên - Công thức tổng quát Đường lên đường truyền vệ tinh đường phát từ trạm mặt đất lên vệ tinh Ta sử dụng phương trình cho đường lên với ký hiệu U(Uplink) để biểu thị cho đường lên Lúc phương trình viết lại C  G  sau:    EIRPU      LP U  k , dB Hz  T U  N0 U   (4.9) Trong phương trình giá trị sử dụng EIRP trạm mặt đất, tổn hao fiđơ máy thu vệ tinh hệ số phẩm chất trạm G/T Tổn hao không gian tự tổn hao khác phụ thuộc vào tần số tính theo tần số đường lên Kết tính tốn tỷ số C/N theo phương trình tỷ số máy thu vệ tinh Khi cần sử dụng tỷ số C/N tỷ số C/N ta sử dụng cơng thức sau: C  G  dB    EIRPU      LP U  k  B, Hz  T U  N U   (4.10) với B độ rộng băng tần tín hiệu coi độ rộng băng tần tạp âm BN - Mật độ thơng lượng bão hồ Trong phát đáp vệ tinh khuếch đại đèn sóng chạy TWTA bị bão hồ cơng suất đầu Mật độ thơng lượng cần thiết anten thu để tạo nên bão hoà TWTA gọi mật độ thơng lượng bão hồ, đại lượng quy định tính tốn quỹ đường truyền biết ta tính tốn cơng suất phát xạ đẳng hướng tương đương EIRP cần thiết trạm mặt đất Ta xét phương trình sau cho mật độ thơng lượng anten thu: 67 M  EIRP 4 r (4.11) Đây thơng lượng mà phát xạ đẳng hướng có cơng suất EIRP tạo đơn vị diện tích cách khoảng r Nếu tính dạng dB ta có:     4 r   M  EIRP  10lg  (4.12) Tổn hao không gian tự do:  2   4 r    FSL  10lg    10lg    10lg       4 r   4  (4.13)  2    10lg    FSL  10lg     r    4  (4.14) Hay: Thay vào phương trình ta được: M  2   EIRP  FSL  10lg    4  (4.15) Thành phần λ2/4л có kích thước diện tích, thực tế diện tích hiệu dụng anten đẳng hướng, ký hiệu A0:  2  A0  10 lg    4  (4.16) Vì thơng thường ta biết tần số khơng phải bước sóng nên ta viết lại phương trình theo tần số GHz sau: A0 = -(21,45 + 20lgf) (4.17) Kết hợp hai phương trình ta được: EIRP   M  A0  LP  FSL  dBw 68 (4.18) Phương trình rút sở có tổn hao khơng gian tự (FSL) nên xét đến tổn hao khác hấp thụ khí (AA), lệch phân cực (PL), lệch đồng chỉnh anten tổn hao đấu nối với fiđơ (RFL) ta viết lại sau: EIRP   M  A0  LP  RFL  dBw (4.19) với Lp = FSL + AA + PL +AML Đây phương trình cho điều kiện bầu trời quang xác định giá trị EIRP cực tiểu mà trạm mặt đất phải đảm bảo để tạo mật độ thông lượng cần thiết vệ tinh Thông thường mật độ thơng lượng bão hồ quy định, ta có: EIRPS ,U   S  A0   LP U  RFL  dBw (4.20) Trong S ký hiệu cho bão hồ - Độ lùi đầu vào Khi nhiều sóng mang đưa vào khuếch đại sử dụng đèn sóng chạy điểm cơng tác phải đặt lùi đến phần tuyến tính đặc tuyến truyền đạt để giảm ảnh hưởng nhiễu điều chế giao thoa Hoạt động nhiều sóng mang xảy kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA, lúc công suất phát xạ đẳng hướng tương đương EIRP trạm mặt đất phải giảm lượng gọi độ lùi BO (Back off): EIRPU  EIRPS  BOi (4.21) Trong EIRPS cơng suất phát xạ đẳng hướng tương đương trạm mặt đất điểm bão hoà Dù có điều khiển cơng suất vào cho khuếch đại phát đáp thông qua trạm TT&C mặt đất cần có độ lùi đầu vào cách giảm EIRP trạm mặt đất truy nhập phát đáp Từ phương trình ta có: 69 C  G dB     S  A0  BOi     k  RFL,  Hz  N T  D  D (4.22) - Bộ khuếch đại công suất cao Bộ khuếch đại công suất cao trạm mặt đất có nhiệm vụ cung cấp cơng suất cơng suất phát xạ cộng tổn hao fiđơ TFL Tổn hao TFL gồm tổn hao ống dẫn sóng, lọc, ghép nối đầu khuếch đại công suất với anten Công suất đầu khuếch đại theo dB: PHPA = EIRP – GT +TFL (4.23) Trạm mặt đất phải phát nhiều sóng mang đầu cần có độ lùi BOiHPA Bộ khuếch đại công suất cao trạm mặt đất phải thiết kế theo cơng suất bão hồ đầu ra: PHPA,S = PHPA + BOHPA (4.24) Nhưng HPA hoạt động mức công suất lùi để đảm bảo công suất đầu PHPA cần thiết Để đảm bảo làm việc điểm tương đối tuyến tính sử dụng khuếch đại công suất cao với mức bão hoà tương đối cao độ lùi cao Đối với trạm mặt đất có kích thước lớn tiêu thụ công suất cao đèn khuếch đại không gây phí tổn vệ tinh Chú ý độ lùi cần thiết trạm mặt đất hoàn toàn độc lập với yêu cầu độ lùi phát đáp vệ tinh, công suất trạm mặt đất phải đủ lớn để đản bảo độ dự trữ pha đinh 4.3.2 Tỷ số tín hiệu tạp âm đường xuống - Công thức tổng quát: Đường xuống đường phát từ vệ tinh xuống trạm mặt đất, tương tự với phương trình ta xét cho đường lên ta có:  C G dB    EIRPD      LP D  k , Hz  N D  T D D: Downlink 70  (4.25) Khi cần xác định tỷ số C/N ta có: C G    EIRP      LP D  k  B,  dB   N D  T D (4.26) với B độ rộng băng tần tín hiệu coi độ rộng băng tần tạp âm B N - Độ lùi đầu Ở ta sử dụng độ lùi đầu vào ta phải cho phép độ lùi đầu tương ứng EIRP vệ tinh Ta thấy độ lùi đầu không quan hệ tuyến tính với độ lùi đầu vào hình bên Ta chọn độ lùi đầu điểm đường cong có giá trị 5dB thấp phần tuyến tính ngoại suy Vì đoạn tuyến tính thay đổi theo tỷ lệ 1:1 dB nên độ lùi đầu BOo = BOi - 5dB Nếu EIRP điều kiện bão hồ ta có: EIRPD  EIRPS , D  BO0 (4.27) Lúc phương trình trở thành:  C  G    EIRPS , D  BO0      LP D  k dB Hz  T D  N0  D   (4.28) - Cơng suất đèn sóng chạy: Ta biết khuếch đại công suất vệ tinh thường khuếch đại đèn sóng chạy TWTA có nhiệm vụ cung cấp công suất phát xạ cộng với tổn hao fiđơ phát tổn hao ống dẫn sóng, lọc, ghép kênh đầu khuếch đại đèn sóng chạy với anten phát vệ tinh Cơng suất đầu khuếch đại đèn sóng chạy: PTWTA  EIRPD  GT ,D  TELD  dBw (4.29) Cơng suất bão hồ TWTA: PTWTA,S  PTWTA  BO0  dBw (4.30) 4.3.3 Tỷ số tín hiệu tạp âm kết hợp đường lên đường xuống Một kênh vệ tinh đầy đủ bao gồm đường lên đường xuống, tạp âm đưa vào đường lên đầu vào máy thu vệ tinh, ta ký hiệu 71 công suất tạp âm đơn vị độ rộng băng tần đường lên NU cơng suất sóng mang điểm CU, tỷ số sóng mang tạp âm đường lên CU/NU0 Cơng suất sóng mang cuối đường truyền vệ tinh ký hiệu C, cơng suất sóng mang thu đường xuống, G S lần cơng suất sóng mang đầu vào vệ tinh (GS hệ số khuếch đại công suất hệ thống từ đầu vào vệ tinh đến đầu vào trạm mặt đất bao gồm khuếch đại phát đáp anten phát, tốn hao đường xuống khuếch đại anten thu với tổn hao fiđơ) Tạp âm đầu vào vệ tinh xuất đầu vào trạm mặt đất nhân với GS, trạm mặt đất đưa vào tạp âm ND0, tạp âm cuối đường truyền GS.NU0 + ND0 Tỷ số tín hiệu tạp âm cho đường xuống không xét đến G S.NU0 C/ND0 C/N0 kết hợp máy thu mặt đất C/( GS.NU0 + ND0) Tỷ số tạp âm sóng mang đường lên (N0/C)U, đường xuống (N0/C)D, kết hợp N0/C Lúc ta có: N0 GS NU  ND0 GS N0 ND0    C C C C  GS N0 ND0  N0  N      0 GS CU C  C0 U  C  D (4.31) Như để nhận giá trị C/N0 kết hợp cần cộng giá trị đảo thành phần để nhận giá trị N0/C sau đảo lại giá trị nhận C/N0 Khi tỷ số C/N0 đoạn truyền nhỏ nhiều so với tỷ số khác tỷ số C/N0 kết hợp gần tỷ số thấp 4.3.4 Tỷ số tín hiệu tạp âm kết hợp tạp âm điều chế giao thoa Điều chế giao thoa xảy nhiều sóng mang qua thiết bị có đặc tính phi tuyến Trong hệ thống thông tin vệ tinh điều thường xảy khuếch đại cơng suất cao dùng đèn sóng chạy TWTA Thông thường 72 sản phẩm giao thoa bậc ba rơi vào tần số sóng mang lân cận chúng gây nhiễu Khi số sóng mang điều chế lớn ta phân biệt riêng rẽ sản phẩm giao thoa sản phẩm giống tạp âm nên gọi tạp âm giao thoa Tỷ số tín hiệu tạp âm giao thoa thường tính sở thực nghiệm số trường hợp xác định máy tính Khi ta biết tỷ số kết hợp với tỷ số sóng mang tạp âm nhiệt cách cộng đại lượng nghịch đảo chúng xét Ta ký hiệu tỷ số sóng mang tạp âm điều chế giao thoa (C/N0)IM ta có:  N0   N0   N0   N0   C    C   C   C     U  D   IM (4.32) để giảm tạp âm TWTA phải làm việc với độ lùi xét 4.4 Ảnh hƣởng mƣa Ở ta xét việc tính tốn với điều kiện trời quang tức ta chưa xét đến ảnh hưởng thời tiết lên cường độ tín hiệu Trong băng C băng Ku mưa nguyên nhân gây pha đinh, mưa làm yếu sóng điện tử tán xạ hấp thụ chúng Khi tần số tăng suy hao mưa lớn Suy hao mưa cộng với việc tạo tạp âm ảnh hưởng xấu đến chất lượng đường truyền Vì mưa qua khí nên hạt mưa thường có dạng dẹt hình elip, sóng điện từ có phân cực định qua giọt mưa, thành phần trường song song với trục giọt mưa bị tác động khác với thành phần song song với trục phụ giọt mưa Điều gây lệch phân cực sóng làm cho sóng trở nên phân cực elip Khi anten trạm mặt đất sử dụng vỏ che ta cần xác định ảnh hưởng mưa lên vỏ che Mưa rơi vỏ che hình bán cầu tạo thành lớp nước có độ dày không đổi, lớp gây nên tổn hao hấp thụ phản xạ sóng Thực nghiệm cho thấy với lớp nước dày 1mm suy hao khoảng 14dB ta khơng nên sử 73 dụng vỏ che cho anten khơng có vỏ che nước tụ lại phản xạ gây tổn hao không lớn tổn hao có vỏ che gây 4.4.1 Dự trữ pha đinh mưa đường lên Mưa làm suy hao tín hiệu, tăng mật độ tạp âm giảm tỷ số C/N Tăng tạp âm khơng yếu tố đường lên anten vệ tinh hướng đến mặt đất làm nóng mặt đất bổ sung nhiệt độ tạp âm đến máy thu vệ tinh dẫn đến che lấp ảnh hưởng tăng tạp âm suy hao mưa gây Điều quan trọng phải trì cơng suất sóng đường lên giới hạn số chế độ hoạt động cần sử dụng điều khiển công suất đường lên để bù trừ pha định mưa Công suất phát vệ tinh phải giám sát trạm điều khiển trung tâm hay trạm mặt đất công suất phát từ trạm mặt đất điều khiển tăng để bù trừ pha đinh Tức khuếch đại cơng suất cao trạm mặt đất phải có đủ dự trữ công suất để đáp ứng yêu cầu dự trữ pha đinh 4.4.2 Dự trữ pha đinh mưa đường xuống Mưa đưa thêm vào suy hao hấp thụ tán xạ, suy hao hấp thụ đưa vào tạp âm Giả sử LR suy hao dB hấp thụ gây ra, tỷ lệ tổn hao công suất tương ứng trường hợp LR = 10(Lr)/10 Nếu xem ảnh hưởng mạng tổn hao sử dụng phương trình ta có nhiệt độ tạp âm mưa sau: TR,in   LR  1 Tg (4.33) với Tg nhiệt độ hấp thụ biểu kiến Nhiệt độ đầu ra:  TR  1   LR   Tg  (4.34) Nhiệt độ tạp âm bầu trời tổng nhiệt độ tạp âm trời quang với nhiệt độ tạp âm mưa: 74 T  TCS  TR (4.35) Như mưa làm giảm tỷ số C/N0 cách giảm công suất sóng mang tăng nhiệt độ tạp âm bầu trời Mối quan hệ tỷ số C/N trời mưa trời quang: Tg N N   L  L     R R     Ts ,CS  C  R  C CS     (4.36) Trong đó: R ký hiệu cho trời mưa (Rain) CS ký hiệu cho trời quang S,CS ký hiệu cho nhiệt độ tạp âm hệ thống trời quang Đối với tần số thấp 6/4GHz tốc độ mưa 1mm/h suy hao mưa hồn tồn mang tính hấp thụ Tại tốc độ mưa cao, tán xạ trở nên đáng kể tần số cao Khi tán xạ hấp thụ đáng kể cần sử dụng tổng suy hao để tính tốn giảm cơng suất sóng mang suy hao hấp thụ để tính tăng nhiệt độ tạp âm Đối với tín hiệu số tỷ số C/N xác định theo tỷ lệ lỗi bít BER cho phép khơng vượt q số phần trăm thời gian quy định Đối với đường xuống người sử dụng không điều khiển công suất phát xạ đẳng hướng tương đương EIRP vệ tinh khơng thể sử dụng điều khiển công suất đường lên Để đảm bảo dự trữ pha đinh cần thiết tăng hệ số khuếch đại anten thu cách sử dụng chảo phản xạ lớn sử dụng tiền khuếch đại có cơng suất tạp âm thấp 4.5 Dự trữ đƣờng truyền viba số Việc phân tích quỹ đường truyền cho phép cân đối tổn hao độ lợi cơng suất q trình truyền dẫn để đưa lượng dự trữ công suất cần thiết đảm bảo truyền dẫn điều kiện pha đinh mà đảm bảo chất lượng truyền dẫn yêu cầu Lượng công suất dự trữ gọi dự trữ đường truyền hay dự trữ pha đinh xác định: 75 E  M  b   N0 r E    b   dB   N req (4.37) Trong đó: M độ dự trữ đường truyền hay pha đinh  Eb     N r tỷ số lượng bit mật độ công suất tạp âm thu  Eb    tỷ số lượng bit mật độ công suất tạp âm yêu cầu  N  req Vì tín hiệu thu hữu ích sóng mang điều chế nên tỷ số sóng mang tạp âm C/N tỷ số SNR[4] 4.6 Tính tốn độ sẵn sàng 4.6.1 Các tiêu sẵn sàng Một tuyến thông tin vệ tinh cố định thiết lập đầu cuối tuyến chuẩn giả định đường số chuẩn giả định phải xem không sẵn sàng nhiều điều kiện sau tồn số đầu cuối thu tuyến lâu 10s liên tiếp:Ở truyền dẫn tương tự , tín hiệu mong muốn đưa vào tuyến thu đầu cuối khác mức nhỏ 10dB mức mong muốn - Ở tuyến truyền dẫn số tín hiệu bị ngắt tức đồng khung định thời khung.Ở truyền dẫn tương tự kênh thoại công suất tạp âm không số mức khơng tương thời gian thích hợp 5ms, vượt 106 pwo.Trong truyền dẫn số tỷ lệ lỗi bít BER vượt 10-3 Độ sẵn sàng đường truyền định nghĩa phải lớn 99,8% năm xét đến giai đoạn đo thiết bị 4.6.2 Tính tốn độ sẵn sàng Chất lượng tuyến định khả không sẵn sàng hệ thống, yếu tố không sẵn sàng tác động tới hệ thống có mưa, nhiễu mặt trời cố thiết bị Trong đó, độ khơng sẵn sàng mưa ảnh hưởng lớn tới hệ thống ta xét 76 Quyết định độ không sẵn sàng cho phép Tốc độ mưa cho phép Xác định tiêu phần thiết bị trạm mặt đất C/N mưa Quan hệ xác suất mưa tốc độ mưa Suy hao tín hiệu, tăng nhiễu tạp âm Hình 4.5 Thủ tục thiết kế tuyến có xét đến độ sẳn sàng mưa Khi sử dụng tần số lớn 10GHz hệ thống thông tin vệ tinh , chất lượng tuyến định khả không sẵn sàng mưa BER thông thường (số) S/N (tương tự) Vì thiết kế tuyến sử dụng tần số lớn 10GHz phải xác định khả không sẵn sàng thể cho phép để xác định tiêu kỹ thuật trạm mặt đất Ta cần phải xét đến lượng tăng tạp âm bầu trời nhiễu khử phân cực mưa không suy hao công suất thu hình Để thiết kế trạm mặt đất có tính kinh tế ta phải chấp nhận mức độ khơng sẵn sàng tuỳ thuộc vào dịch vụ thơng tin, phải tối thiểu hố khả khơng sẵn sàng Đối với dịch vụ thông tin ta cần thiết lập hai nhiều trạm mặt đất tốt dùng anten lớn để làm tăng đầu Các trạm mặt đất đặt cách vài chục km nối với tuyến thông tin mặt đất Bằng cách ta khắc phục ảnh hưởng thông tin mưa cục Ta có độ khơng sẵn sàng: Độ khơng sẵn sàng = độ không sẵn sàng trạm x tương quan mưa + (độ không sẵn sàng trạm)2 Xét với nhiễu mặt trời cần tính đến độ không sẵn sàng vài phút ngày, hai ba ngày vào lúc thu phân xuân phân Có thể thay 77 đổi thời gian khơng sẵn sàng nhiễu mặt trời cách sử dụng anten có hướng khơng thể tránh cho tất trạm mặt đất[2] Phân tập không gian Mƣa Trạm mặt đất phát A Trạm mặt đất thu A Trạm mặt đất thu B Tuyến thông tin mặt đất Hình 4.6 Lắp đặt trạm mặt đất phân tập gian theo không gian Nhận xét Chương xét vấn đề liên quan đến việc thiết kế lượng đường truyền Đầu tiên ta xét đến tiêu chất lượng thoại Công suất tạp âm sóng mang cơng suất thu yếu tố quan trọng việc xác định chất lượng tuyến, công suất phát xạ đẳng hướng tương đương EIRP để biểu thị khả phương tiện truyền dẫn thông tin vệ tinh tiếp đến cơng suất tạp âm nhiễu nói bốn cách tuyến tuyến thơng tin vệ tinh nhiễu với Trong số này, nhiễu lớn xẩy tuyến viba mặt đất trạm mặt đất Còn nhiễu từ tuyến viba mặt đất đến hệ thống vệ tinh không đáng kể Chương xét đến dạng tổn hao đường truyền khác tổn hao không gian tự do, tổn hao khí quyển, tổn hao mưa Chất lượng đường truyền đánh giá xác suất lỗi bít hay cịn gọi tỷ số lỗi bít BER BER có quan hệ đơn trị với tỷ số tín hiệu tạp âm SNR chất lượng đường truyền thường đánh giá SNR Khi thiết kế đường 78 truyền vệ tinh người thiết kế cho trước BER, SNR yêu cầu tương đương Ngoài người thiết kế cần lựa chọn thông số kênh vệ tinh công suất máy phát trạm mặt đất, khuếch đại anten thu, phát cho trước khoảng cách từ trạm mặt đất đến phát đáp vệ tinh hệ số tạp âm để bảo đảm chất lượng yêu cầu Các công thức để thiết kể đường truyền thơng tin vệ tinh dựa vào tính tốn tỷ số tín hiệu thi mật độ phổ công suất tạp âm Chương đưa tất công thức cho việc thiết kế đường truyền vệ tinh, cuối tính tốn độ sẳn sàng: Chất lượng tuyến định khả không sẵn sàng hệ thống, yếu tố không sẵn sàng tác động tới hệ thống có mưa, nhiễu mặt trời cố thiết bị Trong đó, độ không sẵn sàng mưa ảnh hưởng lớn tới hệ thống 79 KẾT LUẬN Sau thời gian tìm hiểu nghiên cứu thông tin vệ tinh từ đưa cách nhìn tổng quan quỹ đạo bay, cấu trúc hệ thống thông tin kỹ thuật đa truy nhập tính tốn lượng đường truyền Vệ tinh Vinasat-1 cuả Việt Nam tạo bước ngoặc lớn trình đại hóa hệ thống mạng truyền thơng nước Trước sử dụng hệ thống cáp đồng, cáp quang sóng vi ba Truyền dẫn vệ tinh đưa vào ứng dụng thuê nước ngồi chi phía cao Khi Vinasat-1 đưa vào sử dụng cung cấp đường truyền vệ tinh cho tổ chức, doanh nghiệp phát triển dịch vụ ứng dụng dịch vụ thoại, thông tin di động, truyền số liệu, internet băng rộng, dịch vụ đào tạo khám chữa bệnh từ xa, liên lạc khẩm cấp đặc biệt dịch vụ truyền hình đến hộ gia đình (DTH)… Vì khả kiến thức thân nhiều hạn chế nên sau thời gian tìm hiểu, nội dung mà em đưa đồ án chưa thật đầy đủ cịn nhiều thiếu sót Vì em mong nhận ý kiến đóng góp thầy giáo bạn sinh viên để giúp em hoàn thiện mặt kiến thức đồ án Cuối em xin chân thành cảm ơn quan tâm giúp đỡ thầy cô giáo khoa, tạo điều kiện tốt để em hồn thành đồ án Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới cô giáo hướng dẫn Thạc sỹ Lê Thị Kiều Nga giúp đỡ em suốt thời gian làm đồ án Một lần em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực Nguyễn Văn Thuận 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Thông tin vệ tinh địa tĩnh, Trường đại học Công Nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội [2] Nguyễn Đình Lương dịch, Thơng tin vệ tinh,Nhà xuất khoa học Kỹ Thuật, 1997 [3] Nguyễn Trung Tấn, Bài giảng Thông tin vệ tinh, Trung tâm Kỹ thuật viễn thông [4] Nguyễn Phạm Anh Dũng, Thông tin vệ tinh, Học viện Cơng nghệ Bưu viễn thơng, 2007 81 ... vệ tinh nhân tạo sử dụng cho thông tin vệ tinh gọi vệ tinh thông tin Do vệ tinh chuyển động khác quan sát từ mặt đất, phụ thuộc vào quỹ đạo bay vệ tinh, vệ tinh phân vệ tinh quỹ đạo thấp vệ tinh. .. đạo vệ tinh 14 1.4 Các thuật ngữ thông tin vệ tinh 18 1.5 Hệ thống thông tin vệ tinh 21 1.6 Đa truy nhập thông tin vệ tinh 22 1.7 Phân bố tần số thông tin vệ tinh. .. cầu hệ thống Globalstar cần 48 vệ tinh vệ tinh dự phịng, vệ tinh thơng tin bay quỹ đạo tròn cách mặt đất 1410 kim,nghiêng 52 độ, vệ tinh bay mặt phẳng quỹ đạo, mặt phẳng có vệ tinh , chu kỳ vệ tinh