BÁO CÁO MÔN: CÁC MẠNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ ĐƯỜNG TRUYỀN VỆ TINH Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Viết Minh Nhóm : 8 Sinh viên thực hiện : Nguyễn Thị Đông B17DCVT068 Nguyễn Văn Nam B17DCVT249 Nguyễn Hùng Tráng B17DCVT369 Hà Nội, năm 2021 Nhóm 8 – Thiết kế đường truyền vệ tinh GVHD: Thầy Nguyễn Viết Minh MỤC LỤC MỤC LỤC.........................................................................................................................1 DANH MỤC HÌNH ẢNH.................................................................................................2 DANH MỤC BẢNG.........................................................................................................2 BẢNG PHÂN CÔNG CÔNG VIỆC.................................................................................3 DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT..........................................................................4 4.7. Thiết kế cho CNR cụ thể: Kết hợp các giá trị CNR và C/I trong các đường truyền vệ tinh................................................................................................................................6 4.7.1 Tỷ số tín hiệu trên tạp âm kết hợp đường lên và đường xuống.........................6 4.7.2 Tổng thể (CNR)o với suy hao đường lên và đường xuống................................7 4.7.3 Suy hao đường lên và đường xuống khi có mưa...............................................8 4.7.3.1 Suy hao đường lên và (CNR)up.................................................................8 4.7.3.2 Suy hao đường xuống và (CNR)dn...........................................................8 4.8. Thiết kế hệ thống cho hiệu suất cụ thể.......................................................................9 4.8.1 Quy trình thiết kế đường truyền truyền thông qua vệ tinh................................9 4.8.1.1 Thiết kế đường lên băng tần Ku.............................................................10 4.8.1.2 Thiết kế đường xuống băng tần Ku........................................................11 4.8.1.3 Ảnh hưởng của mưa tại băng tần Ku: Đường lên..................................13 4.8.1.4 Suy hao đường xuống và tăng tạp âm bầu trời.......................................13 4.8.1.5 Tóm tắt về hiệu suất đường truyền Băng tần Ku...................................14 4.8.2 Đường truyền đến: Thiết bị đầu cuối di động đến trạm đầu vào.....................19 4.8.3 Thiết bị đầu cuối di động đến đường truyền vệ tinh........................................19 4.8.4 Vệ tinh đến đường xuống trạm đầu vào...........................................................20 4.8.5 Liên kết ngoài..................................................................................................21 4.8.6 Hiệu suất hệ thống...........................................................................................23 4.8.7 Suy hao mưa tại băng tần Ku...........................................................................23 4.8.8 Sự tắc nghẽn đường dẫn ở dải L......................................................................25 4.8.9 Tóm tắt về hiệu suất hệ thống PCS di động băng tần L...................................25 4.9. Tóm tắt......................................................................................................................26 Bài tập..............................................................................................................................27
HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG KHOA VIỄN THÔNG BÁO CÁO MÔN: CÁC MẠNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ ĐƯỜNG TRUYỀN VỆ TINH Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Viết Minh Nhóm : Sinh viên thực : Nguyễn Thị Đông B17DCVT068 Nguyễn Văn Nam B17DCVT249 Nguyễn Hùng Tráng B17DCVT369 Hà Nội, năm 2021 Nhóm – Thiết kế đường truyền vệ tinh GVHD: Thầy Nguyễn Viết Minh MỤC LỤC MỤC LỤC .1 DANH MỤC HÌNH ẢNH .2 DANH MỤC BẢNG .2 BẢNG PHÂN CÔNG CÔNG VIỆC .3 DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 4.7 Thiết kế cho CNR cụ thể: Kết hợp giá trị CNR C/I đường truyền vệ tinh 4.7.1 Tỷ số tín hiệu tạp âm kết hợp đường lên đường xuống .6 4.7.2 Tổng thể (CNR)o với suy hao đường lên đường xuống 4.7.3 Suy hao đường lên đường xuống có mưa .8 4.7.3.1 Suy hao đường lên (CNR)up .8 4.7.3.2 Suy hao đường xuống (CNR)dn 4.8 Thiết kế hệ thống cho hiệu suất cụ thể .9 4.8.1 Quy trình thiết kế đường truyền truyền thông qua vệ tinh 4.8.1.1 Thiết kế đường lên băng tần Ku 10 4.8.1.2 Thiết kế đường xuống băng tần Ku 11 4.8.1.3 Ảnh hưởng mưa băng tần Ku: Đường lên 13 4.8.1.4 Suy hao đường xuống tăng tạp âm bầu trời .13 4.8.1.5 Tóm tắt hiệu suất đường truyền Băng tần Ku 14 4.8.2 Đường truyền đến: Thiết bị đầu cuối di động đến trạm đầu vào 19 4.8.3 Thiết bị đầu cuối di động đến đường truyền vệ tinh 19 4.8.4 Vệ tinh đến đường xuống trạm đầu vào 20 4.8.5 Liên kết 21 4.8.6 Hiệu suất hệ thống 23 4.8.7 Suy hao mưa băng tần Ku 23 4.8.8 Sự tắc nghẽn đường dẫn dải L 25 4.8.9 Tóm tắt hiệu suất hệ thống PCS di động băng tần L 25 4.9 Tóm tắt 26 Bài tập 27 Nhóm – Thiết kế đường truyền vệ tinh GVHD: Thầy Nguyễn Viết Minh DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 4.14 Hình minh họa hệ thống phân phối video cung cấp tín hiệu truyền hình cáp qua vệ tinh GEO Việc phân phối chương trình truyền hình qua vệ tinh tới hệ thống truyền hình cáp sử dụng rộng rãi trạm mặt đất đường lên vệ tinh GEO gửi hàng trăm kênh truyền hình đến hệ thống truyền hình cáp tồn lục địa 10 Hình 4.15 Hình minh họa hệ thống điện thoại vệ tinh sử dụng vệ tinh quỹ đạo trái đất thấp với nhiều chùm đường lên đường xuống PSTN: Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng .15 DANH MỤC BẢNG Bảng 4.8a Đặc điểm kỹ thuật vệ tinh trạm mặt đất 11 Bảng 4.8b Các yếu tố suy giảm lan truyền mưa 11 Bảng 4.8c Quỹ đường truyền cơng suất sóng mang đường lên cơng suất nhiễu 12 Bảng 4.8d Quỹ đường truyền CNR đường xuống 12 Bảng 4.9a Các thông số hệ thống liên lạc cá nhân vệ tinh LEO .17 Bảng 4.9b Ngân sách CNR đầu vào đường lên Thiết bị đầu cuối di động đến vệ tinh 20 Bảng 4.9c Quỹ CNR đường xuống nước Vệ tinh đến trạm đầu vào 21 Bảng 4.9d Quỹ đường truyền CNR đường lên Trạm đầu vào đến vệ tinh 22 Bảng 4.9e Quỹ CNR đường xuống Từ vệ tinh đến thiết bị đầu cuối di động 22 Nhóm – Thiết kế đường truyền vệ tinh GVHD: Thầy Nguyễn Viết Minh BẢNG PHÂN CÔNG CÔNG VIỆC STT NỘI DUNG DỊCH SINH VIÊN THỰC HIỆN CÔNG VIỆC 4.7- 4.8.1.1 ( Trang 163-170) Nguyễn Văn Tráng Powerpoint 4.8.1.2 – 4.8.1.5 (Trang 171 -179) Nguyễn Văn Nam Word 4.8.2 - 4.9( Trang 180 -192) Nguyễn Thị Đơng Thuyết trình Nhóm – Thiết kế đường truyền vệ tinh GVHD: Thầy Nguyễn Viết Minh DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT B BER Bit Error Rate Tỷ lệ lỗi bit C CCI CINR Co-Channel Interference Carrier to Interference +Noise Ratio CTC Convolutional Turbo Code Nhiễu đồng kênh Tỉ số sóng mang nhiễu cộng tạp âm Mã turbo xoắn D DBS DBS-TV Direct Broadcast Satellite Direct Broadcast Satellite Television Digital Video Broadcasting Downlink Demand assignment multiple access Vệ tinh quảng bá trực tiếp Truyền hình vệ tinh phát trực tiếp Quảng bá video số Đường xuống Yêu cầu chuyển nhượng quyền truy cập nhiều Equivalent Isotropic Radiated Power Earth Station Công suất xạ đẳng hướng tương đương Trạm mặt đất FEC FEC Frequency Division Multiple Access Forward Error Corection Frame Equivalence Class Đa truy nhập phân chia theo tần số Hiệu chỉnh lỗi trước Loại tương đương để chuyển tiếp G GEO Geostationary Earth Orbit Quỹ đạo địa tĩnh H HPA HEO High Power Amplifier Highly Elliptical Orbit Bộ khuếch đại công suất Quỹ đạo elip cao ISI ISL International Telecommunications Satellite Organization Inter-Symbol Interference Intersatellite link Tổ chức vệ tinh quốc tế thông tin Nhiễu ký hiệu Đường truyền vệ tinh L LEO LNA Low Earth Orbit Low Noise Amplifier Quỹ đạo Trái Đất tầm thấp Bộ khuếch đại tạp âm nhỏ M MEO MPEG Medium Earth Orbit Moving Picture Experts Group Quỹ đạo Trái Đất tầm trung Nhóm chun gia hình ảnh động DVB DL DAMA E EIRP ES F FDMA I INTELSAT Nhóm – Thiết kế đường truyền vệ tinh GVHD: Thầy Nguyễn Viết Minh MS Mobile Station Trạm di động Q QPSK Quadrature Phase Shilf Keying Khóa dịch pha vng góc P PSTN PSK Public Switched Telephone Network Phase Shilf Keying Mạng chuyển mạch cơng cộng Khóa dịch pha S SNR SMS SCPC Signal to Noise Service Short Message Service Single Channel per Carrier Tỷ số tín hiệu tạp âm Dịch vụ tin ngắn Một kênh sóng mang T TDD Time Division Duplex TDM TDMA Time Division Multiplexing Time Division Multiplexing Access Ghép song công phân chia theo thời gian Ghép kênh phân chia thời gian Đa truy nhập phân chia theo thời gian U UE UL UHF UPC User Equipment Uplink Ultra High Frequency Universal Product Code Thiết bị người sử dụng Đường lên Tần số sóng siêu cao Mã sản phẩm chung V VHF Very High Frequency Tần số sóng cao Nhóm – Thiết kế đường truyền vệ tinh GVHD: Thầy Nguyễn Viết Minh THIẾT KẾ ĐƯỜNG TRUYỀN VỆ TINH 4.7 Thiết kế cho CNR cụ thể: Kết hợp giá trị CNR C/I đường truyền vệ tinh BER SNR kênh băng gốc máy thu trạm mặt đất xác định tỷ số công suất sóng mang cơng suất nhiễu khuếch đại IF đầu vào giải điều chế Tạp âm có khuếch đại IF đến từ nhiều nguồn Cho đến nay, phân tích chúng tơi đường lên đường xuống, xem xét tạp âm nhiệt máy thu tạp âm khí khí mưa phát theo đường nghiêng Khi đường truyền vệ tinh hoàn chỉnh thiết kế, tạp âm khuếch đại IF trạm mặt đất có đóng góp từ máy thu, ăng ten thu, tạp âm bầu trời, phát đáp vệ tinh mà từ nhận tín hiệu nhiễu từ vệ tinh lân cận máy phát mặt đất chia sẻ dải tần 4.7.1 Tỷ số tín hiệu tạp âm kết hợp đường lên đường xuống Khi có nhiều CNR liên kết, thêm CNR cụ thể cách tương hỗ để có CNR tổng thể, mà ký hiệu (CNR) o Tổng thể (CNR)o giá trị đo trạm mặt đất đầu khuếch đại IF lọc SRRC, đưa bởi: (4.42) 1 (CNR)o = + + +… ( CNR )1 ( CNR )2 ( CNR )3 Điều gọi công thức CNR đối ứng Giá trị CNR phải tỷ lệ tuyến tính, KHƠNG phải giá trị decibel Vì cơng suất nhiễu CNR riêng lẻ tham chiếu đến cơng suất sóng mang thời điểm đó, nên tất giá trị C phương trình (4.42) Mở rộng cơng thức cách nhân chéo cho tổng thể (CNR) o dạng tỷ lệ cơng suất, khơng tính decibel: (4.43) (CNR)o = 1/ (N1/C + N2/C + N3/C + …) = C/ (N1 + N2 + N3 + …) Theo đơn vị decibel: (4.44) (CNR)o = C dBW – 10 log10 (N1 + N2 + N3 + W) dB Lưu ý (CNR)dn đo trạm mặt đất thu Vệ tinh truyền nhiễu tín hiệu, phép đo CNR máy thu mang lại kết (CNR) o, kết hợp phát đáp CNR trạm mặt đất Để tính tốn hiệu suất đường truyền vệ tinh, phải xác định tỷ lệ (CNR)up đường lên phát đáp (CNR)dn đường xuống máy thu trạm mặt đất Chúng ta phải xem xét liệu có tượng nhiễu máy thu vệ tinh hay máy thu trạm mặt đất hay không Một trường hợp quan trọng phát đáp vận hành chế độ FDMA sản phẩm xuyên điều chế (IM) tạo đặc tính đầu vàođầu phi tuyến tính phát đáp Nếu mức cơng suất IM phát đáp biết, giá trị C/I tìm thấy đưa vào tính tốn tỷ lệ (CNR)o Có khả gây nhiễu từ vệ tinh lân cận sử dụng ăng-ten thu nhỏ, với máy thu VSAT DBS-TV Xem Chương để biết thêm chi tiết xuyên điều chế FDMA Vì giá trị CNR thường tính tốn từ quỹ cơng suất tạp âm , giá trị chúng thường tính decibel Có số quy tắc ngón tay hữu ích để ước tính (CNR) o từ hai giá trị CNR: + Nếu giá trị CNR nhau, (CNR)o thấp dB so với hai giá trị + Nếu giá trị CNR nhỏ 10 dB so với giá trị kia, (CNR) o thấp 0,4 dB so với giá trị CNR nhỏ + Nếu giá trị CNR lớn giá trị CNR khác từ 20 dB trở lên, tổng thể (CNR) o giá trị nhỏ hai giá trị CNR độ xác phép tính decibel (± 0,1 dB) Nhóm – Thiết kế đường truyền vệ tinh GVHD: Thầy Nguyễn Viết Minh Ví dụ 4.10 Tạp âm nhiệt máy thu trạm mặt đất dẫn đến tỷ lệ (CNR) dn 20,0 dB Tín hiệu nhận từ phát đáp đường ống uốn cong với (CNR)up = 20,0 dB a Giá trị tổng thể ( CNR )0 trạm mặt đất bao nhiêu? b Nếu phát đáp đưa vào sản phẩm xuyên điều chế với tỷ số sóng mang nhiễu C / I = 24 dB, tổng thể ( CNR )0 trạm mặt đất thu bao nhiêu? Câu trả lời a Sử dụng Eq (4,42) lưu ý (CNR)up = 20,0 dB tương ứng với tỷ lệ CNR 100 1 ( CNR )0= + = [ 0,01+0,01 ] = 50 = 17dB ( CNR )up ( CNR )ⅆn b Giá trị xuyên điều chế (C / I) 24,0 dB tương ứng với tỷ lệ 250 Giá trị tổng thể (CNR) O diện nhiễu ( CNR )0= = 41,7 = 16,2 dB ( 0,01+ 0,01+0,004 ) 4.7.2 Tổng thể (CNR)o với suy hao đường lên đường xuống Hầu hết đường truyền vệ tinh thiết kế với biên đường truyền phép suy hao xảy đường truyền tăng cơng suất nhiễu nhiễu Giao thoa thường coi thể tạp âm trắng, tín hiệu gây nhiễu thực có phân bố phổ cơng suất đồng hay thống kê Gaussian Khi giao thoa có đặc điểm biết, chẳng hạn đồng kênh khử phân cực tín hiệu gây nhiễu phù hợp, kỹ thuật loại bỏ sử dụng để giảm mức độ nhiễu Không thể hủy bỏ tượng nhiễu tạp âm Ảnh hưởng thay đổi CNR đường lên có tác động khác đến tổng thể (CNR) o tùy thuộc vào chế độ hoạt động độ lợi phát đáp Có ba loại phát đáp khác chế độ hoạt động: Bộ phát đáp tuyến tính: Pout = Pin + Gxp dBW Bộ phát đáp phi tuyến tính: Pout = Pin + Gxp - ΔG dBW Bộ phát đáp tái tạo: Pout = số dBW Pin cơng suất ăng-ten thu vệ tinh phân phối tới đầu vào phát đáp, P out công suất phát đáp HPA phân phối tới đầu vào ăng-ten phát vệ tinh, G xp độ lợi tuyến tính phát đáp tất tham số đơn vị decibel Tham số ΔG phụ thuộc vào Pin tỷ lệ với suy hao độ lợi gây đặc tính bão hịa phi tuyến tính phát đáp, điều khó đạt gần với cơng suất đầu tối đa nó, độ lợi giảm hiệu mức công suất đầu vào tăng lên (Xem Chương để biết thảo luận chi tiết hiệu ứng xuyên điều chế tính phi tuyến tính phát đáp.) Công suất đầu tối đa từ phát đáp gọi cơng suất đầu bão hịa tỷ lệ đầu công suất phát đáp danh định Đặc tính đầu vào đầu phát đáp phi tuyến tính hoạt động mức công suất đầu Khi phát đáp vận hành gần với mức công suất đầu bão hịa nó, dạng sóng kỹ thuật số bị thay đổi, dẫn đến giao thoa ký hiệu (ISI) hoạt động FDMA dẫn đến việc tạo sản phẩm xuyên điều chế cách nhân tín hiệu riêng lẻ Bộ phát đáp thường vận hành với độ lùi đầu ra, để làm cho đặc tính gần tuyến tính Giá trị thực độ lùi đầu xác yêu cầu ứng dụng định phụ thuộc vào đặc tính cụ thể phát đáp tín hiệu mà mang theo Các giá trị điển hình độ lùi đầu dB sóng mang PSK đến dB hoạt động FDMA với số sóng mang Các giá trị độ lùi đầu vào tương ứng dB, đặc tính phát đáp riêng lẻ phải biết để đưa đánh giá xác Để thuận tiện văn này, thường giả định hoạt động phát đáp tuyến tính tính tốn tỷ lệ tổng thể ( CNR )0, điều không, thực tế, trường hợp Các vệ tinh xử lý bo mạch có phát đáp tái tạo tín hiệu đường lên để truyền đường xuống có cơng suất phát khơng đổi Tỷ lệ lỗi bit phát đáp (được tính Nhóm – Thiết kế đường truyền vệ tinh GVHD: Thầy Nguyễn Viết Minh từ (CNR)up) trạm mặt đất (được tính từ (CNR)dn) cộng lại với để tạo BER tổng thể Thông thường, (CNR)up cao nhiều so với (CNR)dn nên tỷ lệ lỗi bit tổng thể bị chi phối lỗi xảy trạm mặt đất nhận 4.7.3 Suy hao đường lên đường xuống có mưa Sự suy hao mưa ảnh hưởng đến đường lên đường xuống khác Chúng thường giả định suy hao mưa xảy đường lên đường xuống, không xảy hai lúc Điều thường trạm mặt đất cách xa mặt địa lý, không chúng gần (