Tính toán năng lượng đường truyền của hệ thống thông tin vệ tinh Vinasat 1 - Phương pháp và ứng dụng
MỤC LỤC
Cấu hình vệ tinh
Định tuyến sóng mang từ một tia lên tới một tia xuống thông qua các kênh vệ tinh khác nhau cho biết khoảng bước của bộ phát đáp, căn cứ vào tần số phát lên được chọn hoặc chuyển mạch trên vệ tinh với các bộ xử lý tách biệt. Một số nghiên cứu quĩ đạo elíp chu kỳ 24 giờ (quĩ đạo TUNDA) hoặc theo hệ số của 24 giờ, hữu ích cho hệ thống với thiết bị di động bị vùng chắn do nhà cao tầng và cây cối gây ra ảnh hưởng đa đường dễ thấy tại góc nâng (nhỏ hơn 30 độ).
Cấu hình trạm mặt đất
Tuy nhiên một số vệ tinh có xu hướng nghẽn đường truyền (như phần lục địa Mỹ và Châu Âu).
Vấn đề nghiên cứu – Đường truyền vệ tinh
Tín hiệu data thường được phát tại dạng số nhưng tín hiệu thoại có thể phát tại dạng số hoặc tương tự, tín hiệu truyền hình số thường dùng cho truyền hình hội nghị nhưng truyền hình giải trí vẫn tồn tại tín hiệu tương tự. Mỗi kênh có độ rộng thực tế là 3,1kHz còn lại 0,9 kHz gọi là băng bảo vệ giữa các kênh, điều này ngăn ngừa nhiễu giữa các kênh cũng như đơn giản việc xử lý lọc khi tín hiệu băng gốc được khôi phục tại máy thu. Tổ hợp lớn nhất trong hệ thống intelsat là siêu khung, trong đó các khung cơ bản được điều chế đơn biên không sóng mang(SSBSC) biên tần thấp lên một tần số sóng mang thích hợp, sau đó các tín hiệu được ghép với nhau chiếm dụng băng thông 240kHz từ tần số 312-552 kHz. Các sóng mang giãn cách nhau những khoảng 48kHz, tần số sóng mang của khung 5 là lớn nhất tại 612kHz. Phổ của các khung cơ bản bị đảo ngược khi tạo ra siêu khung lần đảo ngược thứ hai này khôi phục lại tương tự phổ ban đầu của các kênh trong siêu khung do đó các kênh trong siêu khung đơn thuần chỉ là phiên bản dịch tần của tín hiệu băng gốc ban đầu. Các siêu khung thường có khoảng giãn cách là 12 kHz. Băng thông của các bộ phát đáp thường rất hạn chế do đó việc xắp xếp các kênh trong hệ thống Intelsat thường theo một định dạng mềm dẻo hơn nhiều trong hệ thống BELL. cơ bả) tuy nhiên việc xắp xếp các kênh biến đổi tuỳ theo số lượng kênh nhằm đạt được hiệu quả sử dụng các bộ phát đáp, ví dụ hệ thống 132 kênh được ghép bTạii một khung cơ bản từ 12- 60 kHz với một siêu khung 60-300kHz và siêu khung thứ hai từ 312- 552 kHz, khoảng tần số từ 0-12 kHz dành riêng cho kênh quản lý hệ thống và phối hợp hoạt động giữa các trạm gọi là order wire.
Điều chế biên độ AM
Bộ khôi phục khung tiến hành tách các bit báo hiệu và các từ mã đồng bộ. Sau bộ giải mã ta thu được dãy các xung PAM của n kênh thông tin, quá trình xử lý tiếp theo tương tự như ghép kênh TDM tín hiệu tương tự.
Điều tần FM
Điều chế FM đặc biệt là FM băng rộng có phổ đa dạng hơn nhiều điều chế AM do đó chất lượng tín hiệu điều chế trung thực hơn ngoài ra cũng ít bị ảnh. Các hệ thống FM phổ biến trong thông tin vệ tinh là FDM/FM và SCPC/FM, hệ thống FDM/FM có ưu điểm về chất lượng tín hiệu và giá cả rẻ hơn các hệ thống số tuy nhiên nó bị ảnh hưTạing của méo IM do hoạt động đa sóng mang, hệ thống SCPC/FM được ưa chuộng tại những đài mặt đất nhỏ với chi phí thực hiện rẻ và có tính linh động cao, chi tiết về các hệ thống này sẽ được tương bầy kỹ tại phần kỹ thuật đa truy nhập. Điều chế PSK có ưu điểm là khi tốc độ điều chế tăng thì băng thông yêu cầu vẫn giữ nguyên, ngoài ra tín hiệu PSK có dạng đường bao không đổi do đó ít bị ảnh hưTạing của nhiễu giữa các ký tự ISI.
Điều chế BPSK
Trong hệ thống thông tin vệ tinh điều chế PSK được sử dụng phổ biến.
Điều chế QPSK - khóa dịch pha cầu phương
Điều chế OQPSK
Trong điều chế QPSK khi hai luồng di(t), dq(t) đổi dấu cùng lúc thì dẫn tới pha sóng mang bị dịch 180°, khi tín hiệu QPSK đi qua các mạch lọc để hạn chế phổ tần thì dạng sóng đường bao của tín hiệu điều chế không còn là hằng số. Điểm khác nhau cơ bản của điều chế OQPSK với điều chế QPSK là sự dịch pha trong điều chế OQPSK diễn ra trong từng khoảng T(s) và không đồng thời giữa xung chẵn và xung lẻ trong khi sự dịch pha trong điều chế QPSK diễn ra trong từng khoảng 2T(s) và đồng thời giữa xung chẵn và xung lẻ. Đối với các hệ thống hạn chế băng thông, dạng đường bao của tín hiệu OQPSK có thể bị suy giảm nhỏ tại các điểm chuyển tiếp 900 nhưng không bị suy giảm về 0 như với tín hiệu QPSK.
Các phương pháp truy nhập trong thông tin vệ tinh .1. Tổng quan
Trong thông tin vệ tinh có các phương pháp truy nhập sau được xem xét: Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA, phân chia theo thời gian TDMA, phân chia theo mã CDMA, đa truy nhập phân chia theo vùng không gian SDMA, đa truy nhập ngẫu nhiên ALOHA. Trong phương pháp FDMA băng thông của bộ phát đáp được phân chia thành các kênh khác nhau, mỗi kênh được ấn định cho từng đài mặt đất, các đài mặt đất sử dụng các kênh này để phát thông tin liên tục tới vệ tinh mà không xảy ra bất kỳ sự xung đột thông tin nào giữa các đài. Trong phương pháp TDMA thông tin được phát tới vệ tinh trong định dạng kiểu burst, mỗi đài mặt đất phát các burst thông tin của mình tại một khe thời gian nhất định do đó mặc dù sử dụng cùng tần số khi truy nhập tới cùng một bộ phát đáp nhưng thông tin từ các đài không bị chồng lấn lẫn nhau.
Burst thông tin
Trong phương pháp TDMA mỗi đài mặt đất phát các burst thông tin của mình theo một chu kỳ nhất định, khoảng thời gian giữa hai lần phát các burst của cùng một đài gọi là một khung. Từ duy nhất được sử dụng để đánh dấu thời điểm bắt đầu của một burst, nhờ đó máy thu có thể xác định chính xác thời điểm bắt đầu và kết thúc của một burst cũng như vị trí của các bit trong burst giúp cho việc giải mã chính xác thông tin. Các kênh này mang thông tin điều khiển và quản lý hệ thống (đồng bộ, tái cơ cấu hệ thống, cảnh báo..) giữa các đài phát thông tin với nhau hoặc giữa các đài thông tin và các đài chuẩn (phát thông tin định thời hệ thống).
Burst chuẩn
Quá trình này làm co phổ của tín hiệu mong muốn về dạng ban đầu, mặt khác nếu có sự xuất hiện của nhiễu phổ của nó sẽ bị dàn trải trên một dải rộng do tác động của việc nhân với dãy PN, do đó mật độ công suất nhiễu giảm tương ứng. Trong các hệ thống trước các đài mặt đất được phân chia theo tần số, thời gian và mã khi truy nhập tới cùng một vệ tinh, còn trong phương pháp SDMA các đài mặt đất được phân chia theo vùng không gian. Trong phương pháp này các gói dữ liệu được phát ngẫu nhiên do đó dữ liệu có thể không được vệ tinh thu chính xác tại lần phát thứ nhất, khi đó vệ tinh phát lại gói tin này sao cho cả đài phát cũng thu được.
S-ALOHA
Các yếu tố ảnh hưởng tới năng lượng đường truyền
Sóng thông tin vệ tinh bị ảnh hưởng của bầu khí quyển bởi hai yếu tố: Tia sóng bị khúc xạ uốn cong theo độ cao ở cả 2 chiều lên và xuống gây ra suy hao thấu kính hoặc làm lệch đường truyền theo mặt phẳng ở từng nấc độ cao (vì như thấu kính với sóng điện từ, có chiết xuất khác nhau). Để tính toán, chia các đoạn khúc xạ từ thông tin vệ tinh đến mục tiên, sau đó tính toán cho từng đoạn, cuối cùng tính toán suy hao cho tổng các đoạn từ thông tin vệ tinh đến mục tiêu. Sử dụng công thức (suy hao mưa) có thể tính kết quả suy hao do mưa, tuy nhiên khi lượng mưa tăng lớn, kết quả tính theo công thức và tra bảng và đồ thị trên có thể khác nhau, khi đó cần phải sử dụng phép thế.
Tại đầu ăng ten thu tỷ số G/T có vai trò ảnh hưởng quan trọng đến chất lượng tín hiệu thu, ảnh hưởng đến tỷ số năng lượng trung bình 1 bit trên mật độ phổ tạp âm (Eb/N0). Giả sử nguồn tạp âm đầu vào bộ suy suy giảm L có nhiệt độ vật lý bằng nhiệt độ của bộ suy giảm, tín hiệu bị suy giảm đi L lần còn tạp âm tại đầu ra giữ nguyên.
Mô hình năng lượng đường truyền
- Công suất sau bộ điều chế 1mW được đưa tới bộ khuếch đại công suất lớn-HPA, ghép qua feeder có suy hao khoảng LF khoảng 1-2dB đến ăng ten phát có đọ lợi GT; tại cửa ra ăng ten công suất phát đi là EIRP trong phạm vi 1 đến 10MW. Trong đó GV và GVF là tăng ích của ăng ten thu và phát của vệ tinh; LV là suy hao feeder của vệ tinh – khoảng 1-2 dB, LNA và TWT là độ lợi của bộ khuếch đại tạp âm thấp và bộ khuếch đại dùng đèn công suất lớn –HPA. Tại đây, tín hiệu thu được khuếch đại qua các khâu: Tăng ích do ăng ten thu GR, khuếch đại GLNA do bộ khuếch đại tạp âm thấp thực hiện, và khuếch đại GĐT do bộ đổi tần xuống thực hiện.
