Bộ khuếch đại công suất đầu ra bộ phát đáp không là một thiết bị tuyến tính, nó phải được hoạt động thấp hơn điểm bão hòa. Do đó, độ lùi đầu vào IBO (Input Back Off) và độ lùi đầu ra OBO (Output Back Off) sẽđược quy định đểđạt được điểm đó. Đó là một sự hao phí công suất trong một TWTA điển hình.
IBO được định nghĩa là tỷ số của mật độ thông lượng bão hòa và mật độ thông lượng hoạt động do một sóng mang đem lại.
70
IBO = SFD - PFD (3.35)
Trong đó: SFD (Saturated Flux Density) là mật độ thông lượng bão hòa
PFD (Power Flux Density) là mật độ thông lượng đầu vào của vệ tinh (do một sóng mang đem lại).
OBO được định nghĩa là tỷ số của công suất bức xạ đẳng hướng tương đương EIRP bão hòa và công suất bức xạđẳng hướng tương đương EIRP hoạt động do một sóng mang đem lại.
OBO = EIRPsaturation - EIRPop (3.36) Trong đó:
- EIRPop là công suất bức xạđẳng hướng tương đương hoạt động
- EIRPsaturation là công suất bức xạđẳng hướng tương đương bão hòa của vệ
tinh
IBO và OBO có quan hệ với nhau thông qua hệ số X là độ chênh lệch giữa
đầu vào và đầu ra IBO = OBO + X. (3.37) X được tính toán riêng cho từng vệ tinh. Với VINASAT-1, X = 4.4.
3.5. Phân tích đường truyền tuyến xuống 3.5.1. Hệ số phẩm chất (G/T)
Trong mỗi hệ thống truyền dẫn, tạp âm là hệ số có ảnh hưởng lớn lên chất lượng của tuyến truyền dẫn. Hệ số G/T [dB/K] được biết như phép đo “phẩm chất” của một hệ thống thu. VINASAT-1 quy định một hệ số G/T đặc trưng cho tất cả các trạm mặt đất tiêu chuẩn. Điều đó có nghĩa là trạm mặt đất sẽ đáp ứng các đặc điểm kỹ thuật quy định của G/T, VINASAT-1 sẽ cung cấp công suất từ vệ tinh tới đáp
ứng được cho các dịch vụ khác nhau.
Từ công thức được tính ở trên, hệ số phẩm chất G/T dễ dàng được tính theo công thức sau:
71
G/T = GdBi – 10logTsys [dB/K] (3.38)
Trong đó:
GdBi là hệ số tăng ích của trạm mặt đất ở tuyến xuống. Tsys là nhiệt độ tạp âm của hệ thống.
3.5.2. Tỷ số sóng mang trên tạp âm (C/N)
Chất lượng của một tuyến thông tin vô tuyến được đánh giá bằng tỉ số sóng mang trên tạp âm (C/N) và lượng méo tín hiệu thu ở tuyến thông tin, ảnh hưởng tín hiệu gây ra méo tín hiệu thu là nhỏ, vì thế chất lượng đường truyền chỉ cần xác định bằng tỉ số C/N của đường truyền. Tỉ số C/N được tính theo công thức sau:
C/N = N R P P (3.39)
Trong đó: PR là công suất thu của anten
PN là công suất nhiệt tạp âm.
Do đó ta có thể tính C/N theo công thức sau:
C/N = ( ) ( sys ) T R L B KT G EIRP. (3.40) Tính theo dB: C/N = EIRP – LT + G/T – K* – 10logB [dB] (3.41) Trong đó:
LT[dB] là suy hao tổng cộng ( bao gồm suy hao không gian tự do, suy hao khí quyển, suy hao do mưa…)
72
K*[dB J/K] là hằng số Boltzmann (K* = - 228.6 dB J/K). B[Hz] là độ rộng băng tần tạp âm.
3.5.3. Tỷ số sóng mang trên mật độ phổ công suất tạp âm (C/N0)
Ta có mối liên hệ giữa công suất tạp âm (N) và mật độ phổ công suất tạp âm (N0) trong độ rộng băng tần tạp âm (B) được thể hiện trong công thức:
N = N0*B (3.42)
Do đó, tỉ số sóng mang trên mật độ phổ công suất tạp âm (C/N0) được tính:
C/N0 = EIRP – LT + G/T – K* [dB/Hz] (3.43)
Từ (2.43) và (2.45) cho ta mối liên hệ giữa C/N và C/N0:
C/N = C/N0 – 10logB [dB/Hz] (3.44)
Một biểu thức đơn giản có thểđược suy ra là tỉ số sóng mang trên nhiệt độ tạp âm của hệ thống (C/T):
C/T = EIRP – LT + G/T [dB/K] (3.45)
Từ (3.45) và (3.43) ta có:
C/N0 = C/T –K* (3.46)
3.5.4. Năng lượng bít trên mật độ phổ công suất tạp âm (Eb/N0)
Khi phát sóng mang số với tốc độ thông tin Rb đầu vào, thì ta có năng lượng sóng mang số bằng năng lượng của một bít nhân với tốc độ dữ liệu
C = Eb*RS (3.47)
N = N0*B (3.48)
73
Băng thông cấp phát cũng chính là băng thông tạp âm được tính bằng công thức:
B = (1+ α)RS (3.49)
Với α: hệ số Roll off đặc trưng cho từng Modem khác nhau thì hệ số Roll off khác nhau.
Từđó ta có công thức tính Eb/N0 thông qua C/N:
Eb/N0 = C/N+ 10logB– 10logRD (3.50)
3.5.5. Tỉ số sóng mang trên tạp âm (C/N)
Giá trị của tổng tỉ số sóng mang trên tạp âm (C/N)T của tuyến thông tin vệ tinh
được tính bởi phương trình sau:
Trong đó: (C/N)T là C/N tổng.
(C/N)U là C/N của hướng phát (C/N)D là C/N của hướng thu
Muốn biết được chất lượng đường truyền tốt hay xấu ta chỉ cần tính được tỉ số C/N tổng cộng mà trạm đầu cuối nhận được khi trạm phát phát dữ liệu.
74
CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN ĐƯỜNG TRUYỀN SÓNG TRÊN VỆ TINH VINASAT- 1
4.1.Tính toán đường truyền sóng trên vệ tinh Vinasat-1
Giả thiết bài toán:
Trạm mặt đất A phát lên vệ tinh VINASAT-1. Trạm mặt đất A có đầy đủ các các thiết bị phục vụ cho việc phát sóng và được đài NOC VINASAT -1 cấp cho đầy
đủ các thông tin về sóng mang phát lên bao gồm tần số thu –phát, bandwidth. Trạm thu đặt tại đài NOC VINASAT-1 để giám sát chất lượng sóng mang.
Do trạm phát căn chỉnh anten phát không đúng quy trình nên không chỉ phát lên vệ tinh VINASAT-1 mà còn phát lên vệ tinh APSTAR VI (Hồng Kông). Vì vậy anten giám sát của NOC APSTAR VI thu được tín hiệu của khách hàng A.
Hình 4. 1 : Mô hình bài toán tính toán đường truyền tối ưu
Phương án giải quyết bài toán:
Dựa trên kết quả mô phỏng, kỹ sưđài NOC VINASAT-1 đưa ra một bản chi tiết hướng dẫn khách hàng A căn chỉnh anten sao cho mức tín hiệu mà NOC VINASAT-1 thu là tốt nhất và APSTAR VI bịảnh hưởng trong phạm vi chấp nhận
75
4.2. Quy trình thực hiện
Quy trình tính C/N tại đài NOC VINASAT- 1
Biết Ptx
( công suất phát)
Bước 1: tính hệ số tăng ích của anten phát và anten thu
GdBi = 10log η + 20log f + 20 log D + 20.4dB
Trong đó : - η: là hiệu suất của anten - D [m] : là đường kính anten - f [GHz] : là tần số làm việc - 20.4dB là hằng sốđược tính từ 20log (109*π/c). Bước 2: tính EIRP trạm phát EIRP = 10 logPT + GT Trong đó:
- PT : công suât đầu vào anten tính bằng dBW
- GT : tính ở bước 1, đơn vị dBi
Bước 3: tính khoảng cách từ trạm mặt đất đến vệ tinh d = {r2 + S2 - 2rS.arcos[cos (θ1).cos(θS – θE)]}1/2 [Km] Trong đó: - r là bán kính trái đất (6378.14 km). - S là bán kính quỹđạo vệ tinh địa tĩnh (42164 km).
76
- θ1 là vĩđộ của trạm mặt đất
- θS là kinh độ của vệ tinh .
- θE là kinh độ của trạm mặt đất
Bước 4 : Tính suy hao
không gian tự do ( Lu và Ld) L = 20log d + 20log f + 92.5dB [dB] Trong đó: - d [km] là khoảng cách giữa đầu thu và đầu phát của vệ tinh và trạm mặt đất. - f [GHz] là tần số làm việc Bước 5: Tính mật độ dòng công suất trạm phát W = EIRP – Lu + G1m Trong đó: - EIRP : tính ở bước 2
- Lu : suy hao tuyến lên tính ở bước 3
- G1m là độ tăng ích anten phát cho diện tích 1m vuông được tính là G1m = 20*log(Ftx)+20,4
Bước 6: Tính IBO và OBO IBO = SFD – W
SFD : tra Phụ lục 1 và 2
OBO = IBO +X
Lấy X = 4.4 dB (cho vệ tinh VINASAT – 1)
Bước 7: tính EIRP tại vệ
tinh
EIRP vệ tinh = EIRPbão hòa –OBO
Bước 8: tính C/N hướng lên
C/Nu = EIRP-Lu+(G/T)sat—K-10log B
77
- EIRP được lấy từ bước 2
- Lu : suy hao tuyến lên tính ở bước 4
- G/T sat : tra phụ lục 1 và 2
- K : hằng số bboltzman = -228.6
- B : băng thông tạp âm
Bước 9: tính C/N hướng xuống
(C/N)d = EIRPvệtinh -Ld+(G/T)hệ thống –10log KB
Trong đó:
- EIRP vệ tinh được tính ở bước 7
- Ld: được tính ở bước 4
- (G/T)hệ thống = G – 10log T (T: nhiệt độ hệ
thống thu)
Nên hệ số (C/N) dđược tính như sau:
(C/N) d = = EIRPvệtinh –Ld+Grx- K - 10log TB
78
Quy trình tính C/N tại NOC APSTAR VI
Biết PTx ( công suất phát từ Trạm A) Bước 1: Tính hệ số tăng ích của anten phát và anten thu Đối với anten phát
Khi búp sóng phụ gây nhiễu:
- Nếu: d/λ> 150 thì G = 29 -25log θt
- Nếu: 35<d/λ<100 thì G = 52 -10log (d/λ)- 25log θt
Trong đó:
- d1, d2 (km) là khoảng cách từ trạm mặt đất bị
nhiễu đến các vệ tinh mong muốn và vệ tinh gây nhiễu.
- θg(độ): là góc trong mặt phẳng quỹđạo giữa vệ
tinh mong muốn và vệ tinh gây nhiễu, có tính
đến cả quá trình điều khiển vị trí vệ tinh.
Đối với anten thu ởđây là anten giám sát của đài NOC APSTAR VI:
GdBi = 10log η + 20log f + 20 log D + 20.4dB
Trong đó:
- η là hiệu suất của anten
- D [m] là đường kính anten
- f [GHz] là tần số làm việc
79 - *π/c). Bước 2: Tính EIRP trạm phát EIRP = 10 logPT + GT Trong đó:
- PT: công suât đầu vào anten tính bằng dBW
- GT: tính ở bước 1 đơn vị dBi
Bước 3: Tính khoảng cách từ trạm mặt đất đến vệ tinh d = {r2 + S2 - 2rS.arcos[cos (θ1).cos(θS- θE)]}1/2 [Km] Trong đó: - r là bán kính trái đất (6378.14 km). - S là bán kính quỹđạo vệ tinh địa tĩnh (42164 km). - θ1 là vĩđộ của trạm mặt đất - θS là kinh độ của vệ tinh . - θE là kinh độ của trạm mặt đất
Bước 4 : Tính suy hao
không gian tự do ( Lu và Ld) L = 20log d + 20log f + 92.5dB [dB] Trong đó: - d [km] là khoảng cách giữa đầu thu và đầu phát của vệ tinh và trạm mặt đất. - f [GHz] là tần số làm việc Bước 5: Tính mật độ dòng công suất trạm phát W = EIRP – Lu + G1m Trong đó:
80
- EIRP là tính ở bước 2
- Lu : suy hao tuyến lên tính ở bước 3
- G1m là độ tăng ích anten phát cho diện tích 1m vuông = 20*log(Ftx)+20,4 Bước 6: Tính IBO và OBO IBO = SFD – W SFD : APSTAR VI cung cấp OBO = IBO –X Lấy X = 1.8 dB (APSTAR VI cung cấp) Bước 7: Tính EIRP tại vệ tinh
EIRP vệ tinh = EIRPbão hòa –OBO
Bước 8: Tính C/N
hướng lên
C/Nu = EIRP-Lu+(G/T)sat—K-10log B
Trong đó :
- EIRP được lấy từ bước 2
- Lu : suy hao tuyến lên tính ở bước 4
- G/T sat : APSTAR VI cung cấp
- K : hằng số bboltzman = -228.6
- B : băng thông tạp âm
Bước 9: Tính C/N
hướng xuống
(C/N)d = EIRPvệtinh –Ld + (G/T)hệ thống –10log KB
Trong đó:
- EIRP vệ tinh được tính ở bước 7
81
- (G/T)hệ thống = G – 10log T (T: nhiệt độ hệ
thống thu)
Nên hệ số (C/N) dđược tính như sau:
(C/N) d = = EIRPvệtinh –Ld+Grx- K - 10log TB
Bước 10: Tính C/N
tổng
(C/N)-1= (C/N)u-1 + (C/N)d-1 [9]
4.3. Hệ thống mô phỏng tính toán đường truyền tối ưu
Hệ thống mô phỏng được viết dựa trên cơ sở tính toán và bài toán được nêu
ở trên. Hệ thống hỗ trợ cho mỗi khách hàng trước khi phát sóng qua vệ tinh VINASAT-1. Khách hàng có thể dựa vào kết quả tổng hợp cuối cùng do đài NOC VINASAT-1 gửi để căn chỉnh anten và cấu hình cho trạm thu phát của mình.
Sau đây là giao diện chính của hệ thống như hình 4-2:
82
Trên giao diện gồm có các thẻ lựa chọn: cấu hình, kết quả, mô phỏng và khuyến nghị khách hàng. Lựa chọn thẻ “Cấu hình” để nhập dữ liệu cho vệ tinh VINASAT-1 và APSTAR VI, bộ phát đáp, trạm phát, trạm thu và sóng mang . Sau khi nhập tất cả các thông số cần thiết, lựa chọn thẻ kết quả, và nhấn vào nút “Áp dụng” để cho ra kết quả tính toán đường truyền cho từng trạm thu. Giao diện kết quả như hình 4-3
83
Sau khi thu thập nhiều kết quả của khách hàng, hệ thống đưa ra khuyến nghị cho khách hàng. Chọn thẻ “Khuyến nghị khách hàng” cho kết quả
Hình 4. 4 : Giao diện khuyển nghị khách hàng
4.4. Tính toán cho khách hàng Hoàng Long của Vinasat -1.
Khách hàng của Vinasat -1 khi phát sóng lên vệ tinh Vinasat -1, sau khi thực hiện đầy đủ các quy trình về việc đăng nhập vệ tinh có sự trợ giúp của đài NOC Vinasat -1 về việc căn chỉnh anten góc ngang, góc ngẩng, công suất phát để không gây ảnh hưởng đến vệ tinh Apstar -6. Phần mềm mô phỏng đưa ra được kết quả tính toán tỷ số C/N toàn tuyến tại NOC Vinasat -1 và NOC Apstar -6, đưa ra các khuyến nghị cho từng khách hàng khi sử dụng anten khác nhau với dải công suất phát cho phép để vẫn thu phát tốt mà không gây ảnh hưởng đến vệ tinh lân cận. Ngoài ra khi nhập một giá trị C/N bất kỳ vào, sẽđưa ra được dải công suất phát và dải góc ngang góc ngẩng cho phép sử dụng cho khách hàng.
84
Với sóng mang của khách hàng Hoàng Long phát tại Hồ Chí Minh tại vị trí kinh độ 107,57 độ, vĩ độ 9,59 độ; tần số thu 3510.488 Mhz, tần số phát 6535.488 Mhz, băng tần 0.768 Mhz, anten phát có đường kính 3m, công suất phát 1W.
Kết quả thu được
+ Tại trạm NOC Vinasat-1 với đường kính anten 7.2m, kết quả mô phỏng thu đượcC/N=12.87 dB và mức thu thực tế trên máy phân tích phổ tại đài NOC là 11.6 dB và hai giá trị này chênh lệch nhau là không đáng kể.
+ Tại trạm NOC Apstar -6 với đường kính anten 7.2m, C/N= -4.8 dB, góc ngẩng 54.132 độ, góc phương vị 133.373 độ, mức thu thực tế tại Apstar -6 là 0.6 db, chấp nhận được
Như vậy mức thu giữa thực tế và mô phỏng là chính xác và chấp nhận được. Với những khách hàng gặp vấn đề về việc căn chỉnh anten gây ra nhiễu , có thể hỗ
trợ khách hàng bằng cách điều chỉnh góc phương vị lệch đi một nửa độ rộng góc nửa công suất và lệch về phía Đông.
+ Tại trạm mặt đất của khách hàng Hoàng Long khuyến nghị góc ngẩng 59.454 độ, góc phương vị 110.14 độ.
Trong trường hợp muốn mức thu tối thiểu cho trạm NOC Vinasat -1 thu
được 10 dB thì khách hàng cần điều chỉnh công suất từ 0.5 W đến 3.8 W, và dải góc phương vị từ 109 độđến 110 độ.
85
KẾT LUẬN
Luận văn đưa ra cái nhìn tổng quan về thông tin vệ tinh tại Việt Nam và đáp
ứng được các yêu cầu công việc thực tế về mặt tính toán đường truyền cho vệ tinh cho Vinasat-1. Từ quá trình thực nghiệm và khai thác, các kiến thức cũng như các công cụ mô phỏng, luận văn đã phần nào mang lại những lợi ích cho công việc tại trạm khai thác và có thể sẽđược áp dụng cho các vệ tinh tiếp theo.
Trong luận văn này đã đưa ra được một số vấn đề sau:
- Đưa ra cái nhìn tổng quan về vệ tinh ở Việt Nam: Vệ tinh Visat IP, VINASAT-1 với các thông số cơ bản của vệ tinh cũng như cấu tạo và chức năng của các phân hệ của vệ tinh VINASAT-1.
- Cơ sở tính toán để phân tích và thực hiện tính toán đường truyền tối ưu cho