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 các khách hàng của VINASAT - 1
Hướng phát triển của đồ án:
- Cải thiện những hạn chế mà hệ thống này còn mắc phải.
- Mở rộng hệ thống cho phép tính thêm các thông số như Eb/No, BER … - Thêm những công cụ bổ trợ phục vụ người sử dụng.
Một lần nữa em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới TS. Phạm Công Hùng trong suốt thời gian qua đã giúp đỡ, hướng dẫn em rất nhiều để em có thể hoàn thành luận văn này.
86
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Thái Hồng Nhị (2008), “Hệ thống thông tin vệ tinh”, NXB Bưu điện, Hà Nội.
2. VTI (14/03/2008), “Vệ tinh viễn thông VINASAT-1 -Vệ tinh đầu tiên của Việt Nam chuẩn bịđược phóng lên quỹđạo” , http://www.vnpt.com.vn.
3. Dennis Roddy (2001), “Satellite Communications”, McGraw-Hill TELECOM engineering, third edition.
4. INTELSAT Signatory Training , “Earth Station Technology”, Program (ISTP), Revision 5:June 1999.
5. Lockheed MaRTIN COMMERCIAL SPACE SYSTEMS Newtown (2007), “Spacecraft System Summary- SOM1”, Pennsylvania, USA.
6. Louis J.Ippolito,Jr., “Satellite Communications Systems Engineering”, USA.
7. Optimal Satcom (2009), “Enterprise Capacity Management System Training”, April 27-May 1,2009, USA.
8. Training in Telesat Canada, “System Engineering and Satellite Design”, Training course, VNPT.
9. INTELSAT’s Assistance and Development Program (IADP), “earth station technology”, USA
87
PHỤ LỤC 1
Bảng G/T, SFD và EIRP trên băng C-phân cực dọc của vệ tinh VINASAT-1
Thành phố Quốc gia Kinh độ (Đông) Vĩđộ (Bắc) G/T SFD EIRP saturation Ha Noi Vietnam 105.87 21.02 0.4 -96 44.5 Ho Chi Minh Vietnam 106.72 10.77 0.1 -95.9 44.0 Hai Phong Vietnam 106.68 20.83 0.4 -95.9 44.5 Da Nang Vietnam 108.23 16.07 0.2 -96 44.6 Nha Trang Vietnam 109.17 12.25 0.1 -95.9 44.2 Qui Nhon Vietnam 109.18 13.78 0.0 -95.9 44.4 Hue Vietnam 107.58 16.47 0.2 -96.1 44.6 Can Tho Vietnam 105.77 10.05 0.1 -95.9 43.9 Nam Dinh Vietnam 106.17 20.42 0.4 -96 44.5 Vinh Vietnam 105.67 18.67 0.3 -96.1 44.5 My Tho Vietnam 106.35 10.35 0.1 -95.9 43.9 Cam Ranh Vietnam 109.23 11.9 0.1 -95.9 44.2 Vung Tau Vietnam 107.07 10.35 0.2 -95.9 44.0 Phnompenh Cambodia 104.92 11.58 0.0 -95.8 44.0 Bangkok Thailand 100.5 13.73 -0.3 -95.5 43.8 Chiang Mai Thailand 98.98 18.8 -0.2 -95.6 43.8 Nakhon Si
Thammarat Thailand 99.97 8.4 0.0 -95.7 42.9 Singapore Singapore 103.85 1.28 0.7 -95.4 41.9
88 Thành phố Quốc gia Kinh độ (Đông) Vĩđộ (Bắc) G/T SFD EIRP saturation
Alor Star Malaysia 100.37 6.12 0.3 -96 42.6 Kuching Malaysia 110.33 1.53 -0.3 -95.6 42.3 Kota Kinabalu Malaysia 116.07 5.98 -1.5 -94.4 42.6
Jakarta Indonesia 106.8 -6.1 -0.8 -95.2 40.2 Surabaya Indonesia 112.75 -7.23 -1.1 -94.8 40.3 Medan Indonesia 98.65 3.58 0.5 -96.2 41.8 Palembang Indonesia 104.75 -2.98 0.0 -96 40.8 Ujung Pandang Indonesia 119.47 -5.15 -1.5 -94.1 40.1
Padang Indonesia 100.35 -0.95 0.0 -95.9 40.9 Kupang Indonesia 123.58 10.17 -1.6 -94.3 41.3 Manado Indonesia 124.85 1.48 -2.3 -93.1 39.7 Jayapura Indonesia 140.7 -2.53 -8.0 -87.6 38.0 Yangon Myanmar 96.17 16.78 -0.6 -95.2 43.3 Mandalay Myanmar 96.07 21.95 -0.2 -95.4 43.2 Manila Philippine 120.97 14.62 -1.4 -94.6 42.3 Davao Philippine 125.63 7.08 -1.2 -94.7 40.5 Cebu Philippine 123.93 10.28 -1.5 -94.4 41.2 Zamboanga Philippine 122.08 6.92 -1.9 -94.0 41.2 Banda Seiri Begawan Brunei 114.97 4.93 -1.3 -94.6 42.6 Dacca Banglade 90.37 23.7 -0.6 -95.0 42.2
89 Thành phố Quốc gia Kinh độ (Đông) Vĩđộ (Bắc) G/T SFD EIRP saturation Chittagong Banglade 91.8 22.33 -0.5 -95.2 42.5 Beijing China 116.4 39.9 -0.5 -95.1 41.2 Shenyang China 121.4 41.8 -1.3 -94.4 40.3 Dalian China 121.6 38.9 -1.1 -94.8 40.2 Qingdao China 120.3 36.1 -0.6 -95.2 40.4 Shanghai China 121.4 31.1 -0.5 -95.4 40.1 Fuzhou China 119.3 26.1 -0.4 -95.2 41.5 Taipei China 121.5 25.1 -0.3 -95.4 40.8 Hongkong China 114.2 22.3 -0.6 -95.0 43.5 Guangzhou China 113.3 23.1 -0.6 -95.0 43.6 Kunming China 102.7 25.1 -0.1 -95.6 44.0 Chengdu China 104.1 30.6 -0.7 -94.9 43.3 Lanzhou China 103.9 36.0 -1.0 -94.5 42.6 Huhhot China 111.7 40.8 -0.7 -94.8 41.8 Kashi China 76.0 39.5 -3.3 -91.9 39.1 Aletai China 88.1 47.9 -3.3 -91.9 40.0 Mohe China 122.5 53.0 -2.7 -92.5 39.3 Kaohsiung China 120.07 23.03 -0.3 -95.3 41.7 Calcutta India 88.3 22.5 -0.6 -95.1 41.8 Bombay India 72.85 18.93 -1.7 -93.9 39.3 New Delhi India 77.22 28.62 -1.9 -93.5 39.8
90 Thành phố Quốc gia Kinh độ