ch−ơng 2 : tính tốn tuyến thơng tin vệ tinh
2.8. Tỷ số tín hiệu trên tạp âm đối vớ i1 tuyến (truy nhập đơn)
Phần 5 giới thiệu một biểu thức đối với tỷ số tín hiệu trên tạp âm C/N0 cho hai tuyến (lên và xuống) tạo thành tuyến trạm đến trạm. Bây giờ yêu cầu thiết lập biểu thức tỷ số C/N0 đối với tuyến tổng trạm đến trạm (hình 2.22)
Tuyến xuống Tuyến lên GT GR LFR LFT Tuyến tổng (C/N0)U Pi1=PRX P01=PTX (C/N0)T (C/N0)D Hình 2.22: Tuyến hoàn chỉnh từ trạm đến trạm Ký hiệu sau đ−ợc sử dụng:
- (C/N0)U Tỷ số tín hiệu trên tạp âm của tuyến lên - (C/N0)D Tỷ số tín hiệu trên tạp âm của tuyến xuống - (C/N ) Tỷ số tín hiệu trên tạp âm của tuyến tổng
Điều khiển tốc độ và cơng suất thích nghi trong thơng tin vệ tinh băng Ka
2.8.1. Kiểu bộ lặp
Bộ lặp có hai chức năng:
- Khuếch đại cơng suất của tín hiệu thu đ−ợc - Biến đổi tần số sóng mang
Một bộ lặp thông th−ờng ở đây cần chú ý là khơng có giải điều chế sóng mang. Chỉ tr−ờng hợp tuyến đơn giữa hai trạm mặt đất thì đ−ợc xem xét ở đây và do đó bộ lặp chỉ có một sóng mang (làm việc sóng mang đơn).
2.8.1.1. Đặc tuyến truyền đạt. [9]
Đứng trên quan điểm năng l−ợng đó là quỹ đ−ờng truyền, việc chuyển đổi tần số là đ−ơng nhiên. Mơ hình bộ lặp (hình 2.23), mà ở đó chỉ quan tâm đến tính chất chuyển đổi cơng suất đầu vào của máy thu vệ tinh biểu thị bởi (Pi1) với (Pi1) = PRX, và công suất đầu ra của bộ khuếch đại phát đặc tr−ng bởi (P01) với (P01) = PTX. Chỉ số i chỉ đầu vào, chỉ số 0 chỉ đầu ra và 1 biểu thị cho
-20 -10 0 IBO (dB)
OBO dB
0
-10
Công suất đầu vào quan hệ với trạng thái bão hoà
SL sat SL sat i i P P IBO= 1/( 1) =(Φ) /(Φ ) tuyến xuống LFRX LFTX tuyến lên Bộ phát đáp Φ Pi1 P01
Điều khiển tốc độ và cơng suất thích nghi trong thông tin vệ tinh băng Ka
làm việc với sóng mang đơn. Quan sát dạng khơng đ−ờng thẳng của đặc tuyến, công suất ra tăng bằng công suất vào cho tới giá trị (Pi1)bh với công suất ra đạt giá trị cực đại gọi là “cơng suất ra bão hồ”, biểu thị bởi (Po1)bh.
2.8.1.2. Độ lùi đầu vào và đầu ra
Cơng suất ra tại bão hồ liên quan tới công suất của bộ khuếch đại phát. Cơng suất vào và ra đ−ợc chuẩn hố đến giá trị bão hoà của chúng; sau đây: IBO = (Pi1) /(Pi1)bh OBO = (Po1)/ (Po1)bh
IBO là độ lùi đầu vào và OBO là độ lùi đầu ra
2.8.1.3. Hệ số khuếch đại cơng suất. [8]
Vì bộ lặp là phi tuyến, hệ số khuếch đại công suất GSL (SL là của vệ tinh) phụ thuộc vào điểm làm việc. Hệ số khuếch đại (Gbh)SL của bộ lặp đ−ợc biểu thị :
(Gbh)SL = (Po1)bh/(Pi1)bh (2.56) Tại bất kỳ một điểm làm việc nào hệ số khuếch đại công suất của bộ lặp có giá trị:
GSL = (Po1)/ (Pi1) = OBO(Po1)bh/IBO(Pi1)bh
= OBO/IBO(Gbh)SL (2.57)
2.8.1.4. Quan hệ giữa hệ số khuếch đại, EIRP và mật độ thơng l−ợng năng l−ợng bão hồ
Bộ lặp đ−ợc biểu thị bởi hai đại l−ợng sau:
- EIRP bão hồ làm việc sóng mang đơn (EIRPbh)SL. Nh− ở nục 2.3 và hình 2.6, thay thế PTX bởi (Po1)bh , ta có:
(EIRPbh)SL = (Po1)SLGTmax/LTLFTX (W) (2.58) - Mật độ công suất gây cho bộ lặp bão hồ (Φbh)SL . Theo hình 2.8 và thay PRX bởi (Pi1)bh, ta có:
(Φbh)SL = PR/Ahd = (Pi1)bhLFRXLRLPOL(4π/λU2)/GRmax (W/m2) (2.59) Hệ số khuếch đại bão hoà cho bởi:
Điều khiển tốc độ và cơng suất thích nghi trong thơng tin vệ tinh băng Ka
(Gbh)SL = (Po1)bh/(Pi1)bh
= (LTLFTXLRLPOL/GTmaxGRmax)( 4π/λU2){(EIRPbh)SL/(Φbh)SL} (2.60) Chú ý rằng độ lùi đầu vào IBO cũng có thể đ−ợc biểu thị nh− là tỷ số của mật độ thông l−ợng năng l−ợng thực và mật độ thơng l−ợng năng l−ợng bão hồ:
IBO = (Pi1)/ (Pi1)bh = (Φ)SL/(Φbh)SL (2.61) Sau đây đặc tuyến truyền đạt làm việc với sóng mang đơn đã cho ở hình 2.23, chỉ ra cả hai quan hệ giữa công suất vào và ra danh định và giữa mật độ thông l−ợng năng l−ợng vào và ra danh định.
2.8.2 Biểu thức của (C/N0)T
Công thức của (C/N0)T đầu tiên sẽ đ−ợc thiết lập mà khơng có can nhiễu từ các hệ thống khác và sau đó kể đến can nhiễu.
2.8.2.1.Biểu thức (C/N0)T khi khơng kể đến can nhiễu của các hệ thống khác
Cơng suất của tín hiệu thu tại đầu vào của máy thu trạm mặt đất là CD. Tạp âm tại đầu vào của máy thu trạm mặt đất t−ơng ứng với tổng sau:
- Xem xét tạp âm tuyến xuống ở sự cách ly xác định tỷ số C/No của tuyến xuống (C/N0)D và có thể tính đ−ợcvới (N0)D = kTD
- Tạp âm tuyến lên đ−ợc phát lại bởi vệ tinh. Vì vậy:
(N0)T = (N0)D + G(N0)U (W/Hz) (2.62) Trong đó G = GSLGTGR/LFTXLDLFRX là hệ số khuếch đại tổng giữa đầu vào máy thu vệ tinh và đầu vào máy thu trạm mặt đất. Bao gồm hệ số khuếch đại của bộ lặp GSL, , hệ số khuếch đại của máy phát vệ tinh GT/LFTX, suy hao ở tuyến lên LD, và hệ số khuếch đại của máy thu trạm mặt đát GR/LFRX.
Cho bởi:
(C/N0)T- 1 = (N0)T/CD
= {(N0)D + G(N0)U }/CD
Điều khiển tốc độ và cơng suất thích nghi trong thơng tin vệ tinh băng Ka
Trong biểu thức trên số hạng G-1/CD biểu thị cho cơng suất tín hiệu tại đầu vào máy thu vệ tinh. Vì (N0)U/G-1CD = (C/N0)U-1. Cuối cùng:
(C/N0)T-1 = (C/N0)U-1 + (C/N0)D-1 (Hz-1) (2.64) Trong biểu thức này:
(C/N0)U = (Pi1) (N0)U = IBO(Pi1)bh/ (N0)U = IBO(Po1)bh/(Gbh)SL(N0)U
= IBO(C/N0)Ubh (Hz)
(C/N0)D = OBO(EIRPbh)SL(1/LD)(G/T)ES(1/k) = OBO(C/N0)Dbh (Hz)
(C/N0)Ubh và (C/N0)Dbh là các giá trị của (C/N0) đối với tuyến lên và xuống, khi bộ lặp làm việc ở điểm bão hoà. LD là suy hao của tuyến xuống và đã cho bởi 2.19 và (G/T)ES hệ số phẩm chất của trạm mặt đất.
2.8.2.2. Biểu thức (C/N0)T khi kể đến can nhiễu bởi các hệ thống khác [8]
Can nhiễu nh− đã xét. Tín hiệu phát ra từ các hệ thống khác chồng lên các tín hiệu có ích của tuyến trạm đến trạm ở hai mức:
- Tại đầu vào của bộ lặp ở tuyến lên - Tại đầu vào của máy thu ở tuyến xuống.
ảnh h−ởng của can nhiễu giống nh− việc tăng tạp âm nhiệt trên tuyến tác động bởi can nhiễu, đ−ợc kể đến trong ph−ơng trình ở dạng tăng mật độ phổ:
N0 = (N0)không can nhiễu + (N0)I (W/Hz) (2.65) Trong đó (N0)I là tăng mật độ phổ công suất tạp âm do can nhiễu. Tỷ số (C/N0)I biểu thị cơng suất tín hiệu liên quan với mật độ phổ can nhiễu có thể kết hợp với (N0)I ; đó là (C/N0)I.U của tuyến lên và (C/N0)I.D của tuyến xuống. Điều đó khiến cho biến đổi ph−ơng trình 4.83 bằng cách thay thế (C/N0)U và (C/N0)D bởi các biểu thức sau:
Điều khiển tốc độ và công suất thích nghi trong thơng tin vệ tinh băng Ka
(C/N0)D-1 = {(C/N0)-1
Dkhông can nhiễu}+ (C/N0)ID-1 (Hz-1) (2.66) Biểu thức tổng trở thành:
(C/N0)T-1 = (C/N0)U-1 + (C/N0)D-1 + (C/N0)I.-1 (Hz-1) (2.67) Trong đó (C/N0)U và (C/N0)D là các giá trị biểu thị ở biểu thức 2.64 và:
(C/N0)I-1 = (C/N0)-1
I.U + (C/N0)I.-1
D (Hz-1) (2.68)