CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN ĐƯỜNG TRUYỀN THÔNG TIN VỆ TINH KHI CÓ NHIỄU GIỮA CÁC VỆ
4.2 Tính toán cho vệ tinh Vinasat
Vệ tinh gây nhiễu (130+/- 0.5)
Trạm phát gây nhiễu
Vệ tinh Vinasat1 (132+/- 0.5)
Trạm thu mong muốn Trạm phát mong muốn EIRPdBW = 44.2
G2m = 21 dB
6500 MHz 3500 MHz
G2 = 21 dBW
d1 = 37036 km L1 = 200.08 dB d2 = 37036 km
L2 = 194.7 dB
EIRPdBW = 25.6 G1 = 53 dB G4 = 49 dB
G4 (θw)= 27.46 dBW d4 = 36957 km
L4 = 196.26 dB EIRPdBW = -12.6 dBW G3 = 20 dB
6422.5 MHz
G1 (θi)= 26.46 dB EIRPdBW = 16 d5 = 36957 km
L5 = 199.958 km
θw= 1.5 θi= 1.5
105E 21 N G/T = 5dB/K
Độ rộng dải tần 36x106
- Tính C/I
Cuplink= (EIRP matdat + G tram_matdat_mongmuon - L1 + Gvetinh_mongmuon )
=25.6+53-200.08+21= - 100.48
Iuplink= (EIRPmatdat_gaynhieu + G tram_matdat_gaynhieu() - L2 + Gvetinh_mongmuon)
= 16+27.461-199.977+21=-135.516
C/Iuplink = -100.48 + 135.516=35.036 Tương tự ta có :
Cdownlink = (EIRP vetinh_mongmuon + G tramthu_matdat_mongmuon - L3 + Gvetinh_mongmuon ) = 44.2+49-194.7+21 = -80.4
Idownlink = (EIRPvetinh_gaynhieu + G tram_matdat () - L4 + Gvetinh_gaynhieu ) = -12.6+20-196.22+27.461= -161.39
C/Idown = -80.4 + 161.359=80.89
C/Itotal = -10* lg(10-3.5 + 10-8 ) =34.99 dB
- Tính C/Tup
Như trên đã trình bày
Theo bảng phụ lục chỉ tiêu vệ tinh Vinasat ta có G/Tsat dB/K = -0.3 Vậy C/Tup = 25.6 – 200.08 -0.3 = -174.78 (dB/K)
Hay C/Tup = 10-17.47 (W/K) - Tính C/Tdown
Tương tự ta có C/Tdown = EIRPsat_dBW – L + G/Ttram_thu
Với G/Ttram_thu = 5dB/K
Vậy C/Tdown = 44.2 – 194.7+5= -145.50 (dB/K) hay C/Tdown = 10-14.55 (W/K)
- Tính C/Ttotal
Như trên đã trình bày, ta có
= + +
C/TCO = C/ I + 10log (BW1) - 228,6
Ở đây BW1 là băng tần sóng mang chiếm (ở đây là 873.8 KHz) Vậy C/TCO = 34.99 + 10 log10(36x106) – 228.6 = -118.04 (dB/K) hay C/TCO = 10-11.80 (W/K)
Vậy
(C/Ttotal )-1 = (C/Tup)-1 + (C/Tdown )-1 + (C/TCO )-1
= (10-17.47 )-1 +(10-14.55 )-1+(10-11.80 )-1 = 2.9548*1017
C/Ttotal = 3.3844*10-18 (W/K)
C/Ttotal = 10*log10(3.3844*10-18) = -174.70 (dB/K)
- Tính C/N0
C/N0 = C/Ttotal - 10 log K = -174.70 + 228.6 =53.90 dBHz
- Tính tỷ số năng lượng bit trên cường độ tạp âm của cả tuyến là Es / N0 = C/N0 – 10 log R
Nếu ta xét một tuyến có tốc độ bit là 2,048 mbps thì R=2.048 *106 bps
Es / N0 = 53.90 – 10*log10 (2.048*10^6) = - 5 dB
4.3 Mô phỏng chất lƣợng tín hiệu sử dụng công nghệ DVB-S2 4.3.1 Giới thiệu công nghệ DVB-S2
DVB-S2 là tiêu chuẩn mới nhất trong hệ thống tiêu chuẩn DVB cho các ứng dụng vệ tinh băng rộng, với hiệu suất sử dụng băng thông tăng từ 30% đến 131% so với công nghệ DVB-S hiện nay. [7]
Kỷ nguyên truyền dẫn thông tin bằng vệ tinh thực sự có hiệu quả vào những năm 80. Khi đó, truyền dẫn qua vệ tinh đã tiết kiệm băng thông và giá thành khi sử dụng các kiểu điều chế QPSK và BPSK. Những năm 90, công nghệ phát quảng bá qua vệ tinh đã phát triển rộng rãi sau khi ETSI công bố chuẩn DVB-S đầu tiên, kết hợp điều chế QPSK với mã sửa lỗi hướng truyền trong và ngoài (Viterbi và Reed-Solomon).
Cuộc cách mạng về mã sửa lỗi kết hợp với các cấu hình điều chế mới và một loạt các đặc tính mới là nền tảng làm nên tiêu chuẩn DVB-S2. Đây là tiêu chuẩn mới nhất trong các tiêu chuẩn của ETSI về truyền dẫn thông tin vệ tinh.
Kiểu điều chế này cũng đã khép lại con đường tiệm cận giới hạn về mặt lý thuyết (giới hạn shannon).
DVB-S2 với hiệu suất sử dụng băng thông tăng từ 30% đến 131% so với DVB-S đang được kỳ vọng sẽ đem lại hiệu quả to lớn khi được ứng dụng, với khả năng truyền dẫn đồng thời nhiều dịch vụ có tốc độ lớn như truyền hình có độ phân giải cao HDTV, Internet tốc độ cao, truyền số liệu và các ứng dụng chuyên nghiệp… trên cùng một bộ phát đáp của vệ tinh mà hệ thống DVB-S trước đó khó có thể thực hiện được.
DVB-S2 được ví như là một bộ công cụ cho các dịch vụ tương tác: Điều chế và mã hoá cao cấp, truyền tải bất kì dạng (format) dữ liệu nào. Mục tiêu của bộ công cụ DVB-S2 là một hệ thống đơn phục vụ cho các ứng dụng khác nhau.
4.3.2 Giới thiệu module commdvb-s2 của Matlab để mô phỏng đường truyền vệ tinh sử dụng công nghệ DVB-S2
Các tham số input [11]:
4.4 Kết quả mô phỏng
Hình 4.1 : Kết quả mô phỏng chất lượng tuyến thông tin vệ tinh Từ kết quả trên ta thấy tỷ lệ lỗi Bit BER là khá lớn 0.28
Như vậy với đường truyền sử dụng công nghệ DVB-S2 cho kết quả BER khá lớn, đường truyền xấu sẽ gây ảnh hưởng tới chất lượng khách hàng.
Giải pháp : Khi tăng EIRP của trạm phát thêm 5 dB hoặc trong điều kiện thời tiết tốt, khi suy hao từ trạm mặt đất tới vệ tinh mong muốn chỉ khoảng 190 dB thì tỷ số năng lượng bít trên cường độ tạp âm tính được ~ 0.8
Kết quả mô phỏng với Matlab
Hình 4.2: Kết quả mô phỏng chất lượng tuyến TTVT sau khi điều chỉnh
Dễ thấy tỷ lệ lỗi bit đã giảm đi 280 lần
Điều đó cho thấy sự cải thiện đáng kể chất lượng tuyến thông tin vệ tinh
4.5 Phân tích ảnh hưởng của nhiễu vệ tinh lân cận tới đường truyền thông tin vệ tinh
a.Phân tích ảnh hưởng của tỷ số công suất sóng mang tín hiệu hữu ích trên nhiễu C/I tới tỷ lệ lỗi bit (BER)
Như các phần trước đã trình bày, chất lượng của một tuyến thông tin vệ tinh khi kể tới nhiễu giữa các vệ tinh lân cận được phản ánh qua tham số C/I - tỷ số công suất sóng mang tín hiệu hữu ích trên nhiễu. Các vệ tinh lân cận gây nhiễu sẽ ảnh hưởng tới tỷ số C/I – thể hiện mức độ can nhiễu kênh lân cận- .Tỷ số này càng cao thì chất lượng một tuyến vệ tinh càng tốt. Tỷ số C/I càng nhỏ dẫn tới chất lượng đường truyền kém, làm phát sinh bit lỗi (thể hiện qua BER) hoặc mất gói tin. Dưới đây ta sẽ khảo sát sự phụ thuộc của tỷ số năng lượng bit trên cường độ tạp âm với tuyến đang xét có R=2,048 mbps
Vệ tinh gây nhiễu (130+/- 0.5)
Trạm phát gây nhiễu
Vệ tinh Vinasat1 (132+/- 0.5)
Trạm thu mong muốn Trạm phát mong muốn EIRPdBW = 40
G2m = 21 dBW
6500 MHz 3500 MHz
G2 = 21 dBW
d1 = 37036 km L1 = 190.08 dB d2 = 37036 km
L2 = 200.7 dB
EIRPdBW = 24.6 G1 = 40 dBW G4 = 49 dBW
G4 (θw)= 27.46 dBW d4 = 36957 km
L4 = 190.26 dB EIRPdBW = -12.6 dBW G3 = 27 dBW
6422.5 MHz
G1 (θi)= 26.46 dBW EIRPdBW = 16 d5 = 36957 km
L5 = 210 dB
θw= 1.5 θi= 1.5
105E 21 N G/T = 5dB/K
Độ rộng dải tần 36x106
Ta có :Es / N0 = C/N0 – 10 log R. Mà C/N0 = C/Ttotal - 10 log K = C/Ttotal + 228.6
(C/Ttotal )-1 = (C/Tup)-1 + (C/Tdown )-1 + (C/TCO )-1
= (C/T )-1 + (C/T )-1 + (C/ I + 10log (BW) - 228,6)-1
Vậy ta có sự phụ thuộc của tỷ số năng lượng bit trên cường độ tạp âm vào C/I được biểu diễn theo đồ thị sau
Hình 4.3: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của tỷ số năng lượng bit trên cường độ tạp âm vào C/I
Khảo sát sự ảnh hưởng của C/I tới tỷ lệ bit lỗi (BER- Bit error rate) của đường truyền vệ tinh đang khảo sát :
C/I E/N0 BER
1 -4.796 0.2361
1.5 -4.494 0.2194
2 -4.206 0.2012
2.5 -3.933 0.1802
3 -3.674 0.1531
3.5 -3.429 0.1052
4 -3.198 0.04252
4.5 -2.982 0.01091
5 -2.78 0.001117
5.5 -2.591 4.321 *10^(-5)
6 -2.416 0
7 -2.103 0
Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa tỷ số công suất sóng mang tín hiệu hữu ích trên nhiễu (C/I) gây ra bởi các vệ tinh lân cận với BER :
Hình 4.4: Sự phụ thuộc của BER vào tỷ số C/I với băng thông R=2,048mbps
Từ đồ thị ta thấy với một đường truyền thông tin vệ tinh có R=2.048 mbps, tỷ lệ C/I gây ảnh hưởng khá lớn tới chất lượng đường truyền. Khi C/I < 5.5 chất lượng đường truyền là kém ( nhiều dịch vụ yêu cầu BER < 10-6 ). Trên thực tế, có rất nhiều dịch vụ yêu cầu băng thông > 2,048 mbps, như vậy yêu cầu với C/I sẽ càng cao hơn.
Đồ thị dưới đây thể hiện mối quan hệ giữa C/I và E/N0 với đường truyền 3,072 mbps
Hình 4.5: Sự phụ thuộc của E/No vào tỷ số C/I với băng thông R=3,072mbps
Với đường truyền này, C/I >30 mới cho E/N0 ~ -2.4 tương đương với BER ~0.
Phần trên ta đã xét ảnh hưởng của tỷ số công suất sóng mang tín hiệu hữu ích trên nhiễu C/I gây ra bởi vệ tinh lân cận tới chất lượng đường truyền. Tiếp theo sẽ làm rõ hơn mối quan hệ giữa vệ tinh gây nhiễu tới tỷ số C/I, qua đó phản ánh được đầy đủ ảnh hưởng của vệ tinh lân cận tới hệ thống vệ tinh đang xét. Ở đây ta sẽ khảo sát theo công suất bức xạ đẳng hướng của vệ tinh gây nhiễu tới trạm đang xét. Như mục 4.2 đã trình bảy, ta tính được C/I như sau
Cuplink= (EIRP matdat + G tram_matdat_mongmuon - L1 + Gvetinh_mongmuon )
Iuplink= (EIRPmatdat_gaynhieu + G tram_matdat_gaynhieu() - L2 + Gvetinh_mongmuon) Tương tự ta có :
Cdownlink = (EIRP vetinh_mongmuon + G tramthu_matdat_mongmuon - L3 + Gvetinh_mongmuon ) Idownlink = (EIRPvetinh_gaynhieu + G tram_matdat () - L4 + Gvetinh_gaynhieu )
C/Itotal = -10* lg(10-C/Iup/10 + 10-C/Idown/10
) [dB]
Như vậy, với các tham số đã cho, ta có sự phụ thuộc của tỷ số C/I vào công suất bức xạ đẳng hướng EIRP của trạm gây nhiễu.
Hình 4. 6 : Sự phụ thuộc của C/I vào EIRP trạm gây nhiễu
Như vậy khi EIRP của trạm gây nhiễu rất nhỏ (<-15 dBW) thì C/I khá lỡn (~42 dB), như vậy chất lượng đường truyền khá tốt. Không xuất hiện bit lỗi khi khảo sát với matlab (xem đồ thị 4.6). Tuy nhiên khi EIRP trạm gây nhiễu lớn (>10 dBW) thì tỷ số C/I giảm nhanh dẫn tới giảm chất lượng đường truyền. Như
đồ thị hình 4.6.3 ta thấy khi C/I <30 sẽ xuất hiện bit lỗi, tương đương với EIRP trạm gây nhiễu ~ 5.5 dBW sẽ gây ra bit lỗi cho đường có băng thông 3,072 mbps. Giá trị EIRP ngưỡng gây lỗi bit sẽ nhỏ hơn nữa với các đường truyền yêu cầu băng thông lớn hơn. Để khắc phục vấn đề này, có thể tăng công suất phát của trạm hoặc tăng độ lợi anten bằng cách tăng đường kính anten.
4.6 Xây dựng phần mềm tính chất lượng đường truyền thông tin vệ tinh khi có kể tới nhiễu giữa các vệ tinh lân cận
4.6.1Mục tiêu và giải pháp
Xây dựng công cụ tính toán chất lượng đường truyền qua các tham số C/I, C/N... Điều này giúp việc khảo sát chất lượng đường truyền khi thay đổi các tham số trở nên dễ dàng hơn.
Phần mềm sử dụng Matlab làm ngôn ngữ lập trình để xây dựng công cụ tính. Lựa chọn Matlab vì chương trình có nhiều ưu điểm mãnh mẽ như : hỗ trợ mạnh về toán học và tính toán, được tích hợp sẵn nhiều toolbox nên dễ dàng kết hợp giữa phần mềm tính chất lượng đường truyền thông tin vệ tinh với các công cụ mô phỏng của Matlab, có thể thiết kế được giao diện người dùng...
Nhược điểm : do kích thước file thực thi .exe (do Matlab biên dịch) khá lớn nên phần mềm còn hạn chế khi chạy trên những PC không cài Matlab.
Tuy vậy, một cách tổng quát, Matlab đáp ứng hoàn toàn yêu cầu của phần mềm tính toán và có khả năng tích hợp mạnh mẽ với những thư viện công cụ mô phỏng khác.
4.6.2.Giao diện và chức năng của chương trình Giao diện nhập số liệu và các giá trị mặc định
Hình 4.7: Giao diện nhập số liệu của phần mềm Giao diện kết quả
Hình 4.8: Giao diện kết quả của phần mềm Tóm Tắt chương :
Chương 4 là chương quan trọng nhất của luận văn, đã trình bày tính toán chi tiết đường truyền thông tin vệ tinh VINASAT khi có tính tới nhiễu giữa các vệ tinh lân cận. Kết quả tính toán, mô phỏng phản ánh được chất lượng tuyến thông tin vệ tinh cũng như chất lượng dịch vụ cung cấp cho khách hàng (thông qua tham số BER). Ngoài ra, chương 4 cũng xây dựng công cụ phục vụ tính toán này, giúp cho việc khảo sát tuyến thông tin vệ tinh nhanh và đơn giản hơn.