Xin xem các tính toán cụ thể của Intelsat với các anten đ−ờng kính 6,3m;11,1m và 16,4m trong các bảng từ 5.4 đến 5.15.
Pha 1:
Với hệ thống SSPA: Power to antenna = SSPA output power-W.G.loss Với ống dẫn sóng EW63 suy hao 4,83dB/100m ở 6GHz, ta có:
W.G.loss=D.8,43/100 (với D là chiều dài ống dẫn sóng tính bằng met). Khi sử khoảng cách ống dẫn sóng nhỏ hơn 45m thì SSPA 800W có thể đảm bảo đ−ợc yêu cầu. Các tính toán sau đây với giả thiết SFD=-81dBW/m2, vệ tinh Intelsat 804(176oE).
82
Pha 2:
Trong pha 2 trạm mặt đất nhận luồng 155Mbps từ vệ tinh, vì vậy nó sẽ sử dụng toàn bộ một transponder, kiểu điều chế đ−ợc khuyến nghị lúc này là 16QAM để đảm bảo cho bộ điều chế cung cấp một tỷ số Eb/No cao hơn. Có hai cách để đảm bảo chất l−ợng đ−ờng truyền đó là: tăng công suất phát, hoặc tăng kích th−ớc anten. Công suất của transponder bị hạn chế, nên chỉ có duy nhất một cách là tăng đ−ờng kính anten lên 11,1m hoặc 16,4m.
Công suất thu:
Trong pha 1 công suất trên mỗi sóng mang đ−ợc chỉ ra nh− sau:
Trong pha 2 đ−ờng kính anten là 11,1 hoặc 16,4m các thông số Tx Gain nh− sau:
Qua bảng trên ta thấy tăng ích của anten 11,1m hơn 5,2dB so với 6,3m và anten 16,4m hơn 8,6dB so với anten 6,3m. Vì vậy nếu dữ liệu đ−ợc điều chế bởi cùng một FEC nh− trong pha 1 thì công suất yêu cầu cho 5E1 và 45Mbps của anten 11,1m và 16,4m nh− sau:
83
Độ ổn định EIRP:
Bảng 5.1: Ước l−ợng độ ổn định của EIRP
Phân tích mức năng l−ợng các khối:
Trạm vệ tinh đ−ợc thiết kế để tất cả các phân hệ trừ HPA đều đ−ợc cấu hình hoạt động ở vùng tuyến tính.
Hình 5.4: Sơ đồ sơ bộ mức năng l−ợng các khối phía phát băng tần C
Bảng 5.2 chỉ ra mức công suất tại một số điểm thoả mWn công suất bWo hoà của HPA 500W, tất cả các thiết bị RF đều làm việc ở vùng tuyến tính.
84 Hình 5.5 và bảng 5.3 chỉ ra các mức thu d−ới điều kiện EIRP thu từ vệ tinh là lớn nhất, nó chỉ ra rằng với các mức thu nh− vậy các bộ modem và demod có thể hoạt động tốt.
Hình 5.5: Sơ đồ sơ bộ các mức thu
85 Hình 5.6. Trạm vệ tinh mặt đất Viettelsat1.
86 Kết luận
Luận văn đW đề cập khái quát về kỹ thuật thông tin vệ tinh, các dịch vụ đ−ợc cung cấp bởi thông tin vệ tinh, trình bày cấu hình của một tuyến liên lạc vệ tinh trong ch−ơng 1.
Ch−ơng 2 đề cập đến một số ph−ơng pháp điều chế số sử dụng trong thông tin vệ tinh: BPSK, QPSK, 8PSK, 16 QAM đồng thời cũng chỉ rõ kết quả của việc tăng số mức điều chế là đ−ợc lợi về băng thông nh−ng phải trả giá bằng công suất phát tăng.
Trong ch−ơng 3 nêu khái quát về một loại mW hoá sửa lỗi đang đ−ợc dùng rộng rWi trong các hệ thống thông tin vệ tinh hiện tại là mW Turbo. Tuy nhiên mW hóa Turbo truyền thống có tốc độ rất thấp, trong ch−ơng này cũng giới thiệu một vài kiểu mW hoá hiệu quả băng thông mới dựa trên việc điều chế, xáo trộn, mW hoá bit sử dụng mW Turbo bất đối xứng và mW hoá Turbo đa mức.
Ch−ơng 4 đi sâu vào phân tích cách tính toán một đ−ờng truyền thông tin vệ tinh. Các tham số trong ph−ơng trình tính toán công suất đ−ờng truyền đ−ợc phân tích cụ thể có kèm theo các ví dụ minh hoạ.
Ch−ơng 5 giới thiệu về yêu cầu và thiết kế trạm vệ tinh Viettelsat-1 đ−ợc thực hiện bởi Datacom System International Ltd.
Vai trò của thông tin vệ tinh trong sự phát triển của viễn thông Việt nam nói riêng và Thế giới nói chung là không thể phủ nhận. Từ chỗ thông tin vệ tinh chỉ thuần tuý đảm bảo các dịch vụ thoại và dữ liệu truyền thống giữa các quốc gia, khu vực thì ngày nay trong kỷ nguyên thông tin số với xu thế hội tụ các dịch vụ (thoại, dữ liệu, hình ảnh,...) nhằm thoả mWn cao nhất cho khách hàng. Khách hàng của chúng ta không chỉ dừng lại ở các nhu cầu thoại và dữ liệu thuần tuý, mà họ đòi hỏi đ−ợc phục vụ các dịch vụ băng thông cao có tính
87 t−ơng tác trong thời gian thực nh− “Video on Demand”, “Video conference”... Một trong những yêu cầu đặt ra cho công nghệ thông tin vệ tinh là cung cấp đ−ợc băng thông cao với giá cả hợp lý. Có rất nhiều giải pháp kỹ thuật để thoả mWn yêu cầu về băng thông cao cho thông tin vệ tinh trong đó có hai h−ớng nghiên cứu chính có thể đi sâu đó là:
- Lý thuyết mW: Một số nghiên cứu chỉ ra rằng mW Turbo chỉ là một tr−ờng hợp riêng của mW LDPC(Low Density Parity Check Codes) do MacKay và Neal cải tiến từ mW Gallagher cùng lớp mW có đặc tính ngẫu nhiên với mW Turbo nh−ng có chất l−ợng tốt hơn cả phiên bản mW Turbo tốt nhất năm 1998. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Nghiên cứu các thế hệ vệ tinh băng rộng kế tiếp sử dụng các băng tần cao mà hiện tại ch−a dùng đến (nh− Ka,V), thiết kế các anten đa chùm sóng có độ linh hoạt cao tăng ích lớn, phát triển các bộ vi xử lý gắn trên phân hệ thông tin của vệ tinh cho phép chuyển mạch gói và khả năng cung cấp băng thông mềm dẻo khắc phục đ−ợc các nh−ợc điểm cố hữu của các bộ phát đáp “Bent-pipe” hiện tại.
88 Tài liệu tham khảo
1. Dennis Roddy, Satellite communications, McGraw Hill (2001).
2. VSAT hand book, Intelsat Global Service Corporation (May 2002). 3. Digital Satellite communications technology, Intelsat Global Service
Corporation (March 1999).
4. Earth station technology, Intelsat Global Service Corporation (June 1999).
5. Robin Blair, Digital Techniques in Broadcasting Transmission.
6. Success factors for Broadband Satellite Systems, Seventh Ka-Band Utilization Conference,Taromina Italy (October 2001).
7. Satchandi Verma,SMIEEE,Senior staff, Eric Wiswell, MIEEE, Technical Fellow-TRW Inc, Next Generation Broadband Satellite Communication Systems.
8. C.Berrou, A.Glavieux and P.Thitimajshima, Near Shannon limit error correcting coding and decoding:Turbo codes, in Proc. IEEE International Conference on Communications,Geneva,Switzerland (May 1993) pp.1064-1070.
9. P.Robertson, An overview of band width efficient turbo coding schemes, in Proc. of the International Symposium on Turbo codes and Related Topics, Brest, France, (Sept. 1997) pp.103-110.
10. R.G. Gallagher, Low Density Parity Check Codes, Cambridge, MA: M.I.T Press, 1963.
11. Daniel J.Costello Jr.,Adrish Banerjee,Thomas E. Fụja and Peter C.Massey, Some Reflections on the Design of Bandwidth Efficient Turbo Codes.
12. Viettel Corporation 6.3m Earth Station Design Document, Datacom System International Ltd. (22 Sept. 2003).
89 Mục lục
Lời nói đầu ...1
Ch−ơng 1: tổng quan về hệ thống thông tin vệ tinh...3
1.1. Tại sao lại sử dụng thông tin vệ tinh: ... 3
1.2. Quỹ đạo vệ tinh ... 4
1.3 Vùng phủ sóng của vệ tinh:... 5
1.3.1. Phạm vi phủ sóng:...5
1.3.2. Tăng c−ờng dung l−ợng của vệ tinh:...7
1.4. Băng tần của vệ tinh: ... 8
1.5. Các ph−ơng pháp truy nhập vào vệ tinh: ... 12
1.5.1. Ph−ơng pháp truy nhập phân chia theo tần số (FDMA)...12
1.5.2. Ph−ơng pháp truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA)...12
1.5.3. Ph−ơng pháp truy nhập phân chia theo mV (CDMA)...13
1.5.4. Ph−ơng pháp truy nhập phân chia theo yêu cầu (DAMA)...13
1.6. Các dịch vụ cung cấp bởi thông tin vệ tinh:... 14 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
1.6.1. Dịch vụ thoại:...14
1.6.2. Các dịch vụ điện báo:...15
1.6.3. Dịch vụ phát thanh, truyền hình:...15
1.6.4. Dịch vụ truyền số liệu và các dịch vụ nghiệp vụ kinh doanh mới: ...16
1.6.5. Các dịch vụ kết hợp:...17
1.6.6. Các dịch vụ liên lạc, cứu trợ khẩn cấp, định vị dẫn đ−ờng: ...17
1.6.7. Các dịch vụ hỗ trợ, dự phòng cho các tuyến cáp backbone:...17
1.7. Cấu hình một hệ thống thông tin vệ tinh:... 17
1.7.1. Phân hệ không gian:...17
90
Ch−ơng 2: một số ph−ơng pháp Điều chế số dùng trong
thông tin vệ tinh...26
2.1. Giới thiệu... 26
2.2. ảnh h−ởng của các bộ lọc:... 26
2.3. Điều chế số pha: ... 27
2.3.1. Khoá dịch pha nhị phân(BPSK):...28
2.3.1.1. Biểu thức của BPSK: ... 28
2.3.1.2. Sơ đồ khối bộ điều chế và dạng sóng tín hiệu BPSK... 29
2.3.1.3. Nguyên lý hoạt động: ... 29
2.3.2.Điều chế QPSK ...30
2.3.2.1Biểu thức của QPSK ... 30
2.3.2.2.Sơ đồ khối và dạng sóng tín hiệu QPSK... 31
2.3.2.3.Nguyên lý hoạt động ... 32
2.3.3 Điều chế 8PSK ...32
2.3.3.1.Biểu thức của 8PSK... 32
2.3.3.2.Sơ đồ khối điều chế... 33
2.3.3.3.Nguyên lý hoạt động ... 33
2.3.4. Điều chế cầu ph−ơng 16QAM...34
2.3.4.1.Điều chế nhiều mức (bộ chuyển mức biên độ) ... 34
2.3.4.2.Bộ điều chế 16 QAM ... 35 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2.3.4.3.Nguyên lý hoạt động: ... 37
2.3.5. Kết luận...37
Ch−ơng 3: m+ Turbo ...39
3.1. MW turbo truyền thống... 39
3.1.1. Sơ đồ nguyên thuỷ của mV turbo do Berrou và đồng nghiệp giới thiệu: ...41
3.1.2. Khối mV hoá RSC: ...42
91
3.1.4. L−ợc bớt (puncturing): ...44
3.2. Một số thiết kế hiệu quả băng thông sử dụng mW turbo... 45
3.2.1. Một số cách đạt hiệu quả băng thông sử dụng mW turbo...46
3.2.1.1. Điều chế, mV hoá Turbo... 46
3.2.1.2. Điều chế mV hoá l−ới Turbo ... 47
3.2.1.3. Điều chế mV hoá l−ới song song trùng hợp... 48
3.2.1.4. MV nhiều mức... 49
3.2.1.5. Điều chế mV hoá l−ới tự trùng hợp ... 49
3.2.1.6. Nhận xét:... 50
3.2.2.Điều chế, mW hoá turbo bất đối xứng:...51
3.2.2.1. MV hoá có tử số lớn và mẫu số bé... 53
3.2.2.2. Các mV bất đối xứng kép ... 54
3.2.3. Điều chế đa mW turbo...54
3.2.3.1 MV đa Turbo đối xứng một phần (Partially Systematic Multiple Turbo Codes) ... 55
3.2.3.2 Các mV đa turbo bất đối xứng... 57
3.2.3. Nhận xét...59
Ch−ơng 4: tính toán đ−ờng truyền ...60
4.1. Giới thiệu... 60
4.2. Công suất phát xạ đẳng h−ớng ... 60
4.3. Suy hao truyền dẫn ... 61
4.4 Ph−ơng trình quĩ công suất đ−ờng truyền ... 63
4.5 Nhiễu hệ thống ... 64
4.6. Tỷ số sóng mang trên tạp âm ... 65 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
4.7. Đ−ờng lên ... 66
4.7.1. Mật độ dòng bVo hoà...66
4.7.2 Thụt lùi công suất...68
92
4.8. Đ−ờng xuống... 69
4.8.1. Thụt lùi đầu ra...70
4.8.2. Công suất ra TWTA của vệ tinh ...71
4.9. Hiệu ứng m−a ... 71
4.9.1. Dự trữ m−a tuyến lên...72
4.9.2. Dự trữ m−a tuyến xuống...72
4.10. Kết hợp đ−ờng lên và đ−ờng xuống ... 73
4.11. Nhiễu xuyên điều chế:... 75
Ch−ơng 5: thiết kế trạm vệ tinh mặt đất Viettelsat1 ...77
5.1. Giới thiệu... 77
5.2. Yêu cầu đặt ra của Viettel ... 77
5.3. Giải pháp của Datacom ... 78
5.3.1. Sơ đồ hệ thống...78
5.3.2. Mô tả hệ thống ...78
5.3.3. Các giao diện sử dụng trong hệ thống...80
5.3.4. Tính toán đ−ờng truyền:...81
Kết luận ...86
Tài liệu tham khảo ...88
Phụ lục
93 danh mục các ký hiệu viết tắt
Các từ viết tắt
ý nghĩa
AA Atmospheric Absorption Loss- Suy hao hấp thụ khí quyển
AML Antenna Misalignment Loss- Suy hao căn chệch anten
APP A Posteriori Probability-
ARQ Auto Request- Tự động yêu cầu lại (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
BB Base Band- Băng tần cơ sở
BER Bit Error Ratio - Tỷ số lỗi bit
BPSK Binary Phase Shift Keying- Khoá dịch pha nhị phân
CCITT Consultative Committe for International Telegraphy and
Telephony- Uỷ ban t− vấn điện báo, điện thoại quốc tế
CDMA Code Division Multiple Access- Đa truy nhập phân chia theo mW
CNR (C/N) Carrier to Noise Ratio-Tỷ lệ sóng mang trên nhiễu (Carrier/Noise)
DAMA Demand Assigned Multiple Access- Đa truy nhập theo yêu cầu
DC Down Converter- Bộ đổi tần xuống
DEMOD Demodulation- Giải điều chế
DTH Direct To Home -Trực tiếp tới thuê bao
EIRP Equivalent Isotropic Radiated Power- Công suất bức xạ đẳng
h−ớng t−ơng đ−ơng
FC Frequency Converter- Bộ đổi tần
FDM Frequency Division Multiplexing- Ghép kênh phân chia theo tần số
FDMA Frequency Division Multiple Access - Đa truy nhập phân chia theo
tần số
FEC Forward Error Correction- Cơ chế sửa lỗi tr−ớc
FSL Free Space speading Loss- Suy hao trong không gian tự do
HPA Hight Power Amplifier- Bộ khuếch đại công suẩt cao
IBS Intelsat Business Service - Dịch vụ th−ơng mại Intelsat
IDR Intermediate Data Rate- Tốc độ số liệu trung bình
IF Intermediate Frequency- Trung tần
94
LNA Low Noise Amplifier - Bộ khuếch đại tạp âm thấp
LO Local Oscillator- Bộ dao động nội
MCPC Multiple Channel Per Carrier- Đa kênh trên sóng mang
MIX Mixer - Bộ trộn
MOD Modulation - Điều chế
MODEM Mudulation and Demodulation- Bộ điều chế và giải điều chế (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
MUX Multiplexer -Bộ ghép kênh
OSC Oscillator- Bộ tạo dao động
PAM Pulse Amplitude Modulation- Điều biên xung
PL Polarization mismatch Loss- Suy hao lỗi phân cực
PPA Prior Power Amplifier- Bộ tiền khuếch đại công suất
QAM Quadrature Amplitude Modulation- Điều biên cầu ph−ơng
QPSK Quadrature Phase Shift Keying- Khoá dịch pha cầu ph−ơng
RCPC Rate Compatible Punctured Codes-
RF Radio Frequency- Tần số vô tuyến
RFL Receiver Feeder Loss- Suy hao ống dẫn sóng
RQLI Recursive Quick Look In- Đệ qui nhanh
RSC Recursive Systematic Code- MW hệ thống đệ qui
SCPC Single Channel Per Carrier- Kênh đơn trên sóng mang
SNR (S/N) Signal to Noise Ratio- Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu (Signal/Noise)
SSPA Solid State Power Amplifier- Bộ khuếch đại công suất cao bán dẫn
TCM Trellis Code Modulation - Điều chế mW l−ới
TDM Time Division Multiplexing- Ghép kênh phân chia theo thời gian
TDMA Time Division Multiple Access- Đa truy nhập phân chia theo thời gian
TT&C Tracking Telemetry and Command
TVRO Television Receive Only- Thiết bị thu tín hiệu TV thuần tuý
TWTA Traveling Wave Tube Amplifier- Đèn khuyếch đại sóng chạy
UC Up Converter-Bộ đổi tần lên
VHF Very Hight Frequency- Sóng cao tần
95 Danh mục các hình vẽ
Hình 1.1: Quỹ Đạo của vệ tinh 5
Hình 1.2: Vùng phủ sóng của vệ tinh Pan European 6
Hình 1.3a: Một chùm phủ sóng đơn 7
Hình 1.3b: Nhiều chùm phủ sóng 7
Hình 1.4: Các định nghĩa băng tần 11
Hình 1.5: Phân hệ thông tin (payload) của vệ tinh 18 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 1.6: Anten mặt phản xạ dạng l−ới 19
Hình 1.7: Các kênh cho transponder vệ tinh băng C 21 Hình 1.8: Cấu tạo một transponder trên vệ tinh và các mức năng
l−ợng
21
Hình 1.9: Sơ đồ một tuyến liên lạc vệ tinh 23
Hình 2.1: Sơ đồ khối và dạng sóng tin hiệu BPSK 29 Hình 2.2: Sơ đồ khối và dạng sóng tín hiệu QPSK 31
Hình 2.3: Sơ đồ khối điều chế 8PSK 33
Hình 2.4: Sơ đồ tóm tắt bộ điều chế QAM đa mức 34
Hình 2.5: Bộ biến đổi mức 2-4 35
Hình 2.6: Sơ đồ khối và biểu đồ chòm sao 16QAM 36 Hình 2.7: Huyện suất băng thông lý thuyết so với C/N với các kiểu
điều chế khác nhau (BER=10-6, WT = 1,33)
38
Hình 3.1: Bộ mW hoá turbo 39
Hình 3.2: Nguyên lý giải mW turbo 40
Hình 3.3: Sơ đồ mW hoá turbo 41
Hình 3.4: Sơ đồ bộ mW hoá RSC trong phiên bản mW turbo đầu tiên 42
Hình 3.5: Cấu trúc bộ mW hoá điều chế turbo 46
96 Hình 3.7: Cấu trúc mW hoá của cơ chế điều chế mW hoá l−ới turbo 48 Hình 3.8: Cấu trúc mW hoá của cơ chế mW hoá điều chế l−ới song
song trùng hợp
48
Hình 3.9: Cấu trúc mW hoá của cơ chế mW đa mức 49
Hình 3.10: Ví dụ về mW TCM tự trùng hợp 50
Hình 3.11: So sánh hiệu suất BER của một số ph−ơng pháp điều chế sử dụng mW turbo bất đối xứng
51
Hình 3.12`:
ánh xạ Gray cho chùm tín hiệu 16-QAM` 52 Hình 3.13: Mẫu lực bớt của ph−ơng pháp mW hoá điều chế turbo xáo
trộn bit
52
Hình 3.14: Sơ đồ mW hoá cho ph−ơng pháp mW hoá điều chế xáo trộn bít sử dụng mW đa turbo
55 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 3.15: Hiệu suất BER của ph−ơng pháp mW hoá điều chế sử dụng đW mW turbo
57
Hình 4.1: Mối quan hệ giữa Back-off cho chế độ hoạt động nhiều sóng mang và điểm bWo hoà cho một sóng mang
66
Hình 4.2: Mối quan hệ giữa Input và Output back-off trong bộ khuếch đại TWTA trên vệ tinh
70
Hình 4.3: Kết hợp đ−ờng lên và đ−ờng xuống 74
Hình 5.1: Sơ đồ trạm mặt đất Viettel sat - 1 pha 1 Phụ lục Hình 5.2: Sơ đồ trạm mắt đất Viettel sat - 1 pha 2 Phụ lục
Hình 5.3: HPA size 81
Hình 5.4: Sơ đồ mức năng l−ợng các khối phía phát băng tần C 83
Hình 5.5: Sơ đồ sơ bộ các mức thu 84
Hình 5.6: Trạm vệ tinh mặt đất Viettel sat 1 85
97 Danh mục các bảng
Bảng 1.1: Tiêu chuẩn trạm mặt đất theo phân loại của Intelsat 25