Đồ án Thiết kế tuyến thông tin vệ tinh

mang coù dung löôïng khaùc nhau. a) Tröôøng hôïp veä tinh trong suoát b) Tröôøng hôïp veä tinh taùi taïo 42 - Nhaèm taïo thuaän tieän cho vieäc laép ñaët caùc traïm maët ñaát giaù thaønh thaáp, söû duïng veä tinh taùi taïo vôùi ñöôøng leân duøng phöông phaùp ña truy nhaäp FDMA coøn ñöôøng xuoáng duøng kyû thuaät TDM. Vôùi giaûi phaùp naøy cho pheùp boä phaùt ñaùp laøm vieäc ôû cheá ñoä baõo hoaø daãn ñeán EIRP cöïc ñaïi vaø heä soá phaåm chaát G/T cuûa traïm maët ñaát coù theå giaûm ñi ñöôïc. Giaûi phaùp naøy ñöôïc moâ taû ôû hình 4-11 . Giaûi ñieàu cheá Giaûi ñieàu cheá Boä nhôù (RAM) Ñieàu khieån BFN Chuøm queùt Vuøng chuøm cö truù Hình 4.10: Maïng veä tinh queùt ñôn chuøm kieåu taùi Thôøi gian Taàn soá Cheá ñoä lieân tuïc 1 2 M Thôøi gian Taàn soá 1 2 M Cheá ñoä lieân tuïc Tuyeán leân FDMA DEM: Giaûi ñieàu cheá MOD: Ñieàu cheá Tuyeán xuoáng TDM Hình 4.11: Maïng lieân quan ñeán moät boä phaùt ñaùp taùi taïo TA ÙC H K E ÂN H M a tr aän c hu ye ån m aïc h ba êng ta àn go ác G he ùp ke ânh T M D DEM DEM DEM DEM 1 2 M f 2 1 M LNA L0 f f f MOD TWT TDM f1 f2 fM FDMA 43 Toùm laïi so vôùi heä thoáng veä tinh thoâng thöôøng thì veä tinh taùi taïo chòu ñöôïc möùc can nhieãu cao hôn. Nhôø xöû lyù treân veä tinh neân daãn tôùi ñôn giaûn hoaù trang thieát bò traïm maët ñaát. Tính toaùn thieát keá tuyeán thuaän lôïi cho pheùp giaûm bôùt caùc yeâu caàu kyõ thuaät thu phaùt cuûa traïm neân giaù thaønh giaûm. Do vaäy, heä thoáng naøy taïo thuaän tieän cho vieäc môû roäng caùc maïng coù moät soá löôïng lôùn caùc traïm nhoû gaàn vôùi ngöôøi söû duïng. 44 CHÖÔNG V THIEÁT KEÁ TUYEÁN THOÂNG TIN VEÄ TINH 5.1. Giôùi thieäu Tuyeán thoâng tin veä tinh laø ñöôøng noái lieàn maët ñaát – khoâng gian - maët ñaát goàm coù nhieàu thaønh phaàn khaùc nhau nhö boä phaùt ñaùp veä tinh, ñöôøng truyeàn daãn, maùy thu phaùt traïm maët ñaát. Taïi moãi phaàn, chaát löôïng cuûa tuyeán bò giaûm ôû moät möùc ñoä naøo ñoù do taïp aâm sinh ra trong phaàn ñoù. CCIR (Uyû ban tö vaán veà thoâng tin voâ tuyeán quoác teá) ñöa ra moät tieâu chuaån lieân quan ñeán coâng suaát taïp aâm cho pheùp ñoái vôùi vieäc truyeàn daãn caùc tín hieäu thoaïi vaø truyeàn hình trong dòch vuï veä tinh coá ñònh. Thieát keá tuyeán coù theå ñöôïc xem nhö laø vieäc phaân phoái coâng suaát taïp aâm trong töøng phaàn cuûa tuyeán thoâng tin ñeå phuø hôïp vôùi caùc yeâu caàu veà taïp aâm ñaõ neâu trong caùc khuyeán nghò cuûa CCIR. Moät ñieåm quan troïng nöõa laø khi thieát keá ñöôøng truyeàn sao cho ñaït hieäu quaû cao nhaát nghóa laø chaát löôïng tuyeán cao nhöng giaù thaønh phuø hôïp . 5.2. Caùc chæ tieâu chaát löôïng CCIR thieát laäp caùc chæ tieâu chaát löôïng ñeå thoaû maõn cho nhieàu loaïi hình dòch vuï vaø thöïc hieän caùc quaù trình ñieàu cheá. CCIR ñöa ra ba ngöôõng chaát löôïng khoâng ñöôïc pheùp vöôït quaù trong moät phaàn traêm thôøi gian cho tröôùc. Ñoái vôùi thoâng tin thoaïi caùc ngöôõng chaát löôïng ñöôïc toùm taét trong baûng 5-1 . Baûng 5-1 Caùc chæ tieâu chaát löôïng ñoái vôùi thoaïi Thoaïi töông töï Thoaïi soá (PCM) Caùc ñieàu kieän ño Coâng suaát taïp aâm taïi möùc chuaån BER 20% cuûa thaùng baát kyø (giaù trò trung bình 1 phuùt) 20% cuûa thaùng baát kyø (giaù trò trung bình 10 phuùt) 0,3% cuûa thaùng baát kyø (giaù trò trung bình 1 phuùt) 0,01% cuûa naêm baát kyø (giaù trò toång treân 5ms) 0,01% cuûa thaùng baát kyø (giaù trò trung bình 1s) 10.000 pWOp ---- 50.000 pWOp 1.000.000 pWOp ( khoâng troïng soá) ------ --- 10-6 10-4 ---- 10-3 Ñoái vôùi truyeàn hình veä tinh, chæ tieâu chaát löôïng laø tyû soá tín hieäu treân taïp aâm (S/N) (troïng soá ) phaûi baèng hoaëc lôùn hôn 53dB trong 99% thôøi gian vaø 45dB trong 99,9% thôøi gian. Khi coù thoáng keâ suy hao do caùc ñieàu kieän khí quyeån, thì coù theå tính ñöôïc tyû soá tín hieäu treân nhieät taïp aâm nhaän ñöôïc taïi ñaàu vaøo maùy thu traïm maët ñaát cho caùc 45 phaàn traêm thôøi gian khaùc nhau, töø ñoù kieåm tra heä thoáng coù thoaû maõn tieâu chuaån chaát löôïng ñaõ ñeà ra khoâng. Tuy nhieân khi tính toaùn ta phaûi ñeà ra moät döï tröõ nhaát ñònh do coù söï sai khaùc giöõa lyù thuyeát vaø chaát löôïng thieát bò thöïc teá vaø ñeå ñeà phoøng söï giaûm tín hieäu hoaëc taêng taïp aâm (nhieãu do caùc maïng khaùc, nhieãu ña ñöôøng truyeàn hoaëc nhieãu do caùc keânh laân caän ) . 5.3. Caùc chæ tieâu saün saøng Moät tuyeán thoâng tin veä tinh coá ñònh ñöôïc xem laø khoâng saün saøng neáu nhö moät trong caùc ñieàu kieän sau toàn taïi ôû thieát bò thu ñaàu cuoái cuûa tuyeán . - 0,2% cuûa naêm trong tröôøng hôïp hoûng hoùc (thôøi gian ngöøng treä dòch vuï phaûi nhoû hôn 18 giôø / naêm). - 0,2% cuûa thaùng baát kyø neáu dòch vuï bò ngöng treä do truyeàn soùng . - Trong truyeàn daãn töông töï keânh thoaïi, coâng suaát taïp aâm khoâng troïng soá taïi möùc 0 töông ñoái, vôùi thôøi gian tích hôïp laø 5ms, vöôït quaù 10-6pWOp . - Trong truyeàn daãn soá, BER vöôït quaù 10-3 . 5.4. Quan heä giöõa chaát löôïng vaø C/N Chaát löôïng cuûa moät keânh thoâng tin voâ tuyeán ñöôïc ñaùnh giaù baèng tyû soá soùng mang treân taïp aâm (C/N) vaø löôïng meùo tín hieäu thu. Trong tuyeán thoâng tin veä tinh, aûnh höôûng khí quyeån gaây ra meùo tín hieäu thu laø nhoû, vì theá chaát löôïng ñöôøng truyeàn coù theå chæ caàn xaùc ñònh baèng C/N cuûa ñöôøng truyeàn . Quan heä giöõa C/N vaø BER (trong heä thoáng PSK soá) hoaëc S/N (trong heä thoáng FM töông töï ) ôû tín hieäu thu tuyø thuoäc vaøo ñieàu cheá vaø giaûi ñieàu cheá trong heä thoáng. Vì theá coù theå tính C/N caàn thieát töø ñöôøng cong C/N – S/N hoaëc C/N – BER ñoái vôùi chaát löôïng tuyeán yeâu caàu (BER hoaëc S/N), nhö treân hình 5-1. Khi khaû naêng khoâng saün saøng do möa laø chuû yeáu, thì ta phaûi xaùc ñònh moái quan heä giöõa giaù trò löôïng möa theo giôø vaø xaùc suaát xaûy ra möa (döïa vaøo thôøi gian thoáng keâ löôïng möa haøng naêm cuûa vuøng ñoù). Ví duï nhö ôû chaâu AÂu cöôøng ñoä möa 30mm/h coù xaùc suaát 0,01% naêm töông ñöông vôùi 53phuùt/naêm. Coøn ôû khu vöïc Ñòa Trung Haûi thì xaùc suaát 0,01%naêm laø 50mm/h. Caùc vuøng xích ñaïo xaùc suaát 0,01% C/N caàn thieát a) Ñieàu cheá PSK BER BER caàn thieát I I C/N caàn thieát b) Ñieàu cheá FM S/N S/N caàn thieát I I Hình 5.1: Quan heä bình thöôøng giöõa C/N caàn thieát vaø chaát löôïng tuyeán truyeàn 46 naêm laø 120mm/h. Hình 5-2 bieåu dieãn caùc ñöôøng ñaúng möùc cöôøng ñoä möa vöôït quaù 0,01% thôøi gian trong naêm. 47 Ñeå xaùc ñònh suy hao do möa ngoaøi caùc yeáu toá cöôøng möa, xaùc suaát möa coøn moät soá yeáu toá khaùc nhö taàn soá soùng, chieàu daøi ñoaïn ñöôøng thöïc teá soùng ñi trong möa (phuï thuoäc vaøo ñoä cao côn möa, vó ñoä ñieåm thu, goùc ngaång anten). Ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc : γR = αR L S Trong ñoù : αR : Ñoä suy giaûm treân moät ñôn vò chieàu daøi (dB/km), phuï thuoäc vaøo taàn soá coâng taùc vaø cöôøng ñoä möa, coù theå ñöôïc xaùc ñònh baèng ñoà bieåu. Hình 5-3 laø ñoà bieåu do CCIR cung caáp ñeå tính heä soá naøy. 48 LS : Chieàu daøi ñoaïn ñöôøng thöïc teá soùng ñi trong möa, phuï thuoäc vaøo goùc ngaång vaø ñoä cao côn möa. LS = E hh SR sin − hR : Ñoä cao côn möa (hR = 4km vôùi 0 < vó ñoä <360) hS : Ñoä cao anten so vôùi maët nöôùc bieån γR : Ñoä suy hao do möa 5.5 C/N TOÅNG Tyû soá C/N taïi maùy thu laø moät yeáu toá quan troïng trong vieäc thieát keá moät tuyeán thoâng tin ñeå ñaûm baûo chaát löôïng yeâu caàu. C/N maùy thu laø tyû soá coâng suaát soùng mang treân coâng suaát taïp aâm taïi ñaàu vaøo maùy thu. Ñeå tính ñöôïc C/N toång trong thoâng tin veä tinh, tröôùc heát ta phaûi tìm C/N tuyeán leân vaø C/N tuyeán xuoáng rieâng bieät. Sau ñoù C/N toång giöõa hai traïm coù theå ñöôïc bieåu thò bôûi phöông trình : (C/N)T = -10 log ( ) ( ) ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ + −− 10 / 10 / 1010 DU NCNC (5.1) Trong ñoù : (C/N)T : C/N toång (dB) (C/N)U : C/N ñöôøng leân (dB) (C/N)D : C/N ñöôøng xuoáng (dB) 5.6. Coâng suaát soùng mang Coâng suaát thu laø yeáu toá quan troïng nhaát trong vieäc xaùc ñònh chaát löôïng cuûa moät tuyeán thoâng tin veä tinh. Ñöôïc bieåu thò qua phöông trình sau : PR = PT – LT + GT - LP + GR - LR (dB) (5.2) Trong ñoù : PR : Coâng suaát thu PT : Coâng suaát phaùt GR : Heä soá taêng ích anten thu GT : Heä soá taêng ích anten phaùt LT : Toån hao heä thoáng tieáp soùng phaùt LR : Toån hao heä thoáng tieáp soùng thu LP : Toån hao ñöôøng truyeàn Trong thoâng tin veä tinh ngöôøi ta thöôøng söû duïng anten parabol. Heä soá taêng ích anten parabol nhö ñaõ ñöôïc neâu ôû phaàn 3.1.4 ñöôïc moâ taû qua bieåu thöùc : G= η 2 ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ λ πD (5.3) 49 Heä soá taêng ích cuûa anten veä tinh thöôøng khoaûng 15dB ñoái vôùi moät anten phuû soùng toaøn caàu ôû taàn soá 6GHz hoaëc töø 30 ñeán 40 dB cho taàn soá 14GHz . Heä thoáng tieáp soùng ñöôïc thieát keá sao cho toån hao caøng nhoû caøng toát. Trong thöïc teá toån hao heä thoáng tieáp soùng traïm maët ñaát thöôøng töø 1 ñeán 2 dB vaø ôû veä tinh khoaûng 1dB hoaëc nhoû hôn . (PT – LT + GT) trong phöông trình (5.2) bieåu thò coâng suaát thöïc teá phaùt tôùi maùy thu. Nghóa laø, noù töông ñöông vôùi coâng suaát phaùt caàn thieát khi söû duïng anten khoâng coù taêng ích vaø heä thoáng tieáp soùng khoâng coù toån hao. Coâng suaát ñoù ñöôïc goïi laø EIRP (coâng suaát böùc xaï ñaúng höôùng töông ñöông ) vaø ñöôïc bieåu thò baèng phöông trình : EIRP = PT - LT + GT (dB) (5.4) EIRP thöôøng ñöôïc söû duïng ñeå bieåu thò khaû naêng cuûa moät phöông tieän truyeàn daãn cuûa ñoái vôùi thoâng tin veä tinh . Toån hao truyeàn soùng laø teân chung ñoái vôùi toån hao khoâng gian töï do xaùc ñònh baèng cöï ly truyeàn soùng vaø toån hao xaûy ra do haáp thuï bôûi taàng ñieän ly, khoâng khí vaø möa. Noù ñöôïc bieåu dieãn baèng phöông trình (5.5) LP = Γ + LI + LA + LR (5.5) Trong ñoù : LP : Toån hao truyeàn soùng LI : Toån hao haáp thuï trong taàng ñieän ly LA : Toån hao haáp thuï trong khoâng khí LR : Suy hao do möa Γ : Toån hao khoâng gian töï do Γ = 24 ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ λ πR R : Cöï ly truyeàn soùng λ : Böôùc soùng voâ tuyeán Trong thoâng tin veä tinh toån hao khoâng gian töï do chieám phaàn lôùn toån hao ñöôøng truyeàn, toån hao do haáp thuï bôûi taàng ñieän ly vaø khoâng khí laø khoâng ñaùng keå vaø coù theå boû qua trong thieát keá. Tuy nhieân, neáu söû duïng taàn soá lôùn hôn 10GHz thì suy hao do möa laø yeáu toá quan troïng nhaát quyeát ñònh ñeán chaát löôïng tuyeán. Hình 5.4 bieåu dieãn söï thay ñoåi coâng suaát soùng mang tuyeán xuoáng cuûa thoâng tin veä tinh. Qua ñoù ta thaáy toån hao ñöôøng truyeàn laø ñaùng keå . 50 ---------------------------------------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 50 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 0 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- -50 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- -100 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- -150 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- dBm --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 5.7. Coâng suaát taïp aâm nhieät Taïp aâm nhieät ñöôïc taïo ra trong maùy phaùt vaø noù keát hôïp vôùi taïp aâm beân ngoaøi ñi vaøo anten thu vaø taïp aâm beân trong taïo ra töø trong maùy thu, anten, heä thoáng tieáp soùng. Maëc duø soá löôïng taïp aâm ñöôïc taïo ra ôû maùy phaùt laø ñaùng keå, nhöng noù giaûm doïc theo ñöôøng truyeàn lan, vì theá khoâng caàn xeùt ñeán loaïi taïp aâm naøy. Ta chæ caàn xeùt ñeán taïp aâm beân trong vaø taïp aâm beân ngoaøi nhö hình 5.5 . Hình 5.5- Phaân loaïi nguoàn taïp aâm (ñöôøng xuoáng) Taïp aâm beân trong Phía phaùt Taïp aâm maùy phaùt Taïp aâm beân ngoaøi Maùy thu Anten veä tinh Taêng ích anten phaùt Ñaàu ra maùy phaùt veä tinh Toån hao truyeàn soùng Toån hao boä truyeàn soùng Coâng suaát ñaàu vaøo traïm thu maët ñaát Taêng ích anten thu Coâng suaát ñaàu vaøo traïm maët ñaát Hình 5.4: Söï thay ñoåi coâng suaát soùng mang (ñöôøng xuoáng) M öùc c oân g su aát 51 5.7.1. Taïp aâm beân ngoaøi Taïp aâm beân ngoaøi bao goàm taïp aâm khoâng gian, taïp aâm beà maët traùi ñaát, taïp aâm khí quyeån vaø taïp aâm möa. Taïp aâm hieäu duïng taïi maët ñaát chuû yeáu laø taïp aâm möa laø nguyeân nhaân chính cuûa suy hao tín hieäu. Khi baàu trôøi trong, taïp aâm gaây ra laø do khí quyeån vaø khoâng gian. Taïp aâm naøy coù nhieät ñoä ño ñöôïc nhoû hôn 100K, vì vaäy ta coù theå boû qua khi thieát keá tuyeán sô boä . Taïp aâm töø beà maët traùi ñaát khoâng aûnh höôûng ñeán traïm maët ñaát bôûi vì ta söû duïng anten coù höôùng, nhöng noù aûnh höôûng ñeán veä tinh thoâng tin vì anten cuûa noù höôùng veà traùi ñaát. Nhieät ñoä taïp aâm cuûa taïp aâm beà maët traùi ñaát thu baèng veä tinh thoâng tin gaàn gioáng nhö cuûa beà maët traùi ñaát . 5.7.2. Taïp aâm beân trong Taïp aâm beân trong xaûy ra trong caùc anten, caùc heä thoáng tieáp soùng vaø caùc maùy thu, toång taïp aâm ñoù laø toaøn boä coâng suaát taïp aâm beân trong. Tuy nhieân taïp aâm xaûy ra taïi caùc ñieåm khaùc nhau coù aûnh höôûng khaùc nhau, vì theá coâng suaát taïp aâm tích hôïp khoâng theå ñaùnh giaù moät caùch ñôn giaûn baèng vieäc xaùc ñònh trò soá taïp aâm. Vì C/N laø trò soá ñaàu vaøo maùy thu, neân ta phaûi bieán ñoåi taïp aâm xaûy ra taïi anten vaø trong heä thoáng tieáp soùng thaønh moät trò soá taïi ñieåm ñaàu vaøo maùy thu nhö cho thaáy treân hình 5-6 . Vaø ñöôïc bieåu dieãn vôùi phöông trình sau : TIN = R FF A T L T L T +⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −+ 110 (5.6) Trong ñoù : TIN : Toång taïp aâm beân trong TA : Nhieät taïp aâm anten TR : Nhieät taïp aâm maùy thu T0 ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ − FL 11 : Taïp aâm heä thoáng tieáp soùng T0 : Nhieät ñoä moâi tröôøng Maùy thu To TA Fiñô LFRX TR TIN Anten Hình 5.6: Soá taïp aâm heä thoáng thu 52 LF : Suy hao heä thoáng tieáp soùng Phöông trình (5.6) tính caùc taïp aâm xaûy ra trong moãi phaàn quy vaøo ñaàu vaøo. Noùi chung, taïp aâm ñöôïc sinh ra moïi nôi trong thieát bò, nhöng chæ duøng caùc trò soá quy veà ñaàu vaøo cuûa caùc taïp aâm taïo ra taïi moãi ñaàu vaøo trong thieát bò. Taïp aâm heä thoáng tieáp soùng ñöôïc bieåu dieãn baèng T0 ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ − FL 11 . Ñoù laø coâng suaát taïp aâm quy veà ñaàu vaøo treân moät ñieän trôû, ôû ñoù coâng suaát tín hieäu khi chaûy qua noù giaûm xuoáng LF taïi nhieät ñoä moâi tröôøng. Vì vaäy, T0 ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ − FL 11 taêng khi LF heä thoáng tieáp soùng taêng, coù nghóa laø coâng suaát taïp aâm beân trong gaây ra bôûi heä thoáng tieáp soùng taêng. Do ñoù caàn phaûi thieát keá heä thoáng tieáp soùng ngaén nhaát, ñeå giaûm bôùt taïp aâm . Nguyeân nhaân chính gaây ra taïp aâm anten laø taïp aâm nhieät xaûy ra taïi anten vaø noù coù nhieät ñoä khoaûng 30 –1000K . Trong moät traïm VSAT, ôû ñoù coù nhieät taïp aâm maùy thu cao neân coù theå boû qua taïp aâm anten, nhöng ñoái vôùi moät traïm maët ñaát lôùn ngöôøi ta söû duïng caùc thieát bò thu chaát löôïng cao, vì theá aûnh höôûng do taïp aâm anten laø lôùn trong toaøn boä heä thoáng . Nhieät taïp aâm ñoái vôùi moät maùy thu baèng toång nhieät taïp aâm xuaát hieän trong moãi phaàn. Ñoái vôùi caùc boä khuyeách ñaïi noái tieáp cho trong hình 5-7 Ñöôïc bieåu dieãn nhieät taïp aâm maùy thu theo phöông trình : 132121 3 1 2 1 ... ... − ++++= K K R GGGG T GG T G TTT (5.7) Vì tín hieäu trôû neân lôùn hôn khi ñi qua moãi taàng khuyeách ñaïi, neân taùc ñoäng cuûa taïp aâm taïi moãi taàng laïi nhoû ñi. Töø phöông trình (5.7) ta thaáy neáu heä soá khuyeách ñaïi taàng ñaàu ñuû lôùn, thì taïp aâm xaûy ra ôû taàng thöù hai vaø caùc taàng khuyeách ñaïi tieáp theo coù theå boû qua. Vì vaäy, khi caàn phaûi giaûm taïp aâm trong maùy thu xuoáng nhoû hôn nhö laø trong heä thoáng thoâng tin veä tinh, thì phaûi söû duïng taàng khuyeách ñaïi ñaàu tieân coù heä soá khuyeách ñaïi cao vaø khuyeách ñaïi taïp aâm thaáp. Do ñoù, caùc maùy thu thoâng tin veä tinh söû duïng boä khuyeách ñaïi taïp aâm thaáp (LNA), vôùi nhieät taïp aâm ñaàu vaøo cuûa taàng ñaàu tieân laø thaáp. G1 Boä khueách ñaïi 1 Nhieät taïp aâm T1 G2 Boä khueách ñaïi 2 Nhieät taïp aâm T2 G3 Boä khueách ñaïi 3 Nhieät taïp aâm T3 GK Boä khueách ñaïi K Nhieät taïp aâm TK Hình 5.7: Boä khueách ñaïi noái tieáp 53 5.7.3. Taïp aâm heä thoáng Taïp aâm ngoaøi vaø taïp aâm beân trong ñeàu toàn taïi trong moät heä thoáng, vì theá taïp aâm toång ñoái vôùi heä thoáng ñoù baèng toång coâng suaát taïp aâm beân ngoaøi vaø beân trong cuûa noù. Ñieàu naøy cho thaáy ôû phöông trình : ( ) R F FAS SYS TL LTTT T + −++ = 10 (5.8) Trong ñoù : TSYS : Nhieät taïp aâm heä thoáng TS : Nhieät taïp aâm beân ngoaøi TA : Nhieät taïp aâm anten TR : Nhieät taïp aâm maùy thu T0 : Nhieät ñoä moâi tröôøng LF : Toån hao heä thoáng tieáp soùng Vôùi phöông trình treân ta söû duïng ñeå tính taïp aâm ñöôøng xuoáng coøn ñoái vôùi ñöôøng leân caùc nguyeân nhaân chính gaây ra taïp aâm laø taïp aâm maùy thu vaø taïp aâm ngoaøi (taïp aâm beà maët traùi ñaát ), vì theá ta coù theå boû qua taïp aâm heä thoáng tieáp soùng vaø taïp aâm anten. Nhö vaäy ta coù theå bieåu dieãn nhieät taïp aâm ñoái vôùi ñöôøng leân baèng phöông trình : TSYS = TS + TR (5.9) Nhö vaäy ta coù theå söû duïng nhieät taïp aâm(TSYS) ñeå tính coâng suaát taïp aâm (NSYS) cho toaøn boä heä thoáng nhö bieåu thò ôû phöông trình : NSYS = 10log(k.TSYS.B) (dBW) (5.10) Trong ñoù : k : Haèng soá Boltzmann = 1,38 x 10-23 (W/Hz/0K) = -228,6 (dBW/HzK) B : Ñoä roäng baêng taàn Söû duïng NSYS naøy vaø PR töø phöông trình (5.2) ta coù theå bieåu thò tyû soá C/N : C/N = PR – NSYS = PT –LT + GT – LP + GR – LR - NSYS (5.11) Vôùi phöông trình treân ta thaáy (GR – LR - NSYS) bieåu thò ñaëc tính maùy thu. Tuy nhieân thoâng soá G/T duøng TSYS thay cho NSYS ñeå bieåu thò chaát löôïng maùy thu, vôùi phöông trình sau : G/T = GR – 10logTSYS – LR (5.12) 5.8. Coâng suaát taïp aâm nhieãu 5.8.1. Can nhieãu taïp aâm khaùc Nhö ñaõ moõ taû ôû phaàn 2.3.8 . Coù boán caùch trong ñoù caùc tuyeán thoâng tin veä tinh coù theå can nhieãu vôùi nhau. Trong soá naøy, nhieãu lôùn xaûy ra giöõa tuyeán viba maët ñaát vaø traïm veä tinh maët ñaát, nhieãu töø tuyeán viba maët ñaát ñeán heä thoáng veä tinh laø khoâng ñaùng keå. Trong thieát keá tuyeán ta caàn chuù yù vò trí ñaët traïm sao cho nhieãu xaûy ra ít nhaát vaø söû duïng anten coù ñaëc tính buùp soùng phuï toát. Nhieãu töø caùc tín hieäu coù 54 theå xem nhö laø töông ñöông vôùi taïp aâm neáu nhö möùc coâng suaát tín hieäu laø ñuû thaáp. Töø ñoù vieäc tính toaùn C/N coù theå aùp duïng ñoái vôùi taïp aâm nhieãu (I) . Xaùc ñònh C/I gioáng nhö xaùc ñònh C/N : C/I = PR - I (5.13) Ta cuõng coù theå tính ñöôïc I nhö tính taïp aâm neáu nhö ta bieát caùc ñaëc tính buùp soùng phuï anten vaø caùc thoâng soá nhö laø khoaûng caùch ñöôøng truyeàn ñoái vôùi traïm gaây nhieãu. Ngoaøi ra, nhieãu coù theå ñöôïc xaùc ñònh baèng pheùp ño thöïc teá theo nhieàu caùch . Khi ñoù, caùc tyû soá C/I vaø C/N ñöôïc phoái hôïp ñeå tìm ra (C/N+I) baèng phöông trình : [C/N+I] = -10 log 10 [ 10(-1/10)C/N + 10(-1/10)C/I ] (5.14) 5.8.2. Nhieãu cuøng tuyeán Nhieãu coù theå töø caùc tuyeán thoâng tin khaùc, nhöng nhieãu cuõng coù theå sinh ra ngay trong tuyeán vaø ñöôïc goïi laø nhieãu cuøng tuyeán. Caùc nguyeân nhaân gaây ra nhieãu cuøng tuyeán nhö : - Taïp aâm nhieãu khöû phaân cöïc - Taïp aâm nhieãu keânh laân caän Nhö chæ ra treân hình 5-8 Nhieãu khöû phaân cöïc xuaát hieän trong caùc heä thoáng thoâng tin phaân cöïc keùp. Loaïi naøy bò chi phoái bôûi ñaëc tính anten, coøn ñoái vôùi nhieãu keânh laân caän thì do ñaëc tính boä loïc maùy thu . Nhieãu Nhieãu Taàn soá Soùng phaân cöïc ñöùng Soùng phaân cöïc ngang Nhieãu Nhieãu Taàn soá Hình 5.8: Nhieãu khi phaân cöïc vaø nhieãu keânh laân caän 55 5.9. Phaân phoái taïp aâm Trong moät tuyeán thoâng tin veä tinh caùc loaïi taïp aâm vaø phaân boå cuûa chuùng ñöôïc bieåu thò nhö treân hình 5-9 . Hình 5-9 Phaân boå taïp aâm Döïa vaøo phaân boå taïp aâm ta coù theå caûi tieán chaát löôïng baèng vieäc thay ñoåi thieát bò sao cho phuø hôïp giöõa chaát löôïng vaø kinh teá 5.10. Tính toaùn ñoä saün saøng Khi söû duïng caùc taàn soá lôùn hôn 10GHz trong caùc tuyeán thoâng tin veä tinh, chaát löôïng tuyeán ñöôïc quyeát ñònh baèng khaû naêng khoâng saün saøng do möa. Do ñoù ta phaûi xeùt ñeán löôïng taêng veà taïp aâm baàu trôøi vaø nhieãu khöû phaân cöïc do möa vaø suy hao coâng suaát thu. Ñeå xaùc ñònh tyû soá thôøi gian khoâng saün saøng, ta caàn phaûi tìm ra löôïng möa cho pheùp töø caùc ñaëc tính möa ôû traïm maët ñaát. Töø ñoù thieát keá heä thoáng coù caùc chæ tieâu kyõ thuaät ñoái vôùi thieát bò ñoøi hoûi coù chaát löôïng tuyeán cao hôn bình thöôøng. C/N + I tích hôïp khi ñaït ñöôïc chaát löôïng tuyeán theo yeâu caàu C/N + l ñoái vôùi ñöoøng leân C/N + l ñoái vôùi ñöoøng xuoáng Taïp aâm nhieät C/N Taïp aâm nhieãu C/l Taïp aâm nhieät C/N Taïo aâm nhieãu C/l Taïp aâm noäi boä Taïp aâm maùy thu Taïp aâm ngoaøi Taïp aâm beà maët maët ñaát Nhieãu khaùc heä thoáng Nhieãu cuøng heä thoáng Nhieãu khöû phaân cöïc Nhieãu keânh laân caän Taïp aâm noäi boä Taïp aâm ngoaøi Nhieãu khaùc h ä th á Nhieãu cuøng heä thoáng Taïp aâm maùy thu Taïp aâm anten Taïp aâm heä thoáng tieáp soùng Taïp aâm baàu trôøi Taïp aâm möa Nhieãu ñöôøng viba treân maët ñ át Nhieãu khöû phaân cöïc Nhieãu keânh laân caän 56 Tuyø theo loaïi hình thoâng tin maø chaáp nhaän moät möùc ñoä khoâng saün saøng naøo ñoù. Nhaèm ñeå giaûm tính khoâng saün saøng ta laép ñaët moät traïm maët ñaát caùch nhau vaøi chuïc km vaø ñaáu noái chuùng baèng tuyeán thoâng tin treân maët ñaát. Kyõ thuaät naøy goïi laø phaân taäp ñieåm ñöôïc bieåu dieãn treân hình 5-10 . Yeáu toá khoâng saün saøng ngoaøi möa coøn coù nhieãu maët trôøi vaø söï coá thieát bò. Ñoái vôùi nhieãu maët trôøi ñoä khoâng saün saøng moät vaøi phuùt treân ngaøy trong 2 hoaëc 3 ngaøy vaøo luùc thu phaân vaø xuaân phaân. Ñoái vôùi thieát bò, söï coá cho pheùp töø 0,01 – 0,1% thôøi gian hoaït ñoäng vôùi traïm khoâng coù döï phoøng, töø 0,001 – 0,1% thôøi gian hoaït ñoäng ñoái vôùi traïm coù döï phoøng . Hình 5.10- Laép ñaët caùc traïm maët ñaát phaân taäp ñòa ñieåm 5.11. Tính toaùn keát noái ña truy nhaäp Moät ñaëc tính cuûa tuyeán ña truy nhaäp laø soùng voâ tuyeán phaùt töø moät soá traïm maët ñaát ñi vaøo moät boä phaùt ñaùp taïi cuøng moät thôøi ñieåm. Vì vaäy khi thieát keá tuyeán ñöôøng leân töø traïm maët ñaát ñeán veä tinh, ta phaûi xeùt ñeán hai ñieåm sau : - Taïi ñieåm ñaàu vaøo veä tinh thoâng tin, caùc möùc coâng suaát thu töø moãi traïm maët ñaát phaûi gioáng nhau. - Khi söû duïng heä thoáng ña truy nhaäp theo taàn soá (FDMA), phaûi söû duïng möùc luøi ñaàu vaøo ñeå traùnh nhieãu xuyeân ñieàu cheá trong caùc boä khuyeách ñaïi truyeàn daãn cuûa caùc boä phaùt ñaùp . Thoâng tin veä tinh Ñöôøng xuoáng Phaân taäp ñòa ñieåm (khoâng gian) Ñ öô øng le ân Tuyeán thoâng tin maët ñaát Traïm maët ñaát phaùt Traïm maët ñaát thu Traïm maët ñaát thuMöa 57 CHÖÔNG VI TÍNH TOAÙN TUYEÁN THOÂNG TIN 6.1. Giôùi thieäu chöông Trong thieát keá tuyeán thoâng tin veä tinh ñòa tónh, quan troïng nhaát laø vieäc tính toaùn, löïa choïn caáu hình vaø kích côõ caùc traïm sao cho giaù thaønh thieát bò, chi phí thueâ keânh veä tinh laø nhoû nhaát. Ngoaøi ra, nhö moät ñaëc ñieåm lôùn cuûa thoâng tin veä tinh, moâi tröôøng truyeàn soùng coù aûnh höôûng lôùn ñeán chaát löôïng tín hieäu vaø baûn thaân noù laïi thöôøng thay ñoåi. Vì vaäy khi löïa choïn caùc tham soá cuûa traïm caàn tính ñeán heä soá döï phoøng ñeå duy trì möùc tín hieäu luoân luoân trong giôùi haïn cho pheùp vôùi moät daûi thay ñoåi roäng caùc ñieàu kieän khí haäu, ñaëc bieät khi coù möa lôùn . Saép tôùi nöôùc ta seõ phoùng veä tinh noäi ñòa rieâng cuûa mình thì caùc dòch vuï vieãn thoâng qua veä tinh seõ phaùt trieån nhanh choùng vaø phoå caäp roäng raõi nhö truyeàn hình, ñieän thoaïi, truyeàn soá lieäu… Ñeå laép ñaët ñuùng moät anten traïm maët ñaát vaø tính toaùn sô boä moät tuyeán thoâng tin veä tinh, döôùi ñaây trình baøy moät phöông phaùp tính toaùn ñôn giaûn vaø deã thöïc hieän . 6.2. Tính toaùn tuyeán thoâng tin veä tinh 6.2.1. Caùc thoâng soá caàn cho tính toaùn Caáu hình traïm maët ñaát caàn choïn chuû yeáu laø caùc tham soá : • Loaïi anten (ñöôøng kính, hieäu suaát, nhieät ñoä taïp aâm). • Coâng suaát maùy phaùt . Vieäc tính toaùn döïa treân moät soá giaû thieát cho tröôùc nhö : • Chaát löôïng tín hieäu yeâu caàu . • Caùc tham soá suy hao . • Heä soá döï tröõ. Caùc tham soá söû duïng trong tính toaùn thieát keá coù theå phaân chia theo thaønh phaàn heä thoáng lieân quan nhö : 1- Traïm maët ñaát - Vò trí ñòa lyù cuûa traïm, tính toaùn caùc tham soá nhö suy hao do möa, goùc ngaång anten, cöï ly thoâng tin, suy hao ñöôøng truyeàn . - Möùc coâng suaát phaùt xaï ñaúng höôùng töông ñöông (EIRP), coâng suaát phaùt xaï, heä soá phaåm chaát (G/T). - Nhieät taïp aâm heä thoáng. - Aûnh höôûng taïp aâm tôùi tyû soá tín hieäu treân taïp aâm . - Caùc ñaëc ñieåm thieát bò (suy hao fiñô, suy hao phaân cöïc anten, ñaëc tính boä loïc …) ñeå bieát heä soá döï tröõ keát noái . 2 - Veä tinh - Vò trí cuûa veä tinh treân quyõ ñaïo. - Möùc EIRP cuûa veä tinh, heä soá phaåm chaát cuûa veä tinh. - Baêng thoâng boä phaùt ñaùp, phaân cöïc soùng, daûi taàn laøm vieäc . 58 - Maät ñoä thoâng löôïng coâng suaát taïi veä tinh. - Möùc luøi coâng suaát ñaàu vaøo (IBO), ñaàu ra (OBO). 6.3. Tính toaùn 6.3.1. Cöï ly thoâng tin, goùc ngaång vaø goùc phöông vò cuûa anten traïm maët ñaát 1 – Cöï ly thoâng tin d = ( ) ( ) βcos222 hRRRhR +−++ (6.1) trong ñoù : [ ]λφβ coscosarccos= d : Khoaûng caùch töø traïm maët ñaát ñeán veä tinh. R : Baùn kính traùi ñaát (R = 6.341km). h : Ñoä cao veä tinh so vôùi beà maët traùi ñaát taïi xích ñaïo (h = 35.587km). φ : Vó ñoä cuûa traïm maët ñaát. λ : Hieäu soá giöõa kinh ñoä traïm maët ñaát (λE) vaø kinh ñoä veä tinh (λS) : λ = (λE -λS) β : goùc taïo bôûi giöõa hai ñöôøng thaúng taâm traùi ñaát – traïm maët ñaát vaø taâm traùi ñaát – veä tinh (hình 6-1) Hình 6.1 2- Goùc ngaång anten E : laø goùc ñöôïc taïo bôûi giöõa ñöôøng thaúng noái töø veä tinh ñeán traïm maët ñaát vaø maët phaúng taïi traïm maët ñaát, ñöôïc goïi laø goùc ngaång (hình 6-2) vaø ñöôïc tính theo bieåu thöùc : E = ( ) ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ + − ββ sin 1 hR R tg arctg (6.2) Traïm maët ñaát Taâm quaû ñaát Veä tinh R β Anten Parabol Ñöôøng ngang Goùc ngaång E Hình 6.2- Goùc ngaång anten 59 3- Goùc phöông vò φa laø goùc phöông vò taïi ñieåm thu ñöôïc xaùc ñònh bôûi goùc giöõa ñöôøng thaúng höôùng veà phöông baéc vaø hình chieáu cuûa ñöôøng thaúng noái traïm maët ñaát - veä tinh leân maët phaúng taïi traïm maët ñaát theo chieàu kim ñoàng hoà, ñöôïc tính theo bieåu thöùc : Neáu kinh ñoä traïm thu nhoû hôn kinh ñoä veä tinh ( λE < λS) : φa ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −= β φ tg tg arccos (6.3) Neáu kinh ñoä traïm thu lôùn hôn kinh ñoä veä tinh (λE > λS) : φa = 3600 - arccos ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ − β φ tg tg 6.3.2. Tính toaùn caùc thoâng soá cô baûn 1- Heä soá khuyeách ñaïi anten 2 ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ = λ πη DGMAX (6.4) [ ] 2 log10 ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ = λ πη DGMAX (dB) GMAX : Ñoä taêng ích anten. η : Hieäu suaát anten ( η = 0,6). D : Ñöôøng kính anten parabol. λ : Böôùc soùng. ( )[ ] [ ] 2 3 12 ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −= dB MAXGG θ α α (dB) G(α) : Ñoä taêng ích anten ôû höôùng leäch vôùi truïc moät goùc α θ3dB : Ñoä roäng buùp soùng nöûa coâng suaát 2. Coâng suaát böùc xaï ñaúng höôùng töông ñöông EIRP = FT TT L GP (6.5) [EIRP] = [ PT] – [LFT] + [GT] (dB) EIRP : Coâng suaát böùc xaï ñaúng höôùng töông ñöông (dBW) PT : Coâng suaát ñaàu ra maùy phaùt (dBW) LFT : Toån hao boä tieáp soùng phía phaùt (dB) GT : Heä soá taêng ích anten phaùt (dB) 3. Maät ñoä coâng suaát ( ) 22 44 1 R EIRP RL GP e FT TT ππ ==Φ (6.6) Φ : Maät ñoä coâng suaát (W/m2) R : Khoaûng caùch töø anten phaùt ñeán anten thu 4. Suy hao ñöôøng truyeàn LP = Γ + LI + LA + LR theo bieåu thöùc (5.5) 60 Trong ñoù : LP : Toån hao truyeàn soùng LI : Toån hao haáp thuï trong taàng ñieän ly LA : Toån hao haáp thuï trong khoâng khí LR : Suy hao do möa Vôùi toån hao khoâng gian töï do laø cô baûn : Γ = 24 ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ λ πR 5. Coâng suaát soùng mang thu [PR ] = [C] = [ EIRP]e – [LP] + [GR] – [LFR] (dB) (6.7) Trong ñoù : C : Möùc coâng suaát cuûa soùng mang thu ñöôïc (dBW) GR : Heä soá taêng ích cuûa anten thu LFR : Toån hao boä tieáp soùng phía thu 6. Coâng suaát taïp aâm N = k.T.B (6.8) Trong ñoù : N : Coâng suaát taïp aâm (W) k : Haèng soá Boltzmann (1,38 x 10-23 W/Hz .0K) T : Nhieät taïp aâm heä thoáng töông ñöông (0K) B : Ñoä roäng baêng thoâng (Hz) 7. Nhieät taïp aâm heä thoáng thu T = TA + ( LF – 1 )T0 + LFTR (6.9) Trong ñoù : T : Nhieät taïp aâm töông ñöông cuûa heä thoáng thu (0K) T0 : Nhieät cuûa boä tieáp soùng (0K) (Nhieät cuûa moâi tröôøng ) LF : Toån hao cuûa boä tieáp soùng (>1) TR : Nhieät taïp aâm töông ñöông cuûa maùy thu TA : Nhieät taïp aâm töông ñöông cuûa anten (0K) vaø ñöïôc tính : - Ñoái vôùi tuyeán leân, taïp aâm nhaän ñöôïc bôûi anten laø taïp aâm töø maët ñaát vaø taïp aâm töø khoâng gian beân ngoaøi coù giaù trò khoaûng 290K - Ñoái vôùi tuyeán xuoáng taïp aâm gaây ra cho anten bao goàm taïp aâm töø baàu trôøi, taïp aâm do böùc xaï töø maët ñaát vaø taïp aâm do möa (hình 6-3) ñöôïc tính theo bieåu thöùc : GROUND R m R SKY A TT T T +⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −+= γγ 11 TSKY : Nhieät taïp aâm baàu trôøi, phuï thuoäc vaøo goùc ngaång vaø taàn soá TGROUND : Nhieät taïp aâm maët ñaát (290K) Tm : Nhieät ñoä vuøng möa coù giaù trò töø 260K ñeán 280K γR : Suy hao do möa 61 Hình 6.3- Caùc aûnh höôûng cuûa nhieät taïp aâm traïm maët ñaát Neáu trôøi khoâng möa thì nhieät taïp aâm anten : TA = 50K ñoái vôùi 00 < E < 100 (E laø goùc ngaång) TA = 10K ñoái vôùi 100 < E < 900 Ngoaøi ra ngöôøi ta thöôøng duøng thoâng soá heä soá taïp aâm (F) ñeå bieåu dieãn nhieät taïp aâm cuûa moät thieát bò : 0 1 T TeF += Te : Nhieät taïp aâm cuûa phaàn töû T0 : Nhieät taïp aâm chuaån (T0 = 290 K) 8. Tyû soá coâng suaát soùng mang treân coâng suaát taïp aâm kTB C N C = (6.10) N : Coâng suaát taïp aâm taïo ra trong moät maùy thu coù ñoä roäng baêng B vaø taïp aâm nhieät töông ñöông T. Ngoaøi ra coøn duøng ty ûsoá coâng suaát soùng mang treân maät ñoä coâng suaát taïp aâm C/N0 ñeå tính möùc taïp aâm töông ñoái trong moät ñôn vò ñoä roäng baêng (1Hz) kT CB N C N C == 0 (Hz) (6.11) [C/N0] = [C/N] + 10logB (dB-Hz) Moái quan heä giöõa C/N ; C/N0 ; C/T : [C/N] = [C/T] - 10logk -10logB (6.12) [C/T] = [C/N0] +10logk (6.13) Trong ñoù : C/T : Coâng suaát soùng mang treân nhieät taïp aâm N0 : Maät ñoä coâng suaát taïp aâm B : Ñoä roäng baêng taïp aâm töông ñöông Maët ñaát Baàu trôøi TGROUND TSky Maët ñaát Baàu trôøi TGROUND T /Sky T (1-1/ )m T m γR γR γR 62 9. Tyû soá tín hieäu treân taïp aâm S/N taïi ñaàu ra boä giaûi ñieàu cheá FM Ñoái vôùi tín hieäu ñieàu cheá coù ñoä roäng phoå (0 -fmax), coâng suaát taïp ñöôïc ño trong daûi thoâng BN = fmax S/N = 0 2 max max max2 3 N C f F f ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ Δ (6.14) maxFΔ : Ñoä leäch taàn cöïc ñaïi fm : Taàn soá cöïc ñaïi cuûa tín hieäu Neáu maùy thu coù daûi thoâng taïp aâm töông ñöông BN baèng vôùi ñoä chieám duïng phoå cuûa soùng mang (BN = B) thì : S/N = N C f F f BN 2 max max max2 3 ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ Δ B : Ñoä roäng baêng truyeàn daãn B = 2( maxFΔ + fm ) 10. Möùc ngöôõng Khi tyû soá C/N ôû ñaàu vaøo boä giaûi ñieàu cheá ñuû lôùn, thì S/N ñaàu ra tyû leä thuaän vôùi C/N ñaàu vaøo . Coøn neáu C/N nhoû hôn moät giaù trò giôùi haïn naøo ñoù hay moät ngöôõng naøo ñoù maø laøm cho moái quan heä 1:1 cuûa ñaàu vaøo vaø ra cuûa boä giaûi ñieàu cheá maát ñi vaø S/N ôû ñaàu ra giaûm raát nhanh so vôùi söï giaûm nhoû cuûa C/N ôû ñaàu vaøo, ñieåm ñoù goïi laø ñieåm ngöôõng. Trong thöïc teá ñieåm laøm vieäc luoân coù C/N lôùn hôn so vôùi möùc ngöôõng. Ñoä cheânh leäch ñoù ñöôïc goïi laø ñoä döï tröõ ngöôõng. 11. Taïp aâm nhieät ñöôøng leân Taïp aâm nhieät ñöôøng leân chuû yeáu laø do maùy thu veä tinh taïo ra. Taïp aâm nhieät ñöôïc tính baèng tyû soá coâng suaát soùng mang treân coâng suaát taïp aâm C/N taïi ñaàu vaøo maùy thu veä tinh. C/N = ( ) kTB G L EIRP S U e (6.15) Hoaëc ( ) T G L EIRP T C S U e = Bieåu thò (6.15) ôû daïng dB [C/N] = [EIRP]e - [LU] + [ G/T]S - [K] – [B] [C/T] = [EIRP]e - [ LU] + [ G/T]S Ta cuõng coù theå bieåu thò [C/T] theo maät ñoä coâng suaát taïi veä tinh : [C/T] = [Φ] – 10log(4π /λ2) – [IBO] +[G/T]S (6.16) Φ : Maät ñoä coâng suaát (bieåu thò coâng suaát baõo hoaø cuûa traïm phaùt ñaùp veä tinh khi thu nhieàu soùng mang, coøn EIRP ñöôïc söû duïng ñeå tính vôùi moät soùng mang). IBO : Heä soá luøi ñaàu vaøo (G/T)S : Heä soá phaåm chaát traïm thu veä tinh 63 12. Taïp aâm nhieät ñöôøng xuoáng Caùc nguoàn taïp aâm nhieät cuûa ñöôøng xuoáng chuû yeáu laø taïp aâm nhieät do anten thu ñöôïc töø beân ngoaøi vaø taïp aâm nhieät cuûa maùy thu ôû traïm maët ñaát. Ñöôïc tính baèng tyû soá coâng suaát soùng mang treân coâng suaát taïp aâm taïi ñaàu vaøo boä giaûi ñieàu cheá cuûa maùy thu ôû traïm maët ñaát . C/N = ( ) kTBL GEIRP d eS (6.17) Bieåu dieån döôùi daïng dB [C/N] = [EIRP]S – [Ld] + [G/T]e – [k] – [B] [C/T] = [EIRP]S - [ Ld] +[G/T]e Trong ñoù : (EIRP)S : EIRP cuûa veä tinh Ge : Heä soá taêng ích anten thu traïm maët ñaát Ld : Toån hao trong khoâng gian töï do cuûa ñöôøng xuoáng 13. Ñoä luøi ñaàu vaøo vaø ñaàu ra boä phaùt ñaùp Vôùi boä phaùt ñaùp thoâng thöôøng giöõa coâng suaát vaøo (Pi) vaø coâng suaát ra(P0) luoân coù moái quan heä theo moät ñaëc tuyeán naøo ñoù ví duï nhö (hình 6-4). Hình 6.4- Ñaët tính truyeàn ñaït coâng suaát cuûa boä phaùt ñaùp veä tinh Pi Po LFR LFT Tuyeán xuoángTuyeán leân Boä phaùt ñaùp Möùc ra taïi ñieåm baûo hoøa Ñoä luøi ñaàu ra Ñoä luøi ñaàu vaøo Möùc vaøo taïi ñieåm baõo hoøaMöùc vaøo taïi ñieåm laøm vieäc M öùc r a Möùc vaøo Möùc ra taïi ñieåm laøm vieäc 64 Khi coâng suaát vaøo ôû möùc baõo hoøa (Pi)sat thì coâng suaát ra cuõng ôû möùc baõo hoaø (P0)sat, luùc ñoù ta coù heä soá khuyeách ñaïi coâng suaát baõo hoaø (Gsat) cuûa boä phaùt ñaùp : Gsat = ( ) ( )sati sat P P0 Nhö chuùng ta bieát khi boä phaùt ñaùp laøm vieäc ôû cheá ñoä nhieàu soùng mang taïi ñieåm laøm vieäc baõo hoaø thì taïp aâm nhieãu xuyeân ñieàu cheá khaù lôùn. Do ñoù phaûi luøi ñieåm laøm vieäc moät heä soá naøo ñoù khi ñoù ta coù : - Ñoä luøi ñaàu vaøo: IBO = ( )sati i P P (6.18) - Ñoä luøi ñaàu ra : OBO = ( )satP P 0 0 (6.19) Nhö vaäy taïi baát kyø moät ñieåm laøm vieäc naøo heä soá khuyeách ñaïi coâng suaát cuûa boä phaùt ñaùp coù giaù trò : G = ( ) ( ) satsati sat i G IBO OBO PIOB POBO P P == 00 (6.20) Boä laëp ñöôïc bieåu thò bôûi hai ñaïi löôïng sau : - EIRP baõo hoøa laøm vieäc vôùi soùng mang ñôn (EIRPsat)SL, cuõng gioáng nhö coâng thöùc (6.5) vaø thay theá PT bôûi (P0)sat ta coù : FT Tsat SLsat L GP EIRP max0 )( )( = (W) - Maät ñoä thoâng löôïng coâng suaát gaây cho boä phaùt ñaùp baõo hoaø (Φsat)SL. Keát hôïp töø coâng thöùc (6.6) , (6.7) vaø thay PR bôûi (P0)sat, ta coù : ( ) ( ) 2 max 4 UR FRsati SLsat G LP λ π =Φ (W/m2) Moái quan heä giöõa heä soá khuyeách ñaïi coâng suaát, EIRP, vaø maät ñoä coâng suaát baõo hoaø ôû veä tinh : ( ) ( )( ) ( ) ( )SLsat SLsat URT FTFR sati sat sat EIRP GG LL P P G Φ == 2 maxmax 0 4 λ π (6.21) Trongñoù : Gsat : Heä soá khuyeách ñaïi coâng suaát baõo hoaø boä phaùt ñaùp . LFR, LFT : Suy hao cuûa boä tieáp soùng phaùt vaø thu cuûa veä tinh. GTmax , GRmax : Heä soá taêng ích cuûa anten phaùt vaø thu cuûa veä tinh. EIRPsat : EIRP baõo hoøa cuûa veä tinh . Φsat : Maät ñoä coâng suaát baõo hoaø ôû veä tinh. λu : Böôùc soùng phaùt ñöôøng leân. 14. Toång taïp aâm ñöôøng truyeàn Toång taïp aâm ñöôøng truyeàn bao goàm taïp aâm nhieät ñöôøng leân, taïp aâm xuyeân ñieàu cheá cuûa moät traïm phaùt ñaùp veä tinh, taïp aâm nhieät ñöôøng xuoáng vaø taïp aâm nhieãu trong heä thoáng . 65 1. Xeùt tröôøng hôïp chæ coù taïp aâm nhieät ñöôøng leân vaø taïp aâm nhieät ñöôøng xuoáng. Coâng suaát cuûa tín hieäu thu taïi ñaàu vaøo cuûa maùy thu traïm maët ñaát laø CD . Taïp aâm taïi ñaàu vaøo maùy thu traïm maët ñaát töông öùng vôùi toång sau : (N0)T = (N0)D + G (N0)U Trong ñoù : (N0)T : Taïp aâm toång. (N0)D = kTD : Taïp aâm tuyeán xuoáng (öùng vôùi nhieät taïp aâm cuûa heä thoáng thu TD). (N0)U : Taïp aâm tuyeán leân. G = FRDFT RTLS LLL GGG laø heä soá khuyeách ñaïi coâng suaát toång giöõa ñaàu vaøo maùy thu veä tinh vaø ñaàu vaøo maùy thu traïm maët ñaát ñöôïc hình thaønh bôûi heä soá khuyeách ñaïi cuûa boä laëp GSL, heä soá khuyeách ñaïi cuûa anten phaùt veä tinh GT, heä soá khuyeách ñaïi anten thu traïm maët ñaát GR, suy hao tuyeán xuoáng LD , vaø suy hao boä tieáp soùng phaùt veä tinh, thu ôû traïm maët ñaát (LFT, LFR) . Ta thaáy : ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛+= + ==⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ G C N C N C NGN C N C N D U D D D UD D T T 000000 Trong bieåu thöùc treân soá haïng G CD bieåu thò cho coâng suaát tín hieäu taïi ñaàu vaøo maùy thu veä tinh do ñoù : ( ) UD U C N G C N ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ = ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ 00 Vaäy : DUT C N C N C N ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ +⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ 000 Hay : DU T N C N C N C ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛+ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ =⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ 00 0 11 1 (6.22) Töông töï nhö caùch tính treân khi coù nhieãu heä thoáng vaø nhieãu xuyeân ñieàu cheá thì ñöôïc tính theo bieåu thöùc sau : DIIMU T T C T C T C T C T C ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛+⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛+⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛+⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ 1111 1 (6.23) Trong ñoù : (C/T)U : Taïp aâm nhieät ñöôøng leân (C/T)D : Taïp aâm nhieät ñöôøng xuoáng (C/T)IM : Taïp aâm xuyeân ñieàu cheá traïm veä tinh (C/T)I : Taïp aâm nhieãu trong heä thoáng 66 6.4. Tính toaùn döï tröõ tuyeán traïm thu truyeàn hình qua veä tinh (TVRO) Ñeå tính toaùn döï tröõ tuyeán ta giaû thieát coù moät heä thoáng thu tín hieäu truyeàn hình Vieät Nam qua veä tinh vôùi caùc thoâng soá : Veä tinh : MESAT 1 Quyõ ñaïo : Ñòa tónh Vò trí : 9105 kinh ñoä ñoâng Baêng taàn leân : 6GHz Baêng taàn xuoáng : 4GHz EIRP (Vieät Nam) : 36dBW Ñaàu cuoái TVRO Toaï ñoä traïm maët ñaát : 10905E ; 1208N (Phuù yeân) Anten Kieåu Anten : Parabol ñöôøng kính 3m Suy hao boä tieáp soùng : 0,1dB Boä khuyeách ñaïi taïp aâm thaáp : Loaïi SIDEKICKTM II Nhieät ñoä taïp aâm : 30K Heä soá khuyeách ñaïi : 65dB Maùy thu : Loaïi Echostar LT- 830 Möùc tín hieäu vaøo : -63 ñeán -25dBm Daûi thoâng IF : 27 MHz Ngöôõng FM : 7dB C/N Baây giôø ta tính toaùn tyû soá C/N taïi maùy thu ñaït ñöôïc vaø so saùnh vôùi möùc ngöôõng, töø ñoù ta ñaùnh giaù heä thoáng coù ñaït chaát löôïng khoâng. Tröôùc heát ta tính caùc thoâng soá goùc ngaång anten, goùc phöông vò vaø cöï ly truyeàn soùng cuûa traïm maët ñaát vôùi veä tinh. 1- Cöï ly thoâng tin Theo (6.1) ta coù d = ( ) ( ) βcos222 hRRRhR +−++ vôùi : [ ]λφβ coscosarccos= φ = 1208 N (vó ñoä traïm thu ) λ = 10905 – 9105 = 180 (Hieäu kinh ñoä ) β = arccos[cos1208 cos 180 ] 022≈ R = 6.340km( baùn kính traùi ñaát ) H = 35.587km (ñoä cao veä ttinh ñòa tónh ) d = ( ) km3612722cos)41927)(6340(2)6340(41927 022 =−+ d = 36127km 67 2. Goùc ngaång anten traïm thu Theo coâng thöùc (6.2) ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ + −= ββ sin)( 1 hR R tg arctgE 2364 )22sin(41927 6340 22 1 0 00 =⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ −= tg arctgE 3. Goùc phöông vò Theo (6.3) ta coù ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ −= β φϕ tg tg a arccos 2124 22 812arccos 00 0 =⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ −= tg tg aϕ Vì traïm thu coù kinh ñoä lôùn hôn kinh ñoä veä tinh neân goùc phöông vò : φa = 3600 - 12402 = 23508 Vaäy ñeå thu ñöôïc chöông trình truyeàn hình Vieät Nam phaùt qua veä tinh MESAT1 thì caùc anten thu ôû phuù yeân coù goùc ngaång E = 64023 ; goùc phöông vò φa = 23508 Ñeå tính tyû soá coâng suaát soùng mang treân coâng suaát taïp aâm theo (6.17) ta coù : [C/N] = [EIRP] – [Ld] + [G/T] – [k] – [B] (dB) Ld laø toån hao ñöôøng truyeàn vôùi khoaûng caùch 36.127km taïi taàn soá 4GHz laø : [Ld] = 10 log 24 ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ λ πd = 20log ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ 8 93 10.3 )10.4).(10.36127).(14,3.(4 = 195,6 dB λ = c/f vôùi c : laø vaän toác aùnh saùng baèng 3.108m/s f : taàn soá soùng töø veä tinh phaùt xuoáng Anten thu parabol coù ñöôøng kính 3m vôùi taàn soá 4GHz coù ñoä taêng ích laø : 2 8 92 10.3 )10.4.(3).14,3(6,0log10log10][ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ = λ πη DG = 39,7dB Nhieät ñoä taïp aâm heä thoáng : T = TA + ( LF – 1 )T0 + LFTR TA nhieät taïp aâm anten vôùi goùc ngaång E = 64023 , neân theo muïc (6.3.2.7.) ta coù T A = 10K Taïp aâm nhieät do suy hao boä tieáp soùng : (LF – 1)T0 = (1,023 – 1) 290 K = 6,67K vôùi : LF = 0,1dB = 100,1/10 = 1,023 T0 = 290K (nhieät ñoä moâi tröôøng) 68 Taïp aâm maùy thu : Ta bieát raèng taïp aâm maùy thu chuû yeáu laø do taàng LNA quyeát ñònh do ñoù : TR = LF TLNA = (1,023). 30 = 30,69K Vaäy nhieät ñoä taïp aâm heä thoáng laø: T = 10 + 6,67 + (1,023). (30,69) = 48,06K T = 48,06K ⇔ [T] = 10log 48,06 = 16,8dB Heä soá phaåm chaát traïm thu : [G/T] = [G] – [T] = 39,7 - 16,8 = 22,9dB/K Daûi thoâng : B = 27MHz => [B] = 10log27.106 = 74,3 dB Haèng soá Bolzmann : k =1,38062 . 10-23 (W/ HzK) [k] = 10log 1,38062 . 10-23 = -228,6 dB (W/HzK) [C/N] = 36 - 195,6 + 22,9 – 74,3 + 228,6 = 17,6 dB Vaäy tyû soá soùng mang treân taïp aâm C/N ôû ñaàu vaøo maùy thu laø 17,6dB Coâng suaát soùng mang taïi ñaàu vaøo maùy thu : [PR] = [EIRP] – [Ld ]+ [GA]– [LFR]+ [GLNA] = 36 -195,6 + 39,7 – 0,1 + 65 = -55 dBW = -25dBm So saùnh caùc thoâng soá ñaït ñöôïc sau tính toaùn vaø caùc yeâu caàu thieát bò (S/N = 7dB , PR töø -63 ñeán -25dBm). Trong ñieàu kieän thôøi tieát toát vôùi heä thoáng naøy ñaït chaát löôïng toát . Ñoä döï tröõ ngöôõng : E = 17,6 – 7 = 10 dB Xeùt tröôøng hôïp coù möa. Khi coù möa ngoaøi caùc toån hao vaø nhieät taïp aâm treân coøn coù theâm toån hao do möa vaø taïp aâm nhieät do möa gaây ra. Suy hao do möa : Döïa vaøo baûn ñoà cöôøng ñoä möa R0,01 taïi khu vöïc Chaâu AÙ – Thaùi bình döông , ôû Vieät Nam R0,01 = 120mm/h. Töø ñoù söû duïng bieåu ñoà ñeå xaùc ñònh suy hao (dB/km) vôùi taàn soá 4GHz phaân cöïc ngang ta coù : αR = 0,15dB/km Chieàu daøi soùng ñi trong möa : LS = H0 / sinE H0 = hR – hs = 4km – 0,05km = 3,95km hR : Ñoä cao côn möa 4km (theo moâ hình 86 cuûa CCIR vôùi caùc vò trí traïm ôû vó ñoä <360 ) hS : Ñoä cao traïm thu (choïn 50m) E : Goùc ngaång anten traïm thu E = 64023 ( nhö ñaõ tính ôû phaàn treân) LS = 3,95/sin64023 = 4,386 km Suy hao do möa : γR = αR.LS = (0,15). (4,386) = 0,65dB = 1,16 Nhieät taïp aâm do möa gaây ra baèng : Tm (1 – 1/γR ) = 270 ( 1 –1/1,16) = 37,53K Vôùi Tm laø nhieät ñoä ñaùm möa khoaûng 270K 69 Vaäy taïp aâm nhieät heä thoáng khi coù möa : T = 48,06 + 37,53 = 86,13 K = 19,35dB [G/T] = 39,7 – 19,35 = 20,3 dB/K [C/N] = 36 – (195,6 +0,65 ) + 20,3 – 74,3 + 228,6 = 14,35 dB Ñoä döï tröõ ngöôõng : E = 14,35 – 7 = 7,35dB Vaäy vôùi heä thoáng thu naøy khi thôøi tieát coù möa vaãn thu toát 70 KEÁT LUAÄN ÑEÀ TAØI Vôùi nhöõng vaán ñeà ñaõ ñöôïc trình baøy trong ñoà aùn, ta thaáy raèng thoâng tin veä tinh laø heä thoáng voâ cuøng quan troïng trong thoâng tin lieân laïc hieän nay, coù raát nhieàu öùng duïng trong cuoäc soáng chuùng ta veà chính trò, kinh teá, vaên hoaù v.v… Nhu caàu thoâng tin cuûa con ngöôøi ngaøy caøng gia taêng do ñoù ñoøi hoûi kyõ thuaät veä tinh cuõng phaûi phaùt trieån khoâng ngöøng, nhaèm phaùt huy tính naêng öu vieät cuûa thoâng tin veä tinh vaø vöôït qua caùc haïn cheá maø thoâng tin veä tinh gaëp phaûi nhö suy hao ñöôøng truyeàn lôùn, taïp aâm cao vaø giôùi haïn quyõ ñaïo ñòa tónh . Baèng caùch taêng coâng suaát maùy phaùt traïm veä tinh, söû duïng caùc linh kieän coù ñaëc tính taïp aâm thaáp, söû duïng caùc heä thoáng veä tinh coù quyõ ñaïo thaáp v.v… Vôùi ñeà taøi naøy cho ta thaáy möùc ñoä cuûa caùc loaïi suy hao, caùc nguyeân nhaân sinh ra taïp aâm vaø caùch tính toaùn moät tuyeán thoâng tin töø traïm ñeán traïm thoâng qua veä tinh, ñeå töø ñoù ta thieát laäp moät tuyeán thoâng tin sao cho ñaït chaát löôïng vaø phuø hôïp vôùi nhu caàu thoâng tin, tính kinh teá cao. 71 CAÙC TÖØ VIEÁT TAÉT FDMA Frequencies Division Multiple Access Ña truy nhaäp phaân chia theo taàn soá TDMA Time Division Multiple Access Ña truy nhaâïp phaân chia theo thôøi gian CDMA Code Division Multiple Access Ña truy nhaäp phaân chia theo maõ SSMA Spread Spectrum Multiple Access Ña truy nhaäp traûi phoå EIRP Equivalent Isotropic Radiated Power Coâng suaát böùc xaï ñaúng höôùng töông ñöông TWTA Traveling Wave Tube Amplifier Boä khuyeách ñaïi ñeøn soùng chaïy VSAT Very Small Apertur Terminal Traïm ñaàu cuoái raát nhoû TVRO Television Receive only Traïm chæ thu truyeàn hình CCIR Comiteù Consultatif International des Radiocommunications Uyû ban tö vaán voâ tuyeán Quoác teá HPA High Power Amplies Boä khuyeách ñaïi coâng suaát cao INTERSAT International Telecommunications Satellite Organization Toå chöùc veä tinh vieãn thoâng Quoác teá ITU International Telecommunications Union Lieân minh vieãn thoâng Quoác teá 72 TAØI LIEÄU THAM KHAÛO 1- Bieân dòch : KS. Nguyeãn Ñình Löông Thoâng tin veä tinh Nhaø xuaát baûn böu ñieän naêm 2001 2- Bieân dòch : KS. Nguyeãn Ñình Löông - KS. Nguyeãn Thanh Vieät Caùc heä thoáng thoâng tin veä tinh ( taäp 1) Nhaø xuaát baûn böu ñieän naêm 2001 3- PGS.TS. Thaùi Hoàng Nhò – TS. Phaïm minh Vieät Heä thoáng vieãn thoâng (taäp 1 ,2) Nhaø xuaát baûn giaùo duïc naêm 2001 4- GS. TSkt. Phan Anh Tröôøng ñieän töø vaø truyeàn soùng Nhaø xuaát baûn ñaïi hoïc quoác gia Haø noäi 5/2000 5- Vuõ Ñình Thaønh Heä thoáng vieãn thoâng Tröôøng ñaïi hoïc baùch khoa Tp. Hoà Chí Minh naêm 1996 6- TS. Nguyeãn Kim Saùch Thu truyeàn hình tröïc tieáp töø veä tinh Nhaø xuaát baûn khoa hoïc kyõ thuaät naêm 1991 7- KS. Ngoâ Anh Ba Truyeàn hình veä tinh Taïp chí ñieän töû naêm 1994