MỤC LỤC
MỤC LỤC .................................................................................................................. 1
LỜI CAM ĐOAN........................................................................................................ 3
Danh mục hình vẽ ....................................................................................................... 4
Danh mục bảng biểu .................................................................................................... 6
Thuật ngữ viết tắt ........................................................................................................ 7
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 9
Chương 1
Giới thiệu về hệ thống COMPLAN ...................................................... 10
1.1 Hệ thống ECMS .......................................................................................... 10
1.2 Hệ thống COMPLAN.................................................................................. 10
Chương 2
Thiết kế đường truyền và tối ưu hóa công suất trong thông tin vệ tinh.. 15
2.1 Đường truyền thông tin vệ tinh .................................................................... 15
2.1.1
Phân hệ vệ tinh .............................................................................................16
2.1.2
Phân hệ uplink..............................................................................................17
2.1.3
Phân hệ downlink .........................................................................................17
2.2 Các loại tạp âm trong thông tin vệ tinh ........................................................ 18
2.2.1
Tạp âm nhiệt (thermal noise) .......................................................................19
2.2.2
Nhiễu (interference) .....................................................................................20
Tạp âm xuyên điều chế ..............................................................................................24
2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến đường truyền thông tin vệ tinh ........................... 30
2.3.1
Sự hấp thụ của tầng khí quyển .....................................................................31
2.3.2
Ảnh hưởng do mưa ......................................................................................31
Hướng phát triển của phần mềm:................................................................. 57
KẾT LUẬN ............................................................................................................... 58
Tài liệu tham khảo ..................................................................................................... 59
PHỤ LỤC 1............................................................................................................... 60
PHỤ LỤC 2............................................................................................................... 64
PHỤ LỤC 3............................................................................................................... 68
2
LỜI CAM ĐOAN
Tôi là học viên Hoàng Mạnh Quynh, số hiệu học viên CB110898 lớp
11BKTTT2, khóa 2011B, chuyên ngành kỹ thuật truyền thông, thạc sỹ kỹ thuật. Tôi
xin cam đoan: luận văn này là công trình nghiên cứu thực sự của cá nhân, được thực
hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của TS Phạm Thành Công. Các số liệu, những kết
luận nghiên cứu được trình bày trong luận văn này trung thực và chưa từng được
công bố dưới bất cứ hình thức nào. Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của
mình.
Học viên
Hoàng Mạnh Quynh
3
Danh mục hình vẽ
Hình 1-1 Độ chính xác của hệ thống COMPLAN .................................................. 11
Hình 1-2 Các tác động đến đường truyền vệ tinh .................................................. 12
Hình 2-24 Trải rộng búp sóng do tầng đối lưu ....................................................... 36
Hình 2-25 Sơ đồ khối trạm phát............................................................................. 37
Hình 2-26 Sơ đồ uplink ......................................................................................... 37
Hình 2-27 Mối quan hệ giữa IBO và OBO ............................................................ 38
Hình 2-28 Phổ tạp âm xuyên điều chế và C/IM trong COMPLAN ........................ 40
Hình 2-29 HPA C/IM xấp xỉ từ đường cong NPR.................................................. 41
Hình 2-30 Các yếu tố suy hao trong đường truyền thông tin vệ tinh ...................... 43
Hình 2-31 Tối ưu hóa transponder back off trong trường hợp đơn giản ................. 45
Hình 2-32 Tối ưu hóa transponder back-off trong trường hợp phức tạp ................. 46
Hình 2-33 Hai phương pháp tính link budget trong COMPLAN khi trời mưa........ 49
Hình 3-1 Kết quả tính toán mức thu sóng mang từ Bình Dương bằng phần mềm ... 52
Hình 3-2 Kết quả mức thu sóng mang từ Bình Dương bằng phân tích phổ............. 53
Hình 3-3 Kết quả tính toán mức thu sóng mang từ ngoài khơi bằng phần mềm ..... 54
Hình 3-4 Kết quả mức thu sóng mang ngoài khơi bằng phân tích phổ ................... 55
Hình 3-5 Kết quả tính toán mức công suất phát bằng phần mềm ............................ 56
Hình 3-6 Kết quả tính toán hệ số G/T trạm thu bằng phần mềm ............................ 57
5
Danh mục bảng biểu
Bang 2-1 Tần số các băng tần thông tin vệ tinh...................................................... 16
6
Thuật ngữ viết tắt
Viết tắt
ECMS
Traveling wave tube amplifier
Khuếch đại kiểu ống dẫn sóng
SSPA
Solid state power amplifier
IBO
Input back off
Lệch công suất đầu vào
OBO
Output back off
Lệch công suất đầu ra
CMS
Carrier Monitor System
Hệ thống giám sát sóng mang
IF
Intermediate Frequency
Nhiễu phân cực
Đa truy nhập phân chia theo tần
số
Khuếch đại công suất trạng thái
rắn
7
SFD
Saturated Flux Density
Mật độ công suất bão hòa
PFD
Power Flux Density
Mật độ công suất
FDM
Frequency Division Multilex
Ghép kênh phân chia theo tần số
Gain To Noise Temperature Ratior
Isotropically
chế
Tỷ số tín hiệu/nhiễu
Unit
Equivalent
Tỷ số tins hiệu/tạp âm xuyên điều
Hiệp hội viễn thông quốc tế
Tỷ số tăng ích/nhiệt độ tạm âm
Radiated Công suất bức xạ đẳng hướng
Power
tương đương
BER
Bit Error Rate
Tỷ lệ bit lỗi
NPR
thông Việt Nam nói riêng. VINASAT-1, VINASAT-2 phủ sóng toàn bộ lãnh thổ
Việt Nam, Lào, Campuchia, Thái Lan, một phần của Myanma, Ấn Độ, Nhật Bản và
Úc.
VINASAT-1, VINASAT-2 đi vào hoạt động đã làm hoàn thiện cơ sở hạ tầng
- Thông tin liên lạc của quốc gia, cung cấp các dịch vụ ứng dụng như: dịch vụ
truyền dữ liệu, truyền hình quảng bá, dịch vụ điện thoại, fax và internet thích hợp
cho cả vùng sâu vùng xa, dịch vụ thu phát hình lưu động, dịch vụ trung kế mạng di
động, truyền hình hội nghị, đảm bảo an ninh quốc phòng… Đặc biệt cung cấp
đường truyền thông tin cho các trường hợp khẩn cấp như thiên tai, bão lụt, đường
truyền cho các nơi vùng sâu, vùng xa, hải đảo mà các phương tiện truyền dẫn khác
khó vươn tới được.
Để nâng cao chất lượng dịch vụ truyền dẫn vệ tinh, tránh ảnh hưởng các vệ
tinh lân cận, một đòi hỏi cấp thiết với nhà cung cấp dịch vụ truyền dẫn và vận hành
VINASAT-1, VINASAT-2 là phải tính toán tối ưu hóa đường truyền cho khách
hàng.
Vì vậy, luận văn này đi sâu vào việc nghiên cứu tổng quan về các phân hệ cơ
bản của Vệ tinh VINASAT-1, VINASAT-2 và kỹ thuật trạm mặt đất để ứng dụng
phân tích, tính toán đường truyền tối ưu cho khách hàng của VINASAT-1,
VINASAT-2 bằng hệ thống COMPLAN.
9
Chương 1
1.1
Giới thiệu về hệ thống COMPLAN
Hệ thống ECMS
Hệ thống ECMS (Enterprise Capacity Management System) là hệ thống
Độ chính xác của COMPLAN đã được kiểm tra ở lab và đo đạc trong thực
tế. Được xác thực bởi chính phủ Mỹ (DISA) như là tiêu chuẩn để đánh giá các hệ
thống SATCOM khác. Việc cải thiện tốc độ tính toán qua các phiên bản không làm
giảm độ chính xác. Kết quả tính toán công suất và hiệu suất sóng mang thường sai
lệch ít so với thực tế, do sai lệch về hiệu suất thiết bị, lỗi của con người hay lỗi dữ
liệu. Do có độ chính xác cao COMPLAN thường được sử dụng để giải quyết khi có
rắc rối. COMPLAN được sử dụng cúng với các hệ thống giám sát phổ sóng mang
giúp tăng độ tin cậy và hiệu suất cho các hệ thống SATCOM.
Hình 1-1 Độ chính xác của hệ thống COMPLAN
COMPLAN bao gồm mô hình cho tất cả các yếu tố tác động đến đường
truyền vệ tinh bao gồm các nguồn gây nhiễu, nhiễu vệ tinh lân cận ASI (adjacent
satellite interference), ảnh hưởng của máy phát phi tuyến.
11
Hình 1-2 Các tác động đến đường truyền vệ tinh
Đối với ảnh hưởng của máy phát phi tuyến, COMPLAN có thể mô hình hóa
hầu hết các loại máy phát hiện nay bao gồm TWTA (traveling wave tube amplifier),
TWTA tuyến tính (linearized traveling wave tube amplifier), hay SSPA (solid state
power amplifier). Xác định được mối quan hệ giữa công suất đầu vào IBO (input
backoff) với công suất đầu ra OBO (output back off) từ đó tính toán được tạp âm
xuyên điều chế. Hiện tượng tạp âm xuyên điều chế là hiện tượng xuất hiện khi máy
phát có nhiều sóng mang gây suy giảm công suất đầu ra OBO.
12
Đường truyền trong thông tin vệ tinh bao gồm các thành phần cơ bản trung
tần IF (Intermediate Frequency), cao tần RF (radio frequency), khuếch đại tạp âm
thấp LNA (low noise amplifier) và máy phát HPA (high power amplifier) như minh
họa ở hình dưới đây:
Hình 2-1 Đường truyền thông tin vệ tinh
Hình 2-2 Các thành phần trong đường truyền thông tin vệ tinh
Đối với vệ tinh địa tĩnh khoảng cách từ vệ tinh đến tâm trái đất là 42 164 km.
Khi nói về thông tin vệ tinh chúng ta thường nói về băng tần. Dưới đây là
bảng tổng hợp các băng tần hay gặp
15
Bang 2-1 Tần số các băng tần thông tin vệ tinh
2.1.1 Phân hệ vệ tinh
Phân hệ vệ tinh có nhiệm vụ nhận sóng mang phát đi từ trạm phát (uplink) và
phát xuống trạm thu (downlink), cụ thể ở đây là phân hệ pay load hay còn gọi là tải
tin. Phân hệ payload bao gồm các thành phần:
- RX ANT :Anten thu
- I/P filter: Bộ lọc
- LNA (low noise amplifier): khuếch đại tạp âm thấp
- D/C (down converter): hạ tần
- OSC: khối tạo dao động nội
- AMP (amlifier): khuếch đại
- Gain adjust attenuator : khối điều chỉnh hệ số khuếch đại
- TWTA: máy phát
- MUX (multiplex): ghép kênh
- Downconverter: Bộ hạ tần chuyển tín hiệu từ RF sang IF. Mỗi băng
(C/X/Ku/Ka) yêu cầu một bộ hạ tần khác nhau.
- LNA: Tín hiệu thu được từ vệ tinh rất yếu cho nên đặc tính tạp âm của bộ
LNA rất quan trọng. Tạp âm được đặc trưng bởi nhiệt độ tạp âm (deg K). LNA của
băng C có nhiệt độ tạp âm từ 30 degK đến 60 degK. LNA băng Ku có nhiệt độ tạp
âm từ 70 degK đến 120 degK.
- Anten thu: Anten thu có LNA đặt tại điểm hội tụ của anten. Mặt phản xạ
của anten phản xạ tín hiệu từ vệ tinh đến LNA. Anten thu có kích thước càng lớn thì
G càng lớn. Ngoài LNA tạo ra tạp âm nhiệt thì các thiết bị thu khác cũng góp phần
tạo ra tạp âm. Tổng các tạp âm này được gọi là tạp âm của trạm thu T. Hệ số G/T là
một thông số quan trọng đánh giá chất lượng trạm thu.
2.2
Các loại tạp âm trong thông tin vệ tinh
Tạp âm (noise) trong thông tin vệ tinh xuất hiện tại các điểm sau trong
đường truyền:
- Tại trạm phát
- Tại hệ thống thu của vệ tinh
- Tại bộ khuếch đại phi tuyến trên vệ tinh
- Tại hệ thống phát của vệ tinh
- Tại trạm thu
Tại mỗi điểm tạp âm tác động và truyền đi cùng với tín hiệu và qua các tầng
suy hao, khuếch đại giống như tín hiệu. Có nhiều cách tính tạp âm, cách đơn giản
nhất là tính toán trong mối tương quan với tín hiệu tại những điểm có tạp âm
(carrier to noise ratio C/N) sau đó tổng hợp các C/N này. Dưới đây là các dạng tạp
âm chính trong thông tin vệ tinh:
- Thermal noise (tạp âm nhiệt): tại hệ thống thu của vệ tinh, tại hệ thống phát
của vệ tinh, tại trạm thu. Còn tạp âm nhiệt tại trạm phát là không đáng kể.
- Interference (nhiễu): từ các sóng mang khác cùng transponder, từ các sóng
TSYS = nhiệt độ tạp âm hệ thống
TEXT = TANT + TSKY (thời tiết đẹp) hoặc TANT + TSKY /A+ (A-1)/A*TRAIN
(thời tiết có mưa).
TREC = TLNA + T2 /G1 + T3 /G2 …
TM = nhiệt độ tạp âm của bộ khuếch đại thứ M.
GM-1 = Hệ số khuếch đại trước bộ thứ M.
A = Suy hao do mưa
L = Suy hao ống dẫn sóng
Các kỹ sư hệ thống hoặc kỹ su link budget thường sử dụng nhiệt độ tạp âm.
Còn các kỹ sư RF thường sử dụng hệ số Noise Figure NF.T = (NF-1) 290.
Hình 2-7 Sơ đồ nhiệt độ tạp âm trạm thu
2.2.2 Nhiễu (interference)
Nhiễu xảy ra khi một phần công suất của tín hiệu lại lọt vào modem phía thu
của tín hiệu khác. Nhiễu giống như tạp âm cộng. Trong thông tin vệ tinh có ba dạng
nhiễu chính là nhiễu vệ tinh lân cận ASI (adjacent satellite interference), nhiễu sóng
mang lân cận ACI (adjacent carrier interference), nhiễu phân cực CCI (cross
channel interference) như minh họa ở hình vẽ dưới đây:
20
Hình 2-8 Ba dạng nhiễu chính trong thông tin vệ tinh
Nhiễu sóng mang lân cận xuất hiện giữa các sóng mang trên cùng
transponder. Khi tính toán nhiễu thì ACI là dạng đơn giản nhất. Khi tính toán công
suất nhiễu sẽ nhân với đáp ứng bộ lọc của thiết bị thu. Do hiện tượng suy giảm tín
hiệu nhỏ nên ACI được tính toán dựa theo công suất đầu ra của bộ khuếch đại.
(C/I)ACI = OBOS – OBOI – IR.
Trong đó OBOS là output backoff của tín hiệu (dB), OBOI là output backoff
của nhiễu (dB), IR là mức công suất nhiễu chuẩn hóa (dB).
tinh. Có 2 dạng ASI
- Uplink ASI
- Downlink ASI
Cả uplink và downlink ASI đều có khái niệm giống nhau, nhưng phát sinh từ
những nguồn khác nhau.
22
Hình 2-10 ASI tuyến lên
Các thông số ảnh hưởng đến uplink ASI
- Công suất: Điều này tương đương với C/I nếu giả sử rằng nhiễu và tín hiệu
cùng vệ tinh và transponder.
- Suy hao đường truyền: Tín hiệu và nhiễu suy hao đường truyền là khác
nhau do phát từ các trạm phát khác nhau. Tuy nhên độ lệch này không lớn.
- Hệ số G off-axis anten nhiễu: Trạm phát nhiễu được pointing đến vệ tinh
lân cận nên theo hướng này G là lớn nhất. G off-axis se hướng đến vệ tinh chính sẽ
thấp hơn.
- Cách ly phân cực theo hướng off-axis anten nhiễu: Anten thường có độ
cách ly cao theo hướng boresight và độ cách ly này sẽ giảm nhanh theo hướng lệch
boresight. Độ cách ly phân cực của nhiễu sẽ tồn hơn rất nhiều theo hướng vệ tinh
chính.
- Tính định hướng của anten thu vệ tinh chính. G anten thu vệ tinh thay đổi
theo hướng. G phân cực chính và phân cực phụ theo hướng uplink của nhiễu khác
rất nhiều so với hướng uplink tín hiệu.
- Phân cực: Phân cực của vệ tinh chính và vệ tinh lân cận có thế khác nhau
(phân cực tuyến tính vs phân cực tròn), nên ta cần quan tâm đến chuyển đổi công
suất giữa các dạng phân cực này.
23
khuếch đại bắt buộc phải hoạt động ở chế độ không tuyến tính thậm chí là bão hòa.
Khi bộ khuếch đại hoạt động ở chế độ phi tuyến tính sẽ có các ảnh hưởng
sau:
- Mối quan hệ giữa công suất đầu váo và công suất đầu ra được xác định bởi
một hàm tương đối phức tạp.
- Tạp âm xuyên điều chế. Đây là ảnh hưởng nghiêm trọng nhất của chế độ
phi tuyến tính, nó xảy ra khi có nhiều hơn một sóng mang trên một transponder.
- Cross-modulation: Đây là mối quan tâm khi ta sử dụng dịch vụ điện thoại
FDM/FM.
- Suy giảm tín hiệu nhỏ: Một hiện tượng mà tín hiệu càng nhỏ mức độ suy
giảm càng lớn.
- Tái sinh búp sóng phụ: Hiện tượng này làm tăng nhiễu giữa các sóng mang
lân cận.
25
Copyright: Tài liệu đại học ©