- 11 Chương 2 Thiết kế đường truyền và tối ưu hóa công suất trong thông tin vệ tinh. - 16 2.1 Đường truyền thông tin vệ tinh. - 16 2.1.1 Phân hệ vệ tinh. - 18 2.2 Các loại tạp âm trong thông tin vệ tinh. - 25 2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến đường truyền thông tin vệ tinh. - 37 2.4 Tính toán và tối ưa hóa công suất đường truyền thông tin vệ tinh. - 37 2.4.1 Tính toán công suất khi thời tiết đẹp. - 37 2.4.2 Tối ưu hóa công suất trạm phát khi thời tiết đẹp. - 43 2.4.3 Tính toán công suất và tối ưu hóa khi thời tiết có mưa. - 48 Chương 3 Xây dựng phần mềm tính toán công suất cho khách hàng sử dụng vệ tinh Vinasat Đặt vấn đề. - 51 3.2 Phần mềm tính toán công suất. - 51 3.2.2 Tính toán mức công suất máy phát trạm phát khi biết thông tin trạm thu và mức C/N. - 12 Hình 1-2 Các tác động đến đường truyền vệ tinh. - 14 Hình 1-4 Mối quan hệ giữa kích thước trạm thu với công suất transponder. - 14 Hình 1-5 Mối quan hệ giữa kích thước trạm phát với công suất transponder. - 15 Hình 2-1 Đường truyền thông tin vệ tinh. - 16 Hình 2-2 Các thành phần trong đường truyền thông tin vệ tinh. - 21 Hình 2-8 Ba dạng nhiễu chính trong thông tin vệ tinh. - 42 Hình 2-30 Các yếu tố suy hao trong đường truyền thông tin vệ tinh. - 56 Hình 3-5 Kết quả tính toán mức công suất phát bằng phần mềm. - 58 7 Danh mục bảng biểu Bang 2-1 Tần số các băng tần thông tin vệ tinh. - ECMS là sản phẩm của Optimal Satcom một công ty chuyên hoạt động trong lĩnh vực viết phần mềm cho thông tin vệ tinh. - Optimal Satcom có tiền thân là COMSAT@ Laboratories, một viện nghiên cứu và phát triển về thông tin vệ tinh. - COMPLAN là công cụ cho việc lập kế hoạch truyền dẫn các sóng mang FDMA trên vệ tinh địa tĩnh. - 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. - 13 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. - Khi nói về thông tin vệ tinh chúng ta thường nói về băng tần. - LNA: Tín hiệu thu được từ vệ tinh rất yếu cho nên đặc tính tạp âm của bộ LNA rất quan trọng. - Mặt phản xạ của anten phản xạ tín hiệu từ vệ tinh đến LNA. - 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. - Dưới đây là các dạng tạp âm chính trong thông tin vệ tinh. - Interference (nhiễu): từ các sóng mang khác cùng transponder, từ các sóng mang ở các transponder khác nhau trên vệ tinh, từ các sóng mang ở vệ tinh khác. - Nhiễu xuyên điều chế: tại HPA trạm phát, tại HPA vệ tinh. - Tạp âm nhiệt là rất yếu nên người ta chỉ xem xét ảnh hưởng của nó khi tín hiệu là yếu như ở hệ thống thu trên vệ tinh hay tại trạm thu. - Với k= Boltzmann‟s constant J/K Công suất tạp âm N= No * B = kTB (W) (2.2). - 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. - 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. - Trường hợp còn lại CPI = 10*lg(10^(-0.1* cách ly phân cực anten vệ tinh theo hướng nhiễu (dB. - Trong đó PFDS là mật dộ công suất của tín hiệu (dBW/m2). - PFDI là mật độ công suất của nhiễu (dBW/m2). - SFDS là mật độ công suất bão hòa của tín hiệu (dBW/m2). - SFDI là mật độ công suất bão hòa của nhiễu (dBW/m2). - Nhiễu vệ tinh lân cận (ASI) là dạng nhiễu phức tạp nhất trong thông tin vệ tinh. - 24 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. - 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. - 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. - 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. - 25 Hình 2-11 Downlink ASI - Công suất: Điều này tương đương với C/I nếu giả sử rằng nhiễu và tín hiệu trên cùng vệ tinh và transponder - Suy hao đường truyên: Do nhiễu và tín hiệu phát từ 2 vệ tinh khác nhau. - G off-axis phân cực chính: Trạm thu tín hiệu được pointing đến vệ tinh chính, theo hướng này sẽ có G là lớn nhất. - G off-axis là theo hướng vệ tinh lân cận sẽ nhỏ hơn. - Cách ly phân cực của trạm thu tín hiệu sẽ rất tồi theo hướng vệ tinh lân cận. - Tính định hướng của anten phát vệ tinh lân cận: Hệ số G thay đổi theo hướng. - Cho nên G phân cực chính và phân cực phụ của 2 vệ tinh theo hướng trạm thu tín hiệu là khác nhau. - Tạp âm xuyên điều chế Đối với bất kì bộ khuếch đại nào, khi công suất đầu vào tăng công suất đầu ra sẽ nhanh chóng đạt tới cực đại (điểm bão hòa). - Tuy nhiên đỗi với vệ tinh công suất là một nuồn tài nguyên, cho nên bộ khuếch đại bắt buộc phải hoạt động ở chế độ không tuyến tính thậm chí là bão hòa. - Tạp âm xuyên điều chế. - 27 Hình 2-12 Sơ đồ đặc tuyến máy phát loại TWTA Các nhà sản xuất vệ tinh thường cung cấp đặc tuyến giữa IBO và OBO cho trường hợp đơn sóng mang. - 31 Hình 2-18 Phổ hiện tượng tái sinh búp sóng phụ 2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến đường truyền thông tin vệ tinh Các dạng ảnh hưởng đến truyền sóng trong thông tin vệ tinh. - Hình 2-19 Ảnh hưởng của góc ngẩng đến sự hấp thụ của tầng khí quyển 2.3.2 Ảnh hưởng do mưa Tác động của mưa khi tín hiệu truyền từ trạm mặt đất vệ tinh bao gồm cả uplink và downlink. - Mô hình COMSAT PAP được phát triển ban đầu cho các vệ tinh của Intelsat. - Điều này sẽ thay đổi góc nhìn của vệ tinh. - 2.4 Tính toán và tối ưa hóa công suất đường truyền thông tin vệ tinh 2.4.1 Tính toán công suất khi thời tiết đẹp Một anten thực tế bức xạ tín hiệu thì công suất tập trung chủ yếu ở búp sóng chính (boresight). - Hình 2-28 Phổ tạp âm xuyên điều chế và C/IM trong COMPLAN 42 Cách tính E/S HPA C/IM về lý thuyết giống với cách tính như trẻn vệ tinh. - Nhiều nhà hai thác vệ tinh có tiêu chuẩn cho giới hạn E/S HPA intermodulation cho tất cả các sóng mang trong hệ thống. - Từ mật độ EIRP tính toán C/IM tương tự như với HPA C/IM trên vệ tinh. - Theo đó % giới hạn suy hao được thống nhất giữa các nhà quản lý vệ tinh. - Công suất của sóng mang là cố định (nếu không cố định giá trị mặc định sẽ được sừ dụng) và bao gồm các yếu tố tác động sau. - Uplink thermal noise tại hệ thống thu của vệ tinh - Downlink thermal noise tại trạm thu - Nhễu sóng mang lân cận - Nhiễu sóng mang phân cực (trong trường hợp tái sừ dụng tần số) 44 - Tạp âm xuyên điều chế transponder cấp ba - Suy hao do tầng khí quyẻn - Nhiễu vệ tinh lân cận uplink và dơnlink - HPA C/IM trạm mặt đất Hình 2-30 Các yếu tố suy hao trong đường truyền thông tin vệ tinh Mô hình này sẽ phân tích cũng như tính toán công suất của mỗi sóng mang tại các điểm khác nhau dọc theo đường truyền và inpup backoff output backoff của mỗi transponder . - Mô hình này sẽ tính toán công suất của các sóng mang mà không bao gồm các yếu tố ảnh hưởng lúc có lúc không, chẳng hạn như mưa. - Báo cáo công suất (mức công suất của mỗi sóng mang dọc theo đường truyền. - Link budget Thuật toán tối ưu hóa trong COMPLAN là tói ưu hóa công suất phát của sóng mang để có thể đạt được hiệu suất yêu cầu đồng thời công suất vệ tinh là nhỏ nhất. - Tối ưu hóa trong COMPLAN bao gồm tối ưu hóa hệ số transponder back-off và tối ưu hóa công suất trạm phát. - Tói ưu hóa transponder backoff khi công suất là dư thừa ở transponder. - Khi ta tăng công suất phát uplink và downlink thermal noise sẽ tăng lên tuy nhiên tạp âm xuyên C/Im sẽ giảm rất nhanh. - Phương pháp tối ưu hóa tốt nhất là tính toán công suất của trạm phát EIRP. - (Điều này tránh thay đổi công suất sóng mang đang tồn tại khi tính toán sóng mang mới vì nó có thể gây ra lỡi. - 48 2.4.3 Tính toán công suất và tối ưu hóa khi thời tiết có mưa Sự hấp thụ của khí oxy ở tầng khí quyển được xem là không đổi. - Uplink margin là lượng suy hao mà tuyến uplink có thể chịu được để công suất tín hiệu vẫn trên mức ngưỡng. - 50 Hình 2-33 Hai phương pháp tính link budget trong COMPLAN khi trời mưa 51 Chương 3 Xây dựng phần mềm tính toán công suất cho khách hàng sử dụng vệ tinh Vinasat 3.1 Đặt vấn đề Giả thiết bài toán. - Trạm phát A phát tín hiệu lên vệ tinh VINASAT-1. - Biết công suất EIRP tại trạm phát A và C/N mong muốn tại trạm thu B, tính hệ số G/T của trạm thu B. - Biết hệ số G/T tại trạm thu B và C/N mong muốn tại trạm thu B, tính công suất EIRP của trạm phát A. - Phần mềm hỗ trợ cho mỗi khách hàng trước khi phát sóng qua vệ tinh VINASAT. - Tại địa điểm thứ hai, khách hàng dùng hệ thống thiết bị thu phát và anten của mình để thu phát sóng qua vệ tinh VINASAT. - 3.2.2 Tính toán mức công suất máy phát trạm phát khi biết thông tin trạm thu và mức C/N. - Hình 3-5 Kết quả tính toán mức công suất phát bằng phần mềm 3.2.2 Tính toán hệ số G/T trạm thu khi biết thông tin trạm phát và mức C/N Chúng ta sẽ sử dụng khách hàng Hoàng Long trạm hub tại Bình Dương ở trên để test thử. - Lập cơ sở dữ liệu lưu trữ tham số vệ tinh và kết quả tính toán. - Giới thiệu chung về kỹ thuật trạm mặt đất thông tin vệ tinh. - Xây dựng phần mềm tính toán công suất đường truyền cho khách hàng của VINASAT. - Thái Hồng Nhị (2008), “Hệ thống thông tin vệ tinh”, NXB Bưu điện, Hà Nội. - THÔNG TIN SÓNG MANG 1 2.0.1. - Công suất cực đại 250 W Công suất đang sử dụng Trong trường hợp khách hàng đang sử dụng trên hệ thống vệ tinh khác W 2.2.4. - Công suất cực đại 5 W Công suất đang sử dụng Trong trường hợp khách hàng đang sử dụng trên hệ thống vệ tinh khác W 2.2.4
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt