- 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. - 20 Tạp âm xuyên điều chế. - 24 2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến đường truyền thông tin vệ tinh. - 36 2.4 Tính toán và tối ưa hóa công suất đường truyền thông tin vệ tinh. - 36 2.4.1 Tính toán công suất khi thời tiết đẹp. - 36 2.4.2 Tối ưu hóa công suất trạm phát khi thời tiết đẹp. - 42 2.4.3 Tính toán công suất và tối ưu hóa khi thời tiết có mưa. - 47 Chương 3 Xây dựng phần mềm tính toán công suất cho khách hàng sử dụng vệ tinh Vinasat Đặt vấn đề. - 50 3.2 Phần mềm tính toán công suất. - 50 3.2.1 Tính toán mức C/N tại trạm thu khi biết thông tin trạm phát và trạm thu. - 50 3.2.2 Tính toán mức công suất máy phát trạm phát khi biết thông tin trạm thu và mức C/N. - 55 2 3.2.2 Tính toán hệ số G/T trạm thu khi biết thông tin trạm phát và mức C/N. - Học viên Hoàng Mạnh Quynh 4 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 1-3 Sơ đồ đặc tuyến máy phát trong COMPLAN. - 13 Hình 1-4 Mối quan hệ giữa kích thước trạm thu với công suất transponder. - 13 Hình 1-5 Mối quan hệ giữa kích thước trạm phát với công suất transponder. - 14 Hình 2-1 Đường truyền thông tin vệ tinh. - 15 Hình 2-2 Các thành phần trong đường truyền thông tin vệ tinh. - 15 Hình 2-3 Sơ đồ khối phân hệ pay load. - 16 Hình 2-4 Sơ đồ trạm mặt đất. - 17 Hình 2-5 Tạp âm nhiệt tuyến lên. - 19 Hình 2-6 Tạp âm nhiệt tuyến xuống. - 19 Hình 2-7 Sơ đồ nhiệt độ tạp âm trạm thu. - 20 Hình 2-8 Ba dạng nhiễu chính trong thông tin vệ tinh. - 24 Hình 2-12 Sơ đồ đặc tuyến máy phát loại TWTA. - 26 Hình 2-13 Mối quan hệ giữa IBO và OBO. - 27 Hình 2-14 Tần số tạp âm xuyên điều chế cho trường hợp 2 sóng mang. - 28 Hình 2-15 Tần số tạp âm xuyên điều chế cho trường hợp 3 sóng mang. - 28 Hình 2-16 Phổ tạp âm xuyên điều chế. - 28 Hình 2-17 Đặc tuyến tạp âm xuyên điều chế của transponder. - 32 Hình 2-21 Lệch phân cực sóng mang do mưa. - 34 Hình 2-23 Khúc xạ đường truyền 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. - 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. - 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 6 Danh mục bảng biểu Bang 2-1 Tần số các băng tần thông tin vệ tinh. - 16 7 Thuật ngữ viết tắt Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt ECMS Enterprise Capacity Management System Hệ thống quản lý lưu lượng vệ tinh ECM Enterprise Capacity Manager Quản lý lưu lượng FDMA Frequency Division Multi Access Đa truy nhập phân chia theo tần số ASI Adjacent Satellite Interference Nhiễu vệ tinh lân cận TWTA Traveling wave tube amplifier Khuếch đại kiểu ống dẫn sóng SSPA Solid state power amplifier Khuếch đại công suất trạng thái rắn 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 Trung tần RF Radio Frequency Cao tần LNA Low Noise Amplifier Khuếch đại tạp âm thấp HPA High Power Amplifier Máy phát ACI Adjacent Carrier Interference Nhiễu sóng mang lân cận CCI Cross Channel Interference Nhiễu phân cực 8 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 FM Frequency Modulation Điều tần C/N Carrier To Noise Ratio Tỷ số tín hiệu/tạp âm C/IM Carrier To Intermodulation Ratio Tỷ số tins hiệu/tạp âm xuyên điều chế C/I Carrier To Interference Ratio Tỷ số tín hiệu/nhiễu ITU International Telecommunication Unit Hiệp hội viễn thông quốc tế G/T Gain To Noise Temperature Ratior Tỷ số tăng ích/nhiệt độ tạm âm EIRP Equivalent Isotropically Radiated Power Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương BER Bit Error Rate Tỷ lệ bit lỗi NPR Noise To Power Ratio Tỷ lệ tạp âm/công suất E/S Earth Station Trạm mặt đất IM Intermodulation Tạp âm xuyên điều chế 9 MỞ ĐẦU Vệ tinh VINASAT-2 là vệ tinh thứ hai của Việt Nam đã được phóng lên quỹ đạo vào ngày 16/5/2012 chỉ 4 năm sau ngày phóng vệ tinh VINASAT-1. - Tám ngày sau khi phóng, vệ tinh VINASAT-2 đã được đưa vào quỹ đạo 131.8oE và hoạt động ổn định từ đó cho tới nay. - VINASAT-1,VINASAT-2 là vệ tinh địa tĩnh nằm cách mặt đất gần 36.000 km, ngay trên bầu trời nước ta. - Với việc phóng thành công vệ tinh VINASAT-1, VINASAT-2, Việt Nam đã trở thành nước thứ 93 trên thế giới và nước thứ 6 tại Đông Nam Á có vệ tinh riêng trên quỹ đạo địa tĩnh. - Sự kiện phóng vệ tinh VINASAT-1, VINASAT-2 có ý nghĩa đặc biệt quan trọng khẳng định chủ quyền quốc gia của Việt Nam trên quỹ đạo không gian, đồng thời nâng cao hình ảnh, uy tín của Việt Nam nói chung và ngành Công nghệ Viễn thông Việt Nam nói riêng. - 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. - 10 Chương 1 Giới thiệu về hệ thống COMPLAN 1.1 Hệ thống ECMS Hệ thống ECMS (Enterprise Capacity Management System) là hệ thống được cài đặt tại NOC-Vinasat giúp quản lý, điều hành, khai thác vệ tinh một cách hiệu quả. - 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. - Hệ thống Enterprise Capacity Management cho Vinasat bao gồm các phần sau. - COMPLAN: thực hiện thiết kế truyền dẫn, thiết kế và tối ưu hóa mạng và phát sinh kết quả trên map. - Sun Outage Caculator: Tính toán các dự báo về sun outage. - 1.2 Hệ thống COMPLAN COMPLAN là hệ thống nằm trong ECMS nó bao gồm các chức năng sau. - COMPLAN là công cụ cho việc lập kế hoạch truyền dẫn các sóng mang FDMA trên vệ tinh địa tĩnh. - Đánh giá hiệu suất của link và tối ưu hóa link cho cả khi thời tiết đẹp và khi có mưa. - Mô hình hóa hầu hết các dạng của tín hiệu analog và tín hiệu điều chế số. - Phân tích các hệ thống mạng lưới với các dạng khác nhau của link, trạm mặt đất và yêu cầu hiệu suát. - Có thể sừ dụng để cân bằng các tham số khác nhau (như bandwidth với công suất, phân hệ không gian với phân hệ mặt đất, hub và remote…) 11 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. - 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. - 12 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. - 13 Hình 1-3 Sơ đồ đặc tuyến máy phát trong COMPLAN COMPLAN có thể cân bằng các tham số trong đường truyền thông tin vệ tinh như: Kích thước trạm thu với công suất transponder, kích thước trạm phát với công suất transponder, phân hệ không gian với phân hệ mặt đất như minh họa dưới đây: 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 COMPLAN có thể tương tác với một vài hệ thống giám sát phổ sóng mang CMS (Carrier Monitor System). - COMPLAN gửi dữ liệu tới hệ thống CMS, tránh dữ liệu phải nhập lại, tránh lỗi con người và làm tăng hiệu suất. - COMPLAN có thể nhận dữ liệu đo đạc từ hệ thống CMS, hiển thị dữ liệu để đối chiếu, so sánh. - Hệ thống CMS được cài đặt tại NOC là MONICS. - 15 Chương 2 Thiết kế đường truyền và tối ưu hóa công suất trong thông tin vệ tinh 2.1 Đường truyền thông tin vệ tinh 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 16 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 - TX ANT: Anten phát Hình 2-3 Sơ đồ khối phân hệ pay load
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt