Tải bản đầy đủ

Thiết kế và tối ưu công suất tuyến trong thông tin vệ tinh sử dụng hệ

MỤC LỤC
MỤC LỤC ....................................................................................................................... 1
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................... 4
Danh mục hình vẽ ........................................................................................................... 5
Danh mục bảng biểu........................................................................................................ 7
Thuật ngữ viết tắt ............................................................................................................ 8
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................... 10
Chương 1
Giới thiệu về hệ thống COMPLAN ........................................................ 11
1.1 Hệ thống ECMS ............................................................................................. 11
1.2 Hệ thống COMPLAN..................................................................................... 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 .............................................................................................17
2.1.2 Phân hệ uplink..............................................................................................18
2.1.3 Phân hệ downlink .........................................................................................18
2.2 Các loại tạp âm trong thông tin vệ tinh .......................................................... 19
2.2.1 Tạp âm nhiệt (thermal noise) .......................................................................20
2.2.2 Nhiễu (interference) .....................................................................................21
Tạp âm xuyên điều chế ..............................................................................................25

2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến đường truyền thông tin vệ tinh ............................ 31
2.3.1 Sự hấp thụ của tầng khí quyển .....................................................................32
2.3.2 Ảnh hưởng do mưa ......................................................................................32
2.3.3 Bức xạ của tầng đối lưu ...............................................................................36
2.3.4 Hiệu ứng quay Faraday ................................................................................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………………………………………………………………………...51
3.1
Đặt vấn đề ...................................................................................................... 51
3.2 Phần mềm tính toán công suất........................................................................ 51
3.2.1 Tính toán mức C/N tại trạm thu khi biết thông tin trạm phát và trạm thu ...51
3.2.2 Tính toán mức công suất máy phát trạm phát khi biết thông tin trạm thu
và mức C/N. ...............................................................................................................56
1


3.2.2

Tính toán hệ số G/T trạm thu khi biết thông tin trạm phát và mức C/N ......57

3.3 Hướng phát triển của phần mềm: ................................................................... 58
KẾT LUẬN ................................................................................................................... 59
Tài liệu tham khảo ......................................................................................................... 60
PHỤ LỤC 1 ................................................................................................................... 61
PHỤ LỤC 2 ................................................................................................................... 65
PHỤ LỤC 3 ................................................................................................................... 69

2


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

HOÀNG MẠNH QUYNH


THIẾT KẾ VÀ TỐI ƯU HÓA CÔNG SUẤT TUYẾN TRONG THÔNG VỆ
TINH SỬ DỤNG HỆ THỐNG COMPLAN
Chuyên ngành :

Kỹ thuật truyền thông

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
TS PHẠM THÀNH CÔNG

Hà Nội – Năm 2013

3


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

4


Danh mục hình vẽ
Hình 1-1 Độ chính xác của hệ thống COMPLAN ....................................................12
Hình 1-2 Các tác động đến đường truyền vệ tinh ....................................................13
Hình 1-3 Sơ đồ đặc tuyến máy phát trong COMPLAN ............................................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 ...............................16
Hình 2-3 Sơ đồ khối phân hệ pay load ......................................................................17
Hình 2-4 Sơ đồ trạm mặt đất .....................................................................................18
Hình 2-5 Tạp âm nhiệt tuyến lên...............................................................................20
Hình 2-6 Tạp âm nhiệt tuyến xuống .........................................................................20
Hình 2-7 Sơ đồ nhiệt độ tạp âm trạm thu ..................................................................21
Hình 2-8 Ba dạng nhiễu chính trong thông tin vệ tinh..............................................22
Hình 2-9 Nhiễu ACI ..................................................................................................22
Hình 2-10 ASI tuyến lên ...........................................................................................24
Hình 2-11 Downlink ASI ..........................................................................................25
Hình 2-12 Sơ đồ đặc tuyến máy phát loại TWTA ....................................................27
Hình 2-13 Mối quan hệ giữa IBO và OBO ...............................................................28
Hình 2-14 Tần số tạp âm xuyên điều chế cho trường hợp 2 sóng mang ..................29
Hình 2-15 Tần số tạp âm xuyên điều chế cho trường hợp 3 sóng mang ..................29
Hình 2-16 Phổ tạp âm xuyên điều chế ......................................................................29
Hình 2-17 Đặc tuyến tạp âm xuyên điều chế của transponder .................................30
Hình 2-18 Phổ hiện tượng tái sinh búp sóng phụ......................................................31
Hình 2-19 Ảnh hưởng của góc ngẩng đến sự hấp thụ của tầng khí quyển ...............32
Hình 2-20 Ảnh hưởng do mưa ..................................................................................33
Hình 2-21 Lệch phân cực sóng mang do mưa ..........................................................34
Hình 2-22 Mối quan hệ giữa suy hao do mưa và suy giảm do mưa ở trạm mặt đất
dùng băng tần Ku ......................................................................................................35
5


Hình 2-23 Khúc xạ đường truyền do tầng đối lưu ....................................................36
Hình 2-24 Trải rộng búp sóng do tầng đối lưu .........................................................37
Hình 2-25 Sơ đồ khối trạm phát ................................................................................38
Hình 2-26 Sơ đồ uplink .............................................................................................38
Hình 2-27 Mối quan hệ giữa IBO và OBO ...............................................................39
Hình 2-28 Phổ tạp âm xuyên điều chế và C/IM trong COMPLAN..........................41
Hình 2-29 HPA C/IM xấp xỉ từ đường cong NPR ....................................................42
Hình 2-30 Các yếu tố suy hao trong đường truyền thông tin vệ tinh .......................44
Hình 2-31 Tối ưu hóa transponder back off trong trường hợp đơn giản ..................46
Hình 2-32 Tối ưu hóa transponder back-off trong trường hợp phức tạp ..................47
Hình 2-33 Hai phương pháp tính link budget trong COMPLAN khi trời mưa ........50
Hình 3-1 Kết quả tính toán mức thu sóng mang từ Bình Dương bằng phần mềm ...53
Hình 3-2 Kết quả mức thu sóng mang từ Bình Dương bằng phân tích phổ .............54
Hình 3-3 Kết quả tính toán mức thu sóng mang từ ngoài khơi bằng phần mềm ......55
Hình 3-4 Kết quả mức thu sóng mang ngoài khơi bằng phân tích phổ ....................56
Hình 3-5 Kết quả tính toán mức công suất phát bằng phần mềm .............................57
Hình 3-6 Kết quả tính toán hệ số G/T trạm thu bằng phần mềm .............................58

6


Danh mục bảng biểu
Bang 2-1 Tần số các băng tần thông tin vệ tinh ........................................................17

7


Thuật ngữ viết tắt
Viết tắt

ECMS

Tiếng Anh
Enterprise

Tiếng Việt
Capacity

Management Hệ thống quản lý lưu lượng vệ

System

tinh

ECM

Enterprise Capacity Manager

Quản lý lưu lượng

FDMA

Frequency Division Multi Access

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

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

Đa truy nhập phân chia theo tần
số

Khuếch đại công suất trạng thái
rắn

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

C/I

Carrier To Interference Ratio

ITU

G/T

EIRP

International

Telecommunication

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

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 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.
10


Chương 1
1.1

Giới thiệu về hệ thống COMPLAN

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 :
- Enterprise Capacity Manager (ECM): thực hiện toàn bộ lập kế hoạch, quản
lý data, và báo cáo.
- COMPLAN: thực hiện thiết kế truyền dẫn, thiết kế và tối ưu hóa mạng và
phát sinh kết quả trên map. Tương tác với ECM, ACP, Sun Outage caculator và
MONICS.
- Antenna Coverage Program (ACP): Thể hiện các thông số dữ liệu kỹ thuật
trên bản đồ.
- 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.
- COMPLAN bao gồm các mô hình cho tất cả các yếu tố tác động đến linkkhi thời tiết đẹp và 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. 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.

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). Tương tác này là 2 chiều. 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

17


2.1.2 Phân hệ uplink
Hình vẽ dưới đây minh họa trạm mặt đất điển hình

Hình 2-4 Sơ đồ trạm mặt đất
Trạm uplink gồm các thành phần sau:
- MODEM (modulator) có nhiệm vụ chuyển tín hiệu từ analog sang digital.
Ngoài ra MODEM có thể có thêm các chức năng khác như: amplification (khuếch
đại tín hiệu), terrestrial interface (tương tác với router),..
- Upconverter: Bộ chuyển đổi tín hiệu từ IF sang RF. Mỗi bộ nâng tần chỉ
hoạt động ở một băng tần nhất định C/X/Ku/Ka.
- HPA (máy phát): HPA có ba loại TWTA, TWTA tuyến tính và SSPA. Đầu
ra của HPA có thể dao động từ 1 W đến vài nghìn W.
- Anten phát: Tín hiệu từ HPA được đưa tới feed đặt tại điểm hội tụ của mặt
phản xạ anten (reflector), reflector phản xạ tín hiệu đến vệ tinh. Anten có kích thước
càng lớn thì hệ số khuếch đại G càng lớn và búp sóng chính càng hẹp.
2.1.3 Phân hệ downlink
Phân hệ downlink như minh họa ở hình 2.4 bao gồm các thành phần sau:
- MODEM (demodulator): có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu từ digital sang
analog. Ngoài ra MODEM có thể có thêm các chức năng khác như: amplification
(khuếch đại tín hiệu), terrestrial interface (tương tác với router),..
18


- 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
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.

19


2.2.1 Tạp âm nhiệt (thermal noise)
Tạp âm nhiệt được sinh ra bởi chuyển động tự do của các hạt electrons. 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. Tạp âm nhiệt được đo bởi hệ số
nhiệt độ tạp âmT, hệ số G/T là hệ số rất quan trọng tại bất cứ trạm thu nào.Tạp âm
nhiệt có 2 phần là uplink thermal noise và downlink thermal noise như minh họa ở
hình dưới đây:

Hình 2-5 Tạp âm nhiệt tuyến lên

Hình 2-6 Tạp âm nhiệt tuyến xuống
Công thức tính tạp âm nhiệt:
Mật độ tạp âm No (W/Hz) = kT (2.1). Với k= Boltzmann‟s constant =
1.3807* 10-23 J/K
Công suất tạp âm N= No * B = kTB (W) (2.2). Với B= băng thông tạp âm
của bộ lọc phía thu.
Công thức tính nhiệt độ tạp âm trạm thu:
20


Tạp âm hệ thống tham chiếu ở anten: TSYS = TEXT + (L-1)*TL + L*TREC (2.3)
Tạp âm hệ thống tham chiếu tại LNA: TSYS = TEXT /L + (L-1)/L*TL + TREC
(2.4)
Trong đó:
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:

21


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).

Hình 2-9 Nhiễu ACI
Nhiễu phân cực CCI xuất hiện giữa các sóng mang ở 2 transponder khác
nhau nhưng có cùng tần số. Việc tính toán CCI giống như ACI tuy nhiên phải xem
xét đến độ cách ly giữa các transponder cũng như các mức công suất cần phải được
chia theo tỷ lệ chính xác.
(C/I) CCIuplink = IR + (PFDS – PFDI) – (SFDS – SFDI) + CSIES + CPI
CSIES = GESS – GESI
22


CPI = 0 dB nếu cùng phân cực.
CPI = 3 dB nếu một phân cực tuyến tính một phân cực tròn.
Trường hợp còn lại CPI = 10*lg(10^(-0.1* cách ly phân cực anten vệ tinh
theo hướng nhiễu (dB)) + 10^(-0.1* cách ly phân cực của anten 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). CSI là độ cách
ly về không gian giữa trạm phát và trạm gây nhiễu (dB). CPIES là độ cách ly phân
cực giữa tín hiệu và nhiễu (dB). GESS là tăng ích anten thu tín hiệu ở phân cực tín
hiệu theo hướng tín hiệu. GESI là tăng ích anten thu tín hiệu ở phân cực của tín hiệu
theo hướng nhiễu.CPI là cách ly phân cực giữa tín hiệu và nhiễu:
(C/I) CCI Downlink = - IR + (EIRPS – EIRPI) + CSIA + CPI
CSIA = GAS - GAI
Trong đó EIRPS là EIRP tín hiệu phát đến trạm thu tín hiệu (dBW). EIRPI là
EIRP nhiễu phát đến trạm thu tín hiệu (dBW). CSIA là cách ly về không gian giữa
anten tín hiệu và anten nhiễu (dB). CPI là ly phân cực giữa tín hiệu và nhiễu (dB).
GAS là tăng ích anten tín hiệu theo hướng tín hiệu với phân cực tín hiệu (dBi). GAI
là tăng ích anten nhiễu theo hướng thu tín hiệu với phân cực của nhiễu (dBi).
Nhiễu vệ tinh lân cận (ASI) là dạng nhiễu phức tạp nhất trong thông tin vệ
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.

23


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.

24


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.
Suy hao này không lớn.
- 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 off-axis của trạm thu tín hiệu: Cách ly phân cực rất lớn
theo hướng boresight và giảm rất nhanh theo hướng lệch boresight. 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.
- 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.
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). Bộ khuếch đại bắt đầu hoạt động
25


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×