Nhiệt tạp âm anten
Nhiệt độ tạp âm anten là do các nguồn tạp âm không mong muốn từ không gian và mặt đất khu vực gần anten. Các tạp âm này phụ thuộc vào tần số, góc ngẩng và các điều kiện khí quyển xung quanh anten (trời trong, trời mưa hoặc mây mù). Việc tăng nhiệt độ tạp âm của anten làm giảm đáng kể chất lượng thu
tín hiệu của trạm mặt đất và đôi lúc có thể làm gián đoạn liên lạc. Nhiệt độ tạp âm của anten thường do nhà sản xuất đo đạc và cung cấp đối với mỗi loại anten khác nhau.
Nhiệt tạp âm của hệ thống
Nhiệt tạp âm của một trạm mặt đất gồm có: Nhiệt tạp âm máy thu và nhiệt tạp âm anten. Do đó, nhiệt tạp âm của hệ thống được tính theo công thức sau:
Tsys = Ta/LFRx + (1 – 1/LFRx)T0 + Te [K] (3.24) Trong đó:
- LFRx là suy hao ống dẫn sóng. - Te là nhiệt độ tạp âm máy thu. - T0 = 290K là nhiệt độ môi trường. - Ta là nhiệt độ tạp âm của anten.
Phương trình trên cho ta biết suy hao của ống dẫn sóng có tác động quan trọng trong nhiệt tạp âm của hệ thống. Ví dụ, dọc theo thiết bị ống dẫn sóng suy giảm 0.3 dB giữa anten và bộ khuếch đại sẽ đóng góp 19 K tới nhiệt tạp âm của hệ thống. Suy hao fiđơ phải được giữ ở mức nhỏ, nếu không thì tác dụng của anten tạp âm thấp và bộ LNA sẽ không còn nữa. Vì lý do đó mà tại sao bộ LNA được đặt ở vị trí gần với đầu thu phát sóng của anten.
3.1.4. Các thông số của vệ tinh
3.1.4.1. Bộ phát đáp vệ tinh
Phần này chỉ ra các thông số tham chiếu: hệ số phẩm chất G/T, mật độ dòng công suất bão hòa SFD và EIRP bão hòa của vệ tinh đối với hai phân cực dọc và ngang (Phụ lục 1 và 2).
3.1.4.2. Điểm hoạt động bộ phát đáp
Bộ khuếch đại công suất đầu ra của bộ phát đáp không là một thiết bị tuyến tính, nó phải được hoạt động thấp hơn điểm bão hòa. Do đó, độ lùi đầu vào IBO (Input Back Off) và độ lùi đầu ra OBO (Output Back Off) sẽ được quy định để đạt được điểm đó. Đó là một sự hao phí công suất trong một TWTA điển hình.
IBO được định nghĩa là tỷ số của mật độ thông lượng bão hòa và mật độ thông lượng hoạt động do một sóng mang đem lại.
IBO = SFD – PFD (3.25)
Trong đó:
- SFD là mật độ thông lượng bão hòa (Saturated Flux Density);
- PFD là mật độ thông lượng đầu vào của vệ tinh (Power Flux Density); OBO được định nghĩa là tỷ số của công suất bức xạ đẳng hướng tương đương EIRP bão hòa và công suất bức xạ đẳng hướng tương đương EIRP hoạt động do một sóng mang đem lại được tính bởi:
OBO = EIRPsaturation - EIRPop (3.26) Trong đó:
- EIRPop là công suất bức xạ đẳng hướng tương đương hoạt động
- EIRPsaturation là công suất bức xạ đẳng hướng tương đương bão hòa của vệ tinh
IBO và OBO có quan hệ với nhau thông qua hệ số X là độ chênh lệch giữa đầu vào và đầu ra IBO = OBO + X.
X được tính toán riêng cho từng vệ tinh. Với VINASAT-1, X = 4.4.
3.1.5. Phân tích đƣờng truyền tuyến xuống
3.1.5.1. Hệ số phẩm chất
Trong mỗi hệ thống truyền dẫn, tạp âm là hệ số có ảnh hưởng lớn lên chất lượng của tuyến truyền dẫn. Hệ số phẩm chất G/T [dB/K] được biết như phép đo ―phẩm chất‖ của một hệ thống thu. VINASAT-1 quy định một hệ số G/T đặc trưng cho tất cả các trạm mặt đất tiêu chuẩn. Điều đó có nghĩa là trạm mặt đất sẽ đáp ứng các đặc điểm kỹ thuật quy định của G/T, VINASAT-1 sẽ cung cấp công suất từ vệ tinh tới đáp ứng được cho các dịch vụ khác nhau.
Từ công thức được tính ở trên, hệ số phẩm chất G/T dễ dàng được tính theo công thức sau:
G/T = GdBi – 10logTsys [dB/K] (3.27) Trong đó:
- GdBi là hệ số tăng ích của trạm mặt đất ở tuyến xuống. - Tsys là nhiệt độ tạp âm của hệ thống.
3.1.5.2. Tỷ số sóng mang trên tạp âm (C/N)
Chất lượng của một tuyến thông tin vô tuyến được đánh giá bằng tỉ số sóng mang trên tạp âm (C/N) và lượng méo tín hiệu thu ở tuyến thông tin, ảnh hưởng tín hiệu gây ra méo tín hiệu thu là nhỏ, vì thế chất lượng đường truyền chỉ cần xác định bằng tỉ số C/N của đường truyền. Tỉ số C/N được tính theo công thức sau: C/N = N R P P (3.28) Trong đó:
- PR là công suất thu của anten - PN là công suất nhiệt tạp âm.
Do đó ta có thể tính C/N theo công thức sau: C/N = sys T R L B KT G EIRP. (3.29) Tính theo dB: C/N = EIRP – LT + G/T – K* – 10logB [dB] (3.30) Trong đó:
- LT[dB] là suy hao tổng cộng ( bao gồm suy hao không gian tự do, suy hao khí quyển, suy hao do mưa…)
- G/T [dB/K] là hệ số phẩm chất của máy thu
- B[Hz] là độ rộng băng tần tạp âm.
3.1.5.3. Tỉ số sóng mang trên tạp âm toàn tuyến (C/N)
Giá trị của tổng tỉ số sóng mang trên tạp âm (C/N)T của tuyến thông tin vệ tinh được tính bởi phương trình sau:
Trong đó:
- (C/N)T là C/N tổng.
- (C/N)U là C/N của hướng phát - (C/N)D là C/N của hướng thu
Muốn biết được chất lượng đường truyền tốt hay xấu ta chỉ cần tính được tỉ số C/N tổng cộng mà trạm đầu cuối nhận được khi trạm phát phát dữ liệu.
3.2. HỆ THỐNG TÍNH TOÁN ĐƢỜNG TRUYỀN TỐI ƢU QUA VỆ TINH VINASAT-1
3.2.1. Đặt vấn đề
Giả thiết bài toán:
Trạm A phát lên vệ tinh VINASAT-1. Trạm thu đặt tại đài NOC VINASAT-1 để giám sát chất lượng sóng mang.
Do trạm phát căn chỉnh anten phát không đúng quy trình nên không chỉ phát lên vệ tinh VINASAT-1 mà còn phát lên vệ tinh APSTAR VI (Hồng Kông). Vì vậy anten giám sát của NOC APSTAR VI thu được tín hiệu của khách hàng A.
Hình 3-3: Mô hình bài toán tính toán đƣờng truyền tối ƣu
Phương án giải quyết bài toán:
Dựa trên kết quả mô phỏng, kỹ sư đài NOC VINASAT-1 đưa ra một bản chi tiết hướng dẫn khách hàng A căn chỉnh anten sao cho mức tín hiệu mà NOC VINASAT-1 thu là tốt nhất và APSTAR VI bị ảnh hưởng trong phạm vi chấp nhận được ( C/N < = 1 dB).
3.2.2. Quy trình thực hiện
Quy trình tính C/N tại đài NOC VINASAT- 1
Biết Ptx
( công suất phát)
Bƣớc 1: tính hệ số tăng ích của anten phát và anten thu
GdBi = 10log η + 20log f + 20 log D + 20.4dB Trong đó :
- η: là hiệu suất của anten - D [m] : là đường kính anten - f [GHz] : là tần số làm việc
- 20.4dB là hằng số được tính từ 20log (1*109*π/c).
Bƣớc 2: tính EIRP trạm phát
Trong đó:
- Pt: công suât đầu vào anten tính bằng dBW - Gt: tính ở bước 1, đơn vị dBi
Bƣớc 3: tính khoảng cách từ trạm mặt đất đến vệ tinh d = {r2 + S2 - 2rS.arcos[cos (θ1).cos(θS- θE)]}1/2 [Km] Trong đó: - r là bán kính trái đất (6378.14 km).
- S là bán kính quỹ đạo vệ tinh địa tĩnh (42164 km).
- θ1 là vĩ độ của trạm mặt đất - θS là kinh độ của vệ tinh . - θE là kinh độ của trạm mặt đất
Bƣớc 4 : tính suy hao không gian tự do
( Lu và Ld)
L = 20log d + 20log f + 92.5dB [dB] Trong đó:
- d [km] là khoảng cách giữa đầu thu và đầu phát của vệ tinh và trạm mặt đất. - f [GHz] là tần số làm việc Bƣớc 5: Tính mật độ dòng công suất trạm phát W = EIRP – Lu + G1m Trong đó: - EIRP : tính ở bước 2
- Lu : suy hao tuyến lên tính ở bước 3
- G1m là độ tăng ích anten phát cho diện tích 1m
vuông được tính là G1m = 20*log(Ftx)+20,4
Bƣớc 6: Tính IBO và OBO
IBO = SFD – W
OBO = IBO +X
Lấy X = 4.4 dB (cho vệ tinh VINASAT – 1)
Bƣớc 7: tính EIRP tại vệ tinh
EIRP vệ tinh = EIRPbão hòa –OBO
Bƣớc 8: tính C/N hướng lên
C/Nu = EIRP-Lu+(G/T)sat—K-10log B Trong đó :
- EIRP được lấy từ bước 2
- Lu : suy hao tuyến lên tính ở bước 4 - G/T sat : tra phụ lục 1 và 2
- K : hằng số bboltzman = -228.6 - B : băng thông tạp âm
Bƣớc 9: tính C/N hướng xuống
(C/N)d = EIRPvệtinh -Ld+(G/T)hệ thống –10log KB Trong đó:
- EIRP vệ tinh được tính ở bước 7 - Ld: được tính ở bước 4
- (G/T)hệ thống = G – 10log T (T: nhiệt độ hệ thống thu)
Nên hệ số (C/N) d được tính như sau:
(C/N) d = = EIRPvệtinh –Ld+Grx- K - 10log TB
Bƣớc 10: tính C/N tổng (C/N)-1= (C/N)u-1 + (C/N)d-1 [9]
Quy trình tính C/N tại NOC APSTAR VI
Biết Ptx ( công suất phát từ Trạm A)
Bƣớc 1: tính hệ số tăng ích của anten phát
và anten thu Khi búp sóng phụ gây nhiễu: - Nếu: d/> 150 thì G = 29 -25log θt - Nếu: 35<d/<100 thì G = 52 -10log (d/)- 25log θt Trong đó: - d1, d2 (km) là khoảng cách từ trạm mặt đất bị nhiễu đến các vệ tinh mong muốn và vệ tinh gây nhiễu.
- t (độ): là góc trong mặt phẳng tạo bởi trạm phát, vệ tinh mong muốn và vệ tinh gây nhiễu.
t được tính theo công thức (3.7)
Chú ý : độ rộng búp sóng chính quá lớn cũng có thể
gây nhiễu. Ta có công thức tính độ rộng búp sóng chính:
Đối với anten thu ở đây là anten giám sát của đài NOC APSTAR VI:
GdBi = 10log η + 20log f + 20 log D + 20.4dB Trong đó:
- η là hiệu suất của anten - D [m] là đường kính anten - f [GHz] là tần số làm việc
- 20.4dB là hằng số được tính từ 20log (1*109 - *π/c).
Bƣớc 2: tính EIRP trạm phát
Trong đó:
- Pt: công suât đầu vào anten tính bằng dBW - Gt: tính ở bước 1 đơn vị dBi
Bƣớc 3: tính khoảng cách từ trạm mặt đất đến vệ tinh d = {r2 + S2 - 2rS.arcos[cos (θ1).cos(θS- θE)]}1/2 [Km] Trong đó: - r là bán kính trái đất (6378.14 km).
- S là bán kính quỹ đạo vệ tinh địa tĩnh (42164 km). - θ1 là vĩ độ của trạm mặt đất
- θS là kinh độ của vệ tinh . - θE là kinh độ của trạm mặt đất
Bƣớc 4 : tính suy hao không gian tự do
( Lu và Ld)
L = 20log d + 20log f + 92.5dB [dB] Trong đó:
- d [km] là khoảng cách giữa đầu thu và đầu phát của vệ tinh và trạm mặt đất. - f [GHz] là tần số làm việc Bƣớc 5: Tính mật độ dòng công suất trạm phát W = EIRP – Lu + G1m Trong đó: - EIRP là tính ở bước 2
- Lu : suy hao tuyến lên tính ở bước 3
- G1m là độ tăng ích anten phát cho diện tích 1m vuông = 20*log(Ftx)+20,4
Bƣớc 6: Tính IBO và OBO
IBO = SFD – W
OBO = IBO –X
Lấy X = 1.8 dB (APSTAR VI cung cấp)
Bƣớc 7: tính EIRP tại vệ tinh
EIRP vệ tinh = EIRPbão hòa –OBO
Bƣớc 8: tính C/N hướng lên
C/Nu = EIRP-Lu+(G/T)sat—K-10log B Trong đó :
- EIRP được lấy từ bước 2
- Lu : suy hao tuyến lên tính ở bước 4 - G/T sat : APSTAR VI cung cấp - K : hằng số bboltzman = -228.6 - B : băng thông tạp âm
Bƣớc 9: tính C/N hướng xuống
(C/N)d = EIRPvệtinh -Ld+(G/T)hệ thống –10log KB Trong đó:
- EIRP vệ tinh được tính ở bước 7 - Ld: được tính ở bước 4
- (G/T)hệ thống = G – 10log T (T: nhiệt độ hệ thống thu)
Nên hệ số (C/N) d được tính như sau:
(C/N) d = = EIRPvệtinh –Ld+Grx- K - 10log TB
Bƣớc 10: tính C/N tổng
(C/N)-1= (C/N)u-1 + (C/N)d-1 [9]
3.2.3. Hệ thống tính toán đƣờng truyền tối ƣu
Hệ thống mô phỏng được viết dựa trên cơ sở tính toán và bài toán được nêu ở trên. Hệ thống hỗ trợ cho mỗi khách hàng trước khi phát sóng qua vệ tinh VINASAT-1. Khách hàng có thể dựa vào kết quả tổng hợp cuối cùng do đài
NOC VINASAT-1 gửi để căn chỉnh anten và cấu hình cho trạm thu phát của mình.
3.2.3.1. Giới thiệu hệ thống tính toán
Sau đây là giao diện chính của hệ thống như hình 3-4:
Hình 3-4: Giao diện chính của hệ thống
Trên giao diện gồm có các thẻ lựa chọn: cấu hình, kết quả, mô phỏng và khuyến nghị khách hàng. Lựa chọn thẻ ―Cấu hình‖ để nhập dữ liệu cho vệ tinh VINASAT-1 và APSTAR VI, bộ phát đáp, trạm phát, trạm thu và sóng mang . Sau khi nhập tất cả các thông số cần thiết, lựa chọn thẻ kết quả, và nhấn vào nút ―Áp dụng‖ để cho ra kết quả tính toán đường truyền cho từng trạm thu. Giao diện kết quả như hình 3-5.
Hình 3-5: Giao diện kết quả
Sau khi thu thập nhiều kết quả của khách hàng, hệ thống đưa ra khuyến nghị cho khách hàng. Chọn thẻ ―Khuyến nghị khách hàng‖ cho kết quả như hình 3-6:
3.2.3.2 Ứng dụng
Hệ thống tính toán đường truyền tối ưu ở trên được áp dụng công ty Hoàng Long là một khách hàng của VINASAT- 1.
Sau đây là mẫu thông tin chi tiết của khách hàng gửi cho đài NOC VINASAT-1
Bảng 3-2: Mẫu thông tin khách hàng
PHẦN 1: THÔNG TIN KHÁCH HÀNG
1.1.Khách hàng * Công ty Hoàng long 1.2.Địa chỉ
1.3.Điện thoại * FAX
1.4.Email *
THÔNG TIN LIÊN LẠC TRỰC TIẾP *: 1.5.Chuyên viên phụ trách phát sóng * 1.6.Điện thoại * ĐTDĐ * 1.7.FAX 1.8.Email * THÔNG TIN VỀ DỊCH VỤ 1.9.Chi tiết dịch vụ của
khách hàng *
1.10.Sử dụng uplink của VTI *
[ x ] Có [ ] Không 1.11.Yêu cầu băng tần * [ x ] C-mở rộng [ ] Ku
Yêu cầu đặc biệt khác Phân cực (cho cả hướng up&downlink): Dải tần cụ thể:
PHẦN 2: THÔNG TIN KỸ THUẬT
2.0. THÔNG TIN SÓNG MANG 1
2.0.1. Tốc độ thông tin *
0.768 Mbps
QAM, … 2.0.3. Chuẩn nén hình * n/a Ví dụ:DVBS, DVBS-2, MPEG-2, MPEG-4…. 2.0.4. FEC * Ví dụ:1/2- 2/3 - 3/4 - 7/8, … 2.0.5. Mã khác Ví dụ: Turbo code, ………. 2.0.6. Reed Solomon * [ ] Có dùng [ x ] Không dùng Cụ thể : Ví dụ: 204/188
2.1. THÔNG TIN SÓNG MANG 2 2.1.1 Tốc độ thông tin * 0.768 Mbps 2.1.2 Điều chế* QPSK Ví dụ: BPSK, QPSK, m-PSK, m- QAM, … 2.1.3 Chuẩn nén hình * Ví dụ:DVBS, DVBS- 2, MPEG-2, MPEG- 4…. 2.1.4 FEC * Ví dụ:1/2- 2/3 - 3/4 - 7/8, … 2.1.5 Mã khác Ví dụ: Turbo code, ………. 2.1.6 Reed Solomon * [ ] Có dùng [ x ] Không dùng Cụ thể : Ví dụ: 204/188
2.1. THÔNG TIN TRẠM THU/PHÁT 1
Nếu khách hàng sử dụng dịch vụ uplink của VTI, vui lòng bỏ qua mục này
2.2.1. Vị trí trạm phát
1* Tỉnh/Thành phố Bình Dương
Hoặc
Quốc gia Việt Nam
Kinh độ: 106E37’ E
2.2.2. Thông tin Anten * Đường kính 7.2 m
Độ tăng ích/độ lợi 51.8 %
Nhiễu nhiệt 33 K
2.2.3. Thông tin máy
phát * 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. Suy hao cáp dB
2.2.5. Thông tin thiết bị
* Anten: Hãng/Model Vertex
HPA/Transceiver/Up
converter Hãng/Model Advantech
LNA (LNB,LNC) Hãng/Model Norsat
Down converter Hãng/Model n/a
Modem
(Modulator,Encoder) Hãng/Model CM 701
2.2. THÔNG TIN TRẠM THU/PHÁT 2
2.2.1. Vị trí trạm phát 2*
Tỉnh/Thành phố Ngoài khơi vùng biển VN
Hoặc
Quốc gia Việt Nam
Kinh độ: 107E57’ E
Vĩ độ: 09N59’ N