các tổng hữu hạn thông tin vệ tinh vệ tinh vinasat va trạm mặt đất tại tam kỳ - quảng nam

Bài tập : Vi Ba – Vệ Tinh GVHD: Nguyễn Văn Tuấn
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TUYẾN THÔNG TIN VỆ TINH
VỆ TINH VINASAT VA TRẠM MẶT ĐẤT TẠI
TAM KỲ - QUẢNG NAM
***
1. Một số giả thiết
1.1 Băng tần hoạt động
-Băng tần K
u
với f
u
=14Ghz,f
D
=11Ghz.
1.2 Trạm mặt đất
- Đặt tại Tam Kỳ-Quảng Nam có vĩ độ 15.2
0
Bắc,kinh độ 108.3
0
Đông.
- Đường kính anten D=20m,hiệu suất .
- Công suất của máy phát trạm mặt đất:P
Te
=65W.
- Độ cao anten trạm mặt đất so với mặt nước biển: h
s
=7(m).
1.3 Vệ tinh
- Vị trí 132
0
Đông.

- Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương của vệ tinh (EIRP)
s
=50dBW.
- Hệ số phẩm chất của máy thu vệ tinh (G/T)
s
=5dB/
0
K.
- Hệ số tạp âm của máy thu vệ tinh F=4dB.
- Băng thông kênh truyền B=36Mhz.
1.4 Thêm một số giả thiết
- Suy hao độ lệch hướng búp sóng: 0.9dB
- Suy hao do phi đơ: 1dB.
Page 1
Bài tập : Vi Ba – Vệ Tinh GVHD: Nguyễn Văn Tuấn
- Hệ số suy hao do mưa: 2.66dB/Km,độ cao vùng mưa 3.028km.
- Hệ số suy hao do tầng đối lưu: 0.02dB/Km.
- Nhiệt độ xung quanh trạm mặt đất: T
xq
=300
0
K.
- Suy hao do lệch phân cực: 0.5dB.
2 Tính toán cự ly thông tin và góc ngẩng anten trạm mặt đất
2.1 Cự ly thông tin
Trong đó: là góc ở tâm (độ).
d là khoảng cách từ trạm mặt đất đến vệ tinh (km)
d = [km]
- Bán kính trái đất = 6378 km
- Bán kính quỹ đạo vệ tinh địa tĩnh r = 6378 + 35768 = 42146 km

- Vĩ độ của trạm mặt đất tại Quảng Nam: 15.2
0

- Hiệu kinh độ của vệ tinh và trạm mặt đất:
132 - 108.3 = 23.7
0
= 0.884
Suy ra = 27.92
0
- Cự ly thông tin: d=
d=36629.4[km]
Page 2
Bài tập : Vi Ba – Vệ Tinh GVHD: Nguyễn Văn Tuấn
2.2 Góc ngẩng anten trạm mặt đất
Trong hình vẽ trên, O là tâm trái đất, A là vị trí của trạm mặt đất, S là vị trí của vệ tinh,là góc ở
tâm, là góc ngẩng của trạm mặt đất.
Ta có:
Trong đó, MA = OM - OA = OS cos - OA = R cos-R
e
SM = OSsin=rsin
Từ đó ta có:
3 Tính toán tuyến lên
3.1 Độ lợi anten phát trạm mặt đất

Trong đó hiệu suất anten:
Đường kính anten: D=20m
Tần số phát lên: Ghz=14.10
9
Hz
Vận tốc truyền sóng: c=3.10

8
m/s
Thay các giá trị vào ta được:

[dB]
3.2 Công suất phát trạm mặt đất
3.3 Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương của trạm mặt đất
Page 3
Bài tập : Vi Ba – Vệ Tinh GVHD: Nguyễn Văn Tuấn
Trong đó ,=18.13[dBW]
Suy ra [dBW]
(1dB là suy hao do một số yếu tố : nối, chia…)
3.4 Tổng suy hao tuyến lên
Tổng suy hao tuyến lên: [dB]
3.4.1 Suy hao trong không gian tự do
Suy hao trong không gian tự do của tuyến lên:

[dB]
3.4.2 Tính toán suy hao do mưa
- Đoạn đường thực tế sóng đi trong mưa:

với : độ cao cơn mưa
: chiều cao của anten so với mặt nước biển
suy ra:
với hệ số suy hao do mưa: [dB/km]
Suy hao do mưa tuyến lên:
=3.585*2.66=9.536 [dB]
3.4.3 Suy hao do anten phát trạm mặt đất đặt chưa đúng(chính là suy hao độ lệch hướng búp
sóng)
Page 4

Bài tập : Vi Ba – Vệ Tinh GVHD: Nguyễn Văn Tuấn
[dB]
3.4.4 Suy hao do anten thu vệ tinh đặt chưa đúng (chính là suy hao độ lệch hướng búp sóng)
0.9[dB]
3.4.5 Suy hao do không phối hợp phân cực
[dB]
3.4.6 Suy hao do tầng đối lưu
- Tầng đối lưu có độ cao từ 10 đến 15 km.
với hệ số suy hao do tầng đối lưu là 0.02[dB/km]
Suy ra suy hao do tầng đối lưu là:
[dB]
3.4.7 Suy hao do phi đơ (chính là suy hao do trong thiết bị phát và thu) ở mỗi bên
[dB]
Suy ra tổng suy hao tuyến lên
[dB]
206.641+1*2+(9.536+0.2+0.5+0.9+0.9) [dB]
[dB]
3.5 Tính toán nhiệt tạp âm tuyến lên
- Nhiệt tạp âm tuyến lên chủ yếu là nhiệt tạp âm của máy thu vệ tinh và nhiệt tạp âm anten thu vệ
tinh.
- Nhiệt tạp âm của máy thu vệ tinh:
Trong đó,F[dB] là hệ số tạp âm máy thu vệ tinh,giả thiết cho F=4[dB]
T
0
=
suy ra nhiệt tạp âm của máy thu vệ tinh là:
- Nhiệt tạp âm của anten thu vệ tinh: =
suy ra nhiệt tạp âm tuyến lên:
3.6 Công suất tạp âm tuyến lên
Page 5

Bài tập : Vi Ba – Vệ Tinh GVHD: Nguyễn Văn Tuấn
10 lgkT
U
B=10lgk+10lgT
U
+10lgB
với k là hằng số Boltzmann,k=1.38*10
-23
[W/Hz/K]
T
U
là tạp âm tuyến lên ,T
U
=728.45[
0
K]
B=36[MHz];10lgk=-228.6
suy ra N
U
=10lg(1.38*10
-23
)+10lg728.45+10lg36*10
6
= -124.41[dBW]
3.7 Độ lợi anten thu vệ tinh
G
RS
=(+10lgT
U
với =5(dB/

0
K)
suy ra G
RS
=5+10lg728.45=33.62[dB]
3.8 Công suất sóng mang nhận được tại đầu vào máy thu vệ tinh
C
RS
=EIRP
E
-L
U
+G
RS
[dBW]
với EIRP
E
= 84.603[dBW]
suy ra C
RS
=84.603-220.677+33.62=-102.454[dBW]
3.9 Tỷ số công suất sóng mang trên công suất tạp âm tuyến lên
(C/N)
U
=C
RS
-N
U
với C
RS

=-102.454[dBW]
N
U
=-124.41[dBW]
Suy ra (C/N)
U
=-102.454+124.41=21.956[dBW]
4 Tính toán tuyến xuống
4.1 Tổng suy hao tuyến xuống
4.1.1 Suy hao trong không gian tự do
Page 6
Bài tập : Vi Ba – Vệ Tinh GVHD: Nguyễn Văn Tuấn
Trong đó d=36629.4[km]=36629.4*10
3
[m]
f
D
=11[GHz]=11*10
9
[Hz]
[dB]
4.1.2 Suy hao do mưa
L
RU
=L
RD
=9.536[dBW]
4.1.3 Suy hao do anten phát vệ tinh đặt chưa đúng (chính là suy hao độ lệch hướng búp sóng)
[dB]
4.1.4 Suy hao do anten thu trạm mặt đất đặt chưa đúng (chính là suy hao độ lệch hướng búp

sóng)
0.9[dB]
4.1.5 Suy hao do không phối hợp phân cực
[dB]
4.1.6 Suy hao do tầng đối lưu
[dB]
4.1.7 Suy hao do phi đơ (chính là suy hao do trong thiết bị phát và thu) ở mỗi bên
[dB]
Suy ra tổng suy hao tuyến lên:
[dB]
204.546+1*2+(9.536+0.2+0.5+0.9+0.9) [dB]
[dB]
4.2 Độ lợi anten thu trạm mặt đất
Với D=20[m],,=11*10
9
[Hz]
[dB]
4.3 Công suất sóng mang nhận được tại đầu vào máy thu trạm mặt đất
C
RE
=EIRP
S
-L
D
+G
RE
[dBW]
Với EIRP
S
=50 [dBW],L

D
=218.582 [dB],G
RE
=65.38 [dB]
Page 7
Bài tập : Vi Ba – Vệ Tinh GVHD: Nguyễn Văn Tuấn
Suy ra C
RE
=EIRP
S
-L
D
+G
RE
=50-218.582+65.38= -103.202[dBW]
Page 8
Bài tập : Vi Ba – Vệ Tinh GVHD: Nguyễn Văn Tuấn
4.4 Tính toán tạp âm tuyên xuống
4.4.1 Nhiệt tạp âm không gian T
S
-Nhiệt tạp âm không gian chủ yếu là nhiệt tạp âm vũ trụ có độ lớn khoảng 2.76
0
K và nhiệt tạp âm
mặt trời có độ lớn khoảng 50
0
K.
Suy ra T
S
=2.76+50=52.76[
0

K]
4.4.2 Nhiệt tạp âm do mưa
T
M
=T
m
(1-) [
0
K]
-Nhiệt độ trung bình cơn mưa:
T
m
=1.12T
xq
-50[
0
K]
với T
xq
=300[
0
K]
suy ra T
m
=1.12*300-50=286[
0
K]
-Suy hao sóng điện từ do mưa là:
L
M

==10
9.536/10
=8.9866
Suy ra
T
M
=254.2[
0
K]
4.4.3 Nhiệt tạp âm do hệ thống phi đơ
T
F
=T
0
(L
F
-1) [
0
K]
với nhiệt độ môi trường T
0
=300[
0
K]
Suy hao phi đơ L
F
=10
1/10
=1.259
suy ra nhiệt tạp âm do hệ thống phi đơ là:

T
F
=300*(1.259-1)=77.7 [
0
K]
Page 9
Bài tập : Vi Ba – Vệ Tinh GVHD: Nguyễn Văn Tuấn
4.4.4 Nhiệt tạp âm máy thu T
R
-Nhiệt tạp âm của máy thu chủ yếu phụ thuộc vào nhiệt tạp âm của tầng đầu tiên T
1
.Thông thường
nhiệt tạp âm tầng đầu tiên T
1
có giá trị từ 50
0
K đến 300
0
K.
Ta chọn: T
R
=T
1
=150
0
K
4.4.5 Nhiệt tạp âm của hệ thống
T
SYS
=

Trong đó, 52.76[
0
K],T
A
=T
M
=254.2[
0
K]
L
F
=1.259,T
F
=77.7[
0
K],T
R
=150[
0
K]
Suy ra nhiệt tạp âm của hệ thống là:
T
SYS
=455.53[
0
K]
4.5 Công suất tạp âm hệ thống
10lgkT
SYS
B=10lgk+10lgT

SYS
+10lgB
với k là hằng số Boltzmann,k=1.38*10
-23
[W/Hz/K]
T
SYS
là tạp âm tuyến xuống ,T
SYS
=455.53[
0
K]
B=36[MHz];10lgk=-228.6
Suy ra N
SYS
=-228.6+10lg455.53+10lg36*10
6
= -126.45[dBW]
4.6 Tỷ số công suất sóng mang trên công suất tạp âm tuyến xuống
(C/N)
D
= C
RE
- N
SYS
Trong đó :
C
RE
= -103.202[dBW], N
SYS

= - 126.45[dBW]
(C/N)
D
= - 103.202 + 126.45 = 23.248[dB]
* Kết luận :
Để đánh giá chất lượng của một tuyến thông tin vệ tinh, người ta thường dùng tỉ số công suất sóng
mang trên công suất tạp âm (C/N).Tùy vào từng loại hình dịch vụ cụ thể mà tỉ số (C/N) yêu cầu sẽ
khác nhau .Tuy nhiên, với tỷ số (C/N) tính toán ở trên có thể đáp ứng cho tất cả các loại hình dịch
vụ.Như vậy, tuyến thông tin vệ tinh ta thiết kế hoạt động tốt.
Page 10
Bài tập : Vi Ba – Vệ Tinh GVHD: Nguyễn Văn Tuấn
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1 .Vi ba số tập 1,2, NXBKHKT, 1993
2. Vi ba số tập 1,2, NXB Bưu điện,Bộ Bưu chính viễn thông 2006
3. General on Microwave Links, Alcatel, 1998
4. Microwave Equipment MiniLink, Erisson, 1999
5. Lý thuyết viễn thông, NXBKHKT, 1997
6.Satellite Communications Systems, G. Maral&M. Bousquet, John Wily&Son Ltd, 1993



/>calculator/ />Page 11