Thiết kế hệ thống tính toán thông tin VSAT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

Đề
tài
:

Đà Nẵng-2007

Trang chñ


NộI DUNG CHíNH CủA Đề TàI












Chơng1:
ơng1: TổNG QUAN Hệ THốNG THÔNG TIN Vệ TINH.
+ Cấu hình và quỹ đạo của vệ tinh.
tinh.
+ Đặc
ặc

điểm
iểm
của
thông
tin
vệ
tinh.
Đ
đ
tinh.
+ Các phơng pháp đa truy cập,
cập, ba dạng quỹ đạo và quá
quá trình phóng vệ tinh.
tinh.
Chơn 2 : TầN Số Và CáC ĐặC TíNH CủA SóNG VÔ TUYếN
ĐIệN Sử DụNG TRONG THÔNG TIN Vệ TINH.
+ Tần số sử dụng trong thông tin vệ tinh;
tinh; đờng lên và đ ờng xuống.
xuống.
+ Phân cực sóng và các đặc
đặc tính suy hao do tầng điện
điện ly và suy hao do ma.
+ Suy hao và các nguồn tạp âm ảnh
ảnh hởng đến
đến thông tin vệ tinh.
tinh.
+ Can nhiễu giữa các hệ thống thông tin vệ tinh và nhiễu từ các đ ờng thông tin viba
Chơng 3:
3: Kỹ THUậT TRạM MặT ĐấT.
+ Cấu hình của trạm mặt đất

đất và các công nghệ quan trọng của trạm mặt đất
đất..
+ Các loại máy phát HPA và cấu hình dự phòng1:1 của nó.
nó.
+ Các loại anten thờng đợc sử dụng trong thông tin vệ tinh.
+ Các hệ thống bám đuổi vệ tinh.
Chơng 4:
4: THựC TRạNG Vệ TINH KHU VựC CHÂU á _THáI BìNH
DƯƠNG Và KHả NĂNG PHáT TRIểN Vệ TINH VIệT NAM.
+ Xu hớng phát triển vệ tinh Châu á-TBD và các loại hình dịch vụ vệ tinh trên thế giới.
+ Các vệ tinh trên quỹ đạo ở vị trí 103 0Đông và phân loại vệ tinh theo khối lợng
+ Bảng số liệu và dự tính thông tin; các loại dịch vụ trong thông tin vệ tinh Việt Nam.
Chơng 5:
5: TíNH TOáN TUYếN THÔNG TIN Vệ TINH.
+ Các công thức tính cự ly thông tin R, góc ngẩng E và góc phơng vị A.
+ Các công thức tính toán kết nối tuyến lên
+ Các công thức tính toán kết nối tuyến lên
+ Các công thức tính toán kết nối tuyến xuống
Chơng 6:
6: LƯU Đồ THUậT TOáN, CHƯƠNG TRìNH MÔ PHỏNG Và
TíNH TOáN ĐƯờng truyền thông tin vệ tinh.
+ Lu đồ thuật toán chơng trình chính và lu đồ thuật toán tính R,E,A.
+ Lu đồ thuật toán tính tuyến lên và lu đồ thuật toán tính tuyến xuống.
+ Liên kết với chơng trình tính toán và mô phỏng tuyến thông tin vệ tinh.

Thoát

Trang chủ

Chơng1
Qu
yừ
ủaù
o
Eli
p





1200

36.000
Km

Vệ tinh quỹ đạo
thấp

Quả
đất



Vệ tinh địa tĩnh

Quy
ừ
ủaùo

ủũa
túnh

Hình . Vệ tinh quỹ đạo thấp và vệ
tinh địa tĩnh

Trang chủ


Chơng1

đặc điểm của thông tin vệ tinh
Khả năng đa truy cập.
Có vùng phủ sóng rộng.
Tính ổn định cao, chất lợng tốt
thích hợp với thông tin băng rộng.
Thích hợp với thông tin di động.
Hiệu quả kinh tế cao trong thông
cự ly lớn, đặt biệt là trong thông
xuyên lục địa, thông tin đờng dài.

và

tin
tin

Trang chủ


Chơng1

Các phơng pháp đa truy cập trong thông
tin vệ tinh
Mã
A

Bộ phát
đáp

Bộ phát
đáp

D

1

Th
ời
gi
an

C

fA

fB

fC

fD

2

B
A

N
f
0

TDMA

FDMA

f

Tần
số

t

CDMA

Quyừ ủaùo
trửụùt
AKM

Quyừ ủaùo
chờ

Quỹ đạo cực
tròn
Quỹ đạo elip
nghiêng

Quỹ đạo xích đạo
tròn

Hình . Ba quỹ đạo cơ bản
của vệ tinh

Caọ
n
ủieồ
m

200ữ 300Km

Viễ
n
ủieồ
m

Quyừ ủaùo
chuyển tiếp

Quỹ đạo chờ, quỹ đạo chuyển tiếp và quỹ
đạo trợt

Trang chủ

Chơng2

Băng tần

Tần số sử dụng trong thông tin vệ
tinhvà ứng dụng
Tên thông dụng Đặc tính

(6/4)GHz

Băng C

- Phù hợp nhất trong thông tin vệ tinh.
- Dùng trong thông tin quốc tế và nội
địa

(14/12)GHz

Băng Ku

-

(30/20)GHz

Băng Ka

Bị suy hao do ma.
- Sử dụng trong thông tin quốc tế và nội

địa.
Bị suy hao nhiều do ma.
- Sử dụng trong thông tin nội địa.
lên
và đờng
-

Đờng
Đờng lên
Băng Ka:
30GHz
Băng Ku:

14GHz
Băng C :
6GHz

Trạm phát mặt
đất

xuống
Vệ tinh



Đờng
xuống
Băng Ka:
20GHz
Băng Ku:

12GHz
Băng C :
4GHz

Trạm thu mặt
đất

Trang chủ


Chơng2
Són
gp
hâ
đứ
n cự
ng
Só n
c
g
nga phâ
nc
ng
Coù khaớ
ực
nng thu

Soùng phỏn
cổỷc

thúng

Tờn hióỷu

Són
g
tròn phâ
n cự
c

Khọng coù
khaớ nng
thu
Hình. Sự thu và phát sóng phân cực thẳng

50

Hình. Tạo ra một sóng phân
cực tròn

Suy hao do ma
25mm/h

Suy hao
do tầng
điện ly

10
5

1
0.1

Cửa sổ vô
tuyến

5
1

5

10

50số
10
Tần
0
(GHz)
Hình 2.3. Đặc tính suy hao của sóng do tầng điện
ly và do ma khi
tần số thay đổi

Trang chủ


Chơng2

Suy hao trong thông tin vệ tinh:

Suy hao trong khọng gian tổỷ do Ltd
Suy hao do tỏửng õọỳi lổu
Suy hao do tỏửng õióỷn ly
Suy hao do thồỡi tióỳt
Suy hao do anten đặt cha đúng.
Suy hao do phân cực không đúng và khọng đối xứng.
Suy hao do fiõồ thu và phaùt

Các nguồn tạp âm ảnh hởng đến thông tin vệ tinh

Mặt
trời

Mặt
trăng

Dải
ngân
hà

Tâng
điện ly

Vệ

tinh

Trời ma
Búp
chính

Búp ngợc

Các nguồn tạp âm
chính sau :
- Nhiệt tạp âm
anten TA
- Nhiệt tạp âm do
hệ thống fiđơ.
- Nhiệt tạp âm
máy thu TR

Búp
phụ

Trang chủ


Chơng2
Vệ tinh
2

Vệ tinh
1

Quỹ đạo
địa tĩnh
Tín hiệu của mmột
đờng thông tin viba
trên mặt đất trộn với
tín hiệu đầu vào
anten trạm vệ tinh
mặt đất

: Đờng đi
Quỹ
đạo
địa
tĩnh



Trạm mặt
đất 1



của tín hiệu.
: Đờng đi
của tín hiệu
can nhiễu

Trạm mặt
đất 2

Trạm viba mặt
đất
Trạm viba mặt
đất
Trạm viba mặt
đất

Can nhiễu từ đờng thông tin viba lên hệ thống thông
tin vệ tinh

Mứ
c ra

Can nhiễu giữa các hệ thống thông tin vệ tinh

Trạm vệ tinh
mặt đất

Mức ra tại điểm làm
việc
Mức ra tại điểm bão
hòa

độ lùi đầu ra
độ lùi đầu
vào

Điểm bão
hoà

mứcvào

mức
vào

Hình. Đặc tính vào ra của TWT

Mức vào tại điểm làm
việc

Mức vào tại điểm bão
hòa

Hình 2.8. Mức lùi đầu vào và lùi
đầu ra

Trang chủ


Chơng3

Thiết bị anten
bám
Thiết
bị bám
đuổi
vệ tinh

Máy thu tạp âm thấp
LNA

Công nghệ máy thu
LNA
Công nghệ điền
khiển tiếng dội

Bộ giải
điều
chế

Thiết bị
đa truy
nhập

Bộ dao
động

HPA

Công nghệ máy phát
HPA

Bộ
khuếch
đại IF

Bộ dao
động

Hệ

thống
fiđơ

Công nghệ anten

Bộ đổi
tần
xuống

Thiết bị đa truy
cập, điều chế và
giải điều chế

Bộ đổi
tần lên

Bộ
khuếch
đại IF
Máy phát công suất cao

Bộ
điều
chế

- Hệ số tăng ích cao
- Búp phụ
nhỏ.
- Hiệu suất cao
Đặc tính phân cực tốt.

Đồ thị hớng
- Đặc tính tạp
-- Khuếch
đạitính
cônghẹp
suất lớn
nhỏ
-âm
Ngăn
chặn xuyên điều chế
-Đặc tính tạp âm thấp
-Ngăn chặn xuyên điều chếHệ số
khuếch đại lớn
- Hạn chế tiếng dội
truyền dẫn
- Giám sát tiếng dội

- Hiệu quả
- Điều khiển lỗi

Các công nghệ quan trọng đối với trạm

Trang chủ


Chơng3

Tín
hiệu
kênh 1

MOD

IF AMP

U/C

Tín
hiệu
kênh 2

MOD

IF AMP

U/C

Tín
hiệu
kênh n

MOD

IF AMP

U/C

Bộ phối
ghép
(Combin

er)

HPA

Máy phát khuếch đại đồng thời nhiều sóng mang dùng
chung 1 HPA
Tín
hiệu
kênh 1

MOD

Tín
hiệu
kênh 2

MOD

IF AMP

U/C

HPA

Tín
hiệu
kênh n

MOD

IF AMP

U/C

HPA

IF AMP

U/C

HPA

Bộ phối
ghép
(Combin
er)

Máy phát khuếch đại mỗi kênh dùng riêng 1 HPA

HPA1
Từ bộ
U/C

Bộ chia
công
suất
HPA2

Tải
kết

hợp

Đến bộ tiếp sóng
anten
Bộ chuyển đổi sóng
ra

Cấu trúc dự phòng 1:1 cho

Trang chủ


Chơng3

Bộ
cun
g
cấp
loa

Gơng chính
Hình 3.7. Anten parabon với nguồn bức xạ sơ
cấp đặc tại tiêu điểmcassegrain

Gửụn
g
phuù

Gửụn
g

chớnh

Boọ
chieỏu
xạ

Hình 3.8. Anten cassegrain

Hình 3.9. Anten parabon lệch và anten Gregorian
Các loại anten thờng đợc sử dụng trong thông tin vệ tinh, đó là:
+ Anten Parapol: Đây là loại anten có cấu trúc đơn giản nhất và giá thành thấp nhất. Nó đợc dùng chủ
yếu ở các trạm chỉ thu (không phát) và các trạm nhỏ đặc biệt có dung lợng thấp.
+ Anten Cassegrain: Là loại anten có thêm một gơng phản xạ phụ vào gơng phản xạ chính, hệ số tăng
ích của anten đợc nâng cao và đặc tính búp phụ cũng đợc cải thiện chút ít.
Anten lệch (bù): Anten lệch có bộ phận fiđơ, gơng phản xạ phụ đợc đặt ở vị trí lệch một ít so với h
ớng trục của gơng phản xạ để các bộ phận fiđơ và gơng phản xạ nhỏ không chặn đờng đi của sóng.

Trang chủ


Chơng4

Các xu hớng phát triển chủ yếu của thông tin vệ tinh ở Châu áThái Bình Dơng.

Bảng. Các vệ tinh trong khu vực Châu á-Thái Bình Dơng và các bộ phát đáp.

Đang sử dụng

Đang đợc chế tạo

+ 44 vệ tinh chiếm 23% tổng số vệ tinh
địa tĩnh toàn cầu.
+ 486 phát đáp băng C chiếm 22% tổng
số phát đáp băng C toàn cầu.
+ 334 phát đáp loại FSS băng Ku chiếm
20% tổng số phát đáp FSS Ku toàn cầu.
+ 36 phát đáp BSS băng Ku chiếm 9%
tổng số phát đáp BSS Ku toàn cầu.

+ 20 vệ tinh đang đợc đặt hàng chiếm 30%
tổng số vệ tinh đang đặt hàng trên thế giới.
+ 274 bộ phát đáp băng C đang đặt hàng chiếm
40% tổng số phát đáp băng C toàn cầu.
+ 226 bộ phát đáp FSS băng tần Ku đang đặt
hàng chiếm 25% tổng số phát đáp FSS băng Ku
toàn cầu.
+ 94 bộ phát đáp BSS băng Ku đang đặt hàng
chiếm 29% tổng số bộ phát đáp BSS Ku toàn cầu.

Bảng. Phân bố dịch vụ cho các loại hình vệ tinh hiện
tại trên thế giới
GEO

MEO

GEO

30%

Không

Không

Điện thoại vô tuyến

< 5%

Không

5%

Dân sự

10%

5%

30%

Quân sự

15%

95%

45%

Truyền số liệu

5%

Không

10%

DBS

10%

Không

Không

Truyền hình quảng
bá

25%

Không

Không

Dịch vụ
Quỹ dạo

Thông tin trục chính

Trang chủ

Chơng4

Bảng. Các vệ tinh đã và đang đăng ký trên quỹ đạo ở vị trí
1030Đ
Tên vệ tinh

Nớc đăng ký

Dải tần làm việc(GHz)

Chinasat-21

Trung Quốc

4-6

DFH-4-OB

Trung Quốc

4-6

STW-2

Trung Quốc

4-6

ấn Độ

4-6 và 11-14

Insat-EK 103R

ấn Độ

4-6 và 11-14

Insat-X 103

ấn Độ

4-6 và 7-8

Inffusar-A

Triều Tiên

18-20

Lstar-2

Lào

4-6, 7-8 và 11-14

Express-5

Nga

4-6 và 11-14

Volna-103E

Nga

1,4-6

Loutch-5

Nga

11-14

Statsionar

Nga

4-6

VS Gun-3

Hoa Kỳ

2

Insat-EK 103

Bảng. Phân loại vệ tinh theo khối lợng
Khối lợng

Tên vệ tinh thông dụng

Tỷ lệ phóng trong 1994-1998

Vệ tinh nặng-Heavy

>9080kg

Huble(kính viễn vọng)

1%

Vệ tinh lớn-Large

(4541-9080)kg

HS 393, VOSTOK

Vệ tinh trên trung bìnhIntermediate

(2271-4540)kg

HS601, LM7000
A2100, FS1300

22%

Vệ tinh trung binh-Medium

(909-2270)kg

HS376, LM4000
SpaceBus 2000

21%

Vệ tinh nhỏ-Small

(91-908)kg

HS 333, LM7000
SpaceBus L

37%

Vệ tinh siêu nhỏ-Microsat

(0-90)kg

MicroStar, SSTL

8%

11%

Trang chủ


Ch¬ng3

C¸c hÖ thèng b¸m ®uæi vÖ tinh

1. B¸m ®uæi vÖ tinh b»ng
xung ®¬n.
2. B¸m ®uæi vÖ tinh theo tõng
nÊc.
3. B¸m ®uæi vÖ tinh theo ch
¬ng tr×nh.
4. B¸m ®uæi vÖ tinh kiÓu

Trang chñ


Ch¬ng3

C¸c hÖ thèng b¸m ®uæi vÖ tinh
1. B¸m ®uæi vÖ tinh b»ng
xung ®¬n.
TE10

TE20

TE20

H×nh.C¸c lo¹i sãng thu ®îc ë c¸c híng kh¸c nhau

Trang chñ

Ch¬ng3

C¸c hÖ thèng b¸m ®uæi vÖ tinh
2. B¸m ®uæi vÖ tinh theo
tõng nÊc.
LNA

Bé chia
c«ng

suÊt

Bé
chuyÓn
®æi D/C

Bé thu
Beacon
®Én ®
êng

C¸c chuyÓn
m¹ch h¹n
chÕ

M« t¬ AZ

Bé ®iÒu
khiÓn m«
t¬

Bé ®iÒu
khiÓn b¸m
vÖ tinh

M« t¬ AL

§ång bé

H×nh. S¬ ®å khèi cña hÖ thèng b¸m ®uæi vÖ tinh theo
tõng nÊc

Trang chñ


Chơng4

Bảng. Bảng số liệu và dự tính thông tin.
Cơ cấu sử dụng
theo dung lợng
vệ tinh

Ghi chú

Thông tin điện thoại

35%

Mạng VSAT, trung kế vệ tinh(2M140Mbit/s)

Mạng số liệu

10%

Các khách hàng có nhu cầu truyền
số liệu lớn

Phát thanh, truyền hình
quảng bá

25%

Đài THVN, đài TNVN

Truyền hình trực tiếp
đến nhà khách hàng
DTHCác loại hình dịch

15%

Đài THVN, TCT BCVT VN

Thông tin Chính phủ
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.

8.
9.

vụ có thể sử dụng trong thông tin vệ tinh
Việt NamCP16
5%

Internet.
Viễn thông nông thôn.
Multimedia.
Hỗ trợ cáp quang.
Mạng dùng riêng.
Dịch vụ lu động.
Dịch vụ theo yêu cầu.
Truyền hình trực tiếp.
Chuyển tiếp chơng trình truyền hình và phát thanh.

Trang chủ


Chơng6

tính cự ly thông tin r, góc ngẩng E và góc phơng vị A
Trạm
mặt
đất

O

E

0
T

S

N

P
Re

Tâm
quả
đất

Vệ
tinh

P

P

R
r

Đờng
xích đạo

S

T
O
B

Hình. Mô hình xác định góc phơng vị của
anten

Hình. Một số tham số của đờng truyền
trạm mặt đất

+ Khoảng cách từ trạm mặt đất đến vệ tinh đợc xác định nh sau:

R = Re + r 2 2.Re .r. cos 0
2

[km]

+ Góc ngẩng đợc xác định theo công thức sau:
tgE =

cos 0
sin 0

Re
r

+ Góc phơng vị đợc xác định theo
công thức sau:
tgLe
tgA =

( sin )

Trang chủ


Chơng6

tính toán kết nối tuyến lên
+ Hệ số khuếch đại anten phát trạm mặt đất(GTe):
2

4. .D 2 .D
.
GTe = 2 .
=
u 4

u

Hoặc tính
theo dB:

GTe = 10. log + 20. log D + 20. log f u + 20. log( / c)

+ Công suất phát xạ đẵng hớng tơng đơng của trạm mặt đất EIRPe

EIRPe = PTe .GTe [w] Hoặc tính

theo dB:

EIRPe = 10. lg( PTe ) + GTe

[dB
w]

Tổng suy hao tuyến lên đợc qua biểu thức sau đây:

Lu = Lau + L pu + Lmu [dB ]


Tạp âm hệ thống TSYS.



Công suất sóng mang thu đợc ở vệ tinh

TSYS =

L 1
TS + T A
+ TR
+ T0 FTX
LFTX
LFTX
C RS = EIRPe Lu + GRS

Công suất tạp âm máy thu vệ tinh:
N S = 10 lg(k ) + 10 lg(TS ) + 10 lg( B)
Tỷ số sóng mang trên tạp âm
tuyến lên:

C

= EIRPe LU + G RS LR LFRX LPOL 10.Log (k .T S )
N 0 U
C
= EIRPe LU + GRS LR LFRX LPOL 10.Log (k .B.T S )
N U

Trang chủ


Chơng6

tính toán kết nối tuyến xuống
+ Hệ số khuyếch đại anten thu trạm mặt đất:
2

D
4.
4 D 2
Df D
=
GRe = 2 . A. = 2 .
. =

D
D 4

c


D

2

Df D 2
GRe = 10 lg
= 10 lg( ) + 20 lg( Df D ) 20 lg( c )
c



+ Suy hao tuyến xuống (chủ yếu là suy hao
LD = gian
20 lg(4tự
. .Rdo):
. f D ) 20 lg(c)
không
+ Hệ số phẩm chất của trạm mặt đất Ge/Te

Ge
= GRe LR LFRX LPOL 10. lg(Te )
Te

+ Tỉ số sóng mang trên tạp âm tuyến
xuống.

(C / N ) D = EI RPS + GRe LR LFRX LPOL LD 10 lg(kTe .B )

(C / N 0 ) D = EI RPS + GRe LR LFRX LPOL LD 10 lg(kTe )

Trang chủ


CHỈÅNG 6

ỈÏNG DỦNG TÊNH TOẠN THIÃÚT KÃÚ
TUÚN THÄNG TIN VÃÛ TINH VÅÏI VÃÛ
TINH VINASAT V TRẢM MÀÛT ÂÁÚT
TẢI H NÄÜI

• Tênh toạn thiãút kãú tuún sao cho tè säú
cäng sút sọng mang trãn cäng sút tảp
ám tuún lãn v tuún xúng âảt u
cáưu

• Quạ trçnh tênh toạn s âỉåüc chia lm hai
pháưn:
• Tênh toạn tuún lãn

Trang chđ


Caùc giaớ thióỳt ban õỏửu
1320ọn
g
Kinh õọỹ vóỷ tinh:

ổồỡng kờnh anten traỷm mỷt õỏỳt: 15m
Hióỷu suỏỳt anten traỷm mỷt õỏỳt:

65%

Cọng suỏỳt phaùt cuớa traỷm mỷt õỏỳt:
40W
Bng tỏửn hoaỷt õọỹng:
6GHz, fD = GHz)
Bng thọng kónh truyóửn:
EIRP cuớa vóỷ tinh:

bng C (fU =
1 [dB/0K]
36 [MHz]

40 [dBW]

Trang chủ


Caùc bổồùc cuớa quaù trỗnh tờnh toaùn
tuyóỳn lón

Bổồùc 1: Tờnh cọng suỏỳt soùng mang õổa
tồùi anten phaùt traỷm mỷt õỏỳt

PA = PTE LFTXE = 10 log 40 1 = 15,02

[dBW

]

Bổồùc 2: Tờnh EIRP cuớa traỷm mỷt õỏỳt
ọỹ lồỹi anten phaùt cuớa traỷm mỷt
õỏỳt:
ổồỹc tờnh bũng cọng
Gthổùc:
= 10 log + 20 log D + 20 log f + 20,4
TE

U

GTE = 10 log 0,65 + 10 log 15 + 20 log 6 + 20,4 = 57,613 [dB
EIRP cuớa traỷm mỷt
õỏỳt laỡ:
EIRPE = PA + GTE

EIRPE = 15,02 + 57,613 = 72,633

]

[dBW

Trang chủ


• Bæåïc 3: Tênh suy hao
tuyãún lãn

LU = ( Ltd )U + ( LR )U + LTE + LRS + LPOL

( Ltd )U = 20 log 4π + 20 log R + 20 log fU − 20 log c
= 20 log 4π + 20 log 36987,2.103 + 20 log 6.109 − 20 log 3.108
= 199,366 [dB]

( LR )U = γ U × LS

γ U = 2,1

hR − hS
[km]
LS =
sin θ e
0
θ e = 51,18
hR = 3 + 0,028 = 3,028

[dB/k
m]

3,028 − 0,01
LS =
= 3,875
0
sin 51,18

[km]

( LR )U = 2,1× 3,875 = 8,138

[dB]

Trang chñ