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

- Đường kính anten D=20m,hiệu suất.. - Công suất của máy phát trạm mặt đất:PTe=65W.. - Độ cao anten trạm mặt đất so với mặt nước biển: hs=7m.. - Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương c

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 Ku với fu=14Ghz,fD=11Ghz

1.2 Trạm mặt đất

- Đặt tại Tam Kỳ-Quảng Nam có vĩ độ 15.20 Bắc,kinh độ 108.30 Đông

- Đường kính anten D=20m,hiệu suất

- Công suất của máy phát trạm mặt đất:PTe=65W

- Độ cao anten trạm mặt đất so với mặt nước biển: hs=7(m)

1.3 Vệ tinh

- Vị trí 1320 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/0K

- 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

- 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: Txq=3000K

- 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: 15.20

- Hiệu kinh độ của vệ tinh và trạm mặt đất:

132 - 108.3 = 23.70

= 0.884

Suy ra = 27.920

- Cự ly thông tin: d=

d=36629.4[km]

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-Re

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=14.109 Hz

Vận tốc truyền sóng: c=3.108 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

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)

[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]

T0=

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

10 lgkTUB=10lgk+10lgTU+10lgB

với k là hằng số Boltzmann,k=1.38*10-23[W/Hz/K]

TU là tạp âm tuyến lên ,TU=728.45[0K]

B=36[MHz];10lgk=-228.6

suy ra NU=10lg(1.38*10-23)+10lg728.45+10lg36*106= -124.41[dBW]

3.7 Độ lợi anten thu vệ tinh

GRS=(+10lgTU với =5(dB/0K)

suy ra GRS=5+10lg728.45=33.62[dB]

3.8 Công suất sóng mang nhận được tại đầu vào máy thu vệ tinh

CRS=EIRPE-LU+GRS [dBW]

với EIRPE= 84.603[dBW]

suy ra CRS=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=CRS-NU với CRS=-102.454[dBW]

NU=-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

Trong đó d=36629.4[km]=36629.4*103[m]

fD=11[GHz]=11*109 [Hz]

[dB]

4.1.2 Suy hao do mưa

LRU=LRD=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*109[Hz]

[dB]

4.3 Công suất sóng mang nhận được tại đầu vào máy thu trạm mặt đất

CRE=EIRPS-LD+GRE [dBW]

Với EIRPS=50 [dBW],LD=218.582 [dB],GRE=65.38 [dB]

Suy ra CRE=EIRPS-LD+GRE =50-218.582+65.38= -103.202[dBW]

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 2.760K và nhiệt tạp âm mặt trời có độ lớn khoảng 500K

Suy ra TS=2.76+50=52.76[0K]

4.4.2 Nhiệt tạp âm do mưa

TM=Tm(1-) [0K]

-Nhiệt độ trung bình cơn mưa:

Tm=1.12Txq-50[0K]

với Txq=300[0K]

suy ra Tm=1.12*300-50=286[0K]

-Suy hao sóng điện từ do mưa là:

LM==109.536/10=8.9866 Suy ra

TM =254.2[0K]

4.4.3 Nhiệt tạp âm do hệ thống phi đơ

TF=T0(LF-1) [0K]

với nhiệt độ môi trường T0=300[0K]

Suy hao phi đơ LF=101/10=1.259

suy ra nhiệt tạp âm do hệ thống phi đơ là:

TF=300*(1.259-1)=77.7 [0K]

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 T1 Thông thường nhiệt tạp âm tầng đầu tiên T1 có giá trị từ 500K đến 3000K

Ta chọn: TR=T1=1500K

4.4.5 Nhiệt tạp âm của hệ thống

TSYS=

Trong đó, 52.76[0K],TA=TM=254.2[0K]

LF=1.259,TF=77.7[0K],TR=150[0K]

Suy ra nhiệt tạp âm của hệ thống là:

TSYS=455.53[0K]

4.5 Công suất tạp âm hệ thống

10lgkTSYSB=10lgk+10lgTSYS+10lgB

với k là hằng số Boltzmann,k=1.38*10-23[W/Hz/K]

TSYS là tạp âm tuyến xuống ,TSYS=455.53[0K]

B=36[MHz];10lgk=-228.6

Suy ra NSYS=-228.6+10lg455.53+10lg36*106= -126.45[dBW]

4.6 Tỷ số công suất sóng mang trên công suất tạp âm tuyến xuống

(C/N)D = CRE - NSYS Trong đó :

CRE = -103.202[dBW], NSYS = - 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

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

http://en.wikipedia.org/wiki/Fresnel_zone

http://www.afar.net/fresnel-zone-calculator/

http://www.vias.org/wirelessnetw/wndw_04_08b.html

http://en.wikipedia.org/wiki/Fresnel_zonehttp://www.afar.net/fresnel-zone-calculator/http://www.vias.org/wirelessnetw/wndw_04_08b.html