TÍNH CẤP THIẾT CÚA ĐỀ TÀI Việt nam sử dụng thông tin vệ tỉnh từ năm 1980, bài toán năng lượng đường truyền đều do chuyên gia nước ngoài thực hiện với suy hao do mưa và giá trị nhiệt tạ
Trang 1BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO TONG CONG TY BC-VT VIET NAM
HOC VIEN CONG NGHE BUU CHINH VIEN THONG
CHU VAN VE
NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỚNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG
THONG TIN VE TINH QUOC TE VIET NAM
Chuyén nganh: Thông tin vô tuyến, Phát thanh
và Vô tuyến truyền hình
Trang 2
Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu Điện Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Nguyễn Bích Lân
Phan bién 1: PGS TSKH Đào Khấc An
Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Quốc gia
Phản biện 2: PGS TS Dé Xuan Thu
Bộ Giáo dục và Đào tao
Phản biện 3: PGSTS Võ Kim
Học viện Kỹ thuật Quân sự
Luận án sẽ được bảo vệ tại Hội đồng chấm luận án cấp nhà nước
họp tại : Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Ngày;o tháng 3 nam 2000
Có thể tìm biểu luận án tại :
Thư viện quốc gia :
Thư viện Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Trang 3+
I KHÁI QUÁT CHUNG VỀ LUẬN ÁN
1 TÍNH CẤP THIẾT CÚA ĐỀ TÀI
Việt nam sử dụng thông tin vệ tỉnh từ năm 1980, bài toán năng
lượng đường truyền đều do chuyên gia nước ngoài thực hiện với suy hao do mưa và giá trị nhiệt tạp âm anten đều do họ tự chọn Sau gần hai mươi năm khai thác các trạm mặt đất thấy ràng mỗi
khi mưa lớn để đảm báo chất lượng liên lạc, phải yêu cầu trạm bạn
tăng thêm công suất phát từ 2.5 đB + 4đB và ngược lại Như vậy
dự trữ năng lượng cho đường truyền để bù lại suy hao do mưa
chưa đúng với thực tế, việc đó ảnh hưởng đến độ tin cậy và chất
lượng đường truyền Các số liệu nhiệt tạp âm anten đều được tham khảo và áp dụng của thế giới liệu đã đúng với điều kiện Việt
nam chưa còn là câu hỏi chưa có trả lời, Việt nam sẽ có vệ tinh riêng vào năm 2001, cung cấp các dịch vụ thông tỉn vệ tỉnh
nội địa và các chương trình phát thanh truyền hình quảng bá Muốn chủ động trong việc thiết lập mạng mặt đất, phải làm chủ trong việc tính năng lượng đường truyền Để tính đứng năng lượng
đường truyền phải có số liệu dự trữ suy hao do mưa, nhiệt tạp âm anten sát với thực tế Trước mất, kết quả tính suy hao có thể sử
dụng để tối ưu công suất phát vệ tỉnh vừa đảm bảo chỉ tiêu kỹ
thuật vừa tiết kiệm về kinh tế (giá vệ tỉnh khoảng 50000 LSD/kg)
2 MỤC ĐÍCH VÀ ÝNGHĨA CỦA ĐỀ TÀI
Mục đích của đè tài là xây dựng quy trình tính năng lượng đường truyền, để đảm bảo độ tin cậy và chất lượng thông tin vệ
|
1
Trang 4tỉnh phải tính suy hao do mưa để chọn dự trữ năng lượng cho đường lên và đường xuống đối với thông tin vệ tỉnh quốc tế|hiện nay và thông tin vệ tính nội địa sau này, Đo và tìm công thức giải
tích mô tả sự phụ thuộc góc ngẩng của nhiệt tạp Am anten ở Việt
nam để sử dụng trong tính toán năng lượng đường truyền Tạo ra
các công cụ riêng của Việt Nam để tính năng lượng đường truyền
suy hao mưa và góc ngắng anten
3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đối tượng nghiên cứu của đề tài luận án :
« = Ýnghĩa vật lý năng lượng đường truyền vệ tỉnh
© - Các ảnh hưởng của mưa đặc biệt là suy hao do mưa đố với
e - Nghiên cứu nhiệt tạp âm anten trạm mặt đất thông tin vệ tỉnh
ở bảng tần C (4/6GHz) ở điều kiện trời trong,
s _ Nghiên cứu suy hao do mưa ở băng tần C (4/6GHz)
4 PHƯƠNG PHÁPNGHIÊN CỨU
Tác giả sử dụng phương pháp thống kê trong nghiên cứu suy hao mưa và nhiệt tạp âm anten Dùng các công cụ toán học để tìm
công thức tính nhiệt tạp Am anten, Ứng dụng thành tựu tin học để
tự động hóa việc tính năng lượng đường truyền, suy hao do mưa và góc ngẩng, góc phương vị anten Luận án đã được hoàn thành bằng
2
Trang 5bằng kết quả ứng dụng phương pháp liên ngành để giải quyết môi
số vấn đề thuộc lĩnh vực nghiên cứu chuyên ngành,
5 NHŨNG ĐIỂM MỚI VỀ KHOA HỌC CỦA LUẬN ÁN
Vấn đề giải bài toán năng lượng đường truyền trong đó có tính
và dự trữ suy hao do mưa, đo và tính nhiệt tạp âm anten, tìm công
thức mô tả nhiệt tạp âm anten theo góc ngảng tại Việt Nam cho
đến nay chưa được thực hiện Luận ấn tập trung mô tả kết qua nghiên cứu tính suy hao do mưa với số liệu mưa đo tại Việt Nam, kết quả thu được phù hợp thực tế khai thác hệ thống thông tin vé
tỉnh ở Việt Nam gần 20 năm qua Luận án trình bày kết quả nghiên cứu về phương pháp đo tạp âm anten, tính nhiệt tạp âm anten và tìm công thức thực nghiệm mô tả nhiệt tạp âm anten theo góc
ngắng Luận án đã đưa ra quy trình tính năng lượng đường truyền,
nó được xây dựng từ nhiều công thức phù hợp ý nghĩa vật lý nang lượng đường truyền Tự động hóa việc tính toán bằng các chương
trình phần mềm để tính năng lượng đường truyền, suy hao do
mưa, góc ngẩng và góc phương vị anten
6 BỐ CỤC LUẬN ÁN
Nội dung Luận án được trình bày theo bố cục :
s Lời nói đầu
s Chương 1: Tổng quan các vấn đề nghiên cứu
5 Chương2: Tính dự trữ năng lượng đường truyền
s Chương3: Nghiên cứu nhiệt tạp âm anten
wong 4: Mô hình năng lượng đường truyền
bạn kết luận
Trang 6+
II NỘI DUNG LUẬN ÁN
I CHƯƠNG I TONG QUAN CAC VAN DE
NGHIEN CUU
Chương này dành để trình bày tổng quát các nguyên lý cơ bản
kỹ thuật thông tỉn vệ tỉnh bao gồm : Các phương pháp truy nhập,
cấu trúc hệ thống thông tin vệ tỉnh, các thiết bị cơ bản của trạm mặt đất, bộ phát đáp vệ tỉnh, làm cơ sở lý thuyết soi sáng cho những vấn đề sẽ trình bay trong các chương sau [1], [5]
Trong chương này, tác giả trình bày tính cấp thiết của việc
nghiên cứu xây dựng quy trình tính năng lượng đường truyền vệ
tỉnh, phân tích nêu bật hai thông số quan trọng của năng lượng đường truyền : dự trữ cho suy hao do mưa, nhiệt tạp âm anten
Điểm qua các thành tựu nghiên cứu trên thế giới về suy hao do
mưa và các phương pháp suy hao do mưa điển hình đã công bố,
Chương này đồng thời cũng nêu bật ảnh hưởng của can nhiễu nói
chung và nhiệt tạp âm anten nói riêng trong chất lượng đường
truyền, sự cần thiết phải nghiên cứu đo và tính nhiệt tạp âm anten
ở Việt Nam (3], [6]
DUONG TRUYEN Chương này tông quát hóa các ảnh hưởng của mưa đối với tín
hiệu siêu cao tần truyền trong không gian tự do bị mưa :
* Tin hiéu bj suy hao khi truyền qua vùng mưa
* Tap 4m mua lam tang thêm tạp âm đường truyền
® Tin hiéu bj t4n xạ khi truyền qua mưa
* Séng điện từ bị biến dạng phân cực khi truyền qua mưa
4
Trang 7De tai luận án chỉ đi sâu nghiên cứu phân tích ảnh hưởng của suy hao do mưa đối với tín hiệu trong bảng tần C(4/6GH)
Nghiên cứu các phương pháp tính suy hao do mưa, kết quả nghiên
cứu cho thấy độ chính xác suy hao do mưa phụ thuộc phương pháp được chọn để áp dụng và chất lượng số liệu thống kế tốc đó
mưa dùng để tính Cường độ mưa dùng để tính suy hao do mưa tương ứng với phân bố xác suất mưa 0.01% để đảm bảo yêu cầu
độ tin cậy thông tin 99,9% Các phương pháp suy hao do mưa điển hình trên thế giới hiện nay đang được giới chuyên môn quan tâm trong lĩnh vực tính suy hao do mưa [2], [7]:
s Phuong pháp Crane 1978
» Phuong phép Line 1979
« Phương ph4pITU-R 1986
Nghiên cứu phân tích các phương pháp suy hao mưa điển hình
nêu trên và chọn phương pháp TTU -R để tính suy hao do mưa cho
Việt Nam Độ chính xác của số liệu cường độ mưa quyết dinh dé chính xác suy hao do mưa tính được bằng phương pháp đã lưa
chọn Trên phạm vi toàn cầu, [TU -R đã lập bản đô phân bố cường
độ mưa theo xác suất thống kê mưa từ I% thời gian năm dén 0.001% thời gian trong năm
Số vùng mưa có tốc độ mưa khác nhau của bề mật trái đất từ
vùng A, B, C, đến vùng P, Việt Nam nằm ở vùng N, có tốc độ
mưa lớn nhất 95mrm/h trong khoảng 0,01% thời gian trong nâm (ứng với độ tin c&y thông tin 99,9%), Số liệu này đặc trưng trung
bình cho vùng N rộng lớn không đúng với vùng tiểu khí hậu Viêt
Nam cho nên dùng số liệu này để tính suy hao do mưa sẽ không
dự trữ đúng suy hao cho mưa thực tế xây ra ở nước la
$
Trang 8Chương này nghiên cứu chọn mô hình suy hao do mua ITU-R
để tính suy hao do mưa với số liệu thống kê ở Việt Nam (Viên
KHKT Bưu Điện-Nghĩa đô, Từ Liêm, Hà Nội) Số liệu đo bằng máy đo mưa có độ phân giải 1 phút đo trong 3 năm và đã thiết lập phân bố cường độ mưa cho xác suất mưa tương ứng Số liệu đo
với độ phân giải một phút đảm bảo yêu cầu của tính suy hao do mưa, thời gian thống kê tối thiểu 3 năm và thời gian càng dài càng
tốt Chương này cũng chỉ ra rằng tuy chỉ có số liệu tốc độ mưa thống kê được-ở miền Bắc (Viện KHKT Bưu Điện - Nghĩa Đó, Từ
Liêm, Hà Nội trong 3 năm 1989- 1990-1991) sông dùng số liệu đó tính suy mưa vẫn tốt hơn dùng số liệu vùng N quốc tế vì vùng N là vùng rất rộng lớn khác tiểu vùng Việt Nam Chiều dài tuyến xiên
bị mưa mô tả trên Hình 1 dưới đây ;
Trang 9Các bước tính suy hao do mưa bằng mô hình TTU - R được tóm tái
*® Bước § : Thu tập phân tích số liệu mưa có độ phan dar |
phút đo 3 năm tại Viện Khoa học kỹ thuật Bưu Điện 1989 1990-1991,
* Bước6: Tinh hệ số suy hao do mưa đậc trưng theo km của tuyến xiên
th = kx (Reo)?
trong đó :
- k vAa phụ thuộc tần số (Bảng 2.! báo cáo CCIR 721-3
® Bước?: Tính suy hao đo mưa: Ago = pe © Ls xrpo
® Bước 8: Tính gần đúng suy hao do mưa cho các phần thời gian từ 0.001% đến 0.1% căn cứ vào suy hao do mưa Aom:
|
Trang 10+ Số liệu Hà Nội Rooix = 237.7mnVh
Kết quả tính và dự trữ suy hao do mưa cho thông tin vệ tỉnh quốc
tế và nội địa được tổng hợp trong các bảng 1, 2, 3, 4
Bảng 1, Kết quả tính suy hao do mưa cho khu vực Hà nội
Số liệu mưa IOR60% | POR 177°B | IOR 80°E Tốc độmưammh | 95 2317 |95 2371 | 9% 2311
Am tuyến xuống dB |043 1.6 1,1 0,4 hl
Bảng 2, Kết quả tính suy hao do mưa khu vực Bình Dương
Số liệu mưa IOR- 64°E_| POR- 174°B | IOR-72°E
Vệ tỉnh IOR | IOR | IOR | IOR | POR | POR
6° | 64” | 72 | §0Œ | 172 | 102
DT len 4B 2.0 | 24 20 | 20 | 3.0 3.5 DTxuốngdB | 0.8 | 07 | 06 | 0.6 1.4 1.5
Trang 11+
Bảng 4 Dự trữ suy hao do mưa cho thông tin Vệ tỉnh nội địa
Vé tinh VinaSat Phân cực ngang | Phân cực đứng
Dự trữ tuyến xuống dB 0.7 0.5
Như vậy kết quả tính suy hao do mưa phù hợp với điều kiến
thực tế Việt Nam (kinh nghiệm rút ra sau gần 20 năm khai thác
thông tin vệ tính), Các kết quả tính suy hao do mưa trên đây có thể
tham khảo tốt khi đàm phán với đối tác về dự trữ công suất cho vẻ
tỉnh Việt Nam Các kết quả trên đã được sử dụng trong đề tài cấp
nhà nước KHCN 01.06 “Nghiên cứu xây dựng phương pháp thẩm
định và kiến nghị với nhà nước đề án phóng vệ tỉnh riêng của Viết Nam” làm sở cứ khoa học đề xuất phóng vệ tinh riêng cho Việt Nam, đề tài này đã được giám định cấp nhà nước đạt kết quả tốt
Chương 2 có bốn đóng góp sau :
* Chứng minh sự cần thiết phải tính dự trữ năng lượng cho
đường truyền vệ tỉnh để bù suy hao do n.ưa Nghiên cứu phân
tích ưu điểm nhược điểm của nhiều phương pháp suy hao mưa
để chọn phương pháp ITU -R áp dụng tính suy hao do mưa
cho các trạm mật đất ở Việt Nam,
* - Đã nghiên cứu phân tích số liệu mưa vùng N quốc tế và số
liệu mưa đo tại Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu Điện trong ba năm 1989-1990-1991 để chứng minh việc lấy số liệu mưa do
tại Việt Nam để tính suy hao do mưa là đúng đẩn đảm bảo
tính khoa học và khách quan,
Trang 123,
Đã điều tra số liệu và dự tính suy hao do mưa cho các đường
truyền thông tin vệ tỉnh quốc tế Việt Nam và cho các đường thông tin vệ tỉnh nội địa chuyển tiếp bằng vệ tỉnh riêng của Việt Nam vào năm 2001 Các kết quả dự báo suy hao do mưa đưa ra phù hợp thực tế khai thác hệ thống thông tin vé tinh
trong gần 19 năm qua vì ; khi mưa lớn các trạm mặt đất Hoa
Sen, Hà Nội, Bình Dương đã phải yêu cầu các trạm đối phương
tăng công suất và ngược lại Có lúc do mưa quá lớn đã gây
gián đoạn liên lạc nhiều phút mà không thể tăng công suất vì
sẽ làm bão hòa bộ phát đáp trên vệ tỉnh, gây ra mất liên lạc tất
cả các sóng mang trên bộ phát đáp ấy
Kết quả tính suy hao do mưa làm cơ sở tốt cho việc dự trữ công suất phát vệ tỉnh khi đàm phán với đối tác khi đặt mua vệ tỉnh Các số liệu suy hao do mưa trên đã được sử dụng làm sở
cứ khoa học khi đề xuất công suất bộ phát đáp vệ tỉnh trong đề tài cấp nhà nước KHCN 01.06 “ Nghiên cứu xây dựng phương pháp thẩm định và kiến nghị với nhà nước đề án phóng vệ tỉnh riêng của Việt Nam”, Đề tài đã được giám định cấp nhà nước với chất lượng tốt
CHƯƠNG 3 NGHIÊN CUUNHIET TAP AM ANTEN
Chương này trình bày tổng quát các vấn đề về tạp âm và can
nhiễu nói chung và tạp âm đường truyền thông tỉn vệ tỉnh nói riêng [3] Nhiệt tap 4m anten ảnh hưởng đến năng lượng đường
truyền và không thể dùng công nghệ để loại bổ vì vậy nghiên cứu
nhiệt tạp Âm anten là việc rất cần làm, Nhiệt tạp âm anten được hình thành rừ các thành phần sau :
10
Trang 13s _ Tạp âm do bức xạ thứ cấp ở dải tần viba của cdc phan ur Oxy va
hơi nước trong tầng khí quyển trong quá trình hấp thụ nâng lượng sóng điện từ truyền qua
® - Tạp Am do bức xạ ở dải tần siêu cao thiên hà (tạp âm vũ trụ)
* Tap am do bitc xa & dai viba của các vật thể trong tầng đối lưu
+ Tạp âm do bức xạ của vật xám (trái đấu)
¢ Tap âm nhân tạo sinh ra đo hoạt động của con người
Anten thu gom tạp âm từ môi trường bên ngoài bằng các búp cạnh và các búp phía sau, được mô tả bằng mô hình toán Các kết quả nghiên cứu nhiệt tạp âm anten ở nhiều nước như Nhật bản, Đức, Hà Lan cho thấy nhiệt tạp âm anten phụ thuộc góc ngắng
Hình 2 Kết quả nhiệt tạp âm anten đo tại Nhật Bản
Luận án chỉ nghiên cứu nhiệt tạp âm anten đối với các góc ngang
từ 3x90" ở băng C (4/6GHz) Nhiệt tạp âm anten gồm 2 phần :
