tính toán suy hao đường truyền và công suất của trạm LES đặt tại TP hồ chí minh và làm việc với vùng vệ tinh IOR – i3

Cấu trúc và nguyên lý chung của hệ thống thông tin vệ tinh Cấu trúc của một hệ thống thông tin được mô tả trong hình sau : Hình 1 : Cấu trúc của một hệ thống thông tin Trên hình 1,một

Mục lục

Phần 1 Tổng quan về Hệ thống thông tin vệ tinh 2

1 Cấu trúc và nguyên lý chung của hệ thống thông tin vệ tinh 2

2 Tần số và các vấn đề truyền 3

Phần 2 Bài toán tính suy hao đường truyền và dự trữ tuyến 6

1.Tính toán các tham số hình học 6

2 Tổn hao đường truyền 7

3 Các tham số của anten 8

4 Tính công suất thu thu bởi anten thu 9

5 Tạp âm và nhiệt tạp âm 10

6 Tính toán dự trữ tuyến lên 12

Phần 3 Tính toán cụ thể 14

3.1 Tuyến lên trời trong 14

3.2 Tuyến lên trời mưa 16

3.3 Tuyến xuống trời trong 17

3.4 Tuyến xuống trời mưa 19

Phần 4 Kết luận 21

Phần 1 Tổng quan về Hệ thống thông tin vệ tinh

1 Cấu trúc và nguyên lý chung của hệ thống thông tin vệ tinh

Cấu trúc của một hệ thống thông tin được mô tả trong hình sau :

Hình 1 : Cấu trúc của một hệ thống thông tin

Trên hình 1,một hệ thống thông tin vệ tinh bao gồm hai thành phần chính làphần không gian và phần mặt đất

Các phân hệ phụ trợ : bao gồm khung vệ tinh,phân hệ cung cấp năng

lượng,phân hệ điều khiển nhiệt độ,phân hệ điều khiển quỹ đạo và tư thế của vệtinh,phân hệ đẩy,trạm điều khiển vệ tinh TT&C

Phân hệ thông tin có hai nhiệm vụ chính:

- Khuếch đại sóng mang thu được phục vụ cho việc phát lại trên đường xuống

- Thay đổi tần số sóng mang để tránh một phần công suất phát đi vào máy thu vệ tinh

b Phần mặt đất

Phần mặt đất bao gồm tất cả các trạm thông tin mặt đất(LES),những trạm nàythường được nối trực tiếp hoặc thông qua các mạng mặt đất để đến các thiết bị đầucuối của người sử dụng

Trạm mặt đất có hai nhiệm vụ :

- Tiếp nhận các tín hiệu từ mạng mặt đất hoặc trực tiếp từ các thiết bị đầu cuối củangười sử dụng,xử lý các tín hiệu này sau đó phát tín hiệu này ở tần số và mức độ côngsuất thích hợp cho sự hoạt động của vệ tinh

- Thu các sóng mang trên đường xuống của vệ tinh ở tần số chọn trước,xử lý tín hiệunày để chuyển thành các tín hiệu băng gốc sau đó cung cấp cho các mạng mặt đất hoặctrực tiếp tới các thiết bị đầu cuối của người sử dụng

Một trạm mặt đất có thể có khả năng thu và phát lưu lượng một cách đồngthời hoặc có trạm chỉ phát hoặc chỉ thu

2 Tần số và các vấn đề truyền

2.1 Tần số và sự phân chia tần số trong thông tin vệ tinh

Phổ tần số vô tuyến điện là một nguồn tài nguyên có hạn, vì vậy nhất thiếtphải sử dụng một cách hợp lý, kinh tế và có hiệu quả

a Cửa sổ tần số vô tuyến điện

Đường truyền của thông tin vệ tinh bị ảnh hưởng chủ yếu do tầng điện ly ở tần

số thấp do mưa ở tần số cao Trong dải tần từ 1GHz tới 10GHz ít bị ảnh hưởng bởitầng điện ly và mưa nên được gọi là cửa sổ tần số vô tuyến điện

Tuy nhiên, dải tần 1GHz đến 10GHz cũng được sử dụng nhiều cho các đường thông tin viba trên mặt đất, do đó sẽ có sự can nhiễu lẫn nhau giữa hai hệ thống Ngoài

ra, để mở rộng băng thông người ta chấp nhận sử dụng cả dải tần ngoài cửa sổ

b Phân chia băng tần

Băng tần được sử dụng trong các hệ thống thông tin vệ tinh sử dụng tần số từ 1GHz đến trên 40GHz và chi tiết cụ thể trong bảng 1.2

lạc giữa các vệ tinh

Bảng 1.2: Các băng tần trong hệ thống thông tin vệ tinh

c Phân bổ tần số

Để phân bổ tần số, thế giới được chia thành ba khu vực như hình 1.8 Khu vực

I (Region I) bao gồm Châu Âu, Châu Phi, một phân Châu Á và liên bang Nga Khuvực II (Region II) gồm các nước Châu Mỹ Khu vực II (Region II) gồm Châu Úc,phần còn lại cửa Châu Á – Thái Bình Dương (trong đó có Việt Nam)

2.2 Truyền sóng và các yếu tố ảnh hưởng tới truyền sóng trong thông tin vệ tinh

Thông tin vệ tinh sử dụng tần số vô tuyến điện ở dải tần siêu cao do đó có một

số tính chất như sau:

- Sóng truyền thẳng trong phạm vi nhìn thấy trực tiếp, có khả năng xuyên qua tầng điện

ly mà thay đổi ít về công suất và phương truyền;

- Có tính định hướng cao vì được bức xạ từ những vật thể có kích thước lớn hơn nhiều

Ngoài yêu tố làm suy giảm công suất của trường điện từ do sự hấp thụ của mưa

và tầng điện ly tạo thành của sổ vô tuyến như đã mô tả trong hình 1.2, sóng điện từcòn chịu sự hấp thụ của lớp không khí (chủ yếu do oxy) và hỏi nước trong bầu khíquyển và tầng đối lưu

Mức độ suy giảm sóng do yếu tố nói trên gây ra được mô tả theo mức độ trung bìnhhàng năm như trong hình

Phần 2 Bài toán tính suy hao đường truyền và dự trữ tuyến

Đề bài: Tính toán suy hao đường truyền và công suất dự trữ của trạm LES đặt tại TP

Hồ Chí Minh và làm việc với vùng vệ tinh IOR-I3 (Với một số điều kiện đầu tự xác định)

Sau đây là phần tính toán chi tiết:

Vị trí ES và SL trên mặt phẳng Trái đất

2 Tổn hao đường truyền

2.1 Tổn hao trong không gian tự do

Tổn hao trong không gian tự do được tính theo biểu thức:

2

410lg

Trong đó k và α là các hằng số phụ thuộc vào tần số và phân cực của sóng điện từ, LE

là quãng đường đi trong mưa của sóng điện từ

Mặt khác theo khuyến nghị của ITU các khu vực khí hậu về mưa được phân bố thành

14 vùng, Việt Nam nằm trong vùng N – Hải Phòng gần vùng K và Sài Gòn gần vùng P

Tổn hao do tầng khí quyển LA phụ thuộc vào 14 khu vực trên, mức tổn hao này còn phụ thuộc tần số công tác Từ các bảng số liệu theo khuyến nghị của ITU về hệ số suy

giảm do mưa ( - dB/km) tại tần số 4GHz, ta tìm được R  tại thành phố Hồ Chí Minh R

- Khái niệm công suất tại điểm thu và mật độ thông lượng công suất

Trên một diện tích hiệu dụng A cách xa anten phát một khoảng cách R tương ứng với một góc đầy tính từ anten phát là A/R2 thì công suất thu được tính theo biểu thức:

Các thông số trạm mặt đất (LES) và trạm vệ tinh (SAT):

16GHz37760,6 km60

15W (11,8dB)5m

14GHz37760,6 km1,50

60

4 Tính công suất thu thu bởi anten thu

*Công suất thu tuyến lên

dBW4.3 Mật độ thông lượng công suất: 

*Công suất thu tuyến xuống

4.1 Độ tăng ích G (anten phát trạm vệ tinh)

5 Tạp âm và nhiệt tạp âm

5.1 Công suất của tạp âm

N N B k T B

Trong đó: k là hằng số Bonzmant k1,38 10 23J/K, T(K) là nhiệt độ tạp âm của thiết

bị, B(Hz) là băng thông, N0 là mật độ công suất tạp âm: N0 k T (W/Hz)

5.2 Tạp âm nhiệt

Hệ số phẩm chất của một trạm thông tin vệ tinh là tỷ số giữa độ tăng ích của anten và nhiệt độ tạp âm hiệu dụng của máy thu (G/T)

Nhiệt độ tạp âm hiệu dụng của máy thu bao gồm:

- Nhiệt tạp âm tương đương của anten: TA

- Nhiệt tạp âm của feeder TFRX

- Nhiệt tạp âm của máy thu TR

Nhiệt tạp âm tương đương toàn thiết bị thu là:

- Tính nhiệt tạp âm anten

Nhiệt tạp âm anten TA là do anten thu các nguồn tạp nhiễu không mong muốn từ không gian và mặt đất ở khu vực gần anten:

Với các thông số của máy thu vệ tinh:

1) Tổn hao do các yếu tố hấp thụ sóng của tầng khí quyển: mưa, hơi nước…

2) Tổn hao trong nội bộ tuyến feeder thu (LFRX) và phát (LFTX)

3) Tổn hao do lệch hướng anten thu và phát LPOL (LR cho anten thu, LT anten phát)

4) Tổn hao do xuyên phân cực sóng

Nếu tính đầy đủ các loại tổn hao trên đường truyền thì công suất thu sẽ được tính theo biểu thức:

Phần 3 Tính toán cụ thể

3.1 Tuyến lên trời trong

Với giả thiết trời trong (LA=0), trạm phát sóng được đặt gần vùng biên phủ 3dBcủa anten thu vệ tinh (góc ngẩng anten 300)

Tuyến lên trong thông tin vệ tinh

Bảng thông số cho trước

3 10

6 16 100,15

0, 22

T T

B

B

T T

3 max

D G

73,5 5, 6 208,1 228, 6 99,6

U

U U

Mô tả biến đổi công suất tuyến lên

3.2 Tuyến lên trời mưa

Khi trời mưa thì suy giảm của sóng sẽ tăng lên Cho trạm mặt đất đặt tại HCM thì suy hao do mưa gây ra ta đặt giá trị khoảng 12dB và các chất khí khác khoảng 0,5dB do

đó tổn hao trong không gian tự do:

3.3 Tuyến xuống trời trong

Hình dưới mô tả tuyến xuống từ trạm vệ tinh xuống trạm mặt đất đặt tại HCM với giả thiết trạm mặt đất đặt tại gần biên vùng phủ sóng 3dB của anten phát vệ tinh

Tuyến xuống trong thông tin vệ tinhBảng dữ liệu cho trước

Tổn hao tẩng khí quyển (dB) ứng với E=300 0,5

a Tính EIRP của trạm vệ tinh

3 max

2,536,7

T

dB T

D G

(trạm vệ tinh với biên phủ 3dB, trạm mặt đất HCM nằm ở vị trí suy hao khoảng 2dB)

R

R

Df G

12

3 10

6 14 100,15

0, 25

R R

B

B

R R

Mô tả mức biến đổi công suất tuyến xuống

3.4 Tuyến xuống trời mưa

Giả sử tổn hao do mưa có giá trị là 9dB thì tổn hao tuyến xuống sẽ là:

Vì vậy, với HTTTVT trong thực tế cần có những biện pháp chống suy hao nhằm tăng hiệu quả đường truyền