Tai lieu huong dan thuc hanh TTVT

Vệ tinh thông tin (tiếng Anh: communications satellite, đôi khi viết tắt là SATCOM) là vệ tinh nhân tạo đặt trong không gian dùng cho viễn thông. Vệ tinh thông tin hiện đại có nhiều loại quỹ đạo như quỹ đạo địa tĩnh, quỹ đạo Molniya, quỹ đạo elip, quỹ đạo (cực và phi cực) Trái Đất thấp.Vệ tinh thông tin là kỹ thuật tiếp sức vô tuyến vi ba bên cạnh thông tin cáp quang biển trong truyền dẫn điểm điểm cố định. Nó cũng được dùng trong các ứng dụng di động như thông tin cho tàu xe, máy bay, thiết bị cầm tay và cho cả tivi và quảng bá khi mà các kỹ thuật khác như cáp không thực tế hoặc không thể.

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH VIỆN KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ

TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM

THÔNG TIN VỆ TINH

NGHỆ AN, 11/2017

Trang 2

MỤC LỤC

BÀI 1 KHẢO SÁT SUY HAO TRONG KHÔNG GIAN TỰ DO 3 BÀI 2 SUY HAO DO MƯA TRONG TUYẾN THÔNG TIN VỆ TINH 9 BÀI 3 SUY HAO DO SƯƠNG MÙ VÀ MÂY TRONG TUYẾN THÔNG TIN

VỆ TINH 16 BÀI 4 SUY HAO DO HẤP THỤ PHÂN TỬ TRONG THÔNG TIN VỆ TINH 21

Trang 3

BÀI 1 KHẢO SÁT SUY HAO TRONG KHÔNG GIAN TỰ DO

II CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Trong viễn thông, suy hao trong không gian tự do là sự suy giảm của năng lượng sóng vô tuyến giữa bên thu so với bên phát do kích thước của anten thu không đủ lớn để thu hết toàn bộ sóng điện từ do bên phát phát đi Suy hao này đặc biệt lớn đối với các các tuyến truyền dẫn với cự ly xa.

Đối với vệ tinh địa tĩnh ở độ cao 35.768 km, cự ly thông tin cho một tuyến lên hay một tuyến xuống gần nhất là 35.768 km Do cự ly truyền sóng trong thông tin

vệ tinh lớn như vậy nên suy hao trong không gian tự do là suy hao lớn nhất Gọi suy hao này là được xác định theo công thức (1.1).

trong đó: d là chiều dài của một tuyến lên hay xuống tính bằng đơn vị m.

 là bước sóng công tác tính bằng đơn vị m.

Tính bằng đơn vị đề-xi-ben, suy hao trong không gian tự do được tính theo công thức (1.2).

Trang 4

= 20 log 10 + 20 log 10 − 27.55

(1.6) Nếu f tính bằng MHz và tính bằng km thì suy hao trong không gian tự do được tính theo công thức (1.7)

= 20 log 10 + 20 log 10 + 32.45

(1.7) Suy hao không gian tự do của tuyến lên hay xuống khi công tác ở băng C vào khoảng 200 dB, băng Ku, Ka thường lớn hơn 200 dB Để bù vào suy hao này, đảm bảo cho máy thu nhận được một tín hiệu đủ lớn cỡ -90 dBm đến -60 dBm, người ta

sử dụng anten có đường kính đủ lớn hàng chục mét để có hệ số tăng ích lớn khoảng 60 dBi và máy phát có công suất lớn hàng trăm đến hàng ngàn watt.

4

Trang 5

Ngoài suy hao chính trong không gian tự do còn có các suy hao khác tuy không lớn nhưng khi tính toán tuyến thông tin vệ tinh mà ta không xét hết các khả năng xấu nhất do ảnh hưởng của môi trường truyền sóng thì khi xảy ra các hiện tượng

đó chất lượng thông tin sẽ xấu đi và có thể làm gián đoạn thông tin

III THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM

Máy tính có cài sẵn phần mềm Matlab phiên bản 7.0 trở lên Yêu cầu về cấu hình tối thiểu:

+ Bộ vi xử lý Pentium

+ Hệ điều hành Windows XP (Service Pack 1, 2 hoặc 3)

+ Card màn hình tối thiểu 256 màu

+ Dung lượng ổ cứng trống 1Gb, và tới 2,1Gb nếu cài đặt Matlab đầy đủ

+ Bộ nhớ RAM 512Mb

IV CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

1 Viết chương trình định nghĩa hàm suy hao trong không gian tự do fspl

% Neu f tinh bang[GHz] va d tinh bang[km]

Trang 6

% Neu f tinh bang[MHz] va d tinh bang[m]

Trang 8

trong không gian tự do và sự ảnh hưởng của nó lên tuyến truyền dẫn.

Nội dung báo cáo thể hiện rõ: Mục đích yêu cầu của bài thí nghiệm, tóm tắt lý thuyết, các bước thực hiện và nhận xét kết quả thu được.

Trả lời các câu hỏi kiểm tra dưới đây:

1 Trình bày về nguyên nhân gây suy hao trong không gian tự do?

2 Để giảm suy hao trong không gian tự do cần thực hiện những biện pháp nào?

VI TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Proakis, J Digital Communications New York: McGraw-Hill, 2001.

[2] Thái Hồng Nhị, Thông tin vệ tinh NXB KHKT, 2008

Trang 9

BÀI 2 SUY HAO DO MƯA TRONG TUYẾN THÔNG TIN VỆ TINH

I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM

Bài thí nghiệm giúp sinh viên nắm rõ về các yếu tố ảnh hưởng lên sự suy hao của sóng vô tuyến truyền do mưa Từ đó, sinh viên có thể phân tích và tính toán sự tác động của suy hao do mưa lên tuyến truyền dẫn thông tin vệ tinh Ngoài ra, bài thí nghiệm còn giúp sinh viên khả năng mô hình hóa và mô phỏng các vấn đề kỹ thuật sử dụng MATLAB.

Suy hao do mưa có tác động mạnh đến chất lượng tín hiệu của tuyến thông tin

vệ tinh Suy hao này phụ thuộc vào lượng mưa trung bình, tần số và góc ngẩng của anten trạm mặt đất Để xác định suy hao do mưa, các phương pháp dự đoán tiến hành theo các bước: (1) dự đoán phân bố xác xuất lượng mưa và (2) tín tổn hao sóng do mưa dựa vào hệ số hấp thụ đã được xác định.

Hệ số tổn hao do mưa, , được tính từ lượng mưa trung bình theo biểu thức (2.1).

Trang 10

Bảng 2.1 Các hệ số hồi quy để xác định tổn hao sóng do mưa (ITU-R)

1 Viết chương trình định nghĩa hàm suy hao do mưa rainpl

- Khởi động phần mềm Matlab

- Khởi tạo của sổ soạn thảo Editor bằng các chọn Menu File -> New -> File

Trang 11

M Gõ theo chương trình mẫu sau vào cửa sổ soạn thảo (Editor) và ghi lại theo tên tệp là rainpl.m.

======================================================== function [L] = rainpl(range,freq,rainrate,elev,tau)

% Tinh he so suy hao do mua

Trang 12

- Vào command window gõ Suy_hao_rain_f

- Kết quả thu được:

- Nhận xét và đánh giá kết quả thu được

3 Vẽ đồ thị suy hao do mưa phụ thuộc vào góc ngẩng

Trang 13

- Vào command window gõ Suy_hao_KGTD_elev

- Kết quả thu được như sau

Trang 14

4 Vẽ đồ thị suy hao do mưa phụ thuộc vào phân cực sóng

- Vào command window gõ Suy_hao_KGTD_pol

- Kết quả thu được

Trang 15

1 Trình bày về nguyên nhân gây suy hao do mưa?

2 Để giảm suy hao do mưa cần thực hiện những biện pháp nào?

[1] Radiocommunication Sector of International Telecommunication Union.

Recommendation ITU-R P.838-3: Specific attenuation model for rain for use in prediction methods 2005.

[2] Thái Hồng Nhị Thông tin vệ tinh NXB KHKT,

Trang 16

BÀI 3

SUY HAO DO SƯƠNG MÙ VÀ MÂY TRONG TUYẾN

THÔNG TIN VỆ TINH

Các sóng vô tuyến có tần số lớn hơn 20 GHz khi tuyền trong tầng đối lưu sẽ va cham với các phân tử Oxy và hơi nước làm giảm đáng kể năng lương của nó Suy hao như vậy được gọi là suy hao do hấp thụ phân tử Suy hao do hấp thụ phân tử

LG phụ thuộc vào chiều cao của lớp oxy (Lo) và hơi nước (Ln) trong tầng đối lưu cũng như góc ngẩng anten mặt đất và độ ẩm không khí.

Công thức tính suy hao do hấp thụ phân tử như (3.1).

=

trong đó: và là hệ số hấp thụ của oxy và hơi nước [dB/km].

Trang 17

1 Viết chương trình định nghĩa hàm suy hao do mây và sương mù fogpl

Trang 18

% Plot the specific attenuation as a function of

%frequency Specific attenuation is the attenuation or

%loss per kilometer

- Trong command window gõ Suy_hao_KGTD_pol

- Kết quả thu được

Trang 19

3 Vẽ đồ thị suy hao do mây và sương mù phụ thuộc vào mật độ hạt nước và sương mù

loglog(freq/1e9,fogloss); grid on;

legend('Medium fog','Heavy fog');

xlabel('Frequency (GHz)');

ylabel('Fog Attenuation (dB/km)')

title('Fog Attenuation');

=======================================================

- Trong command window gõ Suy_hao_KQ_den.m

- Kết quả thu được như sau.

- Phân tích kết quả thu được.

Trang 20

1 Trình bày về nguyên nhân gây suy hao do sương mù?

2 Trình bày về nguyên nhân gây suy hao do mây?

3 Để giảm suy hao do sương mù và mây cần thực hiện những biện pháp nào?

Recommendation ITU-R P.840-6: Attenuation due to clouds and fog 2013.

[2] Thái Hồng Nhị Thông tin vệ tinh NXB KHKT, 2008

Trang 21

BÀI 4 SUY HAO DO HẤP THỤ PHÂN TỬ TRONG THÔNG TIN VỆ TINH

I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM

Bài thí nghiệm giúp sinh viên nắm rõ về suy hao do hấp thụ phân tử trong tuyến thông tin vệ tinh Đồng thời, sinh viên được trang bị kỹ năng mô hình hóa và

mô phỏng các vấn đề kỹ thuật sử dụng MATLAB

Các sóng vô tuyến có bước sóng ngắn hơn 1,5 cm (f>20 GHz) thì sự hấp thụ của sóng còn do tác động trường của sóng đến các phân tử khí trong tầng đối lưu Các dạng hấp thụ đó được gọi là hấp thụ phân tử và được quan sát xem xét trong điều kiện trời trong, không mưa và không mây mù Trong trường hợp này năng lượng sóng truyền lan bị tiêu hao do đốt nóng vật thể, ion hóa hoặc kích thích các nguyên tử, khi dưới dạng hóa quang Khi hấp thụ, các nguyên tử và phân tử chuyển

từ trạng thái năng lượng thấp đến trạng thái năng lượng cao Do phần lớn các mức năng lượng có tính rời rạc cho nên các quá trình chuyển hóa các mức năng lượng cũng có đặc tính cộng hưởng chọn lọc, và do đó hấp thụ sóng vô tuyến trong trường hợp này cũng có tính chọn lọc Có nghĩa là sẽ có những tần số mà ở đó hệ

số hấp thụ sẽ bé hơn một cách đột ngột chứ không tăng theo quy luật.

Trong các phân tử khí trong tầng đối lưu gây ra hấp thụ sóng vô tuyến thì chủ yếu là oxy và hơi nước Qua nhiều nghiên cứu và thực nghiệm thấy rằng, trong dải sóng cm và mm thì oxy và hơi nước có những giá trị cộng hưởng (hấp thụ lớn đột xuất) đối với các bước sóng như sau:

λ = 1.35 cm – hấp thụ trong hơi nước

λ = 0.5 cm – hấp thụ trong O2

λ = 0.25 cm – hấp thụ trong O2

Trang 22

Hình 3.1 mô tả giá trị hệ số hấp thụ δ (dB/km) phụ thuộc vào tần số, trong dải tần từ 1 GHz (λ = 30 cm) đến 500 GHz (λ = 0,6 mm) Từ đồ thị cho thấy rằng,

có bốn vùng cộng hưởng của hấp thụ mà ở đó giá trị hấp thụ đặc biệt lớn hơn.

Hình 3.1 Mô tả hệ số hấp thụ sóng trong không khí và hơi nước dải tần 1-500 GHz

Nếu như sự hấp thụ do oxy là một giá trị có tính chất ổn định, không biến đổi bao nhiêu thì thường người ta quan tâm đến hơi nước, vì nó thay đổi phụ thuộc vào độ ẩm của không khí Giá trị tuyệt đối của độ ẩm khi tiến đến bão hòa (giá trị giới hạn của độ ẩm) còn phụ thuộc vào nhiệt độ không khí Bảng 3.3 mô tả giá trị

hệ số hấp thụ tuyệt đối của độ ẩm đạt đến bão hòa tương ứng với các nhiệt độ khác nhau Độ ẩm không khí phụ thuộc vào các điều kiện khí tượng thủy văn của từng vùng địa lý cụa thể trên trái đất.

Trang 23

Bảng 3.1 Sự phụ thuộc các giá trị giới hạn của độ ẩm tuyệt đối Q vào nhiệt độ

III CÁC THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM

+ Dung lượng ổ cứng trống 1Gb, và tới 2,1Gb nếu cài đặt Matlab đầy đủ + Bộ nhớ RAM 512Mb

IV CÁC BƯỚC THÍ NGHIỆM

1 Viết chương trình định nghĩa hàm suy hao do hấp thụ phân tử gaspl

- Khởi tạo của sổ soạn thảo Editor bằng các chọn Menu File -> New -> M-File

- Gõ theo chương trình mẫu sau vào cửa sổ soạn thảo (Editor) và ghi lại theo

tên tệp là gaspl.m.

Trang 24

Khởi tạo của sổ soạn thảo Editor bằng các chọn Menu File > New > MFile

-Gõ theo chương trình mẫu sau vào cửa sổ soạn thảo (Editor) và ghi lại theo

tên tệp là hapthupt_f.m

======================================================

% Set the attenuation

frequencies freq = [1:1000]*1e9;

% Assume a 1 km path distance

% Compute the attenuation for air containing water

Trang 25

Hình 3.2 Phổ suy hao hấp thụ phân tử theo tần số

2 Viết chương trình thể hiện phổ hệ số suy hao do hấp thụ phân tử theo tần

Trang 26

- Khởi tạo của sổ soạn thảo Editor bằng các chọn Menu File -> New -> M-File

% Compute and plot the atmospheric gas

loss loss = gaspl(km,freqs,T,Patm,rho_wv);

Trang 27

Gõ lệnh hshapthupt_f tại cửa sổ lệnh của Matlab để chạy kịch bản nói trên

và xem các đồ thị.

Hình 3.2 Phổ suy hao hấp thụ phân tử theo tần số

3 Viết chương trình thể hiện phổ suy hao tổng hợp

- Khởi tạo của sổ soạn thảo Editor bằng các chọn Menu File -> New -> M-File

tên tệp là htpt_fsl_f.m

====================================================== ranges = [1:100]*1000;

freq_xband = 10e9;

loss_gas = gaspl(ranges,freq_xband,T,Patm,rho_wv);

Trang 29

- Từ kết quả thu được hãy nhận xét về ảnh hưởng của suy hao do hấp thụ phân tử

IV KẾT LUẬN

Sau khi hoàn thành bài thí nghiệm này sinh viên nắm vững kiến thức về hao

do hấp thụ phân tử và sự ảnh hưởng của nó lên tuyến truyền dẫn.

Nội dung báo cáo thể hiện rõ: Mục đích yêu cầu của bài thí nghiệm, tóm tắt

lý thuyết, các bước thực hiện và nhận xét kết quả thu được.

1 Trình bày về nguyên nhân gây suy hao do hấp thụ phân tử?

2 Để giảm suy hao do hấp thụ phân tử cần thực hiện những biện pháp nào?

V TÀI LIỆU THAM KHẢO

Recommendation ITU-R P.676-10: Attenuation by atmospheric gases 2013.

[2] Thái Hồng Nhị Thông tin vệ tinh NXB KHKT, 2008

Trang 30

a) that there is a need to calculate the attenuation due to rain from a knowledge of rain rates,

recommends

1 that the following procedure be used

Specific attenuation γ R (dB/km) is obtained from the rain rate R (mm/h) using the power-law

relationship:

The frequency-dependent coefficients k and α are given in Table 1 for linear polarizations

(horizontal: H, vertical: V) and horizontal paths

The values in Table 1 have been tested and found to be sufficiently accurate for attenuationprediction up to frequencies of 55 GHz

The coefficients k and α may alternatively be determined, as a function of frequency, from the

following equations, which have been derived from curve-fitting to power-law coefficients derivedfrom scattering calculations:

Trang 31

2 Rec ITU-R P.838-2

TABLE 1

Frequency dependent coefficients for estimating specific

attenuation using equations (4), (5) and (1)

Trang 32

For linear and circular polarization, and for all path geometries, the coefficients in equation (1) can

be calculated from the values in Table 1 using the following equations:

k = [ k

Trang 35

Recommendation ITU-R P.676-10

(09/2013)

Attenuation by atmospheric gases

P Series Radiowave propagation

Trang 36

ii Rec ITU-R P.676-10

Foreword

The role of the Radiocommunication Sector is to ensure the rational, equitable, efficient and economical use of the radio -frequency spectrum by all radiocommunication services, including satellite services, and carry out studies without limit

of frequency range on the basis of which Recommendations are adopted.

The regulatory and policy functions of the Radiocommunication Sector are performed by World and Regional Radiocommunication Conferences and Radiocommunication Assemblies supported by Study Groups.

Policy on Intellectual Property Right (IPR)

ITU-R policy on IPR is described in the Common Patent Policy for ITU-T/ITU- R/ISO/IEC referenced in Annex 1 of Resolution ITU-R 1 Forms to be used for the submission of patent statements and licensing declarations by patent holders are available from http://www.itu.int/ITU-R/go/patents/en where the Guidelines for Implementation of the Common Patent Policy for ITU-T/ITU-R/ISO/IEC and the ITU-R patent information database can also be found.

Series of ITU-R Recommendations

(Also available online at http://www.itu.int/publ/R-REC/en )

BO Satellite delivery

BR Recording for production, archival and play-out; film for television

BS Broadcasting service (sound)

BT Broadcasting service (television)

SA Space applications and meteorology

SF Frequency sharing and coordination between fixed-satellite and fixed service systems

SNG Satellite news gathering

TF Time signals and frequency standards emissions

V Vocabulary and related subjects

Note: This ITU-R Recommendation was approved in English under the procedure detailed in Resolution ITU-R 1.

Electronic Publication

Geneva, 2013

 ITU 2013

Định dạng
Số trang	65
Dung lượng	4,36 MB