Hệ thống thông tin vệ tinh - chương 5

Chia sẻ: Khinh Kha Kha | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:21

0
143
lượt xem
77
download

Hệ thống thông tin vệ tinh - chương 5

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đường truyền vệ tinh - sơ đồ đường truyền vệ tinh - băng tần thông tin vệ tinh - hệ số tăng ích của anten , diện tích hiệu dụng của anten , công xuất bức xạ đằng hướng tương đương

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Hệ thống thông tin vệ tinh - chương 5

  1. H TH NG THÔNG TIN V TINH B môn Thông tin vô tuy n ð i h c công ngh - ðHQG HN Gi ng viên Th m ð c Phương Tel. 0903 229 117 E- Mail: phuongthamduc@yahoo.com Chương 5 – ðư ng truy n v tin 1. Sơ ñ ñư ng truy n v tinh 2. Băng t n thông tin v tinh 3. M t s khái ni m và ñ nh nghĩa: H s tăng ích c a anten, di n tích hi u d ng c a anten, công su t b c x ñ ng hư ng tương ñương, ch t lư ng c a h th ng thu G/T 4. Các d ng phân c c dùng trong TTVT 5. Suy gi m sóng trên tuy n V tinh - M t ñ t: Khái ni m suy gi m sóng trong không gian t do, suy gi m sóng khi truy n qua khí quy n th c 6. Vùng ph sóng c a v tinh xác ñ nh theo các ñư ng ñ ng m c EIRP và G/T 7. Phân tích ñư ng truy n v tinh: Sơ ñ kh i c a ñư ng truy n, nhi u và can nhi u, t s công su t sóng mang trên nhi u C/N, phương trình năng lư ng c a kênh truy n 8. Tính toán kênh truy n cho tuy n lên và xu ng 1
  2. Các d i tt n dành cho TTVT Băng n dành cho TTVT Băng t n cho TTVT do FCC c a M và ITU c p • Băng VHF/UHF 0.1-0.3 GHz: V tinh quân s , vô tuy n nghi p dư • Băng L 1-2GHz: Thông tin di ®éng, hàng h i • S band 2-4 GHz: Dùng cho các l nh ñi u khi n • Băng C 4-8 GHz: Data, voice, truy n hình • Băng X 8-12GHz: dùng cho quân s • Băng Ku 12-18GHz : TV tr c ti p, Data, Voice, IP services (m ng riêng o, truy c p internet, ...) • Băng K 18-27GHz: không ñư c s d ng do b h p th r t l n b i hơi nư c • Băng Ka 27-40/ 40-75 GHz: th h ti p theo. 60GHz -O2 Sơ ñ ñư ng truy n v tinh 2
  3. M t s khái ni m và ñ nh nghĩa M t s khái ni m và ñ nh nghĩa: H s tăng ích c a anten, di n tích hi u d ng c a anten, công su t b c x ñ ng hư ng tương ñương, ch t lư ng c a h th ng thu G/T λ θ 3dB = 70 D H s tăng ích 3
  4. Công su t b c x ñ ng hư ng tương ñương Công su t b c x ñ ng hư ng tương ñương 4
  5. Ch t lư ng h th ng thu G/T G/T ñ c trưng cho ch t lư ng c a máy thu, vì tăng G/T thì SNR tăng lên Các d ng phân c c dùng trong TTVT Phương c a ñư ng do ñ u mút c a trư ng ñi n v lên s xác ñ nh phân c c sóng. C n nh r ng trư ng ñi n và trư ng t là các hàm thay ñ i theo th i gian. Trư ng t thay ñ i ñ ng pha v i trư ng ñi n và biên ñ c a nó t l v i biên ñ c a trư ng ñi n, vì th ta ch c n xét trư ng ñi n. ð u mút c a vectơ E có th v lên m t ñư ng th ng, trong trư ng h p này ta có phân c c tuy n tính. H u h t truy n d n vô tuy n s d ng phân c c tuy n tính, trong ñó phân c c ñ ng ñư c g i là phân c c trong ñó trư ng ñi n vuông góc v i m t ñ t và phân c c ngang ñư c g i là phân c c trong ñó trư ng ñi n song song v i m t ñ t. 5
  6. Các d ng phân c c dùng trong TTVT Theo ñ nh nghĩa c a IEEE thì phân c c tròn tay ph i (RHC: right-hand circular) là phân c c quay theo chi u kim ñ ng h khi nhìn d c theo phương truy n sóng, còn phân c c tròn tay trái (LHC: left-hand circular) là phân c c quay ngư c chi u kim ñ ng h khi nhìn d c theo phương truy n sóng. Các phân c c LHC và RHC tr c giao v i nhau. Phương truy n sóng d c theo tr c z dương. Suy gi m sóng trên tuy n V tinh - M t ñ t Khái ni m suy gi m sóng trong không gian t do, suy gi m sóng khi truy n qua khí quy n th c Công su t thu ñ ơc m t anten v i h s khuy ch ñ i Gr có th bi u di n như sau: trong ñó: EIRP=Pt xGt là công su t phát x tương ñương c a anten ñ ng hư ng, EIRP thư ng ñư c bi u di n dBW, gi s Pt ñư c ño b ng W thì: EIRP = Pt +Gt , dBW. Pt là công su t phát, Gt là h s khuy ch ñ i c a anten phát, Gr là h s khuy ch ñ i anten thu. Lp là t n hao ñư ng truy n. Trong không gian t do t n hao ñư ng truy n ñư c xác ñ nh như sau ñư c xác ñ nh như sau: d là kho ng cách gi a an ten phát và anten thu, λ là bư c sóng 6
  7. Suy gi m sóng trên tuy n V tinh - M t ñ t Suy gi m sóng trên tuy n V tinh - M t ñ t Có th bi u di n công su t thu như sau: d ng dB phương trình có th ñư c bi u di n như sau: trong ñó: EIRP là công su t phát ñ ng hư ng tương ñương, là suy hao trong không gian t do, ñư c xác ñ nh dB như sau: FSL= 92,5 + 20lg f [GHz] + 20lg d [km], dB 7
  8. Suy gi m sóng trong không gian t do Suy gi m do khí quy n H p th c a khí trong khí quy n là nguyên nhân gây ra t n hao khí quy n. Các t n hao này thư ng vào kho ng vài ph n c a dB 8
  9. Suy gi m do mưa Mưa làm suy hao tín hi u truy n d n và gây ra phân c c chéo. H s suy hao do mưa ph thu c ñ cao mưa và ño n ñư ng n m ngang trong mưa Suy gi m sóng trong th c t T n hao do t ng ñi n ly và khí quy n: l p khí loãng b ion hoá b i các tia vũ tr , có ñ cao t 70 ñ n 1000km. Có tính ch t h p th và ph n x sóng. Ngoài ra h s khúc x bi n ñ i làm thay ñ i góc t i, biên ñ và pha c a sóng. T ng ñi n ly gây ra d ch phân c c sóng ñi n t d n ñ n t n hao l ch phân c c T n hao do m t ñ ng ch nh anten Khi thi t l p m t ñư ng truy n v tinh, lý tư ng ph i ñ t ñư c ñ ng ch nh các anten tr m m t ñ t và v tinh ñ ñ t ñư c ñ khuy ch ñ i cao nh t 9
  10. T n hao do m t ñ ng ch nh anten Có th x y ra hai nguyên nhân t n hao l ch tr c, m t x y ra t i v tinh và nguyên nhân th hai x y ra t i tr m m t ñ t (hình 1b). T n hao l ch tr c t i v tinh ñư c xét t i khi khi thi t k ñư ng truy n ho t ñ ng ñư ng vi n c a anten v tinh th c t . T n hao l ch tr c tr m m t ñ t ñư c g i là t n hao ñ nh h ng anten. T n hao ñ nh hư ng anten thư ng x y ra vài ph n mư i dB. Ngoài t n hao ñ nh hư ng, có th x y ra t n hao do m t ñ ng ch nh hư ng phân c c. T n hao m t ñ ng ch nh phân c c thư ng nh và ta s coi r ng các t n hao do m t ñ ng ch nh anten g m: c t n hao ñ nh hư ng và t n hao phân c c gây ra do m t ñ ng ch nh. Các t n hao m t ñ ng ch nh anten ph i ñư c ñánh giá t các s li u th ng kê trên cơ s sai l i ñư c quan sát th c t cho m t kh i lư ng l n các tr m m t ñ t. PHƯƠNG TRÌNH QU ðƯ NG TRUY N T ng t n hao ñư ng truy n Lp khi tr i quang ñãng ñư c xác ñ nh theo công th c sau: Lp = FSL +RFL+ AML+AA+PL, [dB] Phương trình cho công su t thu dB như sau: Pr = EIRP + G r - Lp, [dB] trong ñó:Pr là công su t thu [dBW], EIRP là công su t phát x ñ ng hư ng tương ñương [dBW], FSL là t n hao trong không gian t do [dB]; RFL là t n hao phidơ máy thu [dB]; AML là t n hao m t ñ ng ch nh anten [dB]; AA là t n hao h p th khí quy n [dB]; PL là t n hao l ch phân c c [dB]. 10
  11. Bài t p 1. Kho ng cách gi a tr m m t ñ t và v tinh là 42.000 km. Tính t n hao trong không gian t do t i t n s 6 GHz. FSL= 92,5 + 20lg f [GHz] + 20lg d [km], dB 2. ðư ng truy n v tinh làm vi c t i t n s 14 GHz có t n hao phiñơ b ng 1,5 dB và t n hao không gian t do b ng 207 dB. T n hao h p th khí quy n b ng 0,5 dB, t n hao ñ nh hư ng anten b ng 0,5 dB, t n hao l ch c c có th b qua. Tính t ng t n hao ñư ng truy n khi tr i quang. Pr = EIRP + G r - Lp, [dB] Lp = FSL +RFL+ AML+AA+PL, [dB] 3. Cho tham s ñư ng truy n như bài 2. Công su t phát là 20W, h s khu ch ñ i c a anten phát là 1000, h s khu ch ñ i c a anten thu là 100. Tính công su t b c x ñ ng hư ng tương ñương. Tính công su t tín hi u t i ñ u vào máy thu. Công su t t p âm nhi t Công su t tín hi u thu trong m t ñư ng truy n v tinh thư ng r t nh , vào kho ng picowat. Công su t này s ñư c máy thu khu ch ñ i ñ n công su t ñ l n. Tuy nhiên do luôn luôn có t p âm ñ u vào máy thu nên n u tín hi u thu không ñ l n hơn t p âm, khu ch ñ i s không có tác d ng vì nó khu ch ñ i c t p âm. Tình tr ng này còn tr nên t i t hơn vì chính b khu ch ñ i cũng b sung thêm t p âm. Trong thi t b t p âm nhi t gây ra do chuy n ñ ng nhi t c a các ñi n t trong các v t d n. Nó ñư c t o ra các ph n t ghép có t n hao gi a anten v i máy thu và các t ng ñ u c a máy thu. M t ñ ph công su t t p âm nhi t không ñ i t t c các t n s th p hơn 1012 Hz, vì th ñư c g i là t p âm tr ng. 11
  12. Công su t t p âm nhi t Quá trình t p âm nhi t máy thu ñư c mô hình hoá b ng quá trình t p âm tr ng Gauss c ng (AWGN: additive white Gauss noise) và ñư c bi u th b ngcông su t t p âm c c ñ i có th có ñ u vào b khu ch ñ i như sau: N=kT∆f, [W] trong ñó k=1,38.10-23 [ W/Hz.K] là h ng s Boltzmann; T là nhi t ñ t p âm ño b ng Kenvin [K] và ∆f là băng thông kênh [Hz] ño m c -3dB. M t ñ ph công su t t p âm Ví d tính suy hao t ng và t p âm No=KT o PN = NoB 12
  13. T p âm anten Các anten thu ñưa t p âm vào các ñư ng truy n v tinh. Như v y t p âm do các anten v tinh và anten tr m m t ñ t ñưa vào. M c dù nguyên nhân v t lý như nhau, nhưng m c ñ nh hư ng r t khác nhau. Có th phân chia t p âm do anten ñưa vào thành hai nhóm: t p âm xu t s t t n hao anten và t p âm b u tr i. T p âm b u tr i là thu t ng ñ miêu t phát x vi ba t vũ tr do các ph n t ñư c làm nóng trong vũ tr gây ra. S phát x này trong th c t bao ph ph r ng hơn ph vi ba. Nhi t ñ t p âm tương ñương c a b u tr i nhìn t anten m t ñ t ñư c cho hình 7.2. ð th phía dư i dành cho anten hư ng th ng ñ nh ñ u (thiên ñ nh) còn ñ th cao hơn dành cho anten hư ng ngay trên ñ ơng chân tr i. S tăng nhi t ñ t p âm trong trư ng h p th hai là do s phát x nhi t c a trái ñ t và ñây là lý do thi t l p gi i h n dư i c a góc ng ng anten b ng 50 băng C và 100 băng Ku. T p âm anten Các ñ th cho th y t i ñ u t n s th p c a ph , t p âm gi m khi tăng t n s . Khi anten hư ng thiên ñ nh, nhi t ñ t p âm gi m xu ng còn 3 K t i các t n s n m trong kho ng t 1 ñ n 10 GHz. Phía trên 10 GHz có hai ñ nh nhi t ñ . Vùng t p âm th p gi a 1 và 10 GHz t t nh t cho áp d ng các anten t p âm th p 13
  14. T p âm h th ng H s t p âm Ngư i ta bi u di n t p âm c a m t b khu ch ñ i qua h s t p âm F - Noise Factor. Khi ñó ngu n t p ñư c tham chi u nhi t ñ trong phòng To là 290oK T c là 20oC.T p âm ñ u vào c a ngu n ñó là kTo. Khi ñó t p âm ñ u ra c a b khu ch ñ i là: Trong ñó G là h s khu ch ñ i, F là h s t p âm. Tương quan gi a nhi t t p âm và h s t p âm ñư c bi u di n như sau. Te là nhi t t p âm c a b khu ch ñ i, To là nhi t tham chi u 14
  15. H s t p âm Ý nghĩa c a h s t p âm: H s t p âm thư ng ñư c dùng cho máy thu - Receiver, còn nhi t t p âm thư ng ñư c dùng cho khu ch ñ i t p âm th p - LNA và các b ñ i t n. H s t p âm còn ñư c bi u di n qua dB và ñư c g i là Noise Figure - Ch s t p . Bi u di n h s t p âm b ng SNR H s t p âm ñư c ñ nh nghĩa là t s gi a t s tín hi u trên t p âm ñ u vào v i t s này ñ u ra ph n t thu như sau: NF = SNRin/ SNRout H s t p âm c a máy thu ch y u ñư c xác ñ nh b i các t ng ñ u c a máy thu. T p âm gây ra do b khu ch ñ i c a máy thu ñư c quy ñ i thành t p âm ñ u vào máy thu và ñư c ký hi u là Nai. T hình 7.3 ta có th vi t l i công th c như sau trong ñó: Pr là công su t thu, A là khu ch ñ i c a m ch gây t p âm, Ni là t p âm ñ u vào và Nai là t p âm quy ñ i ñ u vào c a ph n t gây t p âm 15
  16. Bi u di n h s t p âm b ng SNR ð có th áp d ng ñư c NF ta ph i s d ng ngu n t p âm tham chi u Ni. Như v y h s t p âm s cho th y thi t b s t o ra t p âm l n hơn bao nhiêu l n t p âm c a ngu n tham chi u. H s t p âm có th ñư c xác ñ nh ñ i v i ngu n t p âm tham chi u nhi t ñ Ti = 290 K. Khi ñó m t ñ công su t t p âm c a ngu n tham chi u như sau: No = kT = 1,38×10-23 ×290 = 4×10-21 W/Hz N u thay Ni = kTi∆f và Nai = kTr∆f, trong hay dB là: No = -204 dBW/Hz ñó Ti là nhi t ñ ngu n tham chi u còn Tr là nhi t ñ t p âm hi u d ng c a máy thu, ta có th vi t Tr = (NF-1)Ti T s Tín/T p Ba thông s thư ng ñư c s d ng ñ ñánh giá t s tín hi u trên t p âm là: sóng mang trên t p âm (C/N hay Pr/N), sóng mang trên m t ñ t p âm (C/No hay Pr/No) và năng lư ng bit trên m t ñ ph t p âm (Eb/No). Quan h gi a các thông s này như sau: Pr/No = (P /N) dB+10lg(∆f), dB.Hz Ebit /No = (Pr/N) dB-10lg(Rbit/∆f), dB trong ñó: Pr là công su t thu sóng mang (C), Rbit là t c bit và Ebit là năng lư ng bit = PrTbit= Pr/Rbit, ∆f là ñ r ng băng t n. C/No và Ebit/No không ph thu c vào t n s thư ng ñư c s d ng ñ so sánh hi u su t c a các h th ng khác nhau. C/N ph thu c vào ñ r ng băng t n c a m t h th ng cho tr ơc (ch ng h n b l c máy thu). 16
  17. T s Tín/T p Phương trình cho công su t thu dB như sau: Pr = EIRP + G r - Lp, [dB] G/T ñ c trưng cho ch t lư ng c a máy thu, vì tăng G/T thì SNR tăng lên T s Tín/T p ðư ng lên ðư ng lên trong ñư ng truy n v tinh là ñư ng phát t tr m m t ñ t ñ n v tinh. T s sóng mang trên m t ñ t p âm: Khi c n s d ng t s sóng mang trên t p âm ch không ph i t s sóng mang trên m t ñ t p âm ta có th s d ng công th c sau: 17
  18. M t ñ thông lư ng bão hoà M t ñ thông lư ng c n thi t t i anten thu ñ t o nên bão hoà TWTA c a b phát ñáp ñư c g i là m t ñ thông l ng bão hoà. M t ñ thông lư ng bão hoà là m t ñ i lư ng ñư c quy ñ nh khi tính toán qu ñư ng truy n và bi t ñư c nó ta có th tính toán EIRP c n thi t t i tr m m t ñ t. M t ñ thông lư ng t i anten thu: T n hao trong không gian t do hay: Thành ph n λ2/4π có kích thư c c a di n tích, trong th c t nó là di n tích hi u d ng c a m t anten ñ ng hư ng. Ta ký hi u nó là Ao như sau EIRP = Ψ M + Ao + FSL, dBW EIRP = ΨM + Ao + Lp -RFL , dBW, trong ñó: Lp = FSL + AA + PL + AML t n hao khí quy n (AA), l ch phân c c (PL), l ch ñ ng ch nh anten, phiñơ thu (RFL) ð lùi ñ u vào Khi nhi u sóng mang ñư c ñưa vào cùng m t b khu ch ñ i s d ng ñèn sóng ch y, ñi m công tác ph i ñư c ñ t lùi ñ n ph n tuy n tính c a ñ c tuy n truy n ñ t ñ gi m nh hư ng do méo ñi u ch giao thoa. Ho t ñ ng nhi u sóng mang này x y ra FDMA. Trong trư ng h p này EIRP tr m m t ñ t ph i gi m ñi m t lư ng g i là ñ lùi (BO: back off) k t qu ta ñư c: EIRPu = EIRPs - BOi trong ñó EIRPs là công su t tr m m t ñ t t i ñi m bão hoà. M c dù có s ñi u khi n công su t vào cho b khu ch ñ i c a b phát ñáp thông qua tr m TT&C m t ñ t, nhưng thông thư ng c n có ñ lùi ñ u vào b ng cách gi m EIRP c a các tr m m t ñ t khi truy nh p b phát ñáp. [Pr/No]u = ψs + Ao - BOi + [G/T]u - k - RFL, dBHz 18
  19. B khu ch ñ i công su t l n ñư ng lên B khu ch ñ i công su t l n (ñư c ký hi u là HPA) c a tr m m t ñ t có nhi m v cung c p công su t b ng công su t phát x c ng t n hao phiñơ (t n hao này ñư c ký hi u là TFL). TFL bao g m t n hao ng d n sóng, b l c, b ghép n i gi a ñ u ra b khu ch ñ i công su t v i anten. Ta có th bi u di n công su t ñ u ra b khu ch ñ i theo dB như sau: PHPA = EIRP - GT + TFL trong ñó EIRP ñư c xác ñ nh theo phương trình (7.52) bao g m c ñ lùi c n thi t cho v tinh. B n thân tr m m t ñ t có th ph i phát nhi u sóng mang và ñ u ra c a nó cũng ñòi h i ñ lùi (ký hi u là BOHPA). B khu ch ñ i công su t l n tr m m t ñ t ph i ñư c thi t k theo công su t bão hoà ñ u ra như sau: PHPA,S =PHPA + BO HPA T s tín/t p ñư ng xu ng ðư ng xu ng là ñư ng phát t v tinh xu ng tr m m t ñ t. T s sóng mang trên m t ñ t p âm Các giá tr ñư c s d ng là EIRP v tinh, các t n hao phiñơ máy thu tr m m t ñ t và G/T máy thu tr m m t ñ t. T n hao không gian t do và các t n hao ph thu c t n s khác ñư c tính theo t n s ñư ng xu ng. T s sóng mang trên t p âm trong ñó B là ñ r ng băng t n tín hi u ñư c coi b ng ñ r ng băng t n t p âm BN 19
  20. ð lùi ñ u ra Khi s d ng ñ lùi ñ u vào như ñã nói trên, ta ph i cho phép m t ñ lùi ñ u ra tương ng EIRP v tinh. ðư ng cong hình 7.7 cho th y ñ lùi ñ u ra không quan h tuy n tính v i ñ lùi ñ u vào. M t quy t c thư ng ñư c s d ng là ch n ñ lùi ñ u ra t i ñi m ñư ng cong có giá tr 5 dB th p hơn ph n tuy n tính ngo i suy như th y hình 7.7. Vì ño n tuy n tính thay ñ i theo t l 1:1 dB, nên ñ lùi ñ u ra BOo = BOi - 5dB. Ch ng h n n u ñ lùi ñ u vào : BOi=11 dB thì ñ lùi ñ u ra b ng BOo=11-5=6 dB. EIRPD = EIRPS,D - BOo 20
Đồng bộ tài khoản