Tiểu luận môn Thông tin vệ tinh

Chia sẻ: Phan Kim Bien | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:22

Thêm vào BST

Báo xấu

163
lượt xem 21
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tiểu luận môn Thông tin vệ tinh có cấu trúc gồm hai phần, trong đó phần 1 trình bày về tính toán công suất yêu cầu của máy phát trạm mặt đất trong thông tin vệ tinh; phần 2- xác định dung lượng kênh của hệ thống thông tin vệ tinh. Mời các bạn tham khảo tiểu luận để nắm bắt nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tiểu luận môn Thông tin vệ tinh

MỤC LỤC PHẦN I : TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT YÊU CẦU CỦA MÁY PHÁT TRẠM MẶT ĐẤT TRONG THÔNG TIN VỆ TINH ..... 1.1. Tính toán công suất yêu cầu của một máy phát thông tin vệ tinh từ trạm phát Hà Nội, trạm thu Bình Dương.................................................................... 1.1.1 Tính toán năng lượng đường truyền từ trạm phát Hà Nội lên vệ tinh. Xác định công suất tối thiểu của máy phát ở trạm phát Hà Nội với các điều kiện đã cho. 1.1.2 Tính tóa năng lượng đường truyền từ vệ tinh xuống trạm thu tại Bình Dương. Từ đó xác định công suất tối thiểu của máy phát ở vệ tinh với các điều kiện đã cho 1.2. Tính toán và xác định các thông số với điều kiện vào là mùa khô..................... PHẦN II : XÁC ĐỊNH DUNG LƯỢNG KÊNH CỦA HỆ THỐNG TT VỆ TINH 2.1. Dung lượng kênh của hệ thống thông tin vệ tinh trong trường hợp không nén ..... 2.2. Dung lượng kênh của hệ thống thông tin vệ tinh trong trường hợp có nén ........... 2.3. Nhận xét và đánh giá............................................................................................... PHẦN III: TÀI LIỆU THAM KHẢO 1
2
PHẦN I : TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT YÊU CẦU CỦA MÁY PHÁT TRẠM MẶT ĐẤT TRONG THÔNG TIN VỆ TINH Trong phần này , ta tực hiện phân tích và tính toán cho hai bài toán cụ thể : Bài toán 1 : Tính công suất yêu cầu của một máy phát thông tin vệ tinh từ Trạm phát Hà Nội (21º09’N, 106º14’E), trạm thu Bình Dương (10º51’N, 106º48’E). Với các điều kiện cụ thể cho mỗi trường hợp tính toán : a. Trường hợp khi xét các điều trong mùa mưa: + Vào mùa mưa, lượng mưa trung bình là 150mm/h + Nhiệt độ chọn theo mùa mưa ở Việt Nam. + Tần số fUplink = 6 Gz, fDownlink = 4 Gz. + Đường kính anten trạm mặt đất 10m . + Đường kính anten vệ tinh 1,2m. + Tỉ lệ lỗi bit cho phép (BER) là 103. + Công suất tối thiểu yêu cầu tại máy thu là PR = 75dBmW. b. Trường hợp khi xét các điều kiện chuẩn như trên sông song trong mùa khô (không có mưa). c. Tính toán các kết quả trong hai trường hợp trên và so sánh tút ra nhận xét. Bài toán 2 : Tính toán dung lượng của hệ thống thông tin vệ tinh trong hai trường hợp có nén và không nén . 1.1. Tính toán công suất yêu cầu của một máy phát thông tin vệ tinh từ trạm phát Hà Nội , trạm thu Bình Dương . * Phân tích bài toán : Với bài toán trên (Bài toán 1)có thể chia làm 3 bài toán nhỏ như sau : 3
1.Tính toán năng lượng đường truyền từ trạm phát Hà Nội lên vệ tinh, từ đó tính công suất tối thiểu của máy phát ở trạm phát Hà Nội với điều kiện đã cho. 2.Tính toán năng lượng đường truyền từ vệ tinh đến trạm thu Bình Dương , từ đó tính công suất tối thiểu của máy phát vệ tinh với điều kiện đã cho. 3.Tính các thông số năng lượng đường truyền của hệ thống thông tin trong hai trường hợp vào mùa mưa và mùa khô. Từ các kết quả tính toán ta xác định đượchệ số khuếch đại công suất tối thiểu của bộ phát đáp của vệ tinh. * Giải quyết bài toán : 1.1.1. Tính toán năng lượng đường tuyền từ trạm phát Hà Nội lên vệ tinh. Xác định công suất tối thiểu của máy phát ở trạm phát Hà Nội với các điều kiện đã cho. Công suất vào máy thu khi truyền từ trạm mặt đất đến vệ tinh được xác định qua công thức : Pr = PT + GT + GR – LTo (1.1) Trong đó : LTo = LKG + LM + Li + La + LT + NSYS (1.2) Pr Công suất vào máy thu PT Công suất ra của máy phát GR Độ lợi của anten thu GT Độ lợi của anten phát LTo Tổng suy hao LKG Suy hao trong không gian tự do Lr Suy hao do mưa Li Suy hao do hấp thụ tầng điện ly La Suy hao do hấp thụ không khí LT Suy hao do hệ thống thu phat (suy hao dp fidơ) TA Nhiệt tạp âm anten TS Nhiệt tạp âm bên ngoài T0 Nhiệt độ môi trường TR Nhiệt tạp âm máy thu NSYS Suy hao do tạp âm hệ thông ** Tính toán các thông số cụ thể như sau : a. Độ lợi của anten. Độ lợi của antenđược tính theo công thức : 4
r2 G [dB] =10 lg( ) (1.3) Trong đó r là đường kính của anten η : là hiệu suất Như vậy độ lợi của antenphats với đường kính anten là 10m, tần số phát 6GHz : C 3.10 8 λ= 0,05m f 6.10 9 r2 3,14.100 GT[dB]= 10lg = 10lg ( .0,6) 35,76 [dB] 0,05 Độ lợi của antenthu với đường kính là 1,2m r2 3,14.1,44 GR[dB] = 10lg( ) = 10.lg( .0,6) 17,35 [dB] 0,05 b. Suy hao trong không gian tự do Suy hao trong không gian tự do được tính theo công thức 2 4 D LKG[dB] = 10lg (1.4) Trong đó D là khoảng cách từ trạm phát Hà nội (210 09’N, 1060 14’E)đến vệ tinh. Từ hình 1.1, hình chiếu của vệ tinh VinaSat 1 lê quả đất có vị trí tương đối là 000 00’N, 1320 00’E. Trước hết sử dụng phần mềm tính quãng đường để tính cung tròn từ vị trí của Hà Nội đến vị trí hình chiếu của quả đất đó chính là góc ở tâm C Vệ ị trí của vệ tinh và vị trí Hà Nội. của quả đất được tạo bởi hai bán kính đi qua v 1980 ừ Hà Nội đ Khoảng cách theo khung tròn t tinh ến vị trí hình chiếu Vệ tinh là : 1980nm D (hải lí ) nm HC . Hà Vệ Nội A B tinh R α O 5
Hinh 1.1. Xác định khoảng cách từ trạm mặt đất Hà Nội đến Vệ tinh 1980 Góc α trên hình vẽ là α = 330 60 Bán kính quả đất là R = 6400 km Độ cao vệ tinh h = 35750 km Xét tam giác vuông AOB ta có : OB = R.cos α = 6400.cos 330 = 5367, 49km → BC = h + FB = 35750 = (6400 5367,49 ) = 36782,51km AB = R.sin α = 6400.sin 330 = 3485,69 km → D = 36782,512 3485,69 2 36947,3km 2 2 4 D 4.3.14.36947,3 LKG[dB] = 10lg = 10lg 139,35 [dB] 0,05 c. Suy hao do mưa (Lr) Với giả thiết đàu vào là hệ thống thông tin vệ tinh dùng hai tần số f Uplink = 6GHz, fDownlink = 4 GHz, thuộc dải tần số của Cửa sổ vô tuyến điện nên không bị suy hao do mưa (hình 1.2). Như vậy do hệ thống hoạt động ở tần số thuộc dải tần của cửa sổ vô tuyến nên mưa chỉ ảnh hưởng đến tạp âm nhiết của hệ thống . 6
Hình 1.2: Suy hao của sóng vô tuyến điện trong khí quyển. d.Suy hao do hấp thụ trong tầng điện ly ( Li) Với hệ thống thông tin vệ tinh này hoạt động trên các tần số nằm trong phạm vi của cửa sổ vô tuyến ( hình 1.2) nên suy hao do tầng điện ly gây lên là không đáng kể có thể bỏ qua . Hai suy hao do mưa và suy hao do hấp thụ trong tầng điện ly phụ thuộc vào tần số hoạt động của hệ thống . Với các dải tần số khác thì vó thể tra suy hao trong trang 79,161 tài liệu “Satellite communication technology” ). e.Suy hao do hấp thụ trong không khí ( La). Cũng do dải tần số fUplink = 6GHz, fDownlink = 4 GHz thuộc dải tần của cửa sổ vô tuyến, nên suy hao do hấp thụ trong không khí rất nhỏ có thể bỏ qua. Với các dải tần số khác thì có thể tra suy hao trong tài liệu “Satellite communication technology” f. Suy hao trong hệ thống thu và phát (LT.) Suy hao trong thiết bị thu và phát còn gọi là suy hao do hệ thống fidơ, có hai loại như sau : Suy hao L FTX giữa máy phát và anten, để anten phát được công suất PT cần phải cung cấp một công suất PTX ở đầu ra của bộ khuếch đại phát, do vậy : A A TT A A N N N N TE TE RR TE TE xx N N N N XX Tổn hao Tổn hao fidơ fidơ LL FTX LL FRX PT FTX PT PR FRX PR X X 7
Hình 1.3: Tổn hao trong hệ thống thu và phát PT = PTX – LFTX [dB] (1.5) Suy hao LFRX giữa anten và máy thu, công suất PRX ở đầu vào của máy thu bằng : PR = PRX – LFRX [dB] (1.6) Trong các hệ thống thông tin hiện nay, để đơn giản thường lấy hệ số tổn hao fidơ: LFRX = LFTX = 2[dB] suy ra LFRX = LFTX = 100,2 lần g. Suy hao nhiệt tạp âm. Công suất tạp âm N của hệ thống thu tính tại đầu vào máy thu được biểu thị bằng công thức : N = k.TSYS.B (1.7) N: công suất tạp âm k = 1,38.1023J/K : Hằng số Blozman TSYS: Nhiệt độ tạp âm tương đương của hệ thống (0 K) Nhiệt độ tạp âm tương đương của hệ thống được tính theo công thức TS T A TF TSTS = TR (1.8) LF TS : Tạp âm nhiệt bên ngoài TA: Nhiệt tạp âm anten TF : Nhiệt tạp âm hệ thống fidơ TR : Nhiệt tạp âm đầu vào máy thu LF : Suy hao của hệ thống fidơ (số thực) Tuy nhiên phương trình trên trước hết là tìm ra nhiệt tạp âm của trạm mặt đất ở đường xuống từ vệ tinh thông tin. Đối với đường lên từ một trạm mặt đất tới vệ tinh, các nguyên nhân tạp âm chinhslaf tạp máy thu và tạp bên ngoài( tạp âm bề mặt quả đất ). Vì thế ta có thể bỏ qua tạp âm hệ thông fidơ và an ten, thì có thể biểu diễn tạp âm đối với đường lên là : 8
TSYS = TS + TR (1.9) Từ TSYS để tính nhiệt tạp âm của hệ thống biểu thị bằng công thức : NSYS = 10 lg( k.TSYS.B) [dB] (1.10 ) Tạp âm nhiệt bên ngoài TS: Nhiệt tạp âm bên ngoài bao gồm : nhiệt tạp âm vũ trụ, nhiệt tạp âm của dải ngân hà, nhiệt tạp âm của mặt trời, nhiệt tạp âm do khí quyển, nhiệt tạp âm do mưa và nhiệt tạp âm từ trạm mặt đất xung quanh trạm Trong đó các loại nhiệt tạp âm vũ trụ, nhiệt tạp âm của dải ngân hà, nhiệt tạp âm của mặt trời , nhiệt tạp âm do khí quyển do dải tần số uplink và downlink trong đề bài nằm trong cửa sổ vô tuyến có nên rất bé có thể bỏ qua. Nhiệt tạp âm từ các trạm mặt đất xung quanh trạm do góc ngẩng anten của các trạm Hà Nội và Bình Dương có góc ngẩng anten lớn 45 0 và 520 nên các ảnh hưởng này không đáng kể nên có thể bỏ qua . Như vậy nhiệt tạp âm bên ngoài chủ yếu là do mưa và nó được tính theo công thức: 1 TS TM = Tm 1 (1.11) LM Trong đó: TM nhiệt tạp âm do mưa. Tm: Nhiệt độ trung bình của cơn mưa tính theo công thức : Tm = 1,12Txq – 50(0K) Txq: Nhiệt độ xung quanh của trạm mặt đất, nhiệt độ trung bình mùa mưa ở Hà Nội là 250C= 2980 K LM : Suy hao do mưa LM= 16,57 1 1 1,12.298 50 283,76 LM TS= TM= Tm Nhiệt tạp âm anten: Nhiệt độ tạp âm tương đương của máy thu do máy thu sử dụng là loại máy thu LNA nên nhiệt tạp âm tương nhỏ khoảng 400K LF= 0,2 [dB] Suy hao do tạp âm nhiệt hệ thống được tính theo [dB] 9
TS T A TF 283,76 30 298 TSYS[dB]= 10lg( TR )= 10lg 40 30,25 [dB] LF 0,6 Suy hao do băng thông: B[dB]= 10lg B= 10.lg(36.106) = 75,56[dB] Tổng suy hao do nhiệt tạp âm. N[dB]= 10lg k +10lg T +10lg B = 228,6 + 30,25 +75,56 = 122,79 [dB] Từ công thức : C/N= PR NSYS= PT +GT +GR – LT –LP – LR NSYS (1.12) PT = PR + LT +LP +LR –GT GR Với yêu cầu công suất tại máy thu lf 75[dB] ta có PT = 75dBmW + 139,35dB + 2dB + 2dB – 35,76dB – 17,35dB = 15,24 dBm EIRP = PT + GT – LT = 15,24 +35,76 2,0 =49 C/N = RT NSYS = 75 – ( 122,79) = 47,79 1.1.2. Tính toán năng lượng đương truyền từ vệ tinh xuống trạm thu tại Bình Dương. Từ đó xác định công suất tối thiểu của máy phát ở vệ tinh với các điều kiện đã cho. Tương tự như phần tính toán trong phần mềm trên. Các thành phần tính toán được chỉ ra dưới đây : a.Xác định độ lợi anten của vệ tinh . Áp dụng công thức (1.3), với đường kính anten vệ tinh là 1,2m,tần số phát 4GHz C 3.10 8 0,075m f 4.10 9 r2 3,14.1,44 Gr[dB]= 10lg =10 lg ( .0,60) 15,58 [dB] 0,075 Độ lợi của anten thu với đường kính là 10m r2 3,14.100 GR[dB]= 10.lg ( ) 10. lg( .0,6) 34 dB 0,075 b.Suy hao trong không gian tự do Suy hao trong không gian tự do được tính theo công thức (1.4). Trong trường hợp này khoảng cách D là khoảng cách được xác định từ trạm tu Bình Dương 10
(10051’N, 106048’ E).Cũng từ hình 1.4, hình chiếu của vệ tinh VinaSat 1 lên quả đất có vị trí tương đối là 00000’N, 132000’E. Sử dụng phần mềm tính quãng đường để tính cung tròn từ vị trí của Bình Dương đến vị trí hình chiếu của quả đất đó chính là góc ở tâm của quả đất được tạo bởi hai bán kính đi qua vị trí của vệ tinh và vị trí Bình Dương. Khoảng cách theo cung tròn từ Bình Dương đến vị trí chiếu Vệ tinh là : 1647 1647nm(hải lí). Góc α trên hình vẽ là α = 28 0. 60 Bán kính quả đất là R=6400 km Độ cao vệ tinh h = 35750 km Xét tam giác vuông AOB ta có : OB=R.cosα = 6400.cos280= 5650,86km → BC= h +FB = 35750 + ( 6400 5650,86)= 36499,14 km AB= R.sin α = 6400.sin 280 =3004,62km → D= 36499,14 2 3004,62 2 36622,6km Từ khoảng cách vừa tính được ở trên ta suy ra độ hao trong không gian tự do là : 2 2 4 D 4.3,14.36622,6 LKG[dB]=10lg 10 lg 135,75 dB 0,075 C Vệ 1647 tinh D nm HC . Bình Vệ Dương A B tinh R α O 11
Hình1.4: Xác định khoảng cách từ trạm mặt đất Bình Dương đến Vệ Tinh. c. Suy hao do mưa, do hấp thụ trong tầng điện ly, trong tầng khí quyển . Các suy hao này không tính đến vì tần số fDownlink= 4GHz thuộc dải tần số của cửa sổ vô tuyến. Với dải tần số này mưa chỉ ảnh hưởng đến tạp âm nhiệt của hệ thống . d.Suy hao trong hệ thống thu và phát LT. Suy hao trong thiết bị thu và phát còn gọi là suy hao do hệ thống fidơ, có hai loại như sau : Suy hao LFTX giữa máy phát và anten, để anten phát được công suất PT cần phảicung cấp một công suất PTX ở đầu ra của bộ khuếch đại phát, do vậy: PT = PTX – LFTX [dB] Suy hao LFRX giưuax anten và máy thu, công suất PRX ở đầu vào máy thu bằng: PR = PRX – LFRX [dB] Trong các hệ thống thong tin hiện nay, để đơn giản thường lấy hệ số tổn hao fidơ LFRX = LFTX = 2[dB] suy ra LFRX= LFTX = 100,2lần e.Suy hao nhiệt tạp âm . Công suất tạp âm N của hệ thống thu tính đầu vào máy thu được biểu thị bằng công thức : N = k.TSYS.B Trong đó : N : công suất tạp âm K : Hằng số Bolzman TSYS : Nhiệt độ tạp âm tương đương của hệ thống (0 K) B: Độ rộng băng thong của máy thu (hz) Nhiệt độ tạp âm tương đương của hệ thống được tính theo công thức : TS T A TF TSYS = TR LF TSYS : Nhiệt tạp âm hệ thống TS: Tạp âm nhiệt bên ngoài 12
TA: Nhiệt tạp âm anten TF: Nhiệt tạp âm hệ thống fidơ TR : Nhiêt tạp âm đầu vào máy thu LF : Suy hao của hệ thống fidơ (số thực ) Từ TSYS để tính nhiệt tạp âm của hệ thống biểu thị bằng công thức: NSYS= 10lg(k.TSYS.B) [dB] Tạp âm nhiệt bên ngoài TS Nhiệt tạp âm bên ngoài bao gồm : nhiệt tạp âm vũ trụ, nhiệt tạp âm của dải ngân hà, nhiệ t tạp âm củ mặt trời , nhiệt tạp âm do khí quyển, nhiệt tạp âm do mưa và nhiệt tạp âm từ trạm mặt đất xung quanh trạm . Trong các loại nhiệt tạp âm vũ trụ, nhiệt tạp âm của dải ngân hà, nhiệt tạp âm của mặt trời , nhiệt tạp âm do khí quyển do dải tần số uplink vag downlink trong đề bài nằm trong cửa sổ vô tuyến nên rất bé có thể bỏ qua . Nhiệt tạp âm từ các trạm mặt đất xung quanh trạm do góc ngẩng anten củ các trạm Hà Nội và Bình Dương có góc ngẩng anten lớn 450 và 520 nên các ảnh hưởng này không đấng kể, có thể bỏ qua. Như vậy, nhiệt tạp âm bên ngoài chủ yếu là do mưa và nó được tính theo công thức: 1 TM Tm 1 LM TS Trong đó : TM nhiệt tạp âm do mưa Tm : nhiệt độ trung bình của cơn mưa, tính theo công thức: Tm= 1,12Txq – 50(0K) Txq : nhiệt độ xung quanh của trạm mặt đất. Nhiệt độ trung bình mưa ở Bình Dương là 330C= 3060K LM : Suy hao do mưa LM = 16,57 1 1 1,12.306 50 292,72 LM TS= TM=Tm Nhiệt tạp âm anten: 13
Nhiệt độ tạp âm tương đương của máy thu do máy thu sử dụng là loại máy thu LNA nên nhiệt tạp âm tương đương nhỏ khoảng 400K LF= 0,2[dB] Suy hao do tạp âm nhiệt hệ thống được tính theo [dB] TS T A TF 292,72 30 306 dB 10 lg( TR ) 10 lg 40 30.366 dB TSYS LF 0,6 Suy hao do băng thông B[dB]= 10lgB = 10.log 36.106 = 75,56 [dB] Tổng suy hao do nhiệt tạp âm N[dB]= 10lg k +10 lg T +10 lg B = 228,6 + 30,366 +75,56 = 122,674 [dB] Từ công thức : C/N= PR NSYS = PT + GT + GR – LT – LP LR NSYS PT = PR + LT + LP + LR – GT –GR Với yêu cầu công suất tại máy thu là 75[dB] ta có PT = 75dBmW + 135,75dB +2 dB +2dB – 15,58dB 34dB = 15,17dBm EIRP = PT + GT – LT = 15,17 + 15,58 2,0 =28,75 C/N = RT – NSYS=75 +122,674 = 47,674 Từ các kết quả phân tích và tính toán trên ta có bảng kết quả của năng lượng đường truyền từ trạm phát Hà Nội đến trạm thu Bình Dương qua vệ tinh VinaSat 1 như sau : Bảng 1.1 Vệ tinh 132,00E Phát: Hà Nội Băng tần lên : fUplink = 6GHz Thu : Bình Dương Băng tần xuống : fDownlink= 4 GHz (PT)u dBm 15.24 (LT)u dB 2.0 (GT)u dB 35,76 14
(EIRP)u dBm 49 (LS)u dB 0 (La)u dB 0 (GR)u dB 17,35 (LR)u dB 2,0 (NSYS)u dBHz 122,79 (C/N)u dBHz 47,79 (PT)d dB 15,17 (LT)d dB 2,0 (GT)d dB 15,58 (EIRP)d dBm 28,75 (LS)d dB 0 (La)d dB 0 (GR)d dB 34 (LR)d dB 2,0 (NSYS)d dBHz 122,674 (C/N)d dBHz 47,674 1.2. Tính toán và xác định các thông số với điều kiện vào là mùa khô . GT, GR không thay đổi khi điều kiện bên ngoài thay đổi. LP, La , Li , LF , LR vẫn giữ nguyên kết quả tính toán như trong trường hợp trên, do tần số Uplink và Downlink đều nằm trong cửa sổ vô tuyến . Mưa cũng ảnh hưởng đến các thông số nhiệt tạp âm N SYS, thông số này được tính như sau : Công suất tạp âm N của hệ thống thu tính tại đầu vào máy thu được biểu thị bằng công thức : N = k.TSYS .B Trong đó : N: công suất tạp âm k : hằng số Bolzman TSYS : Nhiệt độ tạp âm tương đương của hệ thống (0K) B : Độ rộng của băng thông máy thu (Hz) Nhiệt độ tạp âm tương đương của hệ thống được tính theo công thức : 15
TS T A TF TSYS= TR LF TSYS : Nhiệt tạp âm hệ thống TS : Tạp âm hiệt bên ngoài TA : Nhiệt tạp âm anten TF : Nhiệt tạp âm hệ thống fidơ TR: Nhiệt tạp âm đầu vào máy thu LF : Suy hap của hệ thống fidơ (số thực ) Từ TSYS để tính nhiệt tạp âm của hệ thống biểu thị bằng công thức: NSYS= 10lg(k.TSYS.B) [dB] Tạp âm nhiệt bên ngoài TS Nhiệt tạp âm bên ngoài bao gồm : nhiệt tạp âm vũ trụ, nhiệt tạp âm của dải ngân hà, nhiệ t tạp âm của mặt trời , nhiệt tạp âm do khí quyển, nhiệt tạp âm do mưa và nhiệt tạp âm từ trạm mặt đất xung quanh trạm . Trong các loại nhiệt tạp âm vũ trụ, nhiệt tạp âm của dải ngân hà, nhiệt tạp âm của mặt trời , nhiệt tạp âm do khí quyển do dải tần số uplink vag downlink trong đề bài nằm trong cửa sổ vô tuyến nên rất bé có thể bỏ qua . Nhiệt tạp âm từ các trạm mặt đất xung quanh trạm do góc ngẩng anten củ các trạm Hà Nội và Bình Dương có góc ngẩng anten lớn 450 và 520 nên các ảnh hưởng này không đấng kể, có thể bỏ qua. Như vậy, nhiệt tạp âm bên ngoài chủ yếu là do mưa và nó được tính theo công thức: 1 TM Tm 1 LM TS Trong đó : TM nhiệt tạp âm do mưa Tm : nhiệt độ trung bình của cơn mưa, tính theo công thức: Tm= 1,12Txq – 50(0K) Txq : nhiệt độ xung quanh của trạm mặt đất. Nhiệt độ trung bình mùa khô ở Hà Nội là 180C= 2910K 16
LM : Suy hao do mưa LM = 16,57 1 1 1,12.291 50 275,92 LM TS= TM=Tm Nhiệt tạp âm anten: Nhiệt độ tạp âm tương đương của máy thu do máy thu sử dụng là loại máy thu LNA nên nhiệt tạp âm tương đương nhỏ khoảng 380K LF= 0,2[dB] Suy hao do tạp âm nhiệt hệ thống được tính theo [dB] TS T A TF 275,92 30 291 dB 10 lg( TR ) 10 lg 38 30,14 dB TSYS LF 0,6 Suy hao do băng thông B[dB]= 10lgB = 10.log 36.106 = 75,56 [dB] Tổng suy hao do nhiệt tạp âm N[dB]= 10lg k +10 lg T +10 lg B = 228,6 + 30,14 +75,56 = 122,9[dB] Từ công thức : C/N= PR NSYS = PT + GT + GR – LT – LP LR NSYS PT = PR + LT + LP + LR – GT –GR Với yêu cầu công suất tại máy thu là 75[dB] ta có PT = 75dBmW + 139,35dB +2 dB +2dB – 35,76dB – 17,35dB = 15,24dBm EIRP = PT + GT – LT = 15,24 + 35,76 2,0 = 49 C/N = RT – NSYS=75 +122,9= 47,9 17
PHẦN II: XÁC ĐỊNH DUNG LƯỢNG KÊNH CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH Bài toán : tính toán dung lượng kênh của hệ thống thông tin vệ tinh trong các trường hợp có nén và không nén với các điều kiện cụ thể sau : Độ rộng băng thông B = 36 MHz Điều chế QPSK Mã kênh FEC tỷ lệ ¾ Phát thoại R4 R3 R2 Mã Mã Điề P Tin tin kênh u chế Đa truy R1 HPA nhập Nén n kênh m đường Hình 2.1. Mô hình của hệ thống thông tin vệ tinh 2.1. Dung lượng kênh của hệ thống thông tin vệ tinh trong trường hợp không nén. Theo công thức của Shanon S R= B.log 1 N Tốc độ Baud (tốc độ symbol) là B 36.10 6 R1 = 30050083 1,198 1,198 Tốc độ sau điều chế ( do điều chế QPSK) nên : R2 = 2R = 2.30050083 = 60100166 Tốc độ sau mã kênh, nếu sử dụng mã NRZ thì R3 = 2.R2= 2.60100166 = 120200332 18
Tốc độ sau mã tin : Mã FEC tỷ lệ ¾ 3 3 R4 = R3 .120200332 90150249 4 4 Số kênh thoại thực tế (64kbps) R4 100 90150249 100 nch . . 1173kênh CV 120 64000 120 Hệ số dự trữ kênh là 20% 2.2. Dung lượng kênh của hệ thống thông tin vệ tinh trong trường hợp có nén . Để tăng dung lượng kênh người ta thường nén tín hiệu. Để nén tín hiệu trong mã tin có nhiều phương pháp nén khác nhau. Mỗi phương pháp cho một kết quả khác nhau, chất lượng cũng như số lượng kênh truyền khác nhau. a.Nén DPCM ( Differential Pulse Code Modulator) Khi nén DPCM thì số bit trên một symbol chỉ là 7 bit, do đó tốc độ phát thoại là 56kbps, nên số kênh toại thực tế là : R4 100 90150249 100 nchDPCM . . 1341 [kênh] CV 120 56000 120 b.Nén DPCM –P (Differential Pulse Code Modulator – Width Predictor) Khi sử dụng kĩ thuật nén DPCM –P thì sẽ giảm được 2bit/mẫu, nên số bit cần truyền là 6 bit. Do đó tốc độ phát là 48kbps, số kênh thoại thực tế là R4 100 90150249 100 nchDPCM P . . 1565 [kênh] CV 120 48000 120 c.Nén ADPCM ( Adaptive DPCM –P) Nếu sử dụng phương pháp này thì chỉ có 4bit/symbol tức đã giảm được 4 bit. Nên tốc độ phát là 32kbps, số kênh thoại thực tế là : R4 100 90150249 100 nchADPCM . . 2347 [kênh] CV 120 32000 120 19
d.Nén Vocoder – PRE –RPT Khi nén bằng phương pháp Vocoder – PRE –RPT thì tốc đô phat là : 13kbps, số kênh thoại thực tế là R4 100 90150249 100 nchVocoder PRE RPT . . 5778 [kênh] CV 120 13000 120 e.Nén Vocoder – QCE –LPC Khi nén bằng phương pháp Vocoder – QCE –LPC thì tốc đô phat là : 9,6kbps, số kênh thoại thực tế là R4 100 90150249 100 nchVocoder QCE LPC . . 7825 [kênh] CV 120 9600 120 f.Nén Vocoder – QCE LP Khi nén bằng phương pháp Vocoder – QCE LP (Chỉ sử dụng trong quân sự )thì tốc đô phat là : 2,4kbps, số kênh thoại thực tế là R4 100 90150249 100 nchVocoder QCELP . . 31302 [kênh] CV 120 2400 120 2.3 Nhận xét và đánh giá. Rõ ràng khi sử dụng các phương pháp nén khác nhau thì kênh truyền tăng lên đáng kể, phụ thuộc vào từng phương pháp khác nhau. Tuy nhiên khi tốc độ mỗi kênh giảm xuống thì tỉ lệ lỗ bít(BER) sẽ tăng lên. Chính vì thế, để khắc phục nhược điểmvà tận dụng mặt ưu điểm của các phương pháp nén người ta sử dụng các kĩ thuật khác nhau như các phương pháp ghép kênh và mã hóa kênh để hạn chế tỉ lệ lỗi bit . Song khi sử dụng các biện pháp để khắc phục lại giảm số kênh thực, nhưng vẫn lớn hơn số kênh thực khi không nén. Tùy điều kiênj cụ thể để lựa chọn các phương pháp nén và mã hóa khác nhau để đạt chất lượng kênh truyền thực tế là cao nhất có thể . Trong thông tin vệ tinh hiện nay, do quãng đường truyền tin xa, gặp suy hao lớn nên thường sử dụng tốc độ kênh thoại là 4,8kbps hoặc 9.8 kbps. Tốc độ thấp nhất hiện nay 2,4kbps và mới chỉ được sử dụng trong quân sự . 20