Bài tập : Vi Ba – Vệ Tinh GVHD: Nguyễn Văn Tuấn TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TUYẾN THÔNG TIN VỆ TINH VỆ TINH VINASAT VA TRẠM MẶT ĐẤT TẠI TAM KỲ - QUẢNG NAM *** 1. Một số giả thiết 1.1 Băng tần hoạt động -Băng tần K u với f u =14Ghz,f D =11Ghz. 1.2 Trạm mặt đất - Đặt tại Tam Kỳ-Quảng Nam có vĩ độ 15.2 0 Bắc,kinh độ 108.3 0 Đông. - Đường kính anten D=20m,hiệu suất . - Công suất của máy phát trạm mặt đất:P Te =65W. - Độ cao anten trạm mặt đất so với mặt nước biển: h s =7(m). 1.3 Vệ tinh - Vị trí 132 0 Đông. - Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương của vệ tinh (EIRP) s =50dBW. - Hệ số phẩm chất của máy thu vệ tinh (G/T) s =5dB/ 0 K. - Hệ số tạp âm của máy thu vệ tinh F=4dB. - Băng thông kênh truyền B=36Mhz. 1.4 Thêm một số giả thiết - Suy hao độ lệch hướng búp sóng: 0.9dB - Suy hao do phi đơ: 1dB. Page 1 Bài tập : Vi Ba – Vệ Tinh GVHD: Nguyễn Văn Tuấn - Hệ số suy hao do mưa: 2.66dB/Km,độ cao vùng mưa 3.028km. - Hệ số suy hao do tầng đối lưu: 0.02dB/Km. - Nhiệt độ xung quanh trạm mặt đất: T xq =300 0 K. - Suy hao do lệch phân cực: 0.5dB. 2 Tính toán cự ly thông tin và góc ngẩng anten trạm mặt đất 2.1 Cự ly thông tin Trong đó: là góc ở tâm (độ). d là khoảng cách từ trạm mặt đất đến vệ tinh (km) d = [km] - Bán kính trái đất = 6378 km - Bán kính quỹ đạo vệ tinh địa tĩnh r = 6378 + 35768 = 42146 km - Vĩ độ của trạm mặt đất tại Quảng Nam: 15.2 0 - Hiệu kinh độ của vệ tinh và trạm mặt đất: 132 - 108.3 = 23.7 0 = 0.884 Suy ra = 27.92 0 - Cự ly thông tin: d= d=36629.4[km] Page 2 Bài tập : Vi Ba – Vệ Tinh GVHD: Nguyễn Văn Tuấn 2.2 Góc ngẩng anten trạm mặt đất Trong hình vẽ trên, O là tâm trái đất, A là vị trí của trạm mặt đất, S là vị trí của vệ tinh,là góc ở tâm, là góc ngẩng của trạm mặt đất. Ta có: Trong đó, MA = OM - OA = OS cos - OA = R cos-R e SM = OSsin=rsin Từ đó ta có: 3 Tính toán tuyến lên 3.1 Độ lợi anten phát trạm mặt đất Trong đó hiệu suất anten: Đường kính anten: D=20m Tần số phát lên: Ghz=14.10 9 Hz Vận tốc truyền sóng: c=3.10 8 m/s Thay các giá trị vào ta được: [dB] 3.2 Công suất phát trạm mặt đất 3.3 Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương của trạm mặt đất Page 3 Bài tập : Vi Ba – Vệ Tinh GVHD: Nguyễn Văn Tuấn Trong đó ,=18.13[dBW] Suy ra [dBW] (1dB là suy hao do một số yếu tố : nối, chia…) 3.4 Tổng suy hao tuyến lên Tổng suy hao tuyến lên: [dB] 3.4.1 Suy hao trong không gian tự do Suy hao trong không gian tự do của tuyến lên: [dB] 3.4.2 Tính toán suy hao do mưa - Đoạn đường thực tế sóng đi trong mưa: với : độ cao cơn mưa : chiều cao của anten so với mặt nước biển suy ra: với hệ số suy hao do mưa: [dB/km] Suy hao do mưa tuyến lên: =3.585*2.66=9.536 [dB] 3.4.3 Suy hao do anten phát trạm mặt đất đặt chưa đúng(chính là suy hao độ lệch hướng búp sóng) Page 4 Bài tập : Vi Ba – Vệ Tinh GVHD: Nguyễn Văn Tuấn [dB] 3.4.4 Suy hao do anten thu vệ tinh đặt chưa đúng (chính là suy hao độ lệch hướng búp sóng) 0.9[dB] 3.4.5 Suy hao do không phối hợp phân cực [dB] 3.4.6 Suy hao do tầng đối lưu - Tầng đối lưu có độ cao từ 10 đến 15 km. với hệ số suy hao do tầng đối lưu là 0.02[dB/km] Suy ra suy hao do tầng đối lưu là: [dB] 3.4.7 Suy hao do phi đơ (chính là suy hao do trong thiết bị phát và thu) ở mỗi bên [dB] Suy ra tổng suy hao tuyến lên [dB] 206.641+1*2+(9.536+0.2+0.5+0.9+0.9) [dB] [dB] 3.5 Tính toán nhiệt tạp âm tuyến lên - Nhiệt tạp âm tuyến lên chủ yếu là nhiệt tạp âm của máy thu vệ tinh và nhiệt tạp âm anten thu vệ tinh. - Nhiệt tạp âm của máy thu vệ tinh: Trong đó,F[dB] là hệ số tạp âm máy thu vệ tinh,giả thiết cho F=4[dB] T 0 = suy ra nhiệt tạp âm của máy thu vệ tinh là: - Nhiệt tạp âm của anten thu vệ tinh: = suy ra nhiệt tạp âm tuyến lên: 3.6 Công suất tạp âm tuyến lên Page 5 Bài tập : Vi Ba – Vệ Tinh GVHD: Nguyễn Văn Tuấn 10 lgkT U B=10lgk+10lgT U +10lgB với k là hằng số Boltzmann,k=1.38*10 -23 [W/Hz/K] T U là tạp âm tuyến lên ,T U =728.45[ 0 K] B=36[MHz];10lgk=-228.6 suy ra N U =10lg(1.38*10 -23 )+10lg728.45+10lg36*10 6 = -124.41[dBW] 3.7 Độ lợi anten thu vệ tinh G RS =(+10lgT U với =5(dB/ 0 K) suy ra G RS =5+10lg728.45=33.62[dB] 3.8 Công suất sóng mang nhận được tại đầu vào máy thu vệ tinh C RS =EIRP E -L U +G RS [dBW] với EIRP E = 84.603[dBW] suy ra C RS =84.603-220.677+33.62=-102.454[dBW] 3.9 Tỷ số công suất sóng mang trên công suất tạp âm tuyến lên (C/N) U =C RS -N U với C RS =-102.454[dBW] N U =-124.41[dBW] Suy ra (C/N) U =-102.454+124.41=21.956[dBW] 4 Tính toán tuyến xuống 4.1 Tổng suy hao tuyến xuống 4.1.1 Suy hao trong không gian tự do Page 6 Bài tập : Vi Ba – Vệ Tinh GVHD: Nguyễn Văn Tuấn Trong đó d=36629.4[km]=36629.4*10 3 [m] f D =11[GHz]=11*10 9 [Hz] [dB] 4.1.2 Suy hao do mưa L RU =L RD =9.536[dBW] 4.1.3 Suy hao do anten phát vệ tinh đặt chưa đúng (chính là suy hao độ lệch hướng búp sóng) [dB] 4.1.4 Suy hao do anten thu trạm mặt đất đặt chưa đúng (chính là suy hao độ lệch hướng búp sóng) 0.9[dB] 4.1.5 Suy hao do không phối hợp phân cực [dB] 4.1.6 Suy hao do tầng đối lưu [dB] 4.1.7 Suy hao do phi đơ (chính là suy hao do trong thiết bị phát và thu) ở mỗi bên [dB] Suy ra tổng suy hao tuyến lên: [dB] 204.546+1*2+(9.536+0.2+0.5+0.9+0.9) [dB] [dB] 4.2 Độ lợi anten thu trạm mặt đất Với D=20[m],,=11*10 9 [Hz] [dB] 4.3 Công suất sóng mang nhận được tại đầu vào máy thu trạm mặt đất C RE =EIRP S -L D +G RE [dBW] Với EIRP S =50 [dBW],L D =218.582 [dB],G RE =65.38 [dB] Page 7 Bài tập : Vi Ba – Vệ Tinh GVHD: Nguyễn Văn Tuấn Suy ra C RE =EIRP S -L D +G RE =50-218.582+65.38= -103.202[dBW] Page 8 Bài tập : Vi Ba – Vệ Tinh GVHD: Nguyễn Văn Tuấn 4.4 Tính toán tạp âm tuyên xuống 4.4.1 Nhiệt tạp âm không gian T S -Nhiệt tạp âm không gian chủ yếu là nhiệt tạp âm vũ trụ có độ lớn khoảng 2.76 0 K và nhiệt tạp âm mặt trời có độ lớn khoảng 50 0 K. Suy ra T S =2.76+50=52.76[ 0 K] 4.4.2 Nhiệt tạp âm do mưa T M =T m (1-) [ 0 K] -Nhiệt độ trung bình cơn mưa: T m =1.12T xq -50[ 0 K] với T xq =300[ 0 K] suy ra T m =1.12*300-50=286[ 0 K] -Suy hao sóng điện từ do mưa là: L M ==10 9.536/10 =8.9866 Suy ra T M =254.2[ 0 K] 4.4.3 Nhiệt tạp âm do hệ thống phi đơ T F =T 0 (L F -1) [ 0 K] với nhiệt độ môi trường T 0 =300[ 0 K] Suy hao phi đơ L F =10 1/10 =1.259 suy ra nhiệt tạp âm do hệ thống phi đơ là: T F =300*(1.259-1)=77.7 [ 0 K] Page 9 Bài tập : Vi Ba – Vệ Tinh GVHD: Nguyễn Văn Tuấn 4.4.4 Nhiệt tạp âm máy thu T R -Nhiệt tạp âm của máy thu chủ yếu phụ thuộc vào nhiệt tạp âm của tầng đầu tiên T 1 .Thông thường nhiệt tạp âm tầng đầu tiên T 1 có giá trị từ 50 0 K đến 300 0 K. Ta chọn: T R =T 1 =150 0 K 4.4.5 Nhiệt tạp âm của hệ thống T SYS = Trong đó, 52.76[ 0 K],T A =T M =254.2[ 0 K] L F =1.259,T F =77.7[ 0 K],T R =150[ 0 K] Suy ra nhiệt tạp âm của hệ thống là: T SYS =455.53[ 0 K] 4.5 Công suất tạp âm hệ thống 10lgkT SYS B=10lgk+10lgT SYS +10lgB với k là hằng số Boltzmann,k=1.38*10 -23 [W/Hz/K] T SYS là tạp âm tuyến xuống ,T SYS =455.53[ 0 K] B=36[MHz];10lgk=-228.6 Suy ra N SYS =-228.6+10lg455.53+10lg36*10 6 = -126.45[dBW] 4.6 Tỷ số công suất sóng mang trên công suất tạp âm tuyến xuống (C/N) D = C RE - N SYS Trong đó : C RE = -103.202[dBW], N SYS = - 126.45[dBW] (C/N) D = - 103.202 + 126.45 = 23.248[dB] * Kết luận : Để đánh giá chất lượng của một tuyến thông tin vệ tinh, người ta thường dùng tỉ số công suất sóng mang trên công suất tạp âm (C/N).Tùy vào từng loại hình dịch vụ cụ thể mà tỉ số (C/N) yêu cầu sẽ khác nhau .Tuy nhiên, với tỷ số (C/N) tính toán ở trên có thể đáp ứng cho tất cả các loại hình dịch vụ.Như vậy, tuyến thông tin vệ tinh ta thiết kế hoạt động tốt. Page 10 [...]...Bài tập : Vi Ba – Vệ Tinh GVHD: Nguyễn Văn Tuấn TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 Vi ba số tập 1,2, NXBKHKT, 1993 2 Vi ba số tập 1,2, NXB Bưu điện,Bộ Bưu chính viễn thông 2006 3 General on Microwave Links, Alcatel, 1998 4 Microwave Equipment MiniLink, Erisson, 1999 5 Lý thuyết viễn thông, NXBKHKT, 1997 6.Satellite Communications Systems, G Maral&M Bousquet,... Communications Systems, G Maral&M Bousquet, John Wily&Son Ltd, 1993 http://en.wikipedia.org/wiki/Fresnel_zone http://www.afar.net/fresnel-zone-calculator/ http://www.vias.org/wirelessnetw/wndw_04_08b.html http://en.wikipedia.org/wiki/Fresnel_zonehttp://www.afar.net/fresnel-zonecalculator/http://www.vias.org/wirelessnetw/wndw_04_08b.html Page 11 . Vi Ba – Vệ Tinh GVHD: Nguyễn Văn Tuấn TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TUYẾN THÔNG TIN VỆ TINH VỆ TINH VINASAT VA TRẠM MẶT ĐẤT TẠI TAM KỲ - QUẢNG NAM *** 1. Một số giả thiết 1.1 Băng tần hoạt động -Băng. đất = 6378 km - Bán kính quỹ đạo vệ tinh địa tĩnh r = 6378 + 35768 = 42146 km - Vĩ độ của trạm mặt đất tại Quảng Nam: 15.2 0 - Hiệu kinh độ của vệ tinh và trạm mặt đất: 132 - 108.3 = 23.7 0 . 0.5dB. 2 Tính toán cự ly thông tin và góc ngẩng anten trạm mặt đất 2.1 Cự ly thông tin Trong đó: là góc ở tâm (độ). d là khoảng cách từ trạm mặt đất đến vệ tinh (km) d = [km] - Bán kính trái đất