86 CHƯƠNG TÍNH TỐN TUYẾN THƠNG TIN VỆ TINH 6.1 Các tham số Các tham số sử dụng tính tốn thiết kế tóm tắt sau: A Trạm mặt đất + Vị trí địa lý trạm (vĩ độ kinh độ) + Loại anten (đường kính, hiệu suất, hệ số phẩm chất, nhiệt độ tạp âm) + Công suất máy phát B Vệ tinh + Vị trí vệ tinh quỹ đạo + Công suất xạ đẳng hướng tương đương EIRPs vệ tinh + Hệ số phẩm chất vệ tinh (G/T)S + Hệ số tạp âm máy thu vệ tinh + Băng thông máy phát đáp, dạng phân cực, dải tần làm việc 6.2 Tính tốn cự ly thơng tin, góc ngẩng góc phương vị anten trạm mặt đất 6.2.1 Cự ly thông tin Trong : góc tâm (độ) d khoảng cách từ trạm mặt đất đến vệ tinh (km) Re bán kính Trái đất, Re = 6378 km r bán kính quỹ đạo vệ tinh địa tĩnh: r = 35.768km +6.378km= 42.146km Trạm mặt đất d E Re r Tâm trái đất Vệ tinh Hình 6.1 Các tham số đường truyền trạm mặt đất - vệ tinh Góc tâm tính theo công thức: cos cos cos Le Với vĩ độ trạm mặt đất (độ) Le hiệu kinh độ đông vệ tinh với trạm mặt đất, Le Khoảng cách từ trạm mặt đất đến vệ tinh tính theo cơng thức: d (r Re2 2rRe cos ) (km) LS Le (6.1) 6.2.2 Tính tốn góc ngẩng góc phương vị 6.2.2.1Góc ngẩng Để tính góc ngẩng anten trạm mặt đất, ta dựa vào hình vẽ 6.2 r S e e Re O A M Trong hình 6.2, O tâHmìnthrá6i.2đấTt,ínAh ltàốvnị gtróí ccủngẩtnrạgm mặt đất, S vị trí vệ tinh, góc tâm, e góc ngẩng trạm mặt đất MA SM OA OS.cos tg Ta có Trong đó, MA OM SM OS.sin Từ suy ra: tg e e r sin r cos r sin Re OA r cos 0 Re cos Re sin r 6.2.2.2 Góc phương vị Cực Bắc Góc phương vị vệ tinh Góc phương vị vệ tinh 450W 30 E Vệ tinh (45oW) Vệ tinh1(300 E) Hình 6.3 Góc phương vị vệ tinh Góc phương vị góc dẫn đường cho anten quay tìm vệ tinh quỹ đạo địa tĩnh theo hướng từ Đơng sang Tây Góc phương vị xác định đường thẳng hướng phương Bắc qua trạm mặt đất với đường nối đến vệ tinh Góc xác định theo chiều kim đồng hồ hình 6.3.Góc phương vị tính theo biểu thức: a =180 + kinh độ tây a =180 - kinh độ đông a phụ thuộc vào kinh độ, vừa kinh độ điểm thu kinh độ vệ tinh Góc phương vị vệ tinh tính theo cơng thức: Vệ tinh 1: a1 =1800- kinh độ đông = 180o-30o =150o Vệ tinh 2: a2 =1800+ kinh độ tây = 180o + 45o =225o Góc phương vị a tính theo cơng thức: tg a tg Le ( sin ) (6.2) Với vĩ độ trạm mặt đất (độ) Le hiệu kinh độ đông vệ tinh với trạm mặt đất, Le = L - L s e 6.3 Tính tốn kết nối đường lên (UPLINK) 6.3.1 Công suất xạ đẳng hướng tương đương trạm mặt đất EIRPe (e để phân biệt trạm mặt đất "earth station", s - vệ tinh "satellite") Công suất xạ hiệu dụng EIRP (Equivalent Isotropic Radiated Power) gọi cơng suất xạ đẳng hướng tương đương, biểu thị cơng suất chùm sóng phát từ trạm mặt đất đến vệ tinh Được tính tích công suất máy phát đưa tới anten trạm mặt đất PTe với hệ số tăng ích anten phát GTe EIRPe PTe GTe (W) đổi đơn vị dB: EIRPe 10 lg(PTe ) GTe [dB] (6.3) EIRPe thông thường trạm mặt đất có giá trị từ 0dBW đến 90dBW, vệ tinh từ 20dBW đến 60dBW 6.3.2 Hệ số khuếch đại anten phát trạm mặt đất GTe Độ lợi anten thông số quan trọng trạm mặt đất, anten đặt ngõ vào để khuếch đại tín hiệu nhỏ từ picowatt đến nanowatt Độ khuếch đại lớn làm tăng tỷ số C/N, liên quan đến chảo anten băng tần công tác: GTe GTe 10 log DfU c , hoặc: 10 lg( ) 20 lg( DfU ) 20 lg(c) dB (6.4) với : D Đường kính anten phát f U tần số tín hiệu phát lên hiệu suất anten, thường khoảng từ 50% - 70% c vận tốc ánh sáng, c = 3.108 m/s 6.3.3 Cơng suất sóng mang thu vệ tinh Cơng suất sóng mang thu yếu tố quan trọng việc xác định chất lượng tuyến thông tin vệ tinh, cơng suất sóng mang phụ thuộc vào thiết bị công suất máy phát, hệ số tăng ích anten thu vệ tinh Cơng suất sóng mang nhận đầu vào máy thu vệ tinh xác định theo công thức : C RS EIRPe LU G RS (dB) (6.5) với : GRS - hệ số khuếch đại anten thu vệ tinh 6.3.4 Tổng suy hao tuyến lên Tổng suy hao tuyến lên: LU LSPU LFU LOU (dB) (6.6) Trong : LSPU - suy hao tuyến phát không gian tự LFU - suy hao hệ thống fiđơ đầu vào máy thu LOU - hệ số dự trữ suy hao do: thời tiết (mưa tuyến lên), lệch búp sóng phát so với vệ tinh, lệch phân cực anten Trong suy hao tuyến lên khơng gian tự tính theo biểu thức: LSPU 20 lg( f U d ) 20 lg( c (dB) ) 6.3.5 Độ lợi anten thu vệ tinh Độ lợi anten thu vệ tinh tính biểu thức: G RS ( G / T )S 10 lg TU (G/T)S hệ số phẩm chất máy thu vệ tinh TU nhiệt tạp âm tuyến lên, chủ yếu nhiệt tạp âm máy thu vệ tinh TRS nhiệt tạp âm anten thu vệ tinh TAS: TU TRS TAS 6.3.6 Công suất tạp âm tuyến lên NU NU kTU B hay tính theo dB: 10 lg( k ) 10 lg( TU 10 lg( B ) (dB) ) (6.7) Trong k số Boltzman, k =1,38.10-23 (W/Hz0K) B băng thông máy thu TU nhiệt tạp âm tuyến lên: TU TRS TAS Nhiệt tạp âm máy thu vệ tinh tính theo biểu thức: F TRS (10 10 )T0 Trong đó, F [dB] hệ số tạp âm máy thu vệ tinh T0 nhiệt độ chuẩn, T0 290 K 6.3.7 Tỷ số sóng mang tạp âm tuyến lên Trong tuyến thông tin vệ tinh, chất lượng tuyến đánh giá tỷ số cơng suất sóng mang cơng suất tạp âm (C/N), hay cơng suất sóng mang nhiệt tạp âm tương đương (C/T) Tạp âm chủ yếu phụ thuộc vào thân máy thu, vào mơi trường bên ngồi mơi trường truyền sóng can nhiễu phụ thuộc hệ thống viba lân cận C / N U C RS N U EIRPe LU G RS N U (dB) (6.8) (C/N)U tỷ số sóng mang tạp âm đầu vào giải điều chế máy thu vệ tinh 6.4 Tính tốn kết nối đường xuống (DOWNLINK) 6.4.1 Công suất xạ hiệu dụng vệ tinh Công suất xạ hiệu dụng EIRPs vệ tinh gọi cơng suất phát xạ đẳng hướng tương đương, biểu thị cơng suất chùm sóng phát từ vệ tinh đến trạm mặt đất EIRPs vệ tinh thông thường cho trước 6.4.2 Tổng suy hao tuyến xuống Tổng suy hao tuyến lên: LD Trong : LSPD LFU LOD (dB) (6.9) LSPD - suy hao tuyến xuống không gian tự LFD - suy hao hệ thống fiđơ đầu vào máy thu LOD - hệ số dự trữ suy hao do: thời tiết (mưa tuyến xuống), lệch búp sóng phát so với anten trạm mặt đất, lệch phân cực anten Trong Suy hao tuyến xuống khơng gian tự tính theo biểu thức: LSPD 20 lg( f D d ) 20 lg( c (dB) (6.10) ) 6.4.3 Hệ số khuếch đại anten thu trạm mặt đất Hệ số khuếch đại anten thu trạm mặt đất có biểu thức tính tương tự hệ số khuếch đại anten phát trạm mặt đất: G Re G Re Df D c 10 log 10 lg( ) 20 lg( Df D ) 20 lg( c ) dB (6.11) 6.4.4 Cơng suất sóng mang thu trạm mặt đất Cơng suất sóng mang nhận đầu vào máy thu trạm mặt đất xác định theo biểu thức : C Re EIRPs LD G Re (dB) (6.12) với : GRe hệ số khuếch đại anten thu trạm mặt đất 6.4.5 Công suất tạp âm hệ thống Công suất tạp âm hệ thống tính biểu thức: N SYS 10 lg( kTSYS B ) 10 log k 228,6 10 log k 10 log TSYS 10 log B TSYS nhiệt tạp âm hệ thống xem tổng bốn thành phần biểu diễn theo biểu thức: TSYS TS T A TF LF TR [0K] 6.4.6 Tỉ số cơng suất sóng mang cơng suất tạp âm tuyến xuống Tỉ số cơng suất sóng mang cơng suất tạp âm tuyến xuống là: ( C / N )D C Re N SYS EIRPs LD G Re N SYS (6.13) 6.5 BÀI TẬP TÍNH TỐN THIẾT KẾ TUYẾN THƠNG TIN VỆ TINH VỚI VỆ TINH VINASAT VÀ TRẠM MẶT ĐẤT TẠI HÀ NỘI 6.5 Một số giả thiết 6.5.1 Băng tần hoạt động Việc tính tốn tiến hành băng C, với đường lên 6GHz đường xuống 4GHz 6.5.2 Trạm mặt đất - Được đặt Hà Nội, có vĩ độ 210Bắc kinh độ 105,450Đơng - Đường kính anten 15m, hiệu suất 65% - Công suất máy phát trạm mặt đất: 40W 6.5.3 Vệ tinh - Vị trí vệ tinh 1320Đông - Công suất xạ đẳng hướng tương đương vệ tinh (EIRP)S= 40dBW - Hệ số phẩm chất máy thu vệ tinh (G/T)S = dB/0K - Hệ số tạp âm máy thu vệ tinh F = 3dB - Băng thông kênh truyền B = 36MHz  ... 90dBW, vệ tinh từ 20dBW đến 60dBW 6.3.2 Hệ số khuếch đại anten phát trạm mặt đất GTe Độ lợi anten thông số quan trọng trạm mặt đất, anten đặt ngõ vào để khuếch đại tín hiệu nhỏ từ picowatt đến nanowatt... 10 lg( k ) 10 lg( TU 10 lg( B ) (dB) ) (6.7) Trong k số Boltzman, k =1,38.10-23 (W/Hz0K) B băng thông máy thu TU nhiệt tạp âm tuyến lên: TU TRS TAS Nhiệt tạp âm máy thu vệ tinh tính theo biểu... máy thu vệ tinh T0 nhiệt độ chuẩn, T0 290 K 6.3.7 Tỷ số sóng mang tạp âm tuyến lên Trong tuyến thông tin vệ tinh, chất lượng tuyến đánh giá tỷ số cơng suất sóng mang cơng suất tạp âm (C/N), hay