Đồ án Tính can nhiễu giữa các vệ tinh

Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 1 MỤC LỤC MỤC LỤC ...................................................................................................................1 CÁC HÌNH VẼ SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN ....................................................4 CÁC BẢNG BIỂU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN ..............................................6 CÁC TỪ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN............................................7 TÓM TẮT ĐỒ ÁN .................................................... Error! Bookmark not defined. LỜI NÓI ĐẦU ..........................................................................................................10 CHƢƠNG I ...............................................................................................................11 TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN VỆ TINH .............................................................11 1.1. Giới thiệu ........................................................................................................11 1.1.1. Lịch sử phát triển của thông tin vệ tinh ...................................................11 1.1.2. Cấu trúc tổng thể của một đƣờng thông tin vệ tinh .................................13 1.1.3. Các đặc điểm của thông tin vệ tinh ..........................................................13 1.2. Các dạng quỹ đạo của vệ tinh .........................................................................15 1.2.1. Các dạng quỹ đạo của vệ tinh ..................................................................15 1.2.2. Các thông số chính của vệ tinh địa tĩnh ...................................................17 1.3. Những vấn đề chung của thông tin vệ tinh .....................................................19 1.3.1. Các phƣơng pháp đa truy nhập vệ tinh ....................................................19 1.3.2. Các băng tần cho thông tin vệ tinh ..........................................................25 1.4. Các loại dịch vụ trong thông tin vệ tinh .........................................................31 1.5. Định vị và duy trì vệ tinh trên quỹ đạo...........................................................32 a. Phóng vệ tinh lên quỹ đạo địa tĩnh.................................................................32 b. Đƣa vệ tinh vào quỹ đạo đĩa tĩnh ...................................................................33 c. Duy trì vệ tinh trên quỹ đạo ...........................................................................34 CHƢƠNG II ..............................................................................................................35 TỔNG QUAN VỀ VỆ TINH VIỄN THÔNG VINASAT ........................................35 2.1. Các thông số chính của vệ tinh Vinasat .........................................................36 2.1.1. Các thông số kỹ thuật chính của vệ tinh Vinasat .....................................36 2.1.2. Các giới hạn khai thác của vệ tinh Vinasat ..............................................37 2.2. Phần không gian .............................................................................................39 Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 2 2.2.1. Bộ phát đáp ..............................................................................................39 2.2.2. Máy thu băng rộng ...................................................................................40 2.2.3. Bộ phân kênh vào ....................................................................................42 2.2.4. Bộ khuếch đại công suất ..........................................................................44 2.2.5. Phân hệ anten ...........................................................................................44 2.2.6. Phân hệ thông tin .....................................................................................46 2.2.7. Phân hệ đo bám và điều khiển từ xa ........................................................47 2.3. Phần mặt đất ...................................................................................................49 2.3.1. Hệ thống TVRO .......................................................................................49 2.3.2. Trạm mặt đất thu, phát .............................................................................49 2.4. Các sơ đồ phân kênh của vệ tinh Vinasat .......................................................51 2.5. Vùng phủ sóng vệ tinh Vinasat ......................................................................54 CHƢƠNG III ............................................................................................................55 SUY HAO TRONG THÔNG TIN VỆ TINH ...........................................................55 3.1. Suy hao trong thông tin vệ tinh ......................................................................55 3.1.1. Suy hao trong không gian tự do ...............................................................55 3.1.2. Suy hao do tầng đối lƣu ...........................................................................56 3.1.3. Suy hao do tầng điện ly ...........................................................................57 3.1.4. Suy hao do thời tiết ..................................................................................57 3.1.5. Suy hao do đặt anten chƣa đúng ..............................................................58 3.1.6. Suy hao trong thiết bị thu .........................................................................58 3.1.7. Suy hao do phân cực không đối xứng .....................................................58 3.1.8. Nhiễu từ vệ tinh khác ...............................................................................58 3.1.9. Trễ truyền dẫn ..........................................................................................59 3.2. Lý thuyết tính toán..........................................................................................59 3.2.1. Một số thuật ngữ và lý thuyết tính toán ...................................................59 3.2.2. Khảo sát thông số EIRP và G/T ở nƣớc ta...............................................62 CHƢƠNG IV ............................................................................................................64 TÍNH NHIỄU ẢNH HƢỞNG GIỮA VỆ TINH VINASAT VỚI VỆ TINH LÂN CẬN ..........................................................................................................................64 4.1. Giá trị ngƣỡng của ∆T/T ................................................................................64 Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 3 4.2. Chồng lấn tần số giữa hai vệ tinh ...................................................................67 4.2.1. Chồng lấn tần số chỉ downlink (wanted) .................................................67 4.2.2. Chồng lấn tần số chỉ uplink (wanted) .....................................................67 4.2.3. Chồng lấn tần số chỉ uplink (interfering) .................................................68 4.2.4. Chồng lấn tần số chỉ downlink (interfering) truyền đến ES ....................68 4.2.5. Chồng lấn tần số cả uplink và downlink ..................................................69 4.2.6. Chồng lấn tần số với interfering chỉ downlink tác động đến SAT ..........69 4.2.7. Chồng lấn tần số với interfering chỉ downlink tác động đến SAT (SAT chỉ uplink) ..........................................................................................................70 4.3. Cung Phối Hợp Quỹ Đạo ...............................................................................70 4.4. Tính C/I ..........................................................................................................71 4.5. Tính toán thực tế .............................................................................................74 CHƢƠNG V ..............................................................................................................79 XÂY DỰNG PHẦN MỀM TÍNH CAN NHIỄU GIỮA VỆ TINH VINASAT VỚI VỆ TINH LÂN CẬN ................................................................................................79 TỔNG KẾT ...............................................................................................................85 TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................86 PHỤ LỤC ..................................................................................................................87 Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 4 CÁC HÌNH VẼ SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN Hình vẽ Nội dung Trang Hình 1.1 Sơ đồ đường thông tin vệ tinh 13 Hình 1.2 Ba dạng quỹ đạo cơ bản của vệ tinh 16 Hình 1.3 Tóm tắt các dạng quỹ đạo của vệ tinh 16 Hình 1.4 “Góc nhìn” từ vệ tinh địa tĩnh 18 Hình 1.5 Vị trí 3 vệ tinh địa tĩnh phủ sóng toàn cầu 19 Hình 1.6 Các thông số hình học giữa trạm mặt đất và vệ tinh 19 Hình 1.7 Băng thông sóng mang truyền dẫn theo các kỹ thuật truy nhập FDMA, TDMA, CDMA 24 Hình 1.8 Sự phụ thuộc hấp thụ khí quyển vào tần số 26 Hình 1.9 Quỹ đạo Hohman 33 Hình 2.1 Quy hoạch tần số và phân cực, tần số trên hình vẽ đo bằng MHz 39 Hình 2.2 Các kênh của bộ phát đáp vệ tinh 40 Hình 2.3 Máy thu băng rộng vệ tinh 42 Hình 2.4 Bộ phân kênh vào 43 Hình 2.5 Sơ đồ khối và biểu đồ các mức tương đối điển hình trong một bộ phát đáp 44 Hình 2.6 Phân hệ anten cho vệ tinh 46 Hình 2.7 Sơ đồ khối phân hệ thông tin cho vệ tinh 47 Hình 2.8 Sơ đồ khối trạm mặt đất 50 Hình 3.1 Tổn hao Fiđơ 58 Hình 3.2 Can nhiễu giữa các hệ thống thông tin vệ tinh 59 Hình 3.3 Góc ngẩng vệ tinh 60 Hình 4.1 Giá trị C/N 64 Hình 4.2 Sơ đồ tuyến thông tin vệ tinh 65 Hình 4.3 Vệ tinh gây nhiễu 66 Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 5 Hình 4.4 Chồng lấn tần số chỉ downlink (wanted) 67 Hình 4.5 Chồng lấn tần số chỉ uplink (wanted) 67 Hình 4.6 Chồng lấn tần số chỉ uplink (interfering) 68 Hình 4.7 Chồng lấn tần số chỉ downlink (interfering) truyền đến ES 68 Hình 4.8 Chồng lấn tần số cả uplink và downlink 69 Hình 4.9 Chồng lấn tần số với interfering chỉ downlink tác động đến Sat 69 Hình 4.10 Chồng lấn tần số với interfering chỉ downlink tác động đến Sat (Sat chỉ uplink) 70 Hình 4.11 Nghiên cứu tình huống 1 74 Hình 4.12 Nghiên cứu tình huống 2 76 Hình 5.1 Thuật toán chương trình 80 Hình 5.2 Giao diện chính 81 Hình 5.3 Interfering Sat F, P, Orbit... 81 Hình 5.4 Wanted Sat F, P, Orbit... 82 Hình 5.5 Công cụ tính toán 83 Hình 5.6 Các kết quả d, L, θ... 83 Hình 5.7 Các kết quả ∆Te, ∆Ts, M… 84 Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 6 CÁC BẢNG BIỂU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN Bảng Nội Dung Trang Bảng 1.1 Các tham số chính của vệ tinh trong băng tần C 26 Bảng 1.2 Các tham số chính của trạm mặt đất trong băng tần C 27 Bảng 1.3 Các tham số chính của vệ tinh băng tần Ku điển hình 28 Bảng 1.4 Các tham số chính của trạm mặt đất băng tần Ku điển hình 29 Bảng 1.5 Các tham số chính của vệ tinh băng tần Ka điển hình 29 Bảng 1.6 Các tham số chính của trạm mặt đất băng tần Ka điển hình 30 Bảng 2.1 Phân kênh tần số đường lên băng C 51 Bảng 2.2 Phân kênh tần số đường xuống băng C 51 Bảng 2.3 Phân kênh tần số đường lên băng Ku 52 Bảng 2.4 Phân kênh tần số đường xuống băng Ku 53 Bảng 3.1 EIRP và G/T ở băng tần C 62 Bảng 3.2 EIRP và G/T ở băng tần Ku 63 Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 7 CÁC TỪ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN TTVT TTVT Thông tin vệ tinh SES Satellite earth station Vệ tinh địa tĩnh Ethnic and language Ethnic and language Các nhóm ngôn ngữ và dân tộc VSAT Small aperture terminals Anten thu vệ tinh nhỏ HEO High earth orbits Quỹ đạo tầm cao LEO Low earth orbits Quỹ đạo thấp GEO GEO-stationary earth orbits Quỹ đạo địa tĩnh S S Cự ly từ trạm mặt đất đến vệ tinh C C Vận tốc ánh sáng T T Thời gian trễ truyền sóng từ một trạm mặt đất đến vệ tinh FDMA Frequency division multiple acces Đa truy nhập phân chia theo tần số TDMA Time division multiple acces Đa truy nhập phân chia theo thời gian CDMA Code division multiple acces Đa truy nhập phân chia theo mã MF/TDMA Multiple frequency Đa truy nhập phân chia theo thời gian / Đa tần số MF/CDMA Multiple frequency Đa truy nhập phân chia theo mã / Đa tần số CPDMA Code phase division multiple acces Đa truy nhập phân chia theo pha mã MF/CPDMA Multiple frequency Đa truy nhập phân chia theo pha mã / Đa tần MCPC Multi channel per carrier Đa kênh trên một sóng mang IDR IDR Sóng mang điều chế số Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 8 FDM FDM Ghép kênh phân chia theo tần số TDM TDM Ghép kênh phân chia theo thời gian FEC Forward error correct Mã sửa lỗi trước Backoff Backoff Độ lùi VNPT VNPT Tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt Nam EIRP Equivalent isotropic radiated power Công suất bức xạ đẳng hướng bộ phát đáp IBO Input back off power Độ lùi công suất đầu vào bộ phát đáp OBO Output back off power Độ lùi công suất đầu ra bộ phát đáp SFD SFD Mật độ thông lượng bão hòa bộ phát đáp G/T G/T Hệ số khuếch đại trên nhiệt tạp âm bộ phát đáp SCPC Single channel per carrier Đơn kênh trên 1 sóng mang U Uplink Tuyến lên V Vertically Phân cực đứng BSS Broadcast satellite service Dịch vụ quảng bá qua vệ tinh C/N Carrier/Noise Tỷ số sóng mang trên nhiễu D Downlink Tuyến xuống DBS Digital broadcasting system Hệ quảng bá kỹ thuật số ES Earth station Trạm mặt đất FSS Fixed satellite service Dịch vụ vệ tinh cố định H Horizontally Phân cực ngang HPA High power amplifiers Khuếch đại công suất cao Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 9 TÓM TẮT ĐỒ ÁN  Trong đồ án này, chúng ta sẽ tìm hiểu về hệ thống thông tin vệ tinh nói chung và vệ tinh VINASAT của Việt Nam nói riêng. Trên cơ sở dữ liệu và số liệu đã có giúp ta tính toán các nhiễu ảnh hƣởng đến vệ tinh VINASAT, để đƣa ra biện pháp khắc phục đến mức tối đa nhiễu ảnh hƣởng đến vệ tinh VINASAT.  Cụ thể đồ án đƣợc chia làm 5 chƣơng nhƣ sau: - Chƣơng 1: Tổng quan về thông tin vệ tinh - Chƣơng 2: Tổng quan về vệ tinh viễn thông Vinasat - Chƣơng 3: Suy hao trong thông tin vệ tinh - Chƣơng 4: Tính nhiễu ảnh hƣởng giữa vệ tinh Vinasat với vệ tinh lân cận - Chƣơng 5: Xây dựng phần mềm tính can nhiễu giữa vệ tinh Vinasat với vệ tinh lân cận ABSTRACT  In this project, we will learn about satellite communication systems in general and Vietnam's Vinasat particular. Based on the data and the data has helped us to calculate the noise impact Vinasat, to offer remedies to the maximum noise affecting Vinasat.  Project is divided into 5 chapters as follows: - Chapter 1: General about satellite communication - Chapter 2: General about Vinasat telecommunication satellite - Chapter 3: Attenuation in satellite communication - Chapter 4: Interference effects between satellite Vinasat nearby - Chapter 5: Develop computer software Vinasat interference between adjacent satellite Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 10 LỜI NÓI ĐẦU Thông tin vệ tinh mới chỉ xuất hiện trong hơn năm thập kỷ qua nhƣng đã phát triển rất nhanh chóng trên thế giới cũng nhƣ trong nƣớc ta, mở ra một thời kỳ mới cho sự phát triển trong mọi lĩnh vực khoa học cũng nhƣ đời sống nói chung và đặc biệt ngành viễn thông nói riêng. Thông tin vệ tinh có ƣu điểm nổi bật là vùng phủ sóng rất rộng, triển khai lắp đặt nhanh và khả năng cung cấp dịch vụ đa dạng cho ngƣời dùng. Nó là phƣơng tiện hữu hiệu nhất để kết nối thông tin liên lạc với các vùng xa xôi, biên giới, hải đảo, nơi mà mạng thông tin cố định không thể tới đƣợc, đồng thời thông tin vệ tinh nhờ ƣu điểm triển khai lắp đặt và thiết lập liên lạc nhanh sẽ là phƣơng tiện liên lạc cơ động giúp ứng cứu kịp thời trong các tình huống khẩn cấp. Đề tài này cung cấp những thông tin của vệ tinh nói chung và vệ tinh VINASAT của Việt Nam nói riêng, trên cơ sở dữ liệu và số liệu đã có giúp ta tính toán các nhiễu ảnh hƣởng đến vệ tinh VINASAT, để đƣa ra biện pháp khắc phục đến mức tối đa nhiễu ảnh hƣởng đến vệ tinh VINASAT. Tài liệu tham khảo dựa trên một số giáo trình đƣợc cung cấp bởi trƣơng ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI và một số tài liệu nƣớc ngoài, do thời gian hạn chế và trình độ có hạn , nên các vần đề trình bày có thể còn nhiều thiếu sót, tôi sẽ tiếp tục cập nhật, sửa chữa và bổ sung cho hoàn thiện. Tôi xin chân thành cảm ơn Giảng Viên Nguyễn Tiến Khải đã tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ tôi về hƣớng nghiên cứu, tài liệu, phƣơng pháp làm việc trong thời gian thực hiện bản luận án này. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn tập thể công ty “Cục tần Số Vô Tuyến Điện” đã đóng góp những ý kiến và tài liệu hết sức quý báu để tôi hoàn thiện bản luận án này. Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 11 CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN VỆ TINH * Nội dung chính của chƣơng gồm: + Giới thiệu lịch sử phát triển và đặc điểm của thông tin vệ tinh + Dạng quỹ đạo và thông số vệ tinh + Phƣơng pháp truy nhập và phân bổ tần số + Dịch vụ khai thác + Định vị và duy trì 1.1. Giới thiệu 1.1.1. Lịch sử phát triển của thông tin vệ tinh  Vào cuối thế kỷ 19, nhà bác học Nga Tsiolkovsky (1857-1935) đã đƣa ra các khái niệm cơ bản về tên lửa đẩy dùng nhiên liệu lỏng. Ông cũng đƣa ra ý tƣởng về tên lửa đẩy nhiều tầng, các tàu vũ trụ có ngƣời điều khiển thăm dò vũ trụ.  Năm 1926 Robert Hutchinson Goddard thử nghiệm thành công tên lửa đẩy dung nhiên liệu lỏng.  Tháng 5 năm 1945 Arthur Clarke nhà vật lý nổi tiếng ngƣời Anh đồng thời là tác giả của mô hình viễn tƣởng thông tin toàn cầu, đã đƣa ra ý tƣởng sử dụng một hệ thống gồm 3 vệ tinh địa tĩnh dùng để phát thanh quảng bá trên toàn thế giới.  Tháng 10 năm 1957 lần đầu tiên trên thế giới, Liên Xô phóng thành công vệ tinh nhân tạo SPUTNIK – 1. Đánh dấu một kỷ nguyên về thông tin vệ tinh (TTVT).  Năm 1958 bức điện đầu tiên đƣợc phát qua vệ tinh SCORE của Mỹ, bay ở quỹ đạo thấp.  Năm 1963 một vệ tinh địa tĩnh đầu tiên có tên là SYNCOM, có độ cao bay 36000 km đã truyền hình trực tiếp thế vận hội Olympic Tokyo từ Nhật về Mỹ. Đồ án tốt nghiệp Tính can nhiễu giữa các vệ tinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Linh 12  Năm 1964 thành lập tổ chức TTVT quốc tế INTELSAT.  Năm 1965 ra đời hệ thông TTVT thƣơng mại đầu tiên INTELSAT – 1 với tên gọi Early Bird.  Năm 1965 Liên Xô phóng TTVT MOLNYA lên quỹ đạo elip.  Năm 1971 thành lập tổ chức TTVT quốc tế INTERSPUTNIK gồm Liên Xô và 9 nƣớc XHCN.  Năm 1972 – 1976 Canada, Mỹ, Liên Xô, Indonexia sử dụng vệ tinh cho thông tin nội địa.  Năm 1979 thành lập tổ chức thông tin hàng hải quốc tế qua vệ tinh INMARSAT.  Năm 1984 Nhật Bản đƣa vào sử dụng hệ thống truyền hình trực tiếp qua vệ tinh.  Năm 1987 thử nghiệm thành công vệ tinh phục vụ cho thông tin di động qua vệ tinh.  Từ 1999 đến nay, ra đời ý tƣởng và hình thành hệ thống thông tin di động và thông tin băng rộng toàn cầu sử dụng vệ tinh. Các hệ thống điển hình nhƣ GLOBAL STAR, IRIDIUM, ICO, SKYBRIGDE, TELEDESIC. Một số mốc đánh dấu sự phát triển của hệ thống TTVT ở Việt Nam:  Năm 1980 khánh thành trạm TTVT mặt đất HOASEN – 1 nằm trong hệ thống TTVT INTERPUTNIK, đƣợc đặt tại làng DO LỄ - KIM BẢNG – HÀ NAM.  Năm 1984 khánh thành trạm mặt đất HOASEN – 2 đặt tại TPHCM.  Tháng 8 năm 1994 Việt Nam gia nhập tổ chức INTELSAT