Xem mẫu
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
nguon tai.lieu . vn
