Tải miễn phí luận văn thạc sỹ phương pháp đa truy nhập trong thông tin vệ tinh
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
LUẬN VĂN THẠC SĨHÀ NỘI 2010
MỤC LỤC ( Luận văn dài 94 trang)
Trang
Mục lục 2
Danh mục hình vẽ, đồ thị 5
Danh mục các ký tự viết tắt 6
Mở đầu 8
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN VỆ TINH
1.1 Lịch sử phát triển của hệ thống thông tin vệ tinh 11
1.2. Đặc điểm của thông tin vệ tinh 12
1.3 Một số vấn đề liên quan đến thông tin vệ tinh 13
1.3.1. Quỹ đạo 13
1.3.2. Tần số trong thông tin vệ tinh 15
1.3.3. Phân cực sóng 18
1.4. Hệ thống thông tin vệ tinh 19
1.5 Suy hao, tạp âm trong hệ thống thông tin vệ tinh 21
1.5.1. Các nguồn tạp âm 21
1.5.2 Các loại suy hao 22
1.6. Các phương pháp đa truy nhập trong thông tin vệ tinh 23
1.6.1. Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA 23
1.6.2. Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA 24
1.6.3. Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA 27
CHƯƠNG 2. TRUYỀN DẪN SỐ TRONG THÔNG TIN VỆ TINH
2.1 Ảnh hường của thiết bị trạm mặt đất đến tín hiệu số 29
2.1.1 Bộ khuếch đại công suất 30
2.1.2 Bộ khuếch đại tạp âm thấp 31
2.1.3 Bộ chuyển đổi tần số 32
2.2 Kỹ thuật điều chế và giải điều chế tín hiệu 33
2.2.1. Giới thiệu 33
2.2.2. Kỹ thuật điều chế tần số (FM) 34
2.2.3. Kỹ thuật giải điều chế sóng mang điều tần (FM) 34
2.2.4. Điều chế số 34
2.2.5. Kỹ thuật giải điều chế sóng mang PSK 35
2.3 Truyền dẫn tín hiệu số trên kênh thực tế 36
2.3.1 Khái niệm ISI 36
2.3.2. Các đặc tính lọc nhằm truyền dẫn không có ISI 36
2.3.3. Phân phối đặc tính lọc 42
2.3.4 Ảnh hưởng của bộ lọc cosine nâng đến băng thông tín hiệu 43
2.4. Méo tuyến tính 43
2.5 Méo phi tuyến 44
2.5.1 Các hiện tượng phi tuyến 44
2.5.2 Hài (Harmonic) 45
2.5.3. Điểm nén 1 dB 46
2.5.4 Điểm chặn bậc 3 - IP3 (Third Intercept Point) 47
2.5.5 Ảnh hưởng của IM3 đến băng thông 50
2.5.6 Một số phương pháp khắc phục méo phi tuyến 51
2.6 Mã hóa kênh 51
2.6.1 Các phương pháp điều khiển lỗi 52
2.6.2 Mã khối 53
2.6.3 Mã chập 54
2.6.4 Giải mã mã chập bằng thuật toán Viterbi 54
2.6.5 Mã Turbo 55
2.6.6 Đánh giá các loại mã 55
2.7 Tổng hợp các yếu tố ảnh hưởng đến băng thông 56
CHƯƠNG 3. CÁC HỆ THỨC TUYẾN VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT – BĂNG THÔNG
3.1. Các mối quan hệ trong hệ thức tuyến 58
3.1.1. Đơn vị đo lường 58
3.1.2. Quan hệ sóng mang – nhiễu 60
3.1.3. Hệ thức tuyến 60
3.2. Hệ số tăng ích Anten (G-Gain) 61
3.3. Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương (EIRP) 61
3.4. Suy hao đường truyền 62
3.4.1. Suy hao trong không gian tự do 62
3.4.2. Khoảng cách từ trạm mặt đất đến vệ tinh 63
3.5. Nhiệt tạp âm 63
3.6. Nhiệt tạp âm của Anten 64
3.6.1. Anten vệ tinh (tuyến lên) 64
3.6.2. Anten trạm mặt đất (tuyến xuống) 65
3.7. Nhiệt tạp âm của hệ thống 66
3.8. Hệ số phẩm chất (G/T) 67
3.9. Tỷ số sóng mang trên tạp âm (C/N) 67
3.10. Tổng tỷ số sóng mang trên tạp âm (C/TT) 68
3.11. Bộ phát đáp vệ tinh 68
3.11.1. Điểm hoạt động của bộ phát đáp 69
3.11.2. EIRP hoạt động của bộ phát đáp 69
CHƯƠNG 4. TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT TUYẾN
4.1 Mục đích của cân bằng công suất – băng thông 70
4.2 Tính toán thực tế 70
CHƯƠNG 5. THỰC NGHIỆM
5.1. Giới thiệu công nghệ mạch dải 78
5.2. Ma trận tán xạ 80
5.3. Thiết kế và mô phỏng bộ khuếch đại dùng JFET 80
KẾT LUẬN 90
TÀI LIỆU THAM KHẢO 93
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình vẽ
Hình 1.1: Truyền dẫn bằng vệ tinh
Hình 1.2: Các dạng quỹ đạo của vệ tinh
Hình 1.3: Quỹ đạo vệ tinh
Hình 1.4: Cửa sổ tần số
Hình 1.5: Các thành phần của một hệ thống vệ tinh thông tin
Hình 1.6: Các bộ phận của trạm mặt đất
Hình 1.7: Đa truy nhập theo tần số: FDMA
Hình 1.8: Hoạt động của mạng theo nguyên lý TDMA
Hình 1.9: Cấu trúc khung TDMA theo tiêu chuẩn INTELSAT
Hình 2.1: Sơ đồ tổng quát của hệ thống truyền dẫn
Hình 2.2: Sơ đồ khối hệ thống thông tin vệ tinh
Hình 2.3: Đặc tính không tuyến tính của bộ khuếch đại công suất
Hình 2.4: Nguyên lý bộ trộn
Hình 2.5: Bộ chuyển đổi đơn tần số lên
Hình 2.6: Nguyên lý của một bộ điều chế số
Hình 2.7: Mô hình hệ thống băng gốc với các tín hiệu xung PAM
Hình 2.8: Hình thành bộ lọc cosine nâng
Hình 2.9: Đáp ứng xung của bộ lọc cosine nâng
Hình 2.10: Đáp ứng xung của bộ lọc cosine nâng với 1 số giá trị của µ
Hình 2.11: Điểm nén 1dB
Hình 2.12: Gây méo tín hiệu bởi IM3 Hình 2.13: Xác định IP3 bằng đồ thị
Hình 2.14: Mối liên hệ giữa IP3 và IM3 Hình 2.15: Tổng quan các phương pháp điều khiển lỗi
Hình 2.16: Sơ đồ khối của mã Turbo
Hình 4.1: Sơ đồ tính toán đường truyền cho kênh thông tin
Hình 5.1. Các loại vi mạch dải
Hình 5.2: Sơ đồ nguyên lý
Hình 5.3: Cấu trúc nhánh 1
Hình 5.4: Kết quả mô phỏng tham số S11 Hình 5.5: Kết quả mô phỏng tham số S21 Hình 5.6: Kết quả mô phỏng tham số S22 Hình 5.7: Kết quả mô phỏng hệ số sóng đứng tương ứng S11 Hình 5.8: Kết quả mô phỏng hệ số sóng đứng tương ứng S22 Hình 5.9: Cấu trúc nhánh 2
Hình 5.10. Bộ khuếch đại cao tần dùng JFET
Hình 5.11: Đo đạc các tham số bằng máy phân tích mạng
Hình 5.12: Kết quả đo đạc tham số S11 Hình 5.13: Kết quả đo đạc tham số S21
MỞ ĐẦU
Ngày nay, thông tin vệ tinh đã trở thành một dịch vụ phổ thông trên toàn thế giới với các vệ tinh đĩa tĩnh của nhiều hệ thống, đặc biệt là 2 hệ thống Intelsat và Intersputnyk đã cung cấp hàng triệu kênh thoại, truyền hình, số liệu kết nối hàng trăm quốc gia khác nhau. Ngoài ra các vệ tinh khu vực như: Eusat, Asiasat, Palapa cung cấp các dịch vụ thoại cố định, phát thanh truyền hình, truyền số liệu, đảm bảo thông tin dẫn đường cho hàng không, cứu hộ hàng hải, thăm dò tài nguyên, đào tạo từ xa đã đưa thông tin vệ tinh trở thành loại hình có thể cung cấp đa dạng nhiều loại dịch vụ nhất hiện nay.
Năm 2008, vệ tinh đầu tiên của Việt Nam – Vinasat đã được đưa vào hoạt động, phục vụ mục đích thiết lập đường truyền dẫn quốc tế và xây dựng các mạng VSAT nội hạt.
Trong bài toán xây dựng một hệ thống thông tin vệ tinh, khách hàng cần thuê đường truyền thường dựa trên cơ sở nhu cầu về dung lượng thực tế (Bps) với các điều kiện về chất lượng dịch vụ, còn các nhà cung cấp đường truyền vệ tinh sẽ quy về băng thông (Hz) và công suất tương ứng. Họ sẽ phải tính toán để đảm bảo tỷ lệ băng thông cho thuê trên mỗi transponder cân bằng với công suất bỏ ra tương ứng. Do phải trả tiền cho nhà cung cấp đường truyền về băng thông nên khách hàng sẽ có xu hướng sử dụng các thiết bị nâng cao khả năng tối ưu băng thông để tiết kiệm chi phí. Điều này sẽ đẩy các nhà cung cấp đường truyền vào bài toán cân bằng công suất để đạt được hiệu quả khai thác vệ tinh tốt nhất.
Thực tế với sự phát triển công nghệ ngày nay thì các thiết bị trạm mặt đất được đổi mới và phát triển liên tục, còn vệ tinh phải chấp nhận “nằm im” trong suốt thời gian sống của nó trên không gian (15 năm). Vì vậy, cán cân công suất– băng thông đang ngày càng nghiêng về sự tiêu tốn của công suất, băng thông ngày càng tối ưu.
Đối với các vệ tinh thế hệ cũ, vấn đề đảm bảo công suất là rất khó khăn và tốn kém. Nhà cung cấp đường truyền thường xuyên phải đối mặt với việc giới hạn công suất, đặc biệt cho các vùng có suy hao lớn do mưa và các suy hao bức xạ khác. Vì vậy, bài toán cân bằng công suất – băng thông là hết sức thiết thực đối với cả nhà cung cấp đường truyền và khách hàng.
Các vệ tinh thế hệ mới - do công nghệ chế tạo ngày càng phát triển – đã có thể giảm khối lượng các bộ khuếch đại và điều khiển công suất đủ lớn theo yêu cầu, sẵn sàng phục vụ ở các miền tần số cao như dải tần Ka. Tuy nhiên, số lượng vệ tinh ngày càng gia tăng, mật độ vệ tinh trên quỹ đạo ngày càng dày đặc nên để tránh can nhiễu giữa các hệ thống, ITU cũng ra các quy định về giới hạn công suất phát cho mỗi transponder. Chính vì vậy, việc tăng công suất phát vẫn là vấn đề cần hết sức cân nhắc và bài toán cân bằng công suất – băng thông vẫn rất có ý nghĩa về thực tế, kinh tế.
Vì vậy, mục đích của luận văn này là phân tích các yếu tố tác động đến tín hiệu, một số biện pháp để khắc phục, nâng cao chất lượng và những ảnh hưởng của các biện pháp đó đến băng thông. Đồng thời cũng phân tích quá trình tính toán quỹ công suất để đạt được trạng thái cân bằng với băng thông chiếm dụng trên transponder. Trong luận văn cũng đưa ra ví dụ tính toán tuyến để chỉ ra việc cân băng này và nghiên cứu thực nghiệm thiết kế một bộ khuếch đại băng tần C tại tần số 5.5Ghz sử dụng công nghệ mạch dải siêu cao tần.
Link download cho anh em
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
LUẬN VĂN THẠC SĨHÀ NỘI 2010
MỤC LỤC ( Luận văn dài 94 trang)
Trang
Mục lục 2
Danh mục hình vẽ, đồ thị 5
Danh mục các ký tự viết tắt 6
Mở đầu 8
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN VỆ TINH
1.1 Lịch sử phát triển của hệ thống thông tin vệ tinh 11
1.2. Đặc điểm của thông tin vệ tinh 12
1.3 Một số vấn đề liên quan đến thông tin vệ tinh 13
1.3.1. Quỹ đạo 13
1.3.2. Tần số trong thông tin vệ tinh 15
1.3.3. Phân cực sóng 18
1.4. Hệ thống thông tin vệ tinh 19
1.5 Suy hao, tạp âm trong hệ thống thông tin vệ tinh 21
1.5.1. Các nguồn tạp âm 21
1.5.2 Các loại suy hao 22
1.6. Các phương pháp đa truy nhập trong thông tin vệ tinh 23
1.6.1. Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA 23
1.6.2. Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA 24
1.6.3. Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA 27
CHƯƠNG 2. TRUYỀN DẪN SỐ TRONG THÔNG TIN VỆ TINH
2.1 Ảnh hường của thiết bị trạm mặt đất đến tín hiệu số 29
2.1.1 Bộ khuếch đại công suất 30
2.1.2 Bộ khuếch đại tạp âm thấp 31
2.1.3 Bộ chuyển đổi tần số 32
2.2 Kỹ thuật điều chế và giải điều chế tín hiệu 33
2.2.1. Giới thiệu 33
2.2.2. Kỹ thuật điều chế tần số (FM) 34
2.2.3. Kỹ thuật giải điều chế sóng mang điều tần (FM) 34
2.2.4. Điều chế số 34
2.2.5. Kỹ thuật giải điều chế sóng mang PSK 35
2.3 Truyền dẫn tín hiệu số trên kênh thực tế 36
2.3.1 Khái niệm ISI 36
2.3.2. Các đặc tính lọc nhằm truyền dẫn không có ISI 36
2.3.3. Phân phối đặc tính lọc 42
2.3.4 Ảnh hưởng của bộ lọc cosine nâng đến băng thông tín hiệu 43
2.4. Méo tuyến tính 43
2.5 Méo phi tuyến 44
2.5.1 Các hiện tượng phi tuyến 44
2.5.2 Hài (Harmonic) 45
2.5.3. Điểm nén 1 dB 46
2.5.4 Điểm chặn bậc 3 - IP3 (Third Intercept Point) 47
2.5.5 Ảnh hưởng của IM3 đến băng thông 50
2.5.6 Một số phương pháp khắc phục méo phi tuyến 51
2.6 Mã hóa kênh 51
2.6.1 Các phương pháp điều khiển lỗi 52
2.6.2 Mã khối 53
2.6.3 Mã chập 54
2.6.4 Giải mã mã chập bằng thuật toán Viterbi 54
2.6.5 Mã Turbo 55
2.6.6 Đánh giá các loại mã 55
2.7 Tổng hợp các yếu tố ảnh hưởng đến băng thông 56
CHƯƠNG 3. CÁC HỆ THỨC TUYẾN VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT – BĂNG THÔNG
3.1. Các mối quan hệ trong hệ thức tuyến 58
3.1.1. Đơn vị đo lường 58
3.1.2. Quan hệ sóng mang – nhiễu 60
3.1.3. Hệ thức tuyến 60
3.2. Hệ số tăng ích Anten (G-Gain) 61
3.3. Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương (EIRP) 61
3.4. Suy hao đường truyền 62
3.4.1. Suy hao trong không gian tự do 62
3.4.2. Khoảng cách từ trạm mặt đất đến vệ tinh 63
3.5. Nhiệt tạp âm 63
3.6. Nhiệt tạp âm của Anten 64
3.6.1. Anten vệ tinh (tuyến lên) 64
3.6.2. Anten trạm mặt đất (tuyến xuống) 65
3.7. Nhiệt tạp âm của hệ thống 66
3.8. Hệ số phẩm chất (G/T) 67
3.9. Tỷ số sóng mang trên tạp âm (C/N) 67
3.10. Tổng tỷ số sóng mang trên tạp âm (C/TT) 68
3.11. Bộ phát đáp vệ tinh 68
3.11.1. Điểm hoạt động của bộ phát đáp 69
3.11.2. EIRP hoạt động của bộ phát đáp 69
CHƯƠNG 4. TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT TUYẾN
4.1 Mục đích của cân bằng công suất – băng thông 70
4.2 Tính toán thực tế 70
CHƯƠNG 5. THỰC NGHIỆM
5.1. Giới thiệu công nghệ mạch dải 78
5.2. Ma trận tán xạ 80
5.3. Thiết kế và mô phỏng bộ khuếch đại dùng JFET 80
KẾT LUẬN 90
TÀI LIỆU THAM KHẢO 93
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình vẽ
Hình 1.1: Truyền dẫn bằng vệ tinh
Hình 1.2: Các dạng quỹ đạo của vệ tinh
Hình 1.3: Quỹ đạo vệ tinh
Hình 1.4: Cửa sổ tần số
Hình 1.5: Các thành phần của một hệ thống vệ tinh thông tin
Hình 1.6: Các bộ phận của trạm mặt đất
Hình 1.7: Đa truy nhập theo tần số: FDMA
Hình 1.8: Hoạt động của mạng theo nguyên lý TDMA
Hình 1.9: Cấu trúc khung TDMA theo tiêu chuẩn INTELSAT
Hình 2.1: Sơ đồ tổng quát của hệ thống truyền dẫn
Hình 2.2: Sơ đồ khối hệ thống thông tin vệ tinh
Hình 2.3: Đặc tính không tuyến tính của bộ khuếch đại công suất
Hình 2.4: Nguyên lý bộ trộn
Hình 2.5: Bộ chuyển đổi đơn tần số lên
Hình 2.6: Nguyên lý của một bộ điều chế số
Hình 2.7: Mô hình hệ thống băng gốc với các tín hiệu xung PAM
Hình 2.8: Hình thành bộ lọc cosine nâng
Hình 2.9: Đáp ứng xung của bộ lọc cosine nâng
Hình 2.10: Đáp ứng xung của bộ lọc cosine nâng với 1 số giá trị của µ
Hình 2.11: Điểm nén 1dB
Hình 2.12: Gây méo tín hiệu bởi IM3 Hình 2.13: Xác định IP3 bằng đồ thị
Hình 2.14: Mối liên hệ giữa IP3 và IM3 Hình 2.15: Tổng quan các phương pháp điều khiển lỗi
Hình 2.16: Sơ đồ khối của mã Turbo
Hình 4.1: Sơ đồ tính toán đường truyền cho kênh thông tin
Hình 5.1. Các loại vi mạch dải
Hình 5.2: Sơ đồ nguyên lý
Hình 5.3: Cấu trúc nhánh 1
Hình 5.4: Kết quả mô phỏng tham số S11 Hình 5.5: Kết quả mô phỏng tham số S21 Hình 5.6: Kết quả mô phỏng tham số S22 Hình 5.7: Kết quả mô phỏng hệ số sóng đứng tương ứng S11 Hình 5.8: Kết quả mô phỏng hệ số sóng đứng tương ứng S22 Hình 5.9: Cấu trúc nhánh 2
Hình 5.10. Bộ khuếch đại cao tần dùng JFET
Hình 5.11: Đo đạc các tham số bằng máy phân tích mạng
Hình 5.12: Kết quả đo đạc tham số S11 Hình 5.13: Kết quả đo đạc tham số S21
MỞ ĐẦU
Ngày nay, thông tin vệ tinh đã trở thành một dịch vụ phổ thông trên toàn thế giới với các vệ tinh đĩa tĩnh của nhiều hệ thống, đặc biệt là 2 hệ thống Intelsat và Intersputnyk đã cung cấp hàng triệu kênh thoại, truyền hình, số liệu kết nối hàng trăm quốc gia khác nhau. Ngoài ra các vệ tinh khu vực như: Eusat, Asiasat, Palapa cung cấp các dịch vụ thoại cố định, phát thanh truyền hình, truyền số liệu, đảm bảo thông tin dẫn đường cho hàng không, cứu hộ hàng hải, thăm dò tài nguyên, đào tạo từ xa đã đưa thông tin vệ tinh trở thành loại hình có thể cung cấp đa dạng nhiều loại dịch vụ nhất hiện nay.
Năm 2008, vệ tinh đầu tiên của Việt Nam – Vinasat đã được đưa vào hoạt động, phục vụ mục đích thiết lập đường truyền dẫn quốc tế và xây dựng các mạng VSAT nội hạt.
Trong bài toán xây dựng một hệ thống thông tin vệ tinh, khách hàng cần thuê đường truyền thường dựa trên cơ sở nhu cầu về dung lượng thực tế (Bps) với các điều kiện về chất lượng dịch vụ, còn các nhà cung cấp đường truyền vệ tinh sẽ quy về băng thông (Hz) và công suất tương ứng. Họ sẽ phải tính toán để đảm bảo tỷ lệ băng thông cho thuê trên mỗi transponder cân bằng với công suất bỏ ra tương ứng. Do phải trả tiền cho nhà cung cấp đường truyền về băng thông nên khách hàng sẽ có xu hướng sử dụng các thiết bị nâng cao khả năng tối ưu băng thông để tiết kiệm chi phí. Điều này sẽ đẩy các nhà cung cấp đường truyền vào bài toán cân bằng công suất để đạt được hiệu quả khai thác vệ tinh tốt nhất.
Thực tế với sự phát triển công nghệ ngày nay thì các thiết bị trạm mặt đất được đổi mới và phát triển liên tục, còn vệ tinh phải chấp nhận “nằm im” trong suốt thời gian sống của nó trên không gian (15 năm). Vì vậy, cán cân công suất– băng thông đang ngày càng nghiêng về sự tiêu tốn của công suất, băng thông ngày càng tối ưu.
Đối với các vệ tinh thế hệ cũ, vấn đề đảm bảo công suất là rất khó khăn và tốn kém. Nhà cung cấp đường truyền thường xuyên phải đối mặt với việc giới hạn công suất, đặc biệt cho các vùng có suy hao lớn do mưa và các suy hao bức xạ khác. Vì vậy, bài toán cân bằng công suất – băng thông là hết sức thiết thực đối với cả nhà cung cấp đường truyền và khách hàng.
Các vệ tinh thế hệ mới - do công nghệ chế tạo ngày càng phát triển – đã có thể giảm khối lượng các bộ khuếch đại và điều khiển công suất đủ lớn theo yêu cầu, sẵn sàng phục vụ ở các miền tần số cao như dải tần Ka. Tuy nhiên, số lượng vệ tinh ngày càng gia tăng, mật độ vệ tinh trên quỹ đạo ngày càng dày đặc nên để tránh can nhiễu giữa các hệ thống, ITU cũng ra các quy định về giới hạn công suất phát cho mỗi transponder. Chính vì vậy, việc tăng công suất phát vẫn là vấn đề cần hết sức cân nhắc và bài toán cân bằng công suất – băng thông vẫn rất có ý nghĩa về thực tế, kinh tế.
Vì vậy, mục đích của luận văn này là phân tích các yếu tố tác động đến tín hiệu, một số biện pháp để khắc phục, nâng cao chất lượng và những ảnh hưởng của các biện pháp đó đến băng thông. Đồng thời cũng phân tích quá trình tính toán quỹ công suất để đạt được trạng thái cân bằng với băng thông chiếm dụng trên transponder. Trong luận văn cũng đưa ra ví dụ tính toán tuyến để chỉ ra việc cân băng này và nghiên cứu thực nghiệm thiết kế một bộ khuếch đại băng tần C tại tần số 5.5Ghz sử dụng công nghệ mạch dải siêu cao tần.
Link download cho anh em
You must be registered for see links